JP2005071939A - 燃料電池システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大気圧の検出値が急変した場合にも、不適切な運転制限緩和や過剰な運転制限を行なうことなくコンプレッサの吐出空気温度が上限値を超えないように運転制限する。
【解決手段】 大気圧推定手段４５は、温度センサ２７で検出したコンプレッサ７の吸入空気温度と、温度センサ２９で検出した吐出空気温度と、圧力センサ３１が検出したコンプレッサの吐出空気圧力とに基づいて、大気圧推定値を算出する。大気圧値選択手段４７は、大気圧センサ２３が検出した大気圧検出値と、前記大気圧推定値との小さい方を選択して大気圧選択値として出力する。運転制限手段４９は、温度センサ２７からの吸入空気温度と、大気圧値選択手段４７からの大気圧選択値に基づいて、燃料電池及び燃料電池システムの運転制限を設け、大気圧センサ２５の検出値が急変した場合には、急激な運転制限緩和や過剰な運転制限を行なわないように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に酸化ガス供給手段から燃料電池に供給する酸化ガスの温度が許容温度を超えないように制御する燃料電池システムの制御装置に関する。

燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。燃料ガスとしての水素は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置や燃料改質器から燃料電池に供給し、酸化ガスは、空気をコンプレッサ等の空気圧縮機で圧縮して燃料電池に供給している。

燃料電池に酸化ガスを供給する空気圧縮機の制御方法としては、例えば、特許文献１記載の燃料電池システムが知られている。このシステムでは、燃料電池システムの起動時に、空気圧縮機の運転点を通常運転時よりも高圧力比となるように制御し、空気圧縮機からの高温空気を用いて改質器の温度上昇を促進させ、起動時間を短縮させている。
特開２０００−１２０６０号公報（第３頁、図１）

しかしながら、上記従来の燃料電池システムの通常運転時においては、空気圧縮機の吸入空気圧力と吐出空気圧力の圧力比が高くなるような状況での運転もしくは吸入空気温度が高温であるような状況での運転を行なうと、吐出空気温度が上昇してしまう。このため、燃料電池システム運転時には、空気圧縮機の下流にある構成品などの耐熱温度を考慮して、空気圧縮機の吐出空気温度が所定上限値を上回らないように制御しなければならないという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するため、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化ガスとの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給手段と、該酸化ガス供給手段の吸入酸化ガス温度を検出する吸入酸化ガス温度検出手段と、該酸化ガス供給手段の吐出酸化ガス温度を検出する吐出酸化ガス温度検出手段と、該酸化ガス供給手段の吐出酸化ガス圧力を検出する吐出酸化ガス圧力検出手段と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備えた燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制御装置において、前記吸入酸化ガス温度検出手段により検出した吸入酸化ガス温度と、前記吐出酸化ガス温度検出手段により検出した吐出酸化ガス温度と、前記吐出酸化ガス圧力検出手段により検出した吐出酸化ガス圧力に基づいて大気圧を推定する大気圧推定手段と、前記大気圧検出手段が検出した大気圧検出値と、前記大気圧推定手段が推定した大気圧推定値との差の絶対値が第１所定値以上となっている場合には、大気圧検出値と大気圧推定値の小さい方を選択する大気圧値選択手段と、前記吸入酸化ガス温度検出手段により検出された吸入酸化ガス温度と、前記大気圧値選択手段により選択した大気圧値とに基づいて、前記酸化ガス供給手段が前記燃料電池へ供給する酸化ガスの温度が所定の酸化ガス温度上限値を超えないように、燃料電池の運転を制限する運転制限手段と、を備えたことを要旨とする。

本発明によれば、まず、大気圧検出値と大気圧推定値との差が第１所定値以上となっている場合には、大気圧検出値と大気圧推定値の小さい方を選択し、選択した大気圧値を使用して燃料電池の運転を制限しているので、酸化ガス供給手段の吐出酸化ガス温度が所定の酸化ガス温度上限値を超えないように燃料電池システムを制御することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の実施例１を備えた燃料電池システムのシステム構成図である。この燃料電池システムは、燃料電池車両の電源として好適なものであり、燃料ガスとして水素、酸化ガスとして空気を使用し、燃料電池の負荷は、車両を駆動する駆動ユニットである。

図１において、燃料電池システム１は、燃料電池本体である燃料電池スタック３と、加湿器５と、酸化ガスとして空気を圧縮して供給するコンプレッサ７と、空気の圧力及び流量を制御するスロットル９と、燃料としての水素ガスを貯蔵する高圧水素タンク１１と、高圧水素の流量を制御する可変バルブ１３と、水素を外部に排出するパージ弁１７と、純水ポンプ３３と、燃料電池から出てきた未使用の水素を上流へ還流するためのイジェクタ１５と、燃料電池から出力を取り出す駆動ユニット１９と、燃料電池へ流入する空気流量を検出する流量センサ３５と、燃料電池入口の空気圧力を検出する圧力センサ３７と、燃料電池へ流入する水素流量を検出する流量センサ３９と、燃料電池入口の水素圧力を検出する圧力センサ４１と、燃料電池スタック３を構成するセルあるいはセル群の電圧を検出するセル電圧検出装置２１と、各センサの信号とセル電圧検出装置２１の出力を取り込み、内蔵された制御ソフトウェアに基づいて各アクチュエータを駆動するコントローラ４３を備えている。以上は、燃料電池システムの一般的な構成要素である。

尚、図示しないが燃料電池スタック３の運転温度を適正に保持するための冷却装置、例えば冷媒の熱をシステム外に放熱するラジエタと、燃料電池スタックに設けられた冷媒流路とラジエタ間で冷媒を循環させる冷媒ポンプ等が設けられている。

コンプレッサ７は、空気を圧縮して加湿器５へ送り込み、加湿器５は純水ポンプ３３から供給された純水で空気を加湿し、加湿された空気が燃料電池スタック３へ送り込まれる。

高圧水素タンク１１から供給される高圧水素ガスは、可変バルブ１３により圧力及び流量が制御され、イジェクタ１５で還流水素ガスと合流する。次いで加湿器５へ送られ、加湿器５では空気と同様に純水ポンプ３３から供給された純水で水素を加湿し、加湿された水素が燃料電池スタック３へ送り込まれる。

燃料電池スタック３では送り込まれた空気と水素を反応させて発電を行い、電流（電力）を駆動ユニット１９へ供給する。燃料電池スタック３で反応に使用した残りの空気は、スロットル９を介して燃料電池外へ排出される。また、反応に使用した残りの水素は燃料電池外へ排出されるが、イジェクタ１５によって加湿器５の上流へ還流されて発電に再利用する。

流量センサ３５、３９、圧力センサ３７、４１及びセル電圧検出装置２１のそれぞれの検出値は、コントローラ４３へ読み込まれる。コントローラ４３は、読み込んだ各検出値が、そのときの目標発電量から決まる所定の目標値になるようにコンプレッサ７、スロットル９、可変バルブ１３を制御するとともに、目標値に対して実際に実現されている圧力、流量に応じて燃料電池スタック３から駆動ユニット１９へ取り出す電力値（または電流値）を指令して制御を行う。

また図１において、本発明に特徴的な構成要素として、燃料電池システム１は、外気温度を検出する温度センサ２３、大気圧を検出する圧力センサ２５、コンプレッサ７の吸入空気温度を検出する温度センサ２７、コンプレッサ７の吐出空気温度を検出する温度センサ２９、コンプレッサ７の吐出空気圧力を検出する圧力センサ３１を備えていて、これらの検出値は、コントローラ４３に読み込まれて運転制御に使用される。外気温度を検出する温度センサ２３は、燃料電池スタック３や図示しないラジエタ等の発熱（放熱）装置の影響を受けない位置に設置されている。

またコントローラ４３の内部には、本発明に特徴的な構成要素として、温度センサ２７が検出したコンプレッサの吸入空気温度と温度センサ２９が検出したコンプレッサの吐出空気温度と圧力センサ３１が検出したコンプレッサの吐出空気圧力とに基づいて、大気圧を推定する大気圧推定手段４５と、大気圧推定手段４５が推定した大気圧値と圧力センサ２５が検出した大気圧値の小さい方を選択する大気圧値選択手段４７と、大気圧選択手段が選択した大気圧値と温度センサ２７の検出値に基づいて燃料電池の運転を制限する運転制限手段４９と、を備えている。

図２は、コントローラ４３の制御ブロックを説明するブロック図である。コントローラ４３は、大気圧推定手段４５と、大気圧値選択手段４７と、運転制限手段４９とを備えている。

大気圧推定手段４５は、吸入酸化ガス温度検出手段２７（図１の温度センサ２７）で検出したコンプレッサの吸入酸化ガス温度と、吐出酸化ガス温度検出手段２９（図１の温度センサ２９）で検出したコンプレッサの吐出酸化ガス温度と、吐出酸化ガス圧力検出手段３１（図１の圧力センサ３１）が検出したコンプレッサの吐出酸化ガス圧力とに基づいて、大気圧を推定し、大気圧値選択手段４７へ大気圧推定値を出力する。

大気圧検出手段２３（図１の大気圧センサ２３）は、半導体圧力センサ等を用いて大気圧を検出し、大気圧検出値を大気圧選択手段へ出力する。大気圧値選択手段４７は、大気圧検出値と大気圧推定値との小さい方を選択して大気圧選択値として出力する。

運転制限手段４９は、吸入酸化ガス温度検出手段２７からの吸入酸化ガス温度と、大気圧値選択手段４７からの大気圧選択値に基づいて、燃料電池及び燃料電池システムの運転制限を設け、大気圧センサ２５の検出値が急変した場合には、急激な運転制限緩和や過剰な運転制限を行なわないように制御する。

次に、図４のフローチャートを参照して、本実施形態における燃料電池システムの制御装置であるコントローラの制御内容について詳しく説明する。このフローチャートによる制御は、燃料電池の運転開始時から所定時間毎（例えば１０[ms]毎）にコントローラにより実行される。

まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０では、圧力センサ２５で大気圧を検出し、Ｓ１２では、温度センサ２７でコンプレッサ７の吸入酸化ガス温度を検出し、Ｓ１４では、温度センサ２９でコンプレッサ７の吐出酸化ガス温度を検出し、Ｓ１６では、圧力センサ３１でコンプレッサ７の吐出酸化ガス圧力を検出する。Ｓ１８では、Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６で検出した吸入酸化ガス温度及び吐出酸化ガス温度及び吐出酸化ガス圧力から大気圧を推定する。

Ｓ２０では、Ｓ１０で検出した大気圧検出値とＳ１８で推定した大気圧推定値との差分の絶対値を算出して、この絶対値が第１所定値Ａ以上であるか否かを判定する。

Ｓ２０の判定で、前記絶対値が第１所定値Ａ以上である場合には、Ｓ２２へ移り、Ｓ１０で検出した大気圧検出値Patmと、Ｓ１８で推定した大気圧推定値Patm_estとの小さい方を選択して大気圧選択値Patm_selとして、Ｓ２４へ進む。また、Ｓ２０の判定で、前記絶対値が第１所定値Ａ未満である場合には、Ｓ２３へ進み、Ｓ１０で検出した大気圧検出値を大気圧選択値として、Ｓ２４へ進む。

Ｓ２４では、大気圧選択値と、Ｓ１２で検出した吸入酸化ガス温度から燃料電池の発電量上限値を演算し、この発電量上限値を超えないように燃料電池の発電量を制限する。

次に、Ｓ１８の大気圧推定値の演算方法について説明する。

温度センサ２７で検出した吸入酸化ガス温度をTin[K]とし、温度センサ２９で検出した吐出酸化ガス温度をText[K] とし、圧力センサ３１で検出した吐出酸化ガス圧力をPext[kPa] とし、大気圧推定値をPatm_est[kPa] とすると、次に示す式（１）から大気圧推定値Patm_est[kPa] を演算することができる。

（数１）
Patm_est ＝ Pext×Tin／Text …（１）
この他にもコンプレッサの全断熱効率ηをもちいて大気圧推定値Patm_est[kPa] を算出する方法などがある。

次に、Ｓ２４の燃料電池運転制限方法について、図５のフロチャートを参照して説明する。Ｓ３０では、大気圧選択値Patm_sel[kPa] と、Ｓ１２で検出した吸入酸化ガス温度Tin[K]と、吐出酸化ガス温度の所定上限値Tlim[K] を元に、例えば、式（２）により、吐出酸化ガス温度Text[K] が所定上限値Tlim[K] を実現すると推定される吐出酸化ガス圧力の上限値Pext_lim[kPa] を演算する。

（数２）
Pext_lim ＝ Patm_sel×Tlim／Tin …（２）
Ｓ３２では、Ｓ３０で演算した吐出酸化ガス圧力上限値Pext_lim[kPa] を超えないようにコンプレッサ７の吐出圧力を制限することにより、この吐出圧力に応じた発電量に燃料電池の運転を制限する。尚、コンプレッサ吐出圧力から電力値又は電流値による発電量制限値の算出には、空気中の酸素量から取り出し可能な電流を算出したマップを予めコントローラ４３の内部に記憶しておき、このマップを参照することとする。

また、Ｓ３０で演算される吐出酸化ガス圧力の上限値の演算方法としては、吸入酸化ガス温度及び大気圧選択値及び吐出酸化ガス温度上限値から演算する方法の他に、コンプレッサ７の全断熱効率ηなどを考慮して演算する方法などがある。

以上説明したように、本実施例によれば、大気圧検出値と大気圧推定値との差の絶対値が第１所定値Ａ以上となっている場合には、大気圧検出値と大気圧推定値の小さい方を選択し、選択した大気圧値を使用して燃料電池を運転しているので、コンプレッサ７の吐出酸化ガス温度所定上限値を超えることなく燃料電池システムを制御することができる。

次に、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の実施例２を説明する。実施例２が適用される燃料電池システムは、図１に示した実施例１と同様である。また、制御装置であるコントローラの制御ブロック図は、図２に示した実施例１と同様である。実施例２と実施例１との相違は、実施例２のコントローラが大気圧選択値の変化量制限を行っていることである。

次に、図６のフローチャートを参照して、実施例２における制御装置（コントローラ）の処理内容を詳しく説明する。本処理内容は、燃料電池運転開始時より所定時間毎（例えば１０[ms]毎）に実行される。

図６において、Ｓ２２の次に、大気圧選択値変化量制限を行うＳ４０が追加されている。その他の構成は、図４に示した実施例１のフローチャートと同様である。

まず、Ｓ１０では、圧力センサ２５で大気圧を検出し、Ｓ１２では、温度センサ２７でコンプレッサ７の吸入酸化ガス温度を検出し、Ｓ１４では、温度センサ２９でコンプレッサ７の吐出酸化ガス温度を検出し、Ｓ１６では、圧力センサ３１でコンプレッサ７の吐出酸化ガス圧力を検出する。Ｓ１８では、Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６で検出した吸入酸化ガス温度及び吐出酸化ガス温度及び吐出酸化ガス圧力から大気圧を推定する。

Ｓ２０では、Ｓ１０で検出した大気圧検出値とＳ１８で推定した大気圧推定値との差分の絶対値を算出して、この絶対値が第１所定値Ａ以上であるか否かを判定する。

Ｓ２０の判定で、前記絶対値が第１所定値Ａ以上である場合には、Ｓ２２へ移り、Ｓ１０で検出した大気圧検出値Patm[kPa] と、Ｓ１８で推定した大気圧推定値Patm_est[kPa] との小さい方を選択して大気圧選択値Patm_sel[kPa] として、Ｓ２４へ進む。また、Ｓ２０の判定で、前記絶対値が第１所定値Ａ未満である場合には、Ｓ２３へ進み、Ｓ１０で検出した大気圧検出値Patm[kPa] を大気圧選択値Patm_sel[kPa] として、Ｓ２４へ進む。

Ｓ２４では、大気圧選択値と、Ｓ１２で検出した吸入酸化ガス温度Tin[K]から、燃料電池の発電量上限値を演算し、この発電量上限値を超えないように燃料電池の発電量を制限する。Ｓ１８の大気圧推定値の演算方法は、実施例１と同様に式（１）等を用いて演算する。Ｓ２４の燃料電池運転制限方法も実施例１と同様である。

次に、Ｓ４０の大気圧選択値変化量制限の詳細について説明する。

Ｓ２２またはＳ２３で設定された大気圧選択値をPatm_sel[kPa] とし、前回に図６のフローチャートを実行した際の大気圧選択値をP'atm_sel[kPa]とする。さらに、大気圧選択値の増加側の変化量制限値をα（α＞０）[kPa]とし、減少側の変化量制限値を−β（β＞０）[kPa]とする。変化量制限後の大気圧選択値をPatm_lmt[kPa]とすると、Patm_lmt[kPa]は、式（３）〜（５）となる。

（数３）
Patm_lmt＝P'atm_sel＋α （Patm_sel−P'atm_sel＞αのとき） …（３）
Patm_lmt＝Patm_sel （−β≦Patm_sel−P'atm_sel≦αのとき） …（４）
Patm_lmt＝P'atm_sel−β （Patm_sel−P'atm_sel＜−βのとき） …（５）
このように、本実施例によれば、大気圧選択値の減少側変化量を制限しているので、過剰な運転制限を行なうことなく燃料電池システムを制御することができる。

また、大気圧選択値の増加側変化量を制限しているので、運転制限を過剰に緩和させることなく燃料電池システムを制御することができる。

さらに、大気圧選択値の減少側変化量絶対値αと増加側変化量絶対値βとの関係を、「増加側変化量絶対値α＞減少側変化量絶対値β」とすることにより、選択した大気圧値の前回値と今回値の関係から、大気圧が増加していると判断した場合には、過剰な運転制限を防ぐことができ、逆に大気圧が低下していると判断した場合には、適切に運転制限を行なうことができる。

尚、式（３）〜（５）により変化量制限する他にも、大気圧選択値の今回分と過去数回分との移動平均により、変化量を制限する方法などがある。例えば、前々回に図６のフローチャートを実行した際の大気圧選択値をP''atm_sel[kPa]とすると、３回分の大気圧選択値の移動平均値は、式（６）で算出される。

（数４）
Patm_lmt＝（１／３）×（ Patm_sel ＋ P'atm_sel ＋ P''atm_sel） …（６）
さらに、大気圧選択値の時間当たりの変化量制限値として、大気圧選択値の増加側と減少側にそれぞれγ1[kPa/sec]，γ2[kPa/sec]を導入して、前回の演算時刻と今回の演算時刻との時間差Δｔ[sec]をγ1 またはγ2 に乗じてそれぞれ変化量制限値とすることもできる。

以上説明したように、本実施例によれば、大気圧検出値と大気圧推定値の小さい方を選択し、選択した大気圧値を移動平均するか、もしくは変化量を制限しているので、急激な運転制限の緩和や、過剰な運転制限を行なうことなく燃料電池システムを制御することができる。

次に、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の実施例３を説明する。実施例３が適用される燃料電池システムは、図１に示した実施例１と同様である。また、制御装置であるコントローラの制御ブロック図は、図２に示した実施例１と同様である。実施例３のフローチャートは、実施例２の図６と概略同様である。

実施例３と実施例２との相違は、実施例３においては、実施例２の図６に記載のＳ４０の大気圧選択値変化量制限において、温度センサ２９で検出されたコンプレッサ７の吐出酸化ガス温度Text[K] が所定の上限値よりも第２所定値Ｄ以上下回っている場合にのみ、大気圧選択値変化量制限を行うものである。

本実施例によれば、検出された吐出酸化ガス温度が所定の上限値よりも第２所定値以上下回っている場合にのみ、燃料電池の運転制限演算に変化量を制限した大気圧値を使用しているので、前記大気圧値に誤差や遅れが生じた場合でも、コンプレッサ７の吐出酸化ガス温度が所定上限値を超えることなく燃料電池システムを制御することができる。

次に、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の実施例４を説明する。実施例４が適用される燃料電池システムは、図１に示した実施例１と同様である。また、制御装置であるコントローラの制御ブロック図は、図２に示した実施例１と同様である。実施例４のフローチャートは、実施例１，２の図４〜６と概略同様である。

実施例４においては、実施例１，２に記載のＳ２４の燃料電池運転制限において、実施例１に記載のＳ２０または実施例２に記載のＳ２０で演算した大気圧検出値と大気圧推定値の差分の絶対値が第１所定値Ａより大きい第３所定値Ｇ以上である場合には、コンプレッサ７の吐出酸化ガス温度上限値と温度センサ２９により検出された吐出酸化ガス温度検出値との差分から、燃料電池運転上限減少分ΔＧＰlmt[kW] を図３（ａ）の様なマップを参照して演算し、現在の燃料電池運転制限値から前記減少分ΔＧＰlmt[kW] を減算して燃料電池運転制限値とするものである。

本実施例によれば、、大気圧検出値と大気圧推定値との差の絶対値が第３所定量Ｇ（Ｇ＞第１所定値Ａ）以上となっている場合には、コンプレッサ７の吐出酸化ガス温度所定上限値と吐出酸化ガス温度検出値との差分から、燃料電池の運転上限の減少分を演算しているので、過剰な運転制限を行なうことなく、かつ、コンプレッサ７の吐出酸化ガス温度が所定上限値を超えることなく燃料電池システムを制御することができる。

次に、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の実施例５を説明する。実施例５が適用される燃料電池システムは、図１に示した実施例１と同様である。また、制御装置であるコントローラの制御ブロック図は、図２に示した実施例１と同様である。実施例５のフローチャートは、実施例１，２の図４〜６と概略同様である。

実施例５は、実施例４と、燃料電池の運転制限が異なる。その他の作用は同様である。

実施例５においては、実施例１に記載のＳ２０及び実施例２に記載のＳ２０で演算した大気圧検出値と大気圧推定値の差分の絶対値が第１所定量Ａより大きい第２所定量Ｄ以上である場合には、実施例４で説明したコンプレッサ７の吐出酸化ガス温度上限値と温度センサ２９により検出された吐出酸化ガス温度検出値との差分から燃料電池運転上限減少分を演算する。

このとき、図３（ａ）に示した燃料電池運転上限減少分ΔＧＰlmt[kW] に、燃料電池に対する要求発電量の上昇速度Ｖ_GP [kW/sec]から図３（ｂ）のマップを参照して算出した燃料電池運転上限減少分増加係数δ_GP を積算したものを燃料電池運転上限減少補正分とし、現在の燃料電池運転制限値から前記運転上限減少補正分を減算して燃料電池運転制限値とするものである。図３（ａ）、図３（ｂ）のマップは、共にコントローラ４３に予め記憶されている。

本実施例によれば、前記燃料電池運転上限減少分の演算には、コンプレッサ７の吐出酸化ガス温度の所定上限値と温度センサ２９による吐出酸化ガス温度検出値との差分に加え、燃料電池に対する要求発電量の上昇速度も考慮しているので、コンプレッサ７の吐出酸化ガス温度の上昇速度が速い場合にも対応することが可能であり、かつ、コンプレッサ７の吐出酸化ガス温度が所定上限値を超えることなく燃料電池システムを制御することができる。

本発明に係る制御装置が適用される燃料電池システムの構成を説明するシステム構成図である。 実施形態における制御装置（コントローラ）の制御ブロック図である。 実施形態における燃料電池運転上限減少分の演算方法を説明する図である。 コントローラにより実行されるメインフロチャートである。 燃料電池運転制限処理のフロチャートである。 大気圧選択値の変化量を制限する場合のメインフロチャートである。

符号の説明

１…燃料電池システム、３…燃料電池スタック、５…加湿器、７…コンプレッサ、９…スロットル、１１…高圧水素タンク、１３…可変バルブ、１５…イジェクタ、１７…パージ弁、１９…駆動ユニット、２１…セル電圧検出装置、２５…大気圧センサ、２７…吸入空気温度センサ、２９…吐出空気温度センサ、３１…吐出空気圧力センサ、３３…純水ポンプ、４３…コントローラ、４５…大気圧推定手段、４７…大気圧値選択手段、４９…運転制限手段。

Claims (10)

1. 水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化ガスとの供給を受けて発電する燃料電池と、
   燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、
   酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給手段と、
   該酸化ガス供給手段の吸入酸化ガス温度を検出する吸入酸化ガス温度検出手段と、
   該酸化ガス供給手段の吐出酸化ガス温度を検出する吐出酸化ガス温度検出手段と、
   該酸化ガス供給手段の吐出酸化ガス圧力を検出する吐出酸化ガス圧力検出手段と、
   大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備えた燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制御装置において、
   前記吸入酸化ガス温度検出手段により検出した吸入酸化ガス温度と、前記吐出酸化ガス温度検出手段により検出した吐出酸化ガス温度と、前記吐出酸化ガス圧力検出手段により検出した吐出酸化ガス圧力に基づいて大気圧を推定する大気圧推定手段と、
   前記大気圧検出手段が検出した大気圧検出値と、前記大気圧推定手段が推定した大気圧推定値との差の絶対値が第１所定値以上となっている場合には、大気圧検出値と大気圧推定値の小さい方を選択する大気圧値選択手段と、
   前記吸入酸化ガス温度検出手段により検出された吸入酸化ガス温度と前記大気圧値選択手段により選択した大気圧値とに基づいて、前記酸化ガス供給手段が前記燃料電池へ供給する酸化ガスの温度が所定の酸化ガス温度上限値を超えないように、燃料電池の運転を制限する運転制限手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
2. 前記大気圧値選択手段により選択した大気圧値を移動平均するか、もしくは変化量を制限する大気圧選択値変化量制限手段を有し、
   前記運転制限手段は、前記大気圧選択値変化量制限手段により算出された大気圧値を基に燃料電池の運転を制限するものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
3. 前記大気圧値選択手段により選択した大気圧前回値と大気圧今回値との関係が「大気圧今回値−大気圧前回値＞α」（α：正定数）である場合に、前記大気圧選択値変化量制限手段により演算された大気圧値を使用することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置。
4. 前記大気圧値選択手段により選択した大気圧前回値と大気圧今回値との関係が「大気圧今回値−大気圧前回値＜−β」（β：正定数）である場合に、前記大気圧選択値変化量制限手段により演算された大気圧値を使用することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置。
5. 前記大気圧値選択手段により選択した大気圧前回値と大気圧今回値との関係が「大気圧今回値−大気圧前回値＞α」（α：正定数）である場合、又は前記大気圧値選択手段により選択した大気圧前回値と大気圧今回値との関係が「大気圧今回値−大気圧前回値＜−β」（β：正定数）である場合に、前記大気圧選択値変化量制限手段により演算された大気圧値を使用し、
   前記α及びβの関係は、α＞βとすることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。
6. 前記吐出酸化ガス温度検出手段により検出された吐出酸化ガス温度が所定上限値から第２所定値を減じた値より下回っている場合にのみ、前記大気圧選択値変化量制限手段により演算された大気圧値を使用することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置。
7. 前記大気圧検出手段から得られた大気圧検出値と、前記大気圧推定手段から得られた大気圧推定値との差の絶対値が前記第１所定値より大きい第３所定値以上となっている場合には、前記吐出酸化ガス温度の所定上限値と前記吐出酸化ガス温度検出手段により検出された吐出酸化ガス温度との差分に基づいて、燃料電池の出力上限減少分を演算する燃料電池運転上限減少分演算手段を備え、
   燃料電池上限出力から前記出力上限減少分を減算して、燃料電池を運転することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
8. 前記燃料電池運転上限減少分演算手段は、前記吐出酸化ガス温度の所定上限値と前記吐出酸化ガス温度検出手段により検出された吐出酸化ガス温度との差分と燃料電池運転要求分の上昇速度から演算するものであることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システムの制御装置。
9. 前記吸入酸化ガス温度検出手段が検出した吸入酸化ガス温度と、前記大気圧検出手段が検出した大気圧とに基づいて、前記酸化ガス供給手段の吐出酸化ガス温度が所定上限値を超えないように吐出酸化ガス圧力の上限値を設定する吐出酸化ガス圧力上限値設定手段を備え、
   前記運転制限手段は、前記吐出酸化ガス圧力上限設定手段が設定した吐出酸化ガス圧力上限値を上回らないように前記酸化ガス供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。
10. 前記吸入酸化ガス温度検出手段が検出した吸入酸化ガス温度と、前記大気圧検出手段が検出した大気圧とに基づいて、酸化ガス供給ガス手段の吐出酸化ガス温度が所定の上限値を超えないように吐出酸化ガス圧力の上限値を設定する吐出酸化ガス圧力上限値設定手段と、
    該吐出酸化ガス圧力上限値設定手段が設定した上限吐出酸化ガス圧力に基づいて、燃料電池より取出し可能な上限電力あるいは上限電流を算出する上限出力算出手段と、を備え、
    前記運転制限手段は、前記上限出力算出手段が算出した上限電力あるいは上限電流を上回らないように発電制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。

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