JP2005251693A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の冷却状態についても考慮した上で燃料電池の発電応答時間を適切に推定し、これに基づいて各種機器の制御を高精度に行えるようにする。
【解決手段】燃料電池の目標発電量に基づいて冷却液供給流量の基本値を算出すると共に、燃料電池の冷却状態を推定し、その冷却状態に応じて冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出する。そして、この補正値で補正した後の冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータ回転数指令値に基づいて、燃料電池の発電応答時間を推定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給により発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、燃料電池に燃料となる水素及び酸化剤となる空気を供給することで、燃料電池で電気化学反応を生じさせて発電電力を得る発電システムである。このような燃料電池システムは、クリーンな排気や高エネルギ効率を実現できることから、例えば車両用電源等の用途に大きな期待が寄せられている。

以上のような燃料電池システムでは、燃料電池の耐久性を確保しながら効率の良い発電を安定的に行えるようにするために、燃料電池の発電時にはこれを冷却して適正な運転温度（８０℃程度）に維持する必要がある。そのため、一般的には、燃料電池を冷却するための手段を設けるようにしており、具体的には、例えば冷却液ポンプ等を用いて燃料電池に冷却液を供給することで、燃料電池の温度調整を行う例が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３１５５１２号公報

ところで、冷却液の供給によって燃料電池を冷却する燃料電池システムでは、冷却液の供給流量に応じて燃料電池の冷却状態が調整されることになるので、通常は、燃料電池に要求される目標発電量から発電時の発熱量を求め、燃料電池を適正温度に維持し得る最適な流量の冷却液が燃料電池に供給されるように、冷却液ポンプの動作を制御するようにしている。

しかしながら、大気圧の変化等、様々な要因により冷却液ポンプの能力が変化した場合には、通常の動作制御では最適な流量の冷却液を燃料電池に供給できずに、燃料電池の冷却状態を良好な状態に保てないことも想定される。すなわち、大気圧の低下に伴って冷却液ポンプの入口圧力が低下すると、冷却液ポンプのモータ回転数に対する冷却液吐出量が減少するため、冷却液ポンプの動作制御を通常の大気圧の場合と同等におこなったのでは最適な流量の冷却液を供給できず、燃料電池の冷却状態の悪化となって現れることになる。

したがって、大気圧低下時等、冷却液ポンプの能力が低下することが想定される場合には、それに応じて冷却液ポンプのモータ回転数を増加させ、冷却液ポンプの仕事量増加により最適な冷却液供給流量を確保できるように冷却液ポンプを動作制御することが望まれるが、このように冷却液ポンプの仕事量を増加させた場合には、その分、燃料電池の発電応答時間が長くなってしまうことになる。

その一方で、例えば燃料電池車両における車両駆動用モータ等、燃料電池システムからの電力供給を受ける側の機器に関しては、燃料電池の発電応答時間を考慮した上でこれらの機器が最適な状態で動作するように制御されるが、通常は、上述したような燃料電池の冷却状態悪化を回避するための制御については考慮されず、燃料電池の冷却状態が良好に保たれていることを前提として、そのときの燃料電池の発電応答時間を基準とした制御が行われる。したがって、上述したように燃料電池の冷却状態悪化を回避するための制御を行うことで燃料電池の発電応答時間に大きな変動が生じた場合には、これらの機器の制御が高精度に行えなくなるといった問題が生じることになる。

本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、燃料電池の冷却状態についても考慮した上で燃料電池の発電応答時間を適切に推定し、これに基づいて各種機器の制御を高精度に行えるようにした燃料電池システムを提供することを目的としている。

本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池の冷却状態を推定し、その推定結果を用いて燃料電池の発電応答時間を推定するようにした。具体的には、例えば、燃料電池の目標発電量に基づいて冷却液供給流量の基本値を算出すると共に、燃料電池の冷却状態の推定結果に基づいて冷却液供給流量の補正値を算出する。そして、前記基本値を補正値で補正した後の冷却液供給流量が得られるように冷却液供給装置のモータに回転数指令値を出力した場合における当該回転数指令値に基づいて、燃料電池の発電応答時間を推定する。

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の冷却状態の推定結果を用いて燃料電池の発電応答時間を推定するようにしているので、燃料電池の冷却状態悪化を回避するための制御を行った場合でも、そのときの燃料電池の発電応答時間を正確に推定することができる。したがって、この燃料電池システムで推定された燃料電池の発電応答時間に基づいて、例えば車両駆動用モータ等の各種機器の動作制御を行うようにすれば、これら機器の動作制御を高精度に行うことが可能になる。

以下、本発明を適用した燃料電池システムの具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した燃料電池システムの一例を示す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１と、この燃料電池１に燃料ガスである水素を供給する燃料供給系、燃料電池１に酸化剤ガスである空気を供給する空気供給系、燃料電池１に供給される水素及び空気を加湿する加湿系、燃料電池１に温度調整のための冷却液を供給する冷却液供給系とを備え、燃料電池１の発電によって得られた電力を、燃料電池車両の駆動ユニット２に供給する構成となっている。

燃料電池１は、燃料ガスである水素が供給される燃料極と酸化剤ガスである空気が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。各発電セルの燃料極では、水素が供給されることで水素イオンと電子とが解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させて、空気極側にそれぞれ移動する。また、空気極では、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。

燃料電池１の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。

燃料電池１には、各発電セル、或いは発電セル群の電圧を検出するセル電圧検出装置３が接続されており、このセル電圧検出装置３の出力は、システムコントローラ１００に取り込まれるようになっている。システムコントローラ１００は、内蔵された制御ソフトウエアに基づいて、本発明を適用した燃料電池システム全体の動作を制御するものである。

燃料供給系は、高圧水素タンク４、可変バルブ５、エゼクタ６、水素供給配管７、水素循環配管８からなる。そして、水素供給源である高圧水素タンク４から供給される水素ガスは、可変バルブ５及びエゼクタ６を通って水素供給配管７へと送り込まれ、加湿器１８において加湿された後、燃料電池１の燃料極に供給される。

燃料電池１では供給された水素ガスは全て消費されるわけではなく、残った水素ガスは燃料電池１から排出された後、水素循環配管８を通ってエゼクタ６により循環され、新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池１の燃料極に供給される。なお、燃料電池１の出口側には、パージ弁９及びパージ配管１０が設けられている。水素循環配管８内には水素を循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池１の効率が低下する場合もある。そこで、燃料電池１の出口側にパージ弁９やパージ配管１０を設けることで、水素循環配管８内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。

また、燃料供給系においては、水素供給配管７の中途部に水素圧力センサ１１及び水素流量センサ１２が設けられており、燃料電池１の燃料極に供給される水素の圧力や流量がこれらのセンサにより検出できるようになっている。

空気供給系は、外気を吸入し圧縮して燃料電池１の空気極へと送り込むコンプレッサ１３、空気供給配管１４、及びスロットル１５によって構成されている。コンプレッサ１３によって供給される酸化剤としての空気は、水素ガスと同様、加湿器１８を通って加湿された後、空気供給配管１４より燃料電池１の空気極に供給される。燃料電池１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池１からスロットル１５を介して排出される。

この空気供給系においても、空気供給配管１４の中途部に空気圧力センサ１６及び空気流量センサ１７が設けられており、燃料電池１に供給される空気の圧力や流量がこれらのセンサによって検出できるようになっている。

加湿系は、加湿器１８、純水循環経路１９、純水ポンプ２０、純水ラジエータ２１、三方弁２２、バイパス経路２３によって構成される。そして、純水ポンプ２０の駆動により純水循環経路１９を純水が流れ、加湿器１８に供給された純水が、この加湿器１８によって燃料供給系の水素ガス及び空気供給系の空気に水分として供給されることで、これら水素ガス及び空気が加湿されるようになっている。また、加湿器１８から排出された純水は、純水ラジエータ２１を通過する過程でラジエータファン２４による送風により冷却されることになるが、三方弁２２の開度調整によって、純水ラジエータ２１を通過する純水とこの純水ラジエータ２１を迂回してバイパス経路２３を流れる純水との流量を制御することで、加湿用の純水の温度調整が行われる。このような純水の温度調整や、純水ポンプ２０の駆動による純水流量の制御は、システムコントローラ１００の制御のもとで行われ、これにより、水素ガスや空気の加湿量が調整される。

冷却液供給系は、冷却液循環経路２５、冷却液ポンプ２６、冷却液ラジエータ２７、三方弁２８、バイパス経路２９によって構成される。そして、冷却液ポンプ２６の駆動により冷却液循環経路２５を冷却液が流れ、この冷却液が燃料電池１に供給されて燃料電池１との間で熱交換が行われるようになっている。また、燃料電池１から排出された冷却液は、冷却液ラジエータ２７を通過する過程でラジエータファン３０による送風により冷却されることになるが、三方弁２８の開度調整によって、冷却液ラジエータ２７を通過する冷却液とこの冷却液ラジエータ２７を迂回してバイパス経路２９を流れる冷却液との流量を制御することで、冷却液の温度調整が行われる。このような冷却液の温度調整や、冷却液ポンプ２６の駆動による冷却液流量の制御は、システムコントローラ１００の制御のもとで行われ、これにより、燃料電池１の温度が調整される。

また、この冷却液供給系では、冷却液循環経路２７の燃料電池１入口側と出口側とにそれぞれ温度センサ３１，３２が設けられており、これら温度センサ３１，３２の検出値がシステムコントローラ１００に入力されるようになっている。そして、システムコントローラ１００は、これら温度センサ３１，３２の検出値に基づいて、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度を判定できるようになっている。

また、本実施形態の燃料電池システムでは、システム内の任意の箇所に、大気圧を検出するための大気圧センサ３３が設けられており、この大気圧センサ３３の検出値がシステムコントローラ１００に入力されるようになっている。そして、システムコントローラ１００は、この大気圧センサ３３の検出値に基づいて、大気圧の状態を判定できるようになっている。

以上のように構成される燃料電池システムにおいては、水素圧力センサ１１や水素流量センサ１２、空気圧力センサ１６や空気流量センサ１７、セル電圧検出装置３の検出値が、それぞれシステムコントローラ１００によって常時モニタリングされる。そして、システムコントローラ１００は、これらの検出値が、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１３やスロットル１５、可変バルブ５等を制御する。同時に、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、駆動ユニット２による燃料電池１からの電力取り出しを制御する。

また、特に、本実施形態の燃料電池システムにおいては、システムコントローラ１００が、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度や大気圧の状態等から燃料電池１の冷却状態を推定し、その推定結果を用いて、燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしている。そして、推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の電力取り出し制御を行うようにしている。

以下、本実施形態の燃料電池システムにおけるシステムコントローラ１００による制御の詳細について、本実施形態に特徴的な燃料電池１の発電応答時間を推定する処理を中心に具体的な例を挙げながら説明する。

図２は、システムコントローラ１００における発電応答時間推定に関する機能を概略的に示す機能ブロック図である。この図２に示すように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が、冷却液供給流量基本値算出手段１０１、燃料電池冷却状態推定手段１０２、冷却液供給流量補正値算出手段１０３、モータ回転数制御手段１０４、燃料電池発電応答時間推定手段１０５としての機能を有する。

冷却液供給流量基本値算出手段１０１は、燃料電池１に要求される目標発電量に基づいて、冷却液ポンプ２６に要求される冷却液供給流量の基本値を算出する。

燃料電池冷却状態推定手段１０２は、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度や大気圧の状態等から燃料電池１の冷却状態を推定する。具体的には、燃料電池冷却状態推定手段１０２は、大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定し、それに応じた冷却液ポンプ２６の冷却液吐出流量を推定する。また、温度センサ３１，３２の検出値に基づいて、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度を判定し、これらの温度差と冷却液吐出流量とに基づき、燃料電池１に供給された冷却液への燃料電池１からの放熱量を推定する。そして、燃料電池１で目標発電量を発電させたときの発熱量と前記放熱量との関係から、燃料電池１の冷却状態を推定する。

冷却液供給流量補正値算出手段１０３は、燃料電池冷却状態推定手段１０２により推定される燃料電池１の冷却状態に基づいて、冷却液供給流量基本値算出手段１０１が算出した冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出する。具体的には、冷却液供給流量補正値算出手段１０３は、燃料電池冷却状態推定手段１０２により燃料電池１の冷却状態が悪化することが推定された場合には、その冷却状態悪化を回避するために必要な冷却液供給流量の補正値を算出する。

モータ回転数制御手段１０４は、冷却液供給流量補正値算出手段１０３で算出した補正値で補正した後の冷却液流量が燃料電池１に供給されるように、冷却液ポンプ２６のモータ（以下、冷却液ポンプモータという。）に対して回転数指令値を出力し、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。

燃料電池発電応答時間推定手段１０５は、モータ回転数制御手段１０４から冷却液ポンプモータに出力される回転数指令値、すなわち燃料電池１の冷却状態に応じて補正された冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータの回転数指令値に基づいて、燃料電池１の発電応答時間を推定する。本実施形態の燃料電池システムにおいては、この燃料電池発電応答時間推定手段１０５により推定される燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の動作制御が実行されることになる。

本実施形態の燃料電池システムにおいては、大気圧の低下等の様々な要因によって冷却液ポンプ２６の能力低下が想定される場合には、この冷却液ポンプ２６の能力低下に起因する燃料電池１の冷却状態悪化を回避するために、冷却液ポンプモータの回転数を上昇させて必要な冷却液供給流量を確保できるようにしている。このため、燃料電池１の冷却状態悪化を回避する制御を行ったときには、冷却液ポンプ２６の仕事量が増加する分、燃料電池１の発電応答時間に遅れが生じることになる。このとき、燃料電池１の発電応答時間の遅れを無視して燃料電池１からの電力取り出しを実施しようとすると、燃料電池１から取り出す電力がその時点での発電可能な電力で制限されて、駆動ユニット２の安定的な制御の妨げとなる。

そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池冷却状態推定手段１０３で燃料電池１の冷却状態を推定すると共に、その推定結果を用いて、燃料電池発電応答時間推定手段１０５で発電応答時間を推定し、それに応じて駆動ユニット２による燃料電池１からの電力取り出しを制御することで、以上のような問題を回避するようにしている。

図３は、以上のようなシステムコントローラ１００により所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に実行される制御フローの一例を示すフローチャートである。

本制御フローがスタートすると、システムコントローラ１００は、先ず、ステップＳ１において、燃料電池１に要求される目標発電量に基づいて、冷却液ポンプ２６に要求される冷却液供給流量の基本値を算出する（冷却液供給流量基本値算出手段１０１）。

具体的には、例えば、大気圧が標準状態のときに燃料電池１で所定の発電を行ったときに、燃料電池１を適切に冷却するために必要な冷却液の供給流量を予め実験等によって調べ、図４に示すような燃料電池１の発電量と冷却液供給流量との関係を求めておく。そして、実際に駆動ユニット２で要求している電力（例えば、車両駆動用モータや補機類、２次バッテリ等で要求する電力）を燃料電池１の目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］し、この目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］と、図４に示した燃料電池１の発電量と冷却液供給流量との関係とから、大気圧が標準状態のときに燃料電池１で目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］を発電させる場合に要求される冷却液供給流量を求め、これを冷却液ポンプ２６に要求される冷却液供給流量の基本値Ｑ_０［Ｌ／ｍｉｎ］とする。

次に、ステップＳ２において、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度や大気圧の状態等から燃料電池１の冷却状態を推定する（燃料電池冷却状態推定手段１０２）。

具体的には、先ず、冷却液ポンプモータの回転数を所定回転数で一定としたときに大気圧変化に応じて変化する冷却液ポンプ２６の冷却液吐出流量を予め実験等によって調べ、図５に示すような大気圧と冷却液吐出流量との関係を求めておく。そして、実際に大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定したときに、図５に示した大気圧と冷却液吐出流量との関係から、実際に大気圧センサ３３で検出した大気圧の状態に応じた冷却液吐出流量を算出する。例えば、冷却液ポンプモータの回転数がＮ_{ＬＬＣＰＭＰ０}の場合であって、大気圧センサ３３で検出した大気圧がＰ_１（Ｐ１＜１０１．３２５（１気圧））［ｋＰａ］である場合には、冷却液ポンプ２６の冷却液吐出流量はＱ_Ｐ１［Ｌ／ｍｉｎ］となる。

更に、温度センサ３１，３２の検出値に基づいて、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度を判定し、これらの温度差と冷却液吐出流量とに基づき、燃料電池１に供給された冷却液への燃料電池１からの放熱量を推定する。ここで、燃料電池１入口側の冷却液温度をＴ_{Ｓｔａｃｋ＿ｉｎ}［ｄｅｇＣ］、燃料電池１出口側の冷却液温度をＴ_{Ｓｔａｃｋ＿ｏｕｔ}［ｄｅｇＣ］、冷却液吐出流量をＱ_Ｐ１［Ｌ／ｍｉｎ］、冷却液の比熱をｃ［ｋＷ／（ｋｇ×Ｋ）］、比重量をγ［ｋｇ／Ｌ］とすると、燃料電池１から冷却液への放熱量Ｈｒ［ｋＷ］は、下記式（１）によって求めることができる。

Ｈｒ＝ｃ×γ×Ｑ_Ｐ１×（Ｔ_{Ｓｔａｃｋ＿ｏｕｔ}−Ｔ_{Ｓｔａｃｋ＿ｉｎ}） ・・・（１）
更に、燃料電池１で所定の発電を行ったときの燃料電池１の発熱量を予め実験等によって調べ、図６に示すような燃料電池１の実発電量と発熱量との関係を求めておく。そして、実際に燃料電池１に要求される目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］と、図６に示した燃料電池１の発電量と発熱量との関係とから、燃料電池１で目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］を発電したときの発熱量Ｈｔ［ｋＷ］を算出する。

そして、最後に、燃料電池１で目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］を発電したときの発熱量Ｈｔ［ｋＷ］と、上記式（１）により求めた燃料電池１から冷却液への放熱量Ｈｒ［ｋＷ］とから、下記式（２）により最終燃料電池発熱量（実発熱量の予測値）Ｈｔ_１［ｋＷ］を求め、これを燃料電池１の冷却状態の評価値（推定結果）とする。

Ｈｔ_１＝Ｈｔ−Ｈｒ ・・・（２）
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で推定した燃料電池１の冷却状態に基づいて、ステップＳ１で算出した冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出し、この補正値で基本値を補正した後の目標冷却液供給流量を求める（冷却液供給流量補正値算出手段１０３）。

具体的には、先ず、図５に示した大気圧と冷却液吐出流量との関係から、大気圧の変化に起因して生じる燃料電池１への冷却液供給流量の過不足分を調べ、図７（ａ）に示すような大気圧と冷却液供給流量の基本値に対する補正係数との関係を求めておく。そして、実際に大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定したときに、図７（ａ）に示した大気圧と冷却液供給流量基本値に対する補正係数との関係から、大気圧センサ３３で検出した大気圧の状態に応じた補正係数を算出する。例えば、大気圧センサ３３で検出した大気圧がＰ_１［ｋＰａ］である場合には、冷却液供給流量基本値に対する補正係数はｋ_{ＬＬＣＰＭＰ１}となる。

更に、上述した最終燃料電池発熱量（実発熱量の予測値）を吸収するために必要な冷却液流量を調べ、図７（ｂ）に示すような最終燃料電池発熱量と冷却液供給流量の基本値に対する補正係数との関係を求めておく。そして、ステップＳ２において実際に最終燃料電池発熱量を求めたときに、図７（ｂ）に示した最終燃料電池発熱量と冷却液供給流量基本値に対する補正係数との関係から、ステップＳ２で求めた最終燃料電池発熱量に対応した補正係数を算出する。例えば、ステップＳ２で求めた最終燃料電池発熱量がＨｔ_１［ｋＷ］である場合には、冷却液供給流量基本値に対する補正係数はｋ_Ｈｔ１となる。

したがって、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］、最終燃料電池発熱量がＨｔ_１［ｋＷ］のときの冷却液供給流量基本値に対する補正係数ｋ_１は下記式（３）により算出することができ、このときの補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］は下記式（４）により算出することができる。

ｋ_１＝ｋ_{ＬＬＣＰＭＰ１}×ｋ_Ｈｔ１ ・・・（３）
Ｑ_１＝ｋ_１×Ｑ_０ ・・・（４）
次に、ステップＳ４において、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標冷却液流量が燃料電池１に供給されるように、冷却液ポンプモータに対して回転数指令値を出力して冷却液ポンプモータの回転数を制御する（モータ回転数制御手段１０４）。

具体的には、例えば、予め実験等によって、図８に示すような冷却液ポンプモータの回転数と冷却液ポンプ２６から燃料電池１に供給される冷却液流量との関係を求めておき、この冷却液ポンプモータ回転数と冷却液供給流量との関係から、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するための冷却液ポンプモータの回転数指令値Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］を算出する。そして、この回転数指令値Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］を冷却液ポンプモータに出力して、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。

次に、ステップＳ５において、冷却液ポンプモータに出力した回転数指令値、すなわち燃料電池１の冷却状態に応じて補正された冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータの回転数指令値に基づいて、燃料電池１の発電応答時間を推定する（燃料電池発電応答時間推定手段１０５）。そして、推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の動作制御を実行する。

ここで、ステップＳ５における燃料電池１の発電応答時間の推定方法について、図９を用いて説明する。

図９は、冷却液ポンプモータの回転数と燃料電池１の実発電量との関係を、燃料電池１の冷却状態が標準冷却状態のときと、所定冷却状態のときとで対比しながら示したものである。ここで、標準冷却状態とは、冷却液供給流量基本値を補正しない場合を表し、所定冷却状態とは、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］、最終燃料電池発熱量がＨｔ_１［ｋＷ］で、冷却液供給流量基本値を補正係数ｋ_１で補正する場合を表している。この図９から、燃料電池１に対する発電電力指令値の変化量が一定であるとすると、冷却液ポンプモータに対する回転数指令値の変化量も一定であるので、燃料電池１が所定冷却状態の場合には、標準冷却状態のときに比べて冷却液ポンプモータの目標回転数到達時間がΔｔ_１分だけ遅れることになり、これに伴って、燃料電池１の発電電力応答時間（燃料電池１の実発電量が目標発電電力Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}に到達するまでの応答時間）も、標準冷却状態のときの発電応答時間ｔ_０に対してΔｔ_１に相当する分だけ遅れが生じことが分かる。したがって、燃料電池１が所定冷却状態の場合の発電応答時間ｔ_１［ｓｅｃ］は、下記式（５）で求めることができる。

ｔ_１＝ｔ_０＋Δｔ_１ ・・・（５）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、大気圧の変化等によって変動する燃料電池１の冷却状態を推定し、その推定結果を用いて燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、例えば大気圧低下に伴う燃料電池１の冷却状態悪化を回避するための制御を行った場合でも、そのときの燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。そして、この推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて駆動ユニット２の動作制御を実行することで、駆動ユニット２の動作制御が不安定になることを有効に抑制して、高精度な動作制御を実現することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した第２の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、上述した第１の実施形態と同様の構成を有し、システムコントローラ１００が燃料電池１の発電応答時間を推定する手法も基本的には第１の実施形態と同様であるが、冷却液ポンプモータに過剰なトルク要求を行った場合に懸念される故障等の問題を回避できるように、冷却液供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにした点に特徴を有するものである。

すなわち、大気圧低下等の要因によって燃料電池１の冷却状態悪化が予想される場合には、これを回避するために冷却液ポンプモータの回転数増加により必要な冷却液供給流量を確保するようにしているが、冷却液ポンプモータの回転数が増加するとそれに伴い冷却液ポンプモータのトルクも増加することになる。また、大気圧低下時には、冷却液ポンプ２６が必要な圧力比を確保するために、冷却液ポンプモータに要求されるトルクが増加することになる。このような冷却液ポンプモータのトルク増加は、ある程度の増加分は特に問題とはならないが、過剰に増加するようなトルク要求を行ってしまうと、冷却液ポンプモータに故障等を生じさせる要因となる。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、冷却液ポンプモータに過剰なトルク要求を行わない範囲で所望の冷却液供給流量が得られるように、冷却液供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにしている。

以下、上述した第１の実施形態と同様の内容については重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容についてのみ、具体的な例を挙げて説明する。

図１０は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図４に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ１１において、この補正値で補正された冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータの目標回転数に基づき、冷却液ポンプモータのトルクを推定する。

具体的には、先ず、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］のときに燃料電池１により目標発電電力Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］を発電する場合において、燃料電池１の目標発電電力Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］に応じた冷却液ポンプ２６の目標吐出圧力Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＰａ］から求まる冷却液ポンプ２６の圧力比（＝Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿Ｔａｒｇｅｔ}／Ｐ_１）と、大気圧が１気圧の場合に冷却液ポンプ２６に要求される冷却液供給流量の基本値とに基づき、冷却液ポンプモータのトルク定常分を算出する。また、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するための冷却液ポンプモータの回転数指令値Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］を算出し、この回転数指令値Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］から求まる冷却液ポンプモータの目標角速度と、冷却液ポンプモータの慣性モーメントとに基づいて、冷却液ポンプモータのトルク過渡分を算出する。そして、これら冷却液ポンプモータのトルク定常分とトルク過渡分とを加算して、冷却液ポンプモータのトルク推定値を算出する。

次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が、冷却液ポンプモータの耐久性から求まる上限トルク（冷却液ポンプモータに故障等を生じさせることなく出力可能な最大トルク）を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ１２での判定の結果、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断される場合には、ステップＳ１３において、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを超えないように、補正後の冷却液供給流量の変化量、すなわち補正後の目標冷却液供給流量に到達するまでの冷却液供給流量の変化量に制限を加える。一方、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回らない場合には、ステップＳ１４へと処理を移行する。

ここで、補正後の冷却液供給流量の変化量を制限する方法について、図１１を用いて説明する。

図１１（ａ）は、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］の場合における冷却液ポンプモータの上限トルクを示したものである。この図１１（ａ）に示すように、冷却液ポンプモータの上限トルクは冷却液ポンプモータの回転数に応じて定まり、補正後の冷却液供給流量を実現する冷却液ポンプモータ回転数がＮ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］とすると、そのときの冷却液ポンプモータ上限トルクは、Ｔｒｑ_{ＬＬＣＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［Ｎｍ］となる。

図１１（ｂ）は、冷却液ポンプモータの回転数及び冷却液供給流量の変化と冷却液ポンプモータトルクの変化との関係を、上限トルクによる制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示したものである。この図１１（ｂ）に示すように、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクＴｒｑ_{ＬＬＣＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［Ｎｍ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えると、冷却液供給流量が補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間（冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間）がｔ_２［ｓｅｃ］となり、変化量に制限を加えない場合の到達時間ｔ_１［ｓｅｃ］に比べて、Δｔ_２分の遅れが生じることになる。そして、このときの冷却液供給流量の変化量の制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ２}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］は、下記式（６）によって求められる。

Ｑ_{１＿ＬＭＴ２}＝Ｑ_１／ｔ_２［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］ ・・・（６）
次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ１４において、補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するために冷却液ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断され、ステップＳ１３で冷却液供給流量の変化量の制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ２}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］を算出した場合には、この制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ２}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］に基づいて、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。

すなわち、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断された場合は、図１１（ｂ）に示したように、冷却液供給流量が補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間、すなわち、冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間がｔ_２［ｓｅｃ］となるように、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。

ここで、以上のように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合における燃料電池１の発電応答時間の遅れ分は、冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間の遅れ分Δｔ_２とほぼ等価となる。したがって、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］の場合で、冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクＴｒｑ_{ＬＬＣＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［Ｎｍ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間はｔ_２［ｓｅｃ］となる。

また、燃料電池１が標準冷却状態のときの発電応答時間ｔ_０［ｓｅｃ］と、上述した所定冷却状態（大気圧がＰ_１）で、冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクＴｒｑ_{ＬＬＣＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［Ｎｍ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間ｔ_２［ｓｅｃ］との関係は、下記式（７）のようになる。

ｔ_２＝ｔ_０＋Δｔ_１＋Δｔ_２ ・・・（７）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が冷却液ポンプモータの回転数を制御する際に、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることが推定される場合には、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルク以下となるように冷却液ポンプ２６に要求する冷却液供給流量の変化量に制限を加えるようにし、また、この制限値に基づく冷却液ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることに起因して生じる故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明を適用した第３の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、上述した第１の実施形態と同様の構成を有し、システムコントローラ１００が燃料電池１の発電応答時間を推定する手法も基本的には第１の実施形態と同様であるが、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が過剰となった場合に懸念される冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１の故障等の問題を回避できるように、冷却液供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにした点に特徴を有するものである。

すなわち、大気圧低下等の要因によって燃料電池１の冷却状態悪化が予想される場合には、これを回避するために冷却液ポンプモータの回転数増加により必要な冷却液供給流量を確保するようにしているが、冷却液ポンプモータの回転数を急激に増加させると冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が一時的に過大となって、冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１に故障等を生じさせる要因となる場合がある。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が過剰とならない範囲で所望の冷却液供給流量が得られるように、冷却液供給流量を補正する場合の流量変化量に制限を設けるようにしている。

以下、上述した第１の実施形態と同様の内容については重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容についてのみ、具体的な例を挙げて説明する。

図１２は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ２１において、この補正値で補正された冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータの目標回転数に基づき、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力を推定する。

具体的には、例えば、燃料電池１の冷却状態と、その冷却状態から求められる目標回転数で冷却液ポンプモータを駆動した場合に冷却液ポンプ２６から吐出される冷却液圧力の推定値Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿ＥＳＴ}［ｋＰａ］との関係を予め実験等によって求めておき、この燃料電池１の冷却状態と冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値との関係から、図３のステップＳ２で推定した燃料電池１の冷却状態の場合に冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力を推定する。

次に、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が、冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１の耐久性から求まる上限圧力を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ２２での判定の結果、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回ると判断される場合には、ステップＳ２３において、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を超えないように、補正後の冷却液供給流量の変化量、すなわち補正後の目標冷却液供給流量に到達するまでの冷却液供給流量の変化量に制限を加える。一方、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回らない場合には、ステップＳ２４へと処理を移行する。

ここで、補正後の冷却液供給流量の変化量を制限する方法について、図１３を用いて説明する。

図１３は、冷却液ポンプモータの回転数及び冷却液供給流量の変化と冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力の変化との関係を、上限圧力による制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示したものである。この図１３に示すように、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［ｋＰａ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えると、冷却液供給流量が補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間（冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間）がｔ_３［ｓｅｃ］となり、変化量に制限を加えない場合の到達時間ｔ_１［ｓｅｃ］に比べて、Δｔ_３分の遅れが生じることになる。そして、このときの冷却液供給流量の変化量の制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ３}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］は、下記式（８）によって求められる。

Ｑ_{１＿ＬＭＴ３}＝Ｑ_１／ｔ_３［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］ ・・・（８）
次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ２４において、補正後の冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するために冷却液ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回ると判断され、ステップＳ２３で冷却液供給流量の変化量の制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ３}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］を算出した場合には、この制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ３}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］に基づいて、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。

すなわち、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回ると判断された場合は、図１３に示したように、冷却液供給流量が補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間、すなわち、冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間がｔ_３［ｓｅｃ］となるように、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。

ここで、以上のように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合における燃料電池１の発電応答時間の遅れ分は、冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間の遅れ分Δｔ_３とほぼ等価となる。したがって、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］の場合で、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［ｋＰａ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間はｔ_３［ｓｅｃ］となる。

また、燃料電池１が標準冷却状態のときの発電応答時間ｔ_０［ｓｅｃ］と、上述した所定冷却状態（大気圧がＰ_１）で、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［ｋＰａ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間ｔ_３［ｓｅｃ］との関係は、下記式（９）のようになる。

ｔ_３＝ｔ_０＋Δｔ_１＋Δｔ_３ ・・・（９）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が冷却液ポンプモータの回転数を制御する際に、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を上回ることが推定される場合には、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力以下となるように冷却液ポンプ２６に要求する冷却液供給流量の変化量に制限を加えるようにし、また、この制限値に基づく冷却液ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を上回ることに起因して生じる冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１の故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明を適用した第４の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、第２の実施形態で説明した冷却液ポンプモータの上限トルクによる冷却液供給流量変化量の制限と、第３の実施形態で説明した冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の上限圧力による冷却液供給流量変化量の制限とを組み合わせたものである。

すなわち、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池１の冷却状態に応じて冷却液供給流量を補正する際、第２の実施形態と同様に、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを超えない範囲で所望の冷却液供給流量が得られるように流量変化量制限値を算出すると共に、第３の実施形態と同様に、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を超えない範囲で所望の冷却液供給流量が得られるように流量変化量制限値を算出する。そして、これらの流量変化量制限値のうちで小さい方の制限値、すなわち厳しい方の制限値に基づいて冷却液ポンプモータの回転数を制御し、この制限値に基づく冷却液ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定する。

以下、上述した第１乃至第３の実施形態と同様の内容については重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容についてのみ、具体的な例を挙げて説明する。

図１４は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ３１において、上述した第２の実施形態と同様に冷却液ポンプモータのトルクを推定し、ステップＳ３２において、上述した第３の実施形態と同様に冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力を推定する。

次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ３３において、ステップＳ３１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ３３での判定の結果、ステップＳ３１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断される場合には、ステップＳ３４において、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを超えない範囲で補正後の目標冷却液供給流量が得られるような流量変化量の制限値（第１の流量変化量制限値）を算出する。一方、ステップＳ３１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回らない場合には、ステップＳ３５へと処理を移行する。

次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ３５において、ステップＳ３２で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ３５での判定の結果、ステップＳ３２で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回ると判断される場合には、ステップＳ３６において、冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力が上限圧力を超えない範囲で補正後の目標冷却液供給流量が得られるような流量変化量の制限値（第２の流量変化量制限値）を算出する。一方、ステップＳ３２で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回らない場合には、ステップＳ３７へと処理を移行する。

ステップＳ３４またはステップＳ３６の少なくとも何れかのステップで流量変化量の制限値が算出された場合、システムコントローラ１００は、次のステップＳ３７において、ステップＳ３４で算出された第１の流量変化量制限値と、ステップＳ３６で算出された第２の流量変化量制限値のうちで、何れか小さい値の制限値（厳しい方の制限値）を選択する。そして、次のステップＳ３８において、補正後の冷却液供給流量Ｑ_１を実現するために冷却液ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ３７で何れかの流量変化量制限値を選択した場合には、この選択した流量変化量制限値に基づいて、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が冷却液ポンプモータの回転数を制御する際に、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることが推定される場合には、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルク以下となるような第１の流量変化量制限値を算出すると共に、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を上回ることが推定される場合には、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力以下となるような第２の流量変化量制限値を算出するようにしている。そして、これら算出した制限値のうちで何れか小さい方の流量変化量制限値（厳しい方の流量変化量制限値）を選択して、この選択した流量変化量制限値に基づいて冷却液ポンプモータの回転数を制御し、この制限値に基づく冷却液ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしている。したがって、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることに起因して生じる冷却液ポンプ２６の故障や、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限値を上回ることに起因して生じる冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１の故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。

本発明を適用した燃料電池システムの一例を示すシステム構成図である。 本発明を適用した燃料電池システムのシステムコントローラにおける発電応答時間推定に関する機能を概略的に示す機能ブロック図である。 本発明を適用した燃料電池システムのシステムコントローラによる燃料電池の発電応答時間推定処理の概要を示すフローチャートである。 燃料電池の発電量と冷却液供給流量の基本値との関係を示す特性図である。 冷却液ポンプモータの回転数が所定値の場合における大気圧と冷却液ポンプが吐出する冷却液流量との関係を示す特性図である。 燃料電池の発電量と発熱量との関係を示す特性図である。 冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出する方法を説明するための図であり、（ａ）は大気圧と冷却液供給流量基本値に対する補正係数との関係を示す図、（ｂ）は最終燃料電池発熱量と冷却液供給流量基本値に対する補正係数との関係を示す図である。 冷却液ポンプモータの回転数と冷却液流量との関係を示す特性図である。 燃料電池の発電応答時間を推定する方法を説明するための図であり、冷却液ポンプモータの回転数と燃料電池の実発電量との関係を示す特性図である。 冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。 補正後の冷却液供給流量の変化量を制限する方法を説明するための図であり、（ａ）は冷却液ポンプモータ回転数と上限トルクとの関係を示す特性図、（ｂ）は冷却液ポンプモータの回転数及び冷却液供給流量の変化と冷却液ポンプモータのトルク変化との関係を、上限トルクによる制限を加える場合と制限を加えない場合とで対比しながら示す特性図である。 冷却液ポンプが吐出する冷却液の圧力が上限圧力を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。 補正後の冷却液供給流量の変化量を制限する方法を説明するための図であり、冷却液ポンプモータの回転数及び冷却液供給流量の変化と冷却液ポンプが吐出する冷却液の圧力の変化との関係を、上限圧力による制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示す特性図である。 冷却液ポンプモータの上限トルクによる流量変化量制限値と、冷却液ポンプの吐出側上限冷却液圧力による流量変化量制限値とで、何れか小さい方の流量変化量制限値に基づき冷却液供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料電池
２ 駆動ユニット
２６ 冷却液ポンプ
３１ 温度センサ
３２ 温度センサ
３３ 大気圧センサ
１００ システムコントローラ
１０１ 冷却液供給流量基本値算出手段
１０２ 燃料電池冷却状態推定手段
１０３ 冷却液供給流量補正値算出手段
１０４ モータ回転数制御手段
１０５ 燃料電池発電応答時間推定手段

Claims (7)

1. 燃料ガス及び酸化剤ガスの供給により発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の冷却状態を推定する冷却状態推定手段と、
   前記冷却状態推定手段による推定結果を用いて、前記燃料電池の発電応答時間を推定する燃料電池発電応答時間推定手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給装置と、
   前記燃料電池の目標発電量に基づいて、前記冷却液供給装置に要求される冷却液供給流量の基本値を算出する冷却液供給流量基本値算出手段と、
   前記冷却状態推定手段による推定結果に基づいて、前記冷却液供給流量の補正値を算出する冷却液供給流量補正値算出手段と、
   前記補正値で補正された後の冷却液供給流量が得られるように、前記冷却液供給装置のモータに回転数指令値を出力して当該モータの回転数を制御するモータ回転数制御手段とを更に備え、
   前記燃料電池発電応答時間推定手段が、前記モータ回転数制御手段から出力される回転数指令値に基づいて、前記燃料電池の発電応答時間を推定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。
3. 前記冷却状態推定手段が、前記燃料電池の冷却状態を推定するためのパラメータとして大気圧を検出し、
   前記冷却液供給流量補正値算出手段が、大気圧の変化に伴って変化する前記冷却液供給装置の能力に応じて、前記冷却液供給流量の補正値を算出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。
4. 前記冷却状態推定手段が、前記燃料電池の冷却状態として当該燃料電池の発熱量予測値を算出し、
   前記冷却液供給流量補正値算出手段が、前記冷却状態推定手段により算出された発熱量予測値に応じて、前記冷却液供給流量の補正値を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
5. 前記冷却液供給装置に要求される冷却液供給流量をもとに、当該冷却液供給装置のモータのトルクを推定するモータトルク推定手段と、
   前記モータトルク推定手段により推定されるトルクが所定値を超えないように、前記冷却液供給装置に要求する冷却液供給流量の変化量の制限値を算出する冷却液供給流量変化量制限値算出手段とを更に備え、
   前記モータ回転数制御手段手段が、前記冷却液供給流量変化量制限値算出手段が算出した制限値に基づいて、前記冷却液供給装置のモータの回転数を制御することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。
6. 前記冷却液供給装置に要求される冷却液供給流量をもとに、当該冷却液供給装置が吐出する冷却液の圧力を推定する吐出冷却液圧力推定手段と、
   前記吐出冷却液圧力推定手段により推定される吐出冷却液圧力が所定値を超えないように、前記冷却液供給装置に要求する冷却液供給流量の変化量の制限値を算出する冷却液供給流量変化量制限値算出手段とを更に備え、
   前記モータ回転数制御手段手段が、前記冷却液供給流量変化量制限値算出手段が算出した制限値に基づいて、前記冷却液供給装置のモータの回転数を制御することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。
7. 前記冷却液供給流量変化量制限値算出手段が、前記モータトルク推定手段により推定されるトルクが所定値を超えない第１の制限値と、前記吐出冷却液圧力推定手段により推定される吐出冷却液圧力が所定値を超えない第２の制限値とをそれぞれ算出し、
   前記モータ回転数制御手段手段が、前記冷却液供給流量変化量制限値算出手段が算出した第１の制限値又は第２の制限値のうちで小さい方の制限値に基づいて、前記冷却液供給装置のモータの回転数を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池システム。

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