JP2007066568A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池において所望する発電が行えなくなってしまう頻度を低減させることが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池システム１は、電力−電流特性を利用することなく目標電流の値を求める目標電流算出部を制御部６０に備えている。目標電流算出部は、燃料電池１０が要求する要求電力量を、第１電圧センサＶ１により検出された燃料電池１０の出力電圧で除することで、発電目標となる電流値を求める。ここで、第１電圧センサＶ１により検出された出力電圧は、実際の検出値であるため、劣化等を含んだうえでの値であり、この出力電圧値を用いることで、正確性の高い目標電流値を求めることができる。よって、所望する発電を行いやすくできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、燃料電池システムでは、予め実験等により燃料電池の電流−電圧特性を求めておき、この特性から得られる電力−電流特性に基づき、燃料電池に要求される要求電力から目標電流を算出することが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−２１６８１８号公報

しかし、燃料電池の電流−電圧特性は、燃料電池の運転温度、供給ガス圧力、総運転時間、発電停止時間などの影響を受ける。さらに、燃料電池の電流−電圧特性は、燃料電池の経時的劣化について影響を受けやすい。このため、予め求めておいた電流−電圧特性と、現在運転している燃料電池の電流−電圧特性とは必ずしも一致せず、本来要求されるべき電流に対して異なった値の目標電流を算出してしまうことがあった。そして、上記のように、本来要求されるべき電流に対して異なった値の目標電流を算出しまった場合、燃料電池において所望する発電を行えない可能性がある。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、燃料電池において所望する発電が行えなくなってしまう頻度を低減させることが可能な燃料電池システムを提供することにある。

本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池電圧検出手段と、目標電流算出手段と、発電制御手段とを備えている。燃料電池は、燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行うものである。燃料電池電圧検出手段は、燃料電池の出力電圧の値を検出するものである。目標電流算出手段は、燃料電池電圧検出手段により検出された電圧値から、燃料電池の発電目標となる電流の値を求めるものである。発電制御手段は、目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値に基づいて発電制御を行うものである。

本発明によれば、燃料電池の出力電圧の値を検出し、検出した電圧値から燃料電池の発電目標となる電流の値を求め、この電流の値に基づいて発電制御を行うこととしている。ここで、燃料電池の出力電圧の値は、現実に検出された値であるため、燃料電池の劣化等を含んだうえでの値である。故に、この現実の値である出力電圧の値から、発電目標となる電流の値を求めることで、燃料電池の劣化等を含んだうえでの目標電流を求めることとなり、この目標電流の値に基づいて発電制御を行うため、劣化等による影響が少ない発電が行われることとなる。従って、燃料電池において所望する発電が行えなくなってしまう頻度を低減させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。なお、図１に示す構成については、便宜上、一部接続関係を省略して図示するものとする。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料ガス供給系２０と、水素ガス排出配管Ｌ２と、燃料ガス循環系３０と、酸化剤ガス供給系４０と、空気排出配管Ｌ５と、冷却液循環系５０とを備えている。

燃料電池１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行うものであり、燃料ガスである水素ガスの供給を受ける燃料極１０ａと、酸化剤ガスである酸素（空気）の供給を受ける酸化剤極１０ｂとを有している。これら両極は電解質を挟んで重ね合わされて発電セルを構成しており、燃料電池１０は、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造となっている。

燃料ガス供給系２０は、燃料電池１０に水素ガスを供給するものであって、水素タンクＨ１と、水素ガス供給配管Ｌ１と、水素圧力調整弁（燃料ガス圧力調整手段）Ｈ２と、第１アクチュエータＡ１とからなっている。水素タンクＨ１は、燃料電池１０の燃料極１０ａに水素ガスを供給する供給源となるものである。水素ガス供給配管Ｌ１は水素タンクＨ１と燃料電池１０の燃料極側入口とを接続し、水素タンクＨ１からの水素ガスを燃料電池１０の燃料極１０ａまで導くものである。水素圧力調整弁Ｈ２は、水素ガス供給配管Ｌ１に設けられ、開度を調整することにより、水素タンクＨ１から燃料電池１０の燃料極１０ａに供給される水素量を制御できるようになっている。また、水素圧力調整弁Ｈ２は、水素ガスの供給量を制御することにより燃料電池１０の燃料極１０ａに供給する水素ガスの圧力を調整する構成にもなっている。第１アクチュエータＡ１は、水素圧力調整弁Ｈ２の開度を調整すべく作動するものである。水素ガス排出配管Ｌ２は、燃料電池１０の燃料極側出口と外部とを接続し、水素ガスを含む燃料極１０ａオフガスを外部に導くものである。

また、燃料ガス循環系３０は、燃料電池１０の燃料極１０ａから排出されたオフガスを再度燃料電池１０に送り込むものであって、水素循環配管Ｌ３と、水素循環ポンプ（ガス循環手段）Ｈ３と、第２アクチュエータＡ２とを備えている。水素循環配管Ｌ３は、一端が水素ガス排出配管Ｌ２に接続され、他端が水素圧力調整弁Ｈ２と燃料電池１０の燃料極側入口との間の水素ガス供給配管Ｌ１に接続されており、燃料極１０ａにおいて発電に寄与しなかった水素を含むオフガスを燃料極１０ａの下流から上流に循環させるための流路となるものである。水素循環ポンプＨ３は、水素循環配管Ｌ３に設けられ、燃料電池１０の燃料極１０ａから排出されるガスを燃料極下流から上流に循環させて再度燃料極１０ａに送り込む循環源となるものである。第２アクチュエータＡ２は、水素循環ポンプＨ３の回転数を調整すべく作動するものであり、水素循環ポンプＨ３の回転数を調整することで、オフガスの循環流量を制御するようになっている。

酸化剤ガス供給系４０は、燃料電池１０に酸素を供給するものであって、空気供給配管Ｌ４と、コンプレッサ（酸化剤ガス圧力流量調整手段）Ｏ１と、第３アクチュエータＡ３とからなっている。空気供給配管Ｌ４は、外部と燃料電池１０の酸化剤極側入口とを接続するものであり、酸素を含む空気（外気）を燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに導くものである。コンプレッサＯ１は、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給する空気量を調整するためのものであり、空気供給配管Ｌ４に設けられている。このコンプレッサＯ１は、空気供給配管Ｌ４を通じて外気を圧送し、空気に含まれる酸素を燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給する。また、コンプレッサＯ１は、酸化剤極１０ｂに供給する空気量を調整することで、酸化剤極１０ｂに供給する空気の圧力についても調整する構成となっている。空気排出配管Ｌ５は、燃料電池１０の酸化剤極側出口と外部とを接続し、酸化剤極１０ｂからのオフガスである排空気を外部に導くものである。第３アクチュエータＡ３は、コンプレッサＯ１の回転数を調整すべく作動するものであり、コンプレッサＯ１の回転数を調整することで、空気の供給量を制御するようになっている。

冷却液循環系５０は、燃料電池１０の温度が高温となり過ぎないように温度を抑制するためのものであり、燃料電池１０に冷却液を流入させて該燃料電池１０を冷却し、該燃料電池１０を冷却したことにより暖められた冷却液を冷却して再度燃料電池１０に送り込む構成となっている。この冷却液循環系５０は、冷却液循環配管Ｌ６と、冷却液ポンプＣ１と、第４アクチュエータＡ４とからなっている。

冷却液循環配管Ｌ６は、冷却液循環系５０において冷却液を循環させる流路となるものである。冷却液ポンプＣ１は、冷却液循環系５０において冷却液を循環させる循環源となっており、冷却液は燃料電池１０にて暖められた後、図示しないラジエータによって冷却されて再度燃料電池１０に送り込まれるようになっている。第４アクチュエータＡ４は、冷却液ポンプＣ１の回転数を調整することで、冷却液の循環流量を制御するようになっている。

また、燃料電池システム１は、上記構成に加えて、第１電力取出装置（電力取出手段）ＰＷ１と、二次電池Ｂと、第２電力取出装置ＰＷ２とを備えている。第１電力取出装置ＰＷ１は、燃料電池１０から所望の電力を取り出すものである。二次電池Ｂは、燃料電池１０により発電された電力を充電すると共に放電が可能とされたものであり、余剰電力を蓄えておき、燃料電池１０にて発電を行えなかったり発電量が不足したりする場合に放電を行うものである。第２電力取出装置ＰＷ２は、二次電池Ｂから所望の電力を取り出すものであり、取り出した電力を負荷に供給するものである。

さらに、燃料電池システム１は、第１圧力センサＰ１、第２圧力センサＰ２、第１電流センサＩ１、第１電圧センサ（燃料電池電圧検出手段）Ｖ１、第２電流センサＩ２、第２電圧センサＶ２、温度センサＴ、及び制御部６０を備えている。

第１圧力センサＰ１は、燃料電池１０の燃料極側入口付近の水素ガス供給配管Ｌ１に設けられており、燃料極１０ａに供給されるガスの圧力を検出するものである。第２圧力センサＰ２は、燃料電池１０の酸化剤極側入口付近の空気供給配管Ｌ４に設けられており、酸化剤極１０ｂに供給される空気の圧力を検出するものである。

第１電流センサＩ１は燃料電池１０の出力電流の値を検出するものであり、第１電圧センサＶ１は燃料電池１０の出力電圧の値を検出するものである。第２電流センサＩ２は第２電力取出装置ＰＷ２により取り出される電流の値を検出するものであり、第２電圧センサＶ２は第２電力取出装置ＰＷ２により取り出されるの電圧（二次電池Ｂの電圧）の値を検出するものである。温度センサＴは、冷却液循環配管Ｌ６の燃料電池出口付近に設けられ、燃料電池１０にて暖められて排出された冷却液の温度を検出するものである。

制御部６０は、各種センサ信号を入力し、各アクチュエータＡ１〜Ａ４及び第１電力取出装置ＰＷ１を制御するものである。この制御部６０は、各アクチュエータＡ１〜Ａ４を制御することにより、燃料電池１０の発電制御を行う。すなわち、制御部６０は、第１アクチュエータＡ１及び第３アクチュエータＡ３を制御して水素ガスの供給量及び圧力を制御し、第３アクチュエータＡ３を制御して酸化剤ガスの供給量及び圧力を制御し、第４アクチュエータＡ４を制御して冷却液の循環流量を制御する。

ここで、制御部６０は、発電目標となる電流の値を決定し、この目標電流値に応じて各アクチュエータＡ１〜Ａ４及び第１電力取出装置ＰＷ１を制御する。この目標電流値の算出について、一般的な燃料電池システムでは、予め実験等により燃料電池の電流値と電圧値との相関関係を示す電流−電圧特性を求めておく。次いで、一般的な燃料電池システムでは、電流−電圧特性から得られる電力−電流特性に基づき、燃料電池に要求される要求電力から目標電流を算出する。ところが、本実施形態の制御部６０は、電力−電流特性を利用することなく目標電流の値を求める機能を備えている。

具体的に制御部６０は、第１電圧センサＶ１により検出された電圧値から、燃料電池１０の発電目標となる電流の値を求める。すなわち、制御部６０は、燃料電池１０に要求される要求電力の値を、第１電圧センサＶ１により検出された電圧値で除することで、発電目標となる電流の値を求める。これにより、本実施形態の燃料電池システム１では、正確な目標電流値を求めることができる。

一般的に燃料電池の電流−電圧特性は、燃料電池の運転温度、供給ガス圧力、総運転時間、発電停止時間などの影響を受ける。特に、電流−電圧特性は、燃料電池の経時的劣化について影響を受けやすい。このため、予め求めておいた電流−電圧特性と、現在運転している燃料電池の電流−電圧特性とは必ずしも一致せず、本来要求されるべき電流に対して異なった値の目標電流を算出してしまうことがある。

ところが、本実施形態において制御部６０は、燃料電池１０の出力電圧の値を検出し、検出した電圧値から燃料電池の発電目標となる電流の値を求め、この電流の値に基づいて発電制御を行うこととしている。ここで、燃料電池１０の出力電圧の値は、現実に検出された値であるため、燃料電池１０の劣化等を含んだうえでの値である。故に、この現実の値である出力電圧の値から、発電目標となる電流の値を求めることで、燃料電池１０の劣化等を含んだうえでの目標電流を求めることとなり、正確に目標電流値を算出することができる。

そして、制御部６０は、この目標となる電流の値に基づいて各アクチュエータＡ１〜Ａ４及び第１電力取出装置ＰＷ１を制御し、発電制御を行う。よって、本実施形態の燃料電池システム１では、正確に目標電流値を算出し、燃料電池１０において所望する発電が行えなくなってしまう頻度を低減させることができる。

図２は、要求電力量と発電電力量との相関を示す説明図であり、（ａ）は従来例を示し、（ｂ）は本実施形態での例を示している。図２（ａ）に示すように、燃料電池１０の性能劣化がない場合、要求電力量がＰｋ〔ｋｗ〕であるとき、発電電力量は同様にＰｋ〔ｋｗ〕となる。ところが、燃料電池１０の劣化している場合、要求電力量がＰｋ〔ｋｗ〕であるとき、発電電力量は例えばＰｋ’（＜Ｐｋ）〔ｋｗ〕となってしまう。なお、燃料電池１０の劣化時には発電可能な電力量の最大値も低下してしまう。このため、劣化時における発電電力の最大値はＰｍａｘ〔ｋｗ〕となっている。

これに対し、本実施形態では、第１電圧センサＶ１により検出された電圧値から、燃料電池１０の発電目標となる電流の値を求める。このため、燃料電池１０が劣化して発電電力量が低くなってしまう場合であっても、要求電力量を第１電圧センサＶ１により検出された電圧値で除することで、目標とすべき電流値を正確に求めることができる。この結果、たとえ燃料電池１０が劣化している場合であっても、図２（ｂ）に示すように、所望の電力量が得られることとなる。なお、劣化時における発電電力の最大値はＰｍａｘであるため、正確には発電電力量がＰｍａｘに達するまでは所望の発電を行えることとなる。

次に、制御部６０の詳細構成を説明する。図３は、図１に示した制御部６０の詳細構成図である。制御部６０は、簡単に説明すると、第１電圧センサＶ１により検出された出力電圧ＦＣＯＶから第１目標電流値ＴＣＲ１を求めると共に、従来手法（電流−電圧特性を利用した手法）により第２目標電流値ＴＣＲ２を求める。そして、制御部６０は、これら目標電流値ＴＣＲ１，ＴＣＲ２のうち適切な方を目標電流値ＴＣＲとして選択し、選択した目標電流値ＴＣＲに応じてアクチュエータＡ１〜Ａ４及び第１電力取出装置ＰＷ１を制御して発電制御を行う。

以下、具体的に説明する。図３に示すように、制御部６０は、目標発電電力算出部１０１と、目標電流算出部（目標電流算出手段）１０２と、燃料電池劣化検知部（劣化割合判断手段）１０３と、第２目標電流算出部（第２目標電流算出手段）１０４と、二次電池充電割合検知部（充電電力検出手段）１０５と、目標電流選択部（電流選択手段）１０６とを備えている。

目標発電電力算出部１０１は、燃料電池１０に要求される要求電力量を求めるものである。この目標発電電力算出部１０１は、例えば燃料電池システム１が車両の駆動動力源として用いられる場合、アクセルペダルセンサからの信号値等に基づいて要求電力量（以下目標電力量という）を求める。さらに、目標発電電力算出部１０１は、記憶部を有し、１計算サイクル前の目標電力量を記憶している。

目標電流算出部１０２は、第１電圧センサＶ１により検出された燃料電池出力電圧ＦＣＯＶから、発電目標となる電流値を求めるものであり、目標発電電力算出部１０１により求められた目標電力量ＴＰＧを、燃料電池出力電圧ＦＣＯＶで除することで、第１目標電流値ＴＣＲ１を求める。

燃料電池劣化検知部１０３は、燃料電池の劣化度合いを検出するものである。この燃料電池劣化検知部１０３は、第１電流センサＩ１によって検出される燃料電池１０の出力電流ＦＣＯＣ、第１電圧センサＶ１により検出される燃料電池１０の出力電圧ＦＣＯＶから所定時間間隔で統計学的手法を用いて集計することで、現在の電流-電圧特性を測定し、予め求めておいた電流-電圧特性のノミナル値と比較することで劣化度合いＦＣＤＲを算出する。

第２目標電流算出部１０４は、予め記憶された電流−電圧特性と、目標発電電力算出部１０１により求められた目標電力量ＴＰＧとに基づいて、燃料電池１０の発電目標となる第２目標電流値ＴＣＲ２を求めるものである。また、第２目標電流算出部１０４は、第２目標電流値ＴＣＲ２を求めるにあたり、温度センサＴにより検出された冷却液温度ＴＭＰＦＣについても利用する。すなわち、第２目標電流算出部１０４は、燃料電池１０の出力電力、運転温度及び出力電流との相関関係のノミナル値を演算マップの形で記憶しており、目標発電電力算出部１０１により求められた目標電力量ＴＰＧと、温度センサＴにより検出された冷却液温度ＴＭＰＦＣとを上記演算マップに当てはめることで、第２目標電流値ＴＣＲ２を求める。なお、この目標電流値の演算は従来手法と同様である。

また、本実施形態の第２目標電流算出部１０４は、上記のように第２目標電流値ＴＣＲ２を求めてもよいが、さらに、劣化度合いＦＣＤＲを考慮して第２目標電流値ＴＣＲ２を求めることが望ましい。すなわち、第２目標電流算出部１０４は、上記のように電流−電圧特性と目標電力量ＴＰＧ等から電流値を求め、この電流値を燃料電池劣化検知部１０３により判断された劣化度合いＦＣＲＤに応じて補正する（掛け合わせる）ことで、第２目標電流値ＴＣＲ２を求める。これにより、第２目標電流算出部１０４は一層正確な第２目標電流値ＴＣＲ２を求める。

二次電池充電割合検知部１０５は、二次電池Ｂの充電電力を検出するものである。この二次電池充電割合検知部１０５は、第２電流センサＩ２の検出値と第２電圧センサＶ２との検出値とから二次電池Ｂの充電電力量を推定し、充電割合ＳＯＣとして出力する構成となっている。

目標電流選択部１０６は、目標電流算出部１０２により算出された第１目標電流値ＴＣＲ１と、第２目標電流算出部１０４により算出された第２目標電流値ＴＣＲ２とのいずれか一方を選択するものである。このとき、目標電流選択部１０６は、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち大きい方を選択する。これにより、目標電流値ＴＣＲを小さい値としてしまい、発電電力が不足してしまうことを防止するようにしている。

なお、目標電流選択部１０６は、常時第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち大きい方を選択するわけでなく、一定の場合には小さい方を選択する。すなわち、目標電流選択部１０６は、目標電力量ＴＰＧの変化量が負である場合には、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち、小さい方を選択する。このため、目標電力量ＴＰＧの変化量が負となり、発電すべき電力量が低下する場合に、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち、小さい方を選択することとなり、適切な発電を行うようにしている。

図４は、目標電流値等を示す説明図であり、（ａ）は第１及び第２目標電流値ＴＣＲ１，ＴＣＲ２を示し、（ｂ）は目標電流値ＴＣＲを示している。なお、図４においては、負荷（目標電力量）が増加し、その後負荷が一定を保ち、次いで負荷が減少した場合を説明する。

図４（ａ）に示すように、電流−電圧特性に基づいて目標電流値を求める場合、燃料電池１０が劣化していない通常時にあっては、負荷の増加と共に目標電流の値がＩｋまで増加する。これに対し、燃料電池１０の劣化時では、負荷の増加と共に目標電流の値がＩｋ’（＜Ｉｋ）までしか増加しない。ところが、目標電力量ＴＰＧを出力電圧ＦＣＯＶで除することで第１目標電流値ＴＣＲ１を求めるため、第１目標電流値ＴＣＲ１は、通常時の目標電流値Ｉｋと同じ値まで上昇する。このため、本実施形態では目標電流の値を正確にすることができるようになっている。

なお、図４（ａ）に示すように、第１目標電流値ＴＣＲ１は、通常時の目標電流値に完全一致するわけでなく、負荷上昇時にあっては通常時の目標電流値よりも遅れて上昇する。特に、第１目標電流値ＴＣＲ１は、従来手法により求めた目標電流値よりも遅れて上昇する。このため、負荷上昇中の期間においては、目標電流値の正確性が欠けることとなってしまう。

ところが、制御部６０は、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち大きい方を選択し、選択した方を目標電流値ＴＣＲとしている。このため、制御部６０は、負荷が増加する初期段階において第２目標電流値ＴＣＲ２を目標電流値ＴＣＲとし、その後、第１目標電流値ＴＣＲ１を目標電流値ＴＣＲとする。これにより、目標電流値ＴＣＲを通常時の目標電流値に近づけ、負荷上昇中における発電電力が不足してしまうことを防止するようにしている。

図５は、目標電流値等を示す第２の説明図である。上記したように、目標電流選択部１０６は、目標電力量ＴＰＧの変化量が負である場合には、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち、小さい方を選択する。このため、負荷減少時における目標電流値ＴＣＲは図５に示すようになる。すなわち、負荷減少時において第１目標電流値ＴＣＲ１は、負荷上昇時と同様に通常時の目標電流値よりも遅れて減少するため、第２目標電流値ＴＣＲ２の方が低い値となっている。故に、目標電流選択部１０６は、負荷減少時には、第２目標電流値ＴＣＲ２を目標電流値ＴＣＲとして選択する。これにより、負荷減少時に第１目標電流値ＴＣＲ１に基づいて発電を行って過剰発電となってしまうことを防止している。

なお、目標電流選択部１０６は、二次電池充電割合検知部１０５により検出された二次電池Ｂの充電電力量が所定量よりも少ない場合、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち大きい方を選択し、二次電池充電割合検知部１０５により検出された二次電池Ｂの充電電力量が所定量以上である場合、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち小さい方を選択するようにしてもよい。これにより、二次電池Ｂの充電電力量が小さい場合には、大きい方の電流値が選択され、二次電池Ｂの充電や二次電池Ｂからの電力量の持ち出し量を低下させることができる。また、二次電池Ｂの充電電力量が大きい場合に、小さい方の電流値が選択され、二次電池Ｂの充電量が充分な状況で過剰な発電を行ってしまうことを防止することができる。

以上のように、制御部６０は、目標発電電力算出部１０１と、目標電流算出部１０２と、燃料電池劣化検知部１０３と、第２目標電流算出部１０４と、二次電池充電割合検知部１０５と、目標電流選択部１０６とによって、目標電流値ＴＣＲを得るようになっている。

さらに、図３に示すように、制御部６０は、目標取出電力算出部（取出電力量算出手段）１０７と、目標燃料ガス循環流量算出部（ガス循環流量算出手段）１０８と、目標ガス圧力算出部（燃料ガス圧力算出手段、酸化剤ガス圧力算出手段）１０９と、目標空気流量算出部（酸化剤ガス流量算出手段）１１０と、発電制御部（発電制御手段）１１１とを備えている。

目標取出電力算出部１０７は、目標電流選択部１０６により選択された目標電流値ＴＣＲに応じて、第１電力取出装置ＰＷ１が取り出すべき電力量を算出するものであり、算出結果を目標取出電力ＴＰＧ１として、発電制御部１１１に送信するものである。

目標燃料ガス循環流量算出部１０８は、目標電流選択部１０６により選択された目標電流値ＴＣＲに応じて、燃料極１０ａの下流から上流に循環させるべきガスの流量を算出するものであり、算出結果を目標循環流量ＴＱＨＲとして、発電制御部１１１に送信するものである。

目標ガス圧力算出部１０９は、目標電流選択部１０６により選択された目標電流値ＴＣＲに応じて、燃料電池１０の燃料極１０ａに供給する燃料ガスの圧力を算出するものであり、算出結果を目標燃料ガス圧力ＴＰＲＨとして、発電制御部１１１に送信するものである。また、目標ガス圧力算出部１０９は、同様に、目標電流値ＴＣＲに応じて酸化剤ガスの圧力を算出し、算出結果を目標酸化剤ガス圧力ＴＰＲＡとして、発電制御部１１１に送信するものでもある。

目標空気流量算出部１１０は、目標電流選択部１０６により選択された目標電流値ＴＣＲに応じて、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給する酸化剤ガスの流量を算出するものであり、算出結果を目標酸化剤ガス流量ＴＱＡとして、発電制御部１１１に送信するものである。

発電制御部１１１は、目標電流値ＴＣＲから求められる各種値ＴＰＧ１，ＴＱＨＲ，ＴＰＲＨ，ＴＰＲＡ，ＴＱＡに基づいて発電制御を行うものである。具体的に発電制御部１１１は、電力取出装置制御部（取出電力制御手段）１１１ａと、水素調圧弁制御部（燃料ガス圧力制御手段）１１１ｂと、水素循環ポンプ制御部（ガス循環流量制御手段）１１１ｃと、コンプレッサ回転数制御部（酸化剤ガス圧力流量制御手段）１１１ｄとを有している。

電力取出装置制御部１１１ａは、目標取出電力算出部１０７により算出された目標取出電力ＴＰＧ１を取り出すように第１電力取出装置ＰＷ１を制御するものである。水素調圧弁制御部１１１ｂは、目標ガス圧力算出部１０９により算出された圧力ＴＰＲＨとなるように水素圧力調整弁Ｈ２の第１アクチュエータＡ１を制御するものである。

水素循環ポンプ制御部１１１ｃは、目標燃料ガス循環流量算出部１０８により算出された流量ＴＱＨＲとなるように水素循環ポンプＨ３の回転数を制御するものである。コンプレッサ回転数制御部１１１ｄは、目標ガス圧力算出部１０９と目標空気流量算出部１１０により算出された圧力及び流量となるようにコンプレッサＯ１の回転数を制御するものである。

次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の詳細動作を図３等を参照して説明する。まず、目標発電電力算出部１０１は、アクセルペダルセンサ等の信号から燃料電池１０の要求電力すなわち目標電力量ＴＰＧを算出する。そして、目標発電電力算出部１０１は、算出した目標電力量ＴＰＧの情報を目標電流算出部１０２、第２目標電流算出部１０４及び目標電流選択部１０６に送信する。また、一方で目標発電電力算出部１０１は、１計算サイクル前の目標電力量ＴＰＧ０の情報を目標電流選択部１０６に送信しておく。

目標電流算出部１０２は、目標発電電力算出部１０１により算出された目標電力量ＴＰＧの情報を入力すると、目標電力量ＴＰＧを第１電圧センサＶ１により検出された電圧値ＦＣＯＶで除し、第１目標電流値ＴＣＲ１を求める。そして、目標電流算出部１０２は、算出した第１目標電流値ＴＣＲ１を目標電流選択部１０６に送信する。

さらに、燃料電池劣化検知部１０３は、第１電流センサＩ１と第１電圧センサＶ１により検出された電流値ＦＣＯＣ及び電圧値ＦＣＯＶから燃料電池１０の劣化度合いＦＣＤＲを求める。そして、燃料電池劣化検知部１０３は、求めた燃料電池１０の劣化度合いＦＣＤＲの情報を、第２目標電流算出部１０４に送信する。

また、第２目標電流算出部１０４は、目標発電電力算出部１０１により算出された目標電力量ＴＰＧの情報、第１電圧センサＶ１により検出された電圧値ＦＣＯＶの情報、及び、温度センサＴにより検出された冷却液温度ＴＭＰＦＣの情報を入力し、記憶した演算マップから電流値を求める。次いで、第２目標電流算出部１０４は、求めた電流値と燃料電池劣化検知部１０３により求められた劣化度合いＦＣＤＲとを掛け合わせて第２目標電流値ＴＣＲ２を求める。そして、第２目標電流算出部１０４は、求めた第２目標電流値ＴＣＲ２の情報を目標電流選択部１０６に送信する。

また、二次電池充電割合検知部１０５は、第２電流センサＩ２の検出値と第２電圧センサＶ２との検出値とから二次電池Ｂの充電電力量を推定し、充電割合ＳＯＣとして目標電流選択部１０６に送信に送信する。

そして、目標電流選択部１０６は、図６に示すフローチャートの処理を実行する。図６は、図３に示した目標電流選択部１０６の詳細動作を示すフローチャートである。まず、目標電流選択部１０６は、目標電力量ＴＰＧの情報を入力する（ＳＴ１）。

次に、目標電流選択部１０６は、１計算サイクル前の目標電力量ＴＰＧ０の情報を入力する（ＳＴ２）。次いで、目標電流選択部１０６は、第１目標電流値ＴＣＲ１を入力し（ＳＴ３）、その後第２目標電流値ＴＣＲ２を入力する（ＳＴ４）。そして、目標電流選択部１０６は、充電割合ＳＯＣを入力する（ＳＴ５）。

次に、目標電流選択部１０６は、充電割合ＳＯＣが所定量ＳＯＣＣよりも小さいか否かを判断する（ＳＴ６）。ここで、充電割合ＳＯＣが所定量ＳＯＣＣよりも小さくないと判断した場合（ＳＴ６：ＮＯ）、目標電流選択部１０６は、第１目標電流値ＴＣＲ１が第２目標電流値ＴＣＲ２以上であるか否かを判断する（ＳＴ７）。第１目標電流値ＴＣＲ１が第２目標電流値ＴＣＲ２以上であると判断した場合（ＳＴ７：ＹＥＳ）、目標電流選択部１０６は、第１目標電流値ＴＣＲ１を目標電流値ＴＣＲとして選択する（ＳＴ８）。そして、図６に示す処理は終了する。

一方、第１目標電流値ＴＣＲ１が第２目標電流値ＴＣＲ２以上でないと判断した場合（ＳＴ７：ＮＯ、目標電流選択部１０６は、第２目標電流値ＴＣＲ２を目標電流値ＴＣＲとして選択する（ＳＴ９）。その後、図６に示す処理は終了する。すなわち、目標電流選択部１０６は、充電割合ＳＯＣが所定量ＳＯＣＣよりも小さくないと判断した場合（ＳＴ６：ＮＯ）、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち小さい方を選択している。

ところで、充電割合ＳＯＣが所定量ＳＯＣＣよりも小さいと判断した場合（ＳＴ６：ＹＥＳ）、目標電流選択部１０６は、目標電力量ＴＰＧが１計算サイクル前の目標電力量ＴＰＧ０以下であるか否かを判断する（ＳＴ１０）。すなわち、目標電流選択部１０６は、目標電力量ＴＰＧの変化量が負または「０」であるか否かを判断している。

ここで、目標電力量ＴＰＧの変化量が負または「０」でない場合（ＳＴ１０：ＮＯ）、目標電流選択部１０６は、ステップＳＴ７〜ＳＴ９の処理を実行して、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち小さい方を選択する。一方、目標電力量ＴＰＧの変化量が負または「０」である場合（ＳＴ１０：ＹＥＳ）、目標電流選択部１０６は、第１目標電流値ＴＣＲ１が第２目標電流値ＴＣＲ２以上であるか否かを判断する（ＳＴ１１）。第１目標電流値ＴＣＲ１が第２目標電流値ＴＣＲ２以上であると判断した場合（ＳＴ１１：ＹＥＳ）、目標電流選択部１０６は、第２目標電流値ＴＣＲ２を目標電流値ＴＣＲとして選択する（ＳＴ１２）。そして、図６に示す処理は終了する。

一方、第１目標電流値ＴＣＲ１が第２目標電流値ＴＣＲ２以上でないと判断した場合（ＳＴ１１：ＮＯ、目標電流選択部１０６は、第１目標電流値ＴＣＲ１を目標電流値ＴＣＲとして選択する（ＳＴ１３）。その後、図６に示す処理は終了する。

再度、図３を参照する。図６に示すようにして目標電流選択部１０６が目標電流値ＴＣＲを選択した後、各算出部１０７〜１１０は、目標電流値ＴＣＲが得られるように、各値ＴＰＧ１，ＴＱＨＲ，ＴＰＲＨ，ＴＰＲＡ，ＴＱＡを算出する。そして、発電制御部１１１は、算出された各値ＴＰＧ１，ＴＱＨＲ，ＴＰＲＨ，ＴＰＲＡ，ＴＱＡに基づいて、第１〜第４アクチュエータＡ１〜Ａ４及び第１電力取出装置ＰＷ１を制御する。

このようにして、本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、燃料電池１０の出力電圧の値ＦＣＯＶを検出し、検出した電圧値ＦＣＯＶから燃料電池１０の発電目標となる第１目標電流値ＴＣＲ１を求め、この第１目標電流値ＴＣＲ１に基づいて発電制御を行うこととしている。ここで、燃料電池１０の出力電圧の値ＦＣＯＶは、現実に検出された値であるため、燃料電池１０の劣化等を含んだうえでの値である。故に、この現実の値である出力電圧ＦＣＯＶの値から、第１目標電流値ＴＣＲ１を求めることで、燃料電池１０の劣化等を含んだうえでの目標電流を求めることとなり、この第１目標電流値ＴＣＲ１に基づいて発電制御を行うため、劣化等による影響が少ない発電が行われることとなる。従って、燃料電池において所望する発電が行えなくなってしまう頻度を低減させることができる。

また、燃料電池１０の目標電力量ＴＰＧを、検出した電圧値ＦＣＯＶで除することで、発電目標となる第１目標電流値ＴＣＲ１を求めることとしている。このため、簡易に目標電流の値を求めることができる。

また、第２目標電流算出部１０４は、予め記憶され燃料電池１０の電流値と電圧値との相関関係を示す電流電圧特性と、燃料電池１０の目標電力量ＴＰＧとに基づいて、燃料電池１０の発電目標となる第２目標電流値ＴＣＲ２を求めることとしている。このため、第２目標電流算出手段は、従来からの手法により目標電流の値を求めることとなる。

さらに、目標電流算出部１０２により算出された第１目標電流値ＴＣＲ１と、第２目標電流算出部１０４により算出された第２目標電流値ＴＣＲ２とのいずれか一方を選択し、選択した目標電流の値に基づいて発電制御を行うこととしている。このため、従来の手法と、劣化等による影響が少ない手法とのうち、適切な目標電流の値を用いて発電制御を行うことができる。従って、一層適切に発電を行うことができる。

また、電流電圧特性と目標電力量ＴＰＧとに基づいて電流値を求め、この電流値を劣化度合いＦＣＤＲに応じて補正することで、燃料電池１０の第２目標電流値ＴＣＲ２を求めることとしている。このため、電流電圧特性を利用して目標電流の値を求めるにあたり、劣化度合いＦＣＤＲを考慮に入れて発電目標となる第２目標電流値ＴＣＲ２を求めることとなり、従来手法においても劣化を考慮し第２目標電流値ＴＣＲ２の算出の正確性を高めることができる。

また、目標電流算出部１０２により算出された第１目標電流値ＴＣＲ１と、第２目標電流算出部１０４により算出された第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち、大きい方を選択することとしている。これにより、目標電流値ＴＣＲを小さい値としてしまい、発電電力が不足してしまうことを防止することができる。

また、目標電力量ＴＰＧの変化量が負である場合には、目標電流算出部１０２により算出された第１目標電流値ＴＣＲ１と、第２目標電流算出部１０４により算出された第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち、小さい方を選択することとしている。このため、目標電力量ＴＰＧの変化量が負となり、発電すべき電力量が低下する場合に、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち、小さい方を選択することとなり、適切な発電を行うことができる。

また、二次電池Ｂの充電電力量が所定量よりも少ない場合、目標電流算出部１０２により算出された第１目標電流値ＴＣＲ１と、第２目標電流算出部１０４により算出された第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち、大きい方を選択することとしている。このため、二次電池Ｂの充電電力量が小さい場合に、大きい方の電流値が選択され、二次電池Ｂの充電や二次電池Ｂからの電力量の持ち出し量を低下させることができる。

さらに、二次電池Ｂの充電電力量が所定量以上である場合、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２とのうち小さい方を選択することとしている。このため、二次電池Ｂの充電電力量が大きい場合に、小さい方の電流値が選択され、二次電池Ｂの充電量が充分な状況で過剰な発電を行ってしまうことを防止することができる。

また、燃料電池１０から所望の電力を取り出す第１電力取出装置ＰＷ１と、目標電流値ＴＣＲに応じて第１電力取出装置ＰＷ１が取り出すべき目標取出電力量ＴＰＧ１を算出する目標取出電力算出部１０７を備え、発電制御部１１１は、この電力量ＴＰＧ１を取り出すように、電力取出装置制御部１１１ａによって第１電力取出装置ＰＷ１を制御することとしている。これにより、適切な電力が燃料電池１０から取り出され、発電電力量と取出電力量との乖離を防止することができる。

また、燃料電池１０の燃料極１０ａに供給する燃料ガスの圧力を調整する水素圧力調整弁Ｈ２と、目標電流値ＴＣＲに応じて燃料電池１０の燃料極１０ａに供給する目標燃料ガス圧力ＴＰＲＨを求める目標ガス圧力算出部１０９とを備え、発電制御部１１１は、この圧力となるように水素調圧弁制御部１１１ｂによって水素圧力調整弁Ｈ２を制御することとしている。このため、目標電流値に応じて適切に燃料ガスの圧力を制御することができる。

また、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給する酸化剤ガスの圧力及び流量を調整するコンプレッサＯ１と、目標電流値ＴＣＲに応じて、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給する目標空気圧力ＴＰＲＡを算出する目標ガス圧力算出部１０９と、目標電流値ＴＣＲに応じて、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給する目標空気流量ＴＱＡを算出する目標空気流量算出部１１０とを備え、発電制御部１１１は、この圧力及び流量となるようにコンプレッサ回転数制御部１１１ｄによってコンプレッサＯ１を制御することとしている。このため、目標電流値に応じて適切に酸化剤ガスの圧力及び流量を制御することができる。

また、燃料電池１０の燃料極側から排出されるガスを燃料極１０ａの下流から上流に循環させる水素循環ポンプＨ３と、目標電流値ＴＣＲに応じて、燃料極１０ａの下流から上流に循環させべきガスの流量を算出する目標燃料ガス循環流量算出部１０８とを備え、発電制御部１１１は、この流量となるように水素循環ポンプ制御部１１１ｃによって水素循環ポンプＨ３を制御することとしている。このため、目標電流値に応じて適切にガス循環流量を制御することができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図７は、第２実施形態に係る制御部６０の詳細構成図である。図７に示すように、第２実施形態において、目標発電電力算出部１０１は、１計算サイクル前の目標電力量ＴＰＧ０を目標電流選択部１０６に送信しない構成となっている。また、第２実施形態において制御部６０は、二次電池充電割合検知部１０５を備えていない。また、第２目標電流算出部１０４は、燃料電池劣化検知部１０３により検出された劣化度合いＦＣＤＲに応じた補正を行わないようになっている。

さらに、第２実施形態において燃料電池劣化検知部１０３は、劣化度合いＦＣＤＲを出力せず、劣化検知信号ＦＣＤを目標電流選択部１０６に出力するようになっている。ここで、劣化検知信号ＦＣＤは、劣化度合いが所定値以上の場合に「１」となり、劣化度合いが所定値未満の場合に「０」となる信号である。また、燃料電池劣化検知部１０３は、１計算サイクル前の劣化検知信号ＦＣＤ０を記憶しており、この信号ＦＣＤ０についても目標電流選択部１０６に送信する構成となっている。

また、目標電流選択部１０６は、劣化検知信号ＦＣＤを入力するため、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２との選択方法が第１実施形態と異なっている。すなわち、第２実施形態の目標電流選択部１０６は、劣化検知信号ＦＣＤが「１」である場合に第１目標電流値ＴＣＲ１を選択し、劣化検知信号ＦＣＤが「０」である場合に第２目標電流値ＴＣＲ２を選択する。

図８は、図７に示した目標電流選択部１０６の詳細動作を示すフローチャートである。図８に示すように、目標電流選択部１０６は、燃料電池劣化検知部１０３から劣化検知信号ＦＣＤを入力し（ＳＴ２１）、その後、１計算サイクル前の劣化検知信号ＦＣＤ０を入力する（ＳＴ２２）。次いで、目標電流選択部１０６は、第１目標電流値ＴＣＲ１を入力し（ＳＴ２３）、その後、第２目標電流値ＴＣＲ２を入力する（ＳＴ２４）。さらに、目標電流選択部１０６は、記憶している１計算サイクル前の目標電流値ＴＣＲ０を読み出す（ＳＴ２５）。

そして、目標電流選択部１０６は、劣化検知信号ＦＣＤが「１」であるか、すなわち燃料電池１０の劣化度合いが所定値以上か否かを判断する（ＳＴ２６）。ここで、燃料電池１０の劣化度合いが所定値以上でないと判断した場合（ＳＴ２６：ＮＯ）、目標電流選択部１０６は、第２目標電流値ＴＣＲ２を目標電流値ＴＣＲとして選択する（ＳＴ２７）。その後、図８に示す処理は終了する。

一方、燃料電池１０の劣化度合いが所定値以上であると判断した場合（ＳＴ２６：ＹＥＳ）、目標電流選択部１０６は、第１目標電流値ＴＣＲ１を目標電流値ＴＣＲとして選択するが、突然に目標電流値ＴＣＲを第２目標電流値ＴＣＲ２から第１目標電流値ＴＣＲ１へ切り替えるのでなく、所定時間掛けて電流値を変化させていく。このとき、目標電流選択部１０６は、目標電流変化比率Ｋなる値を、Ｋ＝Ｋ０＋Ｒ×Δｔの演算式から求める（ＳＴ２８）。ここで、Ｋ０は前回の計算サイクルにおける目標電流変化比率であり、Ｒは目標電流変化比率の変化量を示す定数であり、Δｔは計算サイクルの間隔である。

図９は、目標電流変化比率Ｋの説明図である。目標電流変化比率Ｋは、同図に示すように、最大値が「１」であり最小値が「０」の数である。また、目標電流変化比率Ｋは、初期値が「１」である。

ここで、燃料電池１０の劣化度合いが所定値以上でないと判断された時点を時刻Ｔｉ０とすると、時刻Ｔｉ０における目標電流変化比率Ｋは、初期値である「１」となる。また、次の計算サイクルでの目標電流変化比率Ｋは、１＋Ｒ×Δｔとなる。図９に示すようにＲは負の値であるから、時刻Ｔｉ０における目標電流変化比率Ｋ＞次の計算サイクルでの目標電流変化比率Ｋとなる。同様に次の計算サイクルでの目標電流変化比率Ｋ＞２回先の計算サイクルでの目標電流変化比率Ｋという関係が成り立つ。すなわち、目標電流変化比率Ｋは「１」から徐々に減少して最終的に「０」となる。なお、目標電流変化比率Ｋが「０」となる時点を時刻Ｔｉ１とする。

再度、図８を参照する。目標電流変化比率Ｋを求めた後、目標電流選択部１０６は、劣化検知信号ＦＣＤが１計算サイクル前の劣化検知信号ＦＣＤ０と同じであるか否かを判断する（ＳＴ２９）。ここで、劣化検知信号ＦＣＤが１計算サイクル前の劣化検知信号ＦＣＤ０と同じでないと判断した場合（ＳＴ２９：ＮＯ）、処理はステップＳＴ２７に移行する。

一方、劣化検知信号ＦＣＤが１計算サイクル前の劣化検知信号ＦＣＤ０と同じであると判断した場合（ＳＴ２９：ＹＥＳ）、目標電流値ＴＣＲを、ＴＣＲ＝（１−Ｋ）×ＴＣＲ１＋Ｋ×ＴＣＲ２の関係式から求める。ここで、目標電流変化比率Ｋは、時刻Ｔｉ０から時刻Ｔｉ１まで所定時間掛けて変化する値である。このため、目標電流値ＴＣＲについても、所定時間掛けて変化することとなる。

図１０は、第２実施形態に係る目標電流値ＴＣＲの説明図である。同図に示すように、時刻Ｔｉ０の時点において目標電流値ＴＣＲは第２目標電流値ＴＣＲ２と一致し、時刻Ｔｉ１の時点において目標電流値ＴＣＲは第２目標電流値ＴＣＲ１と一致している。また、時刻Ｔｉ０と時刻Ｔｉ１との間の時刻Ｔｉｃの時点において目標電流値ＴＣＲは第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２との間の値を示している。このように、目標電流値ＴＣＲは、時刻Ｔｉ０から時刻Ｔｉ１までの所定時間を掛けて、選択した第１目標電流値ＴＣＲ１まで変化させる。故に、制御部６０は、図１０のように所定時間掛けて変化させられる電流値に応じて発電制御を行うこととなる。その後、図８に示す処理は終了する。

このようにして、第２実施形態に係る燃料電池システム２によれば、第１実施形態と同様に、燃料電池において所望する発電が行えなくなってしまう頻度を低減させることができる。また、簡易に目標電流の値を求めることができ、一層適切に発電を行うことができる。また、発電電力量と取出電力量との乖離を防止することができ、目標電流値に応じて適切に燃料ガスの圧力を制御することができる。また、目標電流値に応じて適切に酸化剤ガスの圧力及び流量を制御することができ、目標電流値に応じて適切にガス循環流量を制御することができる。

さらに、第２実施形態によれば、劣化度合いが所定値以上の場合に、第１目標電流値ＴＣＲを選択することとしている。ここで、劣化度合いが低い場合には、従来手法によって求められた目標電流の値は比較的正確であり、この目標電流の値に基づく発電制御を行っても、それほど問題はない。故に、劣化度合いが所定値以上の場合に、第１目標電流値ＴＣＲを選択することで、燃料電池１０の劣化時に劣化等による影響が少ない発電制御を行うことができる。

また、第１目標電流値ＴＣＲ１と第２目標電流値ＴＣＲ２のいずれか一方を選択した場合、現在の電流値から選択した電流値に所定時間掛けて電流値を変化させ、変化させられる電流値に基づいて発電制御を行うこととしている。これにより、急激にガスの供給量等が変化し、燃料電池の発電における制御精度が低下してしまうことを防止することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 要求電力量と発電電力量との相関を示す説明図であり、（ａ）は従来例を示し、（ｂ）は本実施形態での例を示している。 図１に示した制御部の詳細構成図である。 目標電流値等を示す説明図であり、（ａ）は第１及び第２目標電流値を示し、（ｂ）は目標電流値を示している。 目標電流値等を示す第２の説明図である。 図３に示した目標電流選択部の詳細動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る制御部の詳細構成図である。 図７に示した目標電流選択部の詳細動作を示すフローチャートである。 目標電流変化比率Ｋの説明図である。 第２実施形態に係る目標電流値の説明図である。

符号の説明

１，２…燃料電池システム
１０…燃料電池
１０ａ…燃料極
１０ｂ…酸化剤極
２０…燃料ガス供給系
３０…燃料ガス循環系
４０…酸化剤ガス供給系
５０…冷却液循環系
６０…制御部
１０１…目標発電電力算出部
１０２…目標電流算出部（目標電流算出手段）
１０３…燃料電池劣化検知部（劣化割合判断手段）
１０４…第２目標電流算出部（第２目標電流算出手段）
１０５…二次電池充電割合検知部（充電電力検出手段）
１０６…目標電流選択部（電流選択手段）
１０７…目標取出電力算出部（取出電力量算出手段）
１０８…目標燃料ガス循環流量算出部（ガス循環流量算出手段）
１０９…目標ガス圧力算出部（燃料ガス圧力算出手段、酸化剤ガス圧力算出手段）
１１０…目標空気流量算出部（酸化剤ガス流量算出手段）
１１１…発電制御部（発電制御手段）
１１１ａ…電力取出装置制御部（取出電力制御手段）
１１１ｂ…水素調圧弁制御部（燃料ガス圧力制御手段）
１１１ｃ…水素循環ポンプ制御部（ガス循環流量制御手段）
１１１ｄ…コンプレッサ回転数制御部（酸化剤ガス圧力流量制御手段）
Ａ１〜Ａ４…アクチュエータ
Ｂ…二次電池
Ｃ１…冷却液ポンプ
Ｈ１…水素タンク
Ｈ２…水素圧力調整弁（燃料ガス圧力調整手段）
Ｈ３…水素循環ポンプ（ガス循環手段）
Ｉ１…第１電流センサ
Ｉ２…第２電流センサ
Ｌ１…水素ガス供給配管
Ｌ２…水素ガス排出配管
Ｌ３…水素循環配管
Ｌ４…空気供給配管
Ｌ５…空気排出配管
Ｌ６…冷却液循環配管
Ｏ１…コンプレッサ（酸化剤ガス圧力流量調整手段）
ＰＷ１…第１電力取出装置（電力取出手段）
ＰＷ２…第２電力取出装置
Ｐ１…第１圧力センサ
Ｐ２…第２圧力センサ
Ｔ…温度センサ
Ｖ１…第１電圧センサ（燃料電池電圧検出手段）
Ｖ２…第２電圧センサ

Claims (13)

1. 燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池の出力電圧の値を検出する燃料電池電圧検出手段と、
   前記燃料電池電圧検出手段により検出された電圧値から、前記燃料電池の発電目標となる電流の値を求める目標電流算出手段と、
   前記目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値に基づいて発電制御を行う発電制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記目標電流算出手段は、前記燃料電池に要求される要求電力の値を、前記燃料電池電圧検出手段により検出された電圧値で除することで、発電目標となる電流の値を求め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. 予め記憶され前記燃料電池の電流値と電圧値との相関関係を示す電流電圧特性と、前記燃料電池に要求される要求電力の値とに基づいて、前記燃料電池の発電目標となる電流値を求める第２目標電流算出手段と、
   前記目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値と、前記第２目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値とのいずれか一方を選択する電流選択手段と、をさらに備え、
   前記発電制御手段は、前記目標電流算出手段により算出された目標となる電流の値に基づいて発電制御を行うことに代えて、前記電流選択手段により選択された目標となる電流の値に基づいて発電制御を行う
   ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池の劣化度合いを判断する劣化割合判断手段をさらに備え、
   前記第２目標電流算出手段は、前記電流電圧特性と要求電力の値とに基づいて電流値を求め、この電流値を前記劣化割合判断手段により判断された劣化度合いに応じて補正することで、前記燃料電池の発電目標となる電流値を求める
   ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記電流選択手段は、前記目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値と、前記第２目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値とのうち、大きい方を選択することを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
6. 前記電流選択手段は、前記要求電力の値の変化量が負である場合には、前記目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値と、前記第２目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値とのうち、小さい方を選択することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池により発電された電力を充電すると共に放電が可能とされた二次電池と、
   前記二次電池の充電電力を検出する充電電力検出手段と、をさらに備え、
   前記電流選択手段は、前記充電電力検出手段により検出された二次電池の充電電力量が所定量よりも少ない場合、前記目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値と、前記第２目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値とのうち、大きい方を選択し、前記充電電力検出手段により検出された二次電池の充電電力量が所定量以上である場合、前記目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値と、前記第２目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値とのうち、小さい方を選択する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池の劣化度合いを判断する劣化割合判断手段をさらに備え、
   前記電流選択手段は、前記劣化割合判断手段により算出された劣化度合いが所定値以上の場合に、前記目標電流算出手段により算出された発電目標となる電流の値を選択する
   ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
9. 前記電流選択手段は、目標となる電流の値を選択した場合、現在の電流値から選択した電流値に所定時間掛けて、電流値を変化させ、
   前記発電制御手段は、前記電流選択手段により選択された目標となる電流の値に基づいて発電制御を行うことに代えて、前記変化させられる電流値に基づいて発電制御を行う
   ことを特徴とする請求項３〜請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
10. 前記燃料電池から所望の電力を取り出す電力取出手段と、
    前記電流選択手段により選択された発電目標となる電流値に応じて前記電力取出手段が取り出すべき電力量を算出する取出電力量算出手段と、をさらに備え、
    前記発電制御手段は、前記取出電力量算出手段により算出された電力量を取り出すように前記電力取出手段を制御する取出電力制御手段を有する
    ことを特徴とする請求項３〜請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
11. 前記燃料電池の燃料極に供給する燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整手段と、
    前記電流選択手段により選択された発電目標となる電流値に応じて前記燃料電池の燃料極に供給する燃料ガスの圧力を算出する燃料ガス圧力算出手段と、をさらに備え、
    前記発電制御手段は、前記燃料ガス圧力算出手段により算出された圧力となるように前記燃料ガス圧力調整手段を制御する燃料ガス圧力制御手段を有する
    ことを特徴とする請求項３〜請求項１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
12. 前記燃料電池の酸化剤極に供給する酸化剤ガスの圧力及び流量を調整する酸化剤ガス圧力流量調整手段と、
    前記電流選択手段により選択された発電目標となる電流値に応じて前記燃料電池の酸化剤極に供給する酸化剤ガスの圧力を算出する酸化剤ガス圧力算出手段と、
    前記電流選択手段により選択された発電目標となる電流値に応じて前記燃料電池の酸化剤極に供給する酸化剤ガスの流量を算出する酸化剤ガス流量算出手段と、をさらに備え、
    前記発電制御手段は、前記酸化剤ガス圧力算出手段により算出された圧力及び前記酸化剤ガス流量算出手段により算出された流量となるように前記酸化剤ガス圧力流量調整手段を制御する酸化剤ガス圧力流量制御手段を有する
    ことを特徴とする請求項３〜請求項１１のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
13. 前記燃料電池の燃料極側から排出されるガスを燃料極下流から上流に循環させるガス循環手段と、
    前記電流選択手段により選択された発電目標となる電流値に応じて、前記燃料極下流から上流に循環させるべきガスの流量を算出するガス循環流量算出手段と、をさらに備え、
    前記発電制御手段は、前記ガス循環流量算出手段により算出された流量となるように前記ガス循環手段を制御するガス循環流量制御手段を有する
    ことを特徴とする請求項３〜請求項１２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
    

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