JP2007141565A - 燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電能力を安定させつつ燃費を向上できる燃料電池ステムを提供すること。
【解決手段】燃料電池システムは、反応ガスの反応により発電する燃料電池と、当該燃料電池に反応ガスを供給する供給装置と、供給装置を制御する制御装置３０と、を備える。制御装置３０は、要求される発電量に基づく燃料電池の必要反応ガス量に対し、燃料電池に供給される反応ガス量をストイキ比とし、このストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出する平均ストイキ比算出部３１１と、平均ストイキ比が第１の所定値以上である場合には、ストイキ比が低下するように、燃料電池に供給する反応ガス量を低減する反応ガス低減手段部３１２と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】燃料電池システムは、反応ガスの反応により発電する燃料電池と、当該燃料電池に反応ガスを供給する供給装置と、供給装置を制御する制御装置３０と、を備える。制御装置３０は、要求される発電量に基づく燃料電池の必要反応ガス量に対し、燃料電池に供給される反応ガス量をストイキ比とし、このストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出する平均ストイキ比算出部３１１と、平均ストイキ比が第１の所定値以上である場合には、ストイキ比が低下するように、燃料電池に供給する反応ガス量を低減する反応ガス低減手段部３１２と、を有する。
【選択図】図２
Description
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。
以上の燃料電池システムにおいて、水素ガスや空気などの反応ガスは、スタック構造のセルが収容された筐体の一端側に供給され、他端側から排出される。したがって、発電に必要な量の反応ガスを供給しても、反応ガスの供給口近傍のセルには十分な量の反応ガスが供給されるが、反応ガスの排出口近傍のセルには十分な量の反応ガスが供給されず、セルの発電効率にばらつきが生じる場合があった。
そこで、全てのセルで効率よく発電するため、実際には、理論上発電に必要な反応ガス量よりも多くの反応ガスを燃料電池に供給している。
具体的には、要求される発電量に基づいて算出された最低限必要な反応ガス量を必要反応ガス量として、この必要反応ガス量に対する燃料電池に供給されている反応ガス量の割合をストイキ比とする。そして、このストイキ比が一定値になるように反応ガスを供給している。
具体的には、要求される発電量に基づいて算出された最低限必要な反応ガス量を必要反応ガス量として、この必要反応ガス量に対する燃料電池に供給されている反応ガス量の割合をストイキ比とする。そして、このストイキ比が一定値になるように反応ガスを供給している。
しかしながら、ストイキ比を一定値に設定していても、運転負荷や経年変化の影響により、セルの発電効率にばらつきが生じる場合がある。
この問題を解決するため、燃料電池を構成するセルの発電電圧にばらつきが生じた際に、その原因が燃料電池内部での反応ガスの分布の偏りによるものであるか、あるいはセルの劣化によるものであるかを判断し、この判断結果に応じて、反応ガスの目標ストイキ比を設定する構成が提案されている（特許文献１参照）。
この特許文献１で提案された燃料電池システムでは、セルの発電電圧のばらつきの原因が反応ガスの分布の偏りである場合には、安全率を考慮し、最適なストイキ比に対して少し高めのストイキ比を目標値として設定する。これにより、燃料電池に十分な量の反応ガスを供給して、発電電圧を安定させつつ、燃費を向上できる。
しかしながら、特許文献１の構成では、発電電圧を安定できる最適なストイキ比よりも少し高めのストイキ比を設定しているため、セルに空気を供給するコンプレッサの消費電力が増大し、燃料電池の燃費が低下するおそれがあった。
この問題を解決するため、ストイキ比をできるだけ低下させて、より燃費を向上できる燃料電池システムが要請されている。そこで、反応ガスのストイキ比を過渡的に変化させるとともに、燃料電池の電圧を検出して、現在のストイキ比が燃料電池の電圧を安定に維持するのに適正であるか否かを判断する燃料電池システムが提案されている（特許文献２参照）。
この特許文献２で提案された燃料電池システムによれば、反応ガスのストイキ比を変化させたときの燃料電池の電圧に基づいて、ストイキ比が適正であるか否かを判断する。そのため、燃料電池の発電の安定性を監視しながらストイキ比を低下させることで、発電の安定性を保つとともに、ストイキ比をできるだけ低減できるから、燃料電池の燃費をより低減できる。
特開２００４−２０７０２９号公報
特開２００５−９３２１８号公報
しかしながら、ストイキ比をできるだけ低減するためには、たびたび、発電が不安定になるまでストイキ比を下げる必要があるため、結果的に、燃料電池の発電能力が不安定になるおそれがあった。
本発明は、発電能力を安定させつつ燃費を向上できる燃料電池ステムおよび燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。
（１） 反応ガスの反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池１０）と、当該燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段（例えば、実施の形態における供給装置２０）と、前記反応ガス供給手段を制御する制御手段（例えば、実施の形態における制御装置３０）と、を備え、前記制御手段は、要求される発電量に基づく前記燃料電池の必要反応ガス量に対し、前記燃料電池に供給される反応ガス量をストイキ比とし、このストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出する平均ストイキ比算出手段（例えば、実施の形態における平均ストイキ比算出部３１１）と、前記平均ストイキ比が第１の所定値（例えば、実施の形態における第１の所定値１Ｈ）以上である場合には、前記ストイキ比が低下するように、前記燃料電池に供給する反応ガス量を低減する反応ガス低減手段（例えば、実施の形態における反応ガス低減部３１２）と、を有することを特徴とする燃料電池システム（例えば、実施の形態における燃料電池システム１）。
ここで、反応ガスとしては、例えば、水素ガスや、酸素を含む空気が挙げられる。
また、例えば、燃料電池による発電が安定している状態における平均ストイキ比よりも高い平均ストイキ比、つまり発電が完全に安定している状態における平均ストイキ比を第１の所定値とする。
また、例えば、燃料電池による発電が安定している状態における平均ストイキ比よりも高い平均ストイキ比、つまり発電が完全に安定している状態における平均ストイキ比を第１の所定値とする。
（１）の発明によれば、平均ストイキ比という概念を導入し、この平均ストイキ比が第１の所定値以上であると判定した場合には、ストイキ比が低下するよう燃料電池に供給する反応ガス量を低減した。
これにより、平均ストイキ比が第１の所定値以上になるときは、反応ガスの供給量を低減することで、燃料電池の燃費を向上できる。特に、コンプレッサを用いて燃料電池に反応ガスを供給する場合には、コンプレッサに供給する電力を削減でき、燃料電池の消費電力をさらに低減できる。
また、このとき、ストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出し、この平均ストイキ比を指標としてストイキ比を変更したので、ストイキ比が頻繁に変更されるのを防いで、燃料電池の発電能力を安定させることができる。
これにより、平均ストイキ比が第１の所定値以上になるときは、反応ガスの供給量を低減することで、燃料電池の燃費を向上できる。特に、コンプレッサを用いて燃料電池に反応ガスを供給する場合には、コンプレッサに供給する電力を削減でき、燃料電池の消費電力をさらに低減できる。
また、このとき、ストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出し、この平均ストイキ比を指標としてストイキ比を変更したので、ストイキ比が頻繁に変更されるのを防いで、燃料電池の発電能力を安定させることができる。
（２） 前記制御手段は、前記反応ガス低減手段が作動しており、かつ、前記平均ストイキ比が前記第１の所定値よりも低い第２の所定値（例えば、実施の形態における第２の所定値１Ｌ）以下まで低下した場合には、前記反応ガス低減手段の作動を停止する反応ガス低減停止手段（例えば、実施の形態における反応ガス低減停止部３１３）を有することを特徴とする（１）に記載の燃料電池システム。
ここで、例えば、燃料電池による発電が安定している状態における平均ストイキ比を第２の所定値とする。
（２）の発明によれば、反応ガス低減手段が作動して平均ストイキ比が低下中であり、かつ、平均ストイキ比が第１の所定値よりも低い第２の所定値以下まで低下した場合には、ストイキ比の低下を停止するように制御した。
これにより、平均ストイキ比が第２の所定値以下になるのを防止できるから、発電が安定している状態から不安定な状態に移行しつつある場合には、反応ガスの供給量を低減するのを停止して、燃料電池の発電能力を安定させることができる。
これにより、平均ストイキ比が第２の所定値以下になるのを防止できるから、発電が安定している状態から不安定な状態に移行しつつある場合には、反応ガスの供給量を低減するのを停止して、燃料電池の発電能力を安定させることができる。
（３） 前記制御手段は、前記反応ガス低減停止手段により前記反応ガス低減手段の作動を停止した後、所定時間経過するまで、前記反応ガス低減手段の再度の作動を禁止する反応ガス低減禁止手段（例えば、実施の形態における反応ガス低減禁止部３１４）を有することを特徴とする（２）に記載の燃料電池システム。
反応ガス低減手段を停止した後、すぐに反応ガス低減手段の作動を許可すると、平均ストイキ比が第１の所定値と第２の所定値との間で、短時間の間に頻繁に変動するおそれがある。この場合、平均ストイキ比がたびたび第２の所定値まで低下することになり、発電が不安定になる。
そこで、（３）の発明によれば、反応ガス低減手段の作動を停止した後、所定時間経過するまで、反応ガス低減手段の再度の作動を禁止した。これにより、平均ストイキ比が連続して第２の所定値になるのを防止して、発電が不安定になるのを防ぐことができる。
そこで、（３）の発明によれば、反応ガス低減手段の作動を停止した後、所定時間経過するまで、反応ガス低減手段の再度の作動を禁止した。これにより、平均ストイキ比が連続して第２の所定値になるのを防止して、発電が不安定になるのを防ぐことができる。
（４） 反応ガスの反応により発電する燃料電池の制御方法であって、要求される発電量に基づく前記燃料電池の必要反応ガス量に対し、前記燃料電池に供給される反応ガス量をストイキ比とし、このストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出する平均ストイキ比算出手順と、前記平均ストイキ比が第１の所定値以上である場合には、前記ストイキ比が低下するように、前記燃料電池に供給する反応ガス量を低減する反応ガス低減手順と、を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
（４）の発明によれば、上述の（１）と同様の効果がある。
本発明によれば、平均ストイキ比が第１の所定値以上になるのを防いで、燃料電池の燃費を向上できる。特に、コンプレッサを用いて燃料電池に反応ガスを供給する場合には、コンプレッサに供給する電力を低減でき、燃料電池の消費電力をさらに低減できる。また、ストイキ比を頻繁に変更するのを防いで、発電能力を安定させることができる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、この燃料電池１０に反応ガスとしての水素ガスや空気を供給する反応ガス供給手段としての供給装置２０と、この供給装置２０を制御する制御手段としての制御装置３０とを有する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、この燃料電池１０に反応ガスとしての水素ガスや空気を供給する反応ガス供給手段としての供給装置２０と、この供給装置２０を制御する制御手段としての制御装置３０とを有する。
燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。
このような燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に反応ガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に反応ガスとしての酸素を含む空気が供給されると、電気化学反応により発電する。
また、燃料電池１０には、電流計３４が設けられている。
また、燃料電池１０には、電流計３４が設けられている。
供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側に空気を供給するエアコンプレッサ２１と、アノード電極側に水素ガスを供給する水素供給システム２２およびエゼクタ２８と、燃料電池１０のアノード側から排出される水素ガスをカソード側から排出される空気で希釈する希釈システム２７と、を含んで構成される。
エアコンプレッサ２１は、エア供給路２３を介して、燃料電池１０のカソード電極側に接続されている。エア供給路２３の途中には、流量計３３が設けられている。
また、燃料電池１０のカソード電極側には、エア排出路２４が接続され、このエア排出路２４の先端には、上述の希釈システム２７が接続される。
また、燃料電池１０のカソード電極側には、エア排出路２４が接続され、このエア排出路２４の先端には、上述の希釈システム２７が接続される。
水素供給システム２２は、例えば水素タンクであり、水素供給路２５を介して、燃料電池１０のアノード電極側に接続されている。この水素供給路２５には、遮断弁２５１が設けられている。さらに、水素供給路２５の遮断弁２５１よりもアノード電極側には、上述のエゼクタ２８が設けられている。
また、燃料電池１０のアノード電極側には、水素排出路２６が接続され、この水素排出路２６は、上述の希釈システム２７に接続されている。水素排出路２６の途中には、パージ弁２６１が設けられ、このパージ弁２６１で閉鎖されている。水素排出路２６のうちパージ弁２６１よりもアノード電極側では、水素排出路２６が分岐されて、上述のエゼクタ２８に接続されている。
エゼクタ２８は、水素排出路２６の分岐路を通して、水素排出路２６に流れた水素ガスを回収し、水素供給路２５に還流する。
希釈システム２７は、水素排出路２６から排出される水素ガスを、エア排出路２４から排出される空気で希釈して排出する。
また、上述のエアコンプレッサ２１、遮断弁２５１、およびパージ弁２６１は、後述の制御装置３０に接続されている。
燃料電池１０で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、パージ弁２６１を閉じておき、遮断弁２５１を適当な開度で開くことにより、水素供給システム２２から、水素供給路２５を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガスを供給する。また、エアコンプレッサ２１を駆動させることにより、エア供給路２３を介して、燃料電池１０のカソード側に空気を供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよび空気は、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路２６およびエア排出路２４に流入する。このとき、パージ弁２６１は閉じているので、水素排出路２６に流れた水素ガスは、エゼクタ２８に還流されて再利用される。
その後、パージ弁２６１を適当な開度で開くことにより、水素ガス、空気、および残留水が、水素排出路２６およびエア排出路２４から排出される。なお、希釈システム２７により、水素ガスは所定濃度以下に希釈される。
すなわち、パージ弁２６１を閉じておき、遮断弁２５１を適当な開度で開くことにより、水素供給システム２２から、水素供給路２５を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガスを供給する。また、エアコンプレッサ２１を駆動させることにより、エア供給路２３を介して、燃料電池１０のカソード側に空気を供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよび空気は、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路２６およびエア排出路２４に流入する。このとき、パージ弁２６１は閉じているので、水素排出路２６に流れた水素ガスは、エゼクタ２８に還流されて再利用される。
その後、パージ弁２６１を適当な開度で開くことにより、水素ガス、空気、および残留水が、水素排出路２６およびエア排出路２４から排出される。なお、希釈システム２７により、水素ガスは所定濃度以下に希釈される。
図２は、制御装置３０のブロック図である。
制御装置３０は、制御部３１と、この制御部３１に接続された回復待ちタイマ３２、流量計３３、および電流計３４と、を備える。
制御装置３０は、制御部３１と、この制御部３１に接続された回復待ちタイマ３２、流量計３３、および電流計３４と、を備える。
回復待ちタイマ３２は、予め設定された所定時間を計測するものであり、制御部３１によりセットされると、このセットされた時刻からの残り時間を制御部３１に送信する。
流量計３３は、エア供給路２３に流れる空気の流量を計測して制御部３１に送信する。
電流計３４は、燃料電池１０で発電した電流値を計測して制御部３１に送信する。
流量計３３は、エア供給路２３に流れる空気の流量を計測して制御部３１に送信する。
電流計３４は、燃料電池１０で発電した電流値を計測して制御部３１に送信する。
制御部３１は、必要な水素ガス量に対し、燃料電池１０に実際に供給される水素ガス量をストイキ比とし、要求される発電量に基づいて、発電に必要なストイキ比を目標値として算出する。そして、基本的に、ストイキ比がこの予め定められた目標値になるように、供給装置２０を制御する。同時に、電流計３４で計測した電流値に基づいて、発電に必要な水素ガス量や空気量を制御する。
また、制御部３１は、平均ストイキ比算出手段としての平均ストイキ比算出部３１１と、反応ガス低減手段としての反応ガス低減部３１２と、反応ガス低減停止手段としての反応ガス低減停止部３１３と、反応ガス低減禁止手段としての反応ガス低減禁止部３１４と、を備える。
また、制御部３１は、平均ストイキ比算出手段としての平均ストイキ比算出部３１１と、反応ガス低減手段としての反応ガス低減部３１２と、反応ガス低減停止手段としての反応ガス低減停止部３１３と、反応ガス低減禁止手段としての反応ガス低減禁止部３１４と、を備える。
平均ストイキ比算出部３１１は、ストイキ比を過去の所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出する。
反応ガス低減部３１２は、平均ストイキ比が前記第１の所定値１Ｈ以上である場合には、ストイキ比が低下するように、燃料電池１０に供給する反応ガス量を低減する。
ここで、第１の所定値１Ｈは、平均ストイキ比が目標値と略等しく、完全に安定状態で発電可能であると判断できる値である。
反応ガス低減部３１２は、平均ストイキ比が前記第１の所定値１Ｈ以上である場合には、ストイキ比が低下するように、燃料電池１０に供給する反応ガス量を低減する。
ここで、第１の所定値１Ｈは、平均ストイキ比が目標値と略等しく、完全に安定状態で発電可能であると判断できる値である。
反応ガス低減停止部３１３は、反応ガス低減部３１２が作動しており、かつ、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈよりも低い第２の所定値以下１Ｌまで低下した場合には、反応ガス低減部３１２の作動を停止する。
反応ガス低減禁止部３１４は、反応ガス低減部３１２の作動中は、回復待ちタイマ３２をセットし続ける。そして、反応ガス低減停止部３１３により反応ガス低減部３１２の作動が停止されると、回復待ちフラグを“１”とし、この回復待ちフラグが“１”である期間は、反応ガス低減部３１２の作動を禁止する。回復待ちフラグを“１”にした後、回復待ちタイマ３２から残り時間を受信し、この残り時間が“０”になると、回復待ちフラグを“０”とし、反応ガス低減部３１２の作動を許可する。
以上の燃料電池システム１の動作について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、平均ストイキ比算出部３１１により、平均ストイキ比を算出する（ＳＴ１）。次に、反応ガス低減禁止部３１４により、回復待ちフラグが“１”であるか否かを判別する（ＳＴ２）。なお、回復待ちフラグの初期値は“０”である。この判別が“ＹＥＳ”のときは、後述のＳＴ７に移り、この判別が“ＮＯ”のときは、反応ガス低減部３１２により、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈ以上であるか否かを判別する（ＳＴ３）。
まず、平均ストイキ比算出部３１１により、平均ストイキ比を算出する（ＳＴ１）。次に、反応ガス低減禁止部３１４により、回復待ちフラグが“１”であるか否かを判別する（ＳＴ２）。なお、回復待ちフラグの初期値は“０”である。この判別が“ＹＥＳ”のときは、後述のＳＴ７に移り、この判別が“ＮＯ”のときは、反応ガス低減部３１２により、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈ以上であるか否かを判別する（ＳＴ３）。
この判別が“ＹＥＳ”のときは、反応ガス低減部３１２により、ストイキ比が低下するように、燃料電池１０に供給する水素ガス量を低減するとともに（ＳＴ４）、回復待ちタイマをセットし（ＳＴ５）、この回復待ちタイマを減算する（ＳＴ１１）。
一方、ＳＴ３の判別が“ＮＯ”のときは、反応ガス低減部３１２が作動して平均ストイキ比が低下中であり、かつ、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈよりも低い第２の所定値１Ｌを超えるか否かを、反応ガス低減停止部３１３により判別する（ＳＴ６）。この判別が“ＹＥＳ”のときは、上述のＳＴ４に移り、“ＮＯ”のときは、回復待ちタイマが“０”であるか否かを判別する（ＳＴ７）。この判別が“ＹＥＳ”のときは、反応ガス低減禁止部３１４により、回復待ちフラグを“０”とし（ＳＴ８）、ＳＴ９に移る。一方、ＳＴ７の判別が“ＮＯ”のときは、反応ガス低減禁止部３１４により、回復待ちフラグを“１”とし（ＳＴ１０）、ＳＴ９に移る。
ＳＴ９では、ＳＴ６の判別により、反応ガス低減部３１２が作動している場合には、平均ストイキ比が第２の所定値１Ｌ以下まで低下していることは明らかであるから、反応ガス低減停止部３１３により、反応ガス低減部３１２の作動を停止して、ＳＴ１１に移る。一方、反応ガス低減部３１２が作動していない場合には、ＳＴ３の判別により平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈ以下であることは明らかであるから、そのまま反応ガス低減部３１２を作動せず、ＳＴ１１に移る。
さらに、以上の燃料電池システム１の動作を図４のタイミングチャートを用いて説明する。
まず、燃料電池の始動後、ストイキ比を目標値に設定すると、時刻ｔ１まで平均ストイキ比が上昇する。このとき、回復待ちフラグは“０”となっている。
この状態では、平均ストイキ比が第２の所定値１Ｌ以上であっても、平均ストイキ比が上昇中であるため、反応ガス流量を低減させない。
まず、燃料電池の始動後、ストイキ比を目標値に設定すると、時刻ｔ１まで平均ストイキ比が上昇する。このとき、回復待ちフラグは“０”となっている。
この状態では、平均ストイキ比が第２の所定値１Ｌ以上であっても、平均ストイキ比が上昇中であるため、反応ガス流量を低減させない。
時刻ｔ１において、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈ以上になると、反応ガス流量を低減させてストイキ比を目標値よりも低下させるとともに、回復待ちタイマをセットする。
時刻ｔ１〜ｔ２において、ストイキ比を目標値よりも低く設定しているが、平均ストイキ比は第２の所定値１Ｌよりも大きいので、依然として、反応ガス流量を低減させて平均ストイキ比を低下させる。この期間中、回復待ちタイマを繰り返しセットする。
時刻ｔ２において、平均ストイキ比が第２の所定値１Ｌ以下になると、ストイキ比を上昇させて目標値に設定することで、平均ストイキ比の低下を停止させる。
すると、回復待ちフラグが“１”となり。また、回復待ちタイマをセットし直すことはないので、回復待ちタイマの残り時間が減算され始める。
すると、回復待ちフラグが“１”となり。また、回復待ちタイマをセットし直すことはないので、回復待ちタイマの残り時間が減算され始める。
時刻ｔ２〜ｔ３では、ストイキ比が目標値に設定されているため、平均ストイキ比が上昇し続ける。ここで、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈを超えても、回復待ちフラグが“１”であるので、ストイキ比を低減することはない。
時刻ｔ３において、回復待ちタイマの残り時間が“０”になると、回復待ちフラグが“０”になる。そして、再びストイキ比を目標値よりも低下させ、平均ストイキ比を低下させる。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）平均ストイキ比という概念を導入し、この平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈ以上であると判定した場合には、ストイキ比が低下するよう燃料電池１０に供給する反応ガス量を低減した。
これにより、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈ以上になるときは、反応ガスの供給量を低減することで、燃料電池１０の燃費を向上できる。特に、エアコンプレッサ２１を用いて燃料電池１０に反応ガスを供給する場合には、エアコンプレッサ２１に供給する電力を削減でき、燃料電池１０の消費電力をさらに低減できる。
また、このとき、ストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出し、この平均ストイキ比を指標としてストイキ比を変更したので、ストイキ比が頻繁に変更されるのを防いで、燃料電池１０の発電能力を安定させることができる。
（１）平均ストイキ比という概念を導入し、この平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈ以上であると判定した場合には、ストイキ比が低下するよう燃料電池１０に供給する反応ガス量を低減した。
これにより、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈ以上になるときは、反応ガスの供給量を低減することで、燃料電池１０の燃費を向上できる。特に、エアコンプレッサ２１を用いて燃料電池１０に反応ガスを供給する場合には、エアコンプレッサ２１に供給する電力を削減でき、燃料電池１０の消費電力をさらに低減できる。
また、このとき、ストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出し、この平均ストイキ比を指標としてストイキ比を変更したので、ストイキ比が頻繁に変更されるのを防いで、燃料電池１０の発電能力を安定させることができる。
（２）反応ガス低減部３１２が作動して平均ストイキ比が低下中であり、かつ、平均ストイキ比が第１の所定値１Ｈよりも低い第２の所定値１Ｌ以下まで低下した場合には、ストイキ比の低下を停止するように制御した。これにより、平均ストイキ比が第２の所定値１Ｌ以下になるのを防止できるから、発電が安定している状態から不安定な状態に移行しつつある場合には、反応ガスの供給量を低減するのを停止して、燃料電池１０の発電能力を安定させることができる。
（３）反応ガス低減部３１２の作動を停止した後、所定時間経過するまで、反応ガス低減部３１２の再度の作動を禁止した。これにより、平均ストイキ比が連続して第２の所定値１Ｌになるのを防止して、発電が不安定になるのを防ぐことができる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、制御部３１は、現在のストイキ比がそのまま目標値になるように供給装置２０を制御したが、これに限らず、現在のストイキ比と目標ストイキ比との比率に基づいて制御してもよい。
例えば、前記実施形態では、制御部３１は、現在のストイキ比がそのまま目標値になるように供給装置２０を制御したが、これに限らず、現在のストイキ比と目標ストイキ比との比率に基づいて制御してもよい。
１…燃料電池システム
１０…燃料電池
２０…供給装置（反応ガス供給手段）
３０…制御装置（制御手段）
３１１…平均ストイキ比算出部（平均ストイキ比算出手段）
３１２…反応ガス低減部（反応ガス低減手段）
３１３…反応ガス低減停止部（反応ガス低減停止手段）
３１４…反応ガス低減禁止部（反応ガス低減禁止手段）
１Ｈ…第１の所定値
１Ｌ…第２の所定値
１０…燃料電池
２０…供給装置（反応ガス供給手段）
３０…制御装置（制御手段）
３１１…平均ストイキ比算出部（平均ストイキ比算出手段）
３１２…反応ガス低減部（反応ガス低減手段）
３１３…反応ガス低減停止部（反応ガス低減停止手段）
３１４…反応ガス低減禁止部（反応ガス低減禁止手段）
１Ｈ…第１の所定値
１Ｌ…第２の所定値
Claims (4)
- 反応ガスの反応により発電する燃料電池と、
当該燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記反応ガス供給手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、必要な発電量に基づく前記燃料電池の必要反応ガス量に対し、前記燃料電池に供給される反応ガス量をストイキ比とし、このストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出する平均ストイキ比算出手段と、
前記平均ストイキ比が第１の所定値以上である場合には、前記ストイキ比が低下するように、前記燃料電池に供給する反応ガス量を低減する反応ガス低減手段と、を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記反応ガス低減手段が作動しており、かつ、前記平均ストイキ比が前記第１の所定値よりも低い第２の所定値以下まで低下した場合には、前記反応ガス低減手段の作動を停止する反応ガス低減停止手段を有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。
- 前記制御手段は、前記反応ガス低減停止手段により前記反応ガス低減手段の作動を停止した後、所定時間経過するまで、前記反応ガス低減手段の再度の作動を禁止する反応ガス低減禁止手段を有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。
- 反応ガスの反応により発電する燃料電池の制御方法であって、
必要な発電量に基づく前記燃料電池の必要反応ガス量に対し、前記燃料電池に供給される反応ガス量をストイキ比とし、このストイキ比を所定時間に亘って平均して平均ストイキ比を算出する平均ストイキ比算出手順と、
前記平均ストイキ比が第１の所定値以上である場合には、前記ストイキ比が低下するように、前記燃料電池に供給する反応ガス量を低減する反応ガス低減手順と、を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
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