JP2009170377A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】エアコンプレッサを用いて空気を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、エアコンプレッサの動作速度の下降応答性を向上させることができる技術を提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に酸化ガスを供給するためのエアコンプレッサと、エアコンプレッサの動作を利用して電力を回生する回生部と、回生部で回生された回生電力を消費することによって、エアコンプレッサを減速させる減速用電気負荷と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池への空気の供給を制御する技術に関する。

燃料電池システムとして、エアコンプレッサを用いて燃料電池に酸化剤ガス（空気）を供給するものがある（下記特許文献１参照）。

特開２００７−１２３００６号公報

燃料電池システムに用いられるエアコンプレッサとして遠心式エアコンプレッサがある。この遠心式エアコンプレッサでは、インペラ（羽根車）と呼ばれる回転体が筐体内部で回転して空気を圧縮する。このような遠心式エアコンプレッサを用いた燃料電池において、インペラの回転速度の下降応答性を向上させたいという要請があった。これは、発電量低下の指示があった場合にインペラの回転速度を短時間のうちに低下させることで、過剰な空気を燃料電池に供給して燃料電池内を乾燥させてしまうことを抑制するためである。

なお、上記の要請は、遠心式エアコンプレッサに限らず、動翼（ロータ）が回転して圧縮を行う軸流式のコンプレッサ等のいわゆるターボ形エアコンプレッサや、レシプロ式やロータリー式等のいわゆる容積型エアコンプレッサを用いる構成においてもあった。すなわち、エアコンプレッサにおいて動作速度の下降応答性を向上させたいという要請があった。

本発明は、エアコンプレッサを用いて空気を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、エアコンプレッサの動作速度の下降応答性を向上させることができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池に酸化ガスを供給するためのエアコンプレッサと、前記エアコンプレッサの動作を利用して電力を回生する回生部と、前記回生部で回生された回生電力を消費することによって、前記エアコンプレッサを減速させる減速用電気負荷と、を備える、燃料電池システム。

適用例１の燃料電池システムは、エアコンプレッサを減速させるために、エアコンプレッサの動作を利用して電力を回生して回生電力を減速用電気負荷において消費させるので、エアコンプレッサの動作速度の下降応答性を向上させることができる。

［適用例２］適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記減速用電気負荷は、前記燃料電池の開回路電圧状態が継続した場合に生じ得る前記燃料電池の材料劣化を抑制するために前記燃料電池から発生させた電力を消費する劣化抑制用電気負荷としても利用される、燃料電池システム。

このようにすることで、減速用電気負荷を劣化抑制用電気負荷としても利用するので、劣化抑制用電気負荷を減速用電気負荷とは別に構成する場合に比べて用いる電気負荷の数が少なくて済み、燃料電池システムの小型化や製造コストを抑えることができる。

［適用例３］適用例２に記載の燃料電池システムであって、さらに、蓄電装置と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記エアコンプレッサの動作速度を低下させる際に、（ｉ）前記減速用電気負荷が前記燃料電池から発生させた電力を消費しているか否かを判定し、（ｉｉ）前記減速用電気負荷が前記燃料電池から発生させた電力を消費している場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記蓄電装置に蓄え、前記電気負荷が前記燃料電池から発生させた電力を消費していない場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記減速用電気負荷において消費させる、燃料電池システム。

このようにすることで、減速用電気負荷が燃料電池から発生させた電力を消費するのに用いられている場合には、回生電力を消費するために減速用電気負荷を用いることはないので、減速用電気負荷の小型化が可能となり、燃料電池システムの製造コストを抑えることができる。

［適用例４］適用例３に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記エアコンプレッサの動作速度を低下させる際に前記減速用電気負荷が前記燃料電池から発生させた電力を消費している場合において、前記蓄電装置の充電電力量を計測し、前記充電電力量がしきい値よりも少ない場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記蓄電装置に蓄え、前記充電電力量がしきい値以上の場合には前記回生部を用いた発電を行わない、燃料電池システム。

このようにすることで、蓄電装置の充電電力量がしきい値よりも少ない場合には、回生電力を蓄電装置に蓄えることができるので、回生電力を有効に活用することができる。

［適用例５］適用例１または適用例２に記載の燃料電池システムであって、さらに、蓄電装置と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記エアコンプレッサの動作速度を低下させる際に、（ｉ）前記エアコンプレッサの動作速度を取得し、（ｉｉ）前記動作速度がしきい値以上の場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記蓄電装置に蓄え、前記動作速度がしきい値よりも低い場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記減速用電気負荷において消費させる、燃料電池システム。

このようにすることで、エアコンプレッサの動作速度が比較的低くなり回生電力が比較的小さくなってから、減速用電気負荷を用いて回生電力を消費させることができるので、減速用電気負荷の小型化が可能となり、燃料電池システムの製造コストを抑えることができる。

［適用例６］適用例５に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記動作速度がしきい値以上の場合において、前記蓄電装置の充電電力量を計測し、前記充電電力量がしきい値よりも少ない場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記蓄電装置に蓄え、前記充電電力量がしきい値以上の場合には前記回生部を用いた発電を行わない、燃料電池システム。

このようにすることで、蓄電装置の充電電力量がしきい値よりも少ない場合には、回生電力を蓄電装置に蓄えることができるので、回生電力を有効に活用することができる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、等の形態で実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．第３の実施例：
Ｄ．変形例：

Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システムを適用した車両の概略構成を示す説明図である。この車両１００は、燃料電池システム２０と、負荷部４０とを備えている。燃料電池システム２０は、負荷部４０に対して動力源としての電力を供給する。負荷部４０は、供給された電力を車両１００を駆動するための機械的動力に変換する。

燃料電池システム２０は、燃料電池２１と、２次電池２２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３と、放電用抵抗２４と、エアコンプレッサ２５と、制御部２７と、回生制御回路３０と、接続端を切り替えるための切替スイッチ３１と、回路の接続／切断を切り替えるための３つのスイッチ３２，３３，３４とを備えている。

燃料電池２１は、図示せざる電解質膜を有する複数の単セルが積層したスタック構造を有する。このような燃料電池２１としては、例えば、固体高分子形燃料電池を採用することができる。なお、燃料電池２１を１つの単セルのみで構成することもできる。２次電池２２は、燃料電池２１において生じた電力や、負荷部４０やエアコンプレッサ２５において回生された電力を蓄電する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、２次電池２２の出力電圧を調整する。放電用抵抗２４は、燃料電池２１において生じた電力や後述する回転速度低下処理においてエアコンプレッサ２５で生じた電力を消費することができる。このような放電用抵抗２４としては、例えば、ヒータを採用することができる。

エアコンプレッサ２５は、燃料電池２１に酸化剤ガスとしての空気を送り込む。このエアコンプレッサ２５は、インペラ（図示省略）が筐体内で回転することで空気を圧縮するいわゆる遠心式のコンプレッサである。そして、エアコンプレッサ２５は、インペラを回転させるための電動機としてコンプレッサ用モータ２６を備えている。このコンプレッサ用モータ２６は、供給される電力に応じてインペラの回転速度を変えることができる。また、コンプレッサ用モータ２６は、インペラの回転を利用して発電（回生）する発電機としても機能する。回生制御回路３０は、コンプレッサ用モータ２６に電気的に接続されている。そして、回生制御回路３０は、コンプレッサ用モータ２６によって回生された電力を切替スイッチ３１を制御して燃料電池２１や放電用抵抗２４に供給する。切替スイッチ３１は、２系統の回路のうちいずれか一方に切り替えるためのスイッチである。具体的には、切替スイッチ３１は、Ａ側に切り替えることでコンプレッサ用モータ２６による回生電力を放電用抵抗２４に供給する回路を形成する。一方、Ｂ側に切り替えることで、切替スイッチ３１は、コンプレッサ用モータ２６により回生された電力を燃料電池２１や２次電池２２に供給する回路を形成する。

スイッチ３２は、燃料電池２１と他の構成要素（負荷部４０や２次電池２２や放電用抵抗２４）とを接続したり切断したりする。スイッチ３３は、コンバータ２３を介して２次電池２２と他の構成要素（負荷部４０や燃料電池２１やコンプレッサ用モータ２６）とを接続したり切断したりする。スイッチ３４は、放電用抵抗２４と他の構成要素（燃料電池２１やコンプレッサ用モータ２６）とを接続したり切断したりする。

制御部２７は、ＣＰＵ２８とメモリ２９とを備えている。そして、ＣＰＵ２８は、メモリ２９に記憶されているプログラムを実行することで、回転制御部２８ａとして機能する。また、制御部２７は、コンプレッサ用モータ２６と電気的に接続されている。回転制御部２８ａは、コンプレッサ用モータ２６に供給する電力を制御することによってコンプレッサ用モータ２６の回転速度を制御することができる。そして、回転制御部２８ａは、コンプレッサ用モータ２６の回転速度を制御することでエアコンプレッサ２５の動作を制御して燃料電池２１に供給する酸化剤ガス（空気）の量を調整する。なお、回転制御部２８ａは、コンプレッサ用モータ２６の回転速度（エアコンプレッサ２５のインペラ（図示省略）の回転速度）を取得することができる。また、制御部２７は、回生制御回路３０と、３つのスイッチ３２，３３，３４とに、それぞれ電気的に接続されている。そして、回転制御部２８ａは、回生制御回路３０と、３つのスイッチ３２，３３，３４とを、それぞれを制御することができる。また、制御部２７は２次電池２２と電気的に接続されており、回転制御部２８ａは、２次電池２２から充電電力量（ＳＯＣ：State Of Charge）を取得することができる。

負荷部４０は、駆動回路４６と、モータ４１と、ギヤ機構４２と、車輪４４とを備えている。駆動回路４６は、モータ４１を駆動するための回路である。モータ４１で発生した動力は、ギヤ機構４２を介して車輪４４に伝達される。駆動回路４６は、燃料電池システム２０から供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ４１に供給する。このとき、前述のスイッチ３２はオンとなっている。なお、駆動回路４６は、前述の制御部２７に電気的に接続されており、制御部２７は、駆動回路４６を制御する。

なお、前述の放電用抵抗２４は、請求項における減速用電気負荷及び劣化抑制用電気負荷に相当する。また、回転制御部２８ａと回生制御回路３０とは請求項における制御部に、コンプレッサ用モータ２６は請求項における回生部に、２次電池２２は請求項における蓄電装置に、それぞれ相当する。

一般に、電解質膜や触媒を有する燃料電池では、接続される電気負荷が少ない開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）状態で放置されると電解質膜や触媒等の部材が劣化するおそれがある。そこで、燃料電池２１では、かかる燃料電池材料の劣化を抑制するために、負荷部４０（モータ４１）に電力を供給しないような場合であっても、間欠的に反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）を燃料電池２１に供給して発電する運転（以下、「劣化抑制運転」と呼ぶ）が行われる。そして、燃料電池システム２０では、この劣化抑制運転によって燃料電池２１において生じた電力を、放電用抵抗２４で消費するように構成されている。なお、劣化抑制運転中には、スイッチ３２とスイッチ３４とがオンとなっており、燃料電池２１と放電用抵抗２４とは電気的に接続されている。

車両１００では、燃料電池２１への酸化剤ガス（空気）の供給を低下させる際に、後述する回転速度低下処理が実行される。そして、車両１００では、この回転速度低下処理を実行することによってエアコンプレッサ２５におけるインペラ（図示省略）の回転速度の下降応答性を向上させ、過剰な酸化剤ガス（空気）を供給して燃料電池２１が乾燥することを抑制するように構成されている。

図２は、第１の実施例における回転速度低下処理の手順を示すフローチャートである。回転制御部２８ａ（図１）は、燃料電池２１における発電量を低下させる旨の指示を受けると、回転速度低下処理を実行する。なお、このような発電量の低下の指示は、例えば、車両１００がモータ４１で発生した動力によって駆動している場合において、アクセル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度とも呼ばれる）が小さくなった旨の信号が制御部２７に入力されることによって実行される。

回転速度低下処理が開始されると、ステップＳ２１０（図２）では、回転制御部２８ａは、コンプレッサ用モータ２６に供給する電力を低下させる。なお、燃料電池２１への供給空気量を０とする場合にはコンプレッサ用モータ２６への電力供給を停止する。そうすると、コンプレッサ用モータ２６の回転速度は低下し始めるが、エアコンプレッサ２５の有するインペラ（図示省略）の回転する慣性力によってコンプレッサ用モータ２６は直ぐには停止しない。したがって、燃料電池２１には継続して空気が供給される。

ステップＳ２２０では、回転制御部２８ａは、スイッチ３４をオンとし、また、回生制御回路３０を介して切替スイッチ３１をＡ側に切り替えて、コンプレッサ用モータ２６を放電用抵抗２４に電気的に接続する。ステップＳ２２５では、回転制御部２８ａは、コンプレッサ用モータ２６を用いて発電し、生じた電力を放電用抵抗２４で消費させる。そうすると、エアコンプレッサ２５の有するインペラの回転速度は急速に低下する。

図３は、回転速度低下処理を実行した際のエアコンプレッサ２５のインペラの回転速度の推移を示す説明図である。なお、図３において、縦軸はインペラの回転速度を示し、横軸は時刻を示す。なお、回転速度低下処理を開始した時点が時刻０である。図３では、第１の実施例におけるインペラ回転速度の推移を実線の推移ラインＬ１で示している。また、比較例におけるインペラの回転速度の推移を破線の推移ラインＬ１０で示している。この比較例では、発電量低下の指示があった場合に、コンプレッサ用モータ２６への供給電力を低下させるのみを行い、コンプレッサ用モータ２６を用いた発電を行わない。従って、空気の送風の仕事や、軸受け（図示省略）での摩擦等によってインペラの回転速度が低下する。

比較例では、インペラの回転速度は比較的ゆっくりと低下していき、時刻ｔ１０において０となっている。これに対して、第１の実施例では、インペラの回転の慣性力を発電に用いるので、インペラの回転速度は急激に低下して時刻ｔ１０よりも早い時刻ｔ１において０となる。したがって、燃料電池２１への空気の供給を比較的短時間のうちに停止させることができる。

以上説明したように、車両１００では、燃料電池２１に供給する空気量を低下させる場合にエアコンプレッサ２５におけるインペラの回転を利用して発電しているので、インペラの回転速度の下降応答性を向上させることができる。したがって、過剰な酸化剤ガス（空気）を供給して燃料電池２１が乾燥することを抑制することができる。また、燃料電池システム２０では、劣化抑制運転において燃料電池２１で生じた電力を消費するのに用いる電気負荷と、回転速度低下処理においてインペラの回転を利用した発電により生じた電力を消費するのに用いる電気負荷とは、いずれも放電用抵抗２４で共通している。したがって、それぞれの電力消費のために電気負荷を備える構成に比べて、電機負荷の数が少なくて済み、燃料電池システム２０の小型化や製造コストを抑えることができる。また、それぞれの電力消費のために電気負荷を備える構成に比べて、電気負荷を車両１００に搭載するためのスペースを小さくすることができる。

Ｂ．第２の実施例：
図４は、第２の実施例における回転速度低下処理の手順を示すフローチャートである。第２の実施例における車両は、燃料電池システム２０で実行される回転速度低下処理において、ステップＳ２０５とステップＳ２５５とを追加した点で車両１００（図１）と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。

具体的には、回転速度低下処理が開始されると、ステップＳ２０５では、回転制御部２８ａは、燃料電池２１が劣化抑制運転を行っているか否かを判定する。そして、劣化抑制運転中である場合には、上述したステップＳ２１０と同様に、回転制御部２８ａは、コンプレッサ用モータ２６に供給する電力を低下させて（ステップＳ２５５）、回転速度低下処理は終了する。この場合、上述した比較例（図３）と同様に、インペラの回転速度は、空気の送風の仕事や、軸受け（図示省略）での摩擦等によって次第に低下することとなる。このような構成としているのは、劣化抑制運転中には、燃料電池２１で生じた電力は放電用抵抗２４を用いて消費されているので、これに加えて、インペラ（図示省略）の回転を利用した発電により生じた電力を消費させないようにするためである。

一方、前述のステップＳ２０５において燃料電池２１が劣化抑制運転中でないと判定した場合、回転制御部２８ａは、上述したステップＳ２１０〜Ｓ２２５を実行する。

以上の構成を有する第２の実施例の車両は第１の実施例の車両１００と同様の効果を有する。また、第２の実施例における燃料電池システム２０は、劣化抑制運転中には、インペラの回転を利用した発電により生じた電力を放電用抵抗２４で消費させないように構成されているので、放電用抵抗２４の小型化を可能とし、燃料電池システム２０の製造コストを抑えることができる。

Ｃ．第３の実施例：
図５は、第３の実施例における回転速度低下処理の手順を示すフローチャートである。第３の実施例における車両は、燃料電池システム２０で実行される回転速度低下処理において、ステップＳ２１５，Ｓ２３５〜Ｓ２５０，Ｓ２６０〜Ｓ２７５を追加した点で第２の実施例の車両と異なり、他の構成は第２の実施例と同じである。第３の実施例の車両では、回転速度低下処理においてインペラの回転を利用した発電により生じた電力を、放電用抵抗２４で消費する、または、２次電池２２に蓄えるように構成されている。

具体的には、燃料電池２１が劣化抑制運転中でない場合において、回転制御部２８ａは、ステップＳ２１０を実行してコンプレッサ用モータ２６への供給電力を低下させた後、インペラの回転速度がしきい値よりも低くなったかを判定する（ステップＳ２１５）。そして、インペラの回転速度がしきい値よりも高い場合には、回転制御部２８ａは、２次電池２２のＳＯＣを取得し（ステップＳ２３５）、ＳＯＣがしきい値よりも少ないか否かを判定する（ステップＳ２４０）。

ＳＯＣがしきい値よりも少ない場合には、２次電池にはさらに電力を充電可能である。そこで、この場合、回転制御部２８ａは、スイッチ３３をオンとし、また、回生制御回路３０を介して切替スイッチ３１をＢ側に切り替えてコンプレッサ用モータ２６を２次電池２２に電気的に接続する（ステップＳ２４５）。ステップＳ２５０では、回転制御部２８ａは、コンプレッサ用モータ２６を用いて発電し、生じた電力を２次電池２２に蓄える。一方、ＳＯＣがしきい値以上である場合には、２次電池には充電することができない。したがって、この場合、再びステップＳ２０５に戻る。

上述したステップＳ２１５において、インペラの回転速度がしきい値よりも低くなった場合、回転制御部２８ａは上述したステップＳ２２０，Ｓ２２５を実行する。したがって、インペラの回転を利用して発電が行われ、生じた電力を放電用抵抗２４で消費してインペラの回転速度が低下する。このように、インペラの回転速度がしきい値よりも小さくなってからインペラの回転を利用して発電するようにしているのは、インペラの回転速度が比較的高い場合には、コンプレッサ用モータ２６において生じる電力は非常に大きくなり、放電用抵抗２４において消費しきれないおそれがあるからである。

なお、上述したように、インペラの回転速度がしきい値よりも高い場合には、ステップＳ２０５〜Ｓ２１５及びＳ２３５〜Ｓ２５０の処理が繰り返し実行される。この場合、これらの処理を実行している間に、インペラの回転は、空気の送風の仕事や、軸受け（図示省略）での摩擦等によって次第に低下していくこととなる。そうして、インペラの回転速度がしきい値よりも低くなった場合には、ステップＳ２２０，Ｓ２２５が実行される。

図６は、第３の実施例において、燃料電池２１が劣化抑制運転中でなく、かつ、ＳＯＣがしきい値以上である場合のインペラの回転速度の推移を示す説明図である。図６において縦軸及び横軸は、図３における縦軸及び横軸と同じである。図６では、第３の実施例におけるインペラの回転速度の推移を実線の推移ラインＬ２で示している。また、図３と同様に比較例を破線の推移ラインＬ１０で示す。なお、図６の例では、前述のステップＳ２１５における回転速度のしきい値としてＮｔｈが設定されている。

燃料電池２１が劣化抑制運転中でなくＳＯＣがしきい値以上である場合、上述したように、インペラの回転速度がしきい値Ｎｔｈよりも高い場合には、ステップＳ２０５〜Ｓ２１５及びＳ２３５〜Ｓ２５０の処理が繰り返し実行される。したがって、コンプレッサ用モータ２６において発電は行われないので、インペラの回転速度は、空気の送風の仕事や、軸受け（図示省略）での摩擦等によってゆっくりと低下していく。そして、時刻ｔ２においてインペラの回転速度がしきい値Ｎｔｈを下回ると、上述したように、ステップＳ２２０，Ｓ２２５が実行され、コンプレッサ用モータ２６において発電が行われて放電用抵抗２４で消費される。それゆえ、インペラの回転速度は急激に低下し、時刻ｔ１０よりも早い時刻ｔ３において０となる。

図５に戻って、燃料電池２１が劣化抑制運転中であると判定し（ステップＳ２０５）、ステップＳ２５５においてコンプレッサ用モータ２６への供給電力を低下させると、回転制御部２８ａは、２次電池２２のＳＯＣを取得し（ステップＳ２６０）、ＳＯＣがしきい値よりも少ないか否かを判定する（ステップＳ２６５）。

ＳＯＣがしきい値よりも少ない場合には、２次電池にはさらに電力を充電可能である。そこで、この場合、回転制御部２８ａは、ステップＳ２７０，Ｓ２７５を実行する。ステップＳ２７０，Ｓ２７５は、上述したステップＳ２４５，Ｓ２５０と同じである。したがって、ＳＯＣがしきい値よりも少ない場合には、コンプレッサ用モータ２６において発電が行われてインペラの回転速度は急激に低下する。一方、ＳＯＣがしきい値よりも多い場合には、コンプレッサ用モータ２６における発電は行われず、インペラの回転はゆっくりと低下する。

以上の構成を有する第３の実施例の車両は、第１及び第２の実施例の車両１００と同様の効果を有する。また、第３の実施例における燃料電池システム２０は、インペラの回転速度がしきい値以上の場合には、コンプレッサ用モータ２６における発電を行わないように構成されているので、放電用抵抗２４の小型化を可能とし、燃料電池システム２０の製造コストを抑えることができる。

Ｄ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
上述した各実施例では、燃料電池２１に空気を送るためにエアコンプレッサ２５を用いる構成であったが、エアコンプレッサ２５に代えてブロアを用いることもできる。この場合、本発明を適用することでブロアの備えるファンの回転を短時間で停止させることができる。また、各実施例において、エアコンプレッサ２５は遠心式コンプレッサであったが、これに代えて、動翼（ロータ）が回転して圧縮を行う軸流式のコンプレッサを用いることができる。また、遠心式或いは軸流式のいわゆるターボ形エアコンプレッサに代えて、レシプロ式やロータリー式等のいわゆる容積型エアコンプレッサを用いることができる。すなわち、一般には、任意の形式のエアコンプレッサを本発明の燃料電池システムにおいて用いることができる。

Ｄ２．変形例２：
上述した各実施例では、劣化抑制運転によって生じた電力及びインペラの回転を利用した発電により生じた電力を消費するための電気負荷として、放電用抵抗２４（ヒータ）を用いていたが、放電用抵抗２４に代えて、エアコンや室内灯やヘッドライトなどの補機を用いることもできる。すなわち、一般には、劣化抑制運転によって生じた電力及びインペラの回転を利用した発電により生じた電力を消費することができる任意の電気負荷を、本発明の燃料電池システムにおいて用いることができる。

Ｄ３．変形例３：
上述した第１の実施例では、回転制御部２８ａは、コンプレッサ用モータ２６への供給電力を低下させた後（ステップＳ２１０）、コンプレッサ用モータ２６を放電用抵抗２４に接続して電力消費を行っていたが（ステップＳ２２０，Ｓ２２５）、これに代えて、ステップＳ２１０の後に、燃料電池システム２０全体の安全性を確認する手順を追加することもできる。すなわち、コンプレッサ用モータ２６への供給電力を低下させた後に、回転制御部２８ａは、回生制御回路３０や放電用抵抗２４の異常の有無を確認して、正常であればステップＳ２２０，Ｓ２２５を実行し、異常であればステップＳ２２０，Ｓ２２５を実行せずに終了するように構成することもできる。

Ｄ４．変形例４：
上述した各実施例では、劣化抑制運転として、間欠的に反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）を燃料電池２１に供給して発電していたが、これに代えて、反応ガスを供給せずに燃料電池２１を放電用抵抗２４に電気的に接続するだけの運転とすることもできる。かかる構成であっても、燃料電池２１から電流が取り出されて燃料電池２１内に残存する反応ガスが消費されることでＯＣＶが低下し、電解質膜の劣化を抑制することができる。すなわち、一般には、電解質膜の劣化を抑制するために燃料電池２１で生じた電力を消費する任意の運転を、劣化抑制運転とすることができる。

Ｄ５．変形例５：
上述した各実施例では、燃料電池システム２０は車両１００に搭載されていたが、これに代えて、他の任意の構成とことができる。例えば、燃料電池システム２０を据え置き型の燃料電池システムとして構成することもできる。

Ｄ６．変形例６：
上述した各実施例では、燃料電池２１で生じた電力や、コンプレッサ用モータ２６により生じた電力を蓄える手段として２次電池２２を用いていたが、２次電池に代えて、他の任意の蓄電装置を採用することができる。例えば、キャパシタを用いることもできる。

Ｄ７．変形例７：
上述した各実施例では、インペラを回転させる電動機と、インペラの回転を利用して発電を行う発電機とは、いずれもコンプレッサ用モータ２６であったが、これら電動機と発電機とを、それぞれ異なる装置で構成することもできる。

Ｄ８．変形例８：
上述した第３の実施例では、２次電池２２のＳＯＣを取得して（ステップＳ２３５，Ｓ２６０）、ＳＯＣがしきい値よりも少ないか否かを判定していたが（ステップＳ２４０，Ｓ２６５）、２次電池２２として比較的大きな容量の電池を用いた場合には、これらの手順を省略することもできる。具体的には、インペラの回転速度がしきい値以上の場合（ステップＳ２１５：ＹＥＳ）には、２次電池２２のＳＯＣに関わらずコンプレッサ用モータ２６を用いて生じた電力を２次電池２２に蓄えるように構成することができる。また、劣化抑制運転中においては（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、ステップＳ２５５の後に、２次電池２２のＳＯＣに関わらずコンプレッサ用モータ２６を用いて生じた電力を２次電池２２に蓄えるように構成することができる。

Ｄ９．変形例９：
上述した各実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。

本発明の一実施例としての燃料電池システムを適用した車両の概略構成を示す説明図。 第１の実施例における回転速度低下処理の手順を示すフローチャート。 回転速度低下処理を実行した際のエアコンプレッサ２５のインペラの回転速度の推移を示す説明図。 第２の実施例における回転速度低下処理の手順を示すフローチャート。 第３の実施例における回転速度低下処理の手順を示すフローチャート。 第３の実施例において燃料電池２１が劣化抑制運転中でなくＳＯＣがしきい値以上である場合のインペラの回転速度の推移を示す説明図。

符号の説明

２０…燃料電池システム
２１…燃料電池
２２…２次電池
２３…ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４…放電用抵抗
２５…エアコンプレッサ
２６…コンプレッサ用モータ
２７…制御部
２８…ＣＰＵ
２８ａ…回転制御部
２９…メモリ
３０…回生制御回路
３１…切替スイッチ
３２，３３，３４…スイッチ
４０…負荷部
４１…モータ
４２…ギヤ機構
４４…車輪
４６…駆動回路
１００…車両
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１０…推移ライン
Ｎｔｈ…回転速度しきい値

Claims (6)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池に酸化ガスを供給するためのエアコンプレッサと、
   前記エアコンプレッサの動作を利用して電力を回生する回生部と、
   前記回生部で回生された回生電力を消費することによって、前記エアコンプレッサを減速させる減速用電気負荷と、
   を備える、燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記減速用電気負荷は、前記燃料電池の開回路電圧状態が継続した場合に生じ得る前記燃料電池の材料劣化を抑制するために前記燃料電池から発生させた電力を消費する劣化抑制用電気負荷としても利用される、燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   蓄電装置と、制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記エアコンプレッサの動作速度を低下させる際に、
   （ｉ）前記減速用電気負荷が前記燃料電池から発生させた電力を消費しているか否かを判定し、
   （ｉｉ）前記減速用電気負荷が前記燃料電池から発生させた電力を消費している場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記蓄電装置に蓄え、前記減速用電気負荷が前記燃料電池から発生させた電力を消費していない場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記減速用電気負荷において消費させる、燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記エアコンプレッサの動作速度を低下させる際に前記減速用電気負荷が前記燃料電池から発生させた電力を消費している場合において、前記蓄電装置の充電電力量を計測し、前記充電電力量がしきい値よりも少ない場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記蓄電装置に蓄え、前記充電電力量がしきい値以上の場合には前記回生部を用いた発電を行わない、燃料電池システム。
5. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   蓄電装置と、制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記エアコンプレッサの動作速度を低下させる際に、
   （ｉ）前記エアコンプレッサの動作速度を取得し、
   （ｉｉ）前記動作速度がしきい値以上の場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記蓄電装置に蓄え、前記動作速度がしきい値よりも低い場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記減速用電気負荷において消費させる、燃料電池システム。
6. 請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記動作速度がしきい値以上の場合において、前記蓄電装置の充電電力量を計測し、前記充電電力量がしきい値よりも少ない場合には前記回生部を用いて前記回生電力を生じさせると共に前記回生電力を前記蓄電装置に蓄え、前記充電電力量がしきい値以上の場合には前記回生部を用いた発電を行わない、燃料電池システム。

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