JP2013251092A - 車両用燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】減速時に発生するアノードストイキ不足を抑制して、低負荷時の発電安定性を向上させるとともに、燃料電池の劣化を抑制できる車両用燃料電池システムを提供する。
【解決手段】車両に搭載され、アノードにアノードガスが、カソードにカソードガスがそれぞれ供給されて発電する燃料電池と、車両の減速要求の状態を判定する減速要求判定手段と、減速要求判定手段の判定に基づいてアノードへのアノードガス供給量を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、減速要求判定手段による判定が所定の状態を超えない場合、車両の減速要求に応じてアノードガス供給量を制御し、減速要求判定手段による判定が所定の状態を超えた場合、車両の減速要求に応じたアノードガス供給量以上のアノードガスを供給することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用燃料電池システムに関するものである。

燃料電池車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜（以下、電解質膜という）をアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）とで両側から挟んで膜電極構造体（ＭＥＡ）を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を構成し、この単位セルを複数枚積層して燃料電池スタックとするものが知られている。燃料電池は、アノードにアノードガス（燃料）として水素が供給され、カソードにカソードガス（酸化剤）として空気が供給されることで、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードで空気中の酸素と電気化学反応（Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ）を起こして発電するようになっている。なお、この発電に伴って燃料電池内では水分が生成される。

このような燃料電池では、燃料電池車両の負荷等に基づいて発電電流指令値が算出され、算出された発電電流指令値に基づいてアノードガス及びカソードガスが所望の目標値（圧力や流量等）で燃料電池に供給されるようになっている。そのため、燃料電池車両に急な負荷変動（例えば、急加速）が生じた場合、発電電流指令値に応じたアノードガス目標値の供給に遅れが生じ、実際に燃料電池で発電される発電電流出力値に対してアノードガス供給量が不足した、いわゆるアノードストイキ（燃料電池への供給量／理論水素消費量）不足となる虞がある。

ここで、例えば特許文献１には、車両が急加速されたと仮定したときに必要とされる過渡発電量を算出し、実際に急加速されたときに過渡発電量に応じた発電を燃料電池にて行えるように、急加速される前からガス循環量を予め高めの待機流量に設定する技術が開示されている。

特開２００６−３０９９７７号公報

ところで、上述したアノードストイキ不足は、急加速時のみに関わらず、減速時にも発生する虞がある。しかしながら、上述した特許文献１の構成にあっては、急加速時におけるアノードストイキ不足の対策については開示されているものの、減速時におけるアノードストイキ不足の対策については何ら開示されていない。

ここで、減速時におけるアノードストイキ不足の発生原理について説明する。図７は、時間に対する燃料電池の発電電流、アノードストイキ、及び燃料インジェクタの開度指令時間（Ｔｉ値）の関係を示すグラフである。
図７に示すように、時間Ｔ１において燃料電池車両が高負荷状態から低負荷状態に移行する場合（特に、急減速の場合）、発電電流指令値の低下に伴い、アノードガス目標値が低下する。この場合には、燃料インジェクタによるアノードガスの供給を停止するとともに、燃料電池内に残存するアノードガスを発電により消費することで、燃料電池内のアノード圧力をアノードガス目標値まで低下させる。しかしながら、アノードガスの供給が停止している状態で、燃料電池での発電を継続しているため、アノード圧力をアノードガス目標値まで低下させる過程で、例えば時間Ｔ２〜Ｔ３のようにアノード圧力がアノードガス目標値を下回り、アノードストイキ不足になる虞がある。なお、図７に示す状態では、減速のレートが比較的緩いため、燃料インジェクタのＴｉ値を維持することでも、アノード圧力を調整している。

アノードストイキ不足の状態で発電を行うと、アノード触媒（例えば、白金担持カーボン等）を構成する炭素が酸化して、アノード触媒が劣化するという問題がある。具体的に、水素欠乏状態の単位セルでは、アノード電位が上昇し、下記の式（１），（２）のような反応が起こる。
Ｃ＋２Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻…（１）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻…（２）

そこで、本発明は、上述した事情に考慮してなされたもので、減速時に発生するアノードストイキ不足を抑制して、低負荷時の発電安定性を向上させるとともに、燃料電池の劣化を抑制できる車両用燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、車両に搭載され、燃料極（例えば、実施形態におけるアノード）に燃料（例えば、実施形態におけるアノードガス）が、酸化剤極（例えば、実施形態におけるカソード）に酸化剤（例えば、実施形態におけるカソードガス）がそれぞれ供給されて発電する燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池２）と、前記車両の減速要求の状態を判定する減速要求判定手段（例えば、実施形態における減速要求判定手段６１）と、前記減速要求判定手段の判定に基づいて前記燃料極への燃料供給量を制御する制御手段（例えば、実施形態における制御手段６２）と、を備え、前記制御手段は、前記減速要求判定手段による判定が所定の状態を超えない場合、前記車両の減速要求に応じて前記燃料供給量を制御し、前記減速要求判定手段による判定が所定の状態を超えた場合、前記車両の減速要求に応じた前記燃料供給量以上の燃料を供給することを特徴とする。

請求項２に記載した発明では、前記減速要求判定手段は、前記燃料電池への発電電流指令値（例えば、実施形態における発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤ）の減少幅（例えば、実施形態における減少幅ＩＦＣＤＣＭＤ）が第１閾値（例えば、実施形態における第１閾値ＩＦＣＣＭＤＤＯＷＮ）以上のときに、前記所定の状態を超えたと判定することを特徴とする。

請求項３に記載した発明では、前記減速要求判定手段は、前記燃料極の目標圧力（例えば、実施形態におけるアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮ）の低下幅（例えば、実施形態における低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮ）が第２閾値（例えば、実施形態における第２閾値ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＤＯＷＮ）以上のときに、前記所定の状態を超えたと判定することを特徴とする。

請求項４に記載した発明では、前記減速要求判定手段は、前記車両の減速要求変化幅（例えば、実施形態における低下幅ＡＣＰＬ）が第３閾値（例えば、実施形態における第３閾値ＡＣＰＬ１）以上のときに、前記所定の状態を超えたと判定することを特徴とする。

請求項５に記載した発明では、前記燃料電池を通過した燃料を前記燃料極へ循環させる燃料循環回路（例えば、実施形態におけるアノードオフガス循環流路４９）及び循環ポンプ（例えば、実施形態における循環ポンプ４０）を備え、前記制御手段は、前記減速要求判定手段により前記減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、前記循環ポンプを回転させて燃料循環量（例えば、実施形態におけるアノードガス供給量Ｑｕ）を増やすことを特徴とする。

請求項６に記載した発明では、前記燃料極における燃料の圧力（例えば、実施形態におけるアノード圧力Ｐａ）が所定値以下となると燃料を送り込む燃料供給手段（例えば、実施形態における燃料インジェクタ４４）を有し、前記制御手段は、前記減速要求判定手段により前記減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、燃料のパージを実施して前記燃料極の圧力を所定値以下まで低下させることを特徴とする。

請求項７に記載した発明では、前記燃料極へ燃料を送り込む燃料インジェクタ（例えば、実施形態における燃料インジェクタ４４）を備え、前記燃料インジェクタの開度指令時間に第１下限値（例えば、実施形態における下限値Ｔｉ１）が設定され、前記制御手段は、前記減速要求判定手段により前記減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、前記燃料インジェクタの開度指令時間が前記第１下限値以上になるように前記燃料インジェクタを制御することを特徴とする。

請求項８に記載した発明では、前記燃料極の目標圧力の低下幅に所定上限値（例えば、実施形態における上限値ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＬＭＴ）が設定され、前記制御手段は、前記減速要求判定手段により前記減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、前記低下幅が前記所定上限値以下になるように燃料の供給を制御することを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、減速要求が所定の状態を超えた場合に、車両の減速要求に応じた燃料供給量（ベース供給量）以上の燃料を供給することで、燃料電池車両が高負荷状態から低負荷状態に移行した場合に、アノードストイキを維持または増加させ、アノードストイキ不足の発生を抑制できる。
また、燃料供給量を増加させることで、燃料電池内に存在する生成水を、燃料によって吹き飛ばすことができ、燃料流路内での生成水による流路閉塞を抑制して、燃料電池の面内全体に燃料を行き渡らせることができる。
したがって、減速時のアノードストイキ不足の発生を抑制して、低負荷時の発電安定性を向上させるとともに、燃料電池の劣化を抑制できる。

請求項２〜４に記載した発明によれば、燃料電池の発電電流指令値の減少幅や、燃料極の目標圧力の低下幅、車両の減速要求変化幅に基づいて、所定の状態を超えた否かを判定することで、アノードストイキ不足の虞を確実に判定することができる。

請求項５に記載した発明によれば、減速要求判定手段により減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、循環ポンプを回転させて燃料の循環量を増やすことで、燃料極に供給される燃料供給量がベース供給量以上に増加する。そのため、アノードストイキを維持または増加させ、アノードストイキ不足の発生を抑制できる。

請求項６に記載した発明によれば、減速要求判定手段により減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、パージ弁を開弁して燃料極の圧力の低下を促進させることで、燃料供給手段が駆動して、燃料極に向けて燃料が供給される。これにより、燃料極に供給される燃料供給量がベース供給量以上に増加するため、アノードストイキを維持または増加させ、アノードストイキ不足の発生を抑制できる。

請求項７に記載した発明によれば、減速要求判定手段により減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、燃料インジェクタの開度指令時間が第１下限値以上になるように制御することで、燃料供給量がベース供給量に比べて増加する。そのため、アノードストイキを維持または増加させ、アノードストイキ不足の発生を抑制できる。

請求項８に記載した発明によれば、減速要求判定手段により減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、燃料極の目標圧力の低下幅が所定上限値以下になるように制御されているため、発電電流指令値の低下に伴う燃料極の圧力の大幅な低下を抑え、燃料が継続的に供給されることになる。そのため、燃料供給量がベース供給量に比べて増加するため、アノードストイキを維持または増加させ、アノードストイキ不足の発生を抑制できる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 第１実施形態に係るＥＣＵのブロック図である。 燃料電池の発電電流出力値ＩＦＣと、循環ポンプの回転数Ｎと、の相関を示すマップである。 燃料電池の発電電流出力値ＩＦＣと、燃料インジェクタの開度指令時間の下限値Ｔｉ１と、の相関を示すマップである。 燃料電池システムの動作方法（減速対策制御）を説明するためのフローチャートである。 所定時間Ｔと、燃料電池のアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮと、の相関を示すマップである。 時間に対する燃料電池の発電電流、アノードストイキ、及び燃料インジェクタの開度指令時間の関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（燃料電池システム）
図１は燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム（車両用燃料電池システム）１は、燃料電池車両に搭載されるものであり、燃料電池スタック２（以下、燃料電池２という）と、燃料電池２にカソードガス（酸化剤）である空気を供給するためのカソードガス供給手段３と、アノードガス（燃料）である水素を供給するためのアノードガス供給手段４と、これら各構成品を統括的に制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６（図２参照）と、を主に備えている。

燃料電池２は、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電を行うものであって、固体高分子型の電解質膜を備えている。そして、この電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで膜電極構造体（ＭＥＡ）が形成され、このＭＥＡの両側に一対のセパレータを配置してセルが構成され、このセルが複数積層されることで燃料電池２が構成されている。そして、燃料電池２のアノードにはアノードガスとして水素が、カソードにはカソードガスとして空気がそれぞれ供給されることで、アノードで触媒反応（Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻）により発生した水素イオンが電解質膜を透過してカソードに移動する。そして、カソードに移動した水素イオンが、カソードで酸素と電気化学反応（Ｈ_２＋Ｏ_２／２→Ｈ_２Ｏ）を行い発電する。なお、燃料電池２には、燃料電池２から出力される発電電流出力値ＩＦＣを検出する図示しない電流センサが接続されており、検出された発電電流出力値ＩＦＣに応じた電気信号をＥＣＵ６に向けて出力する。

カソードガス供給手段３は、カソードガスを燃料電池２に向けて送出するエアポンプ３１を備えている。エアポンプ３１には、燃料電池２にカソードガスを供給するためのカソードガス供給流路３２が接続されている。カソードガス供給流路３２のうち、エアポンプ３１の上流側にはエアフローセンサ３３が接続されている。エアフローセンサ３３は、エアポンプ３１によって外部から取り込まれるカソードガス流量を検出し、検出結果の信号を例えばＥＣＵ６に向けて出力する。

カソードガス供給流路３２は、上流側から順に加湿器３４及びカソードガス供給封止弁３５に接続された後、燃料電池２の入口側で、カソードに面するカソードガス流路３９に接続されている。カソードガス流路３９の出口側には、燃料電池２で発電に供されたカソードオフガスや、発電や凝縮によって燃料電池２で生成された生成水が流通するカソードオフガス排出流路３６が接続されている。

カソードオフガス排出流路３６は、上流側から順にカソードガス排出封止弁３７及び加湿器３４に接続された後、希釈器３８に接続されている。加湿器３４は、中空糸膜等の水分透過膜を備え、燃料電池２で発電に供されて湿潤になったカソードオフガスを加湿用ガスとして用い、エアポンプ３１から送出されるカソードガスを加湿する。これにより、燃料電池２に供給する前段で予めカソードガスを加湿することができる。

そして、エアポンプ３１によって送出されるカソードガスは、カソードガス供給流路３２を通過した後、燃料電池２のカソードガス流路３９に供給される。そして、カソードガス流路３９において、カソードガス中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池２からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出流路３６に排出される。カソードオフガス排出流路３６に排出されたカソードオフガスは、希釈器３８を通過した後、車外へと排気される。

アノードガス供給手段４は、アノードガスが充填された水素供給タンク４１を備えている。水素供給タンク４１には、燃料電池２にアノードガスを供給するためのアノードガス供給流路４２が接続されている。アノードガス供給流路４２は、上流側から順に遮断弁４３、燃料インジェクタ（燃料供給手段）４４に接続された後、燃料電池２の入口側で、アノードに面するアノードガス流路５０に接続されている。また、アノードガス供給流路４２における燃料インジェクタ４４よりも下流側には図示しないエゼクタが接続される。なお、アノードガス供給流路４２には、燃料電池２のアノードガスの圧力（アノード圧力Ｐａ）を検出する図示しない圧力センサが接続されており、検出されたアノード圧力Ｐａに応じた電気信号をＥＣＵ６に向けて出力する。

燃料インジェクタ４４は、ＥＣＵ６からの出力信号により駆動(開度指令時間：Ｔｉ値)が制御され、アノードガスがアノードガス供給流路４２へ所定の周期で間欠的に供給されるようになっている。燃料インジェクタ４４は、燃料電池２に供給されるカソードガスの圧力（カソード入口ガス圧力）を信号圧として、アノードへ供給されるアノードガスの圧力（アノード圧力Ｐａ）を信号圧に応じた所定範囲の圧力となるように調圧（減圧）する。すなわち、燃料インジェクタ４４は、アノード圧力Ｐａが所定値以下となった場合に開口して、アノード圧力Ｐａがアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮになるように制御されている。

アノードガス流路５０の出口側には、燃料電池２で発電に供されたアノードオフガスが流通するアノードオフガス排出流路４５が接続されている。アノードオフガス排出流路４５には、気液分離器４６が接続されている。

気液分離器４６は、燃料電池２のアノードガス流路５０から排出されたアノードオフガスに含まれる水分を捕集して、アノードオフガスと水分とに分離するものである。そして、アノードオフガス排出流路４５は、パージ弁４７を介して希釈器３８に接続されており、気液分離器４６で水分が分離されたアノードオフガスが流通する。なお、気液分離器４６には、分離後の水分を排出する図示しない水分排出流路が接続され、図示しないドレイン弁を介して希釈器３８に接続される。

希釈器３８は、アノードオフガス排出流路４５から導入されたアノードオフガスが滞留する滞留室が内部に設けられるとともに、この滞留室にカソードオフガス排出流路３６が接続されている。すなわち、滞留室内において、アノードオフガスはカソードオフガスにより希釈された後、排出通路４８から車外に排出される。なお、希釈器３８には、アノードオフガス排出流路４５から導入されたアノードオフガスの濃度に基づいて、カソードオフガスが供給されるようになっている。

また、アノードオフガス排出流路４５は、気液分離器４６とパージ弁４７との間で流路が分岐して構成されたアノードオフガス循環流路（燃料循環回路）４９を有している。アノードオフガス循環流路４９は、循環ポンプ４０を介してアノードガス供給流路４２における燃料インジェクタ４４の下流側に接続されている。
循環ポンプ４０は、燃料電池２のアノードガス流路から排出されたアノードオフガスの一部を、水素供給タンク４１から供給されたアノードガスに混合して、燃料電池２のアノードに再び供給する。なお、アノードガス供給流路４２とアノードオフガス排出流路４５との間には、上述したエゼクタに接続される図示しないバイパス流路が設けられており、循環ポンプ４０の未作動時等（例えば、通常走行時等）において、燃料電池２から排出されたアノードオフガスが循環して、燃料電池２のアノードガスとして再利用できるように構成されている。

また、カソードガス供給流路３２とアノードガス供給流路４２とは、掃気導入弁５１を備えた掃気流路５２によって接続されており、この掃気流路５２を介してアノードガス供給流路４２にカソードガスを導入可能になっている。

（ＥＣＵ）
図２はＥＣＵのブロック図である。
図２に示すように、ＥＣＵ６は、燃料電池車両の負荷、例えば燃料電池車両の減速要求の状態を判定する減速要求判定手段６１と、減速要求判定手段６１の判定に基づいてアノードへのアノードガスの供給量を制御する制御手段６２と、を備えている。

減速要求判定手段６１は、電流指令値減少幅判定手段６３と、目標圧力低下幅判定手段６４と、減速要求変化幅判定手段６５と、を備えている。
電流指令値減少幅判定手段６３は、例えば燃料電池車両に搭載された走行駆動用のモータ等のように、燃料電池２から外部負荷へ供給される単位時間当たりの発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤの減少幅ＩＦＣＤＣＭＤ（負方向の変化幅）を検出する。また、電流指令値減少幅判定手段６３には、減速要求が所定の状態を超えたか否かを判定する第１閾値ＩＦＣＣＭＤＤＯＷＮ（例えば、５０（Ａ／ｓｅｃ））が設定されており、発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤの減少幅ＩＦＣＤＣＭＤが第１閾値ＩＦＣＣＭＤＤＯＷＮ以上である場合に、減速要求が所定の状態を超えたと判定する（ＩＦＣＤＣＭＤ≧ＩＦＣＣＭＤＤＯＷＮ）。

目標圧力低下幅判定手段６４は、アノードに供給されるアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの単位時間当たりの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮ（負方向の変化幅）を検出する。また、目標圧力低下幅判定手段６４は、減速要求が所定の状態を超えたか否かを判定する第２閾値ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＤＯＷＮ（−３０（ｋＰａＡ／ｓｅｃ））が設定されており、アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮが第２閾値ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＤＯＷＮ以上である場合に、減速要求が所定の状態を超えたと判定する（ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮ≧ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＤＯＷＮ）。

減速要求変化幅判定手段６５は、燃料電池車両の加減速を操作するための操作手段、本実施形態では例えばアクセルペダルの操作量ＡＣＰの単位時間当たりの低下幅ＡＣＰＬ（負方向の変化幅）を検出する。また、減速要求変化幅判定手段６５は、減速要求が所定の状態を超えたか否かを判定する第３閾値ＡＣＰＬ１が設定されており、アクセルペダル操作量ＡＣＰの低下幅ＡＣＰＬが第３閾値ＡＣＰＬ１以上である場合に、減速要求が所定の状態を超えたと判定する（ＡＣＰＬ≧ＡＣＰＬ１）。

制御手段６２は、減速要求判定手段６１で検出された減速要求（発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤ等）に基づいてカソードに供給されるカソードガスのカソードガス目標供給量、及びアノードに供給されるアノードガスのアノードガス目標供給量Ｑａ（以下、ベース供給量Ｑａという）を制御する。
また、制御手段６２は、減速要求判定手段６１の判定が所定の状態を超えたと判定された場合に、車両の減速要求に応じたベース供給量Ｑａ以上のアノードガス（以下、アノードガス供給量Ｑｕという）を供給する供給量制御手段６６を備えている。

供給量制御手段６６は、循環ポンプ調整手段６７、パージ調整手段６８、インジェクタ調整手段６９、及びアノード圧力調整手段７０を備えている。
循環ポンプ調整手段６７は、減速要求判定手段６１の判定が所定の状態を超えたと判定された場合に、循環ポンプ４０を回転させてアノードガス供給手段４内に残存する未反応のアノードガスを循環させるようになっている。具体的に、循環ポンプ調整手段６７には、図３に示すように、上述した電流センサで検出される燃料電池２の発電電流出力値ＩＦＣと、循環ポンプ４０の回転数Ｎと、の相関を示すマップが記憶されており、このマップに基づいて循環ポンプ４０の回転数Ｎが設定される。図３に示すマップは、例えばアノードストイキ（燃料電池２への入口流量／理論水素消費量）が１．５以上になるように設定されており、発電電流出力値ＩＦＣが大きいほど循環ポンプ４０の回転数Ｎが増加するように設定されている。

パージ調整手段６８は、減速要求判定手段６１の判定が所定の状態を超えたと判定された場合に、アノードガス流路５０をパージするものである。なお、本実施形態におけるパージとは、パージ弁４７を開くことにより、窒素等の不純物ガスや生成水を含んだアノードガスを排出して、アノードガス供給流路４２等のアノードガスの圧力低下を促進させることである。

インジェクタ調整手段６９は、減速要求判定手段６１の判定が所定の状態を超えたと判定された場合に、燃料インジェクタ４４の開度指令時間（以下、Ｔｉ値という）を増加して、Ｔｉ値が下限値（第１下限値）Ｔｉ１以上になるように設定する。具体的に、インジェクタ調整手段６９には、図４に示すように、燃料電池２の発電電流出力値ＩＦＣと、燃料インジェクタ４４のＴｉ値の下限値Ｔｉ１と、の相関を示すマップが記憶されており、このマップに基づいて燃料インジェクタ４４のＴｉ値の下限値Ｔｉ１が設定される。なお、図４のマップは、例えばアノードストイキが１．５以上になるように設定されており、発電電流出力値ＩＦＣが大きいほどＴｉ値の下限値Ｔｉ１が増加するように設定されている。

アノード圧力調整手段７０は、減速要求判定手段６１の判定が所定の状態を超えたと判定された場合に、アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮが所定の上限値（所定上限値）ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＬＭＴ（例えば、５ｋＰａ／ｓｅｃ程度）以下になるように調整する（ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮ≦ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＬＭＴ）。

（燃料電池システムの動作方法）
次に、上述した燃料電池システムの動作方法（減速対策制御）について説明する。図５は、燃料電池システムの動作方法を説明するためのフローチャートである。
図５に示すように、まずステップＳ１において、減速要求判定手段６１により、燃料電池車両の減速要求が所定の状態を超えたか否かを判定する。具体的に、減速要求判定手段６１は、以下に示す各判定手段６３〜６５による各判定のうち、少なくとも１つが満たされた場合に減速要求が所定の状態を超えたと判定する。

（１）電流指令値減少幅判定手段６３により、燃料電池２の発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤの減少幅ＩＦＣＤＣＭＤが、第１閾値ＩＦＣＣＭＤＤＯＷＮ以上であると判定された場合（ＩＦＣＤＣＭＤ≧ＩＦＣＣＭＤＤＯＷＮ）。
（２）目標圧力低下幅判定手段６４により、アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮが第２閾値ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＤＯＷＮ以上であると判定された場合（ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮ≧ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＤＯＷＮ）。
（３）減速要求変化幅判定手段６５により、アクセルペダルの操作量ＡＣＰの単位時間当たりの低下幅ＡＣＰＬが第３閾値ＡＣＰＬ１以上であると判定された場合（ＡＣＰＬ≧ＡＣＰＬ１）。

ステップＳ１の判定結果が「ＮＯ」の場合（上述した条件（１）〜（３）が全て満たされない場合（閾値未満であった場合））、減速要求判定手段６１は減速要求が所定の状態を超えていないと判定する。この場合には、減速要求判定手段６１で検出された減速要求に基づく発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤに応じてカソードガス供給量、及びアノードガス目標供給量Ｑａ（ベース供給量Ｑａ）を制御しつつ、上述したステップＳ１の判断を定期的に繰り返す。

ステップＳ１の判定結果が「ＹＥＳ」の場合（上述した条件（１）〜（３）のうち何れかの条件を満たした場合（何れかが閾値以上であった場合））、減速要求判定手段６１は減速要求が所定の状態を超えたと判定してステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、制御手段６２の供給量制御手段６６は、以下に示す各減速要求制御のうち、少なくとも何れか１つの減速要求制御を実施することで、アノードストイキを維持または増加させる。

（１）循環ポンプ調整手段６７により、図３のマップに基づいて循環ポンプ４０を回転させ、アノードガスの循環量を増加させる。これにより、アノードガス供給手段４内に残存する未反応のアノードガスが、アノードオフガス循環流路４９を通ってアノードガス供給流路４２、及びアノードガス流路に循環し、アノードに再度供給される。そのため、アノードガス供給量Ｑｕをベース供給量Ｑａに対して増加させることができる。
（２）パージ調整手段６８により、パージ弁４７を開弁してアノードガスの圧力低下を促進させる。この場合、上述した圧力センサにより検出されるアノード圧力Ｐａが所定値以下になると、ＥＣＵ６からの出力信号により燃料インジェクタ４４が駆動して、アノード圧力Ｐａがアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮになるように制御される。これにより、未反応のアノードガスがアノードに供給されるため、アノードガス供給量Ｑｕをベース供給量Ｑａに対して増加させることができる。
（３）インジェクタ調整手段６９により、図４のマップに基づいて燃料インジェクタ４４のＴｉ値が下限値Ｔｉ１以上になるように制御する。これにより、燃料インジェクタ４４のＴｉ値がベース供給量Ｑａを供給する場合に比べて増加するため、アノードガス供給量Ｑｕをベース供給量Ｑａに対して増加させることができる。
（４）アノード圧力調整手段７０により、アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮが上限値ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮＬＭＴ以下になるように制御する。これにより、発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤの低下に伴うアノード圧力Ｐａの大幅な低下を抑え、アノードガス供給量Ｑｕをベース供給量Ｑａに対して増加させることができる。

次に、ステップＳ３では、制御手段６２は、燃料電池車両が低負荷運転になったか否かを判定する。具体的に、制御手段６２には、燃料電池車両の低負荷運転を判定するための低負荷発電閾値ＩＦＣＣＭＤＬＯＷ（例えば、１０Ａ程度）が記憶されており、発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤが低負荷発電閾値ＩＦＣＣＭＤＬＯＷよりも低いか否かを判定する（ＩＦＣＣＭＤ＜ＩＦＣＣＭＤＬＯＷ）。

ステップＳ３における判定結果が「ＮＯ」の場合（ＩＦＣＣＭＤ≧ＩＦＣＣＭＤＬＯＷの場合）、未だ低負荷運転になっていないと判定して、ステップＳ３の減速要求制御を継続する。
ステップＳ３における判定結果が「ＹＥＳ」の場合、（ＩＦＣＣＭＤ＜ＩＦＣＣＭＤＬＯＷの場合）、低負荷運転になったものと判定してステップＳ４に進む。

次に、ステップＳ４では、ステップＳ２における減速制御から所定時間Ｔが経過したか否かを判定する。なお、所定時間Ｔは、固定値（例えば、５（ｓｅｃ）程度）でもよく、図６に示す所定時間Ｔと、燃料電池２のアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮと、の相関を示すマップに基づいて算出してもよい。図６に示すマップは、燃料電池２のアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮが高くなるに従い、所定時間Ｔが増加するように設定されている。これは、アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮが高くなるに従い、アノードストイキ不足が顕著に表れる可能性があるので、上述した減速対策制御を長時間行うようにしているためである。なお、アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮは、減速中の最大値を用いることが好ましい。

そして、ステップＳ４において、所定時間Ｔが経過した後、ステップＳ５において減速対策制御を終了する。
以上により、本実施形態における減速要求の対策制御のフローを終了する。

このように、本実施形態では、減速要求判定手段６１による判定が所定の状態を超えた場合、車両の減速要求に応じたベース供給量Ｑａ以上のアノードガスを供給する構成とした。
この構成によれば、減速要求が所定の状態を超えた場合に、ベース供給量Ｑａに対してアノードガスの供給量を増加させることができるため（アノードガス供給量Ｑｕ）、燃料電池車両が高負荷状態から低負荷状態に移行した場合に、アノードストイキを維持または増加させ、アノードストイキ不足の発生を抑制できる。
また、アノードガスの供給量を増加させることで、燃料電池２内に存在する生成水を、アノードガスによって吹き飛ばすことができるので、アノードガス流路５０内での生成水による流路閉塞を抑制して、燃料電池２の面内全体にアノードガスを行き渡らせることができる。
したがって、減速時のアノードストイキ不足の発生を抑制して、低負荷時の発電安定性を向上させるとともに、燃料電池の劣化を抑制できる。

また、減速要求判定手段６１が、燃料電池２の発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤの減少幅ＩＦＣＤＣＭＤや、アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮ、アクセルペダルの操作量ＡＣＰの低下幅ＡＣＰＬに基づいて、所定の状態を超えた否かを判定することで、アノードストイキ不足の虞を確実に判定することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、減速要求判定手段６１が燃料電池２の発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤの減少幅ＩＦＣＤＣＭＤや、アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮ、アクセルペダルの操作量ＡＣＰの低下幅ＡＣＰＬの判定手段６３〜６５を有する構成について説明したが、これに限らず、少なくとも何れかの判定手段を有していれば構わない。また、減速要求判定手段６１による判定方法は、上述した実施形態の方法に限られない。

また、上述した実施形態では、ステップＳ４において、燃料電池２のアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの低下幅ＰＤＨ２ＳＴＫＩＮに基づいて所定時間Ｔを求める構成について説明したが、これに限らず、発電電流指令値ＩＦＣＣＭＤの減少幅ＩＦＣＤＣＭＤ等に基づいても構わない。
さらに、上述した実施形態では、燃料供給手段として燃料インジェクタ４４を用いる構成について説明したが、これに限らず、レギュレータ等を用いても構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…燃料電池システム（車両用燃料電池システム） ２…燃料電池スタック（燃料電池）４０…循環ポンプ ４４…燃料インジェクタ（燃料供給手段） ４９…燃料循環回路（アノードオフガス循環流路） ６１…減速要求判定手段 ６２…制御手段

Claims (8)

1. 車両に搭載され、燃料極に燃料が、酸化剤極に酸化剤がそれぞれ供給されて発電する燃料電池と、
   前記車両の減速要求の状態を判定する減速要求判定手段と、
   前記減速要求判定手段の判定に基づいて前記燃料極への燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記減速要求判定手段による判定が所定の状態を超えない場合、前記車両の減速要求に応じて前記燃料供給量を制御し、
   前記減速要求判定手段による判定が所定の状態を超えた場合、前記車両の減速要求に応じた前記燃料供給量以上の燃料を供給することを特徴とする車両用燃料電池システム。
2. 前記減速要求判定手段は、前記燃料電池への発電電流指令値の減少幅が第１閾値以上のときに、前記所定の状態を超えたと判定することを特徴とする請求項１記載の車両用燃料電池システム。
3. 前記減速要求判定手段は、前記燃料極の目標圧力の低下幅が第２閾値以上のときに、前記所定の状態を超えたと判定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用燃料電池システム。
4. 前記減速要求判定手段は、前記車両の減速要求変化幅が第３閾値以上のときに、前記所定の状態を超えたと判定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の車両用燃料電池システム。
5. 前記燃料電池を通過した燃料を前記燃料極へ循環させる燃料循環回路及び循環ポンプを備え、
   前記制御手段は、前記減速要求判定手段により前記減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、前記循環ポンプを回転させて燃料循環量を増やすことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の車両用燃料電池システム。
6. 前記燃料極における燃料の圧力が所定値以下となると燃料を送り込む燃料供給手段を有し、
   前記制御手段は、前記減速要求判定手段により前記減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、燃料のパージを実施して前記燃料極の圧力を所定値以下まで低下させることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の車両用燃料電池システム。
7. 前記燃料極へ燃料を送り込む燃料インジェクタを備え、
   前記燃料インジェクタの開度指令時間に第１下限値が設定され、
   前記制御手段は、前記減速要求判定手段により前記減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、前記燃料インジェクタの開度指令時間が前記第１下限値以上になるように前記燃料インジェクタを制御することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の車両用燃料電池システム。
8. 前記燃料極の目標圧力の低下幅に所定上限値が設定され、
   前記制御手段は、前記減速要求判定手段により前記減速要求が所定の状態を超えたと判定された場合、前記低下幅が前記所定上限値以下になるように燃料の供給を制御することを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の車両用燃料電池システム。

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