JP2016225043A - 燃料電池車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池セルが乾燥状態、かつ、急激な出力上昇要求がされた場合であっても、電圧低下を抑制でき、即座に目的の出力を得ること。
【解決手段】燃料電池車両は、燃料電池スタックと、アクセル状態検出手段と、燃料電池スタックの電気抵抗値を検出する電気抵抗値検出手段と、燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、燃料電池スタックから出力される電流値を制御する制御手段を備える。制御手段は、燃料電池スタックの出力要求値に基づいて燃料電池スタックから出力される目標電流値、目標電流値決定部により決定された目標電流値、電流値検出手段により検出された電流値との差分に基づいて電流増加速度を決定する。制御手段は、目標電流値と、電流増加速度と、電気抵抗値を含む関数が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、目標電流値を低下させる側に補正する。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池車両に関する。
従来、外部負荷指令が大きい場合に生じる発電電圧の低下を抑制すべく、外部負荷指令値の急増を燃料電池の出力電流の変化によって検知し、燃料電池の電流増加速度をあらかじめ定まる一定値に保持する燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−５７７５３号公報
しかしながら、燃料電池の発電電圧低下、出力低下は、外部負荷指令の大きさだけではなく、燃料電池セルの乾燥状態と電流増加速度の影響を受け得る。このため、特許文献１の技術において電流増加速度を予め低めに設定すれば、ＷＯＴ（Wide Open Throttle）などの急激な出力上昇要求に対する応答性が低下する可能性がある。また、これとは逆に、電流増加速度を予め高めに設定すれば、燃料電池セルの乾燥状態によっては電圧低下、出力低下に至る可能性がある。
そこで、本明細書開示の燃料電池車両は、燃料電池セルが乾燥状態にあり、かつ、ＷＯＴなどの急激な出力上昇要求がされた場合であっても、電圧低下を抑制でき、即座に目的の出力を得ることができる燃料電池車両を提供する。
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された燃料電池車両は、車両に搭載され、酸化剤ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、車両のアクセル状態を検出するアクセル状態検出手段と、前記燃料電池スタックの電気抵抗値を検出する電気抵抗値検出手段と、前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、燃料電池スタックから出力される電流値を制御する制御手段と、を備える燃料電池車両において、前記制御手段は、前記アクセル状態検出手段によって検出されたアクセル状態に応じた前記燃料電池スタックの出力要求値に基づいて前記燃料電池スタックから出力される目標電流値を決定する目標電流値決定部と、前記目標電流値決定部により決定された目標電流値と、前記電流値検出手段により検出された電流値との差分に基づいて電流増加速度を決定する電流増加速度決定部と、前記目標電流値決定部によって決定された前記目標電流値を補正する目標電流値補正部とを有し、前記目標電流値補正部は、少なくとも、前記目標電流値決定部によって決定された目標電流値と、前記電流増加速度決定部によって決定された電流増加速度と、前記電気抵抗値検出手段によって検出された電気抵抗値を含む関数が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、前記目標電流値決定部によって決定された前記目標電流値を低下させる側に補正する。
これにより、燃料電池車両は、燃料電池セルが乾燥状態にあり、かつ、ＷＯＴなどの急激な出力上昇要求がされた場合であっても、電圧低下を抑制でき、即座に目的の出力を得ることができる。
また、本明細書開示の他の燃料電池車両は、車両に搭載され、酸化剤ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、車両のアクセル状態を検出するアクセル状態検出手段と、前記燃料電池スタックの電気抵抗値を検出する電気抵抗値検出手段と、前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、燃料電池スタックから出力される電流値を制御する制御手段と、を備える燃料電池車両において、前記制御手段は、前記アクセル状態検出手段によって検出されたアクセル状態に応じた前記燃料電池スタックの出力要求値に基づいて前記燃料電池スタックから出力される目標電流値を決定する目標電流値決定部と、前記目標電流値決定部により決定された目標電流値と、前記電流値検出手段により検出された電流値との差分に基づいて電流増加速度を決定する電流増加速度決定部と、前記目標電流値決定部によって決定された前記目標電流値を補正する目標電流値補正部とを有し、前記目標電流値補正部は、少なくとも、前記目標電流値決定部によって決定された目標電流値と、前記電流増加速度決定部によって決定された電流増加速度と、前記電気抵抗値検出手段によって検出された電気抵抗値とが、それぞれの値に対して設定された閾値よりも大きくなった場合に、前記目標電流値決定部によって決定された前記目標電流値を低下させる側に補正する。
このような燃料電池車両も、燃料電池セルが乾燥状態にあり、かつ、ＷＯＴなどの急激な出力上昇要求がされた場合であっても、電圧低下を抑制でき、即座に目的の出力を得ることができる。
本明細書開示の燃料電池車両によれば、燃料電池セルが乾燥状態にあり、かつ、ＷＯＴなどの急激な出力上昇要求がされた場合であっても、電圧低下を抑制でき、目的の出力を供給できる。
図１は第１実施形態の燃料電池車両の概略構成を示す説明図である。 図２は第１実施形態における燃料電池スタックのＩ−Ｖ曲線と、Ｉ−Ｐ曲線の一例を示すグラフである。 図３は燃料電池スタックに含まれる燃料電池セルにおける電流分布を模式的に示す説明図である。 図４は燃料電池セル内の位置の違いによるＩ−Ｖ曲線の相違を示す説明図である。 図５（Ａ）は実施形態の燃料電池における電流及び電圧の時間変化を示すグラフであり、図５（Ｂ）は出力の時間変化を示すグラフである。 図６は第１実施形態の燃料電池車両の制御の一例を示すフローチャートである。 図７は目標電流値補正制御を行った場合の出力の時間変化を示すグラフである。 図８は電流増加速度が高い場合のセル電圧の変化を示すグラフである。 図９は電流増加速度が低い場合のセル電圧の変化を示すグラフである。 図１０は第２実施形態の燃料電池車両の制御の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。
（第１実施形態）
まず、図１を参照しつつ、第１実施形態の燃料電池車両１００について説明する。燃料電池車両１００は、燃料電池システム５０を備える。燃料電池システム５０は、燃料電池スタック１０、燃料電池コンバータ１１、ＤＣ／ＡＣインバータ１２及び駆動モータ１３を備える。駆動モータ１３には、駆動輪１４が機械的に接続されている。また、燃料電池車両１００は、制御手段に相当する制御部２０を備える。制御部２０は、運転者の要求に応じて燃料電池車両１００の駆動力を発生させる。制御部２０には、アクセル開度センサ１６が電気的に接続されている。アクセル開度センサ１６は、車両のアクセル状態を検出するアクセル状態検出手段として機能する。
なお、燃料電池システム５０は、燃料電池車両１００に搭載して使用する以外に、船舶、飛行機、ロボットなどの各種移動体に搭載できる。
燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池セルを積層した固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタック１０は、酸化剤ガスとしての空気及び燃料ガスとしての水素の供給を受けて発電する。燃料電池スタック１０としては、固体高分子型燃料電池に限定されることはなく、種々のタイプの燃料電池を採用することが可能である。例えば、燃料電池スタック１０としては、固体高分子型燃料電池に換えて、固体酸化物型燃料電池が採用されても良い。
燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０内に空気を供給するコンプレッサ１０ａが接続されている。また、燃料電池スタック１０には、水素タンク１０ｂ１が接続されている。燃料電池スタック１０と水素タンク１０ｂ１とを接続する配管には、インジェクタ１０ｂ２が配置されている。コンプレッサ１０ａとインジェクタ１０ｂ２は、それぞれ制御部２０に電気的に接続されている。
燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の電流値を検出する電流検出手段として機能する電流計１７が接続されている。また、燃料電池スタック１０には、燃料電池スタックの電圧値を検出する電圧計１８が接続されている。電流計１７と電圧計１８は、燃料電池スタック１０の電気抵抗値を検出する電気抵抗検出手段の一部として機能する。
燃料電池スタック１０は、第１の直流導線１を介して、燃料電池コンバータ１１の入力端子に接続されている。燃料電池コンバータ１１は、制御部２０の指令に応じて、燃料電池スタック１０から入力された電圧を目標電圧まで昇圧して出力する昇圧型コンバータである。燃料電池コンバータ１１の出力端子は、第２の直流導線２を介してＤＣ／ＡＣインバータ１２の直流端子に接続されている。
駆動モータ１３は、燃料電池車両１００の駆動輪１４を駆動する動力源であり、例えば、三相交流モータによって構成される。駆動モータ１３は、交流導線を介してＤＣ／ＡＣインバータ１２の交流端子に接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、制御部２０からの指令に応じて、燃料電池スタック１０から第２の直流導線２を介して供給される直流電力を三相交流の電力に変換して駆動モータ１３に供給する。また、ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、駆動モータ１３において発生する回生電力を直流電力に変換して第２の直流導線２に出力する。
制御部２０は、燃料電池スタック１０から出力される電流値を制御する。制御部２０は、中央処理装置と、主記憶装置と、不揮発性記憶部と、を備えるマイクロコンピュータによって構成される。制御部２０には、目標電流値決定部２１、電流増加速度決定部２２及び目標電流値補正部２３が形成されている。目標電流値決定部２１は、アクセル状態検出手段として機能する、例えば、アクセル開度センサ１６によって検出されたアクセル状態に応じた燃料電池スタック１０の出力要求値に基づいて燃料電池スタック１０から出力される目標電流値を決定する。電流増加速度決定部２２は、目標電流値決定部２１により決定された目標電流値と、電流値検出手段に相当する電流計１７により検出された電流値との差分に基づいて電流増加速度を決定する。また、目標電流値補正部２３は、目標電流値決定部２１によって決定された目標電流値を補正する。目標電流値決定部２１、電流増加速度決定部２２及び目標電流値補正部２３において実行される各種処理については、後に詳説する。
制御部２０は、燃料電池コンバータ１１と、ＤＣ／ＡＣインバータ１２とを制御することによって、燃料電池スタック１０の出力を制御し、駆動モータ１３に外部からの出力要求（システム要求出力）に応じた駆動力を発生させる。制御部２０は、信号線を介して、燃料電池コンバータ１１と、ＤＣ／ＡＣインバータ１２と、に接続されている。制御部２０は、外部からの出力要求、例えば、アクセル開度センサ１６による要求値に応じた制御信号を生成し、燃料電池コンバータ１１の動作を制御する。
制御部２０は、アクセル開度センサ１６から取得した値に基づいて燃料電池スタック１０の出力設定処理を行う。すなわち、空気供給量や、水素供給量、水素圧力、出力履歴、電圧、電流値マップ等から燃料電池スタック１０が出力する電流値を設定する。
制御部２０が備える目標電流値決定部２１は、アクセル開度センサ１６から得た値に基づいて、アクセルが踏まれたことを検知し、その値に基づいて燃料電池スタック１０に求められる出力要求値Ｐを把握する。そして、図２を参照すると、出力要求値Ｐと電流Ｉとの関係から目標電流値Ｉｔｒｇを取得する。目標電流値Ｉｔｒｇが定まると、電流電圧特性、すなわち、ＩＶ曲線からその目標電流値Ｉｔｒｇに対応する電圧値を取得することができる。燃料電池システム５０は、この電圧をＤＣ／ＡＣインバータ１２を昇圧させることにより駆動モータ１３に求められるシステム要求出力となる電圧を出力する。
制御部２０は、目標電流値Ｉｔｒｇに基づいて、燃料電池スタック１０に供給される酸素要求流量と水素要求流量とを取得する。酸素要求流量と水素要求流量とは、それぞれ、燃料電池スタック１０の運転モデルに基づいて設定されたマップに基づいて決定される。制御部２０は、決定された酸素要求流量となるようにコンプレッサ１０ａを稼働させる。また、制御部２０は、決定された水素要求量となるようにインジェクタ１０ｂ２を稼働させる。
制御部２０は、インピーダンス計測によって燃料電池スタック１０の抵抗値Ｒを取得する。具体的に、制御部２０は、周期的に電圧もしくは電流を変動させ、そのときに電流計１７によって検出された電流値と電圧計１８によって検出された電圧値とに基づいてそのときの燃料電池スタック１０の抵抗値Ｒを取得する。このように、制御部２０は、電流計１７及び電圧計１８とともに電気抵抗値検出手段として機能する。
制御部２０が備える電流増加速度決定部２２は、目標電流値Ｉｔｒｇに到達するための速度として予め定められた電流増加速度Ｓを取得する。具体的に、目標電流値決定部２１により決定された目標電流値Ｉｔｒｇと、電流計１７によって検出された電流値との差分をこれらの値の計測間隔である時間Ｔによって除することによって電流増加速度Ｓを決定する。
ここで、このように算出された電流増加速度Ｓにより燃料電池スタック１０の目標電流値Ｉｔｒｇに到達させようとした場合に想定される現象について図３、図４及び図５（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ説明する。
図３は、燃料電池スタックに含まれる燃料電池セルにおける電流分布を模式的に示す説明図である。図３を参照すると、一枚の燃料電池セルにおける電流分布に相違が観られることがわかる。低負荷時であれば、図３中、実線で示すように、酸素入口側から酸素出口側の全域において電流密度（Ａ／ｃｍ２）の差が小さい分布となる。高負荷時の理想電流分布は、図３中、点線で示すように、酸素入口側から酸素出口側の全域において電流密度（Ａ／ｃｍ２）の差が小さい状態である。これに対し、図３中、破線で示すように、酸素入口側の電流密度（Ａ／ｃｍ２）が小さく、酸素出口側に向かって電流密度（Ａ／ｃｍ２）が上昇する電流分布が観られることがある。具体的に、参照符号（ａ）を付した位置における電流密度（Ａ／ｃｍ２）が理想電流分布と比較して小さく、参照符号（ｂ）を付した位置における電流密度（Ａ／ｃｍ２）が理想電流分布と比較して大きくなっている。このような、燃料電池セルにおける電流分布の偏りは、燃料電池セルが乾燥状態にあり、かつ、ＷＯＴのとき等、急激な出力上昇要求に観察される。
すなわち、急激な出力上昇要求があると、燃料電池スタック１０内に流入する空気流量が増加する。ここで、一般的に燃料電池スタック１０には、乾燥した空気が供給される。このため、空気流量が増加すると、燃料電池スタック１０に含まれる燃料電池セルの酸素入口側の乾燥がさらに進行する。酸素入口側の乾燥が進行すると、図３中、破線で示すように酸素入口側における電流密度が小さくなる。そして、この酸素入口側における電流密度の低下分の発電量を酸素出口側で補う必要が生じ、燃料電池セル内において酸素出口側の電流密度が増加する。
具体的に、図４を参照すると、破線で示すＩＶ曲線は、図３中、破線で示した燃料電池セルにおける電流分布の偏りが観察される状態のときの酸素入口に近い（ａ）地点におけるものである。一方、実線で示すＩＶ曲線は、図３中、破線で示した燃料電池セルにおける電流分布の偏りが観察される状態のときの酸素出口に近い（ｂ）地点におけるものである。このように、電流分布の偏りが観察される状態のときのＩＶ曲線は、燃料電池セルにおける酸素入口からの距離によって異なる曲線に描かれる。破線で示すＩＶ曲線は、実線で示すＩＶ曲線と比較して勾配が急である。これは、燃料電池セルの酸素入口側が乾いた状態なっていることに起因している。ＩＶ曲線の勾配が急になると、電流密度が低い領域にあっても電圧の低下量が増すことになる。また、電流密度自体、大きな値を取ることできない状態となっている。このような状況にあって、酸素入口側の電流密度が参照符号（ｉ）で示す値になったとする。この値は、図３に示したように高負荷時の理想電流分布における（ａ）地点の電流密度と乖離した値となっている。このため、一枚の燃料電池セル内で燃料電池セルに求められる発電量を得るために、酸素出口側の電流密度が大きくなる。具体的に、図３で示す（ｂ）地点の電流密度は、高負荷時の理想電流分布における（ｂ）地点の電流密度よりも大きくなっている。
一枚の燃料電池セルの電圧値は一つの値である。このため、酸素入口側の電流密度が図４中の参照符号（ｉ）で示す値となった場合、その燃料電池セルの電圧値は、参照符号（ｉ）で示す電流値に対応した値となる。従って、（ｂ）地点における電圧値も、参照符号（ｉ）で示す電流値に対応した値となる。この値を図４において実線で示す（ｂ）地点におけるＩＶ曲線に当て嵌めると、参照符号（ｉｉ）を付した値となる。ここで、（ｂ）地点におけるＩＶ曲線に着目する。（ｂ）地点におけるＩＶ曲線において、電流密度がＩ１（Ａ／ｃｍ２）よりも大きい領域は、電圧が急激に低下する領域となる。このように電圧が急激に低下する領域では、電流密度が増加する比率と比較して電圧値が低下する比率が大きいため、結果として燃料電池スタック１０の出力Ｐが低下する。
このように、燃料電池セルが乾燥状態にあり、かつ、ＷＯＴのとき等、急激な出力上昇要求があると、燃料電池セル内で電流分布の偏りが生じ、図５（Ａ）において点線で示すように燃料電池スタック１０の電圧の落ち込み、ひいては、図５（Ｂ）に点線で示すように出力Ｐの低下が生じる。なお、図５における通常制御は、燃料電池セルが乾燥状態にあり、かつ、ＷＯＴのとき等、急激な出力上昇要求が認められない場合の出力の時間変化を示している。
そこで、本実施形態の燃料電池車両１００では、このような出力Ｐの低下を回避する制御を行う。以下、図６に示すフローチャートを参照しつつその制御の一例について説明する。
ステップＳ１では、目標電流値Ｉｔｒｇ、燃料電池スタック抵抗値Ｒ及び電流増加速度Ｓを取得する。これらの値の取得は、時間Ｔ毎に定期的に行われる。これらの値のうち、目標電流値Ｉｔｒｇを取得するために、まず、アクセル開度センサ１６から検出したアクセルの踏み加減から燃料電池システム５０に要求されるシステム要求出力を取得する。システム要求出力は、予めアクセル開度と相関性を持たせた運転モデルに基づいて作成されたマップを参照することによって取得される。そして、取得されたシステム要求出力に基づいて燃料電池スタック１０の要求出力が求められる。例えば、燃料電池システム５０にバッテリが組み込まれているような場合は、そのバッテリの残容量を考慮して、バッテリ要求出力と燃料電池スタック１０の要求出力との分配比率が決められる。そして、この分配比率に基づいて燃料電池スタック１０の要求出力が求められる。燃料電池スタック１０の要求出力が決定した後は、例えば、図２に示す電流Ｉと出力Ｐとの関係から、目標電流値Ｉｔｒｇを決定する。
燃料電池スタック抵抗値Ｒは、周期的に電圧もしくは電流を変動させ、そのときに電流計１７によって検出された電流値と電圧計１８によって検出された電圧値とに基づいて取得される。電流値は電流計１７によって検出される。また、電圧値は電圧計１８によって検出される。
電流増加速度Ｓは、目標電流値決定部２１により決定された目標電流値Ｉｔｒｇと、電流計１７によって検出された電流値との差分をこれらの値の計測間隔である時間Ｔによって除することによって取得する。すなわち、電流増加速度Ｓは、時間Ｔの間にどれだけ電流値を増加させるかを表す。
ステップＳ１において、目標電流値Ｉｔｒｇ、燃料電池スタック抵抗値Ｒ及び電流増加速度Ｓを取得した後は、ステップＳ２においてこれらの値を含む関数ｆ(Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓ)が予め定められた閾値Ｘよりも大きくなっているか否かを判断する。ここで、閾値Ｘについて、説明する。ステップＳ１において取得した目標電流値Ｉｔｒｇ、燃料電池スタック抵抗値Ｒ及び電流増加速度Ｓは、燃料電池セルにおける電流分布の偏り、ひいては、電圧低下量を評価するパラメータとして用いることができる。
上述したように、燃料電池セルにおける電流分布の偏りは、燃料電池セルの乾き具合、すなわち水分の分布と相関性を有する。そして、電流分布の偏りが電圧低下を生じさせ、電流分布の偏りが大きく、酸素出口側の電流密度が大きくなるほど、電圧低下量は大きくなる。そこで、本実施形態では、これらの知見に基づいて、あらかじめ、Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓを振って、電流分布を計測し、電圧とｆ(Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓ)の関係を決めておく。すなわち、実験において、Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓの組み合わせを種々変更して電流分布を計測し、電圧とｆ(Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓ)の関係を決めておく。これにより、燃料電池セルにおける水分の分布と関数ｆ(Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓ)との関係が得られ、関数ｆ(Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓ)に基づいて電圧低下量を評価することができるようになっている。閾値Ｘは、電圧低下を抑制でき、目的の出力を得ることができる値として予め設定されている。
ステップＳ２においてＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ２においてＹＥＳと判断したときは、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、電流増加速度Ｓを低下させる処理を行う。具体的に、目標電流値決定部２１によって決定された目標電流値Ｉｔｒｇを、目標電流値補正部２３によって低下させる側に補正する。実際の電流値を目標電流値Ｉｔｒｇから補正して低下させた値とするためには、燃料電池コンバータ１１における昇圧比を変更させる。すなわち、燃料電池コンバータ１１の昇圧回路のスイッチングデューティー比（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）を変更することで実現する。なお、目標電流値Ｉｔｒｇからの低下量は、閾値Ｘと関数(Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓ)の値との乖離量に基づいて決定することができる。すなわち、閾値Ｘと関数(Ｉｔｒｇ，Ｒ，Ｓ)の値との乖離量が大きければ、補正による低下量を増す。
このように、目標電流値Ｉｔｒｇから低下させた電流値を指令値として設定し、電流増加速度Ｓを低下させることで、燃料電池スタック１０に供給される酸化ガスの流量が低下する。この結果、燃料電池スタック１０における乾きが抑制され、燃料電池スタックにおける電流分布の偏りが抑制され、ひいては、電圧低下が抑制されて、即座に目的とする出力に近い出力を得ることができる。ステップＳ３の処理が終了すると、処理はリターンとなる。
図７を参照すると、目標電流値補正制御が行われると、燃料電池セルが乾燥状態にあり、かつ、ＷＯＴのとき等、急激な出力上昇要求があった時と比較して出力Ｐの落ち込みが改善されている。このように、本実施形態の制御が行われることにより、即座に目的とする出力に近い出力を得ることができる。
ここで、電流増加速度Ｓを抑制することによる効果につき、図８、図９を参照しつつ説明する。図８は、時間ｔ１かけて目標電流値Ｉｔｒｇに到達する際、具体的に電流増加速度ＳがＳ１であるときの電圧Ｖの変化につき、抵抗値ＲがＲ１である場合とＲ２である場合とを比較して示したグラフである。ここで、抵抗値Ｒ１、Ｒ２は燃料電池スタック１０の抵抗値であり、抵抗値Ｒ１＜抵抗値Ｒ２である。電流増加速度ＳがＳ１である場合、抵抗値ＲがＲ１であるときの電圧ＶはＶ１である。これに対し、抵抗値ＲがＲ２であるときの電圧ＶはＶ２である。電圧Ｖ２は電圧Ｖ１と比較して大きく落ち込んでいる。
一方、図９は、時間ｔ２かけて目標電流値Ｉｔｒｇに到達する際、電流増加速度ＳがＳ２であるときの電圧Ｖの変化につき、抵抗値ＲがＲ１である場合とＲ２である場合とを比較して示したグラフである。ここで、ｔ２＞ｔ１であり、Ｓ１＞Ｓ２である。また、抵抗値Ｒ１＜抵抗値Ｒ２である。電流増加速度ＳがＳ２である場合、抵抗値ＲがＲ１であるときの電圧ＶはＶ１である。これに対し、抵抗値ＲがＲ２であるときの電圧ＶはＶ２である。電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１と比較してやや落ち込むものの、図８に示すような大きな落ち込みはみられない。
このように、いずれの場合も、抵抗値Ｒが大きい時に、抵抗値Ｒが小さい時と比較して電圧Ｖの落ち込みが観察される。しかしながら、その落ち込み量、すなわち、各図におけるΔＶは、電流増加速度ＳをＳ２とした図９に示す結果の方が小さい。このように、電流増加速度Ｓを遅くすることにより、電圧Ｖの落ち込みを抑制することができる。その結果、出力の低下を抑制することができる。
（第２実施形態）
つぎに、図１０を参照しつつ、第２実施形態について説明する。図１０は、第２実施形態の燃料電池車両１００の制御の一例を示すフローチャートである。なお、燃料電池車両１００の構成自体は、第１実施形態と異なるところがないので、その詳細な説明は省略する。
第２実施形態では、第１実施形態におけるステップＳ２に代えてステップＳ２１が採用されている。具体的に、第２実施形態では、目標電流値Ｉｔｒｇ、燃料電池スタック抵抗値Ｒ及び電流増加速度Ｓに関する各関数ｆ（Ｉｔｒｇ）、ｆ（Ｒ）及びｆ（Ｓ）がそれぞれ閾値α、閾値β及び閾値γより大きいか否かを判断する。すなわち、第２実施形態では、目標電流値Ｉｔｒｇについての閾値α〔Ａ／ｃｍ２〕、抵抗値Ｒについての閾値β〔ｍΩ・ｃｍ２〕、電流増加速度Ｓについての閾値γ〔Ａ／ｃｍ２／ｓｅｃ〕がいずれも、その閾値を越えているか否かを判断する。
ここで、各閾値α、β及びγは、第１実施形態における閾値Ｘと同様に、電圧低下を抑制でき、目的の出力を得ることができる値として予め設定されている。すなわち、燃料電池セルにおける電流分布の偏りは、燃料電池セルの乾き具合、すなわち水分の分布と相関性を有する。そして、電流分布の偏りが電圧低下を生じさせ、電流分布の偏りが大きく、酸素出口側の電流密度が大きくなるほど、電圧低下量は大きくなる。そこで、本実施形態では、これらの知見に基づいて、燃料電池セルにおける水分の分布と電圧低下量との関係性を求め、さらに、電圧低下量と関数ｆ（Ｉｔｒｇ）、ｆ（Ｒ）及びｆ（Ｓ）と関係性を予め求めておく。これにより、燃料電池セルにおける水分の分布と関数ｆ（Ｉｔｒｇ）、ｆ（Ｒ）及びｆ（Ｓ）との関係が得られ、関数ｆ（Ｉｔｒｇ）、ｆ（Ｒ）及びｆ（Ｓ）に基づいて電圧低下量を評価することができるようになっている。
このように、個別のパラメータに関する関数がいずれも所定の条件を満たしているかに基づいて電流増加速度Ｓを低下させるか否かを判断するようにしてもよい。ステップＳ３における操作は、第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様に、燃料電池スタック１０における乾きが抑制され、燃料電池スタックにおける電流分布の偏りが抑制される。そして、電圧低下が抑制されて、即座に目的とする出力に近い出力を得ることができる。
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
１０ 燃料電池スタック
１０ａ コンプレッサ
１０ｂ１ 水素タンク
１０ｂ２ インジェクタ
１１ 燃料電池コンバータ
１２ ＤＣ／ＡＣインバータ
１３ 駆動モータ
１４ 駆動輪
１６ アクセル開度センサ
１７ 電流計
１８ 電圧計
２０ 制御部
２１ 目標電流値決定部
２２ 電流増加速度決定部
２３ 目標電流値補正部
５０ 燃料電池システム
１００ 燃料電池車両

Claims (2)

  1. 車両に搭載され、酸化剤ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、
    車両のアクセル状態を検出するアクセル状態検出手段と、
    前記燃料電池スタックの電気抵抗値を検出する電気抵抗値検出手段と、
    前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、
    燃料電池スタックから出力される電流値を制御する制御手段と、
    を備える燃料電池車両において、
    前記制御手段は、
    前記アクセル状態検出手段によって検出されたアクセル状態に応じた前記燃料電池スタックの出力要求値に基づいて前記燃料電池スタックから出力される目標電流値を決定する目標電流値決定部と、
    前記目標電流値決定部により決定された目標電流値と、前記電流値検出手段により検出された電流値との差分に基づいて電流増加速度を決定する電流増加速度決定部と、
    前記目標電流値決定部によって決定された前記目標電流値を補正する目標電流値補正部とを有し、
    前記目標電流値補正部は、少なくとも、前記目標電流値決定部によって決定された目標電流値と、前記電流増加速度決定部によって決定された電流増加速度と、前記電気抵抗値検出手段によって検出された電気抵抗値を含む関数が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、前記目標電流値決定部によって決定された前記目標電流値を低下させる側に補正する燃料電池車両。
  2. 車両に搭載され、酸化剤ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、
    車両のアクセル状態を検出するアクセル状態検出手段と、
    前記燃料電池スタックの電気抵抗値を検出する電気抵抗値検出手段と、
    前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、
    燃料電池スタックから出力される電流値を制御する制御手段と、
    を備える燃料電池車両において、
    前記制御手段は、
    前記アクセル状態検出手段によって検出されたアクセル状態に応じた前記燃料電池スタックの出力要求値に基づいて前記燃料電池スタックから出力される目標電流値を決定する目標電流値決定部と、
    前記目標電流値決定部により決定された目標電流値と、前記電流値検出手段により検出された電流値との差分に基づいて電流増加速度を決定する電流増加速度決定部と、
    前記目標電流値決定部によって決定された前記目標電流値を補正する目標電流値補正部とを有し、
    前記目標電流値補正部は、少なくとも、前記目標電流値決定部によって決定された目標電流値と、前記電流増加速度決定部によって決定された電流増加速度と、前記電気抵抗値検出手段によって検出された電気抵抗値とが、それぞれの値に対して設定された閾値よりも大きくなった場合に、前記目標電流値決定部によって決定された前記目標電流値を低下させる側に補正する燃料電池車両。
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