JP2017143020A - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアコンプレッサを備えた燃料電池システムにおいて、サージの発生を未然に回避する。
【解決手段】燃料電池２０と、空気供給流路３３を介して燃料電池２０に空気を供給するエアコンプレッサ３２と、空気供給流路３３を介してエアコンプレッサ３２から供給される空気を燃料電池２０を経由させずに流通させるバイパス流路３５と、バイパス流路３５内の空気の流量を調整するバイパス弁Ａ３と、エアコンプレッサ３２及びバイパス弁Ａ３を制御する制御部６０と、を備える燃料電池システム１である。制御部６０は、エアコンプレッサ３２の現在の動作点Ｐ_Pがサージ近傍運転領域Ａ_CS内にあるか否かを所定のマップに基づいて判断し、現在の動作点Ｐ_Pがサージ近傍運転領域Ａ_CS内にある場合に、バイパス弁Ａ３を開くように制御して空気供給流路３３の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサ３２の回転数を低減させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。

従来より、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムが提案され、実用化されている。燃料電池は、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギを電気エネルギに直接変換する発電システムである。

かかる燃料電池システムには、酸化ガスとしての空気を燃料電池に供給するエアコンプレッサが設けられている。エアコンプレッサとしては、インペラと呼ばれる回転式羽根車が筐体の内部で回転して空気を圧縮するように構成された遠心式のものが実用化されているが、この遠心式エアコンプレッサでは、運転状態によって送り出した空気が逆流すること等に起因してエアコンプレッサが正常に機能しなくなるサージと呼ばれる現象が発生することが明らかとなっている。サージは、サージ近傍の運転領域において回転数を急激に減少させたときに生じ易い。サージ近傍の運転領域においては、エアコンプレッサの入口側の圧力に対して出口側の圧力が高いため、空気の逆流が発生してインペラが空転し、自励振動が発生するためである。

近年においては、このようなサージを回避するための技術が種々提案されている。例えば、燃料電池に空気を供給する空気供給流路に圧力センサを設けるとともに、空気供給流路に連通するバイパス流路に排出弁を設け、圧力センサで検出した圧力の変動に基づいてサージを検出し、サージが検出された場合に排出弁を開放して空気供給流路の圧力を低下させることによりサージを解消する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−０７６２４３号公報

しかし、特許文献１に記載されたような従来の技術においては、サージを検出してから空気供給流路の圧力を低下させることから、サージの発生を未然に回避することができず、サージに起因した種々の問題（騒音振動の発生、インペラの耐久性低下、極間差圧発生による燃料電池スタックの耐久性低下、等）が依然として解決されていなかった。このため、サージの発生を未然に回避する技術が待望されていた。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、エアコンプレッサを備えた燃料電池システムにおいて、サージの発生を未然に回避することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、空気供給流路を介して燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、空気供給流路を介してエアコンプレッサから供給される空気を燃料電池を経由させずに流通させるバイパス流路と、バイパス流路内の空気の流量を調整するバイパス弁と、エアコンプレッサ及びバイパス弁を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、制御部は、エアコンプレッサの回転数を低減させる際に、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあるか否かを所定のマップに基づいて判断し、現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合に、バイパス弁を開くように制御して空気供給流路の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサの回転数を低減させるものである。

また、本発明に係る制御方法は、燃料電池と、空気供給流路を介して燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、空気供給流路を介してエアコンプレッサから供給される空気を燃料電池を経由させずに流通させるバイパス流路と、バイパス流路内の空気の流量を調整するバイパス弁と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、エアコンプレッサの回転数を低減させる際に、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあるか否かを所定のマップに基づいて判定する動作点判定工程と、動作点判定工程で現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあると判定した場合に、バイパス弁を開くように制御して空気供給流路の圧力を低減させる圧力低減工程と、圧力低減工程を経た後にエアコンプレッサの回転数を低減させる回転数制御工程と、を含むものである。

かかる構成及び方法を採用すると、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合に、バイパス弁を開くように制御して空気供給流路の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサの回転数を低減させることができる。従って、現在の動作点から次の動作点へと移行する過程で、動作点がサージ運転領域に突入することを未然に回避することができるため、エアコンプレッサへの負荷を抑制することができる。

本発明に係る燃料電池システムにおいて、現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差を算出し、この差が所定の閾値以下の場合に、バイパス弁を開くように制御することなく現在の動作点を次の動作点に移行させる制御部を採用することができる。

本発明に係る制御方法において、動作点判定工程で現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差を算出する変化量算出工程と、変化量算出工程で算出した差が所定の閾値以下の場合に、バイパス弁を開くように制御することなく現在の動作点を次の動作点に移行させる通常制御工程と、を含むことができる。

かかる構成及び方法を作用すると、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差が所定の閾値以下の場合（すなわち、次の動作点がサージ領域に突入する可能性が低い場合）には、バイパス弁を開くように制御することなく現在の動作点を次の動作点に移行させることができる。従って、サージ領域突入回避制御（先行してバイパス弁を開く制御）を行わない分だけ、エアコンプレッサの応答速度を高めることができる。

本発明に係る燃料電池システムにおいて、現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあってバイパス弁を開くように制御した場合において、エアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時にバイパス弁を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させる制御部を採用することができる。

本発明に係る制御方法において、回転数制御工程においてエアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時に、バイパス弁を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させる圧力回復工程を含むことができる。

かかる構成及び方法を採用すると、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にありバイパス弁を開くように制御した場合において、エアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時にバイパス弁を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させることができる。従って、サージ領域突入回避制御（先行してバイパス弁を開く制御）を行った後、空気供給流路の圧力を回復させつつ速やかに次の動作点へと移行させることができる。

本発明によれば、エアコンプレッサを備えた燃料電池システムにおいて、サージの発生を未然に回避することが可能となる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の概略を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムで使用される流量／圧力比マップの一例である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。

以下、各図を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、図面の上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

まず、図１を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１０の構成について説明する。燃料電池システム１０は、例えば移動体としての燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池２０と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２０に供給するための酸化ガス供給系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２０に供給するための燃料ガス供給系４０と、電力の充放電を制御するための電力系５０と、システム全体を統括制御するコントローラ６０と、を備えている。

燃料電池２０は、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池２０では、アノード電極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード電極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
Ｈ₂ → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ₂Ｏ …（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

燃料電池２０を構成するセルは、高分子電解質膜と、アノード電極と、カソード電極と、セパレータと、から構成されている。アノード電極及びカソード電極は、高分子電解質膜を両側から挟んでサンドイッチ構造を形成している。セパレータは、ガス不透過の導電性部材から構成され、アノード電極及びカソード電極を両側から挟みつつ、アノード電極及びカソード電極との間に各々燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成している。

アノード電極及びカソード電極は、各々、触媒層と、ガス拡散層と、を有している。触媒層は、触媒として機能する例えば白金系の貴金属粒子を担持した触媒担持カーボンと、高分子電解質と、を有している。貴金属粒子の白金系の材料として、例えば金属触媒（Ｐｔ、Ｐｔ−Ｆｅ、Ｐｔ−Ｃｒ、Ｐｔ−Ｎｉ，Ｐｔ−Ｒｕ等）を用いることができる。触媒担持カーボンとしては、例えばカーボンブラックを用いることができる。高分子電解質としては、プロトン伝導性のイオン交換樹脂などを用いることができる。ガス拡散層は、触媒層の表面に形成され通気性と電子導電性とを併せ持ち、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー又はカーボンフェルトにより形成されている。

高分子電解質膜は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。高分子電解質膜、アノード電極及びカソード電極によって膜−電極アセンブリが形成されている。

図１に示すように、燃料電池２０には、燃料電池２０の出力電圧（ＦＣ電圧）を検出するための電圧センサ７１と、出力電流（ＦＣ電流）を検出するための電流センサ７２と、が取り付けられている。

酸化ガス供給系３０は、燃料電池２０のカソード電極に供給される酸化ガス（空気）を流通させる酸化ガス流路３３と、燃料電池２０から排出される酸化オフガスを流通させる酸化オフガス流路３４と、酸化ガス流路３３を介して供給される酸化ガスを燃料電池２０を経由させずに酸化オフガス流路３４へと流通させるバイパス流路３５と、を有している。酸化ガス流路３３は、本発明における空気供給流路に相当するものである。

酸化ガス流路３３には、フィルタ３１を介して大気中から酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ３２と、燃料電池２０への酸化ガス供給を遮断するための遮断弁Ａ１と、が設けられている。酸化オフガス通路３４には、燃料電池２０からの酸化オフガスの排出を遮断するための遮断弁Ａ２が設けられている。バイパス流路３５には、バイパス流路３５内における酸化ガスの流量を調整するためのバイパス弁Ａ３が設けられている。

燃料ガス供給系４０は、燃料ガス供給源４１と、燃料ガス供給源４１から燃料電池２０のアノード電極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス流路４３と、燃料電池２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス流路４３に還流させるための循環流路４４と、循環流路４４内の燃料オフガスを燃料ガス流路４３に圧送する循環ポンプ４５と、循環流路４４に分岐接続される排気排水流路４６と、を有している。

燃料ガス供給源４１は、例えば高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。遮断弁Ｈ１を開くと、燃料ガス供給源４１から燃料ガス流路４３に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータＨ２やインジェクタ４２により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池２０に供給される。

循環流路４４には、燃料電池２０からの燃料オフガス排出を遮断するための遮断弁Ｈ４と、循環流路４４から分岐する排気排水流路４６と、が接続されている。排気排水流路４６には、排気排水弁Ｈ５が配設されている。排気排水弁Ｈ５は、コントローラ６０からの指令によって作動することにより、循環流路４４内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。

排気排水弁Ｈ５を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス流路３４を流れる酸化オフガスと混合され、図示していない希釈器によって希釈される。循環ポンプ４５は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池２０に循環供給する。

電力系５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と、バッテリ５２と、トラクションインバータ５３と、トラクションモータ５４と、補機類５５と、を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、バッテリ５２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ５３に出力する機能と、燃料電池２０が発電した直流電力又は回生制動によりトラクションモータ５４が回収した回生電力を降圧してバッテリ５２に充電する機能と、を有する。

バッテリ５２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギ貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファ、等として機能する。バッテリ５２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリ５２には、その残容量であるＳＯＣ（State of charge）を検出するためのＳＯＣセンサ７３が取り付けられている。

トラクションインバータ５３は、例えばパルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、コントローラ６０からの制御指令に従って、燃料電池２０又はバッテリ５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ５４の回転トルクを制御する。トラクションモータ５４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。

補機類５５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータや、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ３２、インジェクタ４２、循環ポンプ４５、ラジエータ、冷却水循環ポンプ等）を総称するものである。

コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム１０の各部を制御する。例えば、コントローラ６０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや車速センサから出力される車速信号ＶＣ等に基づいて、システム全体の要求電力を求める。システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。

補機電力には、車載補機類（エアコンプレッサ３２、循環ポンプ４５、冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、オーディオ等）で消費される電力等が含まれる。

コントローラ６０は、燃料電池２０とバッテリ５２とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池２０の発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系３０及び燃料ガス供給系４０を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御して、燃料電池２０の出力電圧を調整することにより、燃料電池２０の運転動作点（出力電圧、出力電流）を制御する。

燃料電池システム１０の運転時には、燃料電池２０において、上述の（１）式に示すように、アノード電極で生成された水素イオンが電解質膜を透過してカソード電極に移動し、カソード電極に移動した水素イオンは、上述の（２）式に示すように、カソード電極に供給されている酸化ガス中の酸素と電気化学反応を起こし、酸素の還元反応を生じさせ、水を生成する。

また、コントローラ６０は、エアコンプレッサ３２の現在の動作点（供給流量、圧力比）がサージ近傍運転領域内にあるか否かを、所定のマップに基づいて判断する。本実施形態におけるコントローラ６０は、図２に示すような流量／圧力比マップに基づいて、エアコンプレッサ３２の現在の動作点がサージ近傍運転流域Ａ_CS内にあるか否かを判断している。ここで、サージ近傍運転領域Ａ_CSとは、図２に示すサージラインＬ_S（サージ運転領域Ａ_Sと非サージ運転領域Ａ_NSとを隔てる境界線）に接しかつ非サージ運転領域Ａ_NS側に存在する所定幅の運転領域である。サージ近傍運転領域Ａ_CSの幅は、エアコンプレッサ３２の仕様、エアコンプレッサ３２から燃料電池２０までの配管の径や容量等に応じて適宜設定することができる。

そして、コントローラ６０は、エアコンプレッサ３２の現在の動作点がサージ近傍運転領域Ａ_CS内にあると判断した場合に、バイパス弁Ａ３を開くように制御して酸化ガス流路３３の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサ３２の回転数を低減させる。すなわち、コントローラ６０は、本発明における制御部に相当するものである。コントローラ６０は、このようにエアコンプレッサ３２の回転数を低減させた後（又は回転数を低減させると同時に）、バイパス弁Ａ３を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させることもできる。

例えば、図２のサージ近傍運転領域Ａ_CS内にある初期動作点Ｐ_Pから、非サージ運転領域Ａ_NS内にある目標動作点Ｐ_Tへと移行させる場合において、従来の制御（単にエアコンプレッサ３２の回転数を低減させる制御）を採用すると、動作点は、図２において破線で示すように移行し、途中でサージ運転領域Ａ_Sに突入する可能性がある。

これに対し、本実施形態においては、コントローラ６０がまずバイパス弁Ａ３を開いて酸化ガス流路３３の圧力を低減させることにより、初期動作点Ｐ_Pはサージ近傍運転領域Ａ_CSから遠ざかる中間動作点Ｐ_Iへと移行する。その後、コントローラ６０がエアコンプレッサ３２の回転数を低減させることにより、中間動作点Ｐ_Iは目的動作点Ｐ_Tへと移行する。従って、本制御を採用することにより、動作点は、サージ運転領域Ａ_Sに突入することなく、初期の位置（初期動作点Ｐ_P）から目標の位置（目標動作点Ｐ_T）へと移行することとなる。

また、本実施形態におけるコントローラ６０は、現在の動作点がサージ近傍運転領域Ａ_CS内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサ３２の状態量（例えば圧力比及び供給流量の少なくとも一方）の差を算出する。そして、コントローラ６０は、算出した状態量の差（状態変化量）が所定の閾値以下の場合に、バイパス弁Ａ３を開くように制御することなくエアコンプレッサ３２の回転数を低減させる等して現在の動作点を次の動作点に移行させる。このようにすると、サージ領域突入回避制御（バイパス弁Ａ３を開く制御）を行わない分だけ、エアコンプレッサ３２の応答速度を高めることができる。ここで採用される閾値は、エアコンプレッサ３２の仕様、エアコンプレッサ３２から燃料電池２０までの配管の径や容量等に応じて適宜設定することができる。

次に、図３のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１０の制御方法（サージ領域突入回避制御）について説明する。

燃料電池システム１０の通常運転時においては、燃料ガス供給源４１から燃料ガスが燃料ガス流路４３を介して燃料電池２０のアノード電極に供給されるとともに、酸化ガスが酸化ガス流路３３を介して燃料電池２０のカソード電極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池２０から引き出すべき電力（要求電力）がコントローラ６０で演算され、その発電量に応じた量の燃料ガス及び酸化ガスが燃料電池２０内に供給されるようになっている。

この通常運転時において、コントローラ６０は、エアコンプレッサ３２の現在の動作点（初期動作点Ｐ_P）がサージ近傍運転領域Ａ_CS内にあるか否かを図２の流量／圧力比マップに基づいて判定する（動作点判定工程：Ｓ１）。そして、コントローラ６０は、動作点判定工程Ｓ１において現在の動作点（初期動作点Ｐ_P）がサージ近傍運転領域Ａ_CS内にあると判定した場合に、現在の動作点（初期動作点Ｐ_P）及び次の動作点（目標動作点Ｐ_T）におけるエアコンプレッサ３２の状態量（圧力比及び／又は供給流量）の差を算出する（変化量算出工程：Ｓ２）。

コントローラ６０は、変化量算出工程Ｓ２において算出した差が所定の閾値を超えるか否かを判定し（変化量判定工程：Ｓ３）、この差が閾値を超える場合には、バイパス弁Ａ３を開くように制御して酸化ガス流路３３の圧力を低減させる（圧力低減工程：Ｓ４）。本実施形態においては、圧力低減工程Ｓ４において調整されるバイパス弁Ａ３の開度を、次の動作点の情報に基づいて所定のマップを用いて決定するようにしている。

圧力低減工程Ｓ４を経た後、コントローラ６０は、エアコンプレッサ３２の回転数を低減させて動作点を次の動作点（目標動作点Ｐ_T）に移行させる（回転数制御工程：Ｓ５）。なお、回転数制御工程Ｓ５においてエアコンプレッサ３２の回転数を低減させた後（又は回転数を低減させると同時に）、バイパス弁Ａ３を閉じるように制御して酸化ガス流路３３の圧力を回復させつつ次の動作点（目標動作点Ｐ_T）に移行させてもよい（圧力回復工程）。

一方、コントローラ６０は、変化量算出工程Ｓ２において算出した差が所定の閾値以下であると判定した場合に、バイパス弁Ａ３を開くように制御することなく、エアコンプレッサ３２の回転数を低減させる等して現在の動作点（初期動作点Ｐ_P）を次の動作点（目標動作点Ｐ_T）に移行させる（通常制御工程：Ｓ６）。

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１０においては、エアコンプレッサ３２の現在の動作点がサージ近傍運転領域Ａ_CS内にある場合に、バイパス弁Ａ３を開くように制御して酸化ガス流路３３の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサ３２の回転数を低減させることができる。従って、現在の動作点から次の動作点へと移行する過程で、動作点がサージ運転領域Ａ_Sに突入することを未然に回避することができるため、エアコンプレッサ３２への負荷を抑制することができる。

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１０においては、エアコンプレッサ３２の現在の動作点がサージ近傍運転領域Ａ_CS内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサ３２の圧力比及び／又は供給流量の差が所定の閾値以下の場合（すなわち、次の動作点がサージ運転領域Ａ_Sに突入する可能性が低い場合）には、バイパス弁Ａ３を開くように制御することなく現在の動作点を次の動作点に移行させることができる。従って、サージ領域突入回避制御（先行してバイパス弁Ａ３を開く制御）を行わない分だけ、エアコンプレッサ３２の応答速度を高めることができる。

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１０においては、エアコンプレッサ３２の現在の動作点がサージ近傍運転領域Ａ_CS内にありバイパス弁Ａ３を開くように制御した場合において、エアコンプレッサ３２の回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時にバイパス弁Ａ３を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させることもできる。従って、サージ領域突入回避制御（先行してバイパス弁Ａ３を開く制御）を行った後、酸化ガス流路３３の圧力を回復させつつ速やかに次の動作点へと移行させることができる。

なお、本実施形態においては、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサ３２の状態量（圧力比及び／又は供給流量）の差（変化量）を算出し、この変化量が所定の閾値を超える場合にサージ領域突入回避制御を行う例を示したが、このような手法とは異なる手法を採用することもできる。例えば、次の動作点における状態量（例えば圧力比及び供給流路の双方）が現在の動作点における状態量の１／２以下になった場合にサージ領域突入回避制御を行うことにしてもよい。

また、本実施形態においては、サージ領域突入回避制御を行うか否かを判断する際に参照するエアコンプレッサ３２の状態量として、「圧力比」及び「供給流量」を採用した例を示したが、これらの状態量に代えて（又はこれらの状態量とともに）、エアコンプレッサ３２の「回転数」を採用することもできる。例えば、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサ３２の「圧力比」、「供給流量」及び「回転数」の少なくとも一つの差（変化量）を算出し、この変化量が所定の閾値を超える場合にサージ領域突入回避制御を行うことができる。

また、本実施形態においては、一つのコントローラ６０によってエアコンプレッサ３２及びバイパス弁Ａ３の双方を制御した例を示したが、複数のコントローラを用いてエアコンプレッサ３２とバイパス弁Ａ３とを別々に制御することもできる。かかる場合には、これら複数のコントローラが、本発明における制御部に相当する。

また、本実施形態においては、移動体として「燃料電池車両」を例示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、前記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０…燃料電池システム
２０…燃料電池
３２…エアコンプレッサ
３３…酸化ガス流路（空気供給流路）
３５…バイパス流路
６０…コントローラ（制御部）
Ａ３…バイパス弁
Ａ_CS…サージ近傍運転領域
Ｐ_P…初期動作点（現在の動作点）
Ｐ_T…目標動作点（次の動作点）
Ｓ１…動作点判定工程
Ｓ２…変化量算出工程
Ｓ４…圧力低減工程
Ｓ５…回転数制御工程
Ｓ６…通常制御工程

Claims (6)

1. 燃料電池と、空気供給流路を介して前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、前記空気供給流路を介して前記エアコンプレッサから供給される空気を前記燃料電池を経由させずに流通させるバイパス流路と、前記バイパス流路内の空気の流量を調整するバイパス弁と、前記エアコンプレッサ及び前記バイパス弁を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、
   前記制御部は、前記エアコンプレッサの回転数を低減させる際に、前記エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあるか否かを所定のマップに基づいて判断し、前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にある場合に、前記バイパス弁を開くように制御して前記空気供給流路の圧力を低減させ、その後、前記エアコンプレッサの回転数を低減させる、燃料電池システム。
2. 前記制御部は、前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にある場合において、前記現在の動作点及び次の動作点における前記エアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差を算出し、前記差が所定の閾値以下の場合に、前記バイパス弁を開くように制御することなく前記現在の動作点を前記次の動作点に移行させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御部は、前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にあって前記バイパス弁を開くように制御した場合において、前記エアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時に前記バイパス弁を閉じるように制御して前記現在の動作点を次の動作点に移行させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 燃料電池と、空気供給流路を介して前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、前記空気供給流路を介して前記エアコンプレッサから供給される空気を前記燃料電池を経由させずに流通させるバイパス流路と、前記バイパス流路内の空気の流量を調整するバイパス弁と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   前記エアコンプレッサの回転数を低減させる際に、前記エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあるか否かを所定のマップに基づいて判定する動作点判定工程と、
   前記動作点判定工程で前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にあると判定した場合に、前記バイパス弁を開くように制御して前記空気供給流路の圧力を低減させる圧力低減工程と、
   前記圧力低減工程を経た後に前記エアコンプレッサの回転数を低減させる回転数制御工程と、
   を含む、燃料電池システムの制御方法。
5. 前記動作点判定工程で前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にある場合において、前記現在の動作点及び次の動作点における前記エアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差を算出する変化量算出工程と、
   前記変化量算出工程で算出した差が所定の閾値以下の場合に、前記バイパス弁を開くように制御することなく前記現在の動作点を前記次の動作点に移行させる通常制御工程と、
   を含む、請求項４に記載の燃料電池システムの制御方法。
6. 前記回転数制御工程において前記エアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時に、前記バイパス弁を閉じるように制御して前記現在の動作点を次の動作点に移行させる圧力回復工程を含む、請求項４又は５に記載の燃料電池システムの制御方法。