JP2017157514A - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流量と圧力のハンチングを抑制する。【解決手段】燃料電池システムの制御部は、（ｉ）燃料電池スタックの出力要求値に応じて決まるカソードガスの流量目標値とカソードガス流路の圧力目標値とから、コンプレッサのトルク目標値と、調圧弁の開度目標値とを算出し、（ｉｉ）カソードガスの流量の測定値と流量目標値との差分からコンプレッサのトルクフィードバック値を算出し、トルク目標値とトルクフィードバック値とを加算したトルク指令値を用いてコンプレッサを制御し、（ｉｉｉ）カソードガス流路の圧力の測定値と圧力目標値との差分から調圧弁の開度フィードバック値を算出し、開度フィードバック値を遅延した遅延開度フィードバック値と調圧弁の開度目標値とを加算した開度指令値を用いて調圧弁の開度を制御する。【選択図】図４

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。

特許文献１には、燃料電池スタックにカソードガスを供給するためのコンプレッサと、カソードガスの圧力を調整する調圧弁を備える燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムでは、コンプレッサのトルクと、調圧弁の開度とにより、燃料電池スタックへのカソードガス供給量を制御している。

国際公開第２０１４／１４８１６４号パンプレット

しかしながら、特許文献１に記載された燃料電池システムでは、コンプレッサのトルクのフィードバック制御と、調圧弁の開度のフィードバック制御とを同時に行うと、カソードガスの流量と圧力についてハンチング現象を起こすおそれがあった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池スタックと、カソードガス流路を介して前記燃料電池スタックにカソードガスを供給するコンプレッサと、前記カソードガス流路の圧力を調整する調圧弁と、前記燃料電池スタックに供給するカソードガスの流量を測定する流量計と、前記カソードガス流路の圧力を測定する圧力センサと、制御部と、を備える。前記制御部は、（ｉ）前記燃料電池スタックの出力要求値に応じて決まる前記カソードガスの流量目標値と前記カソードガス流路の圧力目標値とから、前記コンプレッサのトルク目標値と、前記調圧弁の開度目標値とを算出し、（ｉｉ）前記カソードガスの流量の測定値と前記流量目標値との差分から前記コンプレッサのトルクフィードバック値を算出し、前記トルク目標値と前記トルクフィードバック値とを加算したトルク指令値を用いて前記コンプレッサを制御し、（ｉｉｉ）前記カソードガス流路の圧力の測定値と前記圧力目標値との差分から前記調圧弁の開度フィードバック値を算出し、前記開度フィードバック値を遅延した遅延開度フィードバック値と前記調圧弁の開度目標値とを加算した開度指令値を用いて前記調圧弁の開度を制御する。
この形態によれば、制御部は、カソードガス流路の圧力の測定値と圧力目標値との差分から調圧弁の開度フィードバック値を算出し、開度フィードバック値を遅延した遅延開度フィードバック値と開度目標値とを加算した開度指令値を用いて調圧弁の開度を制御するので、調圧弁の開度のフィードバックがコンプレッサのトルクのフィードバックよりも遅延する。その結果、カソードガスの流量と圧力のハンチングの発生を抑制できる。

（２）上記形態において、前記制御部は、前記開度フィードバック値を遅延させる遅延処理部として、一次遅れ又は二次遅れと、むだ時間遅れ、とのうちの少なくとも一方を実行する第１遅延処理部と、前記トルク目標値と前記開度目標値の少なくとも一方が変化した時点から予め定められた判定条件が成立するまでの期間、前記開度フィードバック値をゼロに置換する第２遅延処理部と、のうちの少なくとも一方を備えてもよい。
この形態によれば、第１遅延処理部と第２遅延処理部の少なくとも一方を備えるので、開度フィードバック値を適切に遅延できる。

（３）上記形態において、前記制御部は、前記第２遅延処理部を有し、前記判定条件は、前記トルクフィードバック値の絶対値が予め定められた閾値以下となる、ことであってもよい。
この形態によれば、調圧弁の開度のフィードバックは、コンプレッサのトルクのフィードバックよりも更に遅れて実行されるので、カソードガスの流量と圧力のハンチングの発生を更に抑制できる。

（４）上記形態において、前記制御部は、前記第２遅延処理部を有し、前記判定条件は、前記カソードガスの流量の測定値と前記流量目標値との差分の絶対値が予め定められた閾値以下となること、及び、前記カソードガスの流量の測定値の単位時間当たりの変化量の絶対値が予め定められた閾値以下となること、の少なくとも一方を含んでもよい。
この形態によれば、調圧弁の開度のフィードバックは、コンプレッサのトルクのフィードバックよりも更に遅れて実行されるので、カソードガスの流量と圧力のハンチングの発生を更に抑制できる。

（５）上記形態において、前記制御部は、前記第２遅延処理部を有し、
前記判定条件は、前記カソードガス流路の圧力の測定値と前記カソードガス流路の圧力目標値との差分の絶対値が予め定められた閾値以下となること、及び、前記カソードガス流路の圧力の測定値の単位時間当たりの変化量の絶対値が予め定められた閾値以下となること、の少なくとも一方を含んでもよい。
この形態によれば、調圧弁の開度のフィードバックは、コンプレッサのトルクのフィードバックよりも更に遅れて実行されるので、カソードガスの流量と圧力のハンチングの発生を更に抑制できる。

（６）本発明の一形態によれば、燃料電池スタックと、カソードガス流路を介して前記燃料電池スタックにカソードガスを供給するコンプレッサと、前記カソードガス流路の圧力を調整する調圧弁と、前記燃料電池スタックに供給するカソードガスの流量を測定する流量計と、前記カソードガス流路の圧力を測定する圧力センサと、を備える燃料電池システムの制御方法が提供される。この制御方法は、（ｉ）前記燃料電池スタックの出力要求値に応じて決まる前記カソードガスの流量目標値と前記カソードガス流路の圧力目標値とから、前記コンプレッサのトルク目標値と、前記調圧弁の開度目標値とを算出する工程と、（ｉｉ）前記カソードガスの流量の測定値と前記流量目標値との差分から前記コンプレッサのトルクフィードバック値を算出し、前記トルク目標値と前記トルクフィードバック値とを加算したトルク指令値を用いて前記コンプレッサを制御する工程と、（ｉｉｉ）前記カソードガス流路の圧力の測定値と前記圧力目標値との差分から前記調圧弁の開度フィードバック値を算出し、前記開度フィードバック値を遅延した遅延開度フィードバック値と前記調圧弁の開度目標値とを加算した開度指令値を用いて前記調圧弁の開度を制御する工程と、を備える。
この形態によれば、カソードガス流路の圧力の測定値と圧力目標値との差分から調圧弁の開度フィードバック値が算出され、開度フィードバック値を遅延した遅延開度フィードバック値と開度目標値とを加算した開度指令値を用いて調圧弁の開度が制御されるので、調圧弁の開度のフィードバックがコンプレッサのトルクのフィードバックよりも遅延する。その結果、カソードガスの流量と圧力のハンチングの発生を抑制できる。

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他、燃料電池システムを搭載した移動体、燃料電池システムの制御方法等の形態で実現することができる。

燃料電池システムのカソードガス系を模式的に示す説明図。 回転数制御下におけるコンプレッサの圧力比と、カソードガスの流量との関係を示すグラフ。 トルク制御下におけるコンプレッサの圧力比と、カソードガスの流量との関係を示すグラフ。 第１の実施形態における制御部の構成を示す説明図。 第２の実施形態における制御部の構成を示す説明図。 第３の実施形態における制御部の構成を示す説明図。 第４の実施形態における制御部の構成を示す説明図。 第５の実施形態における制御部の構成を示す説明図。

・第１の実施形態：
図１は、燃料電池システム１０のカソードガス系を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０は、車両などの移動体に搭載される。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１００と、カソードガス流路１１０と、カソード排ガス流路１２０と、コンプレッサ１１５と、調圧弁１２５と、流量計１３０と、圧力センサ１３５と、燃料電池スタック１００用の温度センサ１４０及び湿度センサ１４５と、外気温センサ１５０と、制御部２００と、を備える。コンプレッサ１１５は、カソードガス流路１１０に設けられており、カソードガスとしての空気を、カソードガス流路１１０を介して燃料電池スタック１００に供給する。本実施形態では、コンプレッサ１１５として、ターボ型のコンプレッサを用いている。調圧弁１２５は、カソード排ガス流路１２０に設けられており、燃料電池スタック１００のカソードガス流路１１０の圧力を調整する。流量計１３０は、燃料電池スタック１００に供給するカソードガスの流量Ｑ１を測定する。圧力センサ１３５は、コンプレッサ１１５の出口側（燃料電池スタック１００の入口側）におけるカソードガス流路１１０の圧力Ｐ１を測定する。温度センサ１４０は、燃料電池スタック１００内のカソードガス流路の温度Ｔａ１を測定する。湿度センサ１４５は、燃料電池スタック１００内のカソードガス流路の湿度Ｈ１を測定する。外気温センサ１５０は、外気温Ｔａ２を測定する。

制御部２００は、移動体の速度と、アクセルペダルの踏込量と、ブレーキペダルの踏込量（これらのセンサについては図示せず）とに基づいて、燃料電池スタック１００に要求する発電パワーの要求値（出力要求値）を算出する。そして、制御部２００は、燃料電池スタック１００の出力要求値に基づいて、コンプレッサ１１５と調圧弁１２５の動作を制御する。この制御については、後述する。

図２は、回転数制御下におけるコンプレッサ１１５の圧力比Ｒ（コンプレッサ１１５の出口の圧力／コンプレッサ１１５の入口の圧力）と、カソードガスの流量Ｑとの関係を示すグラフである。図３は、トルク制御下におけるコンプレッサ１１５の圧力比Ｒと、カソードガスの流量Ｑとの関係を示すグラフである。図２では、コンプレッサ１１５の回転数を一定にしたとき（回転数制御）の圧力比Ｒとカソードガスの流量Ｑとの関係をグラフにしているのに対し、図３では、コンプレッサ１１５のトルクを一定にしたとき（トルク制御）の圧力比Ｒとカソードガスの流量Ｑとの関係をグラフにしている。回転数制御におけるカソードガスの流量／圧力比の変化率（ΔＱ１／ΔＲ１）とトルク制御におけるカソードガスの流量／圧力比の変化率（ΔＱ２／ΔＲ２）とを比較すると、トルク制御の方が、回転数制御よりも、圧力比Ｒの変化量ΔＲに対するカソードガスの流量Ｑの変化量ΔＱが小さいことがわかる。したがって、カソードガス流路１１０の圧力Ｐ１を測定して、圧力Ｐ１に基づいてコンプレッサ１１５を制御する場合、回転数制御よりもトルク制御の方が、圧力比Ｒの変化量ΔＲに対するカソードガスの流量Ｑの変化量ΔＱが小さく、カソードガスの流量Ｑを精度良く制御できると言える。そこで、以下で説明する実施形態では、トルク制御を用いる。なお、図２、図３において、コンプレッサ１１５の入口の圧力を大気圧（約１気圧）とすれば、圧力比Ｒの値は、［気圧］の単位で表したとき、コンプレッサ１１５の出口側の圧力の値にほぼ等しい。

図４は、第１の実施形態における制御部２００の構成を示す説明図である。制御部２００は、カソードガス流量目標値算出部２１０と、カソードガス圧力目標値算出部２２０と、コンプレッサトルク目標値算出部２３０（「ＣＰトルク目標値算出部２３０」とも呼ぶ。）と、コンプレッサトルクフィードバック値算出部２４０（「ＣＰトルクＦＢ値算出部２４０」とも呼ぶ。）と、第１加算部２５０と、調圧弁開度目標値算出部２６０と、調圧弁開度フィードバック値算出部２７０（「調圧弁開度ＦＢ値算出部２７０」とも呼ぶ。）と、第２加算部２９０と、第１遅延処理部３００と、を備える。

カソードガス流量目標値算出部２１０は、燃料電池スタック１００の出力要求値（「ＦＣ出力要求値」とも呼ぶ。）と、燃料電池スタック１００内の温度Ｔａ１及び湿度Ｈ１と、外気温Ｔａ２に基づいて、燃料電池スタック１００へ供給するカソードガスの流量目標値Ｑｔを算出する。例えば、ＦＣ出力要求値が大きくなれば、カソードガスの流量目標値Ｑｔは大きくなる。ＦＣ出力要求値と、燃料電池スタック１００内の温度Ｔａ１及び湿度Ｈ１と、外気温Ｔａ２と、カソードガスの流量目標値Ｑｔとの関係については、予め実験等により測定しておき、マップに格納するようにしても良い。あるいは、燃料電池スタック１００内の温度Ｔａ１及び湿度Ｈ１と、外気温Ｔａ２とを用いずに、ＦＣ出力要求値に応じてカソードガスの流量目標値Ｑｔを決めるようにしても良い。

カソードガス圧力目標値算出部２２０は、燃料電池スタック１００のＦＣ出力要求値と、燃料電池スタック１００内の温度Ｔａ１及び湿度Ｈ１と、外気温Ｔａ２に基づいて、カソードガス流路１１０の圧力（燃料電池スタック１００に供給するカソードガスの圧力）の目標値Ｐｔを算出する。ＦＣ出力要求値と、燃料電池スタック１００内の温度Ｔａ１及び湿度Ｈ１と、外気温Ｔａ２と、カソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔとの関係については、予め実験等により測定しておき、マップに格納するようにしても良い。あるいは、燃料電池スタック１００内の温度Ｔａ１及び湿度Ｈ１と、外気温Ｔａ２とを用いずに、ＦＣ出力要求値に応じてカソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔを決めるようにしても良い。

ＣＰトルク目標値算出部２３０は、カソードガスの流量目標値Ｑｔとカソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔとを用いて、コンプレッサ１１５のコンプレッサトルク目標値Ｔｔａｒ（「ＣＰトルク目標値Ｔｔａｒ」あるいは単に「トルク目標値Ｔｔａｒ」とも呼ぶ。）を算出する。ＣＰトルク目標値Ｔｔａｒは、カソードガスの流量目標値Ｑｔとカソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔとから、図３の関係に従って算出される。なお、図３に示したカソードガスの流量Ｑ及びコンプレッサ１１５の圧力比Ｒの組み合わせと、調圧弁１２５の開度及びコンプレッサ１１５のトルクの組み合わせとの関係は、マップや関数、ルックアップテーブル等の形式で、制御部２００の不揮発メモリに予め格納されている。

ＣＰトルクＦＢ値算出部２４０は、カソードガスの流量目標値Ｑｔと測定値Ｑ１との差分ΔＱ（＝Ｑｔ−Ｑ１、なお、「差分」は「偏差」とも呼ぶ。）からコンプレッサトルクフィードバック値Ｔｆｂ（「ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂ」あるいは単に「トルクＦＢ値Ｔｆｂ」とも呼ぶ。）を算出する。カソードガスの流量の測定値Ｑ１がカソードガスの流量目標値Ｑｔよりも大きい場合には、ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂはマイナスの値となり、カソードガスの流量の測定値Ｑ１がカソードガスの流量目標値Ｑｔよりも小さい場合には、ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂはプラスの値となる。

ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂの算出には、例えば、ＰＩＤ演算や、ＰＩ演算を利用可能である。例えば、ＰＩＤ演算の場合、以下の式（１）によりＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂを算出可能である。

ここで、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄは係数であり、Ｋｄはゼロでも良い（この場合ＰＩ演算となる）が、ＫｐとＫｉはゼロで無いことが好ましい。上記式（１）では、右辺にＣＰトルク目標値Ｔｔａｒを含んでおらず、流量の差分ΔＱの項のみを含んでいる。従って、差分ΔＱがゼロに近づくと、ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂもゼロに近づく。

第１加算部２５０は、ＣＰトルク目標値Ｔｔａｒと、ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂとを加算して、コンプレッサトルク指令値Ｔｃ（「ＣＰトルク指令値Ｔｃ」とも呼ぶ。）を算出する。

調圧弁開度目標値算出部２６０は、カソードガスの流量目標値Ｑｔとカソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔとを用いて、調圧弁１２５の開度目標値Ｖｔａｒを算出する。開度目標値Ｖｔａｒは、カソードガスの流量目標値Ｑｔとカソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔとから、図３の関係に従って算出される。

調圧弁開度ＦＢ値算出部２７０は、カソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔと測定値Ｐ１との差分ΔＰ（＝Ｐｔ−Ｐ１）から調圧弁１２５の開度フィードバック値Ｖｆｂ（「開度ＦＢ値Ｖｆｂ」とも呼ぶ。）を算出する。開度ＦＢ値Ｖｆｂの算出では、ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂの算出と同様に、例えばＰＩＤ演算や、ＰＩ演算を利用可能である。カソードガス流路１１０の圧力の測定値Ｐ１がカソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔよりも大きい場合には、開度ＦＢ値Ｖｆｂはプラスの値（カソードガス流路１１０の圧力を下げるために調圧弁開度を増大する）となり、カソードガス流路１１０の圧力の測定値Ｐ１がカソードガス流路１１０の圧力目標値Ｐｔよりも小さい場合には、開度ＦＢ値Ｖｆｂはマイナスの値（カソードガス流路１１０の圧力を上げるために調圧弁開度を減少する）となる。

第１遅延処理部３００は、開度ＦＢ値Ｖｆｂを、予め定められた遅延量だけ遅延させて、遅延開度フィードバック値Ｖｆｂｄ（「遅延開度ＦＢ値Ｖｆｂｄ」とも呼ぶ。）を生成し、第２加算部２９０に送る。第１遅延処理部３００として、一次遅れ又は二次遅れと、むだ時間遅れ、とのうちの少なくとも一方を実行するものを利用可能である。一次遅れ処理は、開度ＦＢ値Ｖｆｂを一次微分することによって、遅延開度ＦＢ値Ｖｆｂｄを生成する処理である。二次遅れ処理は、開度ＦＢ値Ｖｆｂを一次微分及び二次微分することによって、遅延開度ＦＢ値Ｖｆｂｄを生成する処理である。むだ時間遅れ処理は、予め定められた時間だけ単純に遅延させる処理である。なお、むだ時間遅れ処理の遅延時間は、固定値の他、ＣＰトルク指令値Ｔｃの変化量が大きいほど大きくしても良い。また、一次遅れ処理、又は、二次遅れ処理を採用する場合、むだ時間遅れ処理と組み合わせても良い。第２加算部２９０は、開度目標値Ｖｔａｒと、遅延開度ＦＢ値Ｖｆｂｄとを加算して、調圧弁開度指令値Ｖｃを算出する。

従来技術で説明したように、コンプレッサ１１５と調圧弁１２５とを有する燃料電池システム１０において、コンプレッサ１１５のフィードバック制御と、調圧弁１２５のフィードバック制御とを同時に行うと、カソードガスの流量とカソードガス流路１１０の圧力とがハンチングを起こす可能性がある。そこで、第１の実施形態では、開度目標値Ｖｔａｒと、遅延開度ＦＢ値Ｖｆｂｄとを加算して調圧弁開度指令値Ｖｃを算出する。その結果、調圧弁１２５の開度のフィードバックは、コンプレッサ１１５のトルクのフィードバックよりも遅延して実行される。その結果、カソードガスの流量と、カソードガス流路１１０の圧力のハンチングを発生させにくくできる。

・第２の実施形態：
図５は、第２の実施形態における制御部２０２の構成を示す説明図である。第１の実施形態の制御部２００との違いは、制御部２０２が遅延処理部３０２を備える点である。遅延処理部３０２は、第１遅延処理部３００と、第２遅延処理部３２０とを備える。第１遅延処理部３００は、第１の実施形態の第１遅延処理部３００と同じである。第２遅延処理部３２０は、トルクフィードバック絶対値算出部３２２（「トルクＦＢ絶対値算出部３２２」とも呼ぶ。）と、トルク判定部３２４と、調圧弁開度フィードバック値選択部３２６（「調圧弁開度ＦＢ値選択部３２６」とも呼ぶ。）を備える。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。

トルクＦＢ絶対値算出部３２２は、ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂの絶対値｜Ｔｆｂ｜を算出する。絶対値｜Ｔｆｂ｜を用いるのは、ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂはプラスの値にもマイナスの値にもなり得るので、フィードバックの大きさを示す値としては、その絶対値｜Ｔｆｂ｜が適わしいからである。トルク判定部３２４は、ＣＰトルクＦＢ値の絶対値｜Ｔｆｂ｜が、予め定められた閾値Ｔｔｈ以下となったか否かを判断し、選択フラグＦ１を出力する。調圧弁開度ＦＢ値選択部３２６は、選択フラグＦ１に基づいて、開度ＦＢ値Ｖｆｂかゼロかを選択して、第１遅延処理部３００に出力する。具体的には、第２遅延処理部３２０は、｜Ｔｆｂ｜≦Ｔｔｈの場合には、開度ＦＢ値Ｖｆｂを第１遅延処理部３００に出力し、｜Ｔｆｂ｜＞Ｔｔｈの場合には、ゼロを第１遅延処理部３００に出力する。なお、｜Ｔｆｂ｜＞Ｔｔｈとなり得るのは、ＣＰトルク目標値Ｔｔａｒと開度目標値Ｖｔａｒの少なくとも一方が変化した時点以降である。従って、第２遅延処理部３２０は、ＣＰトルク目標値Ｔｔａｒと開度目標値Ｖｔａｒの少なくとも一方が変化した時点から、トルクフィードバック値Ｖｆｂの絶対値｜Ｔｆｂ｜が予め定められた閾値Ｔｔｈ以下となるまでの期間において、開度ＦＢ値Ｖｆｂをゼロに置換する。この結果、ＣＰトルクＦＢ値の絶対値｜Ｔｆｂ｜が、予め定められた閾値Ｔｔｈ以下となるまでは、調圧弁１２５の開度のフィードバック制御が開始されない。ＣＰトルクＦＢ値の絶対値｜Ｔｆｂ｜が予め定められた閾値Ｔｔｈ以下になるまでには、ある程度の時間がかかるので、調圧弁１２５の開度のフィードバックは、第１実施形態のフィードバックよりも更に遅れて実行される。

以上、第２の実施形態によれば、ＣＰトルク目標値Ｔｔａｒと開度目標値Ｖｔａｒの少なくとも一方が変化した時点から、ＣＰトルクＦＢ値の絶対値｜Ｔｆｂ｜が予め定められた閾値Ｔｔｈ以下になるという判定条件が成立するまでの期間は、調圧弁１２５の開度のフィードバック制御が開始されない。その結果、カソードガスの流量と、カソードガス流路１１０の圧力のハンチングを更に発生させにくくできる。

・第３の実施形態：
図６は、第３の実施形態における制御部２０３の構成を示す説明図である。第３の実施形態の制御部２０３は、第２の実施形態の制御部２０２から第１遅延処理部３００を省略した遅延処理部３０３を備える。ＣＰトルクＦＢ値Ｔｆｂの絶対値｜Ｔｆｂ｜が十分に小さくなるには、ある程度の時間がかかるので、第１遅延処理部３００が無くても、調圧弁１２５の開度のフィードバックについては、コンプレッサ１１５のトルクのフィードバックよりも遅れて実行される。その結果、カソードガスの流量と、カソードガス流路１１０の圧力のハンチングを発生させにくくできる。

・第４の実施形態：
図７は、第４の実施形態における制御部２０４の構成を示す説明図である。第１の実施形態の制御部２００との違いは、制御部２０４は、遅延処理部３０４を備える点である。遅延処理部３０４は、第１遅延処理部３００と、第２遅延処理部３４０とを備える。第１遅延処理部３００は、第１の実施形態の第１遅延処理部３００と同じである。第２遅延処理部３４０は、カソードガス流量安定判定部３４２と、調圧弁開度フィードバック値選択部３４４（「調圧弁開度ＦＢ値選択部３４４」とも呼ぶ。）を備える。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。

カソードガス流量安定判定部３４２は、カソードガスの流量が安定したか否かを判断して、選択フラグＦ２を出力する。カソードガスの流量が安定したか否かは、以下の（ａ１）〜（ａ３）のいずれかの判定条件が成立したか否かにより判断できる。
（ａ１）カソードガスの流量の測定値Ｑ１と目標値Ｑｔとの差分の絶対値が予め定められた閾値Ｑｔｈ以下となったこと、
（ａ２）カソードガスの流量の測定値Ｑ１の単位時間当たりの変化量ｄＱ１／ｄｔの絶対値が予め定められた閾値ｄＱｔｈ以下となったこと、
（ａ３）カソードガスの流量の測定値Ｑ１と目標値Ｑｔとの差分の絶対値が予め定められた閾値Ｑｔｈ以下となり、かつ、カソードガスの流量の測定値Ｑ１の単位時間当たりの変化量ｄＱ１／ｄｔの絶対値が予め定められた閾値ｄＱｔｈ以下となったこと、
なお、カソードガスの流量は、判定条件（ａ３）を満たしたとき最も安定するので、この判定条件（ａ３）で判断することが好ましい。

調圧弁開度ＦＢ値選択部３４４は、カソードガスの流量が安定したという判定条件が成立した場合、開度ＦＢ値Ｖｆｂを第１遅延処理部３００に出力し、判定条件が成立していない場合には、ゼロを第１遅延処理部３００に出力する。換言すれば、第２遅延処理部３４０は、ＣＰトルク目標値Ｔｔａｒと開度目標値Ｖｔａｒの少なくとも一方が変化した時点から、上述した（ａ１）〜（ａ３）のうちから予め選択された判定条件が成立するまでの期間において、開度ＦＢ値Ｖｆｂをゼロに置換する。ここで、カソードガスの流量が安定するまでには、ある程度の時間がかかるので、調圧弁１２５の開度のフィードバックは、第１の実施形態よりも更に遅れて実行される。その結果、カソードガスの流量と、カソードガス流路１１０の圧力のハンチングを更に発生させにくくできる。

なお、上述した判定条件（ａ１）〜（ａ３）の代わりに、以下の判定条件（ｂ１）〜（ｂ３）のいずれかを用いることも可能である。
（ｂ１）カソードガスの圧力の測定値Ｐ１と目標値Ｐｔとの差分の絶対値が予め定められた閾値Ｐｔｈ以下になったこと
（ｂ２）カソードガスの圧力の測定値Ｐ１の単位時間当たりの変化量ΔＰ１／ｄｔの絶対値が予め定められた閾値ｄＰｔｈ以下になったこと
（ｂ３）カソードガスの圧力の測定値Ｐ１と目標値Ｐｔとの差分の絶対値が予め定められた閾値Ｐｔｈ以下になり、かつ、カソードガスの圧力の測定値Ｐ１の単位時間当たりの変化量ΔＰ１／ｄｔの絶対値が予め定められた閾値ｄＰｔｈ以下になったこと
これらの判定条件（ｂ１）〜（ｂ３）は、カソードガスの圧力が安定したという判定条件に相当する。なお、これらの判定条件（ｂ１）〜（ｂ３）を用いる場合には、カソードガス流量安定判定部３４２の代わりに、カソードガス圧力安定判定部（図示省略）が使用される。

このような判定条件（ｂ１）〜（ｂ３）を用いた場合にも、上述の判定条件（ａ１）〜（ａ３）を用いた場合と同様に、調圧弁１２５の開度のフィードバックを遅延させることができるので、カソードガスの流量とカソ―ドガス流路１１０の圧力のハンチングを発生させにくくすることができる。

なお、カソードガス流量安定判定部３４２又はカソードガス圧力安定判定部は、上記判定条件が一旦成立した後に、その判定条件が再度成立しなくなった場合には、開度フィードバックＶｆｂをゼロに置換する処理を再度実行するようにしてもよい。こうすれば、カソードガスの流量とカソ―ドガス流路１１０の圧力のハンチングをより確実に抑制できる。

・第５の実施形態：
図８は、第５の実施形態における制御部２０５の構成を示す説明図である。第５の実施形態の制御部２０５は、第４の実施形態の制御部２０４から第１遅延処理部３００を省略した遅延処理部３０５を備える。カソードガスの流量が安定するまでには、ある程度の時間がかかるので、第１遅延処理部３００が無くても、調圧弁１２５の開度のフィードバックについては、コンプレッサ１１５のトルクのフィードバックよりも遅れて実行される。その結果、カソードガスの流量と、カソードガス流路１１０の圧力のハンチングを発生させにくくできる。なお、カソードガス流量安定判定部３４２の代わりに、カソードガス圧力安定判定部を使用した場合も同様である。

・変形例
第２遅延処理部３２０，３４０（図５〜図７）の判定条件としては、上述した第２実施形態ないし第４実施形態で説明したもの以外の任意のものを採用可能である。すなわち、第２遅延処理部としては、コンプレッサ１１５のトルク目標値Ｔｔａｒと調圧弁１２５の開度目標値Ｖｔａｒの少なくとも一方が変化した時点から予め定められた判定条件が成立するまでの期間、開度フィードバックＶｆｂをゼロに置換するものとすることが可能である。但し、この判定条件は、予め定められた一定時間経過したこと（むだ時間遅れと等価な条件）とは異なるものであることが好ましい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…燃料電池システム
１００…燃料電池スタック
１１０…カソードガス流路
１１５…コンプレッサ
１２０…カソード排ガス流路
１２５…調圧弁
１３０…流量計
１３５…圧力センサ
１４０…温度センサ
１４５…湿度センサ
１５０…外気温センサ
２００…制御部
２０２…制御部
２０３…制御部
２０４…制御部
２０５…制御部
２１０…カソードガス流量目標値算出部
２２０…カソードガス圧力目標値算出部
２３０…コンプレッサトルク目標値算出部（ＣＰトルク目標値算出部）
２４０…コンプレッサトルクフィードバック値算出部（ＣＰトルクＦＢ値算出部）
２５０…第１加算部
２６０…調圧弁開度目標値算出部（調圧弁開度目標値算出部）
２７０…調圧弁開度フィードバック値算出部（調圧弁開度ＦＢ値算出部）
２９０…第２加算部
３００…第１遅延処理部
３０２…遅延処理部
３０３…遅延処理部
３０４…遅延処理部
３０５…遅延処理部
３２０…第２遅延処理部
３２２…トルクフィードバック絶対値算出部（トルクＦＢ絶対値算出部）
３２４…トルク判定部
３２６…調圧弁開度フィードバック値選択部（調圧弁開度ＦＢ値選択部）
３４０…第２遅延処理部
３４２…カソードガス流量安定判定部
３４４…調圧弁開度フィードバック値選択部（調圧弁開度ＦＢ値選択部）
Ｆ１…選択フラグ
Ｆ２…選択フラグ
Ｐ１…カソード流路の圧力の測定値
Ｐｔ…カソード流路の圧力目標値
Ｑ…カソードガスの流量
Ｑ１…カソードガスの流量の測定値
Ｑｔ…カソードガスの流量目標値
Ｒ…圧力比
Ｈ１…燃料電池スタックの湿度
Ｔａ１…燃料電池スタックの温度
Ｔａ２…外気温
Ｔｃ…コンプレッサトルク指令値（ＣＰトルク指令値）
Ｔｆｂ…コンプレッサトルクフィードバック値（ＣＰトルクＦＢ値）
Ｔｔａｒ…コンプレッサトルク目標値（ＣＰトルク目標値）
Ｔｔｈ…閾値
Ｖｃ…調圧弁開度指令値
Ｖｆｂ…開度フィードバック値（弁開度ＦＢ値）
Ｖｆｂｄ…遅延開度フィードバック値（遅延開度ＦＢ値）
Ｖｔａｒ…開度目標値
ΔＲ１、ΔＲ２…圧力比の変化量
ΔＱ１、ΔＱ２…流量の変化量

Claims (6)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池スタックと、
   カソードガス流路を介して前記燃料電池スタックにカソードガスを供給するコンプレッサと、
   前記カソードガス流路の圧力を調整する調圧弁と、
   前記燃料電池スタックに供給するカソードガスの流量を測定する流量計と、
   前記カソードガス流路の圧力を測定する圧力センサと、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   （ｉ）前記燃料電池スタックの出力要求値に応じて決まる前記カソードガスの流量目標値と前記カソードガス流路の圧力目標値とから、前記コンプレッサのトルク目標値と、前記調圧弁の開度目標値とを算出し、
   （ｉｉ）前記カソードガスの流量の測定値と前記流量目標値との差分から前記コンプレッサのトルクフィードバック値を算出し、前記トルク目標値と前記トルクフィードバック値とを加算したトルク指令値を用いて前記コンプレッサを制御し、
   （ｉｉｉ）前記カソードガス流路の圧力の測定値と前記圧力目標値との差分から前記調圧弁の開度フィードバック値を算出し、前記開度フィードバック値を遅延した遅延開度フィードバック値と前記調圧弁の開度目標値とを加算した開度指令値を用いて前記調圧弁の開度を制御する、
   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であって、
   前記制御部は、前記開度フィードバック値を遅延させる遅延処理部として、
   一次遅れ又は二次遅れと、むだ時間遅れ、とのうちの少なくとも一方を実行する第１遅延処理部と、
   前記トルク目標値と前記開度目標値の少なくとも一方が変化した時点から予め定められた判定条件が成立するまでの期間、前記開度フィードバック値をゼロに置換する第２遅延処理部と、
   のうちの少なくとも一方を備える、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において、
   前記制御部は、前記第２遅延処理部を有し、
   前記判定条件は、前記トルクフィードバック値の絶対値が予め定められた閾値以下となる、ことである、燃料電池システム。
4. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記第２遅延処理部を有し、
   前記判定条件は、前記カソードガスの流量の測定値と前記流量目標値との差分の絶対値が予め定められた閾値以下となること、及び、前記カソードガスの流量の測定値の単位時間当たりの変化量の絶対値が予め定められた閾値以下となること、の少なくとも一方を含む、燃料電池システム。
5. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記第２遅延処理部を有し、
   前記判定条件は、前記カソードガス流路の圧力の測定値と前記カソードガス流路の圧力目標値との差分の絶対値が予め定められた閾値以下となること、及び、前記カソードガス流路の圧力の測定値の単位時間当たりの変化量の絶対値が予め定められた閾値以下となること、の少なくとも一方を含む、燃料電池システム。
6. 燃料電池スタックと、カソードガス流路を介して前記燃料電池スタックにカソードガスを供給するコンプレッサと、前記カソードガス流路の圧力を調整する調圧弁と、前記燃料電池スタックに供給するカソードガスの流量を測定する流量計と、前記カソードガス流路の圧力を測定する圧力センサと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   （ｉ）前記燃料電池スタックの出力要求値に応じて決まる前記カソードガスの流量目標値と前記カソードガス流路の圧力目標値とから、前記コンプレッサのトルク目標値と、前記調圧弁の開度目標値とを算出する工程と、
   （ｉｉ）前記カソードガスの流量の測定値と前記流量目標値との差分から前記コンプレッサのトルクフィードバック値を算出し、前記トルク目標値と前記トルクフィードバック値とを加算したトルク指令値を用いて前記コンプレッサを制御する工程と、
   （ｉｉｉ）前記カソードガス流路の圧力の測定値と前記圧力目標値との差分から前記調圧弁の開度フィードバック値を算出し、前記開度フィードバック値を遅延した遅延開度フィードバック値と前記調圧弁の開度目標値とを加算した開度指令値を用いて前記調圧弁の開度を制御する工程と、
   を備える、燃料電池システムの制御方法。

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