JP2021044107A - 燃料電池システム及び排出弁の開閉方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目標とする量のアノードオフガスを排出する。【解決手段】燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池に供給されるアノードガスが流れる供給流路と、燃料電池から排出されるアノードオフガスが流れる排出流路と、排出流路上に設けられ、開かれることでアノードオフガスを排出する排出弁と、排出弁の開閉を制御する制御部と、を備える。制御部は、排出弁の開弁により排出されるアノードオフガスの第１排出量から求められる排出流路の開口率と、アノードオフガスの排出量の目標値と、を用いて目標値に対応する排出弁の開弁時間を算出し、開弁時間に基づいて前記排出弁を閉じる。【選択図】図２

Description

本開示は燃料電池システム及び燃料電池システムにおける排出弁の開閉方法に関する。

燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出されるアノードオフガスの流れる流路に設けられた排出弁を開くことで、アノードオフガスや燃料電池の発電によって生じた水を外部へ排出する技術が知られている。特許文献１には、燃料電池システムの起動時に、排出弁の温度から排出弁が凍結しているか否かを判定し、判定結果を用いてシステムを制御する技術が記載されている。

特開２００８−０５９９７４号公報

排出弁を開くことが可能であっても、例えば、排出流路の一部に氷が存在する場合等には、アノードオフガスが流れることのできる流路断面積が減少するので、アノードオフガスの排出量が低減する。このような場合を考慮し、目標とする量のアノードオフガスを排出するための技術が望まれている。

本開示は、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）本開示の一形態によれば、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、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池に供給されるアノードガスが流れる供給流路と、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスが流れる排出流路と、前記排出流路上に設けられ、開かれることで前記アノードオフガスを排出する排出弁と、前記排出弁の開閉を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記排出弁の開弁により排出される前記アノードオフガスの予め定められた期間における第１排出量から求められる前記排出流路の開口率と、前記アノードオフガスの排出量の目標値と、を用いて前記目標値に対応する前記排出弁の開弁時間を算出し、前記開弁時間に基づいて前記排出弁を閉じる。
この形態によれば、排出弁から排出されるアノードオフガスの第１排出量から得られる開口率と、アノードオフガス排出量の目標値とを用いて排出弁の開弁時間を算出し、算出した開弁時間に基づいて排出弁を閉じるので、排出流路の一部が凍結等によって閉塞している場合であっても、目標とする量のアノードオフガスを排出することができる。そのため、排出弁の上流側におけるアノードガス濃度を所望の値に保つことができる。
（２）上記形態において、前記排出弁よりも上流側に配置された圧力センサを備え、前記制御部は、前記圧力センサにより測定された圧力値の変化量を用いて前記第１排出量を算出し、算出した前記第１排出量から前記開口率を求めてもよい。
この形態によれば、圧力値の変化量を用いて算出した第１排出量から開口率を求め、開弁時間を算出することができる。
（３）上記形態において、前記制御部は、前記開口率を、前記燃料電池の非発電時における前記第１排出量から求めてもよい。
この形態によれば、開口率を求めるための圧力値の変化量が、排出弁から排出されるアノードオフガスの排出速度以外の影響を受けることを抑制できるので、開口率を精度良く算出することができる。そのため、目標とする量のアノードオフガスを精度良く排出することができる。
（４）本開示の第２の形態によれば、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスの排出流路に設けられた排出弁の開閉方法が提供される。この方法は、前記排出弁の開弁により排出される前記アノードオフガスの予め定められた期間における第１排出量から求められる前記排出流路の開口率と、前記アノードオフガスの排出量の目標値と、を用いて前記目標値に対応する前記排出弁の開弁時間を算出する工程と、前記開弁時間に基づいて前記排出弁を閉じる工程と、を備える。
この形態によれば、排出弁から排出されるアノードオフガスの第１排出量から得られる開口率と、アノードオフガス排出量の目標値とを用いて排出弁の開弁時間を算出し、算出した開弁時間に基づいて排出弁を閉じるので、排出流路の一部が凍結等によって閉塞している場合であっても、目標とする量のアノードオフガスを排出することができる。そのため、排出弁の上流側におけるアノードガス濃度を所望の値に保つことができる。
本開示は、上述した燃料電池システム、排出弁の開閉方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムにおける開弁時間の算出方法、燃料電池システムを備える車両等の形態で実現することができる。

燃料電池システムの概略構成図。 排出弁の開閉処理を示すフローチャート。 開口率取得処理を示すフローチャート。 開弁時間とアノードオフガス排出量との関係を示す図。 開口率取得処理の他の態様について説明するための図。

１．実施形態
図１は、本開示の一実施形態としての燃料電池システム１００の概略構成図である。燃料電池システム１００は、車両１１０に搭載され、運転者からの要求に応じて車両１１０の動力源となる電力を出力する。

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、制御装置２０と、カソードガス供給排出部３０と、アノードガス供給排出部５０と、冷却媒体循環部７０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８０と、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」という）８１と、負荷８２と、を備える。制御装置２０は、ＣＰＵと、メモリと、インターフェイスと、を備えるＥＣＵであり、メモリに記憶されたプログラムを展開して実行することにより、制御部２１として機能する。

燃料電池スタック１０は、燃料電池セル１１が積層されて構成されている。各燃料電池セル１１は、電解質膜と、電解質膜の各々の面に配置されたアノード側電極及びカソード側電極と、を有する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する１組のセパレータとを有し、アノードガスとカソードガスとの供給を受けて発電する。アノードガスは例えば水素であり、カソードガスは例えば空気である。

カソードガス供給排出部３０は、カソードガス配管３１と、エアフローメータ３２と、カソードガスコンプレッサ３３と、第１開閉弁３４と、バイパス配管３５と、分流弁３６と、カソードオフガス配管４１と、第１レギュレータ４２と、を備える。

エアフローメータ３２は、カソードガス配管３１に設けられており、取り込んだ空気の流量を測定する。カソードガスコンプレッサ３３は、カソードガス配管３１を介して燃料電池スタック１０と接続されている。カソードガスコンプレッサ３３は、制御部２１の制御により、外部から取り入れたカソードガスを圧縮し、燃料電池スタック１０に供給する。

第１開閉弁３４は、カソードガスコンプレッサ３３と燃料電池スタック１０との間に設けられ、制御部２１の制御により開閉する。バイパス配管３５は、カソードガス配管３１におけるカソードガスコンプレッサ３３と第１開閉弁３４の間と、カソードオフガス配管４１における第１レギュレータ４２の下流とを接続する配管である。分流弁３６は、バイパス配管３５に設けられており、制御部２１の制御により、燃料電池スタック１０とカソードオフガス配管４１への空気の流量を調節する。

カソードオフガス配管４１は、燃料電池スタック１０から排出されたカソードオフガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。第１レギュレータ４２は、制御部２１の制御により、燃料電池スタック１０のカソードガス出口の圧力を調整する。カソードオフガス配管４１のうち、後述するアノードオフガス配管６１との接続箇所よりも下流側を「アノードオフガスの排出流路」と呼ぶこともできる。

アノードガス供給排出部５０は、アノードガス配管５１と、アノードガスタンク５２と、第２開閉弁５３と、第２レギュレータ５４と、インジェクタ５５と、アノードオフガス配管６１と、気液分離器６２と、排出弁６３と、循環配管６４と、アノードガスポンプ６５と、圧力センサ６７と、を備える。

アノードガス配管５１は、燃料電池スタック１０にアノードガスを供給するための供給流路である。アノードガスタンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池スタック１０のアノードガス入口に接続されており、内部に充填されているアノードガスを燃料電池スタック１０に供給する。第２開閉弁５３、第２レギュレータ５４、インジェクタ５５は、アノードガス配管５１に、この順序で上流側、つまりアノードガスタンク５２に近い側、から設けられている。第２開閉弁５３は、制御部２１の制御により開閉する。第２レギュレータ５４は、制御部２１の制御により、インジェクタ５５の上流側におけるアノードガスの圧力を調整する。インジェクタ５５は、制御部２１によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、電磁的に駆動する開閉弁であり、燃料電池スタック１０に供給されるアノードガス供給量を調整する。インジェクタ５５は、アノードガス配管５１に複数設けられていてもよい。

アノードオフガス配管６１は、燃料電池スタック１０のアノードオフガス出口に接続され、燃料電池スタック１０と燃料電池システム１００の外部とを連通する。アノードオフガス配管６１は、燃料電池スタック１０から排出されるアノードオフガスが流れる排出流路である。気液分離器６２は、アノードオフガス配管６１上に設けられている。気液分離器６２は、発電反応に用いられることのなかったアノードガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスから、水を分離して貯留する。

排出弁６３は、アノードオフガス配管６１上において気液分離器６２の鉛直下方に設けられ、制御部２１の制御により開閉する。排出弁６３が開かれると、排出弁６３からは、気液分離器６２内の水とアノードオフガスとが排出される。排出弁６３から排出された水及びアノードオフガスは、カソードオフガス配管４１を通じて外部へ排出される。排出弁６３が閉じられている場合、アノードガスは発電で消費される一方、アノードガス以外の不純物は消費されない。不純物は、例えばカソード側からアノード側に透過した窒素などを含む。このため、アノードオフガス中の不純物濃度は徐々に増大する。このとき、排出弁６３が開かれると、アノードオフガスは、カソードオフガスと共に、燃料電池システム１００の外部に排出される。排出弁６３の開弁中も、インジェクタ５５によるアノードガスの供給が継続することにより、インジェクタ５５の下流におけるアノードガス濃度が次第に高まる。

循環配管６４は、気液分離器６２と、アノードガス配管５１におけるインジェクタ５５の下流とを接続する配管である。循環配管６４には、アノードガスポンプ６５が設けられている。アノードガスポンプ６５は、制御部２１の制御により駆動され、気液分離器６２によって水が分離されたアノードオフガスを、アノードガス配管５１へと送り出す。この燃料電池システム１００では、アノードガスを含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池スタック１０に供給することにより、アノードガスの利用効率を向上させている。

圧力センサ６７は、排出弁６３よりも上流側のアノードオフガス配管６１に設けられている。圧力センサ６７は、インジェクタ５５の下流におけるアノードガス配管５１と、排出弁６３よりも上流側のアノードオフガス配管６１と、循環配管６４とのいずれかに設けられていればよい。圧力センサ６７は測定結果を制御部２１に送信する。

冷却媒体循環部７０は、冷媒供給管７１と、冷媒排出管７２と、ラジエータ７３と、冷媒ポンプ７４と、三方弁７５と、バイパス配管７６と、温度センサ７７と、を備える。冷却媒体循環部７０は、燃料電池スタック１０内に冷却媒体を循環させることにより、燃料電池スタック１０の温度を調整する。冷媒としては、例えば、水、エチレングリコール、空気などが用いられる。

冷媒供給管７１は、燃料電池スタック１０内の冷却媒体入口に接続され、冷媒排出管７２は、燃料電池スタック１０の冷却媒体出口に接続されている。ラジエータ７３は、冷媒排出管７２と冷媒供給管７１とに接続されており、冷媒排出管７２から流入する冷却媒体を、電動ファンの送風等により冷却してから冷媒供給管７１へと排出する。冷媒ポンプ７４は、冷媒供給管７１に設けられており、冷媒を燃料電池スタック１０に圧送する。三方弁７５は、制御部２１の制御により、ラジエータ７３とバイパス配管７６への冷媒の流量を調節する。温度センサ７７は、燃料電池スタック１０から排出される冷媒の温度を測定し、その測定値を制御部２１へ送信する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８０は、燃料電池スタック１０の出力電圧を昇圧してＰＣＵ８１に供給する。ＰＣＵ８１は、インバータを内蔵し、制御部２１の制御によりインバータを介して負荷８２に電力を供給する。燃料電池スタック１０及び図示しない２次電池の電力は、ＰＣＵ８１を含む電源回路を介して、車輪（図示せず）を駆動するためのトラクションモータ（図示せず）等の負荷８２や、カソードガスコンプレッサ３３、アノードガスポンプ６５、各種弁に供給される。電流センサ８３は、燃料電池スタック１０の出力電流値を測定し、その測定値を制御部２１へ送信する。

制御部２１は、要求電力に応じて燃料電池システム１００の各部を制御し、燃料電池スタック１０の出力を制御する。要求電力には、燃料電池システム１００が搭載される車両１１０の運転者などによる外的発電要求と、燃料電池システム１００の補機類に対して電力を供給するための内的発電要求と、が含まれる。外的発電要求は、車両１１０の図示しないアクセルペダルの踏込量の増大につれ、増大する。

制御部２１は、排出弁６３の開弁条件が成立した場合に排出弁６３を開き、排出弁６３の閉弁条件が成立した場合に排出弁６３を閉じる、開閉処理を実行する。より具体的には、制御部２１は、排出弁６３の備える図示しないモータ等に対し、開弁条件が成立した場合には排出弁６３に開信号を供給し、閉弁条件が成立した場合には閉信号を供給する。開弁条件は、例えば、気液分離器６２に貯留された水が規定値に達したことや、インジェクタ５５下流側の窒素濃度が規定値以上であることである。排出弁６３が閉じられている間における、気液分離器６２に貯留される水の量や、インジェクタ５５下流側の窒素濃度は、例えば、電流センサ８３の測定値を用いて算出される、燃料電池スタック１０の発電量に基づいて算出される。閉弁条件は、排出弁６３が開かれてから、後述する開弁時間算出処理において算出された開弁時間が経過したことである。

図２は、制御部２１が実行する排出弁６３の開閉処理を示すフローチャートである。開閉処理は、燃料電池システム１００の始動中、繰り返し実行される。ステップＳ１０では、制御部２１は、排出弁６３の開弁条件が成立したか否かを判定する。上述した開弁条件のいずれかが成立している場合には、制御部２１は、処理をステップＳ２０に進め、排出弁６３を開く。開弁条件が成立していない場合には、制御部２１は、本ルーチンを抜ける。

ステップＳ３０では、制御部２１は、アノードオフガスの排出流路の開口率ＡＲを取得する。本実施形態において、開口率ＡＲは、排出弁６３の下流側におけるアノードオフガス配管６１の流路断面積に対する、アノードオフガスが流れる面積の割合である。排出流路の一部に氷が存在する場合等には、開口率ＡＲは１００％よりも小さくなる。流路断面積に開口率ＡＲを乗じた値は、アノードオフガスにとっての有効断面積でもある。

図３は、開口率取得処理を示すフローチャートである。ステップＳ３１では、制御部２１は、排出弁６３が開かれた時刻ｔ０から時刻ｔ１までの予め定められた期間Δｔにおいて排出弁６３から排出された、アノードオフガスの第１排出量Ｑ１を算出する。本実施形態では、制御部２１は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの圧力センサ６７の圧力値の変化量ΔＰと気体の状態方程式とからモル変化量を算出し、算出したモル変化量を用いて第１排出量Ｑ１を算出する。期間Δｔは、開口率が１００％の状態において目標値Ｑｎのアノードオフガスを排出するための開弁時間Ｔａよりも、短い時間である。期間Δｔは、例えば、開弁時間Ｔａの２分の１〜１０分の１の間のいずれかの時間であってもよい。

ステップＳ３２では、制御部２１は、排出弁６３が開かれた時刻ｔ０から時刻ｔ１までの予め定められた期間Δｔに対応する、開口率ＡＲが基準状態である場合のアノードオフガスの第２排出量Ｑ２を算出する。本実施形態では、制御部２１は、開口率が基準状態である場合における、排出弁６３が開かれてからの経過時間とアノードオフガス排出量とを規定したマップを参照して、期間Δｔにおける第２排出量Ｑ２を算出する。マップは、開口率を変化させた場合のアノードオフガス排出量を求める実験やシミュレーションにより、求めることができる。制御部２１は、マップに代えて、開口率が基準状態である場合における、排出弁６３が開かれてからの経過時間とアノードオフガス排出量とを規定した関係式を参照してもよい。基準状態は、本実施形態では、開口率が１００％の状態である。すなわち、本実施形態における基準状態は、排出流路が全く閉塞していない状態である。

ステップＳ３３では、制御部２１は、第１排出量Ｑ１と第２排出量Ｑ２とを用いて、開口率ＡＲを取得する。本実施形態では、制御部２１は、第２排出量Ｑ２に対する第１排出量Ｑ１の比（Ｑ１／Ｑ２）を、現在の開口率ＡＲとして取得する。第１排出量Ｑ１と第２排出量Ｑ２は、それぞれ、同じ期間Δｔに対するアノードオフガス排出量である。そのため、第１排出量Ｑ１と第２排出量Ｑ２とを用いて開口率を取得することは、実際のアノードオフガス排出速度（第１排出速度Ｖ１）と、開口率ＡＲが基準状態である場合におけるアノードオフガス排出速度（第２排出速度Ｖ２）と、の比に基づいて開口率ＡＲを取得することでもある。

ステップＳ３４では、制御部２１は、取得した開口率ＡＲが閾値より大きいか否かを判定する。閾値は、排出弁６３が開かれていないと判断される場合の開口率ＡＲであり、例えば、５％以下の値である。排出弁６３が開かれていない場合とは、例えば、排出弁６３が凍結している場合である。開口率ＡＲが閾値未満である場合には、ステップＳ３５において、制御部２１は、第１処理を実行した後、図２のステップＳ５０からステップＳ７０をスキップして、開閉処理を終了する。第１処理は、排出弁６３が開かれない場合に実行される公知の処理である。第１処理は、例えば、排出弁６３が開かれていないことを示す情報を、図示しない表示装置や音声出力装置により報知させる処理であってもよい。開口率ＡＲが閾値以上である場合には、制御部２１は処理をステップＳ４０に進める。

図２に戻り、ステップＳ４０では、制御部２１はアノードオフガス排出量の目標値Ｑｎを取得する。アノードオフガス排出量の目標値Ｑｎは、低減すべきアノードオフガス中の窒素等の不純物濃度に基づいて定められる。

ステップＳ５０では、制御部２１は、ステップＳ３０で取得した開口率ＡＲと、ステップＳ４０で取得した目標値Ｑｎと、を用いて、目標値Ｑｎに対応する排出弁６３の開弁時間を算出する。

図４は、開弁時間とアノードオフガス排出量との関係を示す図である。図４にはアノードオフガス排出量の目標値Ｑｎと、グラフＬａと、グラフＬｂとが示されている。グラフＬａは、開口率が１００％である場合における、開弁時間とアノードオフガス排出量の関係を示す。グラフＬｂは、現在の開口率ＡＲに対応する、開弁時間とアノードオフガス排出量の関係を示す。本実施形態では、ステップＳ５０において、制御部２１は、目標値ＱｎとグラフＬａとから、開口率が１００％である場合の開弁時間Ｔａを求める。制御部２１は、求めた開弁時間Ｔａと、ステップＳ３０で取得した開口率ＡＲとを用いて、現在の開口率ＡＲに対応する開弁時間Ｔｂを求める。具体的には、制御部２１は、開弁時間Ｔａを取得した開口率ＡＲで割った時間（Ｑ２／Ｑ１）Ｔａを、開弁時間Ｔｂとして算出する。ステップＳ３０、ステップＳ４０、ステップＳ５０の一連の処理を、「開弁時間算出処理」とも呼ぶ。

図２に戻り、ステップＳ６０では、制御部２１は、排出弁６３を開いてからステップＳ５０で算出した開弁時間Ｔｂが経過したか否かを判定する。制御部２１は、開弁時間Ｔｂが経過するまでは排出弁６３の開弁状態を保持する。制御部２１は、開弁時間Ｔｂが経過した場合には、処理をステップＳ７０に進め、排出弁６３を閉じる。他の形態において、制御部２１は、開弁時間Ｔｂから補正時間αを減らした時間、あるいは増やした時間が経過した場合に、排出弁６３を閉じてもよい。補正時間αは、例えば、第１排出量Ｑ１と第２排出量Ｑ２を算出する場合の排出弁６３の構成の差異等に基づいて規定されてもよい。

この形態によれば、排出弁６３から排出されるアノードオフガスの第１排出量Ｑ１から得られる開口率ＡＲと、アノードオフガス排出量の目標値Ｑｎとを用いて開弁時間Ｔｂを算出し、開弁時間Ｔｂに基づいて排出弁６３を閉じるので、排出流路の一部が凍結等によって閉塞している場合であっても、目標とする量のアノードオフガスを排出することができる。そのため、排出弁６３の上流側におけるアノードガス濃度を所望の値に保つことができる。したがって、燃料電池スタック１０による発電を安定させることができる。また、開弁時間Ｔｂに基づいて排出弁６３を閉じるので、実際のアノードオフガスの排出量を逐次算出し、算出した排出量の総量が目標値に達した場合に排出弁を閉じる制御を行う場合と比較して、開閉処理に係る制御部２１の処理負荷を軽減することができる。

この形態によれば、排出弁６３の上流側に配置された圧力センサ６７の圧力値の変化量ΔＰを用いて第１排出量Ｑ１を算出し、開口率ＡＲを取得することができる。

２．他の実施形態
２−１．他の実施形態１
図５を用いて、開口率取得処理（図２、ステップＳ３０）の他の態様について説明する。図５には、開弁時間と、アノードオフガス排出量と、開口率との関係を示すマップが示されている。図５において異なるハッチングで示された領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ、開口率が約１００％、約８０％、約６０％、約４０％、約２０％、約５％以下である場合における、開弁時間に対する第２排出量Ｑ２の取り得る値の範囲を示している。すなわち、図５には、基準状態として、約１００％、約８０％、約６０％、約４０％、約２０％、約５％以下の開口率と、開口率に対応する第２排出量Ｑ２とが示されている。グラフＬｃは、開弁してからの時間ｔｃと第１排出量Ｑ１ｃの関係を示す。制御部２１は、開口率取得処理において、排出弁６３を開いてから所定期間が経過した後の第１排出量Ｑ１を算出し、複数の基準状態と、各基準状態に対応する第２排出量Ｑ２との関係を参照して、現在の開口率ＡＲを取得してもよい。図５に示す例では、制御部２１は、排出弁６３を開いてから期間ｔｃが経過した後の第１排出量Ｑ１ｃを算出し、第１排出量Ｑ１ｃの存在する領域Ｒ３に対応する開口率６０％を、現在の開口率ＡＲとして取得してもよい。この形態によっても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。

２−２．他の実施形態２
上記形態において、制御部２１は、図３に示す開口率取得処理を、燃料電池スタック１０の非発電時に実行してもよい。非発電時は、例えば、燃料電池システム１００が起動された後、燃料電池スタック１０の発電前の時である。この形態によれば、開口率ＡＲを取得するための圧力値の変化量ΔＰは、インジェクタ５５によるアノードガスの供給や、燃料電池スタック１０の発電によるアノードガスの消費等による圧力値の変化を含まない。そのため、変化量ΔＰが、アノードオフガス排出速度以外の影響を受けることを抑制できるので、開口率ＡＲをより精度良く算出することができ、目標とする量のアノードオフガスを排出するための開弁時間をより精度良く算出することができる。そのため、目標とする量のアノードオフガスをより精度良く排出することができる。

２−３．他の実施形態３
上記形態において、制御部２１は、以前に取得した排出弁６３の開口率ＡＲを、今回の開弁時間算出処理において使用してもよい。つまり、今回の開弁時間算出処理におけるステップＳ３０（図２）では、図３に示したステップＳ３１からステップＳ３４の処理を実行することに代えて、メモリに記憶された開口率ＡＲを取得し、当該開口率ＡＲを用いてステップＳ５０において開弁時間を算出してもよい。この形態によれば、今回の開弁時間算出処理において、図３のステップＳ３１からステップＳ３４の処理にかかる時間を短縮することができる。そのため、算出される開弁時間が短い場合であっても、開弁時間の経過時に排出弁６３を閉じることができる。また、開口率を算出する処理にかかる制御部２１の負荷を低減することができる。

２−４．他の実施形態４
上記他の実施形態２と他の実施形態３とは組み合わせられてもよい。制御部２１は、ステップＳ３０（図２）において、非発電時に取得された開口率ＡＲをメモリから取得し、ステップＳ５０では、当該開口率ＡＲを用いて開弁時間を算出してもよい。燃料電池スタック１０への要求電力が比較的大きい高負荷の状態では、圧力値の変化量ΔＰは、インジェクタ５５によるアノードガスの供給や、燃料電池スタック１０の発電によるアノードガスの消費等、アノードオフガス排出速度以外の影響を受ける。この形態によれば、変化量ΔＰが、アノードオフガス排出速度以外の影響を受けにくい状態で取得された開口率ＡＲを用いて開弁時間を算出するので、高負荷の状態においても、目標値Ｑｎに対応する開弁時間をより精度良く算出することができる。そのため、目標とする量のアノードオフガスをより精度良く排出することができる。したがって、高負荷の状態においても、燃料電池スタック１０による発電を安定して継続させることができる。

２−５．他の実施形態５
上記実施形態において、燃料電池システムは、アノードオフガス配管６１における排出弁６３の下流に、アノードオフガス排出流量を測定可能なセンサを備えていてもよい。制御部２１は、当該センサの測定値を取得して、第１排出量Ｑ１を算出してもよい。

２−６．他の実施形態６
上記形態において、アノードガス供給排出部５０における循環配管６４とアノードガスポンプ６５とは設けられていなくてもよい。すなわち、燃料電池システム１００の構成は、アノードオフガスを循環させない構成であってもよい。

２−７．他の実施形態７
上記形態において、ステップＳ３４において第１排出量Ｑ１と第２排出量Ｑ２とから開口率ＡＲを算出する際には、アノードオフガス中のガス密度を考慮してもよい。例えば、第１排出量Ｑ１中における窒素密度を、基準となる第２排出量Ｑ２と略等しくなるように、温度に関連付けられた、予め定められた補正式を用いて補正してもよい。ガス密度を求める際の温度としては、温度センサ７７から取得した燃料電池スタック１０の温度を用いることができる。

２−８．他の実施形態８
上記実施形態において、燃料電池システム１００は、車両１１０に搭載されているが、燃料電池システム１００は、船舶、電車、ロボット等の車両１１０以外の移動体に搭載されてもよいし、定置されるものであってもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、他の実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組合せを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池スタック、１１…燃料電池セル、２０…制御装置、２１…制御部、３０…カソードガス供給排出部、３１…カソードガス配管、３２…エアフローメータ、３３…カソードガスコンプレッサ、３４…第１開閉弁、３５…バイパス配管、３６…分流弁、４１…カソードオフガス配管、４２…第１レギュレータ、５０…アノードガス供給排出部、５１…アノードガス配管、５２…アノードガスタンク、５３…第２開閉弁、５４…第２レギュレータ、５５…インジェクタ、６１…アノードオフガス配管、６２…気液分離器、６３…排出弁、６４…循環配管、６５…アノードガスポンプ、６７…圧力センサ、７０…冷却媒体循環部、７１…冷媒供給管、７２…冷媒排出管、７３…ラジエータ、７４…冷媒ポンプ、７５…三方弁、７６…バイパス配管、７７…温度センサ、８０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、８１…ＰＣＵ、８２…負荷、８３…電流センサ、１００…燃料電池システム、１１０…車両

Claims (4)

1. 燃料電池システムであって、
   アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池に供給されるアノードガスが流れる供給流路と、
   前記燃料電池から排出されるアノードオフガスが流れる排出流路と、
   前記排出流路上に設けられ、開かれることで前記アノードオフガスを排出する排出弁と、
   前記排出弁の開閉を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記排出弁の開弁により排出される前記アノードオフガスの予め定められた期間における第１排出量から求められる前記排出流路の開口率と、前記アノードオフガスの排出量の目標値と、を用いて前記目標値に対応する前記排出弁の開弁時間を算出し、前記開弁時間に基づいて前記排出弁を閉じる、
   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、
   前記排出弁よりも上流側に配置された圧力センサを備え、
   前記制御部は、前記圧力センサにより測定された圧力値の変化量を用いて前記第１排出量を算出し、前記第１排出量から前記開口率を求める、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、
   前記制御部は、前記開口率を、前記燃料電池の非発電時における前記第１排出量から求める、燃料電池システム。
4. アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスの排出流路に設けられた排出弁の開閉方法であって、
   前記排出弁の開弁により排出される前記アノードオフガスの予め定められた期間における第１排出量から求められる前記排出流路の開口率と、前記アノードオフガスの排出量の目標値と、を用いて前記目標値に対応する前記排出弁の開弁時間を算出する工程と、
   前記開弁時間に基づいて前記排出弁を閉じる工程と、を備える方法。

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