JP3885571B2 - 燃料電池の発電量制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池と燃料電池で発電された余剰電力を蓄電する蓄電手段とを備えた燃料電池システムの発電量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料極及び空気極にそれぞれ供給する燃料ガス（水素）及び空気の圧力及び流量によって発電量が制御される。燃料電池の外部負荷が急激に減少した場合、燃料電池の出力もそれに合せて低下させる必要がある。その場合に、燃料電池の出力の低下に合せ水素供給も減少させる必要があるが、一般に水素供給の減少にはある程度の遅れがあることは避けられない。よってこの場合、燃料電池の出力取出しを急激に減少させると水素供給の減少が遅れることで水素供給が過剰となり、水素系と空気系の圧力バランスが崩れて燃料電池が非常停止したり、燃料電池の反応膜が劣化してしまうことが考えられる。
【０００３】
これを防止するものとして、特開平８−４５５２７号公報記載の技術（以下、第１従来技術）が知られている。この第１従来技術は、発電停止時に水素供給の減少への遅れに対応させて空気供給を継続させることにより、水素系と空気系の圧力バランスを一定以内に保ち、電解質膜に圧力差による応力が掛かるのを防止するものである。
【０００４】
また、特開２０００−３４８７４８号公報には、電流目標値の減少率が所定の減少率を超えた時に、電流指令値は目標値の減少率よりもゆっくりと、目標値の減少率に応じて決定される減少率で減少させ、指令値の上限値である電流限界値は目標値に応じて定める、という技術（以下、第２従来技術）が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら第１従来技術では、水素系と空気系の圧力バランスを保持することができるが、既に供給された水素圧力の減少が早まるわけではなく、空気系のコンプレッサによる電力消費が継続し、エネルギーを無駄にしてしまうという問題点があった。
【０００６】
また第２従来技術では、電流目標値の減少率から定める指令値の減少率は燃料電池に余剰水素が残存しない範囲内における減少率を意味する、と述べているが、目標値の減少率でこれが一意に定まるとは言えない。つまり、目標出力（電流）に対する目標圧力が線形とは限らず、その要求特性は燃料電池の種類によっても異なるので、目標出力電流を２５０［Ａ］から２００［Ａ］まで１［ｓ］で変化するのと、１５０［Ａ］から１００［Ａ］まで１［ｓ］で変化するのでは、圧力を下げるための指令値の減少率が同じとは言えない。従って、電流目標値の減少率から指令値の減少率を定めたとしても、常に圧力を十分に下げることができるとは限らない。ここで、同じ目標値の減少率に対して、指令値の減少率が最大となる時の値を全運転域で用いることもできるが、この場合は、ある運転域では圧力が急激に低下しすぎてしまう、という問題点がある。
【０００７】
また、電流限界値を目標値に応じて定めると述べているが、これではバッテリ等のエネルギバッファの空き容量が十分あるか、無いかを考慮していないため、空き容量が不十分である場合は過充電等によりバッテリを劣化させる可能性があるという問題点がある。
【０００８】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、燃料電池の目標発電量低下時に水素ガス圧力と空気圧力との差圧が過大となって燃料電池を劣化させることを防止するとともに、燃料電池から蓄電手段に過充電して蓄電手段を劣化させることを防止できる燃料電池の発電量制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、燃料電池の発電量の一部を回収可能な蓄電手段と、該蓄電手段の回収可能量を算出する回収可能量算出手段と、燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、燃料電池から取出す出力の指令値を演算する発電制御手段と、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、燃料電池に供給するガスの圧力を目標運転点に制御する運転点制御手段と、燃料電池のガス圧力を検出する前記運転状態検出手段の出力に基づいて燃料電池から取出すべき出力の値である出力要求値を演算する出力要求値演算手段と、を備えた燃料電池の発電量制御装置であって、前記発電制御手段は、目標発電量低下時にガス圧力を低下させる間は、前記目標発電量と前記回収可能量との和と、出力要求値演算手段の出力とを比較し、これらの小さい方の値を燃料電池の出力指令値とする手段であることを要旨とする。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転点制御手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、所定の関係から少なくともガスの圧力の目標値を演算し、前記出力要求値演算手段は、前記運転状態検出手段の出力に基づいて、前記運転点制御手段で用いた所定の関係と逆の関係から出力要求値を演算することを要旨とする。
【００１６】
上記目的を達成するために請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記発電制御手段は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備え、前記出力要求値演算手段の出力と、前記目標発電量と前記回収可能量との和の値との差が、所定値以上である場合に前記パージ弁を開とすることを要旨とする。
【００１７】
上記目的を達成するために請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記発電制御手段は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備え、前記出力要求値が、前記目標発電量と前記回収可能量の和の値に１より大きい所定の比率を掛けた値以上である場合に前記パージ弁を開とすることを要旨とする。
【００１８】
上記目的を達成するために請求項５記載の発明は、請求項１記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転状態検出手段は、燃料電池が発電を継続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態か否かを検出する手段であり、運転停止時には、前記運転状態検出手段から燃料電池が発電を継続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態であると検出された場合には、前記蓄電手段に前記回収可能量に基づき燃料電池から取出す出力の指令値を演算し、発電を継続することを要旨とする。
【００１９】
上記目的を達成するために請求項６記載の発明は、請求項５記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記発電制御手段は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備え、前記運転停止時に発電を継続する場合には、前記パージ弁を閉とし、前記運転停止時に発電を継続しない場合には、前記パージ弁を開とすることを要旨とする。
【００２０】
上記目的を達成するために請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転状態検出手段は、燃料電池に供給するガスの圧力を検出するガス圧力検出手段を備え、前記ガスの圧力が発電に必要な最低圧力値に達しているか否かにより発電を継続できる状態か否かを検出することを要旨とする。
【００２１】
上記目的を達成するために請求項８記載の発明は、請求項６記載の燃料電池の発電量制御装置において、酸化ガス極と燃料ガス極との間のガス圧力差を検出するガス圧力差検出手段を有し、前記運転停止時に発電を継続する場合であっても、前記ガス圧力差の増加時には限界値以上となる直前に、前記パージ弁を開とし、発電は継続することを要旨とする。
【００２２】
上記目的を達成するために請求項９記載の発明は、請求項７または請求項８に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記ガス圧力検出手段または前記ガス圧力差検出手段は、運転停止時のガス圧力を基にガス圧力またはガス圧力差を推定することを要旨とする。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、燃料電池の発電量の一部を回収可能な蓄電手段と、該蓄電手段の回収可能量を算出する回収可能量算出手段と、燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、燃料電池から取出す出力の指令値を演算する発電制御手段と、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、燃料電池に供給するガスの圧力を目標運転点に制御する運転点制御手段と、燃料電池のガス圧力を検出する前記運転状態検出手段の出力に基づいて燃料電池から取出すべき出力の値である出力要求値を演算する出力要求値演算手段と、を備えた燃料電池の発電量制御装置であって、前記発電制御手段は、目標発電量低下時にガス圧力を低下させる間は、前記目標発電量と前記回収可能量との和と、出力要求値演算手段の出力とを比較し、これらの小さい方の値を燃料電池の出力指令値とする手段であるようにしたので、燃料電池の運転状態と回収可能量に応じて最適な出力を取出すことができ、その結果、出力低下時に燃料ガス圧力が上昇して空気圧との差圧が過大となったり、出力を取出しすぎることでバッテリ等の蓄電手段を劣化することを防止できるという効果がある。
【００２４】
なお、ここで目標発電量低下時というのは、運転中に発電量を低下させる時だけでなく、運転を停止させる場合も目標発電量が０となったとみなして本発明を適用することができる。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転点制御手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、所定の関係から少なくともガスの圧力の目標値を演算し、前記出力要求値演算手段は、前記運転状態検出手段の出力に基づいて、前記運転点制御手段で用いた所定の関係と逆の関係から出力要求値を演算するようにしたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、燃料電池の運転状態に対応した最適な出力を取出すことができるという効果がある。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記出力要求値演算手段の出力と、前記目標発電量と前記回収可能量との和の値との差が、所定値以上である場合に前記パージ弁を開とするようにしたので、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、簡単、確実に、出力指令値の出力とパージ弁開の両方を実行する判断を行うことができるという効果がある。
【００３２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記出力要求値が、前記目標発電量と前記回収可能量の和の値に１より大きい所定の比率を掛けた値以上である場合に前記パージ弁を開とするようにしたので、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、簡単、確実に、出力要求値の出力とパージ弁開の両方を実行する判断を行うことができるという効果がある。
【００３３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転状態検出手段は、燃料電池が発電を継続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態か否かを検出する手段であり、運転停止時には、前記運転状態検出手段から燃料電池が発電を継続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態であると検出された場合には、前記蓄電手段に前記回収可能量に基づき燃料電池から取出す出力の指令値を演算し、発電を継続するようにしたので、請求項１記載の発明の効果に加えて、燃料ガス通路に余った燃料ガスを無駄に放出することを抑制し、かつ早期に燃料ガス圧力を低下させることができるという効果がある。
【００３４】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記発電制御手段は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備え、前記運転停止時に発電を継続する場合には、前記パージ弁を閉とし、前記運転停止時に発電を継続しない場合には、前記パージ弁を開とするようにしたので、請求項５記載の発明の効果に加えて、燃料ガスの無駄な放出を最小限に抑制し、燃費を改善することができるという効果がある。
【００３５】
請求項７記載の発明によれば、請求項５または請求項６記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転状態検出手段は、燃料電池に供給するガスの圧力を検出するガス圧力検出手段を備え、前記ガスの圧力が発電に必要な最低圧力値に達しているか否かにより発電を継続できる状態か否かを検出するようにしたので、請求項６または請求項７記載の発明の効果に加えて、無理に発電を継続して燃料電池が劣化することを防止できるという効果がある。
【００３６】
請求項８記載の発明によれば、請求項６記載の燃料電池の発電量制御装置において、酸化ガス極と燃料ガス極との間のガス圧力差を検出するガス圧力差検出手段を有し、前記運転停止時に発電を継続する場合であっても、前記ガス圧力差の増加時には限界値以上となる直前に、前記パージ弁を開とし、発電は継続するようにしたので、請求項７記載の発明の効果に加えて、発電の継続によっても燃料ガス圧力の低下が思わしくなく差圧が大きくなってしまう場合にも、可能な限り発電を行いパージ弁からの無駄な燃料の放出を最小限にできるという効果がある。
【００３７】
請求項９記載の発明によれば、請求項７または請求項８記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記ガス圧力検出手段または前記ガス圧力差検出手段は、運転停止時のガス圧力を基にガス圧力またはガス圧力差を推定するようにしたので、請求項７または請求項８記載の発明の効果に加えて、ガス圧力検出手段が故障したことにより燃料電池の運転を非常停止させるような場合であっても酸化ガス極と燃料ガス極との間のガス圧力差が限界値を超えない範囲で発電を継続させることができるという効果がある。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る燃料電池の発電量制御装置の基本構成を示すブロック図であり、後述する第１実施形態ないし第５実施形態に共通である。図１において、燃料電池の発電量制御装置は、燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段１０１と、目標発電量演算手段１０１の出力に基づいて燃料ガス及び酸化剤ガスのガス圧力または流量の少なくとも一方を目標運転点に制御する運転点制御手段１０２と、燃料電池の出力を図示しない蓄電手段に回収可能な回収可能量を演算する回収可能量検出手段１０３と、ガス圧力等の燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段１０４と、運転状態検出手段１０４の出力に基づいて燃料電池から取出す出力の要求値を演算する出力要求値演算手段１０５と、酸化剤極（空気極）の圧力と燃料極の圧力との圧力差を検出するガス圧力差検出手段１０７と、目標発電量演算手段１０１と回収可能量演算手段１０３と運転状態検出手段１０４と出力要求値演算手段１０５とガス圧力差検出手段１０７との出力に基づいて燃料電池の発電を制御する指令値を出力する発電制御手段１０６と、を備えている。
【００３９】
運転点制御手段１０２は、例えば図３（ａ）ないし図３（ｃ）に示すような制御テーブルを内蔵し、目標発電量から目標水素圧力及び目標空気圧力である目標ガス圧力、目標空気流量、目標水素流量をそれそれ算出して、空気極２０１ａおよび燃料極２０１ｂにおけるガス圧力、ガス流量をそれぞれ目標値となるように制御するものである。
【００４０】
図２は、本発明に係る燃料電池の発電量制御装置が適用される燃料電池システムの構成例を示すシステム構成図である。図２において、本発明が適用される燃料電池システムは、空気極（酸化剤極）２０１ａ及び燃料極２０１ｂを備える燃料電池スタック２０１と、燃料極２０１ｂ及び空気極２０１ａにそれぞれ供給される燃料ガス及び空気を加湿する加湿器２０２と、加湿器２０２へ空気を供給するコンプレッサ２０３と、燃料である高圧水素ガスを貯蔵する高圧水素タンク２１５と、高圧水素タンク２１５から供給される高圧水素の流量を制御する可変バルブ２０４と、空気極２０１ａの出口に設けられ空気極の空気の圧力、流量を制御するスロットル２０５と、燃料極２０１ｂ出口から水素を外部に排気するパージ弁２０６と、加湿器２０２へ加湿用の純水を供給する純水ポンプ２０７と、燃料極２０１ｂから排出される未使用の水素を上流へ還流するためのイジェクタ２０８と、燃料電池から出力を取出す駆動ユニット２０９と、空気極２０１ａ入口の空気圧力を検出する空気圧力センサ２１０と、燃料極２０１ｂ入口の水素圧力を検出する水素圧力センサ２１１と、空気極２０１ａへ流入する空気流量を検出する空気流量センサ２１２と、燃料極２０１ｂへ流入する水素流量を検出する水素流量センサ２１３と、各センサの信号を取り込み、内蔵された制御ソフトウエアに基づいて各アクチュエータを駆動するコントローラ２１４と、駆動ユニット２０９を介して燃料電池スタック２０１から回収可能な電力を回収するとともに、必要時に放電する蓄電手段としてのバッテリ２１６と、を備えている。
【００４１】
コントローラ２１４は、図１に示した燃料電池の発電量制御装置であるとともに、燃料電池システム全体を制御する。
【００４２】
コンプレッサ２０３では空気が圧縮されて加湿器２０２へ送られ、加湿器２０２では純水ポンプ２０７で供給された純水で空気を加湿し、加湿された空気が燃料電池スタック２０１の空気極２０１ａへ送り込まれる。高圧水素タンク２１５の高圧水素は、可変バルブ２０４で流量が制御されて、イジェクタ２０８で還流量と合流し、つぎに加湿器２０２へ送られ、加湿器２０２では空気と同様に純水ポンプ２０７で供給された純水で水素を加湿し、加湿された水素が燃料電池スタック２０１の燃料極２０１ｂへ送り込まれる。
【００４３】
燃料電池スタック２０１では送り込まれた空気と水素を反応させて発電を行い、電流（電力）を駆動ユニット２０９へ供給する。燃料電池が電動車両の電源であれば、駆動ユニット２０９は、インバータ、車両駆動用モータ等を備える。
【００４４】
駆動ユニット２０９が必要とする電力を全て燃料電池スタック２０１で賄うことができなければ、不足分はバッテリ２１６から放電することにより必要分を充足する。また、バッテリ２１６の充電可能容量があれば、運転状況により燃料電池スタック２０１で発電した電力の少なくとも一部によりバッテリ２１６を充電するようになっている。
【００４５】
燃料電池スタック２０１で反応に使用した残りの空気は、燃料電池外へ排出され、スロットル２０５で圧力制御が行われた後、大気へ排出される。また、反応に使用した残りの水素は燃料電池外へ排出されるが、イジェクタ２０８によって加湿器２０２の上流へ還流されて発電に再利用する。
【００４６】
燃料電池スタック２０１に供給されるガスの状態を検出する手段として、燃料電池スタック２０１の空気極２０１ａ入口の空気圧力を検出する圧力センサ２１０と空気流量を検出する流量センサ２１２、燃料極２０１ｂ入口の水素圧力を検出する圧力センサ２１１と水素流量を検出する流量センサ２１３を備え、これらの検出値はコントローラ２１４へ読み込まれる。コントローラ２１４では、読み込んだ各値が、その時の目標発電量から決まる所定の目標値になるようにコンプレッサ２０３、スロットル２０５、可変バルブ２０４を制御するとともに、目標値に対して実際に実現されている圧力、流量に応じて燃料電池スタック２０１から駆動ユニット２０９へ取出す出力（電流値）を指令し制御を行う。
【００４７】
本実施形態におけるパージ弁２０６の開口面積は、燃料ガスとしての水素、酸化剤ガスとしての空気の供給を双方同時に停止し、かつ同時に酸化剤ガス通路を大気開放した場合の圧力低下時に、空気極２０１ａと燃料極２０１ｂとの間のガス圧力差が限界値以上とならない面積に設定している。
【００４８】
図５は、従来技術として説明したコンプレッサの運転継続により水素圧力と空気圧力の差圧が過大となるのを防止する技術を用いた場合の発電量減少時の（ａ）ガス圧力と、（ｂ）出力指令値及び実出力と、（ｃ）パージ弁の開閉の関係を示すタイムチャートである。いま、ドライバの減速動作等により、燃料電池の目標発電量が図５（ｂ）のように急激に低下したとすると、その発電量を実現するためのガスの目標圧力は、例えば図３（ａ）の目標発電量に対する目標ガス圧力を求める制御テーブルに基づいて同様に低下する。
【００４９】
いま、水素圧力及び空気圧力を目標ガス圧力に向けて制御を行うが、水素圧力を制御する可変バルブ２０４の応答には多少の遅れがある。このため、燃料電池から取出す出力の指令値を図５（ｂ）のように目標発電量と同様に急減させると、出力の低下により消費される水素の量は急減するが、水素供給を低下させるには応答遅れがあるため、図５（ａ）のように水素ガス圧力が過大となる。このまま放置するとその後も、ガス圧力が目標値に対して過大な状態が継続し、水素圧力と空気圧力の差圧が過大となって非常停止したり、燃料電池スタック２０１の反応膜が劣化することなどが考えられる。
【００５０】
この従来技術では、その対策として、水素圧力に空気圧力を追従させるようコンプレッサにより圧力制御を行っている。しかし、水素圧力の低下自体が促進されるわけではなく、空気系のコンプレッサ２０３での消費電力が大きくなり、エネルギーを無駄にしてしまうことになる。
【００５１】
そこで、請求項１〜請求項４に対応する第１実施形態〜第４実施形態では、各時刻において、目標発電量と、バッテリで吸収可能な電力との総和の範囲内で十分な出力を取出すことにより、ガス圧力が過大となってシステムが非常停止したり、反応膜を劣化したり、エネルギーを無駄にすることを防止する。
【００５２】
その様子を図６に（ａ）ガス圧力、（ｂ）出力指令値、（ｃ）パージ弁の開閉状態として示す。図５の場合と同様に、目標発電量が急減し、それに基づいて図３（ａ）のテーブルから求められた目標ガス圧力が急減した場合である。
【００５３】
この場合、そのときの水素圧力から図３（ａ）の逆テーブル、即ちガス圧力からである図４に基づいて取出すべき出力要求値を算出する。ここで、図３（ａ）ではある目標発電量を発電するためのガス圧力には制御目標値とそれに対する変動の許容幅としての上下限値が設定されることがある。この場合は、図４の逆テーブルでは、その圧力のときに取出せる最大限の出力という意味で、図３（ａ）での同一目標発電量に対する圧力下限値に対応するデータに基づきテーブルデータを作成し、そのデータに基づいて、水素の実圧力に応じた出力要求値を算出するものとする。
【００５４】
次いで、この出力要求値と、その時の目標発電量にバッテリで残水素回収可能分として吸収可能な電力である回収可能量を加えた総発電可能量（目標発電量と回収可能量との和）と、を比較し、出力要求値が総発電可能量より小さい時には出力要求値を出力指令値とし、出力要求値が総発電可能量より大きい時には総発電可能量を出力指令値とする。
【００５５】
これにより、そのときに取出すべき（取出せる）最大限の出力を取り出せるようになり、図６（ａ）のように水素圧力が過大となることを防止でき、空気圧力も速やかに低下させることができる。このため、空気圧力の速やかな低下と同時にコンプレッサ２０３の駆動用消費電力を速やかに低下させることが可能となり、エネルギーを無駄にすることを抑制し、燃料電池の燃費を改善することができる。
【００５６】
また、総発電可能量に対して出力要求値が所定値以上の差、または所定以上の比率で大きい場合は、総発電可能量分を出力として取出しても水素圧力が十分低下できないため、燃料極と空気極との差圧を限度内に維持すると、結局、目標発電量に対して空気圧力を過大にせざるを得ず、コンプレッサ２０３での消費電力分を捨てざるを得ない場合がある。
【００５７】
その場合は総発電可能量分を取出しても下げきれない水素圧力分をパージ弁２０６を開として低下させる、あるいは、パージ弁２０６を開として水素を捨てながら圧力を低下し、これに見合って空気圧力も低下させる。そして、そのときの水素圧力に応じて最大限の出力を燃料電池から取出すことで、コンプレッサ２０３での無駄なエネルギーの消費を抑制することができる。
【００５８】
この例を、図７に示す。図７は、本実施形態におけるパージ弁を開く場合の目標発電量減少時の（ａ）ガス圧力、（ｂ）出力指令値及び実出力、（ｃ）パージ弁の開閉状態を説明するタイムチャートであり、図５、図６の場合と同様に、目標発電量が急減し、それに基づいて図３（ａ）のテーブルから求められた目標ガス圧力が急減した場合である。
【００５９】
この場合、目標発電量の低下が図６に比べてより急激であるため、総発電可能量よりも出力要求値が所定以上大きくなるので、パージ弁２０６を開とし、水素を外へ排出する。その上で、そのときの水素圧力から図３（ａ）の逆テーブルである図４に基づいて取出すべき出力要求値を算出し、その時の総発電可能量と比較し、出力要求値が総発電可能量より小さい時には出力要求値を出力指令値とし、出力要求値が総発電可能量より大きい時には総発電可能量を出力指令値とする。これにより、その時に取出すべき（取出せる）最大限の出力を取出すことで、図７（ａ）のように水素圧力が過大となるを防止でき、空気圧力も速やかに低下させることができる。このため、コンプレッサ２０３の回転を速やかに低下させることができるので、その消費電力を速やかに低下させることが可能となり、エネルギーを無駄にすることをより効果的に抑制できる。
【００６０】
また、この方法の場合、総発電可能量と出力要求値との両者の差あるいは両者の比率を判定する所定値は、出力要求値が総発電可能量を上回る差、または出力要求値の総発電可能量に対する倍率が所定値以下ならば、圧力が多少高くてもパージ弁を開けずにコンプレッサでエネルギーを消費している方が効率がよく、所定値以上ならばコンプレッサでエネルギーを無駄にするよりはパージ弁を開けて水素を捨ててしまった方が効率がよい、という条件となる値を事前に調べて設定するものである。
【００６１】
次に、上記構成による本発明の燃料電池の発電量制御装置の実施形態の動作をフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００６２】
＜第１実施形態＞
第１の実施形態における燃料電池の発電量制御装置の動作を、図８、図９、図１０、図１１のフローチャートに示す。
【００６３】
図８がゼネラルフローチャートであり、図２のコントローラ２１４によって、所定時間毎（例えば１０［ｍｓ］毎］に実行される。
【００６４】
まず、ステップＳ８０１ではドライバのアクセル操作量等のドライバ操作量を検出し、ステップＳ８０２ではドライバ操作量に基づいて燃料電池の目標発電量TPを演算する。ステップＳ８０３では目標発電量TPに基づいて、図３（ａ）〜（ｃ）のテーブルデータから目標ガス圧力TPR、目標空気流量TQATR、目標水素流量TQH２を演算し、ステップＳ８０４ではコンプレッサ２０３，可変バルブ２０４、スロットル２０５を制御しガスの圧力、流量制御を実行する。ステップＳ８０５では圧力・流量が減少側の過渡状態であるかを表わすフラグFPDOWNを演算し、ステップＳ８０６ではフラグFPDOWNが１かどうかを判断する。
【００６５】
ステップＳ８０６で圧力・流量が減少側の過渡である（FPDOWN＝１）と判断した場合、ステップＳ８０７に進み出力要求値PDEMPH２を演算し、ステップＳ８０８で出力指令値TPMを演算し、ステップＳ８１０で燃料電池の出力制御を実行して終了する。
【００６６】
ステップＳ８０６で圧力・流量が減少側の過渡でない（FPDOWN＝０）と判断した場合、ステップＳ８０９で通常の制御を行い、ステップＳ８１０で燃料電池の出力制御を実行して終了する。
【００６７】
図９には、図８のステップＳ８０５における圧力・流量が減少側の過渡状態であるか否かを判断してフラグFPDOWNを設定する手続の内容を示す。
【００６８】
まずステップＳ９０１では、圧力・流量が減少側の過渡状態であるかを表わすフラグFPDOWNの前回値FPDOWNzと、目標発電量の前回値TPzを読み込み、ステップＳ９０２ではそのFPDOWNzが１かどうか判断する。ステップＳ９０２でFPDOWNzが１であった場合にはステップＳ９０３に進み、ステップＳ９０３では目標発電量前回値TPz−目標発電量TPが所定値dTP１より大きいかどうか判断する。ステップＳ９０３で大きいと判断した場合にはステップＳ９０６でフラグFPDOWN＝１とし、ステップＳ９０３で大きいと判断しなかった場合にはステップＳ９０５でフラグFPDOWN＝０とし、終了する。
【００６９】
ステップＳ９０２でFPDOWNzが１でなかった場合にはステップＳ９０４に進み、ステップＳ９０４ではTPz−TPが所定値dTP２より大きいかどうか判断する。ステップＳ９０４で大きいと判断した場合にはステップＳ９０７でフラグFPDOWN＝１とし、ステップＳ９０４で大きいと判断しなかった場合にはステップＳ９０８でフラグFPDOWN＝０とし、終了する。ここで、dTP１＜dTP２と設定し、この幅でフラグFPDOWNのＯＮ／ＯＦＦのヒステリシスを設定する。
【００７０】
図１０には、図８のステップＳ８０７における出力要求値PDEMPH２演算の手続の内容を示す。
【００７１】
まずステップＳ１００１では、図２の水素圧力センサ２１１が検出する燃料極入口の水素の実圧力PH２を読み込み、ステップＳ１００２では、ステップＳ１００１で読み込んだPH２に基づいて、図４のテーブルより実際の水素ガス圧力に対応した出力要求値PDEMPH２を演算し、終了する。
【００７２】
図１１には、図８のステップＳ８０８における出力指令値TPMの演算手続の内容を示す。
【００７３】
まずステップＳ１１０１では、バッテリで吸収可能な電力PBATLMTを演算し、ステップＳ１１０２では目標発電量TPとバッテリ吸収可能電力PBATLMTとの和である総発電可能量TPALLを演算する。ステップＳ１１０３では総発電可能量TPALL＞出力要求値PDEMPH２であるかどうかを判断し、ステップＳ１１０３でTPALL＞PDENPH２であると判断した場合には、ステップＳ１１０４で出力指令値TPM＝PDEMPH２とし、終了する。ステップＳ１１０３でTPALL＞PDEMPH２であると判断しなかった場合には、ステップＳ１１０５で出力指令値TPM＝TPALLとし、終了する。
【００７４】
＜第２実施形態＞
第２の実施形態を、図８、図１０、図１１、図１２のフローチャートに示す。
【００７５】
図８、図１０、図１１は第１の実施形態と同様なので、図１２についてのみ説明する。
【００７６】
図１２には、図８のステップＳ８０５における圧力・流量が減少側の過渡状態であるか否かを判断してフラグFPDOWNを設定する手続の内容を示す。
【００７７】
第１実施形態の図９のステップＳ９０３では、目標発電量前回値と目標発電量の差（TPz−TP）と所定値とを比較したのに代えて、ステップＳ１２０３では、目標発電量前回値の目標発電量に対する比であるTPz／TPが所定値rTP１より大きいか否かを判断し、ステップＳ１２０４では、第１実施形態の図９のステップＳ９０４の代わりに、TPz／TPがrTP２より大きいかを判断する。その他のステップについては、図９と同様であるので説明は省略する。ここで、rTP１＜rTP２と設定し、この幅でフラグFPDOWNのＯＮ／ＯＦＦのヒステリシスを設定する。
【００７８】
＜第３実施形態＞
第３の実施形態を示す。本実施形態は、第１、第２の実施形態の図１１の代わりに、図１３を用いるものであるので、図１３についてのみ説明する。
【００７９】
図１３には、図８のステップＳ８０８における出力指令値TPM演算の手続の内容を示す。
【００８０】
ステップＳ１３０１では、バッテリで吸収可能な電力であるバッテリ吸収可能電力PBATLMTを演算し、ステップＳ１３０２では目標発電量TPとバッテリ吸収可能電力PBATLMTとの和である総発電可能量TPALLを演算し、ステップＳ１３０３では、実水素圧力に対応した出力要求値PDEMPH２＞TPALL＊α（α＞１）であるかどうかを判断する。
【００８１】
ステップＳ１３０３でPDEMPH２＞TPALL＊αであると判断した場合にはステップＳ１３０４へ進み、パージ弁２０６を開ける指令を出力し、ステップＳ１３０５へ進む。ステップＳ１３０５ではTPALL＞PDEMPH２であるかどうかを判断し、TPALL＞PDEMPH２であると判断した場合にはステップＳ１３０７で出力指令値TPM＝PDEMPH２とし、終了する。ステップＳ１３０５でTPALL＞PDEMPH２であると判断しない場合はステップＳ１３０８で出力指令値TPM＝TPALLとし、終了する。
【００８２】
ステップＳ１３０３でPDEMPH２＞TPALL＊αであると判断しない場合にはステップＳ１３０６へ進み、TPALL＞PDEMPH２であるかどうかを判断し、TPALL＞PDEMPH２であると判断した場合にはステップＳ１３０９で出力指令値TPM＝PDEMPH２とし、終了する。ステップＳ１３０６でTPALL＞PDEMPH２であると判断しない場合はステップＳ１３１０で出力指令値TPM＝TPALLとし、終了する。
【００８３】
ここで、α＞１なる係数αは、パージ弁２０６を閉じたまま水素ガス圧力が高い状態で、これに対応した空気圧力を維持するためにコンプレッサ２０３の運転を続けてエネルギーを消費するのと、パージ弁２０６を開けて水素を捨てて圧力を低下させ、コンプレッサ２０３も回転を低下させるのと、どちらかが効率がよいかを判断する値であり、事前に求めておくものとする。本実施形態は、この効率の判断をTPALLの比率で判断するものである。
【００８４】
＜第４実施形態＞
第４の実施形態を示す。本実施形態は、第３の実施形態の図１３の代わりに、図１４を用いるものであるので、図１４についてのみ説明する。
【００８５】
図１４には、図８のステップＳ８０８における出力指令値TPM演算の手続の内容を示す。
【００８６】
ステップＳ１４０３では、第３実施形態の図１３のステップＳ１３０３の代わりに、PDEMPH２＞TPALL＋βであるかどうかを判断する。その他のステップについては、図１３と同様であるので説明は省略する。ここでβ＞０は、パージ弁２０６を閉じたまま圧力が高い状態でコンプレッサ２０３でエネルギーを消費するのと、パージ弁２０６を開けて水素を捨てて圧力を低下させるののどちらが効率がよいかを判断する値であり、事前に求めておくものとする。本実施形態は、この効率の判断をTPALLに対する差の値で判断するものである。
【００８７】
これらの実施形態では、図９あるいは図１２で圧力・流量の減少側過渡を判断する場合に、目標発電量TPとその前回値TPzを用いるものとしたが、これは、TPの変わりに目標水素圧力TPRH２、TPzの代わりに実水素圧力PRH２を用いるものとし、TPRH２とPRH２の差、あるいは比率で圧力・流量が減少側過渡を判断するものとしてもよい。
【００８８】
また、これらの実施形態では、燃料電池の出力制御の指令値は出力TPMとしたが、これは従来例のように電流Ｉとしてもまったく同様に成立する。
【００８９】
なお、本発明の発電量制御装置における制御方法でもまだ水素ガス圧と空気圧との差圧が残るようであれば、コンプレッサの運転を継続する従来技術を組合せて用いても構わない。
【００９０】
＜第５実施形態＞
次に、燃料電池の運転を停止する際の制御について請求項５〜請求項９に対応する第５実施形態について説明する。
【００９１】
この実施形態は、運転停止時にバッテリ２１６の充電状態等から回収可能量を算出し、充電の可否を判断して、パージ弁２０６の動作、燃料電池スタック２０１の発電状態を決定し、燃料ガス供給停止後もイジェクタ２０８の下流に残存する燃料ガスを用いて発電を継続し、燃料電池のガス圧力を速やかに低下させるものである。
【００９２】
図１５に運転停止時に、可変バルブ２０４を閉じて燃料ガス供給停止後に実行される第５実施形態の制御メインフローを示す。
【００９３】
まず、ステップＳ１５０１において、バッテリ２１６の充電状態を検出し、ステップＳ１５０２でバッテリの充電状態に基づいて充電可能か否かを判定する。この判定は、バッテリの充電状態から、更に充電する余地が残っており（例えば充電状態ＳＯＣ＝８０％未満）、かつ、充電系統に故障がない場合にはＹＥＳとなり、ステップＳ１５０３へ移行する。ＮＯの場合、パージ弁を制御するためステップＳ１５０９へ移行する。
【００９４】
次いで、ステップＳ１５０３でバッテリ充電可能電力値（回収可能量）を演算する。この詳細は図１８で詳述する。ステップＳ１５０４で空気極２０１ａのガス圧力及び燃料極２０１ｂのガス圧力値を求める。詳細は図１９で詳述する。
【００９５】
ステップＳ１５０５で空気極２０１ａのガス圧力および、燃料極２０１ｂのガス圧力が発電に必要な圧力を維持しており、かつ発電系統あるいはバッテリ２１６へ送電系統に故障が無い場合にＹＥＳとなり、ステップＳ１５０６へ移行する。ＮＯの場合、パージ弁を制御するためステップＳ１５０９へ移行する。
【００９６】
ステップＳ１５０６およびステップＳ１５０７で、バッテリ充電可能電力値に基づき発電量を決めて発電し、バッテリへ充電する。なお、充電可能な電力の範囲内で最大値で運転すると、より速く燃料ガス圧力を低下させることができる。
【００９７】
ステップＳ１５０８では、ステップＳ１５０４で求めた空気極のガス圧力値および燃料極のガス圧力値から、両極間の差圧を算出し、それが限界値を越えているか否かを判定する。
【００９８】
ステップＳ１５０９のパージ弁制御では、バッテリでの電力回収が不可能な場合（ステップＳ１５０２）、燃料電池での発電が不可能な場合（ステップＳ１５０５）に、パージ弁２０６を開とするとともに、ステップＳ１５０８で推定差圧値が増加し限界値を上回る可能性のある場合も上回る直前にパージ弁を開とし、それ以外は閉として、リターンする。
【００９９】
次に、図１５のステップＳ１５０３におけるバッテリ充電可能電力値である回収可能量の演算の一例を説明する。まず、図１６に示すように、バッテリ温度が常温で、劣化状態が限りなく０に近いものにおける充電状態ＳＯＣ［％］と充電電力Ｅ_Ｐ［ｋｗ］の関係を事前に求め、それを基準とした充電電力の基準式Ｅ_Ｐ＝ｆ（ＳＯＣ）を求めておく。
【０１００】
次いで、図１７（ａ）にあるようにバッテリ劣化状態と内部抵抗Ｒ［Ω］との関係を事前に調べ、それを元に内部抵抗Ｒと劣化係数α（≦１）との関係（図１７（ｂ）を求めておく。また、バッテリの温度がバッテリの充電に与える影響も事前に調べそれにより、それを温度係数β（≦１）として（（図１７（ｃ））求めておく。これらより、回収可能量Ｅ_Ｐ’は
【数１】
Ｅ_Ｐ’＝α×β×Ｅ_Ｐ …（１）
式（１）により算出できる。
【０１０１】
上記のバッテリ充電可能電力値演算処理を図１８のフローチャートを参照して説明する。図１８において、まずステップＳ１８０１でバッテリ内部抵抗（Ｒ）を検出し、ステップＳ１８０２で内部抵抗（Ｒ）に基づいて図１７（ｂ）のようなテーブルを検索することにより劣化係数（α）を演算する。次いで、ステップＳ１８０３でバッテリ温度（Ｔ）を検出し、ステップＳ１８０４でバッテリ温度（Ｔ）に基づいて図１７（ｃ）のようなテーブルを検索することにより温度係数（β）を演算する。そして、ステップＳ１８０５で劣化係数（α）、温度係数（β）を読み込み、ステップＳ１８０６で式（１）によりバッテリ充電可能電力、即ち回収可能量Ｅ_Ｐ’を演算して、リターンする。
【０１０２】
次に、図１５のステップＳ１５０４におけるガス圧力値の演算の一例を図１９のフローチャートを参照して説明する。
【０１０３】
まずステップＳ１９０１で、空気極２０１ａ側の圧力を検出する空気圧力センサ２１０の運転停止直前の検出値を読み込み、ステップＳ１９０２で運転停止直前の空気極側の圧力とスロットル２０５の開度とに基づいて、空気極側の圧力低下状態を推定する。次いで、ステップＳ１９０３で燃料電池の出力電圧Ｖ［Ｖ］を検出し、ステップＳ１９０４でＳ１５０３で求めた充電電力Ｅ_Ｐ’［ｋＷ］と燃料電池の出力電圧Ｖ［Ｖ］から取出し電流Ｉｃ［ｃ／ｓｅｃ］を求めると、
【数２】
Ｉｃ＝Ｅ_Ｐ’／Ｖ［ｃ／ｓｅｃ］ …（２）
式（２）となる。このＩｃ［ｃ／ｓｅｃ］を燃料電池から取り出す時、燃料電池で消費する燃料ガス流量Ｑ_Ｈ２［ｍｏｌ／ｓｅｃ］を求めると、次に示す（３）式となる。
【０１０４】
【数３】
ＱＨ２＝Ｉｃ／２／Ｆ×Ｎcell［ｍｏｌ／ｓｅｃ］ …（３）
ここで、Ｆ＝９６４８５［ｃ／ｍｏｌ］（ファラデー定数）、Ｎcell［個］（燃料電池の総セル数）である。
【０１０５】
さらにこの燃料ガス流量Ｑ_Ｈ２を燃料極２０１ｂ内で消費した時の、燃料極内圧力Ｐｋ［ｋＰａ］を求める。まず、式（４）の気体の状態方程式
【数４】
ＰＶ_Ｈ２＝ｎＲ_Ｈ２Ｔ_Ｈ２４ …（４）
より、Ｖ_Ｈ２を燃料ガス系容積（一定）、Ｒ_Ｈ２を燃料ガスのガス定数（一定）、Ｔ_Ｈ２を燃料ガス極内の温度検出値とすると、状態方程式（４）の両辺をｔで微分して、
【数５】
ｄＰ／ｄｔ＝（Ｒ_Ｈ２Ｔ_Ｈ２／Ｖ_Ｈ２）×ｄｎ／ｄｔ …（５）
式（５）となり、
ｄｎ／ｄｔ＝Ｑ_Ｈ２ …（６）
であるのでまとめて、
ｄＰ／ｄｔ＝（Ｒ_Ｈ２Ｔ_Ｈ２／Ｖ_Ｈ２）×Ｑ_Ｈ２ …（７）
式（７）となる。燃料ガス極内圧力Ｐｋ［ｋＰａ］は前回推定値をＰ_k-1とすると、
【数６】
Ｐ_k ＝Ｐ_k-1 ＋ｄＰ／ｄｔ×Δｔ［ｋＰａ］ …（８）
式（８）となる。なお、前回推定値は初回は運転停止直前の検出値を用いる。
【０１０６】
また、温度検出値は、運転停止直前の燃料ガス極内の温度を検出し、それを一定値として使用することも可能であり、運転停止以降の燃料ガス極内の温度を温度センサなどにより常に検出し、それを使用することも可能である。
【０１０７】
図２０に本第５実施形態の制御による（ａ）ガス圧力及び（ｂ）パージ弁開閉状態の変化を示す。運転停止時でも、バッテリ２１６の充電状態に応じてイジェクタ２０８の下流に残存する燃料を用いて燃料電池スタック２０１の発電を継続し、コンプレッサ２０３を停止しスロットル２０５を開にした状態で、燃料極側の圧力を空気極側との差圧値が過大にならないようにすることにより、燃料電池の圧力を速やかに下げることが可能になり、コンプレッサ２０３の駆動によるエネルギーの無駄な消費、残燃料ガスの無駄な排気を抑制することができる。
【０１０８】
ガス圧力が発電に必要な圧力を下回る所で発電を停止し、必要以上に発電を継続することにより燃料電池に劣化を与えることを防ぐ。
【０１０９】
なお、この際燃料ガス極側の圧力をより効果的に低下させるためにはバッテリ２１６で充電可能である電力の最大値を燃料電池で発電すると良い。
【０１１０】
また、従来技術では、運転停止時に残存燃料ガスで燃料電池で発電しても、バッテリの充電中に、燃料極と空気極の極間の差圧値が上昇し、その結果、限界差圧値を上回ってしまい、燃料電池を劣化してしまう可能性があった。しかし本発明では差圧値を求めそれを限界差圧と比較し、限界を超える直前にパージ弁を開とすることでこれを防止している。
【０１１１】
この例を図２１に示す。図２１は、（ａ）ガス圧力、（ｂ）パージ弁の開閉状態、（ｃ）バッテリ充電状態をそれぞれ示すタイムチャートである。燃料電池の運転状態から、時刻ｔ０で可変バルブ２０４を閉じるとともにコンプレッサ２０３を停止させて、ガス供給を停止したとする。時刻ｔ０でバッテリ充電状態は上限ではないので、パージ弁を閉じた状態で、発電を継続し、可変バルブ２０４の下流に残存する水素ガスで発電を継続する。しかし、発電継続中に、燃料極圧力と空気極圧力との差が限界差圧値となると、反応膜保護のために、時刻ｔ１でパージ弁２０６を開いて、発電を継続する。そして、空気極圧力が発電に必要な圧力の下限である必要下限値まで低下した時刻ｔ２で発電を停止する。これにより、反応膜にかかる圧力差を限界差圧値以下に保持しながら、可能な限りの残存水素を電力としてバッテリへ回収することができる。
【０１１２】
また、バッテリの充電状態により、バッテリへの充電が不可能となることがある。その場合には発電を停止しパージ弁を開とし、以降はパージ弁の作用のみでガス圧力を低下させる。パージ弁の開口面積は、燃料ガス、酸化剤ガスの供給を双方同時に停止し、かつ同時に酸化剤ガス通路を大気開放した場合の圧力低下時に、酸化ガス極と燃料ガス極との間のガス圧力差が限界値以上とならない面積に設定しておくと、このような場合にも差圧が限界値を超えることはない。
【０１１３】
この例を図２２に示す。図２２は、（ａ）ガス圧力、（ｂ）パージ弁の開閉状態、（ｃ）バッテリ充電状態をそれぞれ示すタイムチャートである。時刻ｔ０でガス供給を停止するのは、図２１と同様である。時刻ｔｏ以降もパージ弁を閉じた状態を継続しながら発電を継続し、残水素を電力としてバッテリへ回収するが、時刻ｔ１でバッテリ充電状態が上限に達したとする。このため、時刻ｔ１で発電を停止しバッテリへの充電を打ち切ると同時に、パージ弁２０６を開く。これにより、バッテリの過充電を回避しながら、可能な限りの残存水素を電力としてバッテリへ回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の発電量制御装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る燃料電池の発電量制御装置が適用される燃料電池システムの例を説明するシステム構成図である。
【図３】図１の運転点制御手段１０２または図２のコントローラ２１４が使用する制御テーブルの例であり、（ａ）目標発電量に対する目標ガス圧力、（ｂ）目標発電量に対する目標空気流量、（ｃ）目標発電量に対する目標水素流量をそれぞれ示す。
【図４】ガス圧力検出値に対応する出力要求値を示すテーブルの例であり、図３（ａ）のテーブルの逆テーブルである。
【図５】従来例における発電量減少時の（ａ）ガス圧力、（ｂ）出力指令値及び実出力、（ｃ）パージ弁の開閉状態を説明するタイムチャートである。
【図６】本発明におけるパージ弁を開かない場合の発電量減少時の（ａ）ガス圧力、（ｂ）出力指令値及び実出力、（ｃ）パージ弁の開閉状態を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明におけるパージ弁を開く場合の発電量減少時の（ａ）ガス圧力、（ｂ）出力指令値及び実出力、（ｃ）パージ弁の開閉状態を説明するタイムチャートである。
【図８】第１実施形態ないし第４実施形態に共通の概略フローチャートである。
【図９】第１実施形態における詳細フローチャートである。
【図１０】第１実施形態における詳細フローチャートである。
【図１１】第１実施形態における詳細フローチャートである。
【図１２】第２実施形態における詳細フローチャートである。
【図１３】第３実施形態における詳細フローチャートである。
【図１４】第４実施形態における詳細フローチャートである。
【図１５】第５実施形態におけるメインフローチャートである。
【図１６】第５実施形態におけるバッテリ充電状態〔ＳＯＣ〕に対する充電電力を示すグラフである。
【図１７】（ａ）バッテリの劣化状態に対するバッテリの内部抵抗値の例を示すグラフ、（ｂ）バッテリの内部抵抗値に対するバッテリの劣化係数の例を示すグラフ、（ｃ）バッテリの温度に対するバッテリ回収可能電力の温度係数の例を示すグラフである。
【図１８】第５実施形態におけるバッテリ吸収（充電）可能電力電力値を演算する詳細フローチャートである。
【図１９】第５実施形態におけるガス圧力値を演算する詳細フローチャートである。
【図２０】第５実施形態における発電量減少時の（ａ）ガス圧力、（ｂ）パージ弁の開閉を示すタイムチャートである。
【図２１】第５実施形態における発電量減少時に、ガス圧力の差圧値は限界値に達する場合の（ａ）ガス圧力、（ｂ）パージ弁の開閉、（ｃ）バッテリ充電状態を示すタイムチャートである。
【図２２】第５実施形態における発電量減少時に、バッテリ充電状態が上限に達する場合の（ａ）ガス圧力、（ｂ）パージ弁の開閉、（ｃ）バッテリの充電状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０１…目標発電量演算手段
１０２…運転点制御手段
１０３…回収可能量検出手段
１０４…運転状態検出手段
１０５…出力要求値演算手段
１０６…発電制御手段
１０７…ガス圧力差検出手段

Claims (9)

1. 燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、
   燃料電池の発電量の一部を回収可能な蓄電手段と、
   該蓄電手段の回収可能量を算出する回収可能量算出手段と、
   燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   燃料電池から取出す出力の指令値を演算する発電制御手段と、
   前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、燃料電池に供給するガスの圧力を目標運転点に制御する運転点制御手段と、
   燃料電池のガス圧力を検出する前記運転状態検出手段の出力に基づいて燃料電池から取出すべき出力の値である出力要求値を演算する出力要求値演算手段と、
   を備えた燃料電池の発電量制御装置であって、
   前記発電制御手段は、目標発電量低下時にガス圧力を低下させる間は、前記目標発電量と前記回収可能量との和と、出力要求値演算手段の出力とを比較し、これらの小さい方の値を燃料電池の出力指令値とする手段であることを特徴とする燃料電池の発電量制御装置。
2. 前記運転点制御手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、所定の関係から少なくともガスの圧力の目標値を演算し、
   前記出力要求値演算手段は、前記運転状態検出手段の出力に基づいて、前記運転点制御手段で用いた所定の関係と逆の関係から出力要求値を演算することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の発電量制御装置。
3. 前記発電制御手段は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備え、
   前記出力要求値演算手段の出力と、前記目標発電量と前記回収可能量との和の値との差が、所定値以上である場合に前記パージ弁を開とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の発電量制御装置。
4. 前記発電制御手段は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備え、
   前記出力要求値が、前記目標発電量と前記回収可能量の和の値に１より大きい所定の比率を掛けた値以上である場合に前記パージ弁を開とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の発電量制御装置。
5. 前記運転状態検出手段は、燃料電池が発電を継続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態か否かを検出する手段であり、
   運転停止時には、
   前記運転状態検出手段から燃料電池が発電を継続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態であると検出された場合には、
   前記蓄電手段に前記回収可能量に基づき燃料電池から取出す出力の指令値を演算し、発電を継続することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の発電量制御装置。
6. 前記発電制御手段は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備え、
   前記運転停止時に発電を継続する場合には、前記パージ弁を閉とし、
   前記運転停止時に発電を継続しない場合には、前記パージ弁を開とすることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の発電量制御装置。
7. 前記運転状態検出手段は、燃料電池に供給するガスの圧力を検出するガス圧力検出手段を備え、前記ガスの圧力が発電に必要な最低圧力値に達しているか否かにより発電を継続できる状態か否かを検出することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池の発電量制御装置。
8. 酸化ガス極と燃料ガス極との間のガス圧力差を検出するガス圧力差検出手段を有し、
   前記運転停止時に発電を継続する場合であっても、
   前記ガス圧力差の増加時には限界値以上となる直前に、前記パージ弁を開とし、発電は継続することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池の発電量制御装置。
9. 前記ガス圧力検出手段または前記ガス圧力差検出手段は、運転停止時のガス圧力を基にガス圧力またはガス圧力差を推定することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料電池の発電量制御装置。

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