JP4523981B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。
近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。
このような空気は、通常、コンプレッサから供給され、コンプレッサの回転速度（rpm）は、燃料電池に対しての発電要求量に基づいて制御される。すなわち、燃料電池に対しての発電要求量と、コンプレッサの回転速度とは比例関係にあり、発電要求量が大きくなると、カソードに大流量で空気を供給するべく、コンプレッサの回転速度は高められる。
ところで、コンプレッサが作動すると、その羽根車やボディ（筐体）が振動し、コンプレッサは、その回転速度に対応して、羽根車の位相及びボディ（筐体）の位相が略一致し、騒音・振動が所定値よりも大きくなる第１回転速度領域と、羽根車の位相及びボディの位相がずれ、騒音・振動が前記所定値以下となる第２回転速度領域と、を有する。
そして、従来、発電要求量に基づいて算出されたコンプレッサの指令回転速度が第１回転速度領域内であったとしても、この算出された指令回転速度でコンプレッサが制御されていたので、コンプレッサから発せられる騒音・振動が所定値よりも大きくなる場合があった。このような振動・騒音は、エンジンを搭載しない燃料電池自動車等では、特に顕著となっていた。
そして、従来、発電要求量に基づいて算出されたコンプレッサの指令回転速度が第１回転速度領域内であったとしても、この算出された指令回転速度でコンプレッサが制御されていたので、コンプレッサから発せられる騒音・振動が所定値よりも大きくなる場合があった。このような振動・騒音は、エンジンを搭載しない燃料電池自動車等では、特に顕著となっていた。
そこで、本発明は、コンプレッサの騒音・振動を抑制可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給すると共に、回転速度の上昇に伴って、騒音が所定値よりも大きくなる第１回転速度領域、及び、騒音が前記所定値以下となる第２回転速度領域を有するコンプレッサと、発電要求量に基づいて前記コンプレッサに指令する指令回転速度を算出し、当該コンプレッサを制御するコンプレッサ制御手段と、を備える燃料電池システムであって、前記コンプレッサ制御手段は、前記第１回転速度領域内の回転速度における前記コンプレッサの回転を禁止し、前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合、当該指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも上の第２回転速度領域の回転速度、又は、当該指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも下の第２回転速度領域の回転速度に変更することを特徴とする燃料電池システムである。
このような燃料電池システムによれば、コンプレッサ制御手段が、第１回転速度領域内の回転速度におけるコンプレッサの回転を禁止し、第１回転速度領域内の指令回転速度が算出された場合、指令回転速度を第１回転速度領域よりも上の第２回転速度領域、又は、指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも下の第２回転速度領域の回転速度、に変更する。これにより、コンプレッサの指令回転速度が第１回転速度領域内にならず、コンプレッサの騒音を所定値以下に低減でき、コンプレッサの騒音を抑制できる。
また、燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給すると共に、回転速度の上昇に伴って、振動が所定値よりも大きくなる第１回転速度領域、及び、振動が前記所定値以下となる第２回転速度領域を交互に有するコンプレッサと、発電要求量に基づいて前記コンプレッサに指令する指令回転速度を算出し、当該コンプレッサを制御するコンプレッサ制御手段と、を備える燃料電池システムであって、前記コンプレッサ制御手段は、前記第１回転速度領域内の回転速度における前記コンプレッサの回転を禁止し、前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合、当該指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも上の第２回転速度領域の回転速度、又は、当該指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも下の第２回転速度領域の回転速度に変更することを特徴とする燃料電池システムである。
このような燃料電池システムによれば、コンプレッサ制御手段が、第１回転速度領域内の回転速度におけるコンプレッサの回転を禁止し、第１回転速度領域内の指令回転速度が算出された場合、指令回転速度を第１回転速度領域よりも上の第２回転速度領域、又は、指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも下の第２回転速度領域の回転速度、に変更する。これにより、コンプレッサの指令回転速度が第１回転速度領域内にならず、コンプレッサの振動を所定値以下に低減でき、コンプレッサの振動を抑制できる。
また、前記燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、前記燃料電池の発電電力を充放電するバッテリと、前記バッテリのＳＯＣ（State Of Charge、充電状態）を検出するＳＯＣ検出手段と、前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御手段と、を備え、前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記ＳＯＣ検出手段が検出したＳＯＣが第１ＳＯＣ以上であるとき、前記コンプレッサ制御手段は前記指令回転速度を前記下の第２回転速度領域の回転速度に変更し、前記発電制御手段は前記燃料電池の発電電力を小さくし、前記バッテリ制御手段は前記燃料電池の不足電力を補うように前記バッテリを放電させ、前記ＳＯＣ検出手段が検出したＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でないとき、前記コンプレッサ制御手段は前記指令回転速度を前記上の第２回転速度領域の回転速度に変更し、前記発電制御手段は前記燃料電池の発電電力を大きくし、前記バッテリ制御手段は前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリに充電することを特徴とする燃料電池システムである。
このような燃料電池システムによれば、第１回転速度領域内の指令回転速度が算出された場合において、ＳＯＣ検出手段が検出したＳＯＣが第１ＳＯＣ以上であるとき、コンプレッサ制御手段が指令回転速度を下の第２回転速度領域の回転速度に変更するので、コンプレッサの騒音・振動を所定値以下にできる。これに対応して、発電制御手段が燃料電池の発電電力を小さくするので、燃料電池において酸化剤ガスが不足することを防止できる。そして、バッテリ制御手段が、燃料電池の不足電力を補うようにバッテリを放電させるので、発電要求量に対応した電力が、燃料電池及びバッテリから出力される。
一方、第１回転速度領域内の指令回転速度が算出された場合において、ＳＯＣ検出手段が検出したＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でないとき、コンプレッサ制御手段が指令回転速度を上の第２回転速度領域の回転速度に変更するので、コンプレッサの騒音・振動を所定値以下にできる。これに対応して、発電制御手段が燃料電池の発電電力を大きくするので、燃料電池に供給される酸化剤ガスが好適に消費される。そして、バッテリ制御手段が、燃料電池の余剰電力をバッテリに充電するので、発電要求量に対応した電力が、燃料電池及びバッテリから出力される。
また、前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記燃料電池が暖機中であるとき、前記コンプレッサ制御手段は、前記第１ＳＯＣを、当該第１ＳＯＣよりも大きい第２ＳＯＣに変更することを特徴とする燃料電池システムである。
このような燃料電池システムによれば、第１回転速度領域内の指令回転速度が算出された場合において燃料電池が暖機中であるとき、コンプレッサ制御手段が、第１ＳＯＣを、第１ＳＯＣよりも大きい第２ＳＯＣに変更するので、コンプレッサの指令回転速度が上の第２回転速度領域の回転速度に変更されやすくなる。これと共に、発電制御手段によって制御される燃料電池の発電電力が大きくなりやすくなる。そして、このように燃料電池の発電電力が大きくなると、発電に伴う自己発熱が大きくなり、燃料電池の暖機を促進できる。
また、前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記バッテリが暖機中であるとき、前記コンプレッサ制御手段は、前記第１ＳＯＣを、当該第１ＳＯＣよりも小さい第３ＳＯＣに変更することを特徴とする燃料電池システムである。
このような燃料電池システムによれば、第１回転速度領域内の指令回転速度が算出された場合においてバッテリが暖機中であるとき、コンプレッサ制御手段が、第１ＳＯＣを、第１ＳＯＣよりも小さい第３ＳＯＣに変更するので、コンプレッサの指令回転速度が下の第２回転速度領域の回転速度に変更されやすくなる。これと共に、バッテリ制御手段によって制御されるバッテリが放電しやすくなる。このようにバッテリが放電しやすくなると、放電に伴う自己発熱が大きくなり、バッテリの暖機を促進できる。
また、コンプレッサ制御手段は、システムの運転状態に基づいて、前記所定値を変更することを特徴とする燃料電池システムである。
このような燃料電池システムによれば、コンプレッサ制御手段が、システムの運転状態に基づいて、所定値を変更するので、第１回転速度領域及び第２回転速度領域を適切に設定できる。
なお、システムの運転状態とは、例えば、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載された構成である場合、車速に基づく騒音・振動や、運転者が選択した許容可能な騒音・振動のレベル（後記する実施形態ではノーマルモードの第１ＮＶ、スポーツモードの第２ＮＶ）に基づくものであり、外部からの騒音・振動が大きく、また、許容可能な騒音・振動が大きくなると、所定値は高めに変更される。
なお、システムの運転状態とは、例えば、燃料電池システムが燃料電池自動車に搭載された構成である場合、車速に基づく騒音・振動や、運転者が選択した許容可能な騒音・振動のレベル（後記する実施形態ではノーマルモードの第１ＮＶ、スポーツモードの第２ＮＶ）に基づくものであり、外部からの騒音・振動が大きく、また、許容可能な騒音・振動が大きくなると、所定値は高めに変更される。
また、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段を備え、前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、当該指令回転速度が変更されるとき、前記燃料ガス供給手段は、変更後の指令回転速度に対応して、燃料ガスの流量及び／又は圧力を変更することを特徴とする燃料電池システムである。
このような燃料電池システムによれば、第１回転速度領域内の指令回転速度が算出された場合において、指令回転速度が変更されるとき、燃料ガス供給手段が、変更後の指令回転速度に対応して、燃料ガスの流量及び／又は圧力を変更するので、燃料ガスを燃料電池に過不足なく供給できる。
本発明によれば、コンプレッサの騒音・振動を抑制可能な燃料電池システムを提供することができる。
本発明の一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系（燃料ガス供給手段）と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、アクセルペダル５１（Accelerator Pedal、ＡＰ）等と、これらを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系（燃料ガス供給手段）と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、アクセルペダル５１（Accelerator Pedal、ＡＰ）等と、これらを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル１１が積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セル１１は電気的に直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル１１が積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セル１１は電気的に直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がアノード流路１２（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。
そして、アノード流路１２を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１３を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セル１１で電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０と走行モータ４１（燃料電池自動車の動力源）等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ− …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（２）
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ− …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（２）
＜アノード系＞
アノード系は、水素が高圧で封入された水素タンク２１（燃料ガス源）と、常閉型の遮断弁２２と、減圧弁２３（レギュレータ）と、エゼクタ２６と、常閉型のパージ弁２７（燃料ガス排出弁）とを備えている。
アノード系は、水素が高圧で封入された水素タンク２１（燃料ガス源）と、常閉型の遮断弁２２と、減圧弁２３（レギュレータ）と、エゼクタ２６と、常閉型のパージ弁２７（燃料ガス排出弁）とを備えている。
水素タンク２１は、水素が高圧で封入されたタンクであり、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、減圧弁２３、配管２３ａ、エゼクタ２６、配管２６ａを介して、アノード流路１２の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ６０によって、遮断弁２２が開かれると、水素タンク２１の水素が配管２２ａ等を介してアノード流路１２に供給されるようになっている。
また、減圧弁２３には、コンプレッサ３１からカソード流路１３に向かう空気の圧力が、オリフィス２４が設けられた配管２４ａを介して、信号圧（パイロット圧）として入力されるようになっている。そして、減圧弁２３は、入力された空気の圧力に基づいて、水素の圧力を制御する構成となっている。
さらに、配管２４ａは、配管２５ａを介して、インジェクタ２５に接続されている。そして、インジェクタ２５は、リリーフ弁（調圧弁）として機能し、ＥＣＵ６０からの開指令に従って開くと、配管２５ａ及び配管２４ａの圧力、つまり、減圧弁２３に入力されるパイロット圧が下がるようになっている。すなわち、ＥＣＵ６０が、インジェクタ２５を制御することで、減圧弁２３に入力されるパイロット圧が変化し、これにより、減圧弁２３の二次側圧力、つまり、アノード流路１２における水素の圧力が制御されるようになっている。
アノード流路１２の出口は、配管２６ｂ（燃料ガス循環ライン）を介して、燃料電池スタック１０の上流のエゼクタ２６の吸込口に接続されている。これにより、アノード流路１２（アノード）から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスは、エゼクタ２６に戻され、その結果、水素が循環するようになっている。
なお、配管２６ｂには気液分離器（図示しない）が設けられており、この気液分離器によって、循環する水素に同伴する水分が分離されるようになっている。
なお、配管２６ｂには気液分離器（図示しない）が設けられており、この気液分離器によって、循環する水素に同伴する水分が分離されるようになっている。
配管２６ｂは、その途中で、配管２７ａ、パージ弁２７、配管２７ｂを介して、希釈器３４に接続されている。パージ弁２７は、燃料電池スタック１０の発電時において、配管２６ｂを循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ６０によって開かれる設定となっている。
なお、ＥＣＵ６０は、例えば、単セル１１の電圧を検出するセル電圧モニタ（図示しない）から入力される最低セル電圧が、所定最低セル電圧以下となった場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁２７を開く設定となっている。
なお、ＥＣＵ６０は、例えば、単セル１１の電圧を検出するセル電圧モニタ（図示しない）から入力される最低セル電圧が、所定最低セル電圧以下となった場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁２７を開く設定となっている。
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１と、流量センサ３２と、背圧弁３３と、希釈器３４とを備えている。
コンプレッサ３１は、配管３１ａを介してカソード流路１３の入口に接続されており、ＥＣＵ６０（コンプレッサ制御手段）から送られる指令回転速度に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、これをカソード流路１３に供給するようになっている。なお、コンプレッサ３１の回転速度は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、空気を大流量・高圧で供給するべく、高められる設定となっている。
カソード系は、コンプレッサ３１と、流量センサ３２と、背圧弁３３と、希釈器３４とを備えている。
コンプレッサ３１は、配管３１ａを介してカソード流路１３の入口に接続されており、ＥＣＵ６０（コンプレッサ制御手段）から送られる指令回転速度に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、これをカソード流路１３に供給するようになっている。なお、コンプレッサ３１の回転速度は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、空気を大流量・高圧で供給するべく、高められる設定となっている。
また、コンプレッサ３１は、ゴム製のマウント等（図示しない）を介して、燃料電池自動車のフレーム（図示しない）に固定されている。
さらに、コンプレッサ３１が燃料電池自動車及び運転者等の外部に発するＮＶ（Noise Vibration、騒音・振動）は、本実施形態では、図２に示すように、その回転速度の上昇に伴って、複数の凸凹状で増加した後、線形的に増加する傾向を有している。
さらに、コンプレッサ３１が燃料電池自動車及び運転者等の外部に発するＮＶ（Noise Vibration、騒音・振動）は、本実施形態では、図２に示すように、その回転速度の上昇に伴って、複数の凸凹状で増加した後、線形的に増加する傾向を有している。
図１に戻って説明を続ける。
流量センサ３２は、コンプレッサ３１からカソード流路１３に供給される空気の質量流量（ｇ／ｓ）を検出するセンサであり、配管３１ａに設けられている。そして、流量センサ３２は、検出した質量流量を、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。ただし、流量センサ３２の位置はこれに限定されず、例えば、コンプレッサ３１の吸気側に設けてもよい。また、流量センサ３２は、体積流量（Ｌ／ｓ）を検出するセンサでもよい。
流量センサ３２は、コンプレッサ３１からカソード流路１３に供給される空気の質量流量（ｇ／ｓ）を検出するセンサであり、配管３１ａに設けられている。そして、流量センサ３２は、検出した質量流量を、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。ただし、流量センサ３２の位置はこれに限定されず、例えば、コンプレッサ３１の吸気側に設けてもよい。また、流量センサ３２は、体積流量（Ｌ／ｓ）を検出するセンサでもよい。
配管３１ａには、カソード流路１３に向かう空気を加湿する加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分交換可能な中空糸膜を備えており、この中空糸膜を介して、カソード流路１３に向かう空気と、多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させるようになっている。
カソード流路１３の出口は、配管３３ａ、背圧弁３３、配管３３ｂを介して、希釈器３４に接続されている。そして、カソード流路１３（カソード）から排出された多湿のカソードオフガスは、配管３３ａ等を介して希釈器３４に排出され、希釈器３４は、カソードオフガスによって、配管２７ｂから導入されるアノードオフガス中の水素を希釈した後、配管３４ａを介して、車外に排出するようになっている。
背圧弁３３は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、その開度はＥＣＵ６０によって制御される。詳細には、アクセルペダル５１の踏み込み量が大きくなると、ＥＣＵ６０は、空気を高圧で供給するべく、背圧弁３３の開度を小さくする。
＜電力消費系＞
電力消費系は、走行モータ４１と、ＶＣＵ４２（Voltage Control Unit、電流制御手段）と、バッテリ４３（充放電装置）と、ＳＯＣセンサ４４（ＳＯＣ検出手段）とを備えている。走行モータ４１は、ＶＣＵ４２を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。バッテリ４３はＶＣＵ４２に接続されている。なお、走行モータ４１とＶＣＵ４２との間に配置されているインバータ（ＰＤＵ：Power Drive Unit）は省略している。
電力消費系は、走行モータ４１と、ＶＣＵ４２（Voltage Control Unit、電流制御手段）と、バッテリ４３（充放電装置）と、ＳＯＣセンサ４４（ＳＯＣ検出手段）とを備えている。走行モータ４１は、ＶＣＵ４２を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。バッテリ４３はＶＣＵ４２に接続されている。なお、走行モータ４１とＶＣＵ４２との間に配置されているインバータ（ＰＤＵ：Power Drive Unit）は省略している。
走行モータ４１は、燃料電池自動車の動力源となる外部負荷である。
ＶＣＵ４２は、ＥＣＵ６０から送られる指令電流に従って、燃料電池スタック１０の発電電力（出力電流、出力電圧）を制御（制限）する機器であり、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電子回路を備えている。すなわち、ＶＣＵ４２への指令電流が大きくなると、燃料電池スタック１０から取り出される電流が大きくなり、燃料電池スタック１０で消費される水素及び空気の消費量が多くなる。すなわち、燃料電池スタック１０の発電を制御する発電制御手段は、ＶＣＵ４２とＥＣＵ６０とを備えて構成されている。
ＶＣＵ４２は、ＥＣＵ６０から送られる指令電流に従って、燃料電池スタック１０の発電電力（出力電流、出力電圧）を制御（制限）する機器であり、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電子回路を備えている。すなわち、ＶＣＵ４２への指令電流が大きくなると、燃料電池スタック１０から取り出される電流が大きくなり、燃料電池スタック１０で消費される水素及び空気の消費量が多くなる。すなわち、燃料電池スタック１０の発電を制御する発電制御手段は、ＶＣＵ４２とＥＣＵ６０とを備えて構成されている。
また、ＶＣＵ４２は、ＥＣＵ６０からの指令に従ってバッテリ４３の電力を制御、つまり、バッテリ４３の充電／放電を制御する電子回路も備えている。すなわち、バッテリ４３の充放電を制御するバッテリ制御手段は、ＶＣＵ４２とＥＣＵ６０とを備えて構成されている。
バッテリ４３は、例えば、複数のリチウムイオン型の二次電池を備えて構成されている。
ＳＯＣセンサ４４は、バッテリ４３のＳＯＣ（充電状態）を検出するセンサであり、例えば、バッテリ４３の出力電圧を検出する電圧センサと、バッテリ４３に充放電される電流を検出する電流センサと、を備えている。そして、ＳＯＣセンサ４４は、検出した電圧と電流とに基づいて、バッテリ４３のＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣを、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
その他、ＳＯＣセンサ４４が、電圧及び電流をＥＣＵ６０に出力し、ＥＣＵ６０がＳＯＣを算出する構成でもよい。
その他、ＳＯＣセンサ４４が、電圧及び電流をＥＣＵ６０に出力し、ＥＣＵ６０がＳＯＣを算出する構成でもよい。
＜アクセルペダル等＞
アクセルペダル５１（Accelerator Pedal、ＡＰ）は、運転者が燃料電池自動車を加速させるために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセルペダル５１は、その踏み込み量（ＡＰ量）、つまり、運転者からの要求発電量をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
アクセルペダル５１（Accelerator Pedal、ＡＰ）は、運転者が燃料電池自動車を加速させるために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセルペダル５１は、その踏み込み量（ＡＰ量）、つまり、運転者からの要求発電量をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
車速センサ５２は、燃料電池自動車の車速（燃料電池システム１の運転状態）を検出するセンサであり、適所に設けられている。そして、車速センサ５２は、車速をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
モードセレクタ５３は、運転者が、燃料電池自動車（燃料電池システム１）の運転モードとして、ノーマルモード又はスポーツモード（いずれも燃料電池システム１の運転状態）を選択するためのセレクタであり、インストルメント・パネルに配置されている。そして、モードセレクタ５３は、選択されているノーマルモード又はスポーツモードに対応した信号をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
ノーマルモードとスポーツモードとでは、運転者が許容可能であるコンプレッサ３１のＮＶ（Noise Vibration、騒音・振動）の大きさが異なり、図２に示すように、スポーツモードにおいて運転者が許容可能な第１ＮＶ（所定値）は、ノーマルモードにおいて運転者が許容可能な第２ＮＶ（所定値）よりも高く設定されている。すなわち、ノーマルモードでは第１ＮＶよりも大きいＮＶが、スポーツモードでは第２ＮＶよりも大きいＮＶが、コンプレッサ３１で発生すると、燃料電池自動車の静粛性が低下し、運転者が不快に感じるようになっている。つまり、ノーマルモードにおいてコンプレッサ３１のＮＶが第１ＮＶ以下であり、スポーツモードにおいてコンプレッサ３１のＮＶが第２ＮＶ以下であれば、燃料電池自動車の静粛性は維持され、運転者が不快に感じないようになっている。
なお、このような第１ＮＶ、第２ＮＶは、コンプレッサ３１の仕様（定格出力等）、燃料電池自動車に対してのコンプレッサ３１のマウント状態等に関係し、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
なお、このような第１ＮＶ、第２ＮＶは、コンプレッサ３１の仕様（定格出力等）、燃料電池自動車に対してのコンプレッサ３１のマウント状態等に関係し、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
ここで、本実施形態に係るコンプレッサ３１が発するＮＶは、前記したように、回転速度の上昇に伴って、複数の凸凹状で増加した後、線形的に増加する（図２参照）。
そして、コンプレッサ３１は、ノーマルモードにおいて、その発するＮＶが第１ＮＶよりも大きくなる第１回転速度領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と、その発するＮＶが第１ＮＶ以下となる第２回転速度領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とを、回転速度の上昇に伴って交互に有している。これと同様に、コンプレッサ３１は、スポーツモードにおいても、その発するＮＶが第２ＮＶよりも大きくなる第１回転速度領域と、その発するＮＶが第２ＮＶ以下となる第２回転速度領域とを、回転速度の上昇に伴って交互に有している。
なお、図２では、ノーマルモードにおける第１回転速度領域と第２回転速度領域とを記載しており、スポーツモードにおける第１回転速度領域と第２回転速度領域とは省略している。
そして、コンプレッサ３１は、ノーマルモードにおいて、その発するＮＶが第１ＮＶよりも大きくなる第１回転速度領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と、その発するＮＶが第１ＮＶ以下となる第２回転速度領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とを、回転速度の上昇に伴って交互に有している。これと同様に、コンプレッサ３１は、スポーツモードにおいても、その発するＮＶが第２ＮＶよりも大きくなる第１回転速度領域と、その発するＮＶが第２ＮＶ以下となる第２回転速度領域とを、回転速度の上昇に伴って交互に有している。
なお、図２では、ノーマルモードにおける第１回転速度領域と第２回転速度領域とを記載しており、スポーツモードにおける第１回転速度領域と第２回転速度領域とは省略している。
また、燃料電池自動車の車速が増加すると、コンプレッサ３１以外からの走行音（タイヤ音、走行風音等）や、走行に伴う振動が増加するので、後記するように、車速に基づいて、第１ＮＶ及び第２ＮＶが補正され、ノーマルモード及びスポーツモードにおいて、第１回転速度領域及び第２回転速度領域が適切に設定されるようになっている。すなわち、車速が増加した場合、第１ＮＶ及び第２ＮＶが大きくなるように補正され、逆に、車速が減少した場合、第１ＮＶ及び第２ＮＶが小さくなるように補正される。
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ６０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。そして、ＥＣＵ６０は、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を適宜に制御するようになっている。
また、ＥＣＵ６０は、コンプレッサ３１の第１回転速度領域及び第２回転速度領域を適宜に設定する機能を備えている。
ＥＣＵ６０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。そして、ＥＣＵ６０は、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を適宜に制御するようになっている。
また、ＥＣＵ６０は、コンプレッサ３１の第１回転速度領域及び第２回転速度領域を適宜に設定する機能を備えている。
さらに、ＥＣＵ６０は、第１回転速度領域内の指令回転速度が算出された場合、現在のＳＯＣと、第１ＳＯＣ、第２ＳＯＣ及び第３ＳＯＣのいずれかの基準値とに基づいて、指令回転速度を上げる、又は、下げるか判定する機能を備えている。第１〜第３ＳＯＣは、燃料電池スタック１０の補助及び回生電力の充電を考慮して設定される。
詳細には、第１ＳＯＣは、通常運転時に使用される基準値であり、例えば５０％に設定される。
第２ＳＯＣは、燃料電池スタック１０の暖機中に使用される基準値であり、バッテリ４３を放電させず、燃料電池スタック１０の発電電力を増加させるように、第１ＳＯＣよりも大きい基準値、例えば８０％に設定される。つまり、燃料電池スタック１０の暖機中、基準値は、第１ＳＯＣから第２ＳＯＣに変更される。
第３ＳＯＣはバッテリ４３の暖機中に使用される基準値であり、バッテリ４３の放電が増加するように、第１ＳＯＣよりも小さい基準値、例えば３０％に設定される。つまり、バッテリ４３の暖機中、基準値は第１ＳＯＣから第３ＳＯＣに変更される。
なお、このような第１〜第３ＳＯＣは、燃料電池スタック１０及びバッテリ４３の仕様に関係し、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。ただし、第１〜第３ＳＯＣは、これら値に限定されず、適宜変更してよい。
第２ＳＯＣは、燃料電池スタック１０の暖機中に使用される基準値であり、バッテリ４３を放電させず、燃料電池スタック１０の発電電力を増加させるように、第１ＳＯＣよりも大きい基準値、例えば８０％に設定される。つまり、燃料電池スタック１０の暖機中、基準値は、第１ＳＯＣから第２ＳＯＣに変更される。
第３ＳＯＣはバッテリ４３の暖機中に使用される基準値であり、バッテリ４３の放電が増加するように、第１ＳＯＣよりも小さい基準値、例えば３０％に設定される。つまり、バッテリ４３の暖機中、基準値は第１ＳＯＣから第３ＳＯＣに変更される。
なお、このような第１〜第３ＳＯＣは、燃料電池スタック１０及びバッテリ４３の仕様に関係し、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。ただし、第１〜第３ＳＯＣは、これら値に限定されず、適宜変更してよい。
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作について、図３を主に参照して説明する。
なお、初期状態において、ＶＣＵ４２は、アクセルペダル５１の踏み込み量（発電要求量）に応じて制御され、燃料電池スタック１０は発電している。
次に、燃料電池システム１の動作について、図３を主に参照して説明する。
なお、初期状態において、ＶＣＵ４２は、アクセルペダル５１の踏み込み量（発電要求量）に応じて制御され、燃料電池スタック１０は発電している。
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ６０は、アクセルペダル５１の踏み込み量（ＡＰ量）と、図４のマップとに基づいて、コンプレッサ３１に指令する指令回転速度を算出する。図４のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。図４に示すように、アクセルペダル５１の踏み込み量が大きくなると、指令回転速度が高くなる関係となっている。
また、ＥＣＵ６０は、アクセルペダル５１の踏み込み量（ＡＰ量）と、図４のマップとに基づいて、アノード流路１２における目標水素圧力、カソード流路１３における目標空気圧力、ＶＣＵ４２に指令する指令電流を算出する。図４に示すように、アノード流路１２における目標水素圧力、カソード流路１３における目標空気圧力は、アクセルペダル５１の踏み込み量が大きくなると、高くなる関係となっている。また、ＥＣＵ６０がＶＣＵ４２に指令する指令電流、つまり、燃料電池スタック１０から取り出す電流も、アクセルペダル５１の踏み込み量が大きくなると、大きくなる関係となっている。
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出した指令回転速度が、所定回転速度（図２参照）以上であるか否か判定する。
所定回転速度は、図２示すように、コンプレッサ３１のＮＶが線形的に増加する領域内の回転速度であって、このような領域の指令回転速度に対して、後記するステップＳ１０７〜Ｓ１２０の処理を行い、指令回転速度を下げ、指令電流を小さくしてしまうと、アクセルペダル５１の踏み込み量（発電要求量）に対して、燃料電池スタック１０の電力が小さくなりすぎ、不足電力を補うべく、バッテリ４３を放電させたとしても、発電要求量に対応した電力が出力されず、燃料電池自動車の走行等に支障が発生する虞のある回転速度に設定される。なお、このような所定回転速度は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
所定回転速度は、図２示すように、コンプレッサ３１のＮＶが線形的に増加する領域内の回転速度であって、このような領域の指令回転速度に対して、後記するステップＳ１０７〜Ｓ１２０の処理を行い、指令回転速度を下げ、指令電流を小さくしてしまうと、アクセルペダル５１の踏み込み量（発電要求量）に対して、燃料電池スタック１０の電力が小さくなりすぎ、不足電力を補うべく、バッテリ４３を放電させたとしても、発電要求量に対応した電力が出力されず、燃料電池自動車の走行等に支障が発生する虞のある回転速度に設定される。なお、このような所定回転速度は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
そして、ステップＳ１０１で算出した指令回転速度が所定回転速度以上であると判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０６に進む。一方、ステップＳ１０１で算出した指令回転速度が所定回転速度以上でないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ６０は、基準ＮＶ（所定値）を選択し、補正する。基準ＮＶとは、図２に示すように、コンプレッサ３１の回転速度領域を、第１回転速度領域と第２回転速度領域とに、区分するための基準となるＮＶである。
具体的には、ＥＣＵ６０は、モードセレクタ５３から入力される信号に基づいて、現在、ノーマルモード及びスポーツモードのいずれが選択されているか判定する。そして、ノーマルモードが選択されていると判定した場合、基準ＮＶとして、第１ＮＶを選択する。一方、スポーツモードが選択されていると判定した場合、基準ＮＶとして、第２ＮＶを選択する。
具体的には、ＥＣＵ６０は、モードセレクタ５３から入力される信号に基づいて、現在、ノーマルモード及びスポーツモードのいずれが選択されているか判定する。そして、ノーマルモードが選択されていると判定した場合、基準ＮＶとして、第１ＮＶを選択する。一方、スポーツモードが選択されていると判定した場合、基準ＮＶとして、第２ＮＶを選択する。
次に、ＥＣＵ６０は、車速センサ５２から入力される車速に基づいて、基準ＮＶとして選択した第１ＮＶ又は第２ＮＶを補正する。具体的に例えば、現在の車速が基準車速（例えば２０（ｋｍ／ｈ））のときに補正値を０（ｄＢ）とし、現在の車速が、基準車速よりも大きくなるほど補正値をプラス方向に大きくし、基準車速より小さくなるほどマイナス方向に大きくして、第１ＮＶ又は第２ＮＶを補正する。
このようにして、基準ＮＶ（所定値）が、燃料電池システム１（燃料電池自動車）の運転状態に基づいて変更されることになる。
このようにして、基準ＮＶ（所定値）が、燃料電池システム１（燃料電池自動車）の運転状態に基づいて変更されることになる。
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ６０は、コンプレッサ３１の回転速度−ＮＶ曲線（図２参照）と、補正後の第１ＮＶ又は第２ＮＶとに基づいて、第１回転速度領域（図３では第１領域）及び第２回転速度領域（図３では第２領域）を設定する。具体的には、コンプレッサ３１のＮＶが、補正後の第１ＮＶ又は第２ＮＶよりも大きくなる領域を、第１回転速度領域として設定し、補正後の第１ＮＶ又は第２ＮＶ以下となる領域を、第２回転速度領域として設定する。
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された指令回転速度が、ステップＳ１０４で設定された第１回転速度領域内であるか否か判定する。
指令回転速度が第１回転速度領域内であると判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０７に進む。一方、指令回転速度が第１回転速度領域内でないと判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０６に進む。
指令回転速度が第１回転速度領域内であると判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０７に進む。一方、指令回転速度が第１回転速度領域内でないと判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ６０は、燃料電池システム１を通常に制御する。
具体的には、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された指令回転速度でコンプレッサ３１を回転させる。また、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された目標水素圧力となるようにインジェクタ２５を開閉して、減圧弁２３のパイロット圧力及び二次側圧力を制御する。さらに、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された目標空気圧力となるように、背圧弁３３の開度を制御する。そして、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された指令電流をＶＣＵ４２に出力し、ＶＣＵ４２が燃料電池スタック１０の出力電流を入力された指令電流に制御する。
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを経由して、スタートに戻る。
具体的には、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された指令回転速度でコンプレッサ３１を回転させる。また、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された目標水素圧力となるようにインジェクタ２５を開閉して、減圧弁２３のパイロット圧力及び二次側圧力を制御する。さらに、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された目標空気圧力となるように、背圧弁３３の開度を制御する。そして、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で算出された指令電流をＶＣＵ４２に出力し、ＶＣＵ４２が燃料電池スタック１０の出力電流を入力された指令電流に制御する。
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを経由して、スタートに戻る。
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ６０は、燃料電池スタック１０が暖機中であるか否か判定する。燃料電池スタック１０は暖機中であると判定した場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０８に進む。一方、燃料電池スタック１０は暖機中でないと判定した場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０９に進む。
燃料電池スタック１０が暖機中であるか否かの判定は、例えば、温度センサを配管２６ｂ及び／又は配管３３ａに設け、アノードオフガス及び／又はカソードオフガスの温度が、第１暖機完了温度（例えば３０〜４０℃）以上である場合、暖機は完了していると判定する構成とできる。その他、ＥＣＵ６０に内蔵されるクロックを利用して、燃料電池システム１の起動後、第１暖機完了時間（例えば３〜１０分）経過した場合、暖機は完了していると判定する構成としてもよい。このような構成において、第１暖機完了温度や第１暖機完了時間は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶される。
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ６０は、ＳＯＣセンサ４４から入力されるバッテリ４３の現在のＳＯＣが、第２ＳＯＣ（例えば８０％）以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが、第２ＳＯＣ以上であると判定した場合（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１２に進む。一方、現在のＳＯＣが第２ＳＯＣ以上でないと判定した場合（Ｓ１０８・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１７に進む。
現在のＳＯＣが、第２ＳＯＣ以上であると判定した場合（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１２に進む。一方、現在のＳＯＣが第２ＳＯＣ以上でないと判定した場合（Ｓ１０８・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１７に進む。
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ６０は、バッテリ４３が暖機中であるか否か判定する。バッテリ４３は暖機中であると判定した場合（Ｓ１０９・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１０に進む。一方、バッテリ４３は暖機中でないと判定した場合（Ｓ１０９・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１１に進む。
なお、ステップＳ１０７の処理と、ステップＳ１０９の処理とを逆にしてもよい。
なお、ステップＳ１０７の処理と、ステップＳ１０９の処理とを逆にしてもよい。
バッテリ４３が暖機中であるか否かの判定は、例えば、バッテリ４３に温度センサを取り付け、この温度センサが検出するバッテリ４３の温度が、第２暖機完了温度（例えば１０〜２０℃）以上である場合、暖機は完了していると判定する構成とできる。その他、その他、ＥＣＵ６０に内蔵されるクロックを利用して、燃料電池システム１の起動後、第２暖機完了時間（例えば３〜１０分）経過した場合、暖機は完了していると判定する構成としてもよい。このような構成において、第２暖機完了温度や第２暖機完了時間は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶される。
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ６０は、ＳＯＣセンサ４４から入力されるバッテリ４３の現在のＳＯＣが、第３ＳＯＣ（例えば３０％）以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが、第３ＳＯＣ以上であると判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１２に進む。一方、現在のＳＯＣが第３ＳＯＣ以上でないと判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１７に進む。
現在のＳＯＣが、第３ＳＯＣ以上であると判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１２に進む。一方、現在のＳＯＣが第３ＳＯＣ以上でないと判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１７に進む。
ステップＳ１１１において、ＥＣＵ６０は、ＳＯＣセンサ４４から入力されるバッテリ４３の現在のＳＯＣが、第１ＳＯＣ（例えば５０％）以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが、第１ＳＯＣ以上であると判定した場合（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１２に進む。一方、現在のＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でないと判定した場合（Ｓ１１１・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１７に進む。
現在のＳＯＣが、第１ＳＯＣ以上であると判定した場合（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１２に進む。一方、現在のＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でないと判定した場合（Ｓ１１１・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１７に進む。
＜指令回転速度を下げるケース＞
次に、ステップＳ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１１の判定結果がＹｅｓとなって進む、ステップＳ１１２を説明する。
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ６０は、第１回転速度領域内である指令回転速度を、その下の第２回転速度領域内の回転速度の上限値に変更し、これを指令回転速度とする。次いで、ＥＣＵ６０は、この指令回転速度でコンプレッサ３１を回転させる。すなわち、指令回転速度は下げられる。
これにより、コンプレッサ３１が発するＮＶは、基準ＮＶであって、ステップＳ１０３における補正後の第１ＮＶ又は第２ＮＶ以下となり、コンプレッサ３１のＮＶは抑制される。その結果、燃料電池自動車の静粛性は確保され、運転者が不快に感じることもない。
次に、ステップＳ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１１の判定結果がＹｅｓとなって進む、ステップＳ１１２を説明する。
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ６０は、第１回転速度領域内である指令回転速度を、その下の第２回転速度領域内の回転速度の上限値に変更し、これを指令回転速度とする。次いで、ＥＣＵ６０は、この指令回転速度でコンプレッサ３１を回転させる。すなわち、指令回転速度は下げられる。
これにより、コンプレッサ３１が発するＮＶは、基準ＮＶであって、ステップＳ１０３における補正後の第１ＮＶ又は第２ＮＶ以下となり、コンプレッサ３１のＮＶは抑制される。その結果、燃料電池自動車の静粛性は確保され、運転者が不快に感じることもない。
さらに、具体的に説明すると、例えば、ノーマルモードが選択され、ステップＳ１０３における車速に基づく補正値が０であって、基準ＮＶが第１ＮＶである場合において、ステップＳ１０１で算出された指令回転速度が第１回転速度領域Ａ２内であるとき（図２の符号Ｒ１）、この指令回転速度（Ｒ１）を、第１回転速度領域Ａ２の下の第２回転速度領域Ｂ２内の回転速度の上限値（図２の符号Ｒ２）に変更し、これを指令回転速度とする。そして、ＥＣＵ６０は、変更後の指令回転速度（Ｒ２）でコンプレッサ３１を回転させる。これにより、コンプレッサ３１が発するＮＶは、第１ＮＶ以下となる。
ステップＳ１１３において、ＥＣＵ６０は、流量センサ３２を介して、現在における空気の質量流量（ｇ／ｓ）を検出する。なお、ステップＳ１１２でコンプレッサ３１の指令回転速度を下げているので、質量流量は小さくなっている。
その他、コンプレッサ３１の回転速度に基づいて、質量流量を推定する構成としてもよい。
その他、コンプレッサ３１の回転速度に基づいて、質量流量を推定する構成としてもよい。
ステップＳ１１４において、ＥＣＵ６０は、現在における空気の質量流量（ｇ／ｓ）と、図５のマップとに基づいて、ＶＣＵ４２に指令する指令電流、つまり、燃料電池スタック１０の出力電流を変更（補正）する。次いで、ＥＣＵ６０は、変更後の指令電流をＶＣＵ４２に送り、この変更後の指令電流を燃料電池スタック１０から取り出す。なお、図５のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。また、図５に示すように、空気の質量流量が大きくなると、指令電流が線形的に大きくなる関係となっている。
ここで、前記したように、空気の質量流量は小さくなっているので、指令電流は、ステップＳ１０１で算出された値に対して、小さくなるように変更される。その結果、燃料電池スタック１０の発電電力は、アクセルペダル５１からの発電要求量に対して、不足した状態となる。
ここで、前記したように、空気の質量流量は小さくなっているので、指令電流は、ステップＳ１０１で算出された値に対して、小さくなるように変更される。その結果、燃料電池スタック１０の発電電力は、アクセルペダル５１からの発電要求量に対して、不足した状態となる。
ステップＳ１１５において、ＥＣＵ６０は、変更後の指令電流と、図４のマップとに基づいて、アノード流路１２における目標水素圧力と、カソード流路１３における目標空気圧力とを変更する。次いで、ＥＣＵ６０は、変更後の目標水素圧力、目標空気圧力となるように、インジェクタ２５、背圧弁３３を制御する。
ここで、指令電流は小さくなるように変更されているので、目標水素圧力及び目標空気圧力は、低くなるように変更（補正）される。なお、このように目標水素圧力が低くなると、アノード流路１２における水素流量が少なくなるように変更される。
ここで、指令電流は小さくなるように変更されているので、目標水素圧力及び目標空気圧力は、低くなるように変更（補正）される。なお、このように目標水素圧力が低くなると、アノード流路１２における水素流量が少なくなるように変更される。
ステップＳ１１６において、ＥＣＵ６０は、燃料電池スタック１０の不足電力を補うべく、バッテリ４３を放電させるように、ＶＣＵ４２を制御する。これにより、アクセルペダル５１から発電要求量に対応した電力が、燃料電池スタック１０及びバッテリ４３から走行モータ４１に供給され、燃料電池自動車は好適に走行する。
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを経由して、スタートに戻る。
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを経由して、スタートに戻る。
＜指令回転速度を上げるケース＞
次に、ステップＳ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１１の判定結果がＮｏとなって進む、ステップＳ１１７を説明する。
ステップＳ１１７において、ＥＣＵ６０は、第１回転速度領域内である指令回転速度を、その上の第２回転速度領域内の回転速度の下限値に変更し、これを指令回転速度とする。次いで、ＥＣＵ６０は、この指令回転速度でコンプレッサ３１を回転させる。すなわち、指令回転速度は上げられる。
これにより、コンプレッサ３１が発するＮＶは、基準ＮＶであって、ステップＳ１０３における補正後の第１ＮＶ又は第２ＮＶ以下となり、コンプレッサ３１のＮＶは抑制される。その結果、燃料電池自動車の静粛性は確保され、運転者が不快に感じることもない。
なお、図２に示す、最高速側の第１回転速度領域Ａ４内であって、所定回転速度以下の指令回転速度が算出されている場合、回転速度を上げることはできないので、指令回転速度を第２回転速度領域Ｂ４内に下げる。
次に、ステップＳ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１１の判定結果がＮｏとなって進む、ステップＳ１１７を説明する。
ステップＳ１１７において、ＥＣＵ６０は、第１回転速度領域内である指令回転速度を、その上の第２回転速度領域内の回転速度の下限値に変更し、これを指令回転速度とする。次いで、ＥＣＵ６０は、この指令回転速度でコンプレッサ３１を回転させる。すなわち、指令回転速度は上げられる。
これにより、コンプレッサ３１が発するＮＶは、基準ＮＶであって、ステップＳ１０３における補正後の第１ＮＶ又は第２ＮＶ以下となり、コンプレッサ３１のＮＶは抑制される。その結果、燃料電池自動車の静粛性は確保され、運転者が不快に感じることもない。
なお、図２に示す、最高速側の第１回転速度領域Ａ４内であって、所定回転速度以下の指令回転速度が算出されている場合、回転速度を上げることはできないので、指令回転速度を第２回転速度領域Ｂ４内に下げる。
さらに、具体的に説明すると、例えば、ノーマルモードが選択され、ステップＳ１０３における車速に基づく補正値が０であって、基準ＮＶが第１ＮＶである場合において、ステップＳ１０１で算出された指令回転速度が第１回転速度領域Ａ２内であるとき（図２の符号Ｒ１）、この指令回転速度（Ｒ１）を、第１回転速度領域Ａ２の上の第２回転速度領域Ｂ３内の回転速度の下限値（図２の符号Ｒ３）に変更し、これを指令回転速度とする。そして、ＥＣＵ６０は、変更後の指令回転速度（Ｒ３）でコンプレッサ３１を回転させる。これにより、コンプレッサ３１が発するＮＶは、第１ＮＶ以下となる。
ステップＳ１１８において、ＥＣＵ６０は、流量センサ３２を介して、現在における空気の質量流量（ｇ／ｓ）を検出する。なお、ステップＳ１１２でコンプレッサ３１の指令回転速度を上げているので、質量流量は大きくなっている。
ステップＳ１１９において、ＥＣＵ６０は、現在における空気の質量流量（ｇ／ｓ）と、図５のマップとに基づいて、ＶＣＵ４２に指令する指令電流、つまり、燃料電池スタック１０の出力電流を変更（補正）する。次いで、ＥＣＵ６０は、変更後の指令電流をＶＣＵ４２に送り、この変更後の指令電流を燃料電池スタック１０から取り出す。
ここで、前記したように、空気の質量流量は大きくなっているので、指令電流は、ステップＳ１０１で算出された値に対して、大きくなるように変更される。その結果、燃料電池スタック１０の発電電力は、アクセルペダル５１からの発電要求量に対して、過剰な状態となる。
ここで、前記したように、空気の質量流量は大きくなっているので、指令電流は、ステップＳ１０１で算出された値に対して、大きくなるように変更される。その結果、燃料電池スタック１０の発電電力は、アクセルペダル５１からの発電要求量に対して、過剰な状態となる。
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ６０は、変更後の指令電流と、図４のマップとに基づいて、アノード流路１２における目標水素圧力と、カソード流路１３における目標空気圧力とを変更する。次いで、ＥＣＵ６０は、変更後の目標水素圧力、目標空気圧力となるように、インジェクタ２５、背圧弁３３を制御する。
ここで、指令電流は大きくなるように変更されているので、目標水素圧力及び目標空気圧力は、高くなるように変更（補正）される。なお、このように目標水素圧力が高くなると、アノード流路１２における水素流量が多くなるように変更される。
ここで、指令電流は大きくなるように変更されているので、目標水素圧力及び目標空気圧力は、高くなるように変更（補正）される。なお、このように目標水素圧力が高くなると、アノード流路１２における水素流量が多くなるように変更される。
ステップＳ１２１において、ＥＣＵ６０は、燃料電池スタック１０の過剰電力をバッテリ４３に充電させるように、ＶＣＵ４２を制御する。これにより、アクセルペダル５１から発電要求量に対応した電力が、燃料電池スタック１０及びバッテリ４３から走行モータ４１に供給され、燃料電池自動車は好適に走行する。
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを経由して、スタートに戻る。
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを経由して、スタートに戻る。
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば、次の効果を得る。
第１回転速度領域内の指令回転速度でコンプレッサ３１が回転しないので、コンプレッサ３１のＮＶは抑制される。これにより、燃料電池自動車の静粛性は確保され、運転者が不快に感じることもない。
このような燃料電池システム１によれば、次の効果を得る。
第１回転速度領域内の指令回転速度でコンプレッサ３１が回転しないので、コンプレッサ３１のＮＶは抑制される。これにより、燃料電池自動車の静粛性は確保され、運転者が不快に感じることもない。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
前記した実施形態では、燃料電池スタック１０の余剰電力をバッテリ４３に充電する構成を例示したが、その他に例えば、余剰電力によって空調用のヒータや、その他機器を作動させる構成としてもよい。
前記した実施形態では、モードセレクタ５３からの入力信号に基づいて、ＥＣＵ６０が、基準ＮＶとして、第１ＮＶ（ノーマルモード）又は第２ＮＶ（スポーツモード）を選択する構成を例示したが、その他に例えば、ＥＣＵ６０が、アクセルペダル５１の踏み込み量の変化量（Δθ／ｔ）に基づいて、第１ＮＶ又は第２ＮＶを選択する構成でもよい。すなわち、この構成では、アクセルペダル５１の踏み込み量の変化量（Δθ／ｔ）が、所定変化量以上である場合、ＥＣＵ６０が、基準ＮＶとして、第２ＮＶを選択するように設定される。
前記した実施形態では、燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１に、本発明を適用した場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システム、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに適用してもよい。また、その他のシステムに適用してもよい。
１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１２ アノード流路（燃料ガス流路）
１３ カソード流路（酸化剤ガス流路）
２１ 水素タンク（燃料ガス供給手段）
２２ 遮断弁（燃料ガス供給手段）
２３ 減圧弁（燃料ガス供給手段）
２５ インジェクタ（燃料ガス供給手段）
３１ コンプレッサ
４１ 走行モータ（外部負荷）
４２ ＶＣＵ（発電制御手段、バッテリ制御手段）
４３ バッテリ
４４ ＳＯＣセンサ（ＳＯＣ検出手段）
６０ ＥＣＵ（コンプレッサ制御手段、発電制御手段、バッテリ制御手段）
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 第１回転速度領域
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３．Ｂ４ 第２回転速度領域
１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１２ アノード流路（燃料ガス流路）
１３ カソード流路（酸化剤ガス流路）
２１ 水素タンク（燃料ガス供給手段）
２２ 遮断弁（燃料ガス供給手段）
２３ 減圧弁（燃料ガス供給手段）
２５ インジェクタ（燃料ガス供給手段）
３１ コンプレッサ
４１ 走行モータ（外部負荷）
４２ ＶＣＵ（発電制御手段、バッテリ制御手段）
４３ バッテリ
４４ ＳＯＣセンサ（ＳＯＣ検出手段）
６０ ＥＣＵ（コンプレッサ制御手段、発電制御手段、バッテリ制御手段）
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 第１回転速度領域
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３．Ｂ４ 第２回転速度領域
Claims (6)
- 燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給すると共に、回転速度の上昇に伴って、騒音が所定値よりも大きくなる第１回転速度領域、及び、騒音が前記所定値以下となる第２回転速度領域を有するコンプレッサと、
発電要求量に基づいて前記コンプレッサに指令する指令回転速度を算出し、当該コンプレッサを制御するコンプレッサ制御手段と、
前記燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、
前記燃料電池の発電電力を充放電するバッテリと、
前記バッテリのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御手段と、
を備える燃料電池システムであって、
前記コンプレッサ制御手段は、前記第１回転速度領域内の回転速度における前記コンプレッサの回転を禁止し、
前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記ＳＯＣ検出手段が検出したＳＯＣが第１ＳＯＣ以上であるとき、前記コンプレッサ制御手段は前記指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも下の第２回転速度領域の回転速度に変更し、前記発電制御手段は前記燃料電池の発電電力を小さくし、前記バッテリ制御手段は前記燃料電池の不足電力を補うように前記バッテリを放電させ、
前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記ＳＯＣ検出手段が検出したＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でないとき、前記コンプレッサ制御手段は前記指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも上の第２回転速度領域の回転速度に変更し、前記発電制御手段は前記燃料電池の発電電力を大きくし、前記バッテリ制御手段は前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリに充電する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給すると共に、回転速度の上昇に伴って、振動が所定値よりも大きくなる第１回転速度領域、及び、振動が前記所定値以下となる第２回転速度領域を交互に有するコンプレッサと、
発電要求量に基づいて前記コンプレッサに指令する指令回転速度を算出し、当該コンプレッサを制御するコンプレッサ制御手段と、
前記燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、
前記燃料電池の発電電力を充放電するバッテリと、
前記バッテリのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御手段と、
を備える燃料電池システムであって、
前記コンプレッサ制御手段は、前記第１回転速度領域内の回転速度における前記コンプレッサの回転を禁止し、
前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記ＳＯＣ検出手段が検出したＳＯＣが第１ＳＯＣ以上であるとき、前記コンプレッサ制御手段は前記指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも下の第２回転速度領域の回転速度に変更し、前記発電制御手段は前記燃料電池の発電電力を小さくし、前記バッテリ制御手段は前記燃料電池の不足電力を補うように前記バッテリを放電させ、
前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記ＳＯＣ検出手段が検出したＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でないとき、前記コンプレッサ制御手段は前記指令回転速度を前記第１回転速度領域よりも上の第２回転速度領域の回転速度に変更し、前記発電制御手段は前記燃料電池の発電電力を大きくし、前記バッテリ制御手段は前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリに充電する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記燃料電池が暖機中であるとき、
前記コンプレッサ制御手段は、前記第１ＳＯＣを、当該第１ＳＯＣよりも大きい第２ＳＯＣに変更する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。 - 前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、前記バッテリが暖機中であるとき、
前記コンプレッサ制御手段は、前記第１ＳＯＣを、当該第１ＳＯＣよりも小さい第３ＳＯＣに変更する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。 - 前記コンプレッサ制御手段は、システムの運転状態に基づいて、前記所定値を変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段を備え、
前記第１回転速度領域内の前記指令回転速度が算出された場合において、当該指令回転速度が変更されるとき、
前記燃料ガス供給手段は、変更後の指令回転速度に対応して、燃料ガスの流量及び／又は圧力を変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
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