JP6927004B2

JP6927004B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法

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Publication number: JP6927004B2
Application number: JP2017235251A
Authority: JP
Inventors: 忍嶋崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-12-07
Also published as: CN109935868B; DE102018130864A1; US20190181468A1; US11063274B2; CN109935868A; JP2019102383A

Description

本開示は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。

従来、燃料電池と、燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサと、燃料電池に供給する酸化剤ガスが流通する供給流路と、を備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１）。エアコンプレッサは、酸化剤ガスの供給流路に配置されたインペラと、インペラを回転させるモータと、モータの配置される区域を供給流路から区分するハウジングと、ハウジングを貫通しモータの回転軸をインペラの回転軸に結合するシャフトと、を備える。また、ハウジング内においてオイルが用いられる場合がある。従来の技術では、燃料電池の始動時において、インペラの回転数またはバイパス流路に配置された調圧弁（バイパス調圧弁）の弁開度の少なくとも一方を制御している。これにより、ハウジング内のオイルが燃料電池に流入することを抑制している。

特開２０１７−１２６５４０号公報

上記の従来の技術において、バイパス調圧弁の弁開度を大きくした場合には、より多くの量の酸化剤ガスが供給流路から排出されるため、インペラ背面圧よりもハウジング内の圧力が高くなる場合がある。インペラ背面圧よりもハウジング内の圧力が高くなることで、ハウジング内のオイルが供給流路に漏れ出して燃料電池に流入するおそれがある。よって、ハウジング内のオイルが供給流路に漏れ出す可能性を低減できる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。
［形態１］燃料電池システムであって、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構と、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサを含む酸化剤ガス給排機構と、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を制御して、前記燃料電池スタックによる発電を制御する制御部と、を備え、前記酸化剤ガス給排機構は、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス給排流路と、前記酸化剤ガス給排流路のうちで前記エアコンプレッサよりも下流側に配置された調圧弁と、を有し、前記エアコンプレッサは、前記酸化剤ガス給排流路に配置され前記酸化剤ガスの吐出を行なうインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記モータを収容し、前記モータが配置される区域を前記インペラが配置された前記酸化剤ガス給排流路から区分するハウジングと、前記ハウジングを貫通し前記モータの回転軸を前記インペラの回転軸に結合するシャフトと、を有し、前記制御部は、前記燃料電池システムの動作中において、前記燃料電池スタックの要求発電量が変更された場合において、前記調圧弁の弁開度の低下と前記インペラの回転数の上昇との両方を行なう第１の操作において、前記調圧弁の弁開度の低下を行なった後に前記回転数の上昇を行なう第１の処理と、前記調圧弁の弁開度の上昇と前記回転数の低下との両方を行なう第２の操作において、前記回転数の低下を行なった後に前記調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する、燃料電池システム。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、第１の操作において、調圧弁の弁開度の低下を行なった後に回転数の上昇を行なう第１の処理と、第２の操作において、回転数の低下を行なった後に調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する。このため、第１の操作を行なう場合と第２の操作を行なう場合との少なくとも一方の場合において、酸化剤ガス給排流路のうちでインペラとハウジングとの間の空間内の圧力であるインペラ背面圧が負圧になることを抑制できる。これにより、ハウジング内のオイルが外部（酸化剤ガス給排流路）に漏れ出すことを抑制できる。
［形態２］燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構と、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサを含む酸化剤ガス給排機構と、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を制御して、前記燃料電池スタックによる発電を制御する制御部と、を備え、前記酸化剤ガス給排機構は、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス給排流路と、前記酸化剤ガス給排流路のうちで前記エアコンプレッサよりも下流側に配置された調圧弁と、を有し、前記エアコンプレッサは、前記酸化剤ガス給排流路に配置され前記酸化剤ガスの吐出を行なうインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記モータを収容し、前記モータが配置される区域を前記インペラが配置された前記酸化剤ガス給排流路から区分するハウジングと、前記ハウジングを貫通し前記モータの回転軸を前記インペラの回転軸に結合するシャフトと、を有し、前記制御部は、前記燃料電池システムの動作中において、前記燃料電池スタックの要求発電量が変更された場合において、前記調圧弁の弁開度の低下と前記インペラの回転数の上昇との両方を行なう第１の操作において、前記調圧弁の弁開度の低下を行なった後に前記回転数の上昇を行なう第１の処理と、前記調圧弁の弁開度の上昇と前記回転数の低下との両方を行なう第２の操作において、前記回転数の低下を行なった後に前記調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する、燃料電池システムの制御方法。この形態の燃料電池システムの制御方法によれば、制御部は、第１の操作において、調圧弁の弁開度の低下を行なった後に回転数の上昇を行なう第１の処理と、第２の操作において、回転数の低下を行なった後に調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する。このため、第１の操作を行なう場合と第２の操作を行なう場合との少なくとも一方の場合において、インペラ背面圧が負圧になることを抑制できる。これにより、ハウジング内のオイルが外部（酸化剤ガス給排流路）に漏れ出すことを抑制できる。

（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。この形態の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構と、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサを含む酸化剤ガス給排機構と、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を制御して、前記燃料電池スタックによる発電を制御する制御部と、を備える。前記酸化剤ガス給排機構は、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス給排流路と、前記酸化剤ガス給排流路のうちで前記エアコンプレッサよりも下流側に配置された調圧弁と、を有し、前記エアコンプレッサは、前記酸化剤ガス給排流路に配置され前記酸化剤ガスの吐出を行なうインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記モータを収容し、前記モータが配置される区域を前記インペラが配置された前記酸化剤ガス給排流路から区分するハウジングと、前記ハウジングを貫通し前記モータの回転軸を前記インペラの回転軸に結合するシャフトと、を有し、前記制御部は、前記調圧弁の弁開度の低下と前記インペラの回転数の上昇との両方を行なう第１の操作において、前記調圧弁の弁開度の低下を行なった後に前記回転数の上昇を行なう第１の処理と、前記調圧弁の弁開度の上昇と前記回転数の低下との両方を行なう第２の操作において、前記回転数の低下を行なった後に前記調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、第１の操作において、調圧弁の弁開度の低下を行なった後に回転数の上昇を行なう第１の処理と、第２の操作において、回転数の低下を行なった後に調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する。このため、第１の操作を行なう場合と第２の操作を行なう場合との少なくとも一方の場合において、酸化剤ガス給排流路のうちでインペラとハウジングとの間の空間内の圧力であるインペラ背面圧が負圧になることを抑制できる。これにより、ハウジング内のオイルが外部（酸化剤ガス給排流路）に漏れ出すことを抑制できる。

（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記第１の操作において、前記酸化剤ガス給排流路のうちで前記インペラと前記ハウジングとの間の空間内の圧力であるインペラ背面圧が負圧になるか否かに関わらず、第１の処理を実行し、前記第２の操作において、前記インペラ背面圧が負圧になるか否かに関わらず、第２の処理を実行してもよい。この燃料電池システムによれば、インペラ背面圧が負圧になるか否かを判定することなく第１の処理および第２の処理を実行するか否かを判断することが可能である。このため、制御部による制御が複雑になる可能性を低減できる。

（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、予め求められたデータであって、前記酸化剤ガス給排流路のうちで、前記インペラと前記ハウジングとの間の空間内の圧力であるインペラ背面圧が負圧になる前記調圧弁の弁開度と前記インペラの回転数の低下との組み合わせである動作点を示すデータを用いて、前記インペラ背面圧が負圧になるか否かを判定し、前記第１の操作において、少なくとも前記回転数の上昇を先に実行した場合に、前記インペラ背面圧が負圧になる場合には、前記第１の処理を実行し、前記第２の操作において、少なくとも前記弁開度の上昇を先に実行した場合に、前記インペラ背面圧が負圧になる場合には、前記第２の処理を実行してもよい。この燃料電池システムによれば、負圧が発生する可能性がない場合において、調圧弁とエアコンプレッサの制御の自由度を高めることができる。

（４）本開示の他の形態によれば、燃料電池システムの制御方法が提供される。燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構と、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサを含む酸化剤ガス給排機構と、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を制御して、前記燃料電池スタックによる発電を制御する制御部と、を備える。前記酸化剤ガス給排機構は、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス給排流路と、前記酸化剤ガス給排流路のうちで前記エアコンプレッサよりも下流側に配置された調圧弁と、を有し、前記エアコンプレッサは、前記酸化剤ガス給排流路に配置され前記酸化剤ガスの吐出を行なうインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記モータを収容し、前記モータが配置される区域を前記インペラが配置された前記酸化剤ガス給排流路から区分するハウジングと、前記ハウジングを貫通し前記モータの回転軸を前記インペラの回転軸に結合するシャフトと、を有し、前記制御部は、前記調圧弁の弁開度の低下と前記インペラの回転数の上昇との両方を行なう第１の操作において、前記調圧弁の弁開度の低下を行なった後に前記回転数の上昇を行なう第１の処理と、前記調圧弁の弁開度の上昇と前記回転数の低下との両方を行なう第２の操作において、前記回転数の低下を行なった後に前記調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する。この形態の燃料電池システムの制御方法によれば、制御部は、第１の操作において、調圧弁の弁開度の低下を行なった後に回転数の上昇を行なう第１の処理と、第２の操作において、回転数の低下を行なった後に調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する。このため、第１の操作を行なう場合と第２の操作を行なう場合との少なくとも一方の場合において、インペラ背面圧が負圧になることを抑制できる。これにより、ハウジング内のオイルが外部（酸化剤ガス給排流路）に漏れ出すことを抑制できる。

なお、本開示は、上記の燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法以外の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制御用プログラムや燃料電池システムを備えた燃料電池車両等の形態で実現することができる。

第１実施形態に係る燃料電池システムの概略図。第１実施形態に係る燃料電池システムが備えるエアコンプレッサの模式図。エアコンプレッサの性能特性を示すコンプレッサマップ。動作点と負圧領域との関係を示す図。第１実施形態に係る燃料電池システムの制御部が実行する動作点変更処理のフローチャート。第２実施形態に係る燃料電池システムの制御部が実行する動作点変更処理のフローチャート。動作点と負圧領域との関係を示す第２の図。

Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る燃料電池システム１００の概略図である。本実施形態において、燃料電池システム１００は、燃料ガス（アノードガス）と酸化剤ガス（カソードガス）との反応によって発電する。燃料電池システム１００は、例えば、燃料電池車両に搭載され、駆動用モータを駆動させる発電装置として用いられる。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック２０と、酸化剤ガス給排機構５０と、燃料ガス供給機構６０と、冷媒循環機構７０と、制御部９０を備える。冷媒循環機構７０は、燃料電池スタック２０に接続され、冷媒（例えば水）を流通させる冷媒循環流路７１や冷媒を送り出すポンプ（図示しない）を有する。

燃料電池スタック２０は、燃料電池単セル（図示しない）が複数積層されたスタック構造を有する。本実施形態において、燃料電池スタック２０を構成する燃料電池単セルは、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子型の燃料電池である。燃料電池スタック２０は、冷媒循環機構７０によって適切な温度に調整されている。

燃料ガス供給機構６０は、燃料電池スタック２０に燃料ガスである水素を供給する機能を有する。燃料ガス供給機構６０は、水素タンク６１と燃料ガス流路６２と水素ポンプ６５と気液分離器６６とを備える。水素タンク６１は、燃料ガスを貯蔵するための高圧タンクであり、調圧弁６８を開状態とすることで燃料ガスを排出する。燃料ガス流路６２は、燃料ガスを流通させるための流路であり、燃料ガス供給流路６３と燃料ガス循環流路６４とを有する。燃料ガス供給流路６３は、燃料ガスを燃料電池スタック２０に供給するための流路であり、水素タンク６１と燃料電池スタック２０とを接続する流路である。燃料ガス供給流路６３の途中には、燃料ガス循環流路６４が接続されている。燃料ガス循環流路６４は、燃料電池スタック２０の内部を通過した未反応の燃料ガスを回収し、燃料電池スタック２０に再度供給するための流路である。燃料ガス循環流路６４の途中には、燃料ガスを送り出すための水素ポンプ６５と燃料ガスと燃料ガス中に含まれる液水とを分離するための気液分離器６６が配置されている。燃料ガス中に含まれる液水は、燃料電池スタック２０における電気化学反応によって生成される生成水である。気液分離器６６によって分離された液水は、開閉弁６７を開状態とすることで外部へと排出される。

酸化剤ガス給排機構５０は、燃料電池スタック２０に酸化剤ガスである空気を供給すると共に、燃料電池スタック２０から排出される酸化剤ガスを外部に排出する機能を有する。酸化剤ガス給排機構５０は、酸化剤ガスが流通する流路である酸化剤ガス給排流路５１と、調圧弁ユニット５５と、エアコンプレッサ２００と、酸化剤ガス給排流路５１の途中に配置された複数のセンサ３０１〜３０４と、を備える。酸化剤ガス給排流路５１は、酸化剤ガス供給流路５２と酸化剤ガス排出流路５３とバイパス流路５４とを有する。酸化剤ガス供給流路５２と酸化剤ガス排出流路５３は、それぞれ燃料電池スタック２０に接続された配管である。エアコンプレッサ２００は、酸化剤ガス供給流路５２の途中に配置され、酸化剤ガスを燃料電池スタック２０へ吐出する。酸化剤ガス排出流路５３は、エアコンプレッサ２００から吐出された酸化剤ガスを外部へと排出する。バイパス流路５４は、酸化剤ガス供給流路５２と酸化剤ガス排出流路５３とを燃料電池スタック２０を介さずに連通させる流路である。なお、調圧弁ユニット５５は、課題を解決するための手段に記載された「調圧弁」に対応する。

エアコンプレッサ２００は、モータ１３０によりインペラの回転数（以下では、単にエアコンプレッサ２００の回転数とも記載する）を変化させる。本実施形態において、エアコンプレッサ２００は、インペラの回転によって生じた遠心力で空気を圧縮する遠心式エアコンプレッサである。エアコンプレッサ２００から吐出される酸化剤ガスの量とエアコンプレッサ２００の出口側圧力は、エアコンプレッサ２００の回転数と、エアコンプレッサ２００の下流側の流路抵抗とによって決定される。エアコンプレッサ２００の詳細な説明は後述する。

調圧弁ユニット５５は、複数の調圧弁５５１〜５５３を有している。調圧弁ユニット５５は、調圧弁５５１〜５５３の弁開度をそれぞれ段階的に調整することによって、酸化剤ガス給排流路５１のうちエアコンプレッサ２００より下流側（具体的には、エアコンプレッサ２００と調圧弁ユニット５５の間）の流路抵抗を調整する。エアコンプレッサ２００の下流側における流路抵抗の変化に応じて、エアコンプレッサ２００から吐出される酸化剤ガスに付与される圧力である出口側圧力が変化する。例えば、エアコンプレッサ２００の回転数が一定の場合において、調圧弁ユニット５５の弁開度を調整して流路抵抗が低下した場合には、出口側圧力は低下する。また例えば、エアコンプレッサ２００の回転数が一定の場合において、調圧弁ユニット５５の弁開度を調整して流路抵抗が上昇した場合には、出口側圧力は上昇する。つまり、本実施形態において、流路抵抗の上昇及び低下は、エアコンプレッサ２００の回転数を一定にした場合における出口側圧力の上昇及び低下に対応している。以下では、調圧弁ユニット５５に含まれる調圧弁５５１〜５５３の弁開度の組み合わせを、調圧弁ユニット５５の弁開度と記載する。調圧弁ユニット５５の弁開度の変更に応じて出口側圧力が変更された場合には、エアコンプレッサ２００に吸入される酸化剤ガスの流量および吐出される酸化剤ガスの流量（吐出流量）が変化する。具体的には、調圧弁ユニット５５の弁開度に応じて出口側圧力が上昇した場合には、酸化剤ガスの吐出流量は減少する。また、調圧弁ユニット５５の弁開度に応じて出口側圧力が低下した場合には、酸化剤ガスの吐出流量は増加する。

本実施形態において、調圧弁ユニット５５が有する調圧弁５５１〜５５３は、それぞれ役割の異なる３つの弁機構である第１の調圧弁５５１と第２の調圧弁５５２と第３の調圧弁５５３とである。第１の調圧弁５５１は、酸化剤ガス供給流路５２に配置され、酸化剤ガス供給流路５２の流路抵抗を調整している。第３の調圧弁５５３は、酸化剤ガス排出流路５３に配置され、酸化剤ガス排出流路５３の流路抵抗を調整している。第１の調圧弁５５１と第３の調圧弁５５３は、流路抵抗の調整により、燃料電池スタック２０へと供給される酸化剤ガスの量を調整する。第２の調圧弁５５２は、バイパス流路５４に配置され、バイパス流路５４の流路抵抗を調整することで、バイパス流路５４へ流入する酸化剤ガスの量を調整する。また、第１から第３の調圧弁５５１〜５５３は、流路抵抗を調整することによって、エアコンプレッサ２００の吐出流量と出口側圧力を調整する。調圧弁ユニット５５を構成する各調圧弁５５１、５５２、５５３は、例えば、電磁弁や電動弁である。具体的には、調圧弁５５１〜５５３として、バタフライバルブやグローブバルブを用いることができる。本実施形態において、調圧弁ユニット５５は３つの調圧弁５５１〜５５３を有しているが、これに限定されない。調圧弁ユニット５５が有する調圧弁は、４つ以上の調圧弁であってもよく、２つ以下であってもよい。

複数のセンサ３０１〜３０４は、第１の圧力センサ３０１と、第２の圧力センサ３０２と、エアフロメータ３０３と、温度センサ３０４と、を含む。第１の圧力センサ３０１は、酸化剤ガス供給流路５２のうちエアコンプレッサ２００より上流側に配置されている。第２の圧力センサ３０２および温度センサ３０４は、酸化剤ガス供給流路５２のうちエアコンプレッサ２００より下流側、かつ、調圧弁ユニット５５より上流側に配置されている。第１の圧力センサ３０１は、エアコンプレッサ２００によって吸引される空気の圧力、本実施形態において、大気圧を計測する。第２の圧力センサ３０２は、エアコンプレッサ２００の出口側圧力を計測する。温度センサ３０４は、エアコンプレッサ２００から吐出される酸化剤ガスの温度を計測する。エアフロメータ３０３は、エアコンプレッサ２００によって吸入される酸化剤ガスの流量を計測する。

制御部９０は、ＣＰＵとメモリとを含み、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を制御して、燃料電池スタック２０による発電を制御する。例えば、制御部９０は、燃料電池スタック２０の要求発電量に応じて、エアコンプレッサ２００と調圧弁ユニット５５とを制御する。また、制御部９０は、複数のセンサ３０１〜３０４の計測結果を受信する。

図２は、第１実施形態に係る燃料電池システム１００が備えるエアコンプレッサ２００の模式図である。エアコンプレッサ２００は、インペラ部１２０と、モータ部１６０と、モータ部１６０を収容するための筐体であるハウジング１７０と、オイル循環機構１９０と、を備える。オイル循環機構１９０は、モータ部１６０の冷却および潤滑のために、オイルをモータ部１６０へと供給し、供給後のオイルを回収する。オイルの一部は、モータ部１６０と共にハウジング１７０内に収容されている。

インペラ部１２０は、酸化剤ガスの吐出を行なうインペラ１２１と、インペラ１２１を収容するインペラ収容部１２２と、を有している。インペラ収容部１２２は、酸化剤ガス供給流路５２の一部を形成している。インペラ１２１が回転することにより、酸化剤ガス供給流路５２の上流側からインペラ収容部１２２に吸入された酸化剤ガスは、インペラ収容部１２２内で圧縮され、酸化剤ガス供給流路５２の下流側へと吐出される。

モータ部１６０は、モータ１３０と、一対のベアリング１４１と、ベアリングホルダ１４０と、を有する。モータ１３０は、シャフト１３１と、表面に磁石を有するロータ１３２と、ステータ１３４と、を有する。モータ１３０は、インペラ１２１を回転させる。モータ部１６０は、シャフト１３１の一端部が外部に突出した状態で、ハウジング１７０内のモータ収容部１７３に収容されている。シャフト１３１は、ハウジング１７０を貫通しモータ１３０の回転軸をインペラ１２１の回転軸に結合する。ロータ１３２は、シャフト１３１と一体に形成されている。ステータ１３４は、コイル１３３を有し、シャフト１３１を中心としたロータ１３２の周囲に配置されている。ステータ１３４は、電力が供給されることによって、ロータ１３２を回転させる。ロータ１３２が回転することにより、シャフト１３１とシャフト１３１に接続されたインペラ１２１とが回転する。一対のベアリング１４１は、ロータ１３２を軸方向に挟むように配置され、シャフト１３１を回転自在に支持している。ベアリングホルダ１４０は、ベアリング１４１の周囲を覆うように配置され、ベアリング１４１を支持している。本実施形態において、ベアリング１４１は、ボールベアリングである。

シャフト１３１のインペラ１２１が接続されている側の端部は、ハウジング１７０の一壁部１７１に形成された貫通孔１７２を介して、ハウジング１７０の外部（インペラ収容部１２２）に突出している。ハウジング１７０の内部側における貫通孔１７２の周囲には、メカニカルシール１５０が配置されている。メカニカルシール１５０は、貫通孔１７２を封止するように配置され、インペラ部１２０とモータ部１６０との間における液体の流通を抑制する。本実施形態において、メカニカルシール１５０は、シャフト１３１に接続されシャフト１３１の回転に伴って回転する回転環と、ハウジング１７０の一壁部１７１に固定された固定環と、を有している。

ハウジング１７０は、モータ１３０が配置された区域であるモータ収容部１７３をインペラ１２１が配置された区域であるインペラ収容部１２２から区分する。ハウジング１７０は、ハウジング１７０の外部とモータ収容部１７３とで気体の流通を可能にするための換気部１８０を有する。換気部１８０は、ハウジング１７０の外部とモータ収容部１７３とを、連通状態から非連通状態、もしくは、非連通状態から連通状態、に切り替える弁機構である換気弁１８１を有している。換気弁１８１は、モータ収容部１７３内の圧力が大気圧以上になると、モータ収容部１７３からの圧力を受けて自動的に開弁状態になる開閉弁である。これにより、換気部１８０は、モータ収容部１７３内の圧力が大気圧より高くなることを抑制する。換気弁１８１が開状態になる場合としては、例えば、モータ１３０を回転させるための電力が供給された際の発熱に伴ってモータ収容部１７３内の温度が上昇し、圧力が上昇する場合である。なお、本実施形態において、ハウジング１７０には換気弁１８１を有する換気部１８０が設けられているが、これに限定されない。例えば、換気部１８０は、換気弁１８１を有していなくてもよい。また、ハウジング１７０が密閉された筐体でない場合には、必ずしも換気部１８０が設けられている必要はない。これらの場合であっても、モータ収容部１７３の内側と外側（大気）との間で気体の流通が可能であるので、一時的にモータ収容部１７３内の圧力が上昇した場合であっても、モータ収容部１７３内の圧力は大気圧まで低下する。

オイル循環機構１９０は、オイルポンプ１９１と、オイルクーラ１９２と、オイル流路１９３と、を有する。オイル流路１９３は、オイルを流通させるための流路であり、ハウジング１７０の壁内およびハウジング１７０内を通るように形成されている。オイル流路１９３は、オイルをモータ部１６０の各要素へと供給するための開口である供給孔１９４〜１９７を有している。供給孔１９４〜１９７は、エアコンプレッサ２００が通常に使用されている状態（以下では、単に「使用状態」とも記載する）において、シャフト１３１より上側に形成されている。具体的には、供給孔１９４、１９７は、ベアリング１４１より上側であり、ベアリング１４１へとオイルを供給する。供給孔１９５、１９６は、ステータ１３４より上側に形成され、ステータ１３４へとオイルを供給する。オイルを吐出すためのオイルポンプ１９１とオイルを冷却するためのオイルクーラ１９２は、オイル流路１９３の途中に配置されている。本実施形態において、オイルポンプ１９１とオイルクーラ１９２は、ハウジング１７０の外部から取り付けられている。オイルは、オイルポンプ１９１からオイルクーラ１９２へと吐出される。オイルクーラ１９２によって冷却されたオイルは、供給孔１９４〜１９７へと移動する。オイルは、供給孔１９４〜１９７からモータ部１６０の各要素へと滴下され、重力に従って、モータ収容部１７３の底面側へと移動する。モータ収容部１７３の底面側へと移動したオイルは、モータ収容部１７３に一時的に留まった後、オイルポンプ１９１へ吸入され吐出される。オイルによる潤滑は、他の潤滑方法（例えばグリス潤滑）と比べて、モータ１３０の回転数を高くした際の発熱や摩擦をより低減できる。また、潤滑に用いるオイルは、モータ１３０の回転によって発熱したモータ部１６０を冷却するための冷却用オイルとしても用いられる。このため、モータ部１６０の高温化が抑制される。モータ部１６０、特にロータ１３２の温度上昇が抑制されるので、ロータ１３２の磁力の低下が抑制され、エアコンプレッサ２００の性能の低下を抑制できる。本実施形態において、オイルは、潤滑と冷却の両方に用いられているが、これに限定されない。例えば、オイルは、モータ部の潤滑と冷却とのいずれか一方のために用いられてもよい。

エアコンプレッサ２００において、インペラ部１２０とモータ部１６０とを隔てる一壁部１７１には前述のように貫通孔１７２が設けられている。貫通孔１７２にはシャフト１３１が通されているため、メカニカルシール１５０が配置されているものの、インペラ部１２０とモータ部１６０との間における液体及び気体の移動が生じ得る。

エアコンプレッサ２００のインペラ背面とモータ収容部１７３内の圧力について説明する。ここで、インペラ背面とは、酸化剤ガス供給流路５２のうちで、インペラ１２１とハウジング１７０（一壁部１７１）との間の空間である。インペラ背面の圧力であるインペラ背面圧は、インペラ１２１が回転して空気が送り出されると低下する。これは、エアコンプレッサ２００から吐出される酸化剤ガスの流量が増加することで生じる。この場合におけるインペラ背面圧の低下は、例えば、流路断面積が小さい流路（例えばインペラ収容部１２２）において流速が増加することによって圧力が低い部分が発生するベンチュリー効果（エジェクター効果）によって発生する。ここで、モータ収容部１７３内の圧力は、換気部１８０によって、大気圧と同程度に調整されている。よって、本実施形態において、インペラ背面圧が負圧になった場合に、インペラ背面圧は、モータ収容部１７３内の圧力より低くなる。

図３は、エアコンプレッサ２００の性能特性を示すコンプレッサマップである。エアコンプレッサ２００の性能特性は、エアコンプレッサ２００の性能試験により得られる。コンプレッサマップは、エアコンプレッサ２００の性能特性として、エアコンプレッサ２００の吐出流量Ｌ（単に「流量Ｌともよぶ」）と、エアコンプレッサ２００の入口側圧力（大気圧）と出口側圧力との圧力比（出口側圧力／入口側圧力）Ｐとによって定まる二次元マップである。エアコンプレッサ２００の吐出流量Ｌと圧力比Ｐは、エアコンプレッサ２００の回転数と調圧弁ユニット５５の弁開度とによって調整できる。つまり、コンプレッサマップの各動作点は、エアコンプレッサ２００の回転数と調圧弁ユニット５５の弁開度とによって表すことができる。コンプレッサマップの等回転ラインは、エアコンプレッサ２００の回転数が同一の場合の動作点を結んだ線である。コンプレッサマップ中には、インペラ背面圧が負圧となる流量Ｌと圧力比Ｐとの組み合わせを示す負圧領域がハッチングにより示されている。本実施形態において、負圧領域は、各動作点におけるインペラ背面圧の測定結果から予め求められている。なお、コンプレッサマップは、エアコンプレッサ２００が使用される条件、例えば、エアコンプレッサ２００に吸入される酸化剤ガスの温度や大気圧の大きさ、によって変動する。このため、制御部９０は、各条件（例えば、温度センサ３０４が計測した温度）毎にコンプレッサマップを記憶し、要求発電量を実現するための動作点を条件毎に選択してもよい。エアコンプレッサ２００が使用される条件は、各種センサ、例えば第１の圧力センサ３０１や温度センサ３０４の計測結果を用いて取得される。

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック２０への要求発電量に応じて、エアコンプレッサ２００の回転数と、調圧弁ユニット５５が有する各調圧弁５５１〜５５３の少なくとも一つの弁開度と、を調整する。要求発電量は、例えば、燃料電池システム１００を搭載する燃料電池車両からの加速要求に応じて増減する。具体的には、燃料電池車両のアクセルの踏み込みが増加されると、加速要求がされて要求発電量が増加する。また、アクセルの踏み込みが減少すると、加速要求は停止して要求発電量は減少する。酸化剤ガスの流量Ｌは、調圧弁ユニット５５が有する各調圧弁５５１〜５５３の少なくとも一つの弁開度の変化と、エアコンプレッサ２００の回転数の変化と、に応じて変化する。具体的には、エアコンプレッサ２００の回転数が増加すると流量Ｌは増加し、エアコンプレッサ２００の回転数が減少すると流量Ｌは減少する。また、調圧弁ユニット５５の弁開度に応じた流路抵抗の変化によって、出口側圧力を低下させると流量Ｌは増加し、出口側圧力を上昇させると流量Ｌは減少する。圧力比Ｐは、エアコンプレッサ２００の回転数の変化と調圧弁ユニット５５の弁開度の変化に応じて変化する。圧力比Ｐは、エアコンプレッサ２００の回転数が増加すると上昇し、エアコンプレッサ２００の回転数が減少すると低下する。また、第１から第３の調圧弁５５１〜５５３の弁開度の組み合わせによって圧力比Ｐは変化する。例えば、第２の調圧弁５５２と第３の調圧弁５５３の弁開度が一定に維持されている場合には、第１の調圧弁５５１の弁開度が大きくなると出口側圧力が低下するので圧力比Ｐは減少し、第１の調圧弁５５１の弁開度が小さくなると出口側圧力が上昇するので圧力比Ｐは増加する。

図４は、動作点と負圧領域との関係を示す図である。図４に示す図は、図３に示したコンプレッサマップに基づいて作成される。図３と図４において同様の動作点を示す場合には同様の符号を付している。図４において、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒは、酸化剤ガス給排流路５１のうちでエアコンプレッサ２００より下流側、具体的にはエアコンプレッサ２００と調圧弁ユニット５５との間の流路抵抗に応じて大小関係が定められている。流路抵抗が大きい場合には弁開度Ｖｒは小さく、流路抵抗が小さい場合には弁開度Ｖｒは大きい。具体的には、弁開度Ｖｒは、全ての調圧弁５５１〜５５３の開弁度が１００％であるときの流路抵抗を基準（最小値）として相対的に決定される値である。

図４に示すように、動作点Ａにおける条件から、調圧弁５５１〜５５３の開弁度を一定に維持しつつエアコンプレッサ２００の回転数のみを増加させた場合には、動作点は動作点Ａ１に変更される。この場合には、出口側圧力は上昇することで、圧力比Ｐは上昇する（図３）。また、動作点Ａにおける条件から、エアコンプレッサ２００の回転数を一定に維持しつつ調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒのみを小さくした場合には、動作点は動作点Ａ２に変更される。本実施形態において、各調圧弁５５１〜５５３の弁開度は、エアコンプレッサ２００の回転数と目標とする出口側圧力との組み合わせごとに、弁開度マップにより定められている。すなわち、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒが一定である場合には、各調圧弁５５１〜５５３の各弁開度は変更されることなく一定に維持されている。

エアコンプレッサ２００の回転数と調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒとは、インペラ背面圧が負圧にならない組み合わせになるように制御されている。つまり、制御部９０は、要求発電量が変更された場合において動作点を変更する場合には、負圧領域となる動作点を経由しないように動作点を変更する。

具体的には、後述の第１の操作と第２の操作を実行する場合には、制御部９０は、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの変更とエアコンプレッサ２００の回転数の変更とを所定の順序で実行することによって、負圧領域となる動作点（例えば、動作点Ｃ）を経由しないように動作点を変更する。第１の操作は、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの低下による流路抵抗の上昇とエアコンプレッサ２００の回転数の上昇による流量Ｌの増加との両方を実行する操作、例えば、動作点Ａから動作点Ｂへの変更である。第２の操作は、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの上昇による流路抵抗の低下とエアコンプレッサ２００の回転数の低下による流量Ｌの減少との両方を実行する操作、例えば、動作点Ｂから動作点Ａへの変更である。

なお、動作点Ａから動作点Ｂへの変更は、燃料電池車両において、例えば、定速での走行状態から加速状態に変更される際に実行される。一方、動作点Ｂから動作点Ａへの変更は、燃料電池車両において、例えば、加速状態から定速状態もしくは減速状態に変更される際に実行される。ここで、流路抵抗が大きい場合には、酸化剤ガス給排流路５１における酸化剤ガスの圧損が大きくなることで、燃費が低下する恐れがある。よって、燃費の低下を抑制するために、流路抵抗が小さくなるように弁開度Ｖｒは大きな範囲で制御されることが好ましい。エアコンプレッサ２００の回転数が大きい場合には、小さい場合と比べて、負圧にならない弁開度Ｖｒのうち最大の弁開度Ｖｒが小さくなる。エアコンプレッサ２００の回転数に応じて燃費の高い弁開度Ｖｒを選択する場合には、エアコンプレッサ２００の回転数の変化に応じて弁開度Ｖｒを変更することが好ましい。具体的には、制御部９０は、エアコンプレッサ２００の回転数を上昇させる場合には弁開度Ｖｒを小さくし、エアコンプレッサ２００の回転数を低下させる場合には弁開度Ｖｒを大きくする。

図５は、第１実施形態に係る燃料電池システム１００の制御部９０が実行する動作点変更処理のフローチャートである。以下では、動作点を変更する際に、制御部９０によって実行されるエアコンプレッサ２００と調圧弁ユニット５５の制御方法について説明する。動作点変更処理は、要求発電量が変更され動作点の変更が必要になった場合に実行される。動作点変更処理が開始されると、制御部９０は、動作点の変更が、第１の操作であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。動作点の変更が第１の操作である場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、第１の処理を実行する（ステップＳ１１１〜Ｓ１１３）。具体的には、制御部９０は、まず調圧弁ユニット５５に対して変更後の動作点に対応した出口側圧力（圧力比Ｐ）となるように弁開度Ｖｒの低下を指示する（ステップＳ１１１）。制御部９０は、調圧弁ユニット５５に弁開度Ｖｒの低下を指示した後、予め定められた時間が経過するまで待機する（ステップＳ１１２）。ここで予め定められた時間は、例えば、制御部９０が弁開度Ｖｒの低下を指示してから調圧弁ユニット５５において弁開度Ｖｒの低下が完了するまでにかかる時間に設定されている。予め定められた時間が経過すると、制御部９０は、変更後の動作点に対応した吐出流量となるようにエアコンプレッサ２００の回転数の上昇を指示する（ステップＳ１１３）。これにより、第１の操作が実行される場合の動作点変更処理が完了する。

動作点の変更が第１の操作でない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）には、制御部９０は、動作点の変更が、第２の操作であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。動作点の変更が第２の操作である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、第２の処理を実行する。具体的には、制御部９０は、まず変更後の動作点に対応した吐出流量となるようにエアコンプレッサ２００の回転数の低下を指示する（ステップＳ１２１）。制御部９０は、エアコンプレッサ２００に回転数の低下を指示した後、予め定められた時間が経過するまで待機する（ステップＳ１２２）。ここで予め定められた時間は、例えば、制御部９０が回転数の低下を指示してからエアコンプレッサ２００の回転数の低下が完了するまでにかかる時間に設定されている。予め定められた時間が経過すると、制御部９０は、調圧弁ユニット５５に変更後の動作点に対応した出口側圧力となるように弁開度Ｖｒの上昇を指示する（ステップＳ１２３）。これにより、第２の操作が実行される場合の動作点変更処理が完了する。

動作点の変更が第１および第２の操作ではない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ、Ｓ１０２：Ｎｏ）には、制御部９０は、通常制御を実行する（ステップＳ１０３）。通常制御とは、エアコンプレッサ２００への指示と調圧弁ユニット５５への指示との間に待機時間を設けることなく任意の順序でエアコンプレッサ２００と調圧弁ユニット５５の制御を実行することを意味する。これにより、第１および第２の操作が実行されない場合の動作点変更処理が完了する。

なお、本実施形態に係る燃料電池システム１００において、酸化剤ガスの流量Ｌと圧力比Ｐとエアコンプレッサ２００の回転数とを用いて、動作点変更処理が正常に実行されているか否かが監視されている。流量Ｌの監視には、エアフロメータ３０３によって計測されるエアコンプレッサ２００の上流側の流量である吸入流量が用いられている。なお、吸入流量は、吐出流量Ｌと相関を有する。また、圧力比Ｐは、第１の圧力センサ３０１と第２の圧力センサ３０２とを用いて算出されることで監視される。具体的には、圧力比Ｐは、第２の圧力センサ３０２の計測するエアコンプレッサ２００の出口側圧力を第１の圧力センサ３０１が計測する大気圧で除した値である。エアコンプレッサ２００の回転数は、エアコンプレッサ２００の回転数を変更する際に制御部９０が指示した回転数を用いている。

本実施形態において、第１の操作を実行する場合には、制御部９０は、弁開度Ｖｒの低下を指示した後に予め定められた時間の待機を実行している（ステップＳ１１２）。また、第２の操作を実行する場合には、制御部９０は、エアコンプレッサ２００に回転数の低下を指示した後に予め定められた時間の待機を実行している（ステップＳ１２２）。しかし、制御部９０によって実行される処理は、これに限定されない。例えば、エアフロメータ３０３および圧力センサ３０１、３０２の計測結果とコンプレッサマップを用いてエアコンプレッサ２００の回転数の変更もしくは調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの変更の進捗状況を判断し、この判断に応じて次の処理（ステップＳ１１３、Ｓ１２３）を実行してもよい。また、予め定められた時間は、変更前の動作点と変更後の動作点との変更の大きさに応じて定められていてもよい。例えば、第１の操作において、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒが大きく変更される場合には、小さく変更される場合と比べて、予め定められた時間を長い時間に設定してもよい。また、第２の操作において、エアコンプレッサ２００の回転数が大きく変更される場合には、小さく変更される場合と比べて、予め定められた時間を長い時間に設定してもよい。

本実施形態において、第１の操作もしくは第２の操作が実行されるか否かの判断（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）は、予め記憶された第１の操作もしくは第２の操作となる動作点の変更パターンを用いて実行している。なお、第１の操作もしくは第２の操作が実行されるか否かの判断方法は、これに限定されない。例えば、制御部９０は、操作ごとに変更前の動作点と変更後の動作点とを比較することによって、判断を実行してもよい。

以上説明した第１実施形態によれば、制御部９０は、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの低下による流路抵抗の上昇とエアコンプレッサ２００の回転の上昇による流量Ｌの増加との両方を行なう第１の操作において、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの低下を行なった後にエアコンプレッサ２００の回転の上昇を行なう第１の処理を実行する。また、制御部９０は、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの上昇による流路抵抗の低下とエアコンプレッサ２００の回転数の低下による流量の減少との両方を行なう第２の操作において、エアコンプレッサ２００の回転数の低下を行なった後に調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの上昇を行なう第２の処理を実行する。このため、インペラ背面圧が負圧になる可能性が低減され、ハウジング１７０内のオイルがハウジング１７０の外部であるインペラ収容部１２２へと漏れ出すことを抑制できる。したがって、燃料電池スタック２０へオイルが流入することを抑制できる。

また、第１実施形態によれば、制御部９０は、第１の操作を行なう場合には、動作点が負圧領域を経由する可能性があるか否かに関わらず、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの低下を行なった後にエアコンプレッサ２００の回転数の上昇を行なう第１の処理を実行する（図５のステップＳ１０１：Ｙｅｓ、Ｓ１１１〜Ｓ１１３）。また、制御部９０は、第２の操作を行なう場合には、動作点が負圧領域を経由する可能があるか否かに関わらず、エアコンプレッサ２００の回転数の低下を行なった後に、調圧弁ユニット５５の弁開度Ｖｒの上昇を行なう（図５のステップＳ１０２：Ｙｅｓ、Ｓ１２１〜Ｓ１２３）。このため、インペラ背面圧が負圧になるか否かを判断する時間を低減することが可能である。また、第１の処理または第２の処理を実行するにあたり、インペラ背面圧が負圧になるか否かを判断する場合に比べて、制御の複雑化を抑制できる。したがって、燃料電池システム１００は、第１の処理もしくは第２の処理を実行する際に、インペラ背面圧が負圧になるか否かを判断する場合と比べて、動作点変更処理を迅速に実行することが可能である。

Ｂ．第２実施形態
図６は、第２実施形態に係る燃料電池システム１００の制御部９０が実行する動作点変更処理のフローチャートである。図７は、動作点と負圧領域との関係を示す第２の図である。なお、図６において、図５に示された処理と同様の内容の処理が実行されている場合には同様の符号を付している。

第２実施形態に係る燃料電池システム１００は、制御部９０が実行する動作点変更処理の内容において、第１実施形態に係る燃料電池システム１００と異なる。第１実施形態において、第１の操作を実行する際には、インペラ背面圧が負圧になるおそれがあるか否かに関わらず、第１の処理（図５のステップＳ１１１〜Ｓ１１３）が実行され、第２の操作を実行する際には、インペラ背面圧が負圧になるおそれがあるか否かに関わらず、第２の処理（図５のステップＳ１２１〜Ｓ１２３）が実行される。一方、第２実施形態において、第１の操作および第２の操作を実行する際には、動作点変更を行なう場合に、動作点変更の途中経路にインペラ背面圧が負圧となる動作点があるか否かの判定を行なう（ステップＳ２０１、ステップＳ２０２）。この判定は、予め記憶されたインペラ背面圧が負圧となる第１の操作もしくは第２の操作のパターンを用いて実行される。例えば、図７に示すように、動作点Ａから動作点Ｂへと動作点を変更する第１の操作において、弁開度Ｖｒの低下よりも先に回転数の上昇を実行した場合には、インペラ背面圧が負圧になる動作点Ｃを経由する。一方、動作点Ｄから動作点Ｅへと動作点を変更する第１の操作において、弁開度Ｖｒの低下よりも先に回転数の上昇を実行した場合には、インペラ背面圧が負圧とならない動作点Ｆを経由する。また、動作点Ｂから動作点Ａへと動作点を変更する第２の操作において、回転数の低下よりも先に弁開度Ｖｒの上昇を実行した場合には、インペラ背面圧が負圧になる動作点Ｃを経由する。一方、動作点Ｅから動作点Ｄへと動作点を変更する第２の操作において、回転数の低下よりも先に弁開度Ｖｒの上昇を実行した場合には、インペラ背面圧が負圧とならない動作点Ｆを経由する。このように、第１の操作や第２の操作を行なう場合であっても、変更前後の動作点によっては、どのような動作点を途中に経由したとしても、インペラ背面圧が負圧とならない場合がある。つまり、図６のステップＳ２０１において、動作点Ｄから動作点Ｅへ変更する場合は、制御部９０は「Ｎｏ」の判定を行ない、動作点Ａから動作点Ｂへ変更する場合は、制御部９０は「Ｙｅｓ」の判定を行なう。また、図６のステップＳ２０２において、動作点Ｅから動作点Ｄへ変更する場合は、制御部９０は「Ｎｏ」の判定を行ない、動作点Ｂから動作点Ａへ変更する場合は、制御部は「Ｙｅｓ」の判定を行なう。

図６に示すように、第１の操作を行なう場合には、制御部９０は、動作点を変更する場合において、負圧となる動作点を経由する可能性があるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。負圧となる動作点を経由する可能性がある場合には（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１を実行する。一方で、動作点を変更する場合において、負圧となる動作点を経由する可能性がない場合には（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、通常制御を実行する（ステップＳ１０３）。また第２の操作を行なう場合には、制御部９０は、動作点を変更する場合において、負圧となる動作点を経由する可能性があるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。負圧となる動作点を経由する可能性がある場合には（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２１を実行する。一方で、動作点を変更する場合において、負圧となる動作点を経由する可能性がない場合には（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、通常制御を実行する（ステップＳ１０３）。

以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、インペラ背面圧が負圧になる可能性が低減され、ハウジング１７０内のオイルがハウジング１７０の外部であるインペラ収容部１２２へと漏れ出すことを抑制できる。したがって、燃料電池スタック２０へオイルが流入することを抑制できる。

また第２実施形態によれば、制御部９０は、第１の操作において、予め求められたインペラ背面圧が負圧になる動作点のパターンを示すデータ（負圧動作点データ）を用いて、エアコンプレッサ２００の回転数の上昇を先に実行した場合にインペラ背面圧が負圧となる場合には、第１の処理を実行する。また、制御部９０は、第２の操作において、負圧動作点データを用いて、弁開度Ｖｒの上昇を先に実行した場合にインペラ背面圧が負圧となる場合には、第２の処理を実行する。つまり、第１の操作と第２の操作において、インペラ背面圧が負圧になる可能性がない場合には、通常制御が実行される（図６のステップＳ１０３）。このため、負圧が発生する可能性がない場合には、調圧弁ユニット５５とエアコンプレッサ２００の制御の自由度を高めることができる。したがって、第１もしくは第２の操作が実行される場合において、インペラ背面圧が負圧になる可能性がない場合には、第１もしくは第２の処理と比べて簡便な処理である通常の処理を実行できる。

Ｃ．他の実施形態
Ｃ−１．第１の他の実施形態
上記実施形態において、制御部９０は、第１の処理と、第２の処理と、の両方の処理を実行しているが、これに限定されない。制御部９０は、第１の処理と第２の処理との一方のみを実行してもよい。例えば、制御部９０は、第１の操作を行なう場合において、第１の処理を実行し、第２の操作を行なう場合において、通常制御を実行してもよい。これにより、第１の操作を行なう場合における、インペラ背面圧が負圧になることを抑制できる。また例えば、制御部９０は、第２の操作を行なう場合において、第２の処理を実行し、第１の操作を行なう場合において、通常制御を実行してもよい。これにより、第２の操作を行なう場合における、インペラ背面圧が負圧になることを抑制できる。これらの場合であっても、第１の操作を行なう場合と第２の操作を行なう場合との一方の場合において、インペラ背面圧が負圧になることを抑制できる。これにより、インペラ背面圧が負圧になる可能性が低減され、ハウジング１７０内のオイルがハウジング１７０の外部であるインペラ収容部１２２へと漏れ出すことを抑制できる。したがって、燃料電池スタック２０へオイルが流入することが抑制される。

Ｃ−２．第２の他の実施形態
上記実施形態において、エアコンプレッサ２００は、他の構成を採用していても良い。エアコンプレッサ２００は、酸化剤ガスの吐出を行なうインペラと、モータ１３０が配置される区域であるモータ収容部１７３とインペラ収容部１２２から区分するハウジング１７０と、ハウジング１７０を貫通するシャフト１３１と、を有していればよい。エアコンプレッサ２００は、例えば、軸動型のエアコンプレッサであってもよい。

Ｃ−３．第３の他の実施形態
上記実施形態において、メカニカルシール１５０に代えて、他のシール機構が採用されていてもよい。例えば、メカニカルシール１５０は、さらに固定環とハウジング１７０との間やシャフト１３１と回転環との間に二次シールを有していても良い。また、メカニカルシール１５０に代えて、樹脂シールを採用していても良い。また、メカニカルシール１５０は備えられていなくても良い。

Ｃ−４．第４の他の実施形態
上記実施形態において、酸化剤ガス給排流路５１として、他の流路構造が採用されていても良い。例えば、酸化剤ガス給排流路５１は、バイパス流路５４を有していなくてもよい。

Ｃ−５．第５の他の実施形態
上記実施形態において、調圧弁５５１〜５５３として、他の弁機構が採用されていてもよい。第１の調圧弁５５１と第３の調圧弁５５３とのいずれか一方と、第２の調圧弁５５２と、の少なくともいずれか一方は、流路抵抗を段階的に変更する機能を有さない開閉弁であってもよい。また、第１の調圧弁５５１と第３の調圧弁５５３とのいずれか一方は、備えられていなくても良い。

上記第２から第５の他の実施形態であっても、第１実施形態もしくは第２実施形態と同様に、インペラ背面圧が負圧になる可能性が低減され、ハウジング１７０内のオイルがハウジング１７０の外部であるインペラ収容部１２２へと漏れ出すことを抑制できる。したがって、燃料電池スタック２０へオイルが流入することが抑制される。

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中の技術的特徴は、上述の課題の一部また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、組み合わせを行な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。

２０…燃料電池スタック
５０…酸化剤ガス給排機構
５１…酸化剤ガス給排流路
５２…酸化剤ガス供給流路
５３…酸化剤ガス排出流路
５４…バイパス流路
５５…調圧弁ユニット
６０…燃料ガス供給機構
６１…水素タンク
６２…燃料ガス流路
６３…燃料ガス供給流路
６４…燃料ガス循環流路
６５…水素ポンプ
６６…気液分離器
６７…開閉弁
６８…調圧弁
７０…冷媒循環機構
７１…冷媒循環流路
９０…制御部
１００…燃料電池システム
１２０…インペラ部
１２１…インペラ
１２２…インペラ収容部
１３０…モータ
１３１…シャフト
１３２…ロータ
１３３…コイル
１３４…ステータ
１４０…ベアリングホルダ
１４１…ベアリング
１５０…メカニカルシール
１６０…モータ部
１７０…ハウジング
１７１…一壁部
１７２…貫通孔
１７３…モータ収容部
１８０…換気部
１８１…換気弁
１９０…オイル循環機構
１９１…オイルポンプ
１９２…オイルクーラ
１９３…オイル流路
１９４〜１９７…供給孔
２００…エアコンプレッサ
３０１…第１の圧力センサ
３０２…第２の圧力センサ
３０３…エアフロメータ
３０４…温度センサ
５５１…第１の調圧弁
５５２…第２の調圧弁
５５３…第３の調圧弁

Claims

燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構と、
前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサを含む酸化剤ガス給排機構と、
前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を制御して、前記燃料電池スタックによる発電を制御する制御部と、を備え、
前記酸化剤ガス給排機構は、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス給排流路と、前記酸化剤ガス給排流路のうちで前記エアコンプレッサよりも下流側に配置された調圧弁と、を有し、
前記エアコンプレッサは、前記酸化剤ガス給排流路に配置され前記酸化剤ガスの吐出を行なうインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記モータを収容し、前記モータが配置される区域を前記インペラが配置された前記酸化剤ガス給排流路から区分するハウジングと、前記ハウジングを貫通し前記モータの回転軸を前記インペラの回転軸に結合するシャフトと、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池システムの動作中において、前記燃料電池スタックの要求発電量が変更された場合において、
前記調圧弁の弁開度の低下と前記インペラの回転数の上昇との両方を行なう第１の操作において、前記調圧弁の弁開度の低下を行なった後に前記回転数の上昇を行なう第１の処理と、
前記調圧弁の弁開度の上昇と前記回転数の低下との両方を行なう第２の操作において、前記回転数の低下を行なった後に前記調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する、
燃料電池システム。
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、
前記第１の操作において、前記酸化剤ガス給排流路のうちで前記インペラと前記ハウジングとの間の空間内の圧力であるインペラ背面圧が負圧になるか否かに関わらず、前記第１の処理を実行し、
前記第２の操作において、前記インペラ背面圧が負圧になるか否かに関わらず、前記第２の処理を実行する、燃料電池システム。
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、
予め求められたデータであって、前記酸化剤ガス給排流路のうちで、前記インペラと前記ハウジングとの間の空間内の圧力であるインペラ背面圧が負圧になる前記調圧弁の弁開度と前記インペラの回転数の低下との組み合わせである動作点を示すデータを用いて、前記インペラ背面圧が負圧になるか否かを判定し、
前記第１の操作において、少なくとも前記回転数の上昇を先に実行した場合に、前記インペラ背面圧が負圧になる場合には、前記第１の処理を実行し、
前記第２の操作において、少なくとも前記弁開度の上昇を先に実行した場合に、前記インペラ背面圧が負圧になる場合には、前記第２の処理を実行する、燃料電池システム。
燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構と、
前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサを含む酸化剤ガス給排機構と、
前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を制御して、前記燃料電池スタックによる発電を制御する制御部と、を備え、
前記酸化剤ガス給排機構は、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス給排流路と、前記酸化剤ガス給排流路のうちで前記エアコンプレッサよりも下流側に配置された調圧弁と、を有し、
前記エアコンプレッサは、前記酸化剤ガス給排流路に配置され前記酸化剤ガスの吐出を行なうインペラと、前記インペラを回転させるモータと、前記モータを収容し、前記モータが配置される区域を前記インペラが配置された前記酸化剤ガス給排流路から区分するハウジングと、前記ハウジングを貫通し前記モータの回転軸を前記インペラの回転軸に結合するシャフトと、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池システムの動作中において、前記燃料電池スタックの要求発電量が変更された場合において、
前記調圧弁の弁開度の低下と前記インペラの回転数の上昇との両方を行なう第１の操作において、前記調圧弁の弁開度の低下を行なった後に前記回転数の上昇を行なう第１の処理と、
前記調圧弁の弁開度の上昇と前記回転数の低下との両方を行なう第２の操作において、前記回転数の低下を行なった後に前記調圧弁の弁開度の上昇を行なう第２の処理と、の少なくとも一方を実行する、燃料電池システムの制御方法。