JP6954157B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

特許文献１には、燃料電池システムにおいて、燃料電池に圧縮された空気を供給するコンプレッサにサージが発生したと判断される場合には、コンプレサと燃料電池との間の供給流路から分岐した排気流路を開いて空気を排出することでサージを解消することが記載されている。

特開２０１７−０９０３１７号公報

しかし、上記燃料電池システムでは、燃料電池に対する負荷要求がある場合において、排気流路を開いて空気を排出すると、排気流路の開放量によっては負荷に応じた発電に要する酸化ガスを燃料電池に供給できなくなる可能性がある。

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；燃料電池と；燃料電池のカソードへの酸化ガスの供給流路と；前記カソードからの排ガスの排出流路と；前記供給流路と前記排出流路とを接続するバイパス流路と；前記バイパス流路が接続される前記供給流路の位置よりも上流に設けられたコンプレッサと；前記カソードに流れる酸化ガスの流量を調整する第１バルブと；前記バイパス流路に流れる酸化ガスの流量を調整する第２バルブと；前記第１バルブおよび前記第２バルブを制御する制御部と；備える。前記制御部は、前記コンプレッサの動作状態がサージの発生するサージ領域に入った際に；前記燃料電池に対する負荷要求が無い場合には、前記第２バルブの開度を増加させて前記バイパス流路に流れる酸化ガスの流量を増加させることで、前記コンプレッサの入出力間の圧力比を低下させ；前記燃料電池に対する負荷要求が有る場合には、前記第１バルブの開度を増加させて前記カソードに流れる酸化ガスの流量を増加させることで、前記コンプレッサの入出力間の圧力比を低下させる。
上記形態の燃料電池システムでは、コンプレッサの動作状態がサージの発生するサージ領域に入った際に、燃料電池に対する負荷要求が有る場合には、第１バルブの開度を増加させて燃料電池のカソードに流れる酸化ガスの流量を増加させることで、コンプレッサの入出力間の圧力比を低下させるので、負荷に応じて燃料電池の発電に要する酸化ガスを燃料電池に供給しつつ、コンプレッサのサージを解消することができる。また、燃料電池に対する負荷要求が無い場合には、第２バルブの開度を増加させてバイパス流路に流れる酸化ガスの流量を増加させることで、第１バルブの開度を変化させることなく、コンプレッサの入出力間の圧力比を低下させることができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法、コンプレッサのサージ制御方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図。 コンプレッサにおけるサージ発生の一例について示す説明図。 本実施形態におけるサージ制御の手順を示すフローチャート。 負荷なしの場合におけるサージ制御の概要を示すタイムチャート。 図４のサージ制御における動作点の変化の様子の一例を示す説明図。 負荷ありの場合におけるサージ制御の概要を示すタイムチャート。 図６のサージ制御における動作点の変化の様子の一例を示す説明図。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、例えば、車両（燃料電池車両）に搭載され、運転者からの要求に応じて、車両の動力源となる電力を出力する。燃料電池システム１０は、燃料電池（Fuel Cell ／ＦＣ）１００と、酸化ガス供給系２００と、燃料ガス供給系３００と、冷却系４００と、制御装置６００と、を備える。

燃料電池１００は、発電体としての単セル（不図示）を複数積層したスタック構造を有している。単セルは、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly ／ＭＥＡ）と、膜電極接合体のアノード及びカソードの両側から挟持する２枚のセパレータとによって構成されている。燃料電池１００は、燃料ガス供給系３００からアノードに供給された燃料ガスとしての水素と、酸化ガス供給系２００からカソードに供給された空気中に含まれる酸化ガスとしての酸素と、の電気化学反応によって発電し、その発電電力にて駆動用モータ等の負荷を駆動する。

酸化ガス供給系２００は、燃料電池１００のカソードに、酸化ガスである酸素を含む空気を供給する。酸化ガス供給系２００は、供給流路２１０と、排出流路２２０と、バイパス流路２３０と、コンプレッサ２４０と、調圧バルブ２５０と、分流バルブ２６０と、圧力計２１２，２１６と、流量計２１４と、を備える。

供給流路２１０の一方端は燃料電池１００のカソードの入口１０１に接続されており、他方端は開口端となっている。コンプレッサ２４０は供給流路２１０に設けられている。排出流路２２０の一方端は燃料電池のカソードの出口１０２に接続されている。他方端は、不図示の希釈器に接続されている。調圧バルブ２５０は排出流路２２０に設けられている。バイパス流路２３０は、コンプレッサ２４０よりも下流側の供給流路２１０と、調圧バルブ２５０より下流側の排出流路２２０と、に接続されている。供給流路２１０の開口端には、開口端から取り込まれる空気の圧力（大気圧）、すなわち、コンプレッサ２４０の入力側の圧力Ｐ１を検出する第１圧力計２１２と、コンプレッサ２４０に流れ込む空気の流量（以下、「コンプレッサ流量」あるいは「総流量」とも呼ぶ）Ｓを検出する流量計２１４と、が設けられている。供給流路２１０のコンプレッサ２４０の出力側には、コンプレッサ２４０の出力側の圧力Ｐ２を検出する第２圧力計２１６が設けられている。

酸化ガス供給系２００は、供給流路２１０の開口端から取り込んだ空気を、コンプレッサ２４０にて圧縮して燃料電池１００のカソードに供給する。また、酸化ガス供給系２００は、排出流路２２０の調圧バルブ２５０で調整された流量で、カソードの出口から排出される未消費の酸素を含む空気（排ガス）を大気放出する。なお、コンプレッサ２４０から供給流路２１０を介して燃料電池１００に供給される酸化ガス流量は、コンプレッサ２４０の駆動量（回転数）、調圧バルブ２５０の開度および分流バルブ２６０の開度に応じて定まる。酸化ガス供給系２００の動作は、第１圧力計２１２による入力側圧力Ｐ１、第２圧力計２１６による出力側圧力Ｐ２、流量計２１４によるコンプレッサ流量Ｓ、および、負荷要求等に応じて、コンプレッサ２４０、調圧バルブ２５０および分流バルブ２６０が、制御装置６００によって制御される。

燃料ガス供給系３００は、燃料電池１００の発電に利用される燃料ガスである水素を燃料電池１００のアノードに供給する。冷却系４００は、燃料電池１００の各単セルを冷却するための冷媒を燃料電池１００に供給する。なお、燃料ガス供給系３００および冷却系４００は、本願発明の説明に必須な構成ではないので、具体的な構成の図示および説明を省略する。

制御装置６００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成される。制御装置６００は、圧力計２１２，２１６や流量計２１４、不図示の各種センサ等の入力を受けて、酸化ガス供給系２００のコンプレッサ２４０や調圧バルブ２５０、分流バルブ２６０等の各種のバルブの開閉制御や、燃料ガス供給系３００、冷却系４００等を含む燃料電池１００の種々の制御を行なう。例えば、制御装置６００は、酸化ガス供給系２００や燃料ガス供給系３００等を制御して燃料電池１００の動作を制御するＦＣ制御部６１０と、コンプレッサ２４０で発生するサージの解消を制御するサージ制御部６２０と、コンプレッサ２４０においてサージが発生する領域（サージ領域）に関する情報を示すサージ領域情報６３０と、を有している。サージ領域情報６３０は、あらかじめ、コンプレッサ２４０として用いたコンプレッサのサージ領域に関する情報を求め、不図示の不揮発性メモリに記憶しておくことで、用意される。

なお、調圧バルブ２５０が「第１バルブ」に相当し、分流バルブ２６０が「第２バルブ」に相当する。また、制御装置６００が「制御部」に相当する。

図２は、コンプレッサ２４０におけるサージ発生の一例について示す説明図である。図２は、横軸をコンプレッサに流れる空気の流量Ｓ、縦軸をコンプレッサ２４０の入出力間の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）とするグラフを示している。実線で示す境界線Ｌｔｈよりも右側の領域は、コンプレッサ２４０においてサージが発生しない領域（非サージ領域）であり、境界線から左側の領域（ハッチングで示す領域）は、コンプレッサ２４０においてサージが発生する領域（サージ領域）を示している。なお、これは、コンプレッサ２４０として用いられたコンプレッサの一例であり、用いられたコンプレッサによって異なる特性を示す。

酸化ガス供給系２００では、通常、負荷要求に応じた酸化ガスを燃料電池１００に供給すべく、負荷要求に応じた空気の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）および流量Ｓとなるように、コンプレッサ２４０の駆動量（回転数）、調圧バルブ２５０の開度および分流バルブ２６０の開度の調整が、ＦＣ制御部６１０によるフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により実行される。このフィードバック制御では、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）および流量Ｓは、基本的には、サージ領域情報６３０として予め用意されている、サージ領域と非サージ領域に関する情報（図２参照）や、負荷に応じて設定される圧力比（Ｐ２／Ｐ１）および流量Ｓの情報等に基づいて、その動作点が非サージ領域となるように、制御される。しかし、これらの制御動作では、以下で説明するようにコンプレッサ２４０の動作点がサージ領域となってしまう場合がある。

図２に示すように、非サージ領域の動作点Ｐｏｓで動作している状態において、例えば、運転者がアクセルの踏み込みを急激に緩めるなどの操作等によって、燃料電池１００への負荷が急激に減少するような変動が発生する場合がある。このような場合、本来ならば、変動前の動作点Ｐｏｓから目標動作点Ｐｏｅまで、サージ領域に入らないように、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）および流量Ｓが遷移することが望ましい。しかしながら、これらの応答遅延等によって、遷移の途中でサージ領域中の動作点Ｐｏｍとなってしまう可能性がある。このように、コンプレッサ２４０の動作点がサージ領域に入ってしまうと、通常のフィードバック制御による運転では、非サージ領域への脱出が困難となる可能性がある。そして、サージ領域内でのコンプレッサ２４０の駆動を維持するとコンプレッサ２４０の故障に繋がる可能性がある。

従来技術で説明したように、サージが発生した場合に、供給流路に設けた専用の排出流路から空気を排出させれば、出力側圧力Ｐ２を低下させて圧力比（Ｐ２／Ｐ１）を低下させることにより、コンプレッサの動作状態をサージ領域から脱出させて、サージを解消することが可能である。しかしながら、この場合、燃料電池へ供給する空気が減少し、負荷に応じた酸化ガスを燃料電池へ供給することができなくなる可能性がある。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１０では、以下で説明するように、サージを解消するための制御（以下、「サージ制御」とも呼ぶ）を行なうこととした。

図３は、本実施形態におけるサージ制御の手順を示すフローチャートである。このサージ制御は、制御装置６００のサージ制御部６２０によって、ＦＣ制御部６１０による酸化ガス供給系２００、燃料ガス供給系３００および冷却系４００の通常の負荷要求に応じた運転制御（フィードバック制御やフィードフォワード制御）に並行して、繰り返し実行される。

ステップＳ１１０では、サージ制御部６２０は、コンプレッサ２４０の動作状態がサージ領域内にあるか判断する。これは、サージ領域情報６３０を参照して、現在の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）およびコンプレッサ流量Ｓによる動作点が、サージ領域にあるか否かによって判断される。現在の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）は、第１圧力計２１２による入力側圧力Ｐ１と第２圧力計２１６による出力側圧力Ｐ２から求められる。コンプレッサ流量Ｓは流量計２１４によって得られる。

コンプレッサ２４０の動作状態がサージ領域内でない場合、サージ制御部６２０は、そのままサージ制御の処理を終了する。そして、サージ制御部６２０は、サージ制御の処理を再度実行する。一方、コンプレッサ２４０の動作状態がサージ領域内である場合、サージ制御部６２０は、ステップＳ１２０において、一定時間経過したか否か判断する。なお、この間においても、ＦＣ制御部６１０では、負荷要求に応じたコンプレッサ２４０の制御が行なわれるため、負荷要求が減少している場合には、コンプレッサ２４０の駆動量（回転数）を低減させる制御が行なわれる。

一定時間経過していない場合には、サージ領域内でない場合と同様に、サージ制御部６２０は、そのままサージ制御の処理を終了し、サージ制御の処理を再度実行する。これは、ＦＣ制御部６１０による通常の運転制御の下でサージ領域から脱出可能であるならば、ＦＣ制御部６１０による運転制御に任せた方が好ましいという設計上の考え方に基づく。

一定時間経過した場合には、サージ制御部６２０は、ステップＳ１３０において負荷要求の有無を判断する。そして、負荷要求がない場合には、サージ制御部６２０は、ステップＳ１４０ａにおいて、ＦＣ制御部６１０による分流バルブ２６０の開度の制御に優先して、分流バルブ２６０の開度を開放（全開）とする制御を行なうとともに、ステップＳ１５０において、ＦＣ制御部６１０によるフィードバック制御の積分項を０とさせる。一方、負荷要求がある場合には、サージ制御部６２０は、ステップＳ１４０ｂにおいて、ＦＣ制御部６１０による調圧バルブ２５０の開度の制御に優先して、調圧バルブ２５０の開度を開放（全開）とする制御を行なうとともに、ステップＳ１５０において、ＦＣ制御部６１０によるフィードバック制御の積分項を０とさせる。これにより、後述するように、出力側圧力Ｐ２を減圧して、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）を低下させることにより、コンプレッサ２４０の動作状態をサージ領域から脱出させることができる。

なお、フィードバック制御の積分項を０とするのは、以下のサージ制御に並行して実行されるフィードバック制御において、積分項が蓄積される可能性があるためである。すなわち、仮にフィードバック制御の積分項を０としないとすると、サージ制御が終了して、通常の運転制御に応じた制御が再開された際に、蓄積された積分項に応じて、調圧バルブ２５０および分流バルブ２６０の開度の制御やコンプレッサ２４０の駆動量（回転数）の制御等が実行されて制御不良を発生させる可能性があるためである。上記のように、積分項を０とすれば、このような制御不良の発生を抑制することが可能である。

そして、サージ制御部６２０は、ステップＳ１６０において、コンプレッサ２４０の動作状態がサージ領域外となったか否か判断する。この判断は、ステップＳ１１０と同様に、サージ領域情報６３０を参照して、現在の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）およびコンプレッサ流量Ｓによる動作点が、サージ領域内にあるか否かによって判断される。そして、コンプレッサ２４０の動作状態がサージ領域外となるまで、サージ制御部６２０は、ステップＳ１３０〜Ｓ１５０の処理を繰り返す。

コンプレッサ２４０の動作状態がサージ領域外となった場合には、サージ制御部６２０は、ステップＳ１７０において、ＦＣ制御部６１０による調圧バルブ２５０の開度の制御あるいは分流バルブ２６０の開度の制御に優先して行っていたバルブの開放を解除する。このとき、調圧バルブ２５０および分流バルブ２６０の開度は、フィードバック制御に応じた開度とされる。そして、サージ制御部６２０は、サージ制御の処理を終了し、サージ制御の処理を再度実行する。なお、サージ領域外となったことの判断に即して、直ちにバルブの開放を解除するのではなく、一定時間待ってから解除する、等、コンプレッサ２４０の動作状態が再びサージ領域に戻ってしまわないように、サージ領域外となった後、安定な動作状態となるのを待って解除することが好ましい。

図４は、負荷なしの場合におけるサージ制御の概要を示すタイムチャートである。図５は、図４のサージ制御における動作点Ｐｏの変化の様子の一例を示す説明図である。図５に示すように、コンプレッサ２４０の動作状態が動作点Ｐｏ１となっているとする。そして、この動作状態において、図４に示すように、負荷要求Ｑは状態Ｑ１、コンプレッサ流量Ｓは流量Ｓ１、燃料電池１００へ供給される流量（ＦＣ側流量）は流量Ｓｆ１、バイパス側流量Ｓｂは流量Ｓｂ１（＝Ｓ１−Ｓｆ１）となっている。時刻Ｔ０において、負荷要求Ｑが状態Ｑ１から０へ急激に変化したとする。この際、ＦＣ制御部６１０では、この変化に応じてコンプレッサ流量Ｓは流量Ｓ１から流量Ｓ２（＜Ｓ１）への指令がなされ、ＦＣ側流量Ｓｆは流量Ｓｆ１から０への指令がなれる。そして、ＦＣ制御部６１０では、上記指令に応じたコンプレッサ２４０、調圧バルブ２５０及び分流バルブ２６０の制御が行なわれる。

この際、図４に示すように、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）、コンプレッサ流量ＳおよびＦＣ側流量Ｓｆは、負荷要求の急激な減少に追随できない。特に、出力側圧力Ｐ２は、コンプレッサ２４０の回転数を低下させたとしても、なかなか低下せず、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）の低下は非常に小さい。この結果、時刻Ｔ１において、図５に示すように、コンプレッサ２４０の動作状態は、動作点Ｐｏ１から動作点Ｐｏ２となって、サージ領域内にあると判定される（図３のステップＳ１１０）。そして、図４に示すように、一定時間Ｔｗ経過した時刻（Ｔ１＋Ｔｗ）において、ＦＣ制御部６１０による分流バルブ２６０の開度の制御に優先して、分流バルブ２６０の開度の開放（全開）が指示され（図３のステップＳ１４０ｂ）、分流バルブ２６０の開放（全開）によるサージ領域からの脱出制御が開始される。この際、図４及び図５に示すように、バイパス側流量Ｓｂが遷移して、流量Ｓｂ１から流量Ｓｂ２に増大されるとともに、ＦＣ側流量Ｓｆが遷移して、流量Ｓｆ１から０となり、コンプレッサ流量ＳはＳ１からＳ２に低減される。この遷移過程において、バイパス側流量Ｓｂおよびコンプレッサ流量Ｓは、分流バルブ２６０の開放により、開放前の流量よりも増大した後、減少して流量Ｓｂ２および流量Ｓ２となる。このバイパス側流量Ｓｂが開放前流量よりも増大することによって、コンプレッサ２４０の出力側圧力Ｐ２が低減され、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が低減される。この結果、図５に示すように、コンプレッサ２４０の動作状態を、非サージ領域の動作点Ｐｏ３とすることができ、サージ領域から脱出させることができる。

図６は、負荷ありの場合におけるサージ制御の概要を示すタイムチャートである。図７は、図６のサージ制御における動作点Ｐｏの変化の様子の一例を示す説明図である。図７に示すように、コンプレッサ２４０の動作状態が動作点Ｐｏ１となっているとする。そして、この動作状態において、図６に示すように、負荷要求Ｑは状態Ｑ１、コンプレッサ流量Ｓは流量Ｓ１、ＦＣ側流量は流量Ｓｆ１、バイパス側流量Ｓｂは流量Ｓｂ１（＝Ｓ１−Ｓｆ１）となっている。時刻Ｔ０において、負荷要求が状態Ｑ１から状態Ｑ３（＜Ｑ１）へ急激に変化したとする。この際、ＦＣ制御部６１０では、この変化に応じてコンプレッサ流量Ｓは流量Ｓ１から流量Ｓ３（＜Ｓ１）への指令がなされ、ＦＣ側流量Ｓｆは流量Ｓｆ１からＳｆ３（＜Ｓｆ１）への指令がなれる。そして、ＦＣ制御部６１０では、上記指令に応じたコンプレッサ２４０、調圧バルブ２５０及び分流バルブ２６０の制御が行なわれる。

この際、図６に示すように、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）、コンプレッサ流量ＳおよびＦＣ側流量Ｓｆは、負荷要求の急激な減少に追随できない。特に、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）の低下は非常に小さい。この結果、時刻Ｔ２において、図７に示すように、コンプレッサ２４０の動作状態は、動作点Ｐｏ１から動作点Ｐｏ４となって、サージ領域内にあると判定される（図３のステップＳ１１０）。そして、図６に示すように、一定時間Ｔｗ経過した時刻（Ｔ２＋Ｔｗ）において、ＦＣ制御部６１０による調圧バルブ２５０の開度の制御に優先して、調圧バルブ２５０の開度の開放（全開）が指示され（図３のステップＳ１４０ｂ）、調圧バルブ２５０の開放（全開）によるサージ領域からの脱出制御が開始される。この際、図６及び図７に示すように、ＦＣ側流量Ｓｆは、開放前の流量Ｓｆ１よりも増大した後、流量Ｓｆ３（＜Ｓｆ１）まで低下するとともに、コンプレッサ流量Ｓは、開放前の流量Ｓ１よりも増大した後、流量Ｓ３（＜Ｓ３）まで低下する。このＦＣ側流量Ｓｆが開放前流量よりも増大することによって、燃料電池１００に対して負荷に応じた空気（酸化ガス）が供給されるとともに、コンプレッサ２４０の出力側圧力Ｐ２が低減され、圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が低減される。この結果、図７に示すように、コンプレッサ２４０の動作状態を、非サージ領域の動作点Ｐｏ４とすることができ、サージ領域から脱出させることができる。

本実施形態の燃料電池システムでは、コンプレッサ２４０の動作状態がサージ領域に突入してサージが発生する状態となった際に、燃料電池１００に対する負荷要求が有る場合には、調圧バルブ２５０を開放（全開）とすることで、コンプレッサの入出力間の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）を低下させるので、負荷に応じて燃料電池１００の発電に要する酸化ガスを燃料電池１００に供給しつつ、コンプレッサ２４０のサージを解消することができる。また、燃料電池１００に対する負荷要求が無い場合には、分流バルブ２６０を開放（全開）とすることで、コンプレッサ２４０の入出力間の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）を低下させることができる。

Ｂ．他の実施形態：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような形態での実施も可能である。

（１）上記実施形態では、分流バルブ２６０あるはい調圧バルブ２５０を開放（全開）させているが、これに限定されるものではない。バイパス流路２３０あるいは燃料電池１００へ流れる空気の流量を増大（増加）させて、コンプレッサ２４０の出力側圧力Ｐ２を低減させることができればよい。従って、負荷要求が無い場合には、出力側圧力Ｐ２の低減が可能な流量に増大（増加）できるように、分流バルブ２６０の開度を増大（増加）させればよい。また、負荷要求がある場合には、出力側圧力Ｐ２の低減が可能であるとともに、負荷要求に応じた空気を燃料電池１００に供給可能な流量に増大（増加）できるように、調圧バルブ２５０の開度を増大（増加）させればよい。

（２）上記実施形態では、車両に搭載された燃料電池システムを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電力を動力発生装置（駆動モータ）の動力源とする種々の移動体に搭載される燃料電池システムにも適用可能である。また、移動体に搭載される燃料電池システムだけでなく、定置型の燃料電池システムにも適用可能である。

本発明は、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、或いは、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…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０１…カソードの入口
１０２…カソードの出口
２００…酸化ガス供給系
２１０…供給流路
２１２…第１圧力計
２１４…流量計
２１６…第２圧力計
２２０…排出流路
２３０…バイパス流路
２４０…コンプレッサ
２５０…調圧バルブ
２６０…分流バルブ
３００…燃料ガス供給系
４００…冷却系
６００…制御装置
６１０…ＦＣ制御部
６２０…サージ制御部
６３０…サージ領域情報
Ｌｔｈ…境界線
Ｐ１…入力側圧力
Ｐ２…出力側圧力
（Ｐ２／Ｐ１）…圧力比
Ｐｏｓ，Ｐｏｍ，Ｐｏｅ…動作点
Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３，Ｐｏ４，Ｐｏ５…動作点
Ｑ…負荷要求
Ｑ１，Ｑ３…状態
Ｓ…コンプレッサ流量
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…流量
Ｓｂ…バイパス側流量
Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ３…流量
Ｓｆ…ＦＣ側流量
Ｓｆ１，Ｓｆ２，Ｓｆ３…流量
Ｓ１１０〜Ｓ１３０，Ｓ１４０ａ，Ｓ１４０ｂ，Ｓ１５０〜Ｓ１７０…ステップ
Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２…時刻
Ｔｗ…一定時間
（Ｔ１＋Ｔｗ），（Ｔ２＋Ｔｗ）…時刻

Claims (1)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   燃料電池のカソードへの酸化ガスの供給流路と、
   前記カソードからの排ガスの排出流路と、
   前記供給流路と前記排出流路とを接続するバイパス流路と、
   前記バイパス流路が接続される前記供給流路の位置よりも上流に設けられたコンプレッサと、
   前記カソードに流れる酸化ガスの流量を調整する第１バルブと、
   前記バイパス流路に流れる酸化ガスの流量を調整する第２バルブと、
   前記コンプレッサ、前記第１バルブおよび前記第２バルブを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記燃料電池に対する負荷要求が変化することで前記コンプレッサの動作状態がサージの発生するサージ領域に入った際に、
   前記燃料電池に対する負荷要求が無い場合には、前記第２バルブの開度を増加させて前記バイパス流路に流れる酸化ガスの流量を増加させることで、前記コンプレッサの入出力間の圧力比を低下させ、
   前記燃料電池に対する負荷要求が有る場合には、前記第１バルブの開度を増加させて前記カソードに流れる酸化ガスの流量を増加させることで、前記コンプレッサの入出力間の圧力比を低下させる、
   ことを特徴とする燃料電池システム。

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