JP6974309B2 - 燃料電池システム用コントローラおよび関連方法 - Google Patents

Description

この開示は、燃料電池システムのためのコントローラおよび関連する方法に関し、とくに、これに限定されないが、動力用車両のような高負荷用途の燃料電池システムに関する。

車両用途では、燃料電池スタック上の電気負荷は、車両の使用の変化に応じて、大幅にかつ迅速に変化する。例えば、電気モータなどの電気負荷の要求は、車両が停止または駐車されているときは無視できるが、車両の運転者が急激に加速することを決定した場合には、瞬時に比較的高い値に上昇する。電気負荷が、燃料電池システムから任意の所定の場合に供給できるよりも多くの電力を供給しようとする場合、燃料電池スタックの電池電圧はトリップ（停止）レベルまで低下するか、または、燃料電池スタックからの熱放散により、燃料電池スタックの温度が熱トリップ（停止）レベルを超えるようになる。これらの状況のいずれかが、有効な電源としての燃料電池システムの故障をもたらし、車両への総電力損失を引き起こす可能性がある。そのような事態は、車両用途における安全性の観点からは全く受け入れられないであろう。

この発明の第１の側面によれば、燃料電池システムを動作させる方法は：
上記燃料電池システムから取り出すことができる最大許容電流を決定するステップと；
現行の上記最大許容電流に対する変化の大きさを、現行許容電流ランプ速度（変動速度）と、上記燃料電池の実際に測定された電流とに基づいて繰り返し決定するステップと；
繰り返し決定される上記変化の大きさに従って、上記最大許容電流を更新するステップと；
上記現行の最大許容電流に従って上記燃料電池の動作パラメータを制御するステップとを有する

電流制限の導出は、燃料電池システムの外部電気負荷が燃料電池システムの能力内にある量の電力を引き出すことを可能にするために必要である。

上記燃料電池の動作パラメータを制御する上記ステップは、上記燃料電池の電気負荷を制御するステップと有する。決定される上記変化の大きさは増分または減分を有する。上記変化の大きさは、上記現行の許容電流ランプ速度に対応する変化の大きさと電流負荷仕様によって変化の大きさのうちの小さい値に従って決定されて良い。決定された値は上記最大許容電流に対して増分として適用される。変化の大きさは、燃料電池システムの１または複数の燃料電池の乾燥時間に対応する期間の関数として決定されて良い。乾燥時間は、流れる電流がゼロであり、強制換気されないことを条件にして、さらなる乾燥がさらなる性能低下を生じないほど十分に、湿った電池を乾燥するのに要する時間であって良い。実際に測定された電流と、現在の現行電流ランプ速度と、上記システムの定格最大電流、燃料および／または酸素搬送システムの能力に基づく、最大ランプ速度、上記燃料電池システムの１または複数の燃料電池の乾燥時間に対応する時間間隔、および、上記燃料電池システムの１または複数の燃料電池の湿潤時間に対応する時間間隔のうちの少なくとも１つとの関数として許容電流ランプ速度を周期的に決定するステップを含んで良い。定格最大電流は、燃料電池システムの物理的構成のための所定の最大電流を含んで良い。許容可能な電流ランプ速度は、１つまたは複数の燃料電池の過乾燥により生じるシステム内の不足電圧事象の捕捉を確実にする現在の速度増加のレベルを表す最小電流ランプ速度の影響を受けて良い。この方法は、さらに、（ｉ）１または複数の電池の温度が予め定められた温度閾値を上回ること；（ｉｉ）１または複数の電池の電圧が予めっ定められた電池電圧閾値を下回って下降すること；（ｉｉｉ）複数の電池の電圧が予め定まられた範囲を超えることのうち、１または複数が起こった場合に、上記最大許容電流の増加を禁止するステップをさらに含んで良い。この方法は、上記最大許容電流を、（ｉ）総システム稼動時間；（ｉｉ）燃料電池システムが経験した完全開始停止サイクルの総回数のカウント；（ｉｉｉ）予め定められた低湿度閾値を下回る周囲湿度；（ｉｖ）予め定められ低温閾値を下回る周囲温度；（ｖ）予め定められ高温閾値を上回る周囲温度閾値；および、（ｖｉ）システム電圧のうちの１または複数の関数として決定するステップをさらに含んで良い。この方法は、上記最大許容電流を、１または複数の電池電圧の最小電池電圧閾値への近接度および／またはシステム温度の最大温度限界への近接度の関数として決定するステップをさらに含んで良い。この方法は、１つまたは複数の電池電圧が電圧閾値を下回ることを防止するために、比例積分コントローラを使用して最大許容電流を制限して良い。この方法は、最大許容電流を制限するために比例積分コントローラを使用して、１つ以上のスタック温度測定値が最大温度限界を超えて上昇するのを防止して良い。この方法は、上記最大許容電流が予め定められた最小電流制限を下回らないと判定するステップをさらに含んで良い。この方法は、（ｉ）システムがシャットダウン手順に入るか；（ｉｉ）システムの１または複数の燃料電池が負荷から隔離されるか、の一方または双方の場合に、上記最大許容電流を上書きするステップをさらに含んで良い。この方法は、上記システムの寄生電流負荷の関数として上記最大許容電流を変更するステップをさらに含んで良い。

他の側面によれば、上記方法のいずれかを実行するように構成されたコントローラが提供される。

他の側面によれば、直列または並列に配置された１つまたは複数の燃料電池と、コントローラとを有する燃料電池システムが提供される。１つ以上の燃料電池は、空冷式燃料電池であって良い。

他の側面によれば、車両であって、当該車両に動力を供給するように構成された燃料電池システムを備える、上記車両が提供される。

他の側面によれば、上記の方法を実行するようコントローラに命令するためのコンピュータプログラムが提供される。

コンピュータ上で実行されると、本明細書で開示された回路、コントローラ、またはデバイスを含む任意の装置を構成するか、または本明細書で開示される任意の方法を実行するコンピュータプログラムを提供して良い。コンピュータプログラムは、ソフトウェア実装であって良く、コンピュータは、任意の適切なハードウェアとして考慮して良く、これは、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、および、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）または消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）内の実現形態を含むが、これに限定されない。ソフトウェアはアセンブリプログラムであって良い。

コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体上に提供されても良く、これは、ディスクまたはメモリデバイスのようなものであり、あるいは過渡信号として実装されて良い。このような過渡信号は、インターネットダウンロードを含むネットワークダウンロードであって良い。

この説明は、添付の図面を参照して、例としてのみ提供される。

燃料電池システムおよび外部電気負荷の模式図を示す。 図１の燃料電池システムを制御するためのフローチャートを説明する。 図１の燃料電池システムの更新された許容可能電流ランプ速度を決定する論理装置を説明する。 図１のような燃料電池システム用に燃料電池状態を決定するための論理装置を説明する。 図１のような燃料電池システム用に周囲ディレート電流限界を決定するための論理装置を説明する。 図１のような燃料電池システム用に初期電流限界を決定するための論理装置を説明する。 燃料電池の負荷および図６の論理装置を用いて計算された対応する初期電流限界のプロフィールを説明する。 図１のような燃料電池システム用に総システム電流限界を決定するための論理装置を説明する。 図１のような燃料電池システム用に正味システム電流限界を決定するための論理装置を説明する。

図１は、車両用の燃料電池システム１００と、車両の電気モータまたは他の搭載システムなどの外部電気負荷１０２の概略図を示している。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０４と、限界計算機１０６とを備える。燃料電池スタック１０４は、外部電気負荷１０２に電力を供給するように構成される。限界計算機１０６は、燃料電池システム１００からの信号を受信し、受け取った信号に基づいて負荷が燃料電池スタックから引き出すことができる電流の量の限界を決定する。限界計算機１０６は、例えばスタックおよび周囲温度、水和レベルおよびランプ速度などのスタック状態を考慮することによって電流制限を計算するように構成して良い。いくつかの例では、比例積分コントローラを限界計算機１０６として使用して、１つまたは複数の電池電圧が電圧閾値を下回るのを防止したり、または、１つまたは複数のスタック温度測定値が最大温度限界を超えて上昇するのを防止する。

重要なスタック状態の１つは、燃料電池膜の水和状態である。典型的には、膜中の水含有量が増加するにつれて、燃料電池スタックの性能（したがって、燃料電池スタックが生成し得る電力）が増加する。これは、導電性水の存在により電池の電気インピーダンスが低下するためである。従って、燃料電池スタック１０４が、その電気化学的プロセスの副生成物として水を生成することは、幸運なことであり、当該プロセスは水素と酸素とを組み合わせて電池のカソード（酸素露出側）に水を生成する。電流の流れの結果として生成された水は、燃料電池１０８を水和する。

逆に、燃料電池スタック１０４を流れる電流を増加させるプロセスは、電池の分極特性にともなって、（典型的には１．２３ｖ／電池）の理論開回路電圧から、（典型的には０．７ｖ／電池）の、より低い動作電圧への電圧減少をもたらす。この失われた電位は、当該失われた電位と同等の熱散逸によって説明される。したがって、発電量が増加すると、燃料電池システムによって管理されなければならない熱放散が、ほぼ等しいだけ増加する。負荷電流が変化するときに動作温度を電気化学反応に許容可能に維持するために、送風機またはファンが、露出したカソードを含む、燃料電池スタックを通って移動させる空気の量を変化させることによって、放熱が空冷式燃料電池スタックにおいて実現されて良い。暖かい湿った表面を横切るそのような空気の通過は、常に表面の乾燥をもたらし、蒸発によって燃料電池スタックから水を除去する。燃料電池スタック１０４の水和、ひいてはスタック１０４が使用されるシステム１００の効率および性能は、運転負荷および環境条件の変化によって引き起こされる湿潤および乾燥事象の変化に左右される。

スタックの水和状態は、電気インピーダンス分光法（ＥＩＳ）などの方法によって決定することができ、これは、電気負荷１０２に変調印加された特定の周波数の電気信号を使用して、電池１０８のインピーダンスを決定することができる。現実には、そのようなシステムは複雑であり、現実世界のアプリケーションのコスト、重量および体積要件を超えている可能性がある。その代わりに、限界電流を決定する方法の例は、容易に利用可能な燃料電池システム１００からの測定パラメータの数、ならびに燃料電池スタックの特性レポートデータに基づくいくつかの定数および計算に基づいてもよい。

負荷コントローラ１０７は、外部電気負荷１０２に関連付けられている。負荷コントローラ１０７は、限界電算器１０６から電流制限を受け取り、受け取った電流制限に従って外部電気負荷１０２を制御するように構成される。電流制限は、例えば車両のパワートレインのようなＣＡＮバスを介して負荷コントローラ１０７に供給されてもよい。負荷コントローラ１０７は、電流制限を使用して、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）が、燃料電池システム１００が維持することができるよりも多くの電流を外部電気負荷１０２に流さないように制限することができる。

燃料電池スタック１０４は、この例では、直列に積み重ねられた複数の空冷式燃料電池１０８を有する。代替的には、燃料電池スタックは、単一の燃料電池または並列に設けられた複数の燃料電池のみを有して良い。燃料電池システム１００は、空気を燃料電池１０８に提供するために、送風機またはファンのような強制換気装置を有して良い。さらに代替的な方法として、スタック１０４の代わりに燃料電池の平面配列を設けて良い。

図２は、図１の限界計算機および負荷コントローラによって実行されて良い方法２００を示す。

方法２００は、燃料電池スタックから引き出され得る最大許容電流を決定するステップ２０２を含む。その後、現行の最大許容電流に対する変化の大きさが、現行の許容電流ランプ速度および燃料電池スタックの実際の測定電流に基づいて決定される（２０４）。現行の最大許容電流の変化の大きさの決定ステップ２０４は、繰り返して、または定期的に実行されてもよい。各決定ステップ２０４の後、決定された変化の大きさに従って最大許容電流が更新される（２０６）。続いて、燃料電池スタックの動作パラメータが、現行の最大許容電流に従って制御される（２０８）。燃料電池スタックの動作パラメータを制御するステップは、燃料電池スタック上の外部電気負荷を制御することを含んで良い。

方法２００の実施ステップが、図３〜図９の論理構成図を参照して以下にさらに詳細に説明される。図３〜図９において、入力変数は”Ｉ”でラベル付けされ、出力変数は”Ｏ”でラベル付けされる。プリセット変数または定数は、”Ｉ”も”Ｏ”も付けられない。

図３は、更新された許容電流ランプ速度（ＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ）３０２を決定するための論理装置３００を示し、これは、後続の論理構成図の入力として使用される。

要約すると、スタックが完全に乾燥しているときの乾燥電流３１０とスタックが完全に濡れているときの湿潤電流３１２との間の差３０８から決定された電流差分値３０６に、現行のシステム電流ランプ速度（ＰｒｅｖａｉｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ）を加えることによって、ＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ３０２が決定される。電流がさらに取り出されたり、もっと湿潤な環境下で運転がなされたりしても、スタックの性能がほとんど、またはまったく増加しない（例えば、発電量の１％未満の変化など）とき、スタックは「完全に濡れている」ことになる。スタックに負荷を加えないで、２０℃で相対湿度５０％の「典型的な」環境下でファンを連続運転しても、インピーダンスが増加しないときに、スタックは「完全に乾燥」されている。電池内の水含有量に基づくスタックのインピーダンスは、例えば、電気化学的インピーダンス分光法を使用して決定して良い。電流差分値３０６は、正または負にすることができ、スタック状態に基づいてランプ速度を増減することができる。

乾燥電流３１０を決定するために、第１の除算器３１５は、負荷に供給された実際の測定電流（ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ）３１４を最大電流制限（ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）３１６で除算し、減算ユニット３１８は除算の結果を１から減算する。ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ３１６は、燃料電池スタックが生成すると予想される定格または理論上の電流値である電流である。ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ３１６は、各電池の活性領域および膜の電流密度によって制限される。第１の除算器３１５と並列に、第２の除算器３２１は、最大電流ランプ速度（ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ）３２０をスタック完全乾燥時間（ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＤｒｙＴｉｍｅ）３２２で除算する。最大電流ランプ速度３２０は、燃料電池システムの種々のパラメータから計算される、電流増加を許容する最大速度である。例えば、ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ３２０は、燃料電池状態のガス搬送システムが電流のステップ変化に応答する能力、および電池電圧測定のような電流の増加による二次的影響に対応する制御システムの制限に応じて設定される。ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＤｒｙＴｉｍｅ３２２は、濡れた電池が、さらなる乾燥がさらなる性能低下を、例えば１％、２％または５％の電圧低下をもたらさないくらいに十分に乾燥させるのに必要な時間であり、ただし、電流がゼロで、強制換気されないことを条件とし、たとえば、送風機や送風機が作動していないことを条件とする。第１の乗算器ユニット３２４は、２つの並列経路を一緒に乗算する。第２の乗算器ユニット３２６は、第１の乗算の積に電流限界計算制御時間（ＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ）３２８を乗じて、乾燥電流３１０を与える。

湿潤電流３１２を決定するために、第３の除算器３３０はＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ３１４を最大電流３１６で除算する。並行して、第４の除算器ユニット３３１は、ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ３２０をスタック完全湿潤時間（ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＷｅｔＴｉｍｅ）３３２で除算する。ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＷｅｔＴｉｍｅ３３２（３３２）は、第２の除算器ユニット３２０によって生成される。乾燥電池が十分に濡れるまでに要する時間であり、これは、さらなる濡れがさらなる性能向上、例えば、１％、２％または５％の電圧上昇をもたらさないものであり、ただし、最大電流限界３１６の電流フロー、スタックの定格電流、または理論上の最大電流を条件とする。第３の乗算器３３４は、第３および第４の除算器３３０、３３１からの両方の除算値の結果を乗算する。第４の乗算器３３６は、第３の乗算の結果にＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ３２８を乗算して、乾燥電流値３１２を供給する。除算器ユニット３０８は、乾燥電流３１０と湿潤電流３１２との間の差を決定して電流差３０６を供給する。加算ユニット３３７は、現行システム電流ランプ速度３０４と電流差３０６との和を計算する。第１比較ユニット３４０は、当該和を最大電流ランプ速度（ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ）３２０と比較する。この比較は、これら比較値のうち大きいものを第２の比較器３４４に供給して、最小電流ランプ速度（ＭｉｎｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ）３４６とさらに比較するためのものである。最小電流ランプ速度３４６は、一旦負荷が印加されて、電池電圧が降下し始めるならば、電流限界計算がさらなる電流限界の増大を阻止できるようにする最も遅いレートである。電流限界計算および電池電圧検出回路の応答時間に応じて、ＭｉｎｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ３４６を１Ａ／ｓｅｃおよび１０Ａ／ｓｅｃの間、例えば５Ａ／ｓｅｃとして良い。これらの比較３４０、３４４は、新たに計算されたランプ速度（ＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ３０２）が最大電流ランプ速度３２０または最小電流ランプ速度３４６のいずれをも超えないことを保証する。

このようにして、実際の測定された電流（ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ３１４）および現在の支配的な電流ランプ速度（ＰｒｅｖａｉｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ３０４）、並びに、つぎのうちの少なくとも１つの関数として、許容可能な電流ランプ速度（ＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ３０２）が決定される。
・スタックの定格電流、または理論上の最大電流（ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ３１６）；
・燃料および／または酸化剤送達システムの能力に基づく最大ランプ速度（ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ３２０）；
・燃料電池スタックの乾燥時間（ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＤｒｙＴｉｍｅ３２２）に対応する時間；および
・燃料電池スタックの濡れ時間（ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＷｅｔＴｉｍｅ３３２）に対応する期間

図４は、燃料電池システム内の燃料電池の実際の平均温度（ＭｅａｎＴＸ０３＿Ｓｙｓ）４０２、最小スタック電池電圧（ＭｉｎＣｅｌｌＶｏｌｔａｇｅ＿Ｓｙｓ）４０４およびＣＶＭシステム電圧拡散（ＳｙｓｔｅｍＣＶＭＳｐｒｅａｄＶｏｌｔａｇｅ）４０６に基づいて燃料電池状態を決定するための論理装置４００を示す。これらの値のそれぞれは、現在の増加をサポートする変数能力に特有の閾値と比較される。すべての変数が要求された条件を満たさない場合、電流増加は許可されない。

第１の比較器４１０は、実際の平均温度（ＭｅａｎＴＸ０３＿Ｓｙｓ）４０２と、燃料電池スタックの所定の温度閾値（ＩｎｃＣｕｒｒｅｎｔＭａｘＴＸ０３）４０８とを比較する。ＩｎｃＣｕｒｒｅｎｔＭａｘＴＸ０３ ４０８は、過熱を防止するためにスタック温度が高すぎる場合に電流が増加しないように選択することができる。いくつかの例では、ＩｎｃＣｕｒｒｅｎｔＭａｘＴＸ０３ ４０８は、燃料電池スタックのトリップ閾値に隣接し得る。ＩｎｃＣｕｒｒｅｎｔＭａｘＴＸ０３ ４０８は、例えば、冷却システムがステップ変化に応答している間に、ピーク性能温度を超える一時的な変動が許容されるので、ピーク性能温度よりも高くてもよい。

第２の比較器４１４は、最小スタック・電池電圧（ＭｉｎＣｅｌｌＶｏｌｔａｇｅ＿Ｓｙｓ）４０４を、システム電流限界のそれ以上の増加が許容されない所定の電池電圧閾値（ＩｎｃＣｕｒｒｅｎｔＭｉｎＣｅｌｌＶ）４１２と比較する。ＩｎｃＣｕｒｒｅｎｔＭｉｎＣｅｌｌＶ４１２は、スタックから引き出された過剰な電流が電池電圧を低過ぎるように低下させるため、燃料電池保護機構がトリップするのを防ぐように選択されてもよい。

ＳｙｓｔｅｍＣＶＭＳｐｒｅａｄＶｏｌｔａｇｅ４０６は、燃料電池スタック内の最低電池電圧の電圧と、燃料電池スタック内の最高電池電圧の電圧との間の差である。アノード上の水分が多すぎる燃料電池スタックは、このパラメータに対して比較的高い値を示す。第３の比較器４１８は、所定の電池電圧閾値（ＳｙｓｔｅｍＣＶＭＳｐｒｅａｄＶｏｌｔａｇｅ）４０６を、それ以上の電流増加が許容されない閾値である所定の範囲（ＩｎｃＣｕｒｒｅｎｔＭａｘＣＶＭＳｐｒｅａｄ）４１６と比較する。ＩｎｃＣｕｒｒｅｎｔＭａｘＣＶＭＳｐｒｅａｄ４１６は、パージが水の蓄積を取り除くことができるような事態が生じるまで、増加した電流の流れおよび水の生成によって引き起こされるさらなる電池電圧降下の発生のリスクに基づいて選択することができる。

３つの比較器４１０、４１４、４１８の出力に対して３元ＡＮＤ演算４２０が実行されて、許可電流増加フラグ（ＰｅｒｍｉｔＣｕｒｒｅｎｔＩｎｃｒｅａｓｅ）４２２を設定するようになっており、これはブール値を取って良い。

このようにして、最大許容電流の増加が、つぎのうちの１または複数があるときに、禁止されて良い。
・スタック内の１つ以上の電池の温度が所定の温度閾値を超えている；
・１つ以上の電池電圧が所定の電池電圧閾値を下回る；
・複数の電池電圧が所定の範囲を超える。

図５は、以下のうちの１つを使用することによって周囲ディレート電流の限界を決定するための論理装置５００を示す。
・システムが低温の場合は、電源５１０が必要である。
・システムが正常な状態の場合は、電源５２４が必要である。
・システムが高温になっている場合は、電源５２０が必要である。

第１減算ユニット５０４は、ＬｏｗｅｒＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＰｏｉｎｔ５０６（ＬｏｗｅｒＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＰｏｉｎｔは、それ以下であると燃料電池システムの寄生負荷に電力を供給する必要があり、そのために搬出電力を減少させることになる周囲温度である）から、測定された周囲温度（ＴＸ０１）５０２を減算する。第１乗算器５０８は、減算ユニット５０４によって決定された差分に、燃料電池システムが生成する電気エネルギの量のＬｏｗｅｒＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＰｏｉｎｔ５０６より低い温度での１度あたり減少分（ＬｏｗｅｒＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＷａｔｔｓＰｅｒＫｅｌｖｉｎ）５１９を乗算して、システムが低温状態で動作している場合に必要とされる電力５１０を供給するようになっている。

第２の減算ユニット５１４は、測定された周囲温度（ＴＸ０１）５０２から、燃料電池システム（ＵｐｐｅｒＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＰｏｉｎｔ）５１２の寄生負荷に対応するために供給電力が低減される周囲温度を減算する。第２の乗算ユニット５１６は、システムが高温状態で動作している場合に必要な電力５２０を供給するために、第２の減算ユニット５１４により決定される差分に、燃料電池システムがＵｐｐｅｒＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＰｏｉｎｔ５１２よりも高い温度で生成する１度あたり生成する電気エネルギの量（ＵｐｐｅｒＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＷａｔｔｓＰｅｒＫｅｌｖｉｎ）５１８を乗算する。

第３の減算ユニット５２８は、システムが冷えている場合に必要な電力５１０を、正常状態（ＮｏｍｉｎａｌＰｏｗｅｒＯｕｔｐｕｔ）５２４で動作するシステムの公称電力出力の基準値から減算する。第４の減算ユニット５３０は、システムが熱いときに必要な電力５２０を、ＮｏｍｉｎａｌＰｏｗｅｒＯｕｔｐｕｔ５２４から減算する。第１の比較ユニット５２２は、つぎの中から最小値５２６を決定するために比較を行う。
・ＮｏｍｉｎａｌＰｏｗｅｒＯｕｔｐｕｔ５２４
・ＮｏｍｉｎａｌＰｏｗｅｒＯｕｔｐｕｔ５２４から、システムが低温状態で動作している場合に必要とされる電力５１０を引くことによって得られる差分；および
・システムが高温状態で動作している場合に必要な電力５２０をＮｏｍｉｎａｌＰｏｗｅｒＯｕｔｐｕｔ５２４から減算することによって得られる差分

第３の乗算器ユニット５３０は、システムが動作している時間数（ＳｙｓｔｅｍＤａｔａ＿ＵｐｔｉｍｅＨｏｕｒｓ）に倍率５３２を乗算する。第５の減算ユニット５３４は、寿命スケーリング積５３６を提供するために、乗算の積を１から減算する。ユニット５３７は、第１の比較ユニット５２２によって決定された最小値５２６と寿命スケーリング積５３６とを乗算して、劣化の補正された電力５３９を提供し、これは、電力をスタックの経年変化に応じたパーセンテージだけ減少させる。寿命スケーリング積５３６は、寿命の初期（ＢｏＬ）電力と寿命の終了（ＥｏＬ）電力との間の所与の電流フローに対するスタックの出力電圧の低下に対処するために供給され、この低下はカソードの劣化によるものである。いくつかの例では、システムの電力仕様を満たすために電流制限値が計算されるので、ロジックがこの劣化を計算することが重要である。予想される電力供給仕様が（劣化のために）システムの寿命にわたって低下し、これが計算によって考慮されない場合、コントローラは、電圧の低下に対応するために、寿命末期に電流を増加させようとする可能性がある。このような動作は、燃料電池スタック内の熱放散を大幅に増大させることがある。場合によっては、増加した熱放散は、システムによって受け入れられる熱放散よりも大きくなってしまう。

第２の比較ユニット５４１は、定格または理論上の公称システム電圧（ＳｙｓｔｅｍＰｏｌａｒｉｓｅｄＶｏｌｔａｇｅ）５４２およびシステムの出力電圧（ＶＸ１０）のうちの低い方を決定する。いくつかのスタックのトポロジーでは、ＳｙｓｔｅｍＰｏｌａｒｉｓｅｄＶｏｌｔａｇｅ５４２は１００．８Ｖであり、各電池は０．７Ｖで動作する。この決定の目的は、システムが開回路電圧であるときに行われる初期電流計算が非現実的に小さくないようにすることである。１電池当たり０．７Ｖ以下の負荷による電圧降下を前提とすることにより、電流負荷の初期計算は、その負荷が印加されたときの電圧降下が予測されるため、より正確にすることができる。もちろん、実際の電圧が予想よりも低い場合、基準の最小値が適用され、より多くの電流が供給されて所望の電力が得られる。

第１の除算器５４０は、劣化した補正電力５３９を、理論公称システム電圧（ＳｙｓｔｅｍＰｏｌａｒｉｓｅｄＶｏｌｔａｇｅ）５４２、および、第２の比較によって供給されるシステム（ＶＸ１０）の出力電圧５４４のうちの小さい値５４１で、除算することによって、周囲電流制限値（ＡｍｂｉｅｎｔＤｅｒａｔｅＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）を計算する。燃料電池スタックの電流レーティングは、ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ３１６によって設定され、スタックの寿命を通して同じままである。ただし、始動時（ＢｏＬ）において、所定の電流に対して燃料電池スタックによって供給される電圧は、寿命末期（ＥｏＬ）よりも高い。電流制限の計算では、全電圧出力（ＶＸ１０）５４４を考慮し、これに基づいて予想される電力を供給するのに必要な電流制限を決定し、ＢｏＬとＥｏＬの電圧差に左右される（つまり、電流は寿命を通じて増大し、電圧は低下し、したがって、効率は低下していく）。

ＮｏｍｉｎａｌＰｏｗｅｒＯｕｔｐｕｔ５２４のような定数は、システムの寄生的なエネルギ要件が、総スタック電流能力および寄生素子（ファン、ブロワ、ヒータ）の許容範囲を満たして、燃料電池システムの許容動作環境をその動作中に維持するのを確実にするように選択されて良い。ＮｏｍｉｎａｌＰｏｗｅｒＯｕｔｐｕｔ５２４は、また、システムの期待される電力供給（仕様）、ならびに、スタックの条件付け事象（「ファンの脈動」）に起因する、出力の予想されるオフタイムを考慮して選択し、もって、時間間隔にわたる具体的なネット平均出力が達成されるようにして良い。

このようにして、最大許容電流（これはＡｍｂｉｅｎｔＤｅｒａｔｅＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ５３８に関連する）は、つぎの１つまたは複数の関数として決定されて良い。
・システムの合計実行時間（ＳｙｓｔｅｍＤａｔａ＿ＵｐｔｉｍｅＨｏｕｒｓ５２８）；
・所定の低温閾値（ＬｏｗＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＰｏｉｎｔ５０６）を下回る周囲温度（ＴＸ０１ ５０２）；
・所定の高温閾値（ＵｐｐｅｒＴｅｍｐＤｅｒａｔｅＰｏｉｎｔ５１２）を上回って上昇する周囲温度（ＴＸ０１ ５０２）；および
・スタック電圧（ＶＸ１０ ５４４）

代替的な例では、ＡｍｂｉｅｎｔＤｅｒａｔｅＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ５３８は、さらに、以下のうちの一方または双方の関数として決定されて良い。
・燃料電池スタックが受ける、完全な停止開始サイクルの総数のカウント；および
・所定の低湿度閾値を下回る周囲湿度

図６は、初期電流制限値（ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）６０２を決定するための論理装置６００を示す。初期電流制限値６０２は、スタックの状態に基づく軽減化のために係数倍加されていない総システム電流制限値である。ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２は、燃料電池スタックから引き出される最大許容電流の一例である。

論理装置６００は、マルチセレクタ６１０によって結合された３つの別個の論理経路６０４、６０６、６０８を有する。第２の論理経路６０６は、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２を増加させるべき電流の量を周期的に決定する。第３の論理経路６０８は、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２を減少すべき電流の量を周期的に決定する。第１論理経路６０４の出力は、マルチセレクタ６１０が第２論理経路６０６または第３論理経路６０８を選択するかどうか、すなわち、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２を増加させるか減少させるかを制御するために使用される。

第１の論理装置経路６０４は、入力として、以下のものと受け取る。
・負荷に供給される実際の測定電流（ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ）６１２；
・負荷によって取り出される電流の増加を検出するために現に取り出されるものを上回って、システムが受け入れる電流量（ＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｔＯｖｅｒｈｅａｄ）６１４；
・負荷に供給される電流の限界（ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）６１６、例えば、図８で後述する論理装置を使用して計算することができるもの；および
・現在の増加が許可されるべきかどうかを示すブール値（ＰｅｒｍｉｔＣｕｒｒｅｎｔｌｎｃｒｅａｓｅ）６１８であり、これは例えば図４に関して前に説明した論理装置を使用して計算することができるもの

第１の論理経路６０４において、比較器６２０は、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６と、ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ６１２およびＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｔＯｖｅｒｈｅａｄ６１４の和６２２とのうちの大きいもの決定する。次いで、ＡＮＤ演算６２３が、これらの値のうちの大きい方と、ＰｅｒｍｉｔＣｕｒｒｅｎｔＩｎｃｒｅａｓｅ６１８とのブール値に対して実行され、マルチセレクタ６１０の選択条件を供給する。システム上の負荷が、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６に近づいている電流を引き出そうとしており、かつ、スタックが増加を許容する条件にあるならば、マルチセレクタ６１０は、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２が、第２の論理装置経路６０６によって設定可能になるように設定される。

第２の論理装置経路６０６は、入力として、つぎのものを受け取る。
・例えば図３を参照して先に説明した論理装置を使用して計算することができる現行の許容電流ランプ速度（ＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ）６２４；
・電流限界計算制御時間（ＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ）６２６、これは、図３を参照して先に説明したものと同様であってもよい
・ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ６１２；
・ＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｔＯｖｅｒｈｅａｄ６１４；および
・ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６

第２の論理経路６０６において、第１の減算器６３４は、第２の加算ユニット６３６によって計算されたＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ６１２とＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｔＯｖｅｒｈｅａｄ６１４との和からＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６を減算する。この減算の結果は、第１の比較ユニット６３８によって、ＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ６２４およびＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ６２６の積と比較され、どちらが最低値であるかを判定する。第３の加算ユニット６４２は、これらの値の低い方をＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６に加算し、第２の論理経路入力をマルチセレクタ６１０に供給する。第２の論理経路入力は、ＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ６２４およびＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６に基づいて、現行の最大許容電流に対する変化の大きさを供給する。このようにして、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２は、以下のうちの小さいものから導出される。
（ｉ）新しい電流制限を作成するために経時的に正規化されたＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＲａｍｐＲａｔｅ６２４；および
（ｉｉ）２Ａであってもよい、ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ６１２およびＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｔＯｖｅｒｈｅａｄ６１４を加えたものから、以前の現在の需要からのＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６を差し引いたもの。したがって、第２の論理経路６０６は、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２の近くで動作し、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２のサイクルまたは変動を防止する。

第３の論理経路６０８は、入力として、以下のものを受け取る。
・ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６；
・ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ６１２；
・始動時に燃料電池システムが生成すると予想される理論電流値（ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）６２８；
・完全に湿った電池が十分に乾燥して、送風機またはファンが稼動しているときに電流が流れないことを条件にして例えば２％のマージンのエラー内で、乾燥がさらに性能を低下させないようにする期間（ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＤｒｙＴｉｍｅ）６３０；
・ＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ３２８、これは、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２の計算の間の時間間隔である。ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６２８、ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＤｒｙＴｉｍｅ６３０およびＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ６３２は、図３を参照して先に説明した対応する値と同様であって良い。

第３の論理経路６０８において、第１の除算器６４４は、ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ６１２をＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６２８で除算する。１−ｎ演算６５０が第１の除算器６４４の出力に対して実行される。第２の除算器６４６は、ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＤｒｙＴｉｍｅ６３０をＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ６３２で除算する。第３の除算器６４８は、ＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６２８を第２の除算器６４６の出力で除算する。第１の乗算器６５２は、第３の除算器６４８の出力に１−ｎ演算６５０の出力を乗算する。第１の減算部６５４は、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６から乗算結果を差し引き、得られる変化の大きさは、第３の論理経路入力として、マルチセレクタ６１０に供給される。このようにして、ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ６１２とＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６２８との間で利用可能な電流の割合が決定される。パーセンテージは、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６１６から取り出される電流量を決定するために使用される。これは、スタックが依然として負荷に供給できる電流の量に、利用可能な現在のオーバーヘッドの割合を乗算することによって行われる。これにより、初期電流制限がわずかに減少し、これは、最終的に負荷が要求する電流のすぐ上の限界に徐々に近づく。この電流制限のこの緩やかな減少は、負荷を即座に制限することなく、より高い電流要求に戻すことを可能にする。膜乾燥効果は湿潤効果よりも遅いので、燃料電池内でこの挙動を支持することが可能であろう。

マルチセレクタ６１０の出力は、第２の比較ユニット６５６によって、図５を参照して先に説明した論理装置を使用して提供されて良い周囲電流制限（ＡｍｂｉｅｎｔＤｅｒａｔｅＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）６５７と比較され、比較値の低い方が第２の比較ユニット６５６の出力として供給される。第３の比較ユニット６５８は、第２の比較ユニット６５６の出力をＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６２８と比較し、比較された値のうち大きい方がＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２として供給される。このように、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ６０２は、第２の論理経路６０６または第３の論理経路６０６によって供給される、決定された変化の大きさに従って、またはそれに基づいて更新される。

図７は、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２の時間の関数としてのプロファイルを示し、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２は、外部負荷（ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ）７１２に供給される実際に測定された電流に基づく、図６の論理装置を含む例示的システムによって計算されたものであり、これは、図６の論理装置に対する入力変数である。

図７のプロファイルは、いくつかの期間７００ａ、７００ｂ、７００ｃに分けられている。第１の期間７００ａにおいて、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２は、ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ７１２（約３Ａ）より大きい５Ａの安定値を有する。次の第２の期間７００ｂの開始時に、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２ａは、増加したＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ７１２を実現するために、漸近的に約３９Ａに増加する。初期のＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２およびＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ７１２は、第２の期間７００ｂにおいて同様であり、両方とも一定である。次の第３の期間７００ｃの開始時に、ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ７１２は漸近的に０Ａに落ちる。ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２ｂは、また、第３の期間７００ｃにおいて減少するけれども、ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ７１２よりも低いレートである。ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２ｂの減少率は、燃料電池スタックの乾燥速度（ＳｔａｃｋＦｕｌｌｙＤｒｙＴｉｍｅ）に応じて、図６の第３の論理装置によって計算される。図６を参照して上述したように、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２の比較的ゆっくりとした減少は、ＳｙｓｔｅｍＧｒｏｓｓＣｕｒｒｅｎｔ７１２ａが、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ７０２に即座の変更を課す必要なく、第３の期間中のより高い電流要求に戻ることを可能にする。この特徴は、車載アプリケーションなどの高需要と低需要との頻繁なトグルが発生するアプリケーションにおいて、とりわけ、有用である。例えば、車両駆動サイクルの間、車両は、始動からトルク制限によって電流制限を増加させたレベルまで駆動されてもよい。その後車両が交通交差点で停止した場合、トルク制限を課す必要はない。というのは、燃料電池は、さらなる電流制限なしに加速時の負荷を直ちに支えることができるからである。

図８は、図６を参照して先に説明した論理装置と共に使用する総システム電流制限（ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）８０２を決定するための論理装置８００を示す。ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０２は、燃料電池スタックから取り出される最大許容電流の例である。

論理構成８００は、以下を入力として受け取る。
・燃料電池スタックから引き出される最大許容電流（ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）８０４；
・１つ以上の電池電圧（ＭｉｎＡｃｔｉｖｅＣｅｌｌＶｏｌｔａｇｅ）８０６；
・最小電池電圧閾値（ＲｏｌｌｂａｃｋＭｉｎＣｅｌｌＶＰｏｉｎｔ）８０８；
・電圧が不十分な場合にＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０２が減少するレート（ＵｎｄｅｒｖｏｌｔＲｏｌｌｂａｃｋＲａｔｅ）８１０；
・電流限界計算制御時間（ＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ）８１２、これは、図３を参照して先に説明した対応する特徴と同様であってもよい；
・燃料電池スタックの実際の平均温度（ＭｅａｎＴＸ＿Ｓｙｓ）８１４；これは、図４を参照して先に説明したものと同様であってもよい。
・最大温度制限（ＲｏｌｌｂａｃｋＴＸ０３Ｐｏｉｎｔ）８１６；
・温度が高すぎる場合、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０２が減少するレート（ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＲｏｌｌｂａｃｋＲａｔｅ）８１８；および
・所定の最小電流制限（ＭｉｍｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）８１４

論理構成８００は、第１のマルチセレクタ８１６および第２のマルチセレクタ８１８を備える。

第１の総和ユニット８２２は、ＵｎｄｅｒｖｏｌｔＲｏｌｌｂａｃｋＲａｔｅ８１０にＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ８１２を乗算し、その積を第１の演算器８２４に供給する。第１の演算子８２４は、ゼロを積から引いた値に等しいマルチセレクタ８１６の入力を供給する。マルチセレクタ８１６の第２の入力はゼロに設定される。第１の比較器８２０は、ＭｉｎＡｃｔｉｖｅＣｅｌｌＶｏｌｔａｇｅ８０６とＲｏｌｌｂａｃｋＭｉｎＣｅｌｌＶＰｏｉｎｔ８０８とを比較し、その比較に従って第１のマルチセレクタ８１６による選択を制御する。

第２の総和ユニット８２６は、ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＲｏｌｌｂａｃｋＲａｔｅ８１８にＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍＣａｌｃｌｔｒＴｉｍｅ８１２を乗算し、その積を第２の演算子８２８に供給する。第２の演算子８２８は、ゼロを積から引いた値に等しいマルチセレクタ８１８の入力を供給する。マルチセクタ８１８の第２の入力はゼロに設定される。第２の比較器８３０は、ＭｅａｎＴＸ＿Ｓｙｓ８１４とＲｏｌｌｂａｃｋＴＸ０３Ｐｏｉｎｔ８１６とを比較し、その比較に従って第２のマルチセレクタ８１８による選択を制御する。

加算ユニット８３２は、第１のマルチセレクタ８１６の出力と、第２のマルチセレクタ８１８の出力と、ＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０４とを加算する。第１の比較部８３４は、加算部８３２の出力とＭｉｍｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８１４とを比較し、これらの値のうち大きいものをＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０２として供給する。

このようにして、論理装置８００が、差し迫った電池不足電圧を検出し、それによりシステムの不足電圧防護の低電圧保護システムがトリップするのを回避するならば、または、論理装置８００が、システムが過温度トリップに近づいており、それにより、システム温度過大トリップが生じることを検出するならば、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０２が減少させられる。論理装置８００が差し迫った不足電圧も過大温度状態も検出しない場合、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０２はＩｎｉｔｉａｌＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０４として設定される。ＭｉｍｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８１４と比較して、総システム電流制限が最小値を越えられないことを確実にする。

この例では、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ８０２は、１つ以上の電池電圧（ＭｉｎＡｃｔｉｖｅＣｅｌｌＶｏｌｔａｇｅ）から最小電池電圧閾値（ＲｏｌｌｂａｃｋＭｉｎＣｅｌｌＶＰｏｉｎｔ）および／またはスタック温度（ＭｅａｎＴＸ＿Ｓｙｓ）の最大温度限界までの近接度の関数として決定される（ＲｏｌｌｂａｃｋＴＸ０３）。

図９は、燃料電池スタックから引き出され得る最大許容電流の別の例である正味システム電流限界（ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）９０２を決定するための論理装置９００を示す。ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２は、車両に電流制限として渡された値であり、燃料電池システムによって車両の負荷コントローラに「公開」されているため、公表された電流制限と呼ぶこともできる。ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２は、外部負荷の電流制限であるが、これまでに参照したＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔは、燃料電池システムの外部および寄生負荷を含むすべての負荷の電流制限である。ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔは、先の論理装置によって最初に決定され、その後、ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２は、寄生負荷を考慮した後の残存電流を考慮して決定される。

論理構成９００は、以下のものを入力として受け取る。
・燃料電池システム内の燃料電池の実際の平均温度（ＭｅａｎＴＸ０３＿Ｓｙｓ）９１０；
・水が蒸発するのに十分な熱が燃料電池システム内に存在する予め設定された温度（ＳｔａｃｋＥｖａｐｏｒａｔｉｏｎＴｅｍｐ）９１２；
・総システム電流制限（ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）９１４（図８を参照して先に説明した論理構成によって計算されたものなど）；
・送風機で消費される電力など、システム上の現行の寄生負荷の測定値（ＰａｒａｓｉｔｉｃＬｏａｄｓ＿Ｓｙｓ）９１６；
・燃料電池システムが、図３を参照して先に説明した対応するＭａｘｉｍｕｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ値に類似し得る、寿命の開始時に生成すると予想される理論的電流値（ＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ）９１８；
・始動の直後またはブローダウン手順の間（ファンがスタックから水を除去するために使用される場合）など、冷たい燃料電池システムから引き出され得る理論上の最大電流（ＣｏｌｄＳｔａｃｋＭａｘＣｕｒｒｅｎｔ）９２２；
・ブローダウン中に冷たい燃料電池システムから引き出される理論上の最大電流（ＢｌｏｗｄｏｗｎＳｔａｃｋＭａｘＣｕｒｒｅｎｔ）９２４；
・ブローダウン手順が進行中であることを示すブローダウントリガ（Ａｃｔｉｏｎ＿Ｂｌｏｗｄｏｗｎ）９２６；
・燃料電池システムが負荷に接続されているかどうかを示す、メイン出力コンタクタの状態（ＨＶＲＬ０２＿Ｄｅｍａｎｄ）９２８；
・シャットダウンが一時停止されたかどうかの表示（Ｓｔａｔｕｓ＿ＳｈｕｔｄｏｗｎＰａｕｓｅｄ）９３０、この場合、ロード要求がない

論理装置９００は、第１のマルチセレクタ９０４、第２のマルチセレクタ９０６、第３のマルチセレクタ９０８、および第４のマルチセレクタ９１０を備える。各マルチセレクタ９０４、９０６、９０８、９１０は、第１の入力、第２の入力、出力およびその第１および第２の入力のいずれが出力に接続されているかを選択するための選択入力を有する。

減算ユニット９３２は、ＰａｒａｓｉｔｉｃＬｏａｄｓ＿Ｓｙｓ９１６をＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９１８から減算し、その差を第１の入力として第１のマルチセレクタ９０４に供給する。ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９１４は、第１のマルチセレクタ９０４の第２の入力として供給される。

加算ユニット９３４はＰａｒａｓｉｔｉｃＬｏａｄｓ＿Ｓｙｓ９１６をＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９１８に加え、その和を第１の比較器９３６の入力として供給する。．ＭａｃＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９１８は、第１の比較器９３６の第２の入力として供給される。第１の比較器９３６の出力は、第１のマルチセレクタ９０４の選択入力に供給される。

第１のマルチセレクタ９０４の出力は、第２のマルチセレクタ９０６の第１の入力として供給される。第１の比較ユニット９３８は、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９１４とＣｏｌｄＳｔａｃｋＭａｘＣｕｒｒｅｎｔ９２２とを比較し、これら２つの値のうちの低い方を第２のマルチセレクタ９０６の第２の入力として供給する。第２の比較器９４０は、ＭｅａｎＴＸ０３＿Ｓｙｓ９１０をＣｏｌｄＳｔａｃｋＭａｘＣｕｒｒｅｎｔ９２２と比較し、比較に応じて第２のマルチセレクタ９０６の選択入力を供給する。

第２のマルチセレクタ９０６の出力は、第３のマルチセレクタ９０８の第１の入力として供給される。ブローダウンスタック電流９２４は、第３のマルチセレクタ９０８の第２の入力として供給される。

第３のマルチセレクタ９０６の出力は、第４のマルチセレクタ９１０の第１の入力として供給される。ゼロ値が、第２の入力として、第４のマルチセレクタ９１０に供給される。

ＮＯＴゲート９４２は、Ｓｔａｔｕｓ＿ＳｈｕｔｄｏｗｎＰａｕｓｅ９３０にＮＯＴ演算を適用する。ＡＮＤゲート９４４は、ＮＯＴゲート９４２によって供給される、反転されたＳｔａｔｕｓ＿ＳｈｕｔｄｏｗｎＰａｕｓｅｄ９３０と、ＨＶＲＬ０２＿Ｄｅｍａｎｄ９２８とに対してＡＮＤ演算を実行する。ＨＶＲＬ０２＿ｄｅｍａｎｄ９２８は、ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２が"０"であるべきかどうかを決定するのに利用される。コンタクタが開いていれば、電流は流れない。ＡＮＤゲート９４４は、ＡＮＤ演算に従って、第４のマルチセレクタ９１０の選択入力を制御する。第４のマルチセレクタ９１０の出力は、ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２を供給する。このようにして、ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２は、いくつかのシステム状態に依存して決定される。

システムが一時停止状態にあり、ハイサイドコンタクタが接続されていない場合、システムは外部負荷から切り離される。この場合、システムから電流を引き出すことができないため、電流制限は０Ａである。さもなければ、限界は論理装置９００における前の段階から決定される。

システムがブローダウン状態にある場合、電流制限はブローダウンで許容される最大電流に設定される。

そうでなければ、ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２は、論理装置９００の前の段階で決定される。これらの段階における電流制限は、コア温度が燃料電池システム内で発生した水の蒸発を維持するのに十分であることを確認することによって決定される。温度が十分である場合、ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２は最大電流制限から寄生電流を差し引いた値に設定される。温度が十分でない場合、ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２は、ＧｒｏｓｓＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９１４およびＣｏｌｄＳｔａｃｋＭａｘＣｕｒｒｅｎｔ９２２の最低値に設定される。

計算されたＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２が、システムによって提示される寄生負荷と共に、ＭａｘＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔを超える場合、ＮｅｔＳｙｓｔｅｍＣｕｒｒｅｎｔＬｉｍｉｔ９０２は、寄生負荷に対応するように低減される。

１００ 燃料電池システム
１０２ 外部電気負荷
１０４ 燃料電池スタック
１０６ 限界計算機
１０７ 負荷コントローラ
１０８ 燃料電池

Claims (12)

1. 燃料電池システムを動作させる方法において、
   上記燃料電池システムから取り出すことができる最大許容電流を決定するステップと、
   現行の上記最大許容電流に対する変化の大きさを、現行許容電流ランプ速度と、上記燃料電池システムの実際に測定された電流とに基づいて繰り返し決定するステップと、
   繰り返し決定される上記変化の大きさに従って、上記最大許容電流を更新するステップと、
   上記現行の最大許容電流に従って上記燃料電池システムの動作パラメータを制御するステップと、
   上記最大許容電流を、上記燃料電池システムの寄生負荷により消費される電流に応じて変更するステップとを有することを特徴とする、上記方法。
2. 上記燃料電池システムの動作パラメータを制御する上記ステップは、上記燃料電池システムの電気負荷を制御するステップと有する請求項１記載の方法。
3. 決定される上記変化の大きさは増分または減分を有する請求項１記載の方法。
4. 上記変化の大きさは、上記現行の許容電流ランプ速度に対応する変化の大きさと電流負荷仕様によって変化の大きさのうちの小さい値に従って決定され、決定された値を上記最大許容電流に対して増分として適用する請求項１記載の方法。
5. 上記変化の大きさは、上記燃料電池システムの１または複数の燃料電池の乾燥時間に対応する時間間隔の関数として決定される請求項１記載の方法。
6. 実際に測定された電流と、現在の現行電流ランプ速度と、上記燃料電池システムの定格最大電流、燃料および／または酸素搬送システムの能力に基づく、最大ランプ速度、上記燃料電池システムの１または複数の燃料電池の乾燥時間に対応する時間間隔、および、上記燃料電池システムの１または複数の燃料電池の湿潤時間に対応する時間間隔のうちの少なくとも１つとの関数として許容電流ランプ速度を周期的に決定するステップを含む請求項１記載の方法。
7. 上記定格最大電流は、上記燃料電池システムの物理構造に対してあらかじめ決定される最大電流を有する請求項６記載の方法。
8. （ｉ）１または複数の電池の温度が予め定められた温度閾値を上回ること、
   （ｉｉ）１または複数の電池の電圧が予め定められた電池電圧閾値を下回って下降すること、
   （ｉｉｉ）複数の電池の電圧が予め定められた範囲を超えること、
   のうち、１または複数が起こった場合に、上記最大許容電流の増加を禁止するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
9. 上記最大許容電流を、
   （ｉ）総システム稼動時間、
   （ｉｉ）上記燃料電池システムが経験した完全開始停止サイクルの総回数のカウント、
   （ｉｉｉ）予め定められた低湿度閾値を下回る周囲湿度、
   （ｉｖ）予め定められ低温閾値を下回る周囲温度、
   （ｖ）予め定められ高温閾値を上回る周囲温度閾値、
   （ｖｉ）システム電圧、
   （ｖｉｉ）１または複数の電池電圧の最小電池電圧閾値への近接度および／またはシステム温度の最大温度限界への近接度、および、
   （ｖｉｉｉ）上記最大許容電流が予め定められた最小電流制限を下回らないこと、
   のうちの１または複数の関数として決定するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
10. （ｉ）上記燃料電池システムがシャットダウン手順に入るか、（ｉｉ）上記燃料電池システムの１または複数の燃料電池が負荷から隔離されるか、の一方または双方の場合に、上記最大許容電流を上書きするステップをさらに含む請求項１記載の方法。
11. 燃料電池システムであって、
    直列または並列に配置された１または複数の燃料電池と、
    請求項１に記載の方法を実行するように適合されたコントローラとを有し、
    上記直列または並列に配置された１または複数の燃料電池は空冷燃料電池であることを特徴とする燃料電池システム。
12. 電力の供給を受けるために請求項１１に記載の燃料電池システムを有する車両。

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