WO2005088755A1

WO2005088755A1 - 燃料電池システム

Info

Publication number: WO2005088755A1
Application number: PCT/JP2005/005294
Authority: WO
Inventors: Naohiro Yoshida
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2005-09-22
Also published as: EP1727227A4; JPWO2005088755A1; EP1727227A1; CN1930721A; DE602005026106D1; US7981559B2; KR20060123776A; US20080220303A1; JP4821608B2; EP1727227B1; CN100449840C

Abstract

　燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応を利用して電気を発生する燃料電池システムにおいて、燃料ガスを燃料ガス供給源から燃料電池に導出する燃料ガス供給通路に設けられて燃料ガスの供給ガス圧を調整する調圧弁と、調圧弁の下流側の燃料ガス供給通路に設けられて開度調整信号に応じて段階的又は連続的に弁開度を設定する開度調整弁と、燃料電池システムの運転状態に応じて開度調整信号を調整して燃料電池に供給される燃料ガスの状態量を目標量に制御する制御手段とを備える。それにより、調圧弁で減圧した燃料ガス（例えば、水素ガス）の圧力を該調圧弁の下流に配置された開度調整弁で燃料電池システムの運転状態に応じた目標圧になるように更に調整することが可能となる。

Description

明細書燃料電池システム技術分野

本発明は燃料ガスと酸化ガスとを用いて電気を発生する燃料電池システムに関する。背景技術

燃料電池システムでは燃料ガス（水素）が圧縮されて高圧タンク等に貯蔵されている。燃料電池システムの運転時は、燃料ガスが所要の圧力にまで減圧されて燃料電池に供給される。高圧燃料ガスの減圧には、例えば、調圧弁 (レギユレータ弁）が用いられるが、 1つの調圧弁で広い範囲の圧力調整を行うことは難しい。このため、例えば、特開平 1 1— 1 5 4 5 2 8号公報では高低の 2つの調圧弁を直列に設けて燃料ガスの圧力を段階的に減圧し、減圧された燃料ガスが電磁弁を経て供給されることにより、安価な低ガス圧用の電磁弁（開閉弁）の使用を可能とした燃料電池システムを提案している。

[特許文献 1 ] 特開平 1 1— 1 5 4 5 2 8号公報発明の開示

しかしながら、このような調圧弁（減圧弁）と電磁弁（開閉弁）との組み合わせでは燃料電池への燃料ガス供給圧力の調整範囲は限定的となり、燃料電池の運転状態に応じて燃料ガスの供給圧力や供給流量を所望値（目標値）に調整することは難しい。

よって、本発明は燃料ガスの供給通路に調圧弁と電磁弁とを用いる燃料電池システムにおいて、燃料ガスの供給圧力や供給流量を所望値（目標値）に調整することを容易にした燃料電池システムを提案することを目的とする。上目的を達成するため本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応を利用して電気を発生する燃料電池システムにおいて、上記燃料ガスを燃料ガス供給源から燃料電池に導出する燃料ガス供給通路と、上記燃料ガス供給通路に設けられて上記燃料ガスの供給ガス圧を調整する調圧弁と、上記調圧弁の下流側の上記燃料ガス供給通路に設けられて開度調整信号に応じて弁開度を設定する開度調整弁と、上記燃料電池システムの運転状態に応じて上記開度調整信号を調整して上記燃料電池に供給される燃料ガスの状態量を目標量に制御する制御手段と、を備える。

かかる構成とすることによって、調圧弁で減圧した燃料ガス（例えば、水素ガス）の圧力を該調圧弁の下流に配置された開度調整弁で燃料電池システムの運転状態に応じた目標圧になるように制御することが可能となる。開度調整弁の弁開度は、例えば、時間軸上において電磁力を駆動源とする電磁式開閉弁の開時間と閉時間の比率を調整（設定）することによって行うことが出来る（P WM制御）。また、回転型モータあるいはリニアモータなどの電磁力を駆動源とするァクチユエータによってガス供給通路に設けられた弁内部の開閉ゲートを連続的に移動して弁の開閉の度合いを調整（設定）することによって行うことが出来る。また、開度調整弁は「全開」状態と「全閉」状態の間に複数の段階の弁開度が設定されるものであっても良い。上記調圧弁は、機械式調圧弁とすることができる。また、開度調整弁を上述のように電磁力を駆動源とする電磁駆動弁（電磁弁）によって構成することができる。相対的に大きく減圧可能であるが直線的な減圧特性を得にくい機械的調圧弁と直線的な減圧特性で応答性もよい電磁式の開度調整弁とを組み合わせて、燃料ガスの供給圧や供給流量をより精度良く調整することが可能となる。

上記調圧弁と上記開度調整弁とを一体的に構成しても良い。燃料ガスの状態量としては、例えば、ガス圧力やガス流量が該当する。開度調整弁を任意の弁開度に調整可能とすることにより、適切な燃料ガス制御 (発電量制御、余剰生成水の外部排出、不純物ガスの外部排出等）が可能となる。

上記制御手段は、上記燃料電池の発電量（あるいは水素消費量)、水素パージ量、電磁弁開度特性、調圧弁特性及び燃料電池の正極側ガス圧と負極側ガス圧との圧力差（極間差圧）の少なくともいずれかに応じて上記開度調整信号を調整して上記開度調整弁の弁開度を制御する。燃料電池システムの運転状態は燃料電池の発電量（あるいは水素消費量）、水素パージ量、調圧弁特性及び燃料電池の極間差圧等の運転パラメータによつて把握することができ、運転パラメ一タに対応して制御部が開度調整弁の制御を行う。

好ましくは、上記燃料電池システムは開度調整弁の下流に圧力センサを設け、この検出圧力に応じて上記開度調整信号を調整して上記開度調整弁の開度量を制御する。それにより、正確に燃料ガスの供給ガス圧や供給ガス流量を設定することが可能となる。

好ましくは、上記燃料電池システムは燃料電池出口から燃料ガスを燃料ガス供給通路に還流させる燃料ガス還流通路を備え、この燃料ガス還流通路と燃料ガス供給通路との合流部より上流の燃料ガス供給通路に開度調整弁を設ける。それにより、燃料電池で使用されなかった燃料ガス（燃料オフガス）が再利用され、燃費が向上する。

好ましくは、上記燃料電池システムは燃料ガス還流通路（例えば、水素ガス還流通路）に燃料ガス還流ポンプ（例えば、水素ガス還流ポンプ）を備え、このポンプ負荷に応じて上記開度調整信号を調整して上記開度調整弁の開度を制御する。

かかる構成とすることによって燃料ガス還流ポンプの低容量/小型化が可能となる。 W

4

好ましくは、上記燃料電池システムは開度調整弁の初期偏差を検出する手段を備え、開度調整弁の制御の際に初期偏差に応じて開度が補正される。初期偏差は、例えばガス漏れ量である。

それにより、開度調整弁の動作特性の個体差に対応でき、制御精度が向上する。例えば、上記開度調整弁の上流と下流の圧力から初期偏差が検出される。

上記燃料電池システムは燃料電池の出口からの燃料オフガスを燃料ガス供給通路に還流する燃料ガス還流通路を備え、燃料ガス還流通路と燃料ガス供給通路の合流部が上記調圧弁の上流の燃料ガス供給通路に設定される。

かかる構成とすることによって、調圧弁の上流に還流ガス（燃料オフガス）を供給するので還流ガス分を含めて燃料電池入口への燃料ガス供給量を調圧弁及び開度調整弁で調整することが出来き、燃料ガスの供給精度が向上する。上記燃料電池システムは上記開度調整弁を燃料ガス供給通路に複数設け、制御部が上記開度調整信号を調整して各開度調整弁の開度を目標値に一致するようにあるいは燃料ガスの供給が目標状態になるように制御する。

かかる構成とすることによって、複数の開度調整弁を同時に、個別的にあるいは順次に動作させて供給燃料ガスの状態が目標状態となるように弁開度を制御するので応答性、供給量の精度が向上する。

好ましくは、上記複数の開度調整弁は互いに並列又は直列となるように、あるいは並列接続と直列接続とが混在した直並列接続で設けられる。それにより、より複雑な制御態様を実現可能となる。

好ましくは、上記複数の開度調整弁が互いに流量特性（例えば、弁開度、オリフィス径等）を異にする。それにより、運転条件に応じた所望の流量特性の開度調整弁を使用することで精度の良い燃料ガス供給制御を行うことが可能となる。

好ましくは、上記燃料電池システムの運転状態は燃料電池の運転中（非停止時）における運転状態である。

本発明によれば、調圧弁と開度調整弁とを組み合わせ、調圧弁で減圧した燃料ガスを開度調整弁で燃料電池システムの運転状態に応じた目標圧となるよう調整するので、単一の調圧弁では実現困難な制御特性、即ち、幅広い範囲のガス供給状態（ガス圧、ガス流量）を得ることが可能となる。

また、本発明は、燃料電池に要求される発電量が変化するシステム（例えば、燃料電池をエネルギーとする車両）に適している。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施例の燃料電池システムを説明するプロック図である。， ' 図 2は、実施例における燃料電池の起動を説明するフローチャートである。図 3は、実施例における燃料電池の水素漏れ判定を説明するフローチヤ一トである。

図 4は、実施例における燃料電池の第 2の水素漏れ判定を説明するフローチャートである。

図 5は、実施例における水素ガス供給量の設定を説明するフローチヤ一トである。

図 6は、実施例における電極間差圧の調整を説明するフローチャートである。

図 7は、実施例における開度調整弁の異常判別を説明するフローチヤ一トである。

図 8は、実施例における脈動運転を説明するフローチャートである。

図 9は、実施例における間欠運転を説明するフローチャートである。

図 1 0は、実施例における燃料電池の停止処理を説明するフローチヤ一トである。図 1 1は、本発明の第 2の実施例の燃料電池システム（調圧弁上流に水素ガス循環）を説明するブロック図である。

図 1 2は、本発明の第 3の実施例の燃料電池システム（背圧弁使用）を説明するプロック図である。

図 1 3は、本発明の第 4の実施例の燃料電池システム（背圧弁使用、背圧弁上流に水素ガス循環）を説明するプロック図である。

図 1 4は、本発明の第 5の実施例の燃料電池システム（複数の開度調整弁）を説明するプロック図である。

図 1 5は、本発明の第 6の実施例の燃料電池システム（複数の開度調整弁、調圧弁上流に水素ガス循環）を説明するブロック図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明の実施例においては、燃料ガスとしての水素ガスの供給圧力を減圧する調圧弁の下流に弁開度を調整可能になされた電磁弁を配置し、この電磁弁を燃料電池の運転パラメータ等によって制御することによつて燃料電池への水素ガスの供給圧力を所望の圧力に設定することを可能とする。運転パラメータとしては発電量（あるいは水素消費量、車両のアクセル開度）、水素パージ量、電磁弁開度特性、調圧弁特性及び燃料電池の正極側ガス圧と負極側ガス圧との圧力差（極間差圧）等がある。例えば、電磁弁の弁開度は時間軸上の所定区間における開閉弁の開時間と閉時間との比を設定する（駆動パルス幅制御（PWM) ) ことによって設定される。また、電磁弁の弁開度はパルスモータなどの駆動手段によつて弁体、絞り部などを連続的に移動して設定される。

実施例 1

図 1は本発明の第 1の実施例が適用される燃料電池システムの例を示している。同図に示されるように、酸化ガスとしての空気（外気）は空気供給路 7 1 を介して燃料電池 2 0の空気供給口に供給される。空気供給路 7 1には空気から微粒子を除去するエアフィルタ A 1、空気を加圧するコンプレッサ A 3、供給空気圧を検出する圧力センサ P 4及び空気に所要の水分を加える加湿器 A 2 1が設けられている。コンプレッサ A 3は後述の補機モータによって駆動され、後述の制御部 5 0の制御プログラムと共に掃気手段を構成する。なお、エアフィルタ A 1には空気流用を検出するエアフローメータ（流量計）が設けらる。

燃料電池 2 0から排出される空気オフガスは排気路 7 2を経て外部に放出される。排気路 7 2には、排気圧を検出する圧力センサ P 1、圧力調整弁 A 4及び加湿器 A 2 1の熱交換器が設けられている。圧力センサ P 1は燃料電池 2 0の空気排気口近傍に設けられている。圧力調整弁（減圧弁） A 4は燃料電池 2 0への供給空気の圧力（空気圧）を設定する調圧器として機能する。圧力センサ P 4及び P 1の図示しない検出信号は制御部 5 0に送られる。制御部 5 0はコンプレッサ A 3及び圧力調整弁 A 4を調整することによって燃料電池 2 0への供給空気圧や供給空気流量を設定する。

燃料ガスとしての水素ガスは水素供給源 3 0から燃料供給路 7 4を介して燃料電池 2 0の水素供給口に供給される。水素供給源 3 0は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。燃料供給路 7 4には、水素供給源 3 0から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁（水素供給バルブ） H 2 0 1、水素供給源 3 0からの水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサ P 6、燃料電池 2 0への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁 H 9、制御部 5 0から供給される開度調整信号によって動作する、弁の開閉度が可変な開閉弁（開度調整弁） H 2 0 0、開度調整弁 H 2 0 0の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサ P 6 1、燃料電池 2 0の水素供給口と燃料供給路 7 4間を開閉する遮断弁（ F C入口弁） H 2 1及ぴ水素ガスの燃料電池 2 0の入口圧力を検出する圧力センサ P 5が設けられている。例えば、調圧弁 H 9としては機械式の減圧を行う調圧弁を使用できる。調圧弁 H 9の一例として、ダイヤフラム式調圧弁がある。また、例えば開度調整弁 H 2 0 0として P WM (パルス幅変調）駆動信号（開度調整信号）でオンオフ制御される電磁開閉弁を使用することができる。また、パルスモータで弁の開度がリニア（あるいは連続的）に調整される弁であっても良い。制御圧力センサ P 5はガス圧検出手段に対応する。圧力センサ P 5及び P 6の図示しない検出信号は制御部 5 0に供給される。なお、圧力調整弁 A 4、遮断弁 H 2 0 1、 F C入口弁 H 2 1、後述する F C出口弁 H 2 2、排水弁 H 4 1、パージ弁 H 5 1は電磁弁であることが好ましい。燃料電池 2 0で消費されなかった水素ガスは水素オフガスとして水素循環路 7 5に排出され、燃料供給路 7 4の開度調整弁 H 2 0 0の下流側に戻される。水素循環路 7 5には、水素オフガスの温度を検出する温度センサ T 3 1、水素オフガスを排出する遮断弁 ( F C出口弁) H 2 2、水素オフガスから水分を回収する気液分離器 H 4 2、回収した水を図示しないタンクに回収する排水弁 H 4 1、水素オフガスを加圧する水素ポンプ H 5 0及び逆流阻止弁 H 5 2が設けられている。遮断弁 H 2 1及び H 2 2は燃料電池のアノード側を閉鎖する閉鎖手段に対応する。温度センサ T 3 1の図示しない検出信号は制御部 5 0に供給される。水素ポンプ H 5 0は制御部 5 0によって動作が制御される。水素オフガスは燃料供給路 7 4で水素ガスと合流し、燃料電池 2 0 に供給されて再利用される。逆流阻止弁 H 5 2は燃料供給路 7 4の水素ガスが水素循環路 7 5側に逆流することを防止する。

水素循環路 7 5はパージ弁 H 5 1を介してパージ流路 7 6によって排気路 7 2に接続される。パージ弁 H 5 1は電磁式の遮断弁であり、制御部 5 0からの指令によって作動することにより水素オフガスを外部に放出（パージ）する。このパージ動作を間欠的に行うことによって水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増し、セル電圧が低下することを防止することができる。

更に、燃料電池 2 0の冷却水出入口には冷却水を循環させる冷却路 7 3が設けられる。冷却路 7 3には、燃料電池 2 0から排水される冷却水の温度を検出する温度センサ T l、冷却水の熱を外部に放熱するラジェータ（熱交換器） C 2、冷却水を加圧して循環させるポンプ C 1及び燃料電池 2 0に供給される冷却水の温度を検出する温度センサ T 2が設けられている。ラジェ一タ C 2には冷却ファンを回転駆動する補機モータ C 1 3が設けられている。燃料電池 2 0は燃料電池セルを所要数積層した燃料電池スタックとして構成されている。各燃料電池セルあるいはセルグループの出力電圧は電圧センサ V sによって検出されて制御部 5 0に送られる。燃料電池 2 0が発生した電力はパワーコントローノレユエット 4 0に供給される。ノヽ⁰ヮ一コントロールユニット 4 0には、図示しない車両の駆動モータを駆動するインバータ、コンプレッサモータなどの各種の補機類を駆動するィンバータ、二次電池 Bへの充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行う D C— D Cコンバータなどを備'えている。 '..

制御部 5 0は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システムの各部のセンサなどから制御情報を受け取り、各種の弁類やモータ類の運転を制御する。制御部 5 0は図示しない制御コンピュータシステムによって構成される。制御コンピュータシステムは公知の入手可能なシステムによって構成することが出来る。

次に、制御部 5 0の動作例について説明する。この実施例では、調圧弁 H 9とその下流にある開度調整弁 H 2 0 0にて、燃料電池 2 0に供給する水素ガス圧力（あるいは供給流量）を制御する。これは、水素供給源としての高圧水素タンクからの高圧水素ガスを調圧弁 H 9によって所定圧レベルまで減圧し、更に、開度調整弁 H 2 0 0にてその時の制御目標の圧力になるように開時間（あるいはデューティ比）を燃料電池の発電量、水素消費量、パージ量、調圧特性（H 9 ) を考慮して制御する。また、調圧特性不良を検知するために、無負荷、パージのない状態で開度調整弁 H 2 0 0を短時間開放して圧力上昇をモニタし、開度調整弁 H 2 0 0と調圧弁 H 9間のシール不良を検知する。シール不良分を考慮して開度調整弁の開時間を補正する。更に、シール不良分が所定値を上回る場合、燃料電池システムの運転（発電）を停止する。

また、制御部 5 0は、開度調整弁 H 2 0 0の製造や経時劣化のバラツキによる初期偏差、例えば、開度調整弁 H 2 0 0の閉状態における許容範囲内の僅かな漏れ、開度調整信号の弁開度の指令値と実際の弁開度とのずれ（弁開度指令値対弁開度特性）等の開度調整弁 H 2 0 0個々の個体差を考慮した制御を行うことが望ましい。そこで、製造出荷時や定期点検時、あるいは燃料電池システム運転時等において開度調整弁 H 2 0 0の種々の特性を測定して当該初期偏差（設計値とのずれ）を不揮発性メモリに記憶する。この測定は、例えば、後述の図 1 2及び図 1 3に示すような、開度調整弁 H 2 0 0の上流側と下流側にそれぞれ圧力センサ P 9及び P 6 1を配置した構成によつ.て行うことができる。この初期偏差分を補正した制御パラメータ（補正値）を用いてあるいは弁開度の指令値を初期偏差分で補正して使用することによって、開度調整弁 H 2 0 0の個体差（バラツキ）に対応することができ、制御精度が向上する。また、相対的に開度調整弁 H 2 0 0の良品率を上げることが可能となる。更に、燃料電池システムあるいは燃料電池搭載車両の運転時または定期点検時に開度調整弁 H 2 0 0の測定を行って各種の偏差を検出する。これで記憶している初期偏差値を更新して開度調整弁 H 2 0 0の特性の経時変化に対応することも可能となる。

図 1に示す実施例 1では、製造出荷時や定期点検時に開度調整弁 H 2 0 0 の諸特性を測定出来るため、調圧弁 H 9と開度調整弁 H 2 0 0との間に圧力センサ P 9を配置していないが、勿論、図 1 2及び図 1 3に示すように、圧力センサ P 9を配置することができる。例えば、燃料電池システム運転中に、開度調整弁 H 2 0 0を燃料電池システムに組み込んだ状態で開度調整弁 H 2 0 0の特性を適宜な条件のときに測定して設計値（あるいは基準値）との偏差を検出し、この偏差を上記同様に運転の制御の補正に使用することができる。

制御部 5 0は上述のように制御用コンピュータによって構成され、制御プログラムに従つて燃料電池システムの各部動作の制御を実行する。

まず、図 2に示すフローチャートを参照して燃料電池システムの起動について説明する。制御部 5 0は、図示しない制御系への電源が供給されることによつて動作を開始し、車両のスタートキーなどの操作によつて起動指令が発せらたかどうかをモニタしている。例えば、スタートキーなどの操作によつて起動指令が発せられると予めメモリ内に定義された領域に起動フラグ (イベントフラグ) が設定される ( S 1 0 2 )。

起動指令が発令されると（S 1 0 2 ； Y E S )、燃料供給路 7 4及び水素循環路 7 5の遮断弁 H 2 0 1、 H 2 1及びH 2 2を開き、開度調整弁 H 2 0 0 を全開とする。開度調整弁 H 2 0 0を全開とすることにより、起動時に必要な供給路（配管）及び燃料電池スタックへの水素供給及び加圧を短時間化する（S 1 0 4 )。

燃料供給路及び水素ガス循環路の圧力センサ P 5、 P 1 0及び P 1 1を周期的にモニタし、各流路の水素ガス圧力が加圧完了基準値 P k 1を越えたかを判別する（S 1 0 6 )。越えないときはモニタを継続する（S 1 0 6 ; N O)。越えたときは（S 1 0 6 ； Y E S )、水素漏れが生じていないかを判断する水素漏れ判定処理を行ぅフラグを設定する（ S 1 0 8 )。

図 3は、第 1の水素漏れ判定（S 1 5 0 ) を説明するフローチャートである。水素漏れ判定は封止された配管内の水素ガス圧力が所定時間内に低下する変化の程度（変化代）によって行うことが出来る。

制御部は水素漏れ判定のフラグの状態を所定周期あるいはィベント発生によって確認する。同判定フラグがオンに設定されていない場合には、メインルーチンに戻る（S 152 ; NO)。同判定フラグがオンに設定されると（S 1 50 ; YES)、第 1の水素漏れ判定処理を行う。

まず、上記ステップ S 104の処理によって燃料供給路 7 '4、燃料電池 2 0、水素ガス循環路 75には水素ガスが供給されている。制御部 50は遮断弁 H 201、開度調整弁 H 200、遮断弁 H 21、遮断弁 H 22及びパージ弁 H5 1を遮断し、燃料供給路及び水素ガス循環路に各弁の遮断によって区切られた閉区域を形成する（S 1 54)。制御部 50は各区域の水素ガス圧力を監視する。すなわち、.圧力センサ P 6によって遮断弁 H 201と調圧弁 H 9間の閉区域（配管）のガス圧力 P 6iを検出する。圧力センサ P 6 1によつて開度調整弁 H 200と遮断弁 H 21間の閉区域のガス圧力 P 6 11を検出する。圧力センサ P 5によって遮断弁 H 21と遮断弁 H 22間の燃料電池 (スタック部）のガス圧力 P 5ιを検出する。圧力センサ P 10及び P 1 1 によって遮断弁 H 22と逆止弁 H 52間の閉区域のガス圧力 P 10ι及び P 1 liを検出する。なお、パージ弁 H 51は閉じている。制御部 50は各センサのガス圧力値 P 6ι、 P 6 1 κ P 5i、 P I 及び P 1 li (P 6ι〜Ρ 1 li) を読取り、記憶する（S 1 56)。制御部 50は、予め定められた所定時間の経過を待つ（S 1 58 ； NO)。所定時間が経過すると（S 1 58 ； Y ES)、制御部 50は、再度、監視している各区域の水素ガス圧力を読取る。すなわち、圧力センサ P 6によって遮断弁 H 20 1と調圧弁 H 9間の閉区域 (配管）のガス圧力 P 6₂を検出する。圧力センサ P 6 1によって開度調整弁 H200と遮断弁 H 21間の閉区域のガス圧力 P 6 1₂を検出する。圧力センサ P 5によって遮断弁 H 21と遮断弁 H 22間の燃料電池（スタック部）のガス圧力 P 5₂を検出する。圧力センサ P 10及ぴ P 1 1によって遮断弁 H22と逆止弁 H 52間の閉区域のガス圧力 P 10₂及ぴ P 1 1₂を検出する, 制御部 50は各センサのガス圧力値 P 6₂、 P 6 1₂、 P 5₂、 10₂及び？ 1 12 (P 6₂〜P 1 1₂) を読取り、記憶する（S 160)。各閉区域について、水素ガス圧力の前回値 P ηι (=Ρ 6ι〜Ρ 1 1 _x) と今回値 Pn₂ (=P 6 ₂〜P 1 1₂) との差 ΔΡιι (二 ΔΡ 6〜ΔΡ 1 1) を求め、各区間におけるガス圧力変化分（ΔΡ 6〜ΔΡ 1 1) を求める。これ等の各圧力変化分が各閉区域についてそれぞれ予め定められた基準値 P c n (=P c ni、 P c n₂、 ... P c n₅) を越えるかどうかを個別に判別する（S 1 62)。

いずれの閉区域の圧力変化分も個々の閉区域に定められた基準値を越えない場合には（S 1 62； N〇）、水素漏れはないと判断して走行可能フラグをオンに設定して（S 164)、メインルーチンに戻る（S 168)。

一方、いずれかの閉区域の圧力変化分が当該閉区域について定められた基準値を越えた場合には（S 162； YE S)、水素漏れの可能性があると判断し、更に第 2の水素漏れ判定を行う（S 1 66)。例えば、水素漏れ判定用闘値（基準値）を高 ·低の 2段階の設定とし、小さい判定値で検出した場合は再度圧力.を上げて判定をやり直すようにすることができる。それにより、微小な漏れ検知が可能となる。

図 4は、水素漏れ判定 2の処理を説明するフローチャートである。

制御部 50は、遮断弁 H 201、遮断弁 H 2 1及び H 22を開放し、パージ弁 H 5 1を遮断する（S 182)。それにより、水素ガスが調圧弁 H 9で減圧されて開度調整弁 H 200に印加される。

開度調整弁 H 200から開閉弁 H 2 1までの区間のガス圧力（圧力センサ P 6 1) の目標値を Ph cに設定し、この目標圧力 P h cに対応した開度を開度調整弁 H 200に与える指令値 D 100を設定して開度調整弁 H 200 を動作させる。圧力センサ P 6 1の値を監視して当該区域のガス圧力が P h cとなるように開度調整弁 H200を制御する（S 184)。それにより、燃料供給路 74、燃料電池 20のスタック及び水素循環路 75内部の水素ガス圧を高める。燃料供給路及び水素ガス循環路の圧力センサ P 5、 P 10及び P 1 1をモニタし、各流路の水素ガス圧力が各区域についてそれぞれ定められた加圧完了基準値 Pk n (=P k n P k n₂、 Ρ k η₃) 以上であるか判別する（S 186)。基準値に満たない場合には、基準値を越えるまで流路のガス圧力が増加するのを待つ（S 186 ； ΝΟ)。各流路のガス圧力が各規定値 P k ηに等しいか又は越えていると（S 1 86 ； YE S)、次に、制御部 5 0は水素供給弁 H 201、開度調整弁 H 200、燃料電池 20の入口側遮断弁 H21、燃料電池 20の出口側遮断弁 H 22及びリリーフ弁 H 51を遮断する（S 1 88)。

次に、制御部 50は圧力センサ P 6、 P 6 1、 P 5、 P 10及び P I 1のガス圧力値 P 63 P 6 1₃、 P 5₃、 P 10₃及び P 1 Is (P 6₃〜P 1 1₃) を'読取り、記憶する（S 1 90)。制御部 50は、予め定められた所定時間の経過を待つ（S 1 92； NO)。所定時間が経過すると（S 1 92； YE S)、制御部 50は、再度、監視している各区域の水素ガス圧力を読取る。すなわち、圧力センサ P 6によって遮断弁 H 201と調圧弁 H 9間の閉区域（配管）のガス圧力 P 6₄を検出する。圧力センサ P 61によって開度調整弁 H 20 0と遮断弁 H 21間の閉区域のガス圧力 P 6 1₄を検出する。圧力センサ P 5によって遮断弁 H 21及び H 22間の燃料電池（スタック部）のガス圧力 P 5₄を検出する。圧力センサ P 10及び P 1 1によって遮断弁 H 22と逆止弁 H52間の閉区域のガス圧力 P 10₄及び P 1 1₄を検出する。制御部 5 0は各センサのガス圧力値 P 6₄、 P 6 1₄、 P 5₄、？ 104及び？ 1 14 ( 6₄〜P 1 14) を読取り、記憶する（S 1 94)。各閉区域について、水素ガス圧力の前回値 P n₃ (=P 6₃〜P 1 1₃) と今回値 P n₄ (= P 6₄〜P 1 14) との差 ΔΡη (=ΔΡ 6〜ΔΡ 1 1) を求め、各区間におけるガス圧力変化分 (ΔΡ 6~ΔΡ 1 1) を求める。これ等の各圧力変化分が各閉区域についてそれぞれ予め定められた基準値 P c n (=P c n P c n₂、 ... P c n₅) を越えるかどうかを判別する（S 1 96)。

その結果、いずれかの圧力変化分が基準を超える場合には（S 1 96 ； Y ES)、水素漏れの可能性があると判断し、水素漏れ処理を行う。水素漏れ処理には、例えば、車両運転者へのアラーム、ディスプレイ画面への警告表示等による注意喚起、サービスステーションへの自動通報、車両の起動停止、水素供給源 360からの水素ガス供給停止等が挙げられる（S 198)。圧力変化分が基準を超えない場合には（S 1 96 ； NO)、水素ガス漏れはなく、車両の走行可能と判断し、走行可能フラグをオンに設定する（S 20 0)。

図 5に示すように、制御部 50は上記水素ガス漏れがないことやその他の走行を許容する条件のフラグがオンになっているかどうかを判断する（S 3 00)。走行可能と判断すると（S 300 ; YES)、制御部 50は所要の水素ガスを供給すべく以下の操作を行う。まず、燃料供給路及び水素ガス循環路の遮断弁 201、 H 21及び H 22を開放して水素供給源 30から燃料電池 20に水素ガスの供給を可能とする（S 302)。制御部 50は供給水素ガス量を決定するために、例えば、車両のアクセル踏込み量や所要の負荷駆動のために燃料電池に要求される発生電力 P (=V I ) を予め定められた計算式やマップデータによって計算する（S 304)。予め求められている燃料電池 20の I (出力電流） —V (出力電流）特性から燃料電池 20に要求される出力電流 Iを計算する（S 306)。燃料電池 20への要求電流が計算されると、水素ストイキを考慮して対応するエアコンプレッサ A 1の回転数を設定し（S 308)、また、対応する水素ポンプ H 50の回転数を設定する（S 3 10)。水素ガス流量は、水素ポンプ H 50の回転数の他、水素ポンプ H 5 0の入口圧力によっても異なるので、例えば、圧力センサ P 6 1の出力と出力電流 Iとの二次元マップによつて水素ポンプの回転数を決定する。制御部 5 0は開度調整弁 H 2 0 0及び遮断弁 H 2 1間の'供給路の水素ガス圧力の目標圧力を設定する（S 3 1 2 )。同供給路の実際の水素ガス圧を圧力センサ P 6 1の出力によって読取り、目標圧力と比較する（S 3 1 4 )。圧力センサ P 6 1の出力が目標圧力を越える場合には（S 3 1 4 ； Y E S ) , 開度調整弁 H 2 0 0の弁開度を減少する指令を発生して当該圧力が目標圧力となるように調整する（S 3 1 6 )。当該弁開度の調整後、または、圧力センサ P 6 1の出力が目標圧力を越えない場合には（S 3 1 4 ； N O)、圧力センサ P 6 1の出力が目標圧力以下かどうかを判別する（S 3 1 8 )。圧力センサ P 6 1の出力が目標圧力以下である場合には（S 3 1 8 ； Y E S ) , 開度調整弁 H 2 0 0の弁開度を増加する指令を行って当該圧力が目標圧力なるように調整する（S 3 2 0 )。このようにして圧力センサ P 6 1の出力が目標値を示すように調整される。

次に必要により、あるいは所定の条件を満たす場合にはパージバルブ H 5 1の開閉を調整して水素ガスを入替え、窒素ガスなどの不純物の増加による燃料電池 2 0のセル電圧の低下を防止する。例えば、パージバルブ H 5 1の制御は燃料電池 2 0の運転時間に対応したタイマの所定時間毎のタイムァゥト出力（インクリメント値）を積算し、該積算値が所定数を超えたときにパージ弁 H 5 1を開く。同時に積算値をゼロクリァして積算を再開する。パージ弁 H 5 1の弁開時間は燃料電池 2 0の出力電流対弁開時間を予めマップ化して記憶し、これから読み出して設定するようにすることが可能である。上記ィンクリメント値は、例えば、予めマップ化された燃料電池 2 0の温度と出力電流の二次元テーブルから得ることによって温度補償を行うことが出来る。例えば、低温では相対的にパージ弁 H 5 1の閉時間が減少方向に調整され、排気頻度が多くなるようにする。それにより、低温における燃料電池 2 0の出力低下の補償が行われる（S 4 0 0 )。

次に、制御部 5 0は燃料電池セルの電極間差圧を所定範囲とすべく、調整を行う。まず、空気導入部のエアフローメータ A 1の出力から、予め判っている流路 71等のロス分を除いて燃料電池 20の空気供給口の空気圧力を演算し、入口圧力 PAを推定する（S 402)。制御部 50は圧力センサ P 5の出力から水素供給口の圧力 P 5を読取り、上記空気供給口の圧力 P Aとの差から電極間差圧 ΔΡ eを計算する（S 404)。ここで、電極間差圧 ΔΡ eは空気圧と水素ガス圧との大小関係によつて正又は負の値をとる。電極間差圧 ΔΡ eが予め定められた上限の基準値 PQ 1よりも大きい場合には（S 40 6 ； Y E S)、偏差に対応して開度調整弁 H 200の弁開度を AD 1だけ減少する。それにより、燃料電池 20の入口に供給される水素ガス圧が下がる（S 408)。電極間差圧 ΔΡ eが基準値 PQ 1よりも小さい場合（S 406 ； N O) 及び供給水素ガス圧の調整後（S 408)、再度、水素供給口の圧力 P 5 と空気供給口の圧力 P Aとの差から電極間差圧 ΔΡ eを計算し、差圧 ΔΡ e が予め定められた下限の基準値 PQ 2よりも少ないかどうかを判別する（S 410)。電極間差圧 ΔΡ eが下限値 PQ 2よりも低い場合には偏差に応じて開度調整弁 H 200の弁開度を AD 2だけ増加させる（S 41 2)。差圧 ΔΡ eが予め定められた下限の基準 :PQ 2を下回らない場合（S 410 ;NO) 又は開度調整弁 H 200の弁開度調整後（S 41 2) に、電極間差圧 ΔΡ e を所定範囲内とした開度調整弁 H 200の弁開度調整値（弁特性による補正値）を記憶する（S414)。

このようにして、電極間差圧 ΔΡ eが大きいと、制御部 50は、供給空気圧に対し供給水素ガス圧が高い場合には供給水素ガス圧を減圧させ、供給空気圧に対し供給水素ガス圧が低い場合には供給水素ガス圧を加圧して、電極間差圧 ΔΡ eが小さくなるように調整（所定範囲内の差圧）する。水素ガス側でガス圧を調整するのは空気極（陰極）側の供給空気圧力を下げると燃料電池 20の出力電流値対出力電圧特性が悪化する傾向があるためである。次に、制御部 50は開度調整弁 H 200の異常判断を行う（S 420)。上述のように、開度調整弁 H 200の開度は燃料電池 20への供給水素ガス圧 (目標圧力）と上述した差圧調整（補正）に対応して設定されるが、このような弁開度設定が通常使用する第 1の所定範囲内（上限値 DU、下限値 D L) にない場合（S 420 ； YES),車両のダッシュボードなどの利用者の目に付きやすい場所に警告を表示する。警告はランプの点灯や警告画像の表示、音声による注意喚起等であっても良い（S 422)。

次に、制御部 50は開度調整弁 H 200の開度を所定範囲内に戻すべく開度調整弁 H 200へ与える信号の開度の指示値を補正する（S 424)。更に、制御部 50は、開度調整弁 H 200の開度が上記第 1の所定範囲（上限値 DU、下限値 DL) よりも広い第 2の所定範囲内（上限値 DUF、下限値 DLF) にあるかどうかを判別する。ここで範囲の判別値は DLF<DL く DUく DUFの順となる。開度調整弁 H 200の開度が第 2の範囲内にもない場合（S 426； YE S)、開度調整弁 H200は異常であると判断する。更に制御部 50は開度調整弁 H 200の異常フラグを図示しない内部レジスタに設定し、異常警告などの表示、警報などを行って（S 428)、燃料電池 20への水素ガス及び空気の供給を停止して運転を停止させる燃料電池システムの停止処理（S 430) を行って主制御プログラムに戻る。

開度調整弁 H200の弁開度が第 1の範囲内にあるとき（S 420;NO)、あるいは開度補正（S424) によって第 2の範囲内にあるときは（S 42 6 ； NO),開度調整弁は正常である判断されて図示内内部レジスタに開度調整弁 H200の正常フラグが設定される（S 450)。制御は主制御プログラムに戻り、燃料電池 20の運転が行われる。

次に、燃料電池 20の脈動運転について説明する。燃料電池 20で発電を行うことによつて水が発生し、この水が燃料電池スタック内に溜まるとガス供給が妨げられて燃料電池セルの発電能力が低下する。そこで燃料電池内部の生成水を外部に排出するために供給ガス圧を脈動させてガスの流速を変化させてスタック部の排水を行う。

図 8の脈動運転ルーチン（S 5 0 0 ) に示すように、燃料電池システムでは図示しない積算ユニット（あるいは積算プログラム）によって単位時間当たりの燃料電池 2 0の出力電流を積算し、発生電気量を計算している。上記生成水は電気化学反応に伴うものであり、生成水量は発生電気量に比例する。制御部 5 0は、出力電流の積算値 I Tを読取る（S 5 0 2 )。この値 I Tが基準値 I 1 0 0以上、あるいは電圧センサ V sの出力によって燃料電池のセル電圧が基準値 V 1以下に低下しているかどうかを判別する（S 5 0 4 )。電流積算値 I Tが基準値 1 1 0 0を越え、あるいはセル電圧が基準値 V 1以下に低下しているときは（S 5 0 4 ； Y E S ) ,生成水がセルに溜まっていること (フラッデイング）が考えられる。そこで、強いガス流を形成して生成水を燃料電池 2 0の外部に排水する。

制御部 5 0は圧力センサ P 6 1の検出圧力をモニタしながら、開度調整弁 H 2 0 0に開度指令値 D 5 0の信号を与えて高いガス圧力 P h r 1で水素ガスが供給されるように設定する（S 5 0 6 )。次に、次回動作に備えて電流積算値 I Tを" 0 "にリセットする（S 5 0 8 )。この比較的に高圧の水素ガス供給を所定時間継続する（S 5 1 0 )、燃料電池 2 0のセル電圧が所定の基準電圧 V 2を越えると（S 5 1 2 )、制御部 5 0は圧力センサ P 6 1の出力が比較的に低いガス圧力である P h r 2となるように、開度調整弁 H 2 0 0を全閉とし（ S 5 1 4 )、発電量を増加して燃料電池 2 0及び循環路の水素ガスを消費してガス圧を積極的に低下させる。発生した電気は、例えば、二次電池の充電に使用される（S 5 1 6 )。次に、パージ弁 H 5 1を所定時間 t 1の間開放して水素ガス流路 7 5の圧力を低下させる。この際、エアポンプ A 3の回転数を所定回転数に増やして排気路 7 2の排水素濃度の上昇を抑制する（S 5 1 8 )。

制御部 5 0は圧力センサ P 5の出力によって燃料電池入口の水素ガス圧力が低圧である所定値 P k 3以下となったことを判別すると（S 520)、開度調整弁 H200の弁開度を通常運転値に設定する（S 522)。また、エアポンプ A 3の回転数も通常回転数に戻す（S 524)。

このようにして開度調整弁 H 200によって水素ガス循環路に水素ガス圧を高低に変化させる脈動が形成され、高圧や流速の変化によって燃料電池内の生成水が外部に排出される。

図 9は、開度調整弁 H200によって間欠運転を行う例を示している。間欠運転は燃料電池 20の負荷が低負荷状態となったときに燃料電池 20の運転を停止し、負荷や補機類への電力供給を二次電池から行うことによって運転効率（燃費効率）の低下を回避するものである。

制御部 50は、図示しない状態フラグの設定により間欠運転フラグがオンに設定されていると、本ルーチンを実行する（S 550 ； YES)。

まず、制御部 50は開度調整弁 200、水素供給弁 H 201、燃料電池入口弁 H21及び出口弁 H 22を閉じて水素供給路 74及び燃料電池 2◦を遮断する（S 552)。それにより、発電運転を停止する。

制御部 50は圧力センサ P 5 1の出力をモニタし、開度調整弁 H 200からの水素ガス漏れによる圧力変化（上昇）を観る（S 554)。圧力変化が観察されるとこの漏れ加減に応じて開度調整弁 H 200の指示値（増加減値）を補正する（S 556)。

開度調整弁 H 200の補正後、あるいは間欠運転の判断後に（S 550 ； NO)、開度調整弁 H 200、遮断弁 H201、燃料電池 20の入口弁 H21 及び出口弁 H22を開放して、水素供給源 30から水素ガスを供給する。間欠運転解除時にはクロスリークによって水素ガスが減圧しているので、開度調整弁 H200を通常よりも大きく開いて水素ガスを素早く供給する（S 5 60)。また、水素ポンプ H 50を最大回転数で動作させて水素ガス圧を高くして発電を安定させる（S 562)。制御部 5 0は、圧力センサ P 5、 P 1 0及び P 1 1の各出力が基準値 P k 4を越えて水素ガス循環路 7 5及び 7 4が水素ガスで満たされたことを判別すると（S 5 6 4 )、開度調整弁を通常の運転の制御状態に戻す。また、水素ポンプ H 5 0の回転数を通常の回転数に戻す。それにより、燃料電池 2 0の通常の発電運転状態に復帰する（S 5 6 6 )。

このようにして、開度調整弁 H 2 0 0を制御することによつて間欠運転が行われる。

次に、燃料電池 2 0の運転停止における開度調整弁 H 2 0 0の制御について図 1 0のフローチャートを参照して説明する。

この実施例の停止処理では、調圧弁 H 9下流の開度調整弁 H 2 0 0を閉じた状態とし、水素ポンプ H 5 0を回して発電によって燃料電池 2 0及び水素循環路の水素ガスを消費して減圧する。燃料電池の入口圧（アノード圧）が所定値以下になったときに発電を中止し、更にパージ弁で減圧する。これにより、燃料電池の停止開始から停止に至るまでの時間短縮とその間のセル電圧の低下とを防止することが可能となる。また、燃料電池の運転停止の際に排気中の水素ガス濃度が上昇することを抑制することも可能となる。

車両の始動キーのオフ等によって運転の停止が制御部 5 0に発令されると、制御部 5 0内部の図示しないフラグレジスタに停止フラグが設定される。制御部 5 0は所定周期であるいは割り込み処理によって運転停止のフラグが設定されたことを判別する（ S 6 0 0 )。制御部 5 0は、例えば、水素ガスの減圧を 2段階で行って運転停止に導く。まず、遮断弁 H 2 0 1を閉じ、開度調整弁 H 2 0 0を全閉状態にし、水素ガスの供給を停止する（S 6 0 2 )。所定電流 I f にて発電を行って燃料電池 2 0及び循環路の水素ガスを消費する ( S 6 0 4 )。エアコンプレッサ A 3及び水素ポンプ H 5 0をそれぞれ所定の回転数で動作させ、パージ弁 H 5 1を間欠的に動作させて外部に水素ガスを逃がし、水素循環路 7 5及び 7 4の水素ガスを排除する（S 6 0 6 )。制御部 5 0は、圧力センサ P 5の出力によって燃料電池 2 0の入口圧力 P 5が基準値 p k 4以下に低下したことを判別すると（S 6 0 8 )、パワーコントロールュ-ット 4 0の電力変換回路を遮断して発電状態を停止する（S 6 1 0 )。また、水素ポンプ H 5 0を停止し、パージ弁を断続して水素ガスを外部に放出する（S 6 1 4 )。

制御部 5 0は、圧力センサ P 5の出力によって燃料電池 2 0の入口圧力 P 5が上記基準値 P k 4よりも低い P k 5以下に低下したことを判別すると ( S 6 1 6 )、入口遮断弁 H 2 1、出口遮断弁 H 2 2及びパージ弁 H 5 1を閉じる。それにより、外気がアノード側に侵入することを防止する（S 6 1 8 )。その後所定時間 t 2を経過したときに（S 6 2 0 )、排気中の水素ガス濃度を低下させるために動作させていたエアコンプレッサ A 3を停止し（S 6 2 2 ) . 停止処理を終える。制御部 5 0は主制御プログラムに戻って次のイベントに対応する。

このようにして開度調整弁 H 2 0 0を制御することによって運転停止が行われる。

実施例 2 . ._:

次に、本発明の第 2の実施例について図 1 1を参照して説明する。同図において図 1と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。

この実施例では水素循環路 7 5からの水素ガスの還流点を調圧弁 H 9の上流側としている。水素ポンプ H 5 0の出力は調圧弁 H 9によって調圧される。それにより、水素ポンプ H 5 0の吐出圧力及びその圧力変動の影響を受け難くなる。また、実施例 1と同様に、調圧弁 H 9と開度調整弁 H 2 0 0との組み合わせによってアノードへの供給水素ガス圧が調整される。前述したような開度調整弁 H 2 0 0の多様な制御態様による水素ガス圧力調整が引き継がれる。実施例 3

図 1 2は、本発明の第 3の実施例を示している。同図において図 1と対応する部分には同一符号を付し、力かる部分の説明は省略する。

この実施例では、調圧弁 H 9に代えて背圧弁（背圧調整弁） H I 0を用いている。なお、図中 H 8は減圧弁である。背圧弁 H I 0の下流側が所定の圧力になるように背圧弁 H I 0の弁開度を調整し、この下流に設けられた開度調整弁 H 2 0 0の開弁調整によって燃料電池 2 0の発電量、パージ量などを制御する。なお、第 1の実施例で開度調整弁 H 2 0 0について説明したと同様の手法によって、背圧弁 H I 0についても背圧弁 H I 0の開度と 2次圧力から弁の開度補正や異常判定を実施することができる。

背圧弁 H I 0を使用することによって開度調整弁 H 2 0 0に印加される水素ガス圧をより一定の圧力に保つことが可能となる。背圧弁 H I 0は完全にシールすることが難しく、背圧弁 H 1 0を遮断した状態でも背圧弁 H 1 0下流側の圧力が背圧弁 H I 0の上流側と同じ圧力で上昇する。そこで、背圧弁 H 1 0と開度調整弁 H 2 0 0とを組み合わせて、発電停止中は開度調整弁 H 2 0 0を閉めることによって背圧弁 H I 0に起因する圧力上昇（漏れ）を抑制することが可能となる。

実施例 4

図 1 3は、本発明の第 4の実施例を示している。同図において図 1と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。

この実施例では、第 3の実施例と同様に、調圧弁 H 9に代えて背圧弁 H I 0を用いているが、水素ガスの循環路 7 5からの水素ガスの戻り位置が背圧弁 H 1 0の上流側に設定されている。従って、図 1 1に示した第 2の実施例と同様に、水素ポンプ H 5 0の吐出圧力及びその圧力変動が背圧弁 H I 0によって吸収され、水素ポンプ H 5 0の影響を受け難くなる。また、実施例 1 と同様に、背圧弁 H I 0と開度調整弁 H 2 0 0との組み合わせによってァノ一ドへの供給水素ガス圧が調整される。前述したような開度調整弁 H 2 0 0 についての種々の制御態様が本実施例においても適用可能である。

実施例 5

図 1 4は、本発明の第 5の実施例を示している。同図において図 1と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。

この実施例では、調圧弁の下流に流量特性の異なる複数の開度調整弁を並列又は直列に接続し、所要の圧力応答性に対応して開度調整弁を使い分けるようにしている。

具体的には図 1 4に示した実施例では調圧弁 H 9と燃料電池 2 0の入口との間の供給路 7 4に互いに並列に接続された開度調整弁 H 2 0 0及び H 2 0 2を配置している。各開度調整弁は対象となる流量範囲、調圧（開度）範囲、耐圧、速応性、弁開度対流量（あるいは減圧（圧力））特性、閉鎖保持力、シール性、弁駆動力、弁型式などの点から選定される。他の構成は図 1の実施例と同様である。

調圧弁 H 9と流量特性の異なる開度調整弁 H 2 0 0又は H 2 0 2との組み合わせを任意に選択できるようにすることによって、燃料電池 2 0の水素ガス供給の制御場面に応じたより好ましい特性の開度調整弁 H 2 0 0又は H 2 0 2を動作させて（使い分ける）制御精度や圧力応答特性を向上させる。なお、図 1 4に示す構成において調整弁 H 9を背圧弁 H 1 0に置き換えても良い。

実施例 6

図 1 5は、本発明の第 6の実施例を示している。同図において図 1と対応する部分には同一符号を付し、力かる部分の説明は省略する。

この実施例では、第 5の実施例の構成において、水素ガスの循環路 7 5からの水素ガスの戻り位置を圧調整弁 H 9の上流側に変更している。このような構成とすることによって、上述した調整弁と最適な開度調整弁を適宜選択して組み合わせて使用できる利点に加えて、水素ポンプ H 5 0の吐出圧力及びその圧力変動が調整弁 H 9によって吸収され、水素ポンプ H 5 0の影響を受け難くなる利点が得られる。

なお、図 1 5に示す構成において調整弁 H 9を背圧弁 H 1 0に置き換えても良い。

また、上述した各実施例において開度調整弁 H 2 0 0はリニア式開度調整の電磁弁に限られるものではない。開弁状態と閉弁状態を選択して切換える開閉遮断弁においてデューティ制御等により弁の開度を適宜調整する型式の制御を行うものであっても良い。

また、開度調整弁 H 2 0 0は遮断機能（開度 0 ) を有することから燃料電池 2 0の水素供給口の遮断弁（入口弁） H 2 1として機能させても良い。この場合には、遮断弁の数を削減できる。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応を利用して電気を発生する燃料電池システムであって、

前記燃料ガスを燃料ガス供給源から燃料電池に導出する燃料ガス供給通路と、

前記燃料ガス供給通路に設けられて前記燃料ガスの供給ガス圧を調整する調圧弁と、

前記調圧弁の下流側の前記燃料ガス供給通路に設けられて開度調整信号に応じて弁開度を設定する開度調整弁と、

前記燃料電池システムの運転状態に応じて前記開度調整信号を調整して前記燃料電池に供給される燃料ガスの状態量を目標量に制御する制御手段と、を備える燃料電池システム。

2 . 前記制御手段は、前記燃料電池の発電量、水素消費量、水素パージ量、開度調整弁の開度特性、調圧弁特性及び燃料電池の正極側ガス圧と負極側ガス圧との圧力差の少なくともいずれかに応じて前記開度調整信号を調整して , 前記開度調整弁の弁開度を制御する請求項 1記載の燃料電池システム。

3 . 前記開度調整弁の下流に圧力センサを設け、前記制御手段はこの検出圧力に応じて前記開度調整信号を調整して前記開度調整弁の弁開度を制御する請求項 1記載の燃料電池システム。

4 . 前記燃料電池の出口から排出される燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に還流させる燃料ガス還流通路を備え、該燃料ガス還流通路と前記燃料ガス供給通路との合流部より上流側の前記燃料ガス供給通路に前記開度調整弁を設ける請求項 1記載の燃料電池システム。

5 . 前記燃料ガス還流通路に燃料ガス還流ポンプを備え、前記制御手段はこのポンプ負荷に応じて前記開度調整信号を調整して前記開度調整弁の弁開度を制御する請求項 4記載の燃料電池システム。

6 . 前記開度調整弁の初期偏差を検出する手段を備え、前記制御手段は前記初期偏差に応じて前記開度調整信号を調整する請求項 2記載の燃料電池シやテム。

7 . 前記開度調整弁の上流と下流の圧力から前記初期偏差を検出する請求項 6記載の燃料電池システム。

8 . 前記燃料電池の出口から排出される燃料オフガスを前記燃料ガス供給通路に還流する燃料ガス還流通路を備え、該燃料ガス還流通路と前記燃料ガス供給通路の合流部が前記調圧弁の上流側に設定される請求項 1記載の燃料電池システム。

9 . 前記開度調整弁が前記燃料ガス供給通路に複数設けられ、前記制御手段は前記開度調整信号を調整して各開度調整弁の弁開度を目標値に一致するように制御する請求項 1記載の燃料電池システム。

1 0 . 前記開度調整弁が並列又は直列に複数設けられる請求項 9記載の燃料電池システム。

1 1 . 各開度調整弁が互いに流量特性が異なる請求項 1 0記載の燃料電池システム。

1 2 . 前記燃料電池システムの運転状態は燃料電池の運転中における運転状態である、請求項 1記載の燃料電池システム。

1 3 . 前記開度調整弁の弁開度の設定が、段階的又は連続的になされる請求項 1記載の燃料電池システム。

1 4 . 前記調圧弁が機械式調圧弁である請求項 1記載の燃料電池システム。

1 5 . 前記開度調整弁が電磁力を駆動源とする電磁駆動弁である請求項 1 又は 1 4記載の燃料電池システム。