WO2013080410A1 - 直接酸化型燃料電池システム - Google Patents

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WO2013080410A1
WO2013080410A1 PCT/JP2012/005976 JP2012005976W WO2013080410A1 WO 2013080410 A1 WO2013080410 A1 WO 2013080410A1 JP 2012005976 W JP2012005976 W JP 2012005976W WO 2013080410 A1 WO2013080410 A1 WO 2013080410A1
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雅樹 三井
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a direct oxidation fuel cell system, and more particularly to a control system for controlling the amount of oxidant gas supplied to the fuel cell.
  • Fuel cells are being put into practical use as in-vehicle power supplies, household cogeneration system power supplies, and the like.
  • use as a power source for portable small electronic devices such as notebook personal computers, cellular phones, and personal digital assistants (PDAs) has also been studied.
  • PDAs personal digital assistants
  • the use of a fuel cell as a power source for outdoor leisure or an emergency backup power source is also being studied.
  • the fuel cell can continuously generate power by replenishing fuel, it can be further improved in convenience by using it as a power source for portable small electronic devices or a portable power source. It is expected.
  • Direct oxidation fuel cells among fuel cells are easy to miniaturize because they directly oxidize liquid fuel at room temperature without being reformed to hydrogen, and take out electrical energy. is there.
  • direct methanol fuel cells that use methanol as the fuel are superior to other direct oxidation fuel cells in terms of energy efficiency and power generation output, and are most promising among DOFC. Yes.
  • FIG. 9 shows an example of a conventional fuel cell system including DMFC.
  • the fuel cell system 80 of FIG. 6 includes a fuel cell 51, a fuel pump 52 for supplying fuel to the fuel cell 51, and an air pump 53 for supplying air, which is an oxidant gas, to the fuel cell 51. ing.
  • the suction side of the fuel pump 52 is connected to a dilution tank 54, and a methanol pump 55 and a return pump 56 are connected to the dilution tank 54.
  • the methanol pump 55 sends the high concentration methanol stored in the methanol tank 57 to the dilution tank 54.
  • the return pump 56 sends the liquid separated by the gas-liquid separator 58 to the dilution tank 54.
  • the gas-liquid separator 58 separates liquid (methanol and water, that is, an aqueous methanol solution) from a mixture of air, water, unreacted fuel (methanol), carbon dioxide, and the like, which are the discharge from the fuel cell 51.
  • the fuel pump 52, the air pump 53, the methanol pump 55, and the return pump 56 are controlled by the control unit 59.
  • the control unit 59 controls the methanol pump 55 and the return pump 56 so as to adjust the feed amount of the high-concentration methanol from the methanol tank 57 and the feed amount of the methanol aqueous solution from the gas-liquid separator 58, whereby methanol
  • the high-concentration methanol sent from the tank 57 is diluted in the dilution tank 54 so as to become a methanol aqueous solution having a concentration of several mass%.
  • methanol is supplied to the fuel electrode (anode), and air is supplied to the air electrode (cathode).
  • methanol and water react as shown in the following formula (11) in a region called a three-phase interface where the reactants methanol and water, the catalyst (electrode surface), and the electrolyte are in contact with each other. . Thereby, carbon dioxide, hydrogen ions and electrons are generated.
  • the flow rate of air supplied to the air electrode is measured to control the supply amount.
  • the pressure and flow rate of air supplied to the air electrode are detected, and the opening degree of a control valve provided in the air supply pipe is adjusted according to the detected value.
  • a positive displacement pump such as a diaphragm pump
  • pressure pulsation due to the reciprocating motion of the diaphragm valve is generated in the air flow, and the generated power of the fuel cell may become unstable.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and prevents clogging of a supply system that supplies air to a fuel cell, suppresses the occurrence of malfunction, and facilitates downsizing and cost reduction. Another object is to provide a fuel cell system.
  • one aspect of the present invention provides a fuel cell that generates electric power from a fuel and an oxidant gas;
  • a positive displacement pump for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
  • a pump power supply for applying a driving voltage to the pump;
  • An oxidant gas rectifier that suppresses pulsation of the discharge pressure of the pump;
  • a pressure sensor for detecting a discharge pressure of the pump;
  • a load current sensor for detecting a load current of the fuel cell; a voltage sensor for detecting a drive voltage of the pump;
  • a first memory that stores first information related to a target supply flow rate of the oxidant gas to the fuel cell that is set in advance corresponding to the load current;
  • a second A memory for storing second A information related to the relationship between the drive voltage of the pump, the discharge pressure of the pump, and the target supply flow rate; Supply flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell based on the first information, the second A information, the detection value of the pressure sensor, the detection value of the load current
  • the direct oxidation fuel cell system of the present invention includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electric power from a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and the oxidant gas is supplied to the fuel cell stack.
  • a positive displacement pump for supplying, an oxidant gas rectifier for suppressing discharge pressure pulsation of the pump, a pressure sensor for detecting the discharge pressure of the pump, and a load current sensor for detecting the load current of the fuel cell stack
  • a voltage sensor that detects the voltage of the pump; a first memory that stores information relating to a target supply flow rate of the oxidant gas to the fuel cell stack that is set in advance corresponding to each value of the load current; , A second A memory for storing information on the relationship between the drive voltage of the pump, the discharge pressure of the pump, and the target supply flow rate, the first memory, and the A controller that controls the supply flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack based on the information stored in the 2A memory and the detection results of
  • the information stored in the second A memory is a function represented by the following formula (A), with the discharge pressure P of the pump and the drive voltage V of the pump as variables, and the target supply flow rate as a parameter. Is preferred.
  • Another aspect of the present invention provides a fuel cell that generates electric power from a fuel and an oxidant gas, A positive displacement pump for supplying the oxidant gas to the fuel cell; A pump power supply for supplying drive current to the pump; An oxidant gas rectifier that suppresses pulsation of the discharge pressure of the pump; A pressure sensor for detecting a discharge pressure of the pump; A load current sensor for detecting a load current of the fuel cell; A pump current sensor for detecting a driving current of the pump; A first memory that stores first information related to a target supply flow rate of the oxidant gas to the fuel cell that is set in advance corresponding to the load current; A second B memory for storing second B information related to the relationship between the drive current of the pump, the discharge pressure of the pump, and the target supply flow rate; Supply of the oxidant gas supplied to the fuel cell based on the first information, the second B information, the detection value of the pressure sensor, the detection value of the load current sensor, and the detection value of the pump current sensor And a controller for controlling
  • the fuel cell system includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electric power from fuel gas and oxidant gas are stacked, and the oxidant gas is supplied to the fuel cell stack.
  • Positive displacement pump an oxidant gas rectifier that suppresses discharge pressure pulsation of the pump, a pressure sensor that detects the discharge pressure of the pump, a load current sensor that detects a load current of the fuel cell stack, A pump current sensor for detecting a pump current; a first memory for storing information related to a target supply flow rate of the oxidant gas to the fuel cell stack, which is set in advance corresponding to each value of the load current;
  • a second B memory for storing information relating to the relationship between the pump drive current, the pump discharge pressure, and the target supply flow rate; the first memory; and the second memory Control means for controlling a supply flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack based on information stored in a memory and detection results of the pressure sensor, the load current sensor, and the pump current sensor; It
  • the information stored in the second B memory is a function represented by the following formula (B), with the discharge pressure P of the pump and the drive current IP of the pump as variables, and the target supply flow rate as a parameter. Is preferred.
  • the target supply flow rate is optimal when the load current is half of the rated output current. It is preferable that the flow rate is set to be equal to the supply flow rate of the oxidant gas to the fuel cell stack.
  • the target supply flow rate is set according to the load current detected by the load current sensor, even if the load current fluctuates, an oxidant gas having an optimal flow rate corresponding to the target supply flow rate is supplied to the fuel cell. be able to.
  • a flow rate detector that detects the supply flow rate of the oxidant gas to the fuel cell and a control valve for adjusting the supply flow rate are not provided, and the flow rate is always optimal for the fuel cell using only the pressure sensor. It becomes possible to supply the oxidizing gas.
  • a positive displacement pump such as a diaphragm pump for the oxidant gas supply device facilitates downsizing, and the oxidant gas rectifier reduces pressure pulsation due to the reciprocating motion of the diaphragm valve. The power generated by the fuel cell can be stabilized.
  • 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a graph showing information (second A information) on driving voltage-discharge pressure-air flow rate characteristics of an air pump stored in a memory of the fuel cell system. It is a flowchart which shows the flow of the drive voltage control process of the air pump which the control part of the fuel cell system performs. It is a graph which shows the relationship between the load current memorize
  • the fuel cell system 1 in FIG. 1 is a power supply system that uses the fuel cell 2 as a power supply source.
  • the fuel cell 2 includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell single cells (not shown) that generate electric power from fuel and oxidant gas are stacked.
  • the fuel cell system 1 includes a fuel pump 3 for supplying fuel to the fuel cell 2, an air pump 4 for supplying air as an oxidant gas to the fuel cell 2, and a discharge pressure of the air pump 4.
  • An air chamber 14 that is an oxidant gas rectifier that suppresses pulsation and a pressure sensor 11 that detects the discharge pressure of the air pump 4 are included.
  • the air chamber 14 functions as a buffer chamber that suppresses the pulsation of the discharge pressure of the air pump 4 by temporarily storing the air sent by the air pump 4.
  • the air pump 4 can be a positive displacement pump.
  • a positive displacement pump for example, a diaphragm pump that reciprocates a diaphragm valve by applying a voltage to a piezo element can be used.
  • the volume of the air chamber 14 is preferably set to a volume that can sufficiently reduce the pulsation of the discharge pressure of the air pump 4. For example, it is preferably set to 0.005 to 0.05 times the discharge amount per minute of the air pump 4 when the fuel cell system 1 is operating at the rated output. More preferably, it is 0.01 to 0.03 times.
  • the suction side of the fuel pump 3 is connected to a dilution tank 5, and a methanol pump 6 and a return pump 7 are connected to the dilution tank 5.
  • the methanol pump 6 sends high concentration methanol (concentration of 50% or more) stored in the methanol tank 8 to the dilution tank 5.
  • the return pump 7 sends the liquid separated by the gas-liquid separator 9 to the dilution tank 5.
  • the fuel pump 3, the return pump 7 and the methanol pump 6 are constituted by positive displacement pumps or non-positive displacement pumps.
  • the gas-liquid separator 9 is an illustration for separating a liquid (methanol and water, that is, an aqueous methanol solution) from a mixture of air, water, unreacted fuel (methanol), carbon dioxide, and the like, which are the discharge from the fuel cell 2. Does not contain gas-liquid separation membrane.
  • the fuel pump 3, the air pump 4, the methanol pump 6 and the return pump 7 are controlled by a control unit 10 (controller) composed of a one-chip microcomputer, for example.
  • the control unit 10 controls the methanol pump 6 and the return pump 7 to adjust the methanol feed amount from the methanol tank 8 and the methanol aqueous solution feed amount from the gas-liquid separator 9. Thereby, an aqueous methanol solution having an appropriate concentration (several mass%) is generated in the dilution tank 5.
  • the fuel pump 3 sends the aqueous methanol solution generated in the dilution tank 5 to the fuel cell 2 based on a command from the control unit 10.
  • the air pump 4 sends air to the fuel cell 2 via the air chamber 14 based on a command from the control unit 10.
  • the pressure sensor 11 is connected to the air chamber 14 so as to detect the discharge pressure of the air pump 4 by detecting the pressure in the air chamber 14.
  • the detected value (detected pressure Pd) of the pressure sensor 11 is input to the control unit 10.
  • a load current sensor 12 that detects an output current (load current) of the fuel cell 2 is provided in the power supply line 2 a that supplies power from the fuel cell 2 to an external load.
  • a detection value (detected load current ILd) of the load current sensor 12 is also input to the control unit 10.
  • the fuel cell system 1 includes an air pump power source 17 that is a power source for supplying power to the air pump 4.
  • the air pump power source 17 can include, for example, a battery that stores power generated by the fuel cell 2.
  • the fuel cell system 1 further includes a voltage sensor 15 that detects the drive voltage of the air pump 4 that is applied to the air pump 4 by the air pump power supply 17.
  • the voltage sensor 15 can be connected in parallel with the air pump power supply 17.
  • a detection value (detection pump voltage Vd) of the voltage sensor 15 is input to a one-chip microcomputer in the control unit 10.
  • control unit 10 detects the detected values of the pressure sensor 11, the load current sensor 12 and the voltage sensor 15 and, for example, a flash of a one-chip microcomputer so that the power generation amount of the fuel cell 2 does not decrease due to load fluctuation or the like.
  • the voltage of the air pump 4 is adjusted based on information stored in advance in the memory 13 which is an auxiliary storage device including a memory or the like, and control is performed so that the amount of air supplied to the fuel cell 2 becomes appropriate.
  • the memory 13 is information relating to the relationship between the drive voltage of the air pump 4, the discharge pressure of the air pump 4, and the target supply flow rate Q of air (oxidant gas) to the fuel cell 2 by the air pump 4.
  • Information on the drive voltage-discharge pressure-target supply flow rate characteristic (second A information) is stored. Further, the memory 13 stores information (first information) related to the load current-target supply flow rate characteristic of the fuel cell 2.
  • the control unit 10 is detected by the load current sensor 12 with reference to the information about the load current-target supply flow rate characteristic of the fuel cell 2 stored in advance in the memory 13 (see FIG. 4 described later).
  • the target supply flow rate Q is set based on the load current (detected load current ILd).
  • the control unit 10 refers to the information (second A information) regarding the drive voltage—discharge pressure—target supply flow rate characteristic of the air pump 4 stored in advance in the memory 13 to determine the actual air supply flow rate of the air pump 4.
  • the drive voltage of the air pump 4 is controlled so as to be equal to the target supply flow rate Q.
  • the memory 13 includes the first memory and the second A memory.
  • FIG. 2 shows an example of information (second A information) related to the drive voltage-discharge pressure-target supply flow rate characteristics of the air pump 4 stored in advance in the memory 13.
  • the 2A information is an air pump with target supply flow rates Q (1), Q (2), Q (3),..., Q (n) set according to the load current as parameters (parameters).
  • 4 includes a plurality of graphs (drive voltage-discharge pressure characteristic curves) or functions representing the relationship between the drive voltage and the discharge pressure. That is, each function is the relationship between the discharge pressure of the air pump 4 required to obtain the target supply flow rate Q (k) and the drive voltage of the air pump 4 required to obtain the discharge pressure. Is shown. In the illustrated example, there is a relationship of Q (1) ⁇ Q (2) ⁇ Q (3) ⁇ ... ⁇ Q (n) between the target supply flow rates Q (k). Note that n is preferably as large as possible so that the target supply flow rate Q (k) can be matched with the optimum supply flow rate as much as possible.
  • the memory 13 stores in advance mathematical expressions representing voltage-discharge pressure characteristic curves corresponding to the target supply flow rates Q (1), Q (2), Q (3),..., Q (n). .
  • P (k) a (k) ⁇ V ⁇ b (k) (1)
  • P (k) discharge pressure of the air pump
  • V drive voltage of the air pump
  • b (k) discharge pressure of the virtual air pump when the voltage of the air pump is “0”
  • a (k ) A constant determined by the characteristics of the air pump. Note that the value of b (k) is also determined by the characteristics of the air pump.
  • the control unit 10 Based on the detected value (detected pressure Pd) of the discharge pressure of the air pump 4 detected by the pressure sensor 11 and the current drive voltage V of the air pump 4 (here, the detected voltage Vd), the control unit 10 The discharge pressure calculated by (1) (calculated pressure P (k)) is compared. Then, the drive voltage V is adjusted so that the detected pressure Pd and the calculated pressure P (k) are equal.
  • the drive voltage V can be adjusted, for example, by transforming the output voltage of the air pump power supply 17 using a DC / DC converter or a DC / AC inverter.
  • the voltage conversion ratio of the DC / DC converter or the DC / AC inverter can be performed by the control unit 10 setting the duty ratio by PWM control. Thereby, the air supply flow rate of the air pump 4 becomes equal to the target supply flow rate Q (k).
  • FIG. 3 shows a flowchart of the above-described air supply flow rate control process executed by the control unit 10.
  • the discharge pressure and load current of the air pump 4 are detected by the pressure sensor 11, and are output to the control unit 10 as the detected pressure Pd and the detected load current ILd (step S11).
  • the target supply flow rate Q (k) is set based on the detected load current ILd, and the drive voltage (detection voltage Vd) of the air pump 4 at that time is set in correspondence with the set target supply flow rate Q (k).
  • the calculated pressure P (k) is calculated by the above equation (1).
  • it is determined whether or not the detected pressure Pd is smaller than the calculated pressure P (k) step S12). If the detected pressure Pd is smaller than the calculated pressure P (k), the process proceeds to step S13. If the detected pressure Pd is equal to or higher than the calculated pressure P (k), the process proceeds to step S14.
  • step S13 in order to reduce the calculated pressure P (k) to the detected pressure Pd and obtain the set target supply flow rate Q (k), the drive voltage V of the air pump 4 is set according to a command from the control unit 10. After decreasing by a predetermined amount, the process proceeds to the next step S14. Since the decrease rate of the calculated pressure P (k) when the drive voltage V is decreased is larger than the actual decrease rate of the discharge pressure P (detected pressure Pd) of the air pump 4, the drive voltage V is decreased. Both can be matched.
  • step S14 the detected pressure Pd is calculated by the above formula (1) according to the target supply flow rate Q (k) based on the driving voltage V (detected voltage Vd) of the air pump 4 at that time. It is determined whether it is greater than k). If the detected pressure Pd is greater than the calculated pressure P (k), the process proceeds to step S15. If the detected pressure Pd is equal to or lower than the calculated pressure P (k), the process proceeds to step S16.
  • step S15 in order to increase the calculated pressure P (k) to the detected pressure Pd and obtain the set target supply flow rate Q (k), the drive voltage V of the air pump 4 is set according to a command from the control unit 10. After increasing the predetermined amount, the process proceeds to the next step S16.
  • the increase rate of the calculated pressure P (k) when the drive voltage V is increased is larger than the actual increase rate of the discharge pressure P (detected pressure Pd) of the air pump 4, so that the drive voltage V is increased. Both can be matched.
  • step S16 it is determined whether or not the detected pressure Pd is equal to the calculated pressure P (k) calculated according to the target supply flow rate Q (k) based on the driving voltage V of the air pump 4 at that time. .
  • the detected pressure Pd is equal to the calculated pressure P (k)
  • the process proceeds to step S17. If the detected pressure Pd is not equal to the calculated pressure P (k) in step S16, the process returns to step S11.
  • step S17 the driving voltage V of the air pump 4 is maintained, and the process returns to step S1.
  • FIG. 4 is a graph showing a load current-target supply flow rate characteristic, which is information (first information) related to a target supply flow rate of air to the fuel cell 2 set in advance corresponding to each value of the load current.
  • the target supply flow rate Q is set based on the optimum air supply flow rate, which is proportional to the output current (load current) of the fuel cell 2.
  • the rated output current value of the fuel cell 2 is INL
  • the optimum air supply flow rate at that time is Q (3).
  • the load current is 0.5 ⁇ INL (1/2 of the rated output current value I) or less
  • the target supply flow rate is half of Q (3).
  • Q (1) is set.
  • the target supply flow rate is four quarters of Q (3). 3 is set to Q (2).
  • the amount of data stored in the memory 13 can be reduced by setting the target supply flow rate to increase stepwise in response to the increase in load current.
  • the number (n) of the set target supply flow rates is preferably as large as possible.
  • the target supply flow rate Q (1) is set to a constant value when the supply air flow rate is decreased when the load current is relatively small. This is because the water generated in the process may completely block the air flow path and the generated voltage may be significantly reduced.
  • the range of the load current at which the target supply flow rate should be a constant value is not limited to 0.5 ⁇ INL or less. For example, the range should be determined in consideration of blockage of the flow path due to water generated at the air electrode. Is preferred.
  • the load current of the fuel cell 2 is detected by the load current sensor 12 (step S21).
  • step S24 it is determined whether or not the detected load current ILd is in a range greater than 0.5 ⁇ INL and less than or equal to 0.75 ⁇ INL. That is, it is determined whether or not the detected load current ILd is larger than 0.75 ⁇ INL. If it is not larger (NO in S24), the detected load current ILd is within the above range, and the process proceeds to step S25 to set the target supply flow rate. After setting to Q (2), the process returns to step S21. If the detected load current ILd is not within the above range (YES in S24), the detected load current ILd is assumed to be larger than 0.75 ⁇ INL, and the process proceeds to step S26. In step S26, the target supply flow rate is set to Q (3), and the process returns to step S21.
  • the use of a positive displacement pump for the air pump 4 facilitates miniaturization of the fuel cell system 1. Further, the air discharged from the air pump 4 is discharged into the air chamber 14 functioning as a buffer chamber, and is supplied to the fuel cell 2 through the air chamber 14, so that an oxidant gas having an optimal flow rate is always stably supplied. And the power generated by the fuel cell 2 can be stabilized.
  • the target supply flow rate is set according to the load current detected by the load current sensor 12, even if the load current fluctuates, an oxidant gas having an optimal flow rate corresponding to that can be supplied to the fuel cell. .
  • the fuel cell 2 using only the pressure sensor 11 without providing a flow rate detector for detecting the supply flow rate of the oxidant gas to the fuel cell 2 and a control valve for adjusting the supply flow rate. It is possible to supply an oxidant gas at a proper flow rate. As a result, the cost of the fuel cell system can be reduced and the size can be easily reduced. Furthermore, the occurrence of a failure due to clogging of the flow rate detector or the like can be suppressed, and the fuel cell system 1 can be stably operated.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 1A of the illustrated example includes a pump current sensor 16 that detects a current of an air pump power supply 17 that supplies power to the air pump 4, that is, a drive current IP of the air pump 4, as shown in FIG. Is different.
  • the pump current sensor 16 can be connected in series with the air pump power supply 17.
  • the current value (detected pump current IPd) detected by the pump current sensor 16 is input to the one-chip microcomputer in the control unit 10.
  • control unit 10 detects the detected values of the pressure sensor 11, the load current sensor 12, and the pump current sensor 16 so as to prevent the power generation amount of the fuel cell 2 from being reduced due to load fluctuations, etc.
  • the drive current IP of the air pump 4 is adjusted based on information stored in advance in a memory 13A composed of an auxiliary storage device such as a flash memory, and control is performed so that the air supply flow rate to the fuel cell 2 becomes appropriate. .
  • the memory 13A includes a drive current (detection pump current IPd) of the air pump 4, a discharge pressure (detection pressure Pd) of the air pump 4, and a target supply flow rate of air (oxidant gas) to the fuel cell 2 by the air pump 4.
  • Information (second B information) relating to the drive current-discharge pressure-target supply flow rate characteristics, which is information relating to Q, is stored.
  • the memory 13A stores information (first information) related to the load current-target supply flow rate characteristic of the fuel cell 2.
  • the memory 13A includes the first memory and the second B memory.
  • control unit 10 refers to the information (first information, see FIG. 4) regarding the load current-target supply flow rate characteristic of the fuel cell 2 stored in advance in the memory 13A.
  • a target supply flow rate Q is set based on the detected load current of the fuel cell 2 (detected load current ILd).
  • the control unit 10 refers to the information (second B information) on the drive current-discharge pressure-target supply flow rate characteristic of the air pump 4 stored in advance in the memory 13A, and the actual air supply flow rate of the air pump 4 is determined.
  • the drive current of the air pump 4 is controlled so as to be equal to the target supply flow rate Q.
  • FIG. 7 shows an example of information (second B information) related to the drive current-discharge pressure-target supply flow rate characteristics of the air pump 4 stored in advance in the memory 13A.
  • the second B information includes target supply flow rates Q (1), Q (2), Q (3),..., Q (n) set according to the load current of the fuel cell 2 as parameters (parameters).
  • a plurality of graphs (drive current-discharge pressure characteristic curves) or functions representing the relationship between the drive current of the air pump 4 and the discharge pressure are included. That is, each function is the relationship between the discharge pressure of the air pump 4 required to obtain the target supply flow rate Q (k) and the drive current of the air pump 4 required to obtain the discharge pressure. Is shown.
  • n is preferably as large as possible so that the target supply flow rate Q (k) can be matched with the optimum supply flow rate as much as possible.
  • P (k) c (k) ⁇ IP-d (k) (2)
  • P (k) discharge pressure of the air pump
  • IP drive current of the air pump
  • d (k) discharge pressure of the virtual air pump when the current of the air pump is the value “0”
  • c (k ) A constant determined by the characteristics of the air pump. Note that the value of d (k) is also determined by the characteristics of the air pump.
  • the control unit 10 Based on the detected value (detected pressure Pd) of the discharge pressure of the air pump 4 detected by the pressure sensor 11 and the current drive current of the air pump 4 (here, the detected pump current IPd), the control unit 10 The discharge pressure calculated by (2) (calculated pressure P (k)) is compared. Then, the drive current IP of the air pump 4 is adjusted so that the detected pressure Pd and the calculated pressure P (k) are equal.
  • the drive current IP can be adjusted, for example, by transforming the output voltage of the air pump power supply 17 using a DC / DC converter or a DC / AC inverter. This is because when the output voltage is transformed, the output current changes accordingly.
  • the voltage conversion ratio of the DC / DC converter or the DC / AC inverter can be performed by the control unit 10 setting the duty ratio by PWM control. Thereby, the air supply flow rate of the air pump 4 becomes equal to the target supply flow rate Q (k).
  • FIG. 8 shows a flowchart of the above-described air supply flow rate control process executed by the control unit 10.
  • the discharge pressure and load current of the air pump 4 are detected by the pressure sensor 11, and are output to the control unit 10 as the detected pressure Pd and the detected load current ILd (step S31).
  • the target supply flow rate Q (k) is set based on the detected load current ILd, and the driving current of the air pump 4 at that time (detection pump current IPd) corresponding to the set target supply flow rate Q (k).
  • the calculated pressure P (k) is calculated by the above equation (2).
  • it is determined whether or not the detected pressure Pd is smaller than the calculated pressure P (k) (step S32). If the detected pressure Pd is smaller than the calculated pressure P (k), the process proceeds to step S33. If the detected pressure Pd is equal to or higher than the calculated pressure P (k), the process proceeds to step S34.
  • step S33 in order to reduce the calculated pressure P (k) to the detected pressure Pd and obtain the set target supply flow rate Q (k), the drive current IP of the air pump 4 is determined according to a command from the control unit 10. The process proceeds to the next step S34 after reducing the fixed amount. Since the decrease rate of the calculated pressure P (k) when the drive current IP is decreased is larger than the actual decrease rate of the discharge pressure P (detected pressure Pd) of the air pump 4, it is possible to reduce the drive current IP. Both can be matched.
  • step S34 the detected pressure Pd is larger than the calculated pressure P (k) calculated by the above equation (2) according to the target supply flow rate Q (k) based on the driving current IP of the air pump 4 at that time. It is determined whether or not. If the detected pressure Pd is greater than the calculated pressure P (k), the process proceeds to step S35. If the detected pressure Pd is equal to or less than the calculated pressure P (k), the process proceeds to step S36.
  • step S35 the controller 10 increases the current of the air pump 4 by a predetermined amount in order to increase the calculated pressure P (k) to the detected pressure Pd and obtain the set target supply flow rate Q (k).
  • the process proceeds to the next step S36. Since the increase rate of the calculated pressure P (k) when the drive current IP is increased is larger than the increase rate of the actual discharge pressure P (detected pressure Pd) of the air pump 4, the drive current IP is increased. Both can be matched.
  • step S36 it is determined whether or not the detected pressure Pd is equal to the calculated pressure P (k) calculated according to the target supply flow rate Q (k) based on the drive current IP of the air pump 4 at that time. . If the detected pressure Pd is equal to the calculated pressure P (k), it is determined that the actual supply flow rate of the air supplied to the fuel cell 2 matches the target supply flow rate Q (k), and the process proceeds to step S37. If the pressure Pd is not equal to the calculated pressure P (k), the process returns to step S31.
  • step S37 the drive current IP of the air pump 4 is maintained, and the process returns to step S31.
  • the target supply flow rate Q (k) can be set by the same processing as in the first embodiment (see FIGS. 4 and 5).
  • the detected value of the pressure sensor 11 is set so that the actual air supply flow rate to the fuel cell 2 by the air pump 4 is equal to the target supply flow rate Q. Based on this, the drive voltage or drive current of the air pump 4 is increased or decreased.
  • the flow rate detector for detecting the air supply flow rate to the fuel cell 2 by the air pump 4 and the air control valve, the air regulating valve, etc. for adjusting the air supply flow rate are not required. And the size of the apparatus can be easily reduced.
  • the fuel cell system of the present invention is excellent in terms of eliminating manufacturing cost, space factor, and clogging of dust in the flow rate detector flow path.
  • a notebook personal computer, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), etc. It is useful as a power source for portable small electronic devices, and as an outdoor leisure or emergency backup power source. Further, the fuel cell system of the present invention can be applied to uses such as a power source for electric scooters.

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Abstract

　直接酸化型燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、燃料電池に酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、ポンプに駆動電圧を印加するポンプ電源と、ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと、ポンプの駆動電圧を検出する電圧センサと、負荷電流に対応して予め設定される酸化剤ガスの燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、ポンプの駆動電圧と、ポンプの吐出圧力と、目標供給流量との関係に関する第２Ａ情報を記憶する第２Ａメモリと、第１情報、第２Ａ情報、圧力センサの検出値、負荷電流センサの検出値、および電圧センサの検出値に基づいて、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える。

Description

直接酸化型燃料電池システム
　本発明は、直接酸化型燃料電池システムに関し、さらに詳しくは、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給量を制御する制御システムに関する。
　燃料電池は、車載用電源、及び家庭用コージェネレーションシステム用電源等として実用化されつつある。また、近年では、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、および携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）等の携帯小型電子機器の電源として用いることも検討されている。さらに、アウトドアレジャー用の電源や非常用バックアップ電源として燃料電池を用いることも検討されている。そして、特に、燃料電池は燃料の補充によって連続的に発電することが可能であることから、携帯小型電子機器用の電源や可搬型電源として使用することで、それらの利便性をさらに向上させ得るものと期待されている。
　燃料電池のなかでも直接酸化型燃料電池（ＤＯＦＣ：Direct oxidation Fuel Cell）は、常温で液体の燃料を、水素に改質することなく、直接酸化して電気エネルギを取り出すため、小型化が容易である。特に、燃料としてメタノールを用いる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は、エネルギ効率及び発電出力が他の直接酸化型燃料電池よりも優れており、ＤＯＦＣの中で最も有望視されている。
　図９に、従来の、ＤＭＦＣを含む燃料電池システムの一例を示す。図６の燃料電池システム８０は、燃料電池５１と、燃料電池５１に燃料を供給するための燃料ポンプ５２と、燃料電池５１に酸化剤ガスである空気を供給するための空気ポンプ５３とを備えている。燃料ポンプ５２の吸入側は希釈タンク５４と接続されており、その希釈タンク５４には、メタノールポンプ５５およびリターンポンプ５６が接続されている。メタノールポンプ５５は、メタノールタンク５７に貯蔵された高濃度メタノールを希釈タンク５４に送る。一方、リターンポンプ５６は、気液分離器５８により分離された液体を希釈タンク５４に送る。
　気液分離器５８は、燃料電池５１の排出物である、空気、水、未反応燃料（メタノール）、および二酸化炭素等の混合物から液体（メタノールおよび水、つまりメタノール水溶液）を分離する。
　燃料ポンプ５２、空気ポンプ５３、メタノールポンプ５５およびリターンポンプ５６は制御部５９により制御されている。制御部５９が、メタノールタンク５７からの高濃度メタノールの送り量と気液分離器５８からのメタノール水溶液の送り量とを調節するように、メタノールポンプ５５およびリターンポンプ５６を制御することによって、メタノールタンク５７から送られる高濃度メタノールが希釈タンク５４内で濃度が数質量％のメタノール水溶液となるように希釈される。
　燃料電池５１においては、燃料極（アノード）にメタノールが供給され、空気極（カソード）に空気が供給される。燃料極では、反応物質であるメタノールおよび水、触媒（電極表面）、並びに電解質の３つが接触する三相界面と呼ばれる領域において、メタノールと水とが、下記式（１１）に示すように反応する。これにより、二酸化炭素、水素イオン並びに電子が生成される。
　　　　ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ　→　ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-           （１１）
　これらの生成物の内、水素イオン（Ｈ+）は燃料極と空気極との間に介在される高分子膜（電解質膜）を通り、電子（ｅ-）は外部負荷を通って、それぞれ空気極（カソード）に到達する。空気極では、空気中の酸素が、三相界面において、水素イオン（Ｈ-）と下記式（１２）に示すように反応し、触媒（電極表面）から電子を奪って水になる。
　　（３／２）Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-　→　３Ｈ2Ｏ                （１２）
　式（１２）による水の発生量は負荷変動に応じて変化する。その結果、空気極の空気流路内の圧力変動が引き起こされる。また、空気極の空気流路に水がたまった場合も同様である。
　ここで、燃料電池の空気極には、発電電力に応じた最適な量の空気を供給する必要がある。空気の供給量が少なすぎると、電解質膜の表面に水がたまり、発電力が著しく低下する。反対に空気の供給量が多すぎると、電解質膜の表面が乾燥してしまい、この場合にも発電力が低下する。また、空気の供給量が適切でない場合には、水再利用のバランス、つまり水収支バランスが崩れ、長時間の発電ができなくなってしまう。
　したがって、空気極に供給される空気の流量を測定して、その供給量を制御することが行われている。例えば特許文献１記載の制御方法においては、空気極に供給される空気の圧力と流量とを検出し、その検出値にしたがって空気供給管に設けられた制御弁の開度を調節している。
　また、特許文献２記載の制御方法においては、空気の圧力を検出し、それにより制御弁の開度を調節している。
　また、特許文献３記載の制御方法においては、空気の流量を検出し、それにより制御弁の開度を調節している。
特開平５－３０４２号公報 特開２００６－２１０００４号公報 特開２００６－１９６２０３号公報
　上述したとおり、従来の燃料電池システムにおいては、燃料電池に供給される空気の流量や圧力を検出し、その検出結果に基づいて制御弁を制御して、燃料電池に供給される空気流量を制御している。しかしながら、特許文献１および３のように、燃料電池に供給される空気の流量を検出する構成においては、燃料電池と直列に流量検出器を接続する必要がある。流量検出器は小径の流路を有するものが多いために、流路でごみ詰まりなどが発生しやすい。これにより、流量検出器にごみ詰り等が発生すると、燃料電池に供給される空気が不足して、発電量の低下を招くおそれがある。
　また、特に小型の燃料電池システムにおいては、空気を供給する装置にダイアフラムポンプ等の容積式ポンプを使用することが小型化のためには有利である。しかしながら、そのような容積式ポンプを燃料電池システムに使用すると、ダイアフラム弁の往復運動による圧力脈動が空気流に発生し、燃料電池の発電電力が不安定になる可能性がある。
　更には、特許文献１～３のように、制御弁を使用して空気の供給量を調節する構成では、制御弁を設けるために製造コストが増大するとともに、その設置スペースを確保する必要があることから、そのことがシステムの小型化の障害となることもありえる。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池に空気を供給する供給系統の目詰まりを防止して、動作不良の発生を抑制するとともに、小型化および低コスト化の容易な、燃料電池システムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一局面は、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
　前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
　前記ポンプに駆動電圧を印加するポンプ電源と、
　前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
　前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
　前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと
　前記ポンプの駆動電圧を検出する電圧センサと、
　前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
　前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ａ情報を記憶する第２Ａメモリと、
　前記第１情報、前記第２Ａ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記電圧センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システムに関する。
 また、本発明の直接酸化型燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池セルを複数個積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、前記ポンプの吐出圧力脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、前記燃料電池スタックの負荷電流を検出する負荷電流センサと、前記ポンプの電圧を検出する電圧センサと、前記負荷電流の各値に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの目標供給流量に関する情報を記憶する第１メモリと、前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する情報を記憶する第２Ａメモリと、前記第１メモリおよび前記第２Ａメモリに記憶された情報、並びに前記圧力センサ、前記負荷電流センサおよび電圧センサの検出結果に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備えることもできる。
　これにより、燃料電池に常に最適な流量の酸化剤ガスを安定的に供給することができる。
　更に、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給流量が、目標供給流量と一致するようにポンプの駆動電圧を制御するのが好ましい。
　ここで、前記第２Ａメモリに記憶される情報は、下記式（Ａ）により示される、前記ポンプの吐出圧力Ｐおよび前記ポンプの駆動電圧Ｖを変数とし、前記目標供給流量を媒介変数とする関数であるのが好ましい。
　　Ｐ＝ａ×Ｖ－ｂ （Ａ）
　ただし、ａ、ｂ：ポンプの特性により決まる定数、である。
　また、本発明の他の局面は、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
　前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
　前記ポンプに駆動電流を供給するポンプ電源と、
　前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
　前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
　前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと、
　前記ポンプの駆動電流を検出するポンプ電流センサと、
　前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
　前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ｂ情報を記憶する第２Ｂメモリと、
　前記第１情報、前記第２Ｂ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記ポンプ電流センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システムに関する。
　また、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池セルを複数個積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、前記ポンプの吐出圧力脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、前記燃料電池スタックの負荷電流を検出する負荷電流センサと、前記ポンプの電流を検出するポンプ電流センサと、前記負荷電流の各値に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの目標供給流量に関する情報を記憶する第１メモリと、前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する情報を記憶する第２Ｂメモリと、前記第１メモリおよび前記第２Ｂメモリに記憶された情報、並びに前記圧力センサ、前記負荷電流センサおよび前記ポンプ電流センサの検出結果に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御する制御手段と、を備える、のも好ましい。
　これにより、燃料電池に常に最適な流量の酸化剤ガスを安定的に供給することができる。
　更に、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給流量が、目標供給流量と一致するようにポンプの駆動電流を制御するのが好ましい。
　ここで、前記第２Ｂメモリに記憶される情報は、下記式（Ｂ）により示される、前記ポンプの吐出圧力Ｐおよび前記ポンプの駆動電流ＩＰを変数とし、前記目標供給流量を媒介変数とする関数であるのが好ましい。
　　Ｐ＝ｃ×ＩＰ－ｄ          （Ｂ）
　ただし、ｃ、ｄ：ポンプの特性により決まる定数、である。
　また、前記負荷電流が前記燃料電池スタックの定格出力電流の２分の１以下であるとき、前記目標供給流量は、前記負荷電流が前記定格出力電流の２分の１であるときの最適な前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの供給流量と等しくなるように設定されることが好ましい。
　本発明によれば、負荷電流センサにより検出される負荷電流に応じて目標供給流量が設定されるので、負荷電流が変動してもそれに応じた最適な流量の酸化剤ガスを燃料電池に供給することができる。
　また、燃料電池への酸化剤ガスの供給流量を検出する流量検出器、並びに上記供給流量を調節するための制御弁等を設けることなく、圧力センサのみを使用して燃料電池に常に最適な流量の酸化剤ガスを供給することが可能となる。
　したがって、燃料電池システムを低コスト化することができるとともに、小型化することが容易となる。
　また、酸化剤ガスを供給する装置にダイアフラムポンプ等の容積式ポンプを使用することで小型化が容易となるとともに、酸化剤ガス整流部により、ダイアフラム弁の往復運動による圧力脈動が軽減されるので、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 同燃料電池システムのメモリに記憶される空気ポンプの駆動電圧－吐出圧力－空気流量特性に関する情報（第２Ａ情報）を示すグラフである。 同燃料電池システムの制御部が実行する空気ポンプの駆動電圧制御処理の流れを示すフローチャートである。 同燃料電池システムの記憶部に記憶される負荷電流と目標供給流量との関係を示すグラフである。 同燃料電池システムの制御部が実行する目標流量値設定処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 同燃料電池システムのメモリに記憶される空気ポンプの駆動電流－吐出圧力－空気流量特性に関する情報（第２Ｂ情報）を示すグラフである。 同燃料電池システムの制御部が実行する空気ポンプの駆動電流制御処理の流れを示すフローチャートである。 従来の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
　図１の燃料電池システム１は、燃料電池２を電力の供給源として使用する電源システムである。ここで、燃料電池２は、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池の単セル（図示しない）を複数個積層してなる燃料電池スタックを含んでいる。そして、燃料電池システム１は、燃料を燃料電池２に供給するための燃料ポンプ３と、酸化剤ガスである空気を燃料電池２に供給するための空気ポンプ４と、空気ポンプ４の吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部である空気室１４と、空気ポンプ４の吐出圧力を検出する圧力センサ１１を含む。空気室１４は、空気ポンプ４により送られてくる空気を一時的に貯留することで空気ポンプ４の吐出圧力の脈動を抑制するバッファチャンバとして機能する。
　空気ポンプ４には、容積式ポンプを使用することができる。そのような容積式ポンプとしては、例えばピエゾ素子に電圧を印加することでダイアフラム弁を往復運動させるダイアフラムポンプを使用することができる。空気室１４の容積は、空気ポンプ４の吐出圧力の脈動を十分に軽減できる程度の容積に設定するのが好ましい。例えば、燃料電池システム１が定格出力で運転しているときの空気ポンプ４の１分あたりの吐出量の０．００５～０．０５倍に設定するのが好ましい。より好ましくは、０．０１～０．０３倍である。
　燃料ポンプ３の吸入側は希釈タンク５と接続されており、その希釈タンク５には、メタノールポンプ６およびリターンポンプ７が接続されている。
　メタノールポンプ６は、メタノールタンク８に貯蔵された高濃度メタノール（濃度５０％以上）を希釈タンク５に送る。一方、リターンポンプ７は、気液分離器９により分離された液体を希釈タンク５に送る。燃料ポンプ３、リターンポンプ７およびメタノールポンプ６は、容積式ポンプ、もしくは非容積式ポンプから構成される。
　気液分離器９は、燃料電池２の排出物である、空気、水、未反応燃料（メタノール）、および二酸化炭素等の混合物から液体（メタノールおよび水、つまりメタノール水溶液）を分離するための図示しない気液分離膜を含んでいる。
　ここで、燃料ポンプ３、空気ポンプ４、メタノールポンプ６およびリターンポンプ７は例えばワンチップマイコンからなる制御部１０（コントローラ）により制御される。制御部１０が、メタノールポンプ６およびリターンポンプ７を制御することで、メタノールタンク８からのメタノールの送り量と気液分離器９からのメタノール水溶液の送り量とが調節される。これにより、適度な濃度（数質量％）のメタノール水溶液が希釈タンク５内で生成される。
　燃料ポンプ３は、制御部１０からの指令に基づいて希釈タンク５において生成されたメタノール水溶液を燃料電池２に送る。同様に、空気ポンプ４は制御部１０からの指令に基づいて、空気を、空気室１４を介して燃料電池２に送る。
　圧力センサ１１は、空気室１４内の圧力を検出することで、空気ポンプ４の吐出圧力を検出するように、空気室１４と接続されている。圧力センサ１１の検出値（検出圧力Ｐｄ）は制御部１０に入力される。また、燃料電池２から外部負荷に電力を供給する電力供給ライン２ａには、燃料電池２の出力電流（負荷電流）を検出する負荷電流センサ１２が設けられている。負荷電流センサ１２の検出値（検出負荷電流ＩＬｄ）も制御部１０に入力される。
　以下、本形態の制御方法を詳しく説明する。
　燃料電池システム１には、空気ポンプ４に電力を供給するための電源である空気ポンプ電源１７が備えられている。空気ポンプ電源１７には、例えば燃料電池２の発電電力を蓄電する蓄電器を含ませることができる。燃料電池システム１には、さらに、空気ポンプ電源１７により空気ポンプ４に印加される、空気ポンプ４の駆動電圧を検出する電圧センサ１５が備えられている。電圧センサ１５は、空気ポンプ電源１７と並列に接続することができる。電圧センサ１５の検出値（検出ポンプ電圧Ｖｄ）は、制御部１０内のワンチップマイコンに入力される。
　そして、制御部１０は、負荷変動等に起因して燃料電池２の発電量が低下しないように、圧力センサ１１、負荷電流センサ１２および電圧センサ１５の各検出値、並びに例えばワンチップマイコンのフラッシュメモリ等からなる補助記憶装置であるメモリ１３に予め記憶された情報に基づき空気ポンプ４の電圧を調節して、燃料電池２への空気供給量が適正なものとなるように制御を行う。
　ここで、メモリ１３は、空気ポンプ４の駆動電圧と、空気ポンプ４の吐出圧力と、空気ポンプ４による燃料電池２への空気（酸化剤ガス）の目標供給流量Ｑとの関係に関する情報である、駆動電圧－吐出圧力－目標供給流量特性に関する情報（第２Ａ情報）を記憶している。また、メモリ１３は、燃料電池２の負荷電流－目標供給流量特性に関する情報（第１情報）を記憶している。
　より具体的には、制御部１０は、メモリ１３に予め記憶された燃料電池２の負荷電流－目標供給流量特性に関する情報（後述の図４参照）を参照して、負荷電流センサ１２により検出された負荷電流（検出負荷電流ＩＬｄ）に基づき目標供給流量Ｑを設定する。そして、制御部１０は、メモリ１３に予め記憶された空気ポンプ４の駆動電圧－吐出圧力－目標供給流量特性に関する情報（第２Ａ情報）を参照して、空気ポンプ４の実際の空気供給流量が目標供給流量Ｑと等しくなるように、空気ポンプ４の駆動電圧を制御する。上述のように、メモリ１３は、第１メモリと第２Ａメモリとを含んでいる。
　図２に、メモリ１３に予め記憶される空気ポンプ４の駆動電圧-吐出圧力-目標供給流量特性に関する情報（第２Ａ情報）の一例を示す。第２Ａ情報は、負荷電流に応じて設定される目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)をパラメータ（媒介変数）とした、空気ポンプ４の駆動電圧と吐出圧力との関係を表す複数のグラフ（駆動電圧－吐出圧力特性曲線）または関数を含む。つまり、それぞれの関数は、目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために必要とされる空気ポンプ４の吐出圧力と、その吐出圧力を得るために必要とされる空気ポンプ４の駆動電圧との関係を示している。図示例では、目標供給流量Ｑ(ｋ)の間には、Ｑ(１)＜Ｑ(２)＜Ｑ(３)＜・・・＜Ｑ(ｎ)という関係がある。なお、目標供給流量Ｑ(ｋ)を最適な供給流量とできるだけ一致させることができるように、ｎは可能な限り大きな数であることが好ましい。
　メモリ１３には、目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)のそれぞれに対応する電圧－吐出圧力特性曲線を表す数式が予め記憶される。下記式（１）にｋ番目（ｋ：ｋ＝１、２、・・・、ｎ）の目標供給流量Ｑ(ｋ)に対応した駆動電圧－吐出圧力特性曲線を表す数式を示す。
　　Ｐ(ｋ)＝ａ(ｋ)×Ｖ－ｂ(ｋ)                                 （１）
　ただし、Ｐ(ｋ)：空気ポンプの吐出圧力、Ｖ：空気ポンプの駆動電圧、ｂ(ｋ)：空気ポンプの電圧が値「０」の場合の仮想的な空気ポンプの吐出圧力、ａ(ｋ)：空気ポンプの特性により決まる定数、である。なお、ｂ(ｋ)の値も空気ポンプの特性により決定される。
　制御部１０は、圧力センサ１１により検出される空気ポンプ４の吐出圧力の検出値（検出圧力Ｐｄ）と、空気ポンプ４の現時点における駆動電圧Ｖ（ここでは、検出電圧Ｖｄ）に基づいて上記式（１）により計算される吐出圧力（計算圧力Ｐ(ｋ)）とを比較する。そして検出圧力Ｐｄと計算圧力Ｐ(ｋ)とが等しくなるように駆動電圧Ｖを調節する。駆動電圧Ｖの調節は、例えば空気ポンプ電源１７の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＡＣインバータにより変圧することで、調節することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＡＣインバータの電圧変換比は、制御部１０がＰＷＭ制御によりデューティー比を設定することで行うことができる。これにより、空気ポンプ４の空気供給流量が目標供給流量Ｑ(ｋ)と等しくなる。
　図３に、制御部１０が実行する上述した空気供給流量制御処理のフローチャートを示す。
　図３においては、先ず、圧力センサ１１により空気ポンプ４の吐出圧力および負荷電流が検出され、検出圧力Ｐｄおよび検出負荷電流ＩＬｄとして制御部１０に出力される（ステップＳ１１）。次に、検出負荷電流ＩＬｄに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)が設定され、設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)に対応して、その時点の空気ポンプ４の駆動電圧（検出電圧Ｖｄ）に基づいて、上記式（１）により計算圧力Ｐ(ｋ)が計算される。そして、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ１２）。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも小さければ、ステップＳ１３に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)以上であれば、ステップＳ１４に進む。
　ステップＳ１３においては、計算圧力Ｐ(ｋ)を検出圧力Ｐｄまで低下させて、上記設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために、制御部１０の指令により空気ポンプ４の駆動電圧Ｖを所定量だけ減少させて、処理は次のステップＳ１４に進む。駆動電圧Ｖを減少させたときの計算圧力Ｐ(ｋ)の減少率は、実際の空気ポンプ４の吐出圧力Ｐ（検出圧力Ｐｄ）の減少率よりも大きいので、駆動電圧Ｖを減少させることで両者を一致させることができる。
　ステップＳ１４においては、検出圧力Ｐｄが、その時点の空気ポンプ４の駆動電圧Ｖ（検出電圧Ｖｄ）に基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じて上記式（１）により計算される計算圧力Ｐ(ｋ)よりも大きいか否かが判定される。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも大きければ、ステップＳ１５に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)以下であれば、ステップＳ１６に進む。
　ステップＳ１５においては、計算圧力Ｐ(ｋ)を検出圧力Ｐｄまで上昇させて、上記設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために、制御部１０の指令により空気ポンプ４の駆動電圧Ｖを上記所定量だけ増加させて、処理は次のステップＳ１６に進む。駆動電圧Ｖを増加させたときの計算圧力Ｐ(ｋ)の増加率は、実際の空気ポンプ４の吐出圧力Ｐ（検出圧力Ｐｄ）の増加率よりも大きいので、駆動電圧Ｖを増加させることで両者を一致させることができる。
　ステップＳ１６においては、検出圧力Ｐｄが、その時点の空気ポンプ４の駆動電圧Ｖに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じて計算される計算圧力Ｐ(ｋ)と等しいか否かが判定される。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)と等しければ、燃料電池２に供給される空気の実際の供給流量が目標供給流量Ｑ(ｋ)と一致したものとして、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１６において、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)と等しくなければ、ステップＳ１１に戻る。
　ステップＳ１７においては、空気ポンプ４の駆動電圧Ｖを維持し、処理はステップＳ１に戻る。
　次に、負荷電流に応じた目標供給流量の設定を説明する。図４は、負荷電流の各値に対応して予め設定される空気の燃料電池２への目標供給流量に関する情報（第１情報）である、負荷電流－目標供給流量特性を示すグラフである。
　目標供給流量Ｑは、最適な空気供給流量が燃料電池２の出力電流（負荷電流）に比例するので、それを目安に設定される。例えば、燃料電池２の定格出力電流値をＩＮＬとし、そのときの最適な空気供給流量をＱ(３)とする。このとき、図４に示すように、負荷電流が０．５×ＩＮＬ（定格出力電流値Ｉの２分の１）以下であれば、目標供給流量はＱ(３)の２分の１であるＱ(１)に設定される。また、負荷電流が０．５×ＩＮＬよりも大きく、かつ０．７５×ＩＮＬ（定格出力電流値ＩＮＬの４分の３）以下であれば、目標供給流量は、Ｑ(３)の４分の３であるＱ(２)に設定される。
　このように、目標供給流量が、負荷電流の増加に対応して段階的に増加するように設定することによって、メモリ１３に記憶させるデータ量を減少させることができる。
　しかしながら、目標供給流量を、最適な空気供給流量とできるだけ一致させるという観点からは、設定される目標供給流量の数（ｎ）は可能な限り大きい方が好ましい。
　ここで、負荷電流が０．５×ＩＮＬ以下の場合に目標供給流量Ｑ(１)を一定値としているのは、負荷電流が比較的小さいときに供給空気流量を減少させてしまうと、空気極において発生した水が完全に空気流路を閉塞してしまい、発電電圧が著しく低下するおそれがあるためである。なお、目標供給流量を一定値とすべき負荷電流の範囲は、０．５×ＩＮＬ以下に限らず、例えば空気極に発生する水による流路閉塞等を考慮して、その範囲を決定するのが好ましい。
　以下、図５のフローチャートにより、図４に示す情報（第１情報）を使用して制御部１０が目標供給流量Ｑ(ｋ)を設定する目標流量値設定処理を説明する。
　図５に示すように、先ず、負荷電流センサ１２により燃料電池２の負荷電流を検出する（ステップＳ２１）。次に、検出された負荷電流（検出負荷電流ＩＬｄ）が０．５×ＩＮＬ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここで、検出負荷電流ＩＬｄが０．５×ＩＮＬ以下であれば、ステップＳ２３に進み、目標供給流量をＱ(１)に設定した後、上記ステップＳ２１に戻る。また、検出負荷電流ＩＬｄが０．５×ＩＮＬよりも大きければ、ステップＳ２４に進む。
　ステップＳ２４においては、検出負荷電流ＩＬｄが０．５×ＩＮＬよりも大きく、かつ０．７５×ＩＮＬ以下の範囲にあるか否かを判定する。つまり、検出負荷電流ＩＬｄが０．７５×ＩＮＬよりも大きいかを判定し、大きくなければ（Ｓ２４でＮＯ）、検出負荷電流ＩＬｄが上記範囲にあるものとして、ステップＳ２５に進み、目標供給流量をＱ(２)に設定した後、上記ステップＳ２１に戻る。また、検出負荷電流ＩＬｄが上記範囲になければ（Ｓ２４でＹＥＳ）、検出負荷電流ＩＬｄが０．７５×ＩＮＬよりも大きいものとして、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、目標供給流量をＱ(３)に設定し、上記ステップＳ２１に戻る。
　以上説明したように、本実施形態によれば、空気ポンプ４に容積式ポンプを使用することにより燃料電池システム１の小型化が容易となる。また、空気ポンプ４が吐出する空気をバッファチャンバとして機能する空気室１４に吐出し、空気室１４を介して燃料電池２に供給することで、常に最適な流量の酸化剤ガスを安定的に供給することができ、燃料電池２の発電電力を安定化させることができる。
　また、負荷電流センサ１２により検出される負荷電流に応じて目標供給流量が設定されるので、負荷電流が変動してもそれに応じた最適な流量の酸化剤ガスを燃料電池に供給することができる。
　また、燃料電池２への酸化剤ガスの供給流量を検出する流量検出器、並びに上記供給流量を調節するための制御弁を設けることなく、圧力センサ１１のみを使用して燃料電池２に常に最適な流量の酸化剤ガスを供給することが可能となる。これにより燃料電池システムを低コスト化することができるとともに、小型化することが容易となる。さらに、流量検出器の目詰まり等に起因する故障の発生を抑えることができ、安定的に燃料電池システム１を運転することができる。
　次に、本発明の他の実施形態を説明する。
　図６に、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムをブロック図により示す。図示例の燃料電池システム１Ａは、空気ポンプ４に電力を供給する空気ポンプ電源１７の電流、すなわち空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを検出するポンプ電流センサ１６を備えている点が、図１のシステムとは異なっている。ポンプ電流センサ１６は空気ポンプ電源１７と直列に接続することができる。ポンプ電流センサ１６により検出された電流値（検出ポンプ電流ＩＰｄ）は制御部１０内のワンチップマイコンに入力される。
　そして、制御部１０は、負荷変動等に起因して燃料電池２の発電量が低下しないように、圧力センサ１１、負荷電流センサ１２およびポンプ電流センサ１６の各検出値、並びに例えばワンチップマイコンのフラッシュメモリ等の補助記憶装置からなるメモリ１３Ａに予め記憶された情報に基づき空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを調節して、燃料電池２への空気供給流量が適正なものとなるように制御を行う。
　メモリ１３Ａは、空気ポンプ４の駆動電流（検出ポンプ電流ＩＰｄ）と、空気ポンプ４の吐出圧力（検出圧力Ｐｄ）と、空気ポンプ４による燃料電池２への空気（酸化剤ガス）の目標供給流量Ｑとの関係に関する情報である、駆動電流－吐出圧力－目標供給流量特性に関する情報（第２Ｂ情報）を記憶している。また、メモリ１３Ａは、燃料電池２の負荷電流－目標供給流量特性に関する情報（第１情報）を記憶している。このように、メモリ１３Ａは、第１メモリと第２Ｂメモリとを含んでいる。
　より具体的には、制御部１０は、メモリ１３Ａに予め記憶された燃料電池２の負荷電流－目標供給流量特性に関する情報（第１情報、図４参照）を参照して、負荷電流センサ１２により検出された燃料電池２の負荷電流（検出負荷電流ＩＬｄ）に基づき目標供給流量Ｑを設定する。そして、制御部１０は、メモリ１３Ａに予め記憶された空気ポンプ４の駆動電流－吐出圧力－目標供給流量特性に関する情報（第２Ｂ情報）を参照して、空気ポンプ４の実際の空気供給流量が目標供給流量Ｑと等しくなるように、空気ポンプ４の駆動電流を制御する。
　図７に、メモリ１３Ａに予め記憶される空気ポンプ４の駆動電流-吐出圧力-目標供給流量特性に関する情報（第２Ｂ情報）の一例を示す。第２Ｂ情報は、燃料電池２の負荷電流に応じて設定される目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)をパラメータ（媒介変数）とした、空気ポンプ４の駆動電流と吐出圧力との関係を表す複数のグラフ（駆動電流－吐出圧力特性曲線）または関数を含む。つまり、それぞれの関数は、目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために必要とされる空気ポンプ４の吐出圧力と、その吐出圧力を得るために必要とされる空気ポンプ４の駆動電流との関係を示している。図示例では、目標供給流量Ｑ(ｋ)の間には、Ｑ(１)＜Ｑ(２)＜Ｑ(３)＜・・・＜Ｑ(ｎ)という関係がある。このとき、目標供給流量Ｑ(ｋ)を最適な供給流量とできるだけ一致させることができるように、ｎは可能な限り大きな数であることが好ましい。
　メモリ１３Ａには、目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)のそれぞれに対応する電流－吐出圧力特性曲線を表す数式が予め記憶される。下記式（２）にｋ番目（ｋ：ｋ＝１、２、・・・、ｎ）の目標供給流量Ｑ(ｋ)に対応した電流－吐出圧力特性曲線を表す数式を示す。
　　Ｐ(ｋ)＝ｃ(ｋ)×ＩＰ－ｄ(ｋ) （２）
　ただし、Ｐ(ｋ)：空気ポンプの吐出圧力、ＩＰ：空気ポンプの駆動電流、ｄ(ｋ)：空気ポンプの電流が値「０」の場合の仮想的な空気ポンプの吐出圧力、ｃ(ｋ)：空気ポンプの特性により決まる定数、である。なお、ｄ(ｋ)の値も空気ポンプの特性により決定される。
　制御部１０は、圧力センサ１１により検出される空気ポンプ４の吐出圧力の検出値（検出圧力Ｐｄ）と、空気ポンプ４の現時点における駆動電流（ここでは、検出ポンプ電流ＩＰｄ）に基づいて上記式（２）により計算される吐出圧力（計算圧力Ｐ(ｋ)）とを比較する。そして、検出圧力Ｐｄと計算圧力Ｐ(ｋ)とが等しくなるよう空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを調節する。駆動電流ＩＰの調節は、例えば空気ポンプ電源１７の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＡＣインバータにより変圧することで、調節することができる。出力電圧を変圧すると、それに応じて出力電流も変化するからである。ＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＡＣインバータの電圧変換比は、制御部１０がＰＷＭ制御によりデューティー比を設定することで行うことができる。これにより、空気ポンプ４の空気供給流量が目標供給流量Ｑ(ｋ)と等しくなる。
　図８に、制御部１０が実行する上述した空気供給流量制御処理のフローチャートを示す。
　図８においては、先ず、圧力センサ１１により空気ポンプ４の吐出圧力および負荷電流が検出され、検出圧力Ｐｄおよび検出負荷電流ＩＬｄとして制御部１０に出力される（ステップＳ３１）。次に、検出負荷電流ＩＬｄに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)が設定され、設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)に対応して、その時点の空気ポンプ４の駆動電流（検出ポンプ電流ＩＰｄ）に基づいて、上記式（２）により計算圧力Ｐ(ｋ)が計算される。そして、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ３２）。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも小さければ、ステップＳ３３に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)以上であれば、ステップＳ３４に進む。
　ステップＳ３３においては、計算圧力Ｐ(ｋ)を検出圧力Ｐｄまで低下させて、設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために、制御部１０の指令により空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを所定量だけ減少させて、処理は次のステップＳ３４に進む。駆動電流ＩＰを減少させたときの計算圧力Ｐ(ｋ)の減少率は、実際の空気ポンプ４の吐出圧力Ｐ（検出圧力Ｐｄ）の減少率よりも大きいので、駆動電流ＩＰを減少させることで両者を一致させることができる。
　ステップＳ３４においては、検出圧力Ｐｄが、その時点の空気ポンプ４の駆動電流ＩＰに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じて上記式（２）により計算される計算圧力Ｐ(ｋ)よりも大きいか否かが判定される。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも大きければ、ステップＳ３５に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)以下であれば、ステップＳ３６に進む。
　ステップＳ３５においては、計算圧力Ｐ(ｋ)を検出圧力Ｐｄまで上昇させて、設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために、制御部１０にて空気ポンプ４の上記電流を所定量だけ増加させて、処理は次のステップＳ３６に進む。駆動電流ＩＰを増加させたときの計算圧力Ｐ(ｋ)の増加率は、実際の空気ポンプ４の吐出圧力Ｐ（検出圧力Ｐｄ）の増加率よりも大きいので、駆動電流ＩＰを増加させることで両者を一致させることができる。
　ステップＳ３６においては、検出圧力Ｐｄが、その時点の空気ポンプ４の駆動電流ＩＰに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じて計算される計算圧力Ｐ(ｋ)と等しいか否かが判定される。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)と等しければ、燃料電池２に供給される空気の実際の供給流量が目標供給流量Ｑ(ｋ)と一致したものとして、ステップＳ３７に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)と等しくなければ、ステップＳ３１に戻る。
　ステップＳ３７においては、空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを維持し、処理はステップＳ３１に戻る。なお、目標供給流量Ｑ(ｋ)の設定は、実施形態１と同様の処理により行うことができる（図４および５参照）。
　以上のように、実施形態１と実施形態２の燃料電池システムにおいては、空気ポンプ４による燃料電池２への実際の空気供給流量が、目標供給流量Ｑと等しくなるよう圧力センサ１１の検出値に基づき空気ポンプ４の駆動電圧もしくは駆動電流が増減される。
　したがって、空気ポンプ４による燃料電池２への空気供給流量を検出する流量検出器、並びに空気供給流量を調節するための空気制御弁や空気調整弁等が不要となるので、燃料電池システムの製造コストを低減することができるとともに、装置の小型が容易となる。
　また、燃料電池２と直列に接続する必要のある流量検出器を採用する必要がないことから、流量検出器の目詰まりに起因する燃料電池システムの動作不良の発生を防止することが可能となる。更には、空気室１４により、ダイアフラム弁の往復運動による圧力脈動が軽減され、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
　本発明の燃料電池システムは、製造コストとスペースファクターや流量検出器流路内のごみ詰りを解消できる面で優れており、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯小型電子機器における電源および、アウトドアレジャーや非常用バックアップ電源として有用である。また、本発明の燃料電池システムは、電動スクータ用電源等の用途にも応用することができる。
１、１Ａ…燃料電池システム、
２…燃料電池、
３…燃料ポンプ、
４…空気ポンプ、
５…希釈タンク、
６…メタノールポンプ、
７…リターンポンプ、
８…メタノールタンク、
９…気液分離器、
１０…制御部、
１１…圧力センサ、
１２…負荷電流センサ、
１３、１３Ａ…メモリ、
１４…空気室、
１５…電圧センサ、
１６…ポンプ電流センサ、
１７…空気ポンプ電源

Claims (9)

  1. 　燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
    　前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
    　前記ポンプに駆動電圧を印加するポンプ電源と、
    　前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
    　前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
    　前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと
    　前記ポンプの駆動電圧を検出する電圧センサと、
    　前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
    　前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ａ情報を記憶する第２Ａメモリと、
    　前記第１情報、前記第２Ａ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記電圧センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システム。
  2. 　前記コントローラは、前記負荷電流に対応して、前記第１情報により前記目標供給流量を設定し、設定された前記目標供給流量に対応して、前記第２Ａ情報により計算された前記ポンプの吐出圧力の計算値が、前記圧力センサの検出値と一致するように、前記ポンプの駆動電圧を調節する、請求項１記載の直接酸化型燃料電池システム。
  3. 　前記第２Ａ情報により規定される、前記ポンプの吐出圧力：Ｐと、前記ポンプの駆動電圧：Ｖとの関係が、
    　前記目標供給流量を媒介変数とする関数：Ｐ＝ａ×Ｖ－ｂ、ただし、ａおよびｂは定数である、により示される、請求項１または２記載の直接酸化型燃料電池システム。
  4. 　燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
    　前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
    　前記ポンプに駆動電流を供給するポンプ電源と、
    　前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
    　前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
    　前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと、
    　前記ポンプの駆動電流を検出するポンプ電流センサと、
    　前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
    　前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ｂ情報を記憶する第２Ｂメモリと、
    　前記第１情報、前記第２Ｂ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記ポンプ電流センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システム。
  5. 　前記コントローラは、前記負荷電流に対応して、前記第１情報により前記目標供給流量を設定し、設定された前記目標供給流量に対応して、前記第２Ｂ情報により計算された前記ポンプの吐出圧力の計算値が、前記圧力センサの検出値と一致するように、前記ポンプの駆動電流を調節する、請求項４記載の直接酸化型燃料電池システム
  6. 　前記第２Ｂ情報により規定される、前記ポンプの吐出圧力：Ｐ、前記ポンプの駆動電流：ＩＰとの関係が、前記目標供給流量を媒介変数とする関数：Ｐ＝ｃ×ＩＰ－ｄ、ただし、ｃおよびｄは定数である、により示される、請求項４または５記載の直接酸化型燃料電池システム。
  7. 　前記第１情報が、前記負荷電流の増加に応じて前記目標供給流量が段階的に増加する関数である、請求項１～６のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
  8. 　前記酸化剤ガス整流部が、バッファチャンバを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
  9. 　前記圧力センサが、前記バッファチャンバ内の圧力を検出する、請求項８記載の直接酸化型燃料電池システム。
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