WO2015170416A1 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015170416A1
WO2015170416A1 PCT/JP2014/062531 JP2014062531W WO2015170416A1 WO 2015170416 A1 WO2015170416 A1 WO 2015170416A1 JP 2014062531 W JP2014062531 W JP 2014062531W WO 2015170416 A1 WO2015170416 A1 WO 2015170416A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
anode gas
anode
ejector
pressure
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/062531
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
市川　靖
アミット ベリヤ
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to PCT/JP2014/062531 priority Critical patent/WO2015170416A1/ja
Priority to JP2016517791A priority patent/JP6172386B2/ja
Publication of WO2015170416A1 publication Critical patent/WO2015170416A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to a fuel cell, and a control method for the fuel cell system.
  • an ejector is provided in a passage for supplying anode gas to the fuel cell, and a surplus anode gas not consumed in the fuel cell is sucked by the ejector and circulated to the fuel cell.
  • JP2008-190336A has an injector on the upstream side of the ejector, so that the supply flow rate obtained by adding the injection flow rate injected from the injector and the suction flow rate sucked by the ejector is a flow rate that satisfies the required power from the load.
  • a technique for controlling the injection timing is disclosed.
  • the present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method for the fuel cell system that ensure the circulation flow rate of the anode gas circulated to the fuel cell by the ejector.
  • the fuel cell system supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell and causes the fuel cell to generate electric power according to the load.
  • the fuel cell system includes a supply passage for supplying an anode gas to the fuel cell, a pressure regulating valve provided in the supply passage for adjusting an anode gas pressure supplied to the fuel cell, and an anode gas from the fuel cell. And a discharge passage for discharging.
  • the fuel cell system sucks the anode gas discharged into the discharge passage by the anode gas supplied from the pressure regulating valve, and pulsates the anode gas pressure by circulating the anode gas to the fuel cell.
  • a pulsation controller The pulsation control unit changes the pulsation width of the anode gas pressure based on the temperature of the anode gas upstream of the ejector.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing fuel cells stacked in a fuel cell stack.
  • FIG. 3A is a plan view showing an anode separator constituting the fuel cell.
  • FIG. 3B is a plan view showing a cathode separator constituting the fuel cell.
  • FIG. 4 is a diagram showing a main configuration of the fuel cell system.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a configuration of an ejector provided in the fuel cell system.
  • FIG. 5B is a diagram showing the characteristics of the anode gas supply flow rate supplied to the ejector in accordance with the anode gas supply pressure supplied from the anode pressure regulating valve.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a configuration of an ejector provided in the fuel cell system.
  • FIG. 5B is a diagram showing the characteristics of the anode gas supply flow rate
  • FIG. 6 is a diagram showing a pulsation control map determined to pulsate the anode gas pressure.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a pulsation control method for pulsating the anode gas pressure.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pulsation width of the anode gas pressure and the durability of the fuel cell stack.
  • FIG. 9 is a diagram showing that the circulation characteristic of the anode off-gas circulation flow rate with respect to the anode gas supply pressure changes according to the upstream temperature of the ejector.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a pulsation width correction map for correcting the pulsation width of the anode gas pressure.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a pulsation width correction map for correcting the pulsation width of the anode gas pressure.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a pulsation control map when the pulsation width is corrected to be small by the correction coefficient.
  • FIG. 12 is a diagram showing a change in pulsation width when the upstream temperature of the ejector rises.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of a control method for controlling the fuel cell system.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of a processing procedure for pulsation control of the anode gas pressure.
  • FIG. 15 is a flowchart showing another example of the control method of the fuel cell system.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a flowchart showing an example of a control method of the fuel cell system.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating an example of a control method of the fuel cell system.
  • FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the fuel cell stack is formed by stacking a plurality of fuel cells, and is used as a power source for supplying power to an electric motor that drives the vehicle in this embodiment.
  • the fuel cell includes an anode electrode (so-called fuel electrode), a cathode electrode (so-called oxidant electrode), and an electrolyte membrane sandwiched between these electrodes.
  • anode electrode so-called fuel electrode
  • a cathode electrode so-called oxidant electrode
  • electrolyte membrane sandwiched between these electrodes.
  • an anode gas containing hydrogen supplied to the anode electrode (so-called fuel gas) and a cathode gas containing oxygen supplied to the cathode electrode (so-called oxidant gas) cause an electrochemical reaction to generate electricity.
  • the electrochemical reaction (power generation reaction) of the fuel cell proceeds as follows at the anode electrode and the cathode electrode.
  • Anode electrode 2H 2 ⁇ 4H + + 4e ⁇ (1)
  • Cathode electrode 4H + + 4e ⁇ + O 2 ⁇ 2H 2 O (2)
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a fuel cell stack 110 in the present embodiment.
  • the fuel cell stack 110 includes a plurality of single cells 1, a pair of current collecting plates 2a and 2b, a pair of insulating plates 3a and 3b, a pair of end plates 4a and 4b, and four tension rods (not shown). And a nut 5 to be screwed.
  • the single cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell.
  • the single cell 1 generates an electromotive voltage of about 1 volt.
  • the structure of the single cell 1 will be described later with reference to FIG.
  • the pair of current collector plates 2a and 2b are respectively arranged outside the plurality of unit cells 1 stacked.
  • the current collector plates 2a and 2b are formed of a gas impermeable conductive member.
  • the gas impermeable conductive member is, for example, dense carbon.
  • the current collector plates 2a and 2b include an output terminal 6 on a part of the upper side. From the output terminal 6, electrons e ⁇ generated for each single cell 1 stacked on the fuel cell stack 110 are taken out.
  • the pair of insulating plates 3a and 3b are disposed outside the current collecting plates 2a and 2b, respectively.
  • the insulating plates 3a and 3b are formed of an insulating member such as rubber.
  • the pair of end plates 4a and 4b are disposed outside the insulating plates 3a and 3b, respectively.
  • the end plates 4a and 4b are formed of a metallic material having rigidity, for example, steel.
  • One end plate 4a of the pair of end plates 4a and 4b includes a cooling water inlet hole 41a and a cooling water outlet hole 41b, an anode gas inlet hole 42a and an anode gas outlet hole 42b, a cathode gas inlet hole 43a and An outlet hole 43b is formed.
  • the cooling water inlet hole 41a, the anode gas outlet hole 42b, and the cathode gas inlet hole 43a are formed on one end side (right side in the drawing) of the end plate 4a, and the cooling water outlet hole 41b, the anode gas inlet hole 42a, and the cathode gas are formed.
  • the outlet hole 43b is formed on the other end side (left side in the figure).
  • a method of supplying hydrogen to the anode gas inlet hole 42a for example, a method of supplying hydrogen gas directly from a hydrogen storage device or a hydrogen-containing gas reformed by reforming a fuel containing hydrogen is supplied.
  • the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank.
  • the fuel gas natural gas, methanol, gasoline or the like can be considered.
  • the oxidant gas air is generally used.
  • the nut 5 is screwed into male screw portions formed at both ends of the four tension rods penetrating the inside of the fuel cell stack 110. By screwing and fastening the nut 5 to the tension rod, the fuel cell stack 110 is fastened in the stacking direction.
  • the tension rod is formed of a rigid metal material, such as steel. Insulation treatment is performed on the surface of the tension rod in order to prevent the single cells 1 from being electrically short-circuited.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section of the single cell 1 as seen from the direction along the line II-II in FIG.
  • the single cell 1 is configured by sandwiching a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) 11 between an anode separator 20 and a cathode separator 30.
  • MEA membrane electrode assembly
  • the MEA 11 includes an electrolyte membrane 11a, an anode electrode 11b, and a cathode electrode 11c.
  • the MEA 11 has an anode electrode 11b on one surface of the electrolyte membrane 11a and a cathode electrode 11c on the other surface.
  • the electrolyte membrane 11a is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a fluorine-based resin.
  • the electrolyte membrane 11a exhibits good electrical conductivity in a moist state containing water.
  • the anode electrode 11b and the cathode electrode 11c are composed of a gas diffusion layer, a water repellent layer, and a catalyst layer.
  • the gas diffusion layer is formed of a member having sufficient gas diffusibility and conductivity, for example, a carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers.
  • the water repellent layer is a layer containing polyethylene fluoroethylene and a carbon material.
  • the catalyst layer is formed of carbon black particles on which platinum is supported.
  • the anode separator 20 is in contact with the anode electrode 11b.
  • the anode separator 20 has an anode gas flow path 24 for supplying anode gas to the anode electrode 11b on the side in contact with the anode electrode 11b.
  • a cooling water flow path 26 through which cooling water for cooling the fuel cell stack 110 flows is provided on the surface opposite to the surface (a top surface of the flow path rib 25 described later) 25a that directly contacts the anode electrode 11b.
  • the cathode separator 30 has a cathode gas channel 34 for supplying cathode gas to the cathode electrode 11c on the side in contact with the cathode electrode 11c, and a surface in contact with the cathode electrode 11c (the top of channel ribs 35 described later).
  • the cooling water flow path 36 is provided on the surface opposite to the surface 35a.
  • the anode separator 20 and the cathode separator 30 are metal or carbon.
  • cooling water flow path 26 of the anode separator 20 and the cooling water flow path 36 of the cathode separator 30 are formed so as to face each other, so that one cooling water flow path 51 is formed.
  • the anode gas flowing through the anode gas flow channel 24 and the cathode gas flowing through the cathode gas flow channel 34 flow in opposite directions via the MEA 11.
  • the anode gas flowing through the anode gas flow path 24 flows from the back to the front of the paper
  • the cathode gas flowing through the cathode gas flow path 34 flows from the front to the back of the paper.
  • FIG. 3A is a plan view of the anode separator 20 as viewed from the anode electrode side.
  • a cathode gas outlet hole 43b, a cooling water outlet hole 41b, and an anode gas inlet hole 42a are formed in this order from the top at one end of the anode separator 20 (left side in the figure).
  • an anode gas outlet hole 42b, a cooling water inlet hole 41a, and a cathode gas inlet hole 43a are formed in order from the top at the other end (right side in the figure) of the anode separator 20.
  • anode gas diffusion portion 21 On the surface of the anode separator 20, an anode gas diffusion portion 21, a plurality of groove-shaped anode gas flow paths 24, and an anode gas merging portion 27 are formed.
  • the anode gas channel 24 is a channel formed between a plurality of channel ribs 25 that protrude from the gas channel bottom surface 24a to the anode electrode side and come into contact with the anode electrode.
  • the back surface of the channel rib 25 is the cooling water channel 26 described above.
  • the side surface 25b of the flow channel rib 25 is tapered, and is inclined at a certain angle from the flow channel rib top surface 25a toward the gas flow channel bottom surface 24a. Thereby, an extra turbulent flow of the gas flowing through the anode gas flow path 24 is suppressed, so that pressure loss is reduced.
  • the anode gas diffusion portion 21 is formed between the anode gas inlet hole 42 a and the anode gas flow path 24.
  • the anode gas diffusion portion 21 has a plurality of protruding diffusion ribs 222 that protrude from the anode gas diffusion portion bottom surface 21a to the anode electrode and come into contact with the anode electrode in order to evenly distribute the anode gas to each anode gas flow path 24. It is formed in a lattice shape.
  • the anode gas merging portion 27 is formed between the anode gas flow path 24 and the anode gas outlet hole 42b.
  • the anode gas merging portion 27 is a gas passage whose width becomes narrower from the anode gas passage 24 toward the anode gas outlet hole 42b.
  • the anode gas merging portion 27 is formed with a plurality of merging ribs 28 protruding from the anode gas merging portion bottom surface 27a to the anode electrode and in contact with the anode electrode.
  • the anode gas merging portion 27 is divided into a plurality of regions (gas merging flow paths) 29 by the merging rib 28.
  • the joining rib 28 is formed from the gas flow path end 24c toward the anode gas outlet hole 42b.
  • the merging rib 28 is formed so that the width of the gas merging channel 29 becomes narrower toward the anode gas outlet hole 42b.
  • the merge ribs 28 are formed so that the gas flow rates flowing from the anode gas flow channel 24 into the gas merge flow channels 29 are substantially the same.
  • the number of merge ribs 28 is smaller than the number of flow path ribs 25. Note that the ends of some of the channel ribs 25 are extended until the channel width of the adjacent gas merging channel 29 is substantially the same as the channel width of the anode gas channel 24.
  • FIG. 3B is a plan view of the cathode separator 30 as viewed from the cathode electrode 11c side.
  • the cathode separator 30 has the same configuration as the anode separator 20.
  • the cathode separator 30 includes a cathode gas diffusion part 31, a cathode gas channel 34, a channel rib 35, and a cathode gas junction part 37.
  • the cathode gas diffusion portion 31 is provided with diffusion ribs 322.
  • the cathode gas merging portion 37 is provided with a merging rib 38 to form a gas merging channel 39.
  • one end side (the left side in FIG. 3B) of the cathode separator 30 is the other end side (the right side in FIG. 3A).
  • the other end side of the cathode separator 30 (the right side in FIG. 3B) is one end side of the anode separator 20 (the left side in FIG. 3A).
  • the same anode gas outlet hole 42b, cooling water inlet hole 41a, and cathode gas inlet hole 43a as the three holes formed on the other end side of the anode separator 20 are provided. Is formed.
  • the cathode gas outlet hole 43b, the cooling water outlet hole 41b, and the anode gas inlet hole 42a, which are the same as the three holes formed on the one end side of the anode separator 20, are also provided on the other end side of the cathode separator 30 (right side in FIG. 3B). Is formed.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 101 according to the first embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 101 supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell stack 110 and generates power in the fuel cell stack 110 according to the load.
  • the fuel cell system 101 is an anode gas circulation fuel cell system.
  • the fuel cell system 101 includes a fuel cell stack 110, an anode gas supply / discharge device 200, and a controller 400.
  • the cathode gas supply device that supplies the cathode gas to the inlet hole 43a of the fuel cell stack 110 and the cooling device that supplies the cooling water to the inlet hole 41a of the fuel cell stack 110 shown in FIG. Omitted.
  • the fuel cell stack 110 receives supply of anode gas and cathode gas, and generates electric power according to a load connected to the fuel cell stack 110.
  • the load is, for example, an electric motor mounted on the vehicle, an auxiliary machine that assists the power generation of the fuel cell stack 110, or the like.
  • an auxiliary machine the compressor etc. which supply cathode gas to the fuel cell stack 110 are mentioned, for example.
  • the sum of the cell voltages generated for each single cell 1 becomes the output voltage for the load.
  • the anode gas supply / discharge device 200 includes a high-pressure tank 210, an anode gas supply passage 220, an anode pressure regulating valve 230, an ejector 240, an anode gas discharge passage 250, a buffer tank 260, a circulation passage 270, and a purge passage 280. And a purge valve 290. Furthermore, the anode gas supply / discharge device 200 includes a first pressure sensor 411, a second pressure sensor 412, and a temperature sensor 420.
  • the high-pressure tank 210 stores the anode gas supplied to the fuel cell stack 110 in a high-pressure state.
  • the anode gas supply passage 220 is a passage used for supplying the anode gas flowing out from the high-pressure tank 210 to the fuel cell stack 110.
  • One end of the anode gas supply passage 220 is connected to the high-pressure tank 210, and the other end is connected to the anode gas inlet hole 42a of the fuel cell stack 110 shown in FIG.
  • the anode pressure regulating valve 230 is provided in the anode gas supply passage 220.
  • the anode pressure regulating valve 230 adjusts the anode gas pushed out from the high-pressure tank 210 to a desired pressure and supplies it to the fuel cell stack 110.
  • the anode pressure regulating valve 230 is an electromagnetic valve capable of adjusting the opening of the valve continuously or stepwise.
  • the opening degree of the anode pressure regulating valve 230 is controlled by the controller 400. As the opening of the anode pressure regulating valve 230 increases, the anode pressure regulating valve 230 is opened and the pressure P2 of the anode gas supplied to the fuel cell stack 110 increases.
  • the first pressure sensor 411 and the temperature sensor 420 are provided in the anode gas supply passage 220 between the anode pressure regulating valve 230 and the ejector 240.
  • the first pressure sensor 410 detects the supply pressure P1 of the anode gas supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the ejector 240.
  • the first pressure sensor 410 outputs a detection signal indicating the supply pressure P1 to the controller 400.
  • the temperature sensor 420 detects the temperature Tg of the anode gas upstream of the ejector 240 (hereinafter referred to as “upstream temperature of the ejector 240”) Tg. Temperature sensor 420 outputs a detection signal indicating upstream temperature Tg of ejector 240 to controller 400.
  • the ejector 240 is provided in a portion where the circulation passage 270 joins the anode gas supply passage 220 downstream from the anode pressure regulating valve 230.
  • the ejector 240 draws the anode gas from the circulation passage 270 and circulates the anode gas to the fuel cell stack 110 while supplying the supply flow rate of the anode gas supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the fuel cell stack 110. It is a pump. Details of the ejector 240 will be described later with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • the second pressure sensor 412 is provided in the anode gas supply passage 220 that is downstream of the ejector 240 and in the vicinity of the fuel cell stack 110.
  • the second pressure sensor 412 detects the pressure P2 of the anode gas supplied to the fuel cell stack 110.
  • the second pressure sensor 412 outputs a detection signal indicating the pressure P2 to the controller 400.
  • the pressure P2 is used as the pressure of the anode gas passage 24 shown in FIG. 3A.
  • the anode gas discharge passage 250 is a passage for discharging the anode gas from the anode gas outlet hole 42b of the fuel cell stack 110 shown in FIG. Anode off gas is discharged from the fuel cell stack 110 to the anode gas discharge passage 250.
  • the anode off gas is a mixed gas of excess anode gas and impurity gas that has not been used for the power generation reaction of the fuel cell stack 110.
  • the impurity gas is an inert gas such as water vapor or nitrogen gas that has cross leaked (permeated) from the cathode gas flow channel 34 to the anode gas flow channel 24 via the MEA 11.
  • the buffer tank 260 temporarily stores the anode off gas that has flowed from the fuel cell stack 110 through the anode gas discharge passage 250. A part of the water vapor in the anode off-gas is condensed in the buffer tank 260 to become liquid water and separated from the anode off-gas.
  • the purge passage 280 is a passage for discharging the anode off gas containing nitrogen gas accumulated in the buffer tank 260 and the liquid water. One end of the purge passage 280 is connected to the downstream side of the buffer tank 260, and the other end is opened.
  • the purge valve 290 is provided in the purge passage 280.
  • the purge valve 290 discharges the anode off gas and liquid water stored in the buffer tank 260 to the outside through the purge passage 280.
  • the purge valve 290 is an electromagnetic valve capable of adjusting the opening of the valve continuously or stepwise.
  • the opening degree of the purge valve 290 is controlled by the controller 400.
  • the opening of the purge valve 290 is adjusted so that the anode gas concentration in the anode off-gas is below a certain value.
  • the circulation passage 270 is a passage for joining the anode off gas flowing out from the buffer tank 260 to the anode gas supply passage 220.
  • One end of the circulation passage 270 is connected to the buffer tank 260, and the other end is connected to the suction port of the ejector 240.
  • the controller 400 is constituted by a microcomputer including a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
  • CPU central processing unit
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • I / O interface input / output interface
  • the controller 400 includes the operating state of the fuel cell system 101, the operating state of the load connected to the fuel cell stack 110, and the like. Signals of various sensors for detecting the signal are input.
  • the various sensors include an accelerator stroke sensor 510 that detects the amount of depression of an accelerator pedal, an outside air temperature sensor 421 that detects an outside air temperature Tair, and the like.
  • the outside air temperature sensor 421 is provided in the vicinity of the controller 400, for example.
  • the controller 400 controls the operating state of the fuel cell stack 110 based on signals input from the various sensors described above, command signals to components of the fuel cell system 101, and the like.
  • the controller 400 calculates the required power required from the electric motor to the fuel cell stack 110, that is, the required load, based on the depression amount output from the accelerator stroke sensor 510.
  • the controller 400 increases the flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 110 as the required load increases. At the same time, the controller 400 increases the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 110 by increasing the opening of the anode pressure regulating valve 230 as the required load increases.
  • controller 400 controls the cathode gas pressure and flow rate and the anode gas pressure according to the temperature state, the wet state, the internal pressure state, the partial pressure state of water vapor, the diluted hydrogen state, etc. Restrict control of
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the ejector 240 in the present embodiment.
  • the ejector 240 includes a nozzle 241 and a diffuser 242.
  • the nozzle 241 accelerates the flow of the anode gas supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the supply port 240A and injects it into the diffuser 242.
  • the supply flow rate of the anode gas supplied to the nozzle 241 is a flow rate calculated based on the required load, and corresponds to the amount of anode gas consumed by the fuel cell stack 110 during power generation.
  • the nozzle 241 is formed in a cylindrical shape. An opening narrower than the supply port 240 ⁇ / b> A is formed at the tip of the nozzle 241. As a result, the flow rate of the anode gas supplied to the supply port 240 ⁇ / b> A is increased at the tip, so that the anode gas is injected to the diffuser 242 at the tip.
  • the diffuser 242 sucks the anode off gas from the circulation passage 270 according to the flow rate of the anode gas injected from the nozzle 241 in order to circulate the anode off gas to the fuel cell stack 110.
  • the diffuser 242 discharges the total anode gas flow rate, which is the sum of the circulation flow rate of the suctioned anode off gas and the supply flow rate of the anode gas injected from the nozzle 241, from the discharge port 240 ⁇ / b> C to the fuel cell stack 110.
  • the diffuser 242 has a confluence passage formed coaxially with the nozzle 241.
  • the opening of the merge passage is formed wider as it approaches the discharge port 240C.
  • the diffuser 242 is formed with a cylindrical suction chamber extending from the suction port 240B to the tip of the nozzle 241, and the suction chamber and the merging passage communicate with each other.
  • FIG. 5B is a diagram showing a characteristic 248 in which the anode gas supply flow rate supplied to the ejector 240 changes in accordance with the anode gas supply pressure adjusted by the anode pressure regulating valve 230.
  • the horizontal axis indicates the supply pressure of the anode gas supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the nozzle 241
  • the vertical axis indicates the supply flow rate of the anode gas supplied to the nozzle 241 with the anode gas flow rate ( NL / min).
  • the supply flow rate of the anode gas supplied to the nozzle 241 is proportional to the supply pressure of the anode gas supplied to the nozzle 241.
  • the ejector 240 to suck the anode off-gas discharged from the fuel cell stack 110 and circulate it to the fuel cell stack 110, it is possible to reuse the surplus anode gas.
  • the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 110 is pulsated so that the anode off-gas discharged from the fuel cell stack 110 is sufficiently circulated by the ejector 240.
  • the inside of the fuel cell stack 110 is humidified using water vapor contained in the anode off gas.
  • the anode 240 is fully circulated by the ejector 240 to the anode gas passage 24 shown in FIG. 3A, so that the humidity of the anode gas passage 24 increases as a whole.
  • the difference between the humidity of the anode gas passage 24 and the humidity of the upstream cathode gas passage 34 through which the dried cathode gas flows increases.
  • This relative humidity difference becomes a driving force, and the water vapor in the anode gas flow path 24 diffuses into the cathode gas flow path 34 through the MEA 11, and the electrolyte membrane 11a is humidified. Thereby, power generation is efficiently performed in the MEA 11.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a pulsation control map defined for pulsating the pressure of the anode gas.
  • the pulsation control map is recorded in advance in the controller 400.
  • FIG. 6 shows the target value of the anode gas pressure P2 supplied from the ejector 240 to the fuel cell stack 110 by a solid line.
  • the maximum value of the anode gas supply pressure P1 supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the ejector 240 is indicated by a broken line.
  • the vertical axis represents the target pressure Pt of the anode gas supplied to the fuel cell stack 110
  • the horizontal axis represents the required load Lreq for the fuel cell stack 110.
  • the required load Lreq is calculated based on the required power requested from the electric motor, for example.
  • two target values of a pulsation upper limit pressure P2_up and a pulsation lower limit pressure P2_dn are defined as the target pressure Pt of the anode gas.
  • the anode pressure regulating valve 230 is controlled so that the pressure P2 of the anode gas pulsates.
  • the pulsation upper limit pressure P2_up and the pulsation lower limit pressure P2_dn increase in proportion to the required load Lreq. For this reason, as the required load Lreq increases, both the pulsation upper limit pressure P2_up and the pulsation lower limit pressure P2_dn increase.
  • the pulsation lower limit pressure P2_dn is determined to be the minimum pressure of the anode gas necessary for the anode gas to contain the amount of generated water necessary for humidifying the fuel cell.
  • the pulsation upper limit pressure P2_up and the pulsation lower limit pressure P2_dn are determined to be substantially constant values. As the required load Lreq increases, the pulsation upper limit pressure P2_up increases.
  • the pulsation upper limit pressure P2_up is determined based on the circulation flow rate of the anode off-gas circulated to the fuel cell stack 110 by the ejector 240. That is, the pulsation upper limit pressure P ⁇ b> 2 ⁇ / b> _up is set so that the circulation flow rate of the anode off gas becomes a flow rate necessary for humidifying the fuel cell stack 110.
  • the pulsation upper limit pressure P2_up is set such that the flow rate ratio of the circulation flow rate of the anode off gas to the supply flow rate of the anode gas supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the nozzle 241 is 30% (percent) or more.
  • the flow rate ratio is obtained by dividing the circulation flow rate of the anode off gas by the supply flow rate of the anode gas.
  • the pulsation width ⁇ P is a difference between the pulsation upper limit pressure P2 and the pulsation lower limit pressure P2_dn, and is a width in which the anode gas pressure P2 varies.
  • the pulsation width ⁇ P is determined to be a width that can ensure a flow rate ratio of 30% for all values in the range where the required load Lreq varies, for example.
  • the increments of the pulsation upper limit pressure P2_up and the pulsation lower limit pressure P2_dn accompanying the increase in the required load Lreq are larger than in the low load range.
  • the reason for this is that as the required load Lreq increases, the cathode gas pressure supplied to the fuel cell stack 110 increases, so that the differential pressure between the cathode gas pressure and the anode gas pressure in the fuel cell stack becomes too large. This is to prevent damage.
  • FIG. 6 illustrates the pulsation control map in which the target pressure Pt of the anode gas is set according to the required load Lreq.
  • a parameter correlated with the required load Lreq may be used instead of the required load Lreq.
  • a parameter having a correlation with the required load Lreq includes a required flow rate of the anode gas.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a pulsation control method for pulsating the pressure P2 of the anode gas.
  • FIG. 7 shows the pressure waveform of the anode gas and the open / closed state of the anode pressure regulating valve 230 with a common time axis.
  • the anode pressure regulating valve 230 is set to fully open (ON). As a result, the anode gas is discharged from the anode pressure regulating valve 230 to the fuel cell stack 110 via the ejector 240, so that the pressure P2 of the anode gas supplied to the fuel cell stack 110 increases.
  • the anode pressure regulating valve 230 is set to be fully closed (OFF). Thereby, the supply of the anode gas to the fuel cell stack 110 is stopped. In this state, since the anode gas supplied to the fuel cell stack 110 is consumed by the power generation reaction, the anode gas existing in the fuel cell stack 110 is reduced and the pressure P2 of the anode gas is reduced.
  • the pressure P2 of the anode gas decreases to the pulsation lower limit pressure P2_dn, so that the anode pressure regulating valve 230 is set to fully open again, the anode gas is supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the fuel cell stack 110, and the pressure of the anode gas P2 rises.
  • the pressure P2 of the anode gas is pulsated by alternately switching the pulsation upper limit pressure P2_up and the pulsation lower limit pressure P2_dn associated with the required load Lreq.
  • the anode off-gas is sucked by the ejector 240 at a circulating flow rate that can ensure the wet state of the fuel cell and supplied to the fuel cell stack 110.
  • stress is generated in the MEA 11 by the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure.
  • the stress generated in the MEA 11 by the pulsation width ⁇ P is particularly large at the boundary portion between the anode gas diffusion portion 21 and the anode gas flow channel 24 and the outer peripheral portion of the anode gas flow channel 24.
  • the durability of the fuel cell stack 110 is lowered.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure and the durability of the fuel cell stack 110.
  • the horizontal axis indicates the number of pulsations N when the anode gas pressure is repeatedly pulsated by logarithm
  • the vertical axis indicates the limit value (limit stress) of the stress generated in the MEA 11 by the pulsation width ⁇ P.
  • the limit stress of the MEA 11 decreases as the number of pulsations N increases. That is, as the number of pulsations N increases, the durability of the fuel cell stack 110 decreases.
  • the water vapor contained in the anode off gas is used to suppress the drying of the electrolyte membrane 11a, and the durability of the fuel cell stack 110 is prevented from being lowered.
  • the controller 400 reduces the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure based on the upstream temperature Tg of the ejector 240.
  • FIG. 9 is a diagram showing that the circulation characteristic of the anode off-gas circulation flow rate Qs with respect to the anode gas supply pressure P1 changes according to the upstream temperature Tg of the ejector 240.
  • the circulation characteristic indicated by the broken line is a characteristic when the upstream temperature Tg of the ejector 240 is higher than the circulation characteristic indicated by the solid line.
  • the vertical axis indicates the supply pressure P1 of the anode gas supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the ejector 240, and the horizontal axis indicates the circulation flow rate Qs of the anode off gas sucked from the ejector 240.
  • the anode off-gas circulation flow rate Qs increases as the anode gas supply pressure P1 increases. Further, when the anode gas supply pressure P1 is constant, the anode off-gas circulation flow rate Qs increases as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases.
  • the circulation flow rate Qs2 of the anode off gas is The amount of change ⁇ Qa increases from the circulation flow rate Qs1.
  • the circulation flow rate Qs of the anode off-gas sucked by the ejector 240 increases by the change amount ⁇ Qa. Therefore, the pulsation width of the anode gas pressure by the increase amount ⁇ Qa. ⁇ P can be lowered.
  • the pulsation width ⁇ P is decreased, thereby suppressing the decrease in the durability of the fuel cell stack 110 while suppressing the drying of the MEA 11 using the anode off-gas.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a pulsation width correction map recorded in advance in the controller 400 in the present embodiment.
  • a correction coefficient C for correcting the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure is associated with each upstream temperature Tg of the ejector 240.
  • the horizontal axis indicates the upstream temperature Tg of the ejector 240
  • the vertical axis indicates the correction coefficient C.
  • the upper limit value C_up of the correction coefficient is determined based on, for example, the limit stress of the MEA 11.
  • the lower limit value C_dn of the correction coefficient is determined based on, for example, the pulsation width ⁇ P necessary to maintain the wet state of the MEA 11 in the entire range of the required load Lreq.
  • the correction coefficient C is set to a smaller value as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases.
  • the correction coefficient C is “1.0”.
  • the power generation temperature Tm is, for example, 70 ° C.
  • the correction characteristic 402 is set such that the correction coefficient C monotonously decreases as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases.
  • the correction characteristic 402 is set in accordance with the circulation characteristic of the ejector 240. It may be a curve.
  • FIG. 11 is a diagram conceptually showing a pulsation control map when the pulsation width ⁇ P is corrected to be small by the correction coefficient C.
  • the pulsation width ⁇ P is corrected to be smaller by the correction coefficient C. For this reason, as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases, the corrected pulsation upper limit pressure P2c_up is lower than the pulsation upper limit pressure P2_up set in the pulsation control map of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a change in the pulsation width ⁇ P when the upstream temperature Tg of the ejector 240 in the present embodiment rises.
  • FIG. 12A shows a pulsation waveform when the anode gas pressure P2 is pulsated.
  • FIG. 12B shows a pulsation waveform of the circulation flow rate Qs of the anode off gas sucked from the circulation passage 270 by the ejector 240.
  • the horizontal axes in FIGS. 12A and 12B are time axes common to each other.
  • the pulsation waveform when the pulsation width ⁇ P is corrected to be small is indicated by a solid line
  • the pulsation waveform before the pulsation width ⁇ P is corrected is indicated by a broken line.
  • the pulsation width ⁇ P according to the upstream temperature Tg of the ejector 240, the anode off-gas circulation flow rate Qs necessary for humidifying the MEA 11 is secured, and the deterioration of the durability of the fuel cell stack 110 is suppressed. Can do.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of a control method for controlling the fuel cell system 101 in the present embodiment.
  • the controller 400 executes the start process of the fuel cell system 101.
  • step S901 the controller 400 acquires a detection signal indicating the pressure P2 of the anode gas supplied to the fuel cell stack 110 from the second pressure sensor 412.
  • step S902 the controller 400 acquires the required load Lreq required for the fuel cell stack 110.
  • the required load Lreq is calculated based on the depression amount detected by the accelerator stroke sensor 510.
  • step S903 the controller 400 acquires the upstream temperature Tg of the anode gas upstream of the ejector 240 from the temperature sensor 420.
  • step S904 the controller 400 calculates a correction coefficient C for correcting the pulsation width ⁇ P based on the upstream temperature Tg acquired in step S903.
  • the controller 400 refers to the pulsation width correction map shown in FIG. 10 and calculates the correction coefficient C associated with the upstream temperature Tg of the ejector 240.
  • the correction coefficient C decreases as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases.
  • the controller 400 may calculate the correction coefficient C using a predetermined arithmetic expression instead of the pulsation width correction map.
  • step S910 the controller 400 executes pulsation control determined to pulsate the pressure P2 of the anode gas based on the required load Lreq acquired in step S902. Details of the pulsation control executed in step S910 will be described later with reference to FIG.
  • step S905 the controller 400 determines whether or not the operation of the fuel cell stack 110 is stopped. For example, when the controller 400 detects that the start switch of the fuel cell system 101 is turned off, the controller 400 determines that the operation of the fuel cell stack 110 is stopped.
  • the controller 400 returns to step S904 and repeats the processes of steps S904 and S910 until the operation of the fuel cell stack 110 is stopped. On the other hand, when the operation of the fuel cell stack 110 is stopped, the controller 400 ends the control method of the fuel cell system 101.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of a processing procedure for the anode gas pressure pulsation control S910 executed by the controller 400.
  • step S911 when the correction coefficient C is calculated in step S904, the controller 400 refers to the pulsation control map shown in FIG. 6 and determines the pulsation upper limit pressure P2_up and pulsation lower limit pressure P2_dn associated with the required load Lreq. Is calculated.
  • the controller 400 corrects the pulsation width ⁇ P based on the correction coefficient C. Specifically, the controller 400 calculates the corrected pulsation width ⁇ Pc by multiplying the pulsation width ⁇ P by the correction coefficient C. Thus, the controller 400 can reduce the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases.
  • step S912 the controller 400 refers to the pulsation control map and calculates the pulsation upper limit pressure P2_up and the pulsation lower limit pressure P2_dn based on the corrected pulsation width ⁇ Pc.
  • the controller 400 corrects the pulsation upper limit pressure P2_up by adding the corrected pulsation width ⁇ Pc to the pulsation lower limit pressure P2_dn associated with the pulsation control map.
  • the corrected pulsation upper limit pressure P2c_up decreases as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases.
  • step S913 the controller 400 sets the anode gas target pressure Pt to the corrected pulsation upper limit pressure P2c_up.
  • step S914 the controller 400 opens the anode pressure regulating valve 230.
  • the controller 400 sets the opening of the anode pressure regulating valve 230 to fully open.
  • the pressure P2 of the anode gas detected by the second pressure sensor 412 increases.
  • the controller 400 may set the opening of the anode pressure regulating valve 230 to a predetermined value between fully open and fully closed.
  • step S915 the controller 400 determines whether or not the detection value P2 output from the second pressure sensor 412 has increased to the pulsation upper limit pressure P2c_up.
  • the controller 400 returns to step S914 and keeps the anode pressure regulating valve 230 open until the anode gas pressure P2 reaches the pulsation upper limit pressure P2c_up. maintain.
  • step S916 when the detected value of the second pressure sensor 412 reaches the pulsation upper limit pressure P2c_up, the controller 400 switches the anode gas target pressure Pt from the pulsation upper limit pressure P2c_up to the pulsation lower limit pressure P2_dn shown in FIG.
  • step S917 the controller 400 closes the anode pressure regulating valve 230.
  • the controller 400 sets the opening of the anode pressure regulating valve 230 to be fully closed.
  • the controller 400 may set the opening of the anode pressure regulating valve 230 to a value smaller than the opening set in step S914 instead of being fully closed.
  • step S917 When the anode pressure regulating valve 230 is closed in step S917, the anode gas is not supplied to the fuel cell stack 110. In this state, since the anode gas corresponding to the required load Lreq is consumed in the fuel cell stack 110, the pressure P2 of the anode gas decreases.
  • step S918 the controller 400 determines whether or not the detection value P2 output from the second pressure sensor 412 has decreased to the pulsation lower limit pressure P2_dn. If the anode gas pressure P2 has not reached the pulsation lower limit pressure P2_dn, the controller 400 returns to step S917 and keeps the anode pressure regulating valve 230 closed until the anode gas pressure P2 reaches the pulsation lower limit pressure P2_dn. maintain.
  • the controller 400 ends the pulsation control of the anode gas pressure and returns to the control method of the fuel cell system 101 shown in FIG. 13, and the process returns to step S905. move on.
  • the controller 400 decreases the pulsation upper limit pressure P2_up by narrowing the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases.
  • the stress generated in the MEA 11 due to the pulsation width ⁇ P can be suppressed while securing the circulation flow rate Qs of the anode off-gas necessary for humidifying the fuel cell. Therefore, it is possible to suppress a decrease in durability of the fuel cell stack 110 while suppressing drying of the fuel cell stack 110.
  • the pulsation upper limit pressure P2_up is corrected by adding the corrected pulsation width ⁇ Pc to the pulsation lower limit pressure P2_dn associated with the pulsation control map, but the corrected pulsation width ⁇ Pc is described.
  • the pulsation lower limit pressure P2_dn may be corrected based on the above.
  • the controller 400 corrects the pulsation lower limit pressure P2_dn by adding the corrected pulsation width ⁇ P to the pulsation upper limit pressure P2_up associated with the pulsation control map.
  • the pulsation lower limit pressure P2_dn increases as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases, so that a large circulatory flow rate of the anode off-gas circulated by the ejector 240 is ensured while reducing the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure. can do. Therefore, the MEA 11 can be sufficiently moistened and the power generation performance can be improved while suppressing a decrease in the durability of the fuel cell stack 110.
  • the time during which the anode pressure regulating valve 230 is opened is set to a predetermined time.
  • the pressure P2 may be increased while being fixed.
  • the predetermined time is set to a time for the anode gas pressure P2 to reach the pulsation upper limit pressure P2_up from the pulsation lower limit pressure P2_dn in the entire range of the required load in which the pulsation control is executed.
  • the fuel cell system 101 includes an anode pressure regulating valve 230 that adjusts the pressure of the anode gas supplied to the anode gas supply passage 220, and an ejector that circulates the anode off gas to the fuel cell stack 110. 240.
  • the controller 400 controls the opening degree of the anode pressure regulating valve 230 so that the anode gas pressure P2 pulsates based on the pulsation width ⁇ P determined by the circulation flow rate Qs of the anode off gas.
  • the ejector 240 can sufficiently ensure the circulation flow rate Qs of the anode off gas.
  • controller 400 changes the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure P2 based on the upstream temperature Tg of the anode gas flowing upstream from the ejector 240.
  • the pulsation width ⁇ P can be increased as the upstream temperature Tg of the ejector 240 becomes lower. For this reason, as shown in FIG. 9, even if the circulation flow rate Qs of the anode off-gas decreases as the upstream temperature Tg decreases, the pulsation upper limit pressure P2_up can be increased by the decreased amount, so the fuel cell stack 110 The anode off gas can be circulated reliably.
  • the pulsation width ⁇ P can be narrowed as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases. For this reason, when the upstream temperature Tg rises, the pulsation upper limit pressure P2_up can be lowered by an amount corresponding to the increase in the circulation flow rate Qs of the anode off gas, and accordingly, the fuel cell stack 110 caused by the pulsation width ⁇ P.
  • the circulation flow rate Qs of the anode off gas can be maintained while suppressing a decrease in durability.
  • the circulation flow rate of the anode off-gas circulated to the fuel cell by the ejector 240 can be sufficiently ensured. Therefore, surplus anode gas can be consumed efficiently.
  • the fuel cell stack 110 can be maintained in a wet state suitable for power generation without providing a humidifier for humidifying the cathode gas in the fuel cell system. Accordingly, a decrease in power generation performance of the fuel cell stack 110 can be suppressed with a simple configuration.
  • the temperature sensor 420 is provided in the anode gas supply passage 220 upstream of the ejector 240.
  • the controller 400 reduces the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure P2 when the upstream temperature Tg detected by the temperature sensor 420 is high compared to when the upstream temperature Tg is low.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 can be accurately detected by using the temperature sensor 420 in this way, the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure can be accurately suppressed when the upstream temperature of the ejector 240 becomes high. . Therefore, it is possible to suppress a decrease in the durability of the fuel cell stack 110 while ensuring the circulation flow rate Qs of the anode off gas.
  • the temperature sensor 420 is used to detect the upstream temperature Tg of the ejector 240 has been described.
  • the outside temperature sensor 421 may be used to estimate the upstream temperature Tg of the ejector 240.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 is estimated will be described.
  • FIG. 15 is a flowchart showing another example of the control method of the fuel cell system 101.
  • steps S921 and S922 are shown instead of step S903 shown in FIG.
  • the other processes are the same as those shown in FIG. 13 and therefore will not be described here, and only the processes in steps S921 and S922 will be described.
  • step S921 the controller 400 acquires the outside air temperature Tair from the outside air temperature sensor 421.
  • step S922 the controller 400 estimates the upstream temperature Tg of the ejector 240 based on the outside air temperature Tair.
  • an estimated map indicating the relationship between the outside air temperature Tair and the upstream temperature Tg of the ejector 240 is recorded in the controller 400 in advance.
  • the controller 400 obtains the outside air temperature Tair, the controller 400 refers to the estimation map and calculates the upstream temperature Tg of the ejector 240 related to the outside air temperature Tair.
  • step S904 when the upstream temperature Tg of the ejector 240 is estimated in step S922, the controller 400 calculates a correction coefficient C for the pulsation width ⁇ P based on the upstream temperature Tg.
  • the correction coefficient C can be obtained without providing a new temperature sensor 420. Therefore, the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure can be reduced with a rise in the upstream temperature Tg of the ejector 240 with a simpler configuration than that of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration of the fuel cell system 102 according to the second embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 102 includes a cooling device 600 that cools the fuel cell stack 110 in addition to the configuration of the fuel cell system 101.
  • a cooling device 600 that cools the fuel cell stack 110 in addition to the configuration of the fuel cell system 101.
  • the same components as those of the fuel cell system 101 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the cooling device 600 includes a cooling water circulation passage 610, a radiator 620, a circulation pump 630, and a heat exchanger 640. Further, the cooling device 600 includes a water temperature sensor 430.
  • the cooling water circulation passage 610 includes a supply passage 611 and a discharge passage 612.
  • the supply passage 611 is a cooling water passage for passing cooling water to the fuel cell stack 110.
  • the supply passage 611 connects between the outlet hole of the radiator 620 and the cooling water inlet hole 41a of the fuel cell stack 110 shown in FIG.
  • the discharge passage 612 is a cooling water passage through which the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 passes through the radiator 620.
  • the discharge passage 612 connects between the cooling water outlet hole 41 a of the fuel cell stack 110 shown in FIG. 1 and the inlet hole of the radiator 620.
  • the radiator 620 cools the cooling water discharged from the fuel cell stack 110.
  • the circulation pump 630 is provided in the supply passage 611.
  • the circulation pump 630 circulates the cooling water cooled by the radiator 620 to the fuel cell stack 110.
  • the heat exchanger 640 heats the anode gas upstream from the ejector 240 using the cooling water discharged from the fuel cell stack 110.
  • the heat exchanger 640 is provided in the anode gas supply passage 220 between the anode pressure regulating valve 230 and the ejector 240.
  • the heat exchanger 640 is realized by bringing the discharge passage 612 close to the anode gas supply passage 220.
  • the heat exchanger 640 includes a heater 641 that heats the anode gas upstream of the ejector 240.
  • the heater 641 is provided in the anode gas supply passage 220 and is realized by, for example, a resistance heating type electric heater or an induction heating type electric heater.
  • the heater 641 is connected to a power source (not shown) by the controller 400.
  • a power source is connected to the heater 641, electric power is supplied to the heater 641 to heat the heater 641.
  • the connection between the heater 641 and the power source is interrupted, heating of the heater 641 is stopped.
  • the water temperature sensor 430 is provided in the discharge passage 612 that is upstream of the heat exchanger 640 and in the vicinity of the fuel cell stack 110.
  • the water temperature sensor 430 detects the temperature of cooling water discharged from the fuel cell stack 110 (hereinafter referred to as “stack outlet water temperature”) Tw.
  • the water temperature sensor 430 outputs a detection signal indicating the stack outlet water temperature Tw to the controller 400.
  • the heat exchanger 640 upstream of the ejector 240 the anode gas upstream of the ejector 240 can be heated using the cooling water warmed by the fuel cell stack 110. For this reason, since the upstream temperature Tg of the ejector 240 is higher than in the first embodiment, the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure can be reduced, and the deterioration of the durability of the fuel cell stack 110 can be further suppressed.
  • FIG. 17 is a flowchart showing an example of a control method of the fuel cell system 102 of the present embodiment.
  • step S931 the controller 400 acquires the upstream temperature Tg of the ejector 240 in step S903, and then acquires the stack outlet water temperature Tw from the water temperature sensor 430.
  • step S932 the controller 400 determines whether or not the stack outlet water temperature Tw is higher than the water temperature threshold Th_w.
  • the water temperature threshold Th_w is set to the upstream temperature Tg of the ejector 240 detected by the temperature sensor 420.
  • the stack outlet water temperature Tw is higher than the upstream temperature Tg of the ejector 240, it can be determined whether or not the anode gas can be heated by the heat exchanger 640.
  • the water temperature threshold Th_w may be set to a predetermined temperature that can ensure the circulation flow rate Qs of the anode off gas. Thereby, the circulation performance of the ejector 240 can be recovered early using the heat exchanger 640 and the heater 641.
  • step S933 the controller 400 supplies power to the heater 641 when the stack outlet water temperature Tw is equal to or lower than the water temperature threshold Th_w.
  • the heater 641 is heated, so the anode gas upstream of the ejector 240 is warmed, and the upstream temperature Tg of the ejector 240 rises.
  • the density ⁇ of the anode gas supplied to the ejector 240 decreases.
  • step S933 the controller 400 further increases the supply pressure P1 of the anode gas supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the ejector 240 in accordance with the increase in the upstream temperature Tg of the ejector 240.
  • the density ⁇ of the anode gas supplied to the ejector 240 can be kept constant.
  • the controller 400 proceeds to step S904 without supplying power to the heater 641, and corrects the pulsation width ⁇ P based on the upstream temperature Tg of the ejector 240.
  • the coefficient C is calculated.
  • the heater 641 can be heated when the anode gas cannot be heated by the cooling water. Therefore, the heat exchanger 640 and the heater 641 can be used efficiently with each other.
  • the anode water upstream of the ejector 240 is heated by supplying the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 to the heat exchanger 640.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases as the temperature of the fuel cell stack 110 increases, so that the pulsation width ⁇ P can be reduced.
  • the heat generated by the power generation of the fuel cell stack 110 is collected by the cooling water, and heat is exchanged between the cooling water and the anode gas upstream of the ejector 240, thereby efficiently performing the ejection of the ejector 240.
  • the upstream temperature Tg can be increased.
  • the stack outlet water temperature Tw is used to determine whether the heater 641 is energized or cut off.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 may be used instead of the stack outlet water temperature Tw. Both may be used. This makes it possible to more accurately energize the heater 641.
  • FIG. 18 is a diagram showing the configuration of the fuel cell system 103 according to the third embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 103 includes a cooling device 601 instead of the cooling device 600 shown in FIG.
  • the cooling device 601 includes a bypass passage 613 and a three-way valve 650 in addition to the configuration of the cooling device 600.
  • the bypass passage 613 is a cooling water passage that bypasses the heat exchanger 640.
  • One end of the bypass passage 613 is connected to the three-way valve 650, and the other end joins the discharge passage 612 connected to the inlet hole of the radiator 620.
  • Bypass passage 613 allows cooling water discharged from fuel cell stack 110 to circulate to radiator 620 without passing through heat exchanger 640.
  • the three-way valve 650 is provided in the discharge passage 612 upstream of the heat exchanger 640.
  • the three-way valve 650 switches the circulation path of the cooling water discharged from the fuel cell stack 110.
  • the three-way valve 650 is controlled by the controller 400.
  • the three-way valve 650 allows the circulation path to pass through the heat exchanger 640 without passing the cooling water through the bypass passage 613, the second path through which the cooling water passes through the bypass passage 613 without passing through the heat exchanger 640, or It is set to the 3rd path which lets cooling water pass to both the 1st path and the 2nd path.
  • the three-way valve 650 functions as a shutoff valve that shuts off the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 to the heat exchanger 640. Specifically, the three-way valve 650 switches the cooling water passage through which the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 is passed from the heat exchanger 640 to the bypass passage 613.
  • the heat exchanger 640 can be bypassed according to the stack outlet water temperature Tw.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 is lowered by the cooling water by controlling the three-way valve 650 to bypass the heat exchanger 640. Can be prevented.
  • FIG. 19 is a flowchart showing an example of a control method of the fuel cell system 103 in the present embodiment.
  • step S941 the controller 400 acquires the upstream temperature Tg of the ejector 240 in step S903, and then acquires the stack outlet water temperature Tw from the water temperature sensor 430.
  • step S942 the controller 400 determines whether or not the stack outlet water temperature Tw is higher than the water temperature threshold Th_w.
  • the water temperature threshold Th_w is set to the upstream temperature Tg of the ejector 240 detected by the temperature sensor 420.
  • the water temperature threshold Th_w is set to a predetermined temperature when the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 exceeds the upstream temperature Tg of the ejector 240.
  • step S943 when the stack outlet water temperature Tw is higher than the water temperature threshold Th_w, the controller 400 sets the three-way valve 650 so that the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 becomes a circulation path through the heat exchanger 640. Set.
  • the stack outlet water temperature Tw becomes higher than the upstream temperature Tg of the ejector 240
  • the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 can be supplied to the heat exchanger 640.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 can be reliably increased.
  • step S944 when the stack outlet water temperature Tw is equal to or lower than the water temperature threshold Th_w, the controller 400 causes the three-way valve 650 so that the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 becomes a circulation path through the bypass passage 613. Switch.
  • the cooling water supplied to the heat exchanger 640 is shut off, so that the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 causes the ejector 240 to Also, it is possible to avoid cooling the upstream anode gas.
  • the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 is supplied to the heat exchanger 640, and thus the upstream temperature Tg of the ejector 240. Can be raised promptly.
  • step S945 the controller 400 determines whether or not the upstream temperature Tg of the ejector 240 is higher than the gas temperature threshold Th_g.
  • the gas temperature threshold Th_g is set to a temperature at which the circulation flow rate Qs of the anode off gas supplied to the fuel cell stack 110 by the ejector 240 can be secured.
  • the gas temperature threshold Th_g is set based on, for example, the freezing point temperature.
  • step S946 the controller 400 supplies power to the heater 641 when the upstream temperature Tg of the ejector 240 is equal to or lower than the gas temperature threshold Th_g. As a result, the heater 641 is heated, so the anode gas upstream of the ejector 240 is warmed, and the upstream temperature Tg of the ejector 240 rises.
  • the controller 400 supplies electric power to the heater 641 and increases the supply pressure P1 of the anode gas supplied from the anode pressure regulating valve 230 to the ejector 240 as the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases. As a result, the density ⁇ of the anode gas supplied to the ejector 240 is maintained constant.
  • the controller 400 returns to step S942 until the upstream temperature Tg of the ejector 240 becomes higher than the gas temperature threshold Th_g, and heats the anode gas upstream of the ejector 240 using the heat exchanger 640 and the heater 641.
  • step S904 the controller 400 proceeds to step S904, and pulsates the pressure of the anode gas with the pulsation width ⁇ P narrowed.
  • the three-way valve 650 is provided in the discharge passage 612 upstream of the heat exchanger 640.
  • the controller 400 controls the three-way valve 650 to block the cooling water supplied from the fuel cell stack 110 to the heat exchanger 640.
  • the temperature of the anode gas supplied to the fuel cell stack 110 tends to be higher than the temperature Tw of the cooling water discharged from the fuel cell stack 110. Further, even when the fuel cell system 103 is started under zero, the upstream temperature of the ejector 240 may become higher than the stack outlet water temperature Tw.
  • the stack outlet water temperature Tw is lower than the upstream temperature Tg of the ejector 240
  • the water flow from the fuel cell stack 110 to the heat exchanger 640 is stopped.
  • the anode gas upstream of the ejector 240 is cooled by the cooling water discharged from the fuel cell stack 110.
  • the pulsation control of the anode gas pressure is not executed until the upstream temperature Tg of the ejector 240 exceeds the gas temperature threshold Th_g.
  • the pulsation control of the anode gas pressure may be executed. Thereby, the fuel cell system 103 can be started at an early stage.
  • FIG. 20 is a diagram showing a configuration of the fuel cell system 104 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 104 includes a cooling device 700 that cools the load device 120 in addition to the configuration of the fuel cell system 101.
  • the cooling device 700 includes a load device 120, a cooling water circulation passage 710, a radiator 720, a circulation pump 730, and a heat exchanger 740. Furthermore, the cooling device 700 includes a water temperature sensor 440.
  • the load device 120 is an electrical load connected to the fuel cell stack 110.
  • the load device 120 is, for example, an electric motor or an inverter that converts DC power of the fuel cell stack 110 into AC power and supplies the AC power to the electric motor.
  • the load device 120 is cooled by the cooling water flowing through the cooling water circulation passage 710.
  • the cooling water circulation passage 710 includes a supply passage 711 and a discharge passage 712.
  • the supply passage 711 is a cooling water passage for passing cooling water through the load device 120.
  • the supply passage 711 connects between the outlet hole of the radiator 720 and the cooling water inlet hole of the load device 120.
  • the discharge passage 712 is a cooling water passage through which the cooling water discharged from the load device 120 passes through the radiator 720.
  • the discharge passage 712 connects between the cooling water outlet hole of the load device 120 and the inlet hole of the radiator 720.
  • the radiator 720 cools the cooling water discharged from the load device 120.
  • the circulation pump 730 is provided in the supply passage 711.
  • the circulation pump 730 circulates the cooling water cooled by the radiator 720 to the load device 120.
  • the heat exchanger 740 heats the anode gas upstream of the ejector 240 using the cooling water discharged from the load device 120.
  • the heat exchanger 740 is provided in the anode gas supply passage 220 between the anode pressure regulating valve 230 and the ejector 240.
  • the heat exchanger 740 is realized by bringing the discharge passage 712 close to the anode gas supply passage 220.
  • the water temperature sensor 440 is provided in the discharge passage 712 upstream of the heat exchanger 740 and in the vicinity of the load device 120.
  • the water temperature sensor 440 detects the temperature of the cooling water discharged from the load device 120 (hereinafter referred to as “load outlet water temperature”) Tw.
  • the water temperature sensor 440 outputs a detection signal indicating the load outlet water temperature Tw to the controller 400.
  • the anode gas upstream of the ejector 240 can be heated using the cooling water warmed by the load device 120.
  • the temperature of the cooling water heated by the load device 120 rises faster than the cooling water heated by the fuel cell stack 110.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 is higher than in the first embodiment, the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure can be reduced, and the deterioration of the durability of the fuel cell stack 110 can be further suppressed.
  • the anode water upstream of the ejector 240 is heated by supplying the cooling water discharged from the load device 120 to the heat exchanger 740.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 increases as the temperature of the load device 120 increases, so that the pulsation width ⁇ P can be suppressed early.
  • the heat generated by driving the electric motor or the inverter is collected by the cooling water, and heat is exchanged between the cooling water and the anode gas upstream from the ejector 240, thereby efficiently performing the ejector 240.
  • the upstream temperature Tg can be increased.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 can be quickly raised. That is, the upstream temperature Tg of the ejector 240 can be quickly raised as compared with the case where the cooling water discharged from the fuel cell stack 110 is used.
  • FIG. 21 is a diagram showing the configuration of the fuel cell system 105 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 105 includes a freeze prevention heater 840 provided to prevent the ejector 240 from freezing in addition to the configuration of the fuel cell system 101.
  • the temperature sensor 420 is arranged in the anode gas supply passage 220, but is shown at a position away from the anode gas supply passage 220 for convenience.
  • the anti-freezing heater 840 is provided in the entire ejector 240 from the anode gas supply passage 220 upstream from the ejector 240.
  • Freezing prevention heater 840 is realized by, for example, a resistance heating type electric heater or an induction heating type electric heater. Energization or interruption of the freeze prevention heater 840 is switched by the controller 400.
  • the controller 400 energizes the antifreeze heater 840 from a power source (not shown) to prevent the ejector 240 from freezing.
  • the antifreeze heater 840 is heated.
  • the controller 400 performs the pulsation control of the anode gas pressure when the upstream temperature Tg of the ejector 240 is lower than the circulation temperature necessary for ensuring the circulation performance of the ejector 240.
  • the antifreeze heater 840 is heated.
  • the circulation temperature of the ejector 240 is set to a temperature at which the circulation flow rate Qs of the anode off gas supplied to the fuel cell stack 110 by the ejector 240 can be secured.
  • the circulation temperature is set to, for example, a freezing point temperature or a temperature suitable for power generation of the fuel cell stack 110.
  • the controller 400 heats the anode gas upstream of the ejector 240 by supplying power to the anti-freezing heater 840 while pulsating the pressure P2 of the anode gas. To do.
  • the pulsation width ⁇ P of the anode gas pressure can be quickly reduced without providing a new heater.
  • the controller 400 heats the antifreeze heater 840 until the upstream temperature Tg of the ejector 240 reaches a circulation temperature determined to ensure the circulation performance of the ejector 240. Thereby, when the fuel cell system 103 is started at a low temperature, the suction (pump) performance of the ejector 240 can be recovered early.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 is increased to reduce the pulsation width ⁇ P to suppress the decrease in the durability of the fuel cell stack 110.
  • the upstream temperature Tg of the ejector 240 is increased. Then, the fuel cell stack 110 may be humidified.
  • the internal resistance and temperature of the fuel cell stack 110 are detected as parameters correlated with the wet state of the fuel cell stack 110. And the controller 400 heats the heater 641 or the antifreezing heater 840 when the parameter is lower than the predetermined wet threshold.
  • the wetting threshold value is determined by, for example, experiments.
  • the pulsation upper limit pressure P2_up and the pulsation are increased according to the elapsed time measured by the measurement counter.
  • the lower limit pressure P2_dn may be switched.
  • the controller 400 switches the anode gas target pressure Pt from the pulsation lower limit pressure P2_dn to the pulsation upper limit pressure P2_up every time the switching time determined by an experiment or the like elapses, and the pulsation lower limit after a predetermined pressure increase time elapses.
  • the measurement counter is reset by returning to the pressure P2_dn.
  • anode pressure regulating valve 230 may be an ON / OFF valve or a solenoid valve.
  • the example in which the anode gas supply passage 220 is heated has been described.
  • the high-pressure tank 210 may be warmed.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

　燃料電池システムは、燃料電池にアノードガス及びカソードガスを供給すると共に前記燃料電池を負荷に応じて発電させる。この燃料電池システムは、燃料電池にアノードガスを供給する供給通路と、供給通路に設けられ、燃料電池に供給されるアノードガス圧力を調整する調圧弁と、燃料電池からアノードガスを排出する排出通路とを含む。そして燃料電池システムは、調圧弁から供給されるアノードガスによって、排出通路に排出されるアノードガスを吸引してそのアノードガスを燃料電池に循環させるエゼクタと、アノードガス圧力を脈動させる脈動制御部とを含む。そして脈動制御部は、エゼクタよりも上流のアノードガスの温度に基づいて、アノードガス圧力の脈動幅を変更する。

Description

燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
　この発明は、燃料電池にアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
　燃料電池システムのひとつとして、燃料電池にアノードガスを供給する通路にエゼクタが設けられ、燃料電池で消費されなかった余剰のアノードガスを、エゼクタによって吸引して燃料電池に循環させる循環系の燃料電池システムがある。
　ＪＰ２００８－１９０３３６Ａには、エゼクタの上流側にインジェクタを備え、インジェクタから噴射した噴射流量とエゼクタで吸引した吸引流量とを加算した供給流量が負荷からの要求電力を満たす流量となるように、インジェクタの噴射タイミングを制御する技術が開示されている。
　しかしながら、上述の技術では、インジェクタを用いてエゼクタから吐出される流量を制御していることから、発電に必要な流量は確保されるものの、エゼクタによって燃料電池へ循環される余剰のアノードガスが不足する可能性がある。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、エゼクタによって燃料電池へ循環させるアノードガスの循環流量を確保する燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、燃料電池システムは、燃料電池にアノードガス及びカソードガスを供給すると共に前記燃料電池を負荷に応じて発電させる。この燃料電池システムは、前記燃料電池にアノードガスを供給する供給通路と、前記供給通路に設けられ、前記燃料電池に供給されるアノードガス圧力を調整する調圧弁と、前記燃料電池からアノードガスを排出する排出通路とを含む。そして燃料電池システムは、前記調圧弁から供給されるアノードガスによって、前記排出通路に排出されるアノードガスを吸引して当該アノードガスを前記燃料電池に循環させるエゼクタと、前記アノードガス圧力を脈動させる脈動制御部とを含む。そして脈動制御部は、前記エゼクタよりも上流のアノードガスの温度に基づいて、前記アノードガス圧力の脈動幅を変更する。
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池スタックを示す斜視図である。 図２は、燃料電池スタックに積層された燃料電池を示す断面図である。 図３Ａは、燃料電池を構成するアノードセパレータを示す平面図である。 図３Ｂは、燃料電池を構成するカソードセパレータを示す平面図である。 図４は、燃料電池システムの主要構成を示す図である。 図５Ａは、燃料電池システムに設けられるエゼクタの構成を示す断面図である。 図５Ｂは、アノード調圧弁から供給されるアノードガス供給圧力に応じてエゼクタに供給されるアノードガス供給流量の特性を示す図である。 図６は、アノードガス圧力を脈動させるために定められた脈動制御マップを示す図である。 図７は、アノードガス圧力を脈動させる脈動制御手法を説明する図である。 図８は、アノードガス圧力の脈動幅と燃料電池スタックの耐久性との関係を示す図である。 図９は、アノードガス供給圧力に対するアノードオフガス循環流量の循環特性がエゼクタの上流温度に応じて変化することを示した図である。 図１０は、アノードガス圧力の脈動幅を補正する脈動幅補正マップの一例を示す図である。 図１１は、補正係数により脈動幅が小さく補正されたときの脈動制御マップを示す観念図である。 図１２は、エゼクタの上流温度が上昇したときの脈動幅の変化を示す図である。 図１３は、燃料電池システムを制御する制御方法の一例を示すフローチャートである。 図１４は、アノードガス圧力の脈動制御についての処理手順例を示すフローチャートである。 図１５は、燃料電池システムの制御方法についての他の例を示すフローチャートである。 図１６は、本発明の第２実施形態における燃料電池システムの構成を示す図である。 図１７は、燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。 図１８は、本発明の第３実施形態における燃料電池システムの構成を示す図である。 図１９は、燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。 図２０は、本発明の第４実施形態における燃料電池システムの構成を示す図である。 図２１は、本発明の第５実施形態における燃料電池システムの構成を示す図である。
　以下に、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
　まず、本発明の第１実施形態における燃料電池システムに用いられる燃料電池スタックについて説明する。
　燃料電池スタックは、複数枚の燃料電池を積層したものであり、本実施形態では、車両を駆動する電動モータに電力を供給する電源として用いられる。
　燃料電池は、アノード電極（いわゆる燃料極）と、カソード電極（いわゆる酸化剤極）と、これらの電極に挟まれた電解質膜と、を備える。
　燃料電池は、アノード電極に供給される水素を含有するアノードガス（いわゆる燃料ガス）と、カソード電極に供給される酸素を含有するカソードガス（いわゆる酸化剤ガス）とが電気化学反応を起こして発電する。燃料電池の電気化学反応（発電反応）は、アノード電極及びカソード電極において、以下のとおり進行する。
　　　アノード電極：　２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ－        ・・・（１）
　　　カソード電極：　４Ｈ＋＋４ｅ－＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ      ・・・（２）
　図１は、本実施形態における燃料電池スタック１１０の一例を示す斜視図である。
　燃料電池スタック１１０は、複数の単セル１と、一対の集電板２ａ及び２ｂと、一対の絶縁板３ａ及び３ｂと、一対のエンドプレート４ａ及び４ｂと、不図示の４本のテンションロッドに螺合するナット５と、を有する。
　単セル１は、固体高分子型の燃料電池である。単セル１は、１ボルト程度の起電圧を生じる。単セル１の構造については図２を参照して後述する。
　一対の集電板２ａ及び２ｂは、積層された複数の単セル１の外側にそれぞれ配置される。集電板２ａ及び２ｂは、ガス不透過性の導電性部材によって形成される。ガス不透過性の導電部材は、例えば緻密質カーボンである。集電板２ａ及び２ｂは、上辺の一部に出力端子６を備える。出力端子６から、燃料電池スタック１１０に積層された単セル１ごとに生じる電子ｅ－が取り出される。
　一対の絶縁板３ａ及び３ｂは、集電板２ａ及び２ｂの外側にそれぞれ配置される。絶縁板３ａ及び３ｂは、絶縁性の部材、例えばゴムによって形成される。
　一対のエンドプレート４ａ及び４ｂは、絶縁板３ａ及び３ｂの外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４ａ及び４ｂは、剛性を備える金属性の材料、例えば鋼によって形成される。
　一対のエンドプレート４ａ及び４ｂのうち一方のエンドプレート４ａには、冷却水入口孔４１ａ及び冷却水出口孔４１ｂと、アノードガス入口孔４２ａ及びアノードガス出口孔４２ｂと、カソードガスの入口孔４３ａ及び出口孔４３ｂとが形成される。なお、冷却水入口孔４１ａ、アノードガス出口孔４２ｂ及びカソードガス入口孔４３ａは、エンドプレート４ａの一端側（図中右側）に形成され、冷却水出口孔４１ｂ、アノードガス入口孔４２ａ及びカソードガス出口孔４３ｂは、他端側（図中左側）に形成される。
　ここで、アノードガス入口孔４２ａに水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法、又は、水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法がある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンクや、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。燃料ガスとしては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。また酸化剤ガスとしては、一般的に空気が使用される。
　ナット５は、燃料電池スタック１１０の内部を貫通する４本のテンションロッドの両端部に形成された雄ねじ部に螺合する。テンションロッドにナット５を螺合締結することで、燃料電池スタック１１０が積層方向に締め付けられる。テンションロッドは、剛性を備えた金属材料、例えば鋼によって形成される。テンションロッドの表面には、単セル１同士が電気的に短絡することを防止するために、絶縁処理が施される。
　図２は、図１のII-II線に沿う方向から見た単セル１の断面を示す図である。
　単セル１は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：以下「ＭＥＡ」という。）１１を、アノードセパレータ２０とカソードセパレータ３０とで挟持して構成される。
　ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａとアノード電極１１ｂとカソード電極１１ｃとを有する。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａの一方の面にアノード電極１１ｂを有し、他方の面にカソード電極１１ｃを有する。
　電解質膜１１ａは、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。電解質膜１１ａは、水を含んだ湿った状態で良好な電気伝導性を示す。
　アノード電極１１ｂ及びカソード電極１１ｃは、ガス拡散層、撥水層、及び触媒層から構成される。ガス拡散層は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスによって形成される。撥水層は、ポリエチレンフルオロエチレンと炭素材とを含む層である。触媒層は、白金が担持されたカーボンブラック粒子によって形成される。
　アノードセパレータ２０は、アノード電極１１ｂと接する。アノードセパレータ２０は、アノード電極１１ｂと接する側に、アノード電極１１ｂにアノードガスを供給するためのアノードガス流路２４を有する。そして、アノード電極１１ｂと直接接する面（後述する流路リブ２５の頂面）２５ａの反対面に、燃料電池スタック１１０を冷却する冷却水が流れる冷却水流路２６を有する。
　カソードセパレータ３０も同様に、カソード電極１１ｃと接する側に、カソード電極１１ｃにカソードガスを供給するためのカソードガス流路３４を有し、カソード電極１１ｃと接する面（後述する流路リブ３５の頂面）３５ａの反対面に冷却水流路３６を有する。アノードセパレータ２０及びカソードセパレータ３０は、金属又はカーボンである。
　なお、アノードセパレータ２０の冷却水流路２６とカソードセパレータ３０の冷却水流路３６とが互いに向き合うように形成されて、１つの冷却水流路５１が形成される。
　また、アノードガス流路２４を流れるアノードガスと、カソードガス流路３４を流れるカソードガスとは、ＭＥＡ１１を介して互いに逆向きに流れる。本実施形態では、アノードガス流路２４を流れるアノードガスは紙面奥から手前へ流れ、カソードガス流路３４を流れるカソードガスは紙面手前から奥へ流れる。
　図３Ａは、アノードセパレータ２０をアノード電極側から見た平面図である。
　アノードセパレータ２０の一端（図中左側）には、上から順に、カソードガス出口孔４３ｂ、冷却水出口孔４１ｂ、アノードガス入口孔４２ａが形成される。一方、アノードセパレータ２０の他端（図中右側）には、上から順に、アノードガス出口孔４２ｂ、冷却水入口孔４１ａ、カソードガス入口孔４３ａが形成される。
　また、アノードセパレータ２０の表面には、アノードガス拡散部２１と、複数の溝状のアノードガス流路２４と、アノードガス合流部２７とが形成される。
　アノードガス流路２４は、ガス流路底面２４ａからアノード電極側へ突出してアノード電極と接する複数の流路リブ２５の間に形成される流路である。なお、流路リブ２５の背面が、前述した冷却水流路２６となっている。流路リブ２５の側面２５ｂはテーパ状となっており、流路リブ頂面２５ａからガス流路底面２４ａへ向けて一定の角度で傾斜している。これにより、アノードガス流路２４を流れるガスの余分な乱流が抑制されるので、圧力損失が低減される。
　アノードガス拡散部２１は、アノードガス入口孔４２ａとアノードガス流路２４との間に形成される。アノードガス拡散部２１には、アノードガスを各アノードガス流路２４へ均等に分配するために、アノードガス拡散部底面２１ａからアノード電極へ突出してアノード電極と接する複数の突起状の拡散リブ２２２が格子状に形成される。
　アノードガス合流部２７は、アノードガス流路２４とアノードガス出口孔４２ｂとの間に形成される。アノードガス合流部２７は、アノードガス流路２４からアノードガス出口孔４２ｂへ向かって幅が狭くなっていくガス流路である。
　アノードガス合流部２７には、アノードガス合流部底面２７ａからアノード電極へ突出してアノード電極と接する複数の合流リブ２８が形成される。アノードガス合流部２７は、この合流リブ２８によって複数の領域（ガス合流流路）２９に区分けされる。
　合流リブ２８は、ガス流路終端２４ｃからアノードガス出口孔４２ｂへ向かって形成される。合流リブ２８は、アノードガス出口孔４２ｂへ行くほどガス合流流路２９の幅が狭くなるように形成される。合流リブ２８は、アノードガス流路２４から各ガス合流流路２９に流れ込むガス流量が略同一となるように形成される。合流リブ２８の本数は、流路リブ２５の本数よりも少ない。なお、隣接するガス合流流路２９の流路幅がアノードガス流路２４の流路幅と略同一になるまで、一部の流路リブ２５の終端が延長されている。
　図３Ｂは、カソードセパレータ３０をカソード電極１１ｃ側から見た平面図である。
　カソードセパレータ３０は、アノードセパレータ２０と同様の構成である。カソードセパレータ３０は、カソードガス拡散部３１と、カソードガス流路３４と、流路リブ３５と、カソードガス合流部３７とを有する。
　カソードガス拡散部３１には拡散リブ３２２が設けられる。カソードガス合流部３７には、合流リブ３８が設けられ、ガス合流流路３９が形成される。
　カソードセパレータ３０は、ＭＥＡ１１を介してアノードセパレータ２０と対向しているため、カソードセパレータ３０の一端側（図３Ｂの左側）は、アノードセパレータ２０の他端側（図３Ａの右側）となる。そして、カソードセパレータ３０の他端側（図３Ｂの右側）が、アノードセパレータ２０の一端側（図３Ａの左側）となる。
　したがって、カソードセパレータ３０の一端側（図３Ｂの左側）には、アノードセパレータ２０の他端側に形成される３つの孔と同じアノードガス出口孔４２ｂ、冷却水入口孔４１ａ、カソードガス入口孔４３ａが形成される。そして、カソードセパレータ３０の他端側（図３Ｂの右側）にも、アノードセパレータ２０の一端側に形成される３つの孔と同じカソードガス出口孔４３ｂ、冷却水出口孔４１ｂ、アノードガス入口孔４２ａが形成される。
　図４は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０１の構成を示す概略図である。
　燃料電池システム１０１は、燃料電池スタック１１０にアノードガス及びカソードガスを供給すると共に、負荷に応じて燃料電池スタック１１０を発電させる。
　燃料電池システム１０１は、アノードガス循環系の燃料電池システムである。燃料電池システム１０１は、燃料電池スタック１１０と、アノードガス給排装置２００と、コントローラ４００と、を備える。
　なお、図１に示した燃料電池スタック１１０の入口孔４３ａにカソードガスを供給するカソードガス供給装置、及び燃料電池スタック１１０の入口孔４１ａに冷却水を供給する冷却装置については、便宜上、図示を省略している。
　燃料電池スタック１１０は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けると共に、燃料電池スタック１１０に接続された負荷に応じて発電する。負荷は、例えば車両に搭載された電動モータや、燃料電池スタック１１０の発電を補助する補機等である。補機としては、例えば燃料電池スタック１１０にカソードガスを供給するコンプレッサなどが挙げられる。
　燃料電池スタック１１０では、積層された複数枚の単セル１が互いに直列に接続されていることから、単セル１ごとに生じるセル電圧の総和が、負荷に対する出力電圧となる。
　アノードガス給排装置２００は、高圧タンク２１０と、アノードガス供給通路２２０と、アノード調圧弁２３０と、エゼクタ２４０と、アノードガス排出通路２５０と、バッファタンク２６０と、循環通路２７０と、パージ通路２８０と、パージ弁２９０とを備える。さらにアノードガス給排装置２００は、第１圧力センサ４１１と、第２圧力センサ４１２と、温度センサ４２０とを備える。
　高圧タンク２１０は、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。
　アノードガス供給通路２２０は、高圧タンク２１０から流れ出るアノードガスを燃料電池スタック１１０に供給するために用いられる通路である。アノードガス供給通路２２０の一端部は高圧タンク２１０に接続され、他端部は、図１に示した燃料電池スタック１１０のアノードガス入口孔４２ａに接続される。
　アノード調圧弁２３０は、アノードガス供給通路２２０に設けられる。アノード調圧弁２３０は、高圧タンク２１０から押し出されるアノードガスを所望の圧力に調節して燃料電池スタック１１０に供給する。アノード調圧弁２３０は、連続的又は段階的に弁の開度を調節可能な電磁弁である。アノード調圧弁２３０の開度は、コントローラ４００によって制御される。アノード調圧弁２３０の開度が大きくなるほど、アノード調圧弁２３０が開かれて燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの圧力Ｐ２が上昇する。
　第１圧力センサ４１１及び温度センサ４２０は、アノード調圧弁２３０とエゼクタ２４０との間のアノードガス供給通路２２０に設けられる。
　第１圧力センサ４１０は、アノード調圧弁２３０からエゼクタ２４０に供給されるアノードガスの供給圧力Ｐ１を検出する。第１圧力センサ４１０は、供給圧力Ｐ１を示す検出信号をコントローラ４００に出力する。
　温度センサ４２０は、エゼクタ２４０よりも上流側のアノードガスの温度（以下、「エゼクタ２４０の上流温度」という。）Ｔｇを検出する。温度センサ４２０は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを示す検出信号をコントローラ４００に出力する。
　エゼクタ２４０は、アノード調圧弁２３０よりも下流のアノードガス供給通路２２０に対して循環通路２７０が合流する部分に設けられる。エゼクタ２４０は、アノード調圧弁２３０から供給されるアノードガスの供給流量を燃料電池スタック１１０に供給しつつ、循環通路２７０からアノードガスを吸引してそのアノードガスを燃料電池スタック１１０に循環させる機械式のポンプである。エゼクタ２４０の詳細については、図５Ａ及び図５Ｂを参照して後述する。
　第２圧力センサ４１２は、エゼクタ２４０よりも下流であって燃料電池スタック１１０の近傍にあるアノードガス供給通路２２０に設けられる。第２圧力センサ４１２は、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの圧力Ｐ２を検出する。第２圧力センサ４１２は、圧力Ｐ２を示す検出信号をコントローラ４００に出力する。圧力Ｐ２は、図３Ａに示したアノードガス流路２４の圧力として用いられる。
　アノードガス排出通路２５０は、図１に示した燃料電池スタック１１０のアノードガス出口孔４２ｂからアノードガスを排出する通路である。アノードガス排出通路２５０には、燃料電池スタック１１０からアノードオフガスが排出される。
　アノードオフガスとは、燃料電池スタック１１０の発電反応に使用されなかった余剰のアノードガスと不純物ガスとの混合ガスのことである。また不純物ガスとは、カソードガス流路３４からＭＥＡ１１を介してアノードガス流路２４にクロスリーク（透過）してきた水蒸気や窒素ガスなどの不活性ガスのことである。
　バッファタンク２６０は、燃料電池スタック１１０からアノードガス排出通路２５０を通って流れてきたアノードオフガスを一時的に蓄える。アノードオフガス中の水蒸気の一部はバッファタンク２６０で凝縮して液水となり、アノードオフガスから分離される。
　パージ通路２８０は、バッファタンク２６０に蓄積された窒素ガスを含むアノードオフガスと液水とを排出する通路である。パージ通路２８０の一端部はバッファタンク２６０の下流側に接続され、他端部は開口している。
　パージ弁２９０は、パージ通路２８０に設けられる。パージ弁２９０は、バッファタンク２６０に溜められたアノードオフガスと液水とを、パージ通路２８０を介して外部へ排出する。パージ弁２９０は、連続的又は段階的に弁の開度を調節可能な電磁弁である。パージ弁２９０の開度は、コントローラ４００によって制御される。パージ弁２９０の開度は、アノードオフガス中のアノードガス濃度が一定の値以下になるように調節される。
　循環通路２７０は、バッファタンク２６０から流れ出るアノードオフガスをアノードガス供給通路２２０に合流させる通路である。循環通路２７０の一端部は、バッファタンク２６０に接続され、他端部はエゼクタ２４０の吸引口に接続される。
　コントローラ４００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
　コントローラ４００には、前述した第１圧力センサ４１１、第２圧力センサ４１２、及び温度センサ４２０の他にも、燃料電池システム１０１の運転状態や、燃料電池スタック１１０に接続される負荷の作動状態などを検出する各種センサの信号等が入力される。
　各種センサとしては、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ５１０や、外気温度Ｔａｉｒを検出する外気温センサ４２１などがある。外気温センサ４２１は、例えばコントローラ４００の近傍に設けられる。
　コントローラ４００は、上述の各種センサ等から入力される信号や、燃料電池システム１０１の部品への指令信号などに基づいて、燃料電池スタック１１０の運転状態を制御する。
　例えば、コントローラ４００は、アクセルストロークセンサ５１０から出力される踏み込み量に基づいて、電動モータから燃料電池スタック１１０に要求される要求電力、すなわち要求負荷を算出する。
　そしてコントローラ４００は、その要求負荷が大きくなるほど、燃料電池スタック１１０に供給されるカソードガスの流量を大きくする。これと共にコントローラ４００は、要求負荷が大きくなるほど、アノード調圧弁２３０の開度を大きくすることにより、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの圧力を高くする。
　また、コントローラ４００は、燃料電池スタック１１０の温度状態や、湿潤状態、内部の圧力状態、水蒸気の分圧状態、排出水素の希釈状態などに応じて、カソードガス圧力及び流量の制御やアノードガス圧力の制御を制限する。
　図５Ａは、本実施形態におけるエゼクタ２４０の詳細構成を示す断面図である。
　エゼクタ２４０は、ノズル２４１及びディフューザ２４２により構成される。
　ノズル２４１は、アノード調圧弁２３０から供給口２４０Ａに供給されたアノードガスの流れを加速してディフューザ２４２に噴射する。ノズル２４１に供給されるアノードガスの供給流量は、要求負荷に基づいて算出される流量であり、燃料電池スタック１１０によって発電に伴い消費されるアノードガス量に相当する。
　ノズル２４１は円筒状に形成される。ノズル２４１の先端部には、供給口２４０Ａよりも狭い開口が形成される。これにより、供給口２４０Ａに供給されたアノードガスの流速が先端部で速くなるので、先端部でアノードガスがディフューザ２４２へ噴射される。
　ディフューザ２４２は、アノードオフガスを燃料電池スタック１１０に循環させるために、ノズル２４１から噴射されたアノードガスの流速によって、循環通路２７０からアノードオフガスを吸引する。そしてディフューザ２４２は、吸引したアノードオフガスの循環流量と、ノズル２４１から噴射されたアノードガスの供給流量とを足し合わせたアノードガス総流量を、吐出口２４０Ｃから燃料電池スタック１１０へ吐出する。
　ディフューザ２４２は、ノズル２４１と同軸上に合流通路が形成される。合流通路の開口は、吐出口２４０Ｃに近づくにつれて広く形成される。ディフューザ２４２には、吸引口２４０Ｂからノズル２４１の先端部分まで延びる円筒状の吸引室が形成され、吸引室と合流通路とが連通している。
　図５Ｂは、アノード調圧弁２３０によって調整されるアノードガス供給圧力に応じて、エゼクタ２４０に供給されるアノードガス供給流量が変化する特性２４８を示す図である。
　ここでは、横軸が、アノード調圧弁２３０からノズル２４１に供給されるアノードガスの供給圧力を示し、縦軸が、ノズル２４１に供給されるアノードガスの供給流量を標準状態でのアノードガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）に換算した値を示す。
　図５Ｂに示すように、ノズル２４１に供給されるアノードガスの供給流量は、ノズル２４１に供給されるアノードガスの供給圧力に比例する。
　このため、負荷から要求される要求電力が増加するほど、アノード調圧弁２３０から供給されるアノードガスの供給圧力が大きくなるので、ノズル２４１に供給されるアノードガスの供給流量は増加する。これにより、ディフューザ２４２によって吸引されるアノードオフガスの循環流量が増加する。
　このように、エゼクタ２４０を用いて、燃料電池スタック１１０から排出されるアノードオフガスを吸引して燃料電池スタック１１０に循環させることにより、余剰のアノードガスを再利用することが可能になる。
　一方、負荷からの要求電力が小さくなると、ノズル２４１へのアノードガスの供給流量が少なくなるため、ディフューザ２４２で吸引されるアノードオフガスの吸引量が減少し、燃料電池スタック１１０にアノードオフガスが循環されなくなる。
　この対策として本実施形態では、燃料電池スタック１１０から排出されるアノードオフガスがエゼクタ２４０によって十分に循環されるように、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの圧力を脈動させる。
　これに加えて本実施形態では、アノードオフガスに含まれる水蒸気を利用して、燃料電池スタック１１０の内部を加湿する。
　具体的には、エゼクタ２４０によって、図３Ａに示したアノードガス流路２４へアノードオフガスを十分に循環させることで、アノードガス流路２４の湿度が全体的に上昇する。これに伴い、アノードガス流路２４の湿度と、乾燥したカソードガスが流れる上流側のカソードガス流路３４の湿度との差が大きくなる。この相対的な湿度の差がドライビングフォースとなり、アノードガス流路２４内の水蒸気が、ＭＥＡ１１を介してカソードガス流路３４内へ拡散し、電解質膜１１ａが加湿される。これにより、ＭＥＡ１１において効率よく発電が行われることになる。
　図６は、アノードガスの圧力を脈動させるために定められた脈動制御マップの一例を示す観念図である。脈動制御マップは、コントローラ４００に予め記録される。
　図６には、エゼクタ２４０から燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガス圧力Ｐ２の目標値が実線により示されている。また、参考としてアノード調圧弁２３０からエゼクタ２４０に供給されるアノードガス供給圧力Ｐ１の最大値が破線により示されている。
　ここでは、縦軸が、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの目標圧力Ｐｔを示し、横軸が燃料電池スタック１１０に対する要求負荷Ｌｒｅｑを示す。要求負荷Ｌｒｅｑは、例えば電動モータから要求される要求電力に基づいて算出される。
　図６に示すように、アノードガスの目標圧力Ｐｔとして、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐ、及び、脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎの２つの目標値が定められている。これにより、アノードガスの圧力Ｐ２が脈動するようにアノード調圧弁２３０が制御される。
　脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐと脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎとは、要求負荷Ｌｒｅｑに比例して大きくなる。このため、要求負荷Ｌｒｅｑが大きくなるほど、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐと脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎとは共に高くなる。
　脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎは、燃料電池の加湿に必要な生成水量をアノードガスに含有させるのに最低限必要となるアノードガスの圧力に定められる。
　要求負荷Ｌｒｅｑがゼロ（０）から負荷Ｌ１までの低負荷範囲においては、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐと脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎとは、ほぼ一定の値に定められる。要求負荷Ｌｒｅｑが大きくなるほど、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐは大きくなる。
　脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐは、エゼクタ２４０によって燃料電池スタック１１０に循環させるアノードオフガスの循環流量に基づいて定められる。すなわち脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐは、アノードオフガスの循環流量が燃料電池スタック１１０の加湿に必要な流量となるように設定される。
　例えば、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐは、アノード調圧弁２３０からノズル２４１に供給されるアノードガスの供給流量に対するアノードオフガスの循環流量の流量比が３０％（パーセント）以上となるように設定される。流量比は、アノードオフガスの循環流量をアノードガスの供給流量で除算して求められる。
　脈動幅ΔＰは、脈動上限圧力Ｐ２と脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎとの差であり、アノードガス圧力Ｐ２が変動する幅である。脈動幅ΔＰは、例えば、要求負荷Ｌｒｅｑが変動する範囲の全ての値において３０％の流量比を確保できる幅に定められる。
　また要求負荷Ｌｒｅｑが負荷Ｌ１よりも高い高負荷範囲においては、要求負荷Ｌｒｅｑの上昇に伴う脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐ及び脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎの増加幅が、低負荷範囲に比べて大きくなる。
　この理由は、要求負荷Ｌｒｅｑが大きくなるほど燃料電池スタック１１０に供給されるカソードガス圧力が高くなることで、燃料電池スタック内のカソードガス圧力とアノードガス圧力との極間差圧が大きくなり過ぎＭＥＡ１１が損傷するのを防止するためである。
　図６では、要求負荷Ｌｒｅｑに応じてアノードガスの目標圧力Ｐｔが設定された脈動制御マップについて説明したが、要求負荷Ｌｒｅｑの代わりに要求負荷Ｌｒｅｑと相関のあるパラメータを用いてもよい。例えば、要求負荷Ｌｒｅｑと相関のあるパラメータとしてはアノードガスの要求流量が挙げられる。
　図７は、アノードガスの圧力Ｐ２を脈動させる脈動制御の手法を説明する図である。図７には、アノードガスの圧力波形とアノード調圧弁２３０の開閉状態とが時間軸を共通にして示されている。
　時刻ｔ１では、アノード調圧弁２３０が全開（ＯＮ）に設定される。これにより、エゼクタ２４０を介して、アノード調圧弁２３０から燃料電池スタック１１０へアノードガスが吐出されるので、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの圧力Ｐ２が上昇する。
　時刻ｔ２では、アノードガス圧力Ｐ２が脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐまで上昇するので、アノード調圧弁２３０が全閉（ＯＦＦ）に設定される。これにより、燃料電池スタック１１０へのアノードガスの供給が停止される。この状態では、燃料電池スタック１１０に供給されたアノードガスが発電反応によって消費されるので、燃料電池スタック１１０内に存在するアノードガスが減少してアノードガスの圧力Ｐ２が低下する。
　時刻ｔ３では、アノードガスの圧力Ｐ２が脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎまで低下するので、アノード調圧弁２３０が再び全開に設定され、アノード調圧弁２３０から燃料電池スタック１１０にアノードガスが供給され、アノードガスの圧力Ｐ２が上昇する。
　このように、図６に示した脈動制御マップを参照し、要求負荷Ｌｒｅｑに対応付けられた脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐ及び脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎを交互に切り替えることにより、アノードガスの圧力Ｐ２を脈動させる。これにより、エゼクタ２４０によって、燃料電池の湿潤状態を確保できる循環流量でアノードオフガスが吸引されて燃料電池スタック１１０に供給される。
　一方、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰによってＭＥＡ１１には応力が生じる。脈動幅ΔＰによってＭＥＡ１１に生じる応力は、アノードガス拡散部２１とアノードガス流路２４との間の境界部分や、アノードガス流路２４の外周部分で特に大きくなる。これらの箇所に繰り返し応力が生じることにより、燃料電池スタック１１０の耐久性は低下してしまう。
　図８は、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰと燃料電池スタック１１０の耐久性との関係を示す図である。ここでは、横軸が、アノードガスの圧力を繰り返し脈動させたときの脈動回数Ｎを対数により示し、縦軸が、脈動幅ΔＰによってＭＥＡ１１に生じる応力の限界値（限界応力）を示す。
　図８に示すように、脈動回数Ｎが多くなるほど、ＭＥＡ１１の限界応力は低下する。すなわち、脈動回数Ｎが多くなるほど、燃料電池スタック１１０の耐久性が低下してしまう。
　万一、脈動幅ΔＰによってアノードガス流路２４の境界部分や外周部分において限界応力を超える応力が生じると、これらの箇所に設けられたガスシール部材が破れてアノードガスや生成水などがリークしてしまう。
　この対策として本実施形態では、アノードオフガスに含まれる水蒸気を利用して電解質膜１１ａの乾燥を抑えつつ、燃料電池スタック１１０の耐久性が低下するのを抑制する。
　コントローラ４００は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇに基づいて、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを小さくする。
　図９は、アノードガス供給圧力Ｐ１に対するアノードオフガス循環流量Ｑｓの循環特性がエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇに応じて変化することを示した図である。
　ここでは、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが異なる２つの循環特性が示されている。破線で示した循環特性は、実線で示した循環特性よりもエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが高いときの特性である。
　また、縦軸は、アノード調圧弁２３０からエゼクタ２４０に供給されるアノードガスの供給圧力Ｐ１を示し、横軸は、エゼクタ２４０から吸引されるアノードオフガスの循環流量Ｑｓを示す。
　図９に示すように、アノードガスの供給圧力Ｐ１が大きくなるほど、アノードオフガスの循環流量Ｑｓは大きくなる。さらにアノードガスの供給圧力Ｐ１が一定の状態では、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが高くなるほど、アノードオフガスの循環流量Ｑｓが大きくなる。
　例えば、アノードガスの供給圧力Ｐ１ａにおいて、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇して、実線で示した循環特性から破線で示した循環特性になったときには、アノードオフガスの循環流量Ｑｓ２は、上昇前の循環流量Ｑｓ１から変化量ΔＱａだけ増加する。
　この理由は、アノードガスの供給圧力Ｐ１ａが一定の状態でエゼクタ２４０の上流温度が上昇すると、これに伴いエゼクタ２４０に供給されるアノードガスのエンタルピー、つまり内部エネルギーが上昇するからである。この内部エネルギーの増加によって、エゼクタ２４０から吐出されるアノードガスのエンタルピーについても、エネルギー保存の法則に従い増加するので、アノードガスの循環流量Ｑｓが増加する。
　このように、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇することに伴い、エゼクタ２４０によって吸引されるアノードオフガスの循環流量Ｑｓが変化量ΔＱａだけ増加するので、その増加量ΔＱａだけ、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを下げることが可能となる。
　図８に示すように、脈動幅ΔＰ１でアノードガスの圧力を脈動させたときに比べて、脈動幅ΔＰ１よりも狭い脈動幅ΔＰ２でアノードガスの圧力を脈動させたときには、ＭＥＡ１１で許容できる脈動回数を１桁以上増やすことができる。このように、脈動幅ΔＰを狭くすることにより、ＭＥＡ１１における限界応力の低下が抑えられるので、燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制することができる。
　そこで本実施形態では、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが大きくなるほど、脈動幅ΔＰを小さくすることにより、アノードオフガスを利用してＭＥＡ１１の乾燥を抑えつつ、燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制する。
　図１０は、本実施形態におけるコントローラ４００に予め記録される脈動幅補正マップの一例を示す図である。
　脈動幅補正マップでは、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを補正する補正係数Ｃがエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇごとに対応付けられている。ここでは、横軸がエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを示し、縦軸が補正係数Ｃを示す。
　補正係数の上限値Ｃ_ｕｐは、例えば、ＭＥＡ１１の限界応力に基づいて定められる。補正係数の下限値Ｃ_ｄｎは、例えば、要求負荷Ｌｒｅｑの全範囲においてＭＥＡ１１の湿潤状態を維持するのに必要となる脈動幅ΔＰに基づいて定められる。
　また、温度Ｔ１から温度Ｔ２までの範囲においては、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが大きくなるほど、補正係数Ｃは小さな値に定められる。これにより、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが大きくほど、アノードガスの圧力を脈動させる脈動幅ΔＰを小さくすることができる。
　本実施形態では、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが、燃料電池スタック１１０の発電に適した発電温度Ｔｍとなったときに、補正係数Ｃは「１．０」となる。発電温度Ｔｍは、例えば７０℃である。
　なお、脈動幅補正マップにおいて補正特性４０２は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇するほど補正係数Ｃが単調に減少するように設定されているが、エゼクタ２４０の循環特性に合わせて補正特性４０２を曲線にしてもよい。
　図１１は、補正係数Ｃにより脈動幅ΔＰが小さく補正されたときの脈動制御マップを観念的に示した図である。
　図１１に示すように、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが大きくなるほど、脈動幅ΔＰが補正係数Ｃによって小さく補正される。このため、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが大きくなるほど、補正後の脈動上限圧力Ｐ２ｃ_ｕｐは、図６の脈動制御マップに設定された脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐよりも低下する。
　図１２は、本実施形態におけるエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇したときの脈動幅ΔＰの変化を示す図である。
　図１２（Ａ）は、アノードガスの圧力Ｐ２を脈動させたときの脈動波形を示す。図１２（Ｂ）は、エゼクタ２４０によって循環通路２７０から吸引されるアノードオフガスの循環流量Ｑｓの脈動波形を示す。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）の横軸は、互いに共通の時間軸である。
　ここでは、脈動幅ΔＰを小さく補正したときの脈動波形が実線により示され、脈動幅ΔＰを補正する前の脈動波形が破線により示されている。
　図１２（Ａ）に示すように脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐを下げることに伴い、脈動幅ΔＰが小さくなると共に脈動周期Ｔｐが短くなる。しかしながら、図９に示したように、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇することに伴いアノードオフガスの循環流量Ｑｓが増加するので、図１２（Ｂ）に示すように循環流量Ｑｓについての平均流量Ｑｓ_ａｖｅは、補正前の平均流量と同じレベルになる。
　したがって、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇに応じて脈動幅ΔＰを小さくすることによって、ＭＥＡ１１の加湿に必要なアノードオフガスの循環流量Ｑｓを確保しつつ、燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制することができる。
　次に、燃料電池システム１０１の動作の詳細について、図１３及び図１４を参照して詳細に説明する。
　図１３は、本実施形態における燃料電池システム１０１を制御する制御方法の一例を示すフローチャートである。
　まず、燃料電池システム１０１の起動スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられると、コントローラ４００は、燃料電池システム１０１の起動処理を実行する。
　そしてステップＳ９０１においてコントローラ４００は、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの圧力Ｐ２を示す検出信号を第２圧力センサ４１２から取得する。
　その後、ステップＳ９０２においてコントローラ４００は、燃料電池スタック１１０に要求される要求負荷Ｌｒｅｑを取得する。例えば、要求負荷Ｌｒｅｑは、アクセルストロークセンサ５１０によって検出された踏み込み量に基づいて算出される。
　ステップＳ９０３においてコントローラ４００は、エゼクタ２４０よりも上流側のアノードガスの上流温度Ｔｇを温度センサ４２０から取得する。
　ステップＳ９０４においてコントローラ４００は、ステップＳ９０３で取得された上流温度Ｔｇに基づいて、脈動幅ΔＰを補正する補正係数Ｃを演算する。本実施形態では、コントローラ４００は、図１０に示した脈動幅補正マップを参照し、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇに対応付けられた補正係数Ｃを算出する。
　これにより、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが高くなるほど、補正係数Ｃは小さくなる。なお、コントローラ４００は、脈動幅補正マップに代えて、予め定められた演算式を用いて補正係数Ｃを算出してもよい。
　ステップＳ９１０においてコントローラ４００は、ステップＳ９０２で取得された要求負荷Ｌｒｅｑに基づいて、アノードガスの圧力Ｐ２を脈動させるために定められた脈動制御を実行する。ステップＳ９１０で実行される脈動制御の詳細については、図１４を参照して後述する。
　その後、ステップＳ９０５においてコントローラ４００は、燃料電池スタック１１０の運転が停止されたか否かを判断する。例えば、コントローラ４００は、燃料電池システム１０１の起動スイッチがＯＦＦに切り替えられたことを検出すると、燃料電池スタック１１０の運転が停止されたと判断する。
　燃料電池スタック１１０の運転が停止されていない場合には、コントローラ４００は、ステップＳ９０４に戻り、燃料電池スタック１１０の運転が停止されるまで、ステップＳ９０４及びＳ９１０の処理を繰り返す。一方、燃料電池スタック１１０の運転が停止された場合には、コントローラ４００は、燃料電池システム１０１の制御方法を終了する。
　図１４は、コントローラ４００で実行されるアノードガス圧力の脈動制御Ｓ９１０についての処理手順例を示すフローチャートである。
　ステップＳ９１１において、コントローラ４００は、ステップＳ９０４で補正係数Ｃが算出されると、図６に示した脈動制御マップを参照し、要求負荷Ｌｒｅｑに対応付けられた脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐと脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎとの間の脈動幅ΔＰを演算する。
　そしてコントローラ４００は、脈動幅ΔＰを補正係数Ｃに基づいて補正する。具体的には、コントローラ４００は、脈動幅ΔＰに対して補正係数Ｃを乗算することにより、補正後の脈動幅ΔＰｃを算出する。これにより、コントローラ４００は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが高くなるほど、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを小さくすることができる。
　ステップＳ９１２において、コントローラ４００は、脈動制御マップを参照して、補正後の脈動幅ΔＰｃに基づいて脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐ及び脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎを算出する。
　具体的には、コントローラ４００は、脈動制御マップに対応付けられた脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎに対し、補正後の脈動幅ΔＰｃを加算することにより、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐを補正する。これにより、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇するほど、補正後の脈動上限圧力Ｐ２ｃ_ｕｐは低くなる。
　ステップＳ９１３においてコントローラ４００は、アノードガス目標圧力Ｐｔを補正後の脈動上限圧力Ｐ２ｃ_ｕｐに設定する。
　そしてステップＳ９１４においてコントローラ４００は、アノード調圧弁２３０を開く。本実施形態ではコントローラ４００はアノード調圧弁２３０の開度を全開に設定する。これにより、第２圧力センサ４１２で検出されるアノードガスの圧力Ｐ２が上昇する。なお、コントローラ４００は、アノード調圧弁２３０の開度を、全開と全閉との間の所定の値に設定するようにしてもよい。
　ステップＳ９１５においてコントローラ４００は、第２圧力センサ４１２から出力される検出値Ｐ２が脈動上限圧力Ｐ２ｃ_ｕｐまで上昇したか否かを判断する。そしてコントローラ４００は、アノードガスの圧力Ｐ２が脈動上限圧力Ｐ２ｃ_ｕｐに達していない場合には、ステップＳ９１４に戻り、アノードガスの圧力Ｐ２が脈動上限圧力Ｐ２ｃ_ｕｐに達するまでアノード調圧弁２３０を開いた状態に維持する。
　ステップＳ９１６においてコントローラ４００は、第２圧力センサ４１２の検出値が脈動上限圧力Ｐ２ｃ_ｕｐに達すると、アノードガス目標圧力Ｐｔを、脈動上限圧力Ｐ２ｃ_ｕｐから、図６に示された脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎに切り替える。
　そしてステップＳ９１７においてコントローラ４００は、アノード調圧弁２３０を閉じる。本実施形態ではコントローラ４００はアノード調圧弁２３０の開度を全閉に設定する。なお、コントローラ４００は、アノード調圧弁２３０の開度を、全閉ではなく、ステップＳ９１４で設定された開度よりも小さな値に設定するようにしてもよい。
　ステップＳ９１７でアノード調圧弁２３０が閉じられると、燃料電池スタック１１０にはアノードガスが供給されなくなる。この状態では、燃料電池スタック１１０内において要求負荷Ｌｒｅｑに相当するアノードガスが消費されるので、アノードガスの圧力Ｐ２が下降する。
　ステップＳ９１８においてコントローラ４００は、第２圧力センサ４１２から出力される検出値Ｐ２が脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎまで低下したか否かを判断する。そしてコントローラ４００は、アノードガスの圧力Ｐ２が脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎに達していない場合には、ステップＳ９１７に戻り、アノードガスの圧力Ｐ２が脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎに達するまでアノード調圧弁２３０を閉じた状態に維持する。
　コントローラ４００は、第２圧力センサ４１２の検出値が、脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎに達すると、アノードガス圧力の脈動制御が終了して図１３に示した燃料電池システム１０１の制御方法に戻り、ステップＳ９０５に進む。
　このように、コントローラ４００は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇するほど、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを狭くして脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐを低くする。これにより、燃料電池を加湿するのに必要となるアノードオフガスの循環流量Ｑｓを確保しつつ、脈動幅ΔＰによってＭＥＡ１１に生じる応力を抑えることができる。したがって、燃料電池スタック１１０の乾燥を抑制しつつ、燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制することができる。
　なお、本実施形態では、補正後の脈動幅ΔＰｃを、脈動制御マップに対応付けられた脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎに加算して脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐを補正する例について説明したが、補正後の脈動幅ΔＰｃに基づいて脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎを補正してもよい。
　この場合には、コントローラ４００は、脈動制御マップに対応付けられた脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐに対し、補正後の脈動幅ΔＰを加算して脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎを補正する。これにより、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇するほど、脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎが高くなるので、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを小さくしつつ、エゼクタ２４０によって循環されるアノードオフガスの循環流量を多めに確保することができる。したがって、燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制しつつ、ＭＥＡ１１を十分に湿らせて発電性能を高めることができる。
　なお、本実施形態では第２圧力センサ４１２を用いてアノードガスの圧力Ｐ２を昇圧する例について説明したが、アノード調圧弁２３０を開いている時間、すなわちアノードガスの供給時間を、所定の時間に固定して圧力Ｐ２を昇圧してもよい。例えば、所定の時間は、脈動制御が実行される要求負荷の全範囲でアノードガスの圧力Ｐ２が脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎから脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐに達する時間に設定される。
　本発明の第１実施形態によれば、燃料電池システム１０１は、アノードガス供給通路２２０に供給されるアノードガスの圧力を調整するアノード調圧弁２３０と、アノードオフガスを燃料電池スタック１１０に循環させるエゼクタ２４０とを含む。
　そしてコントローラ４００は、アノードオフガスの循環流量Ｑｓによって定められた脈動幅ΔＰに基づいて、アノードガスの圧力Ｐ２が脈動するようにアノード調圧弁２３０の開度を制御する。これにより、エゼクタ２４０によってアノードオフガスの循環流量Ｑｓを十分に確保することができる。
　さらにコントローラ４００は、エゼクタ２４０よりも上流を流れるアノードガスの上流温度Ｔｇに基づいて、アノードガス圧力Ｐ２の脈動幅ΔＰを変更する。
　これにより、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが低くなるほど、脈動幅ΔＰを広くすることができる。このため、図９に示したように、上流温度Ｔｇの低下に伴いアノードオフガスの循環流量Ｑｓが減少しても、減少した分だけ、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐを上げることができるので、燃料電池スタック１１０にアノードオフガスを確実に循環させることができる。
　一方、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが高くなるほど、脈動幅ΔＰを狭くすることもできる。このため、上流温度Ｔｇが上昇した場合には、これに伴いアノードオフガスの循環流量Ｑｓが増加した分だけ、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐを下げることがきるので、脈動幅ΔＰに起因する燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制しつつ、アノードオフガスの循環流量Ｑｓを維持することができる。
　このように、本実施形態によれば、エゼクタ２４０によって燃料電池に循環させるアノードオフガスの循環流量を十分に確保することができる。したがって、余剰のアノードガスを効率よく消費することができる。
　これに加えて、燃料電池スタック１１０へアノードオフガスを十分に循環させることにより、アノードオフガスに含まれる水蒸気が多量に燃料電池スタック１１０へ供給されることになるので、燃料電池スタック１１０内のＭＥＡ１１の乾燥を抑制することができる。このため、カソードガスを加湿する加湿器を燃料電池システムに設けることなく、燃料電池スタック１１０を発電に適した湿潤状態に維持することが可能となる。したがって、簡素な構成で、燃料電池スタック１１０の発電性能の低下を抑制することができる。
　また、本実施形態では、温度センサ４２０が、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガス供給通路２２０に設けられる。そしてコントローラ４００は、温度センサ４２０により検出される上流温度Ｔｇが高いときには、上流温度Ｔｇが低いときに比べて、アノードガス圧力Ｐ２の脈動幅ΔＰを小さくする。
　このように温度センサ４２０を用いることにより、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを正確に検出できるので、エゼクタ２４０の上流温度が高くなったときに、正確にアノードガス圧力の脈動幅ΔＰを抑えることができる。したがって、アノードオフガスの循環流量Ｑｓを確保しつつ、燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制することができる。
　なお、本実施形態では温度センサ４２０を用いてエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを検出する例について説明したが、外気温センサ４２１を用いてエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを推定してもよい。次にエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを推定する例について説明する。
　図１５は、燃料電池システム１０１の制御方法についての他の例を示すフローチャートである。
　この例では、図１３で示したステップＳ９０３の代わりにステップＳ９２１及びＳ９２２が示されている。その他の処理については、図１３で示した処理と同じであるためここでの説明を省略し、ステップＳ９２１及びＳ９２２の処理についてのみ説明する。
　ステップＳ９２１においてコントローラ４００は、外気温センサ４２１から外気温度Ｔａｉｒを取得する。
　ステップＳ９２２においてコントローラ４００は、外気温度Ｔａｉｒに基づいて、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを推定する。
　具体的には、外気温度Ｔａｉｒとエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇとの関係を示す推定マップがコントローラ４００に予め記録される。そしてコントローラ４００は、外気温度Ｔａｉｒを取得すると、推定マップを参照し、その外気温度Ｔａｉｒに関係付けられたエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを算出する。
　ステップＳ９０４においてコントローラ４００は、ステップＳ９２２でエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが推定されると、その上流温度Ｔｇに基づいて脈動幅ΔＰの補正係数Ｃを算出する。
　このように、外気温センサ４２１を利用してエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを推定することにより、新たに温度センサ４２０を設けずに補正係数Ｃを求めることができる。したがって、第１実施形態よりも簡易な構成により、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇの上昇に応じてアノードガス圧力の脈動幅ΔＰを小さくすることができる。
（第２実施形態）
　図１６は、本発明の第２実施形態における燃料電池システム１０２の構成を示す図である。
　燃料電池システム１０２は、燃料電池システム１０１の構成に加えて、燃料電池スタック１１０を冷却する冷却装置６００を備える。以下では、燃料電池システム１０１の構成と同じ構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　冷却装置６００は、冷却水循環通路６１０と、ラジエータ６２０と、循環ポンプ６３０と、熱交換器６４０とを備える。さらに冷却装置６００は水温センサ４３０を備える。
　冷却水循環通路６１０は、供給通路６１１と排出通路６１２とを含む。
　供給通路６１１は、冷却水を燃料電池スタック１１０に通す冷却水通路である。供給通路６１１は、ラジエータ６２０の出口孔と、図１に示した燃料電池スタック１１０の冷却水入口孔４１ａとの間を接続する。
　排出通路６１２は、燃料電池スタック１１０から排出された冷却水をラジエータ６２０に通す冷却水通路である。排出通路６１２は、図１に示した燃料電池スタック１１０の冷却水出口孔４１ａと、ラジエータ６２０の入口孔との間を接続する。
　ラジエータ６２０は、燃料電池スタック１１０から排出された冷却水を冷却する。
　循環ポンプ６３０は、供給通路６１１に設けられる。循環ポンプ６３０は、ラジエータ６２０で冷やされた冷却水を燃料電池スタック１１０に循環させる。
　熱交換器６４０は、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水を用いて、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱する。
　熱交換器６４０は、アノード調圧弁２３０とエゼクタ２４０との間のアノードガス供給通路２２０に設けられる。本実施形態では、熱交換器６４０は、排出通路６１２をアノードガス供給通路２２０に近接させることにより実現される。
　さらに熱交換器６４０は、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱するヒータ６４１を備える。
　ヒータ６４１は、アノードガス供給通路２２０に設けられ、例えば、抵抗加熱式の電気ヒータや、誘導加熱式の電気ヒータにより実現される。ヒータ６４１は、コントローラ４００によって不図示の電源と接続される。ヒータ６４１に対して電源が接続されると、ヒータ６４１に電力が供給されてヒータ６４１が加熱される。ヒータ６４１と電源との接続が遮断されると、ヒータ６４１の加熱が停止される。
　水温センサ４３０は、熱交換器６４０よりも上流であって燃料電池スタック１１０の近傍にある排出通路６１２に設けられる。水温センサ４３０は、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水の温度（以下、「スタック出口水温」という。）Ｔｗを検出する。水温センサ４３０は、スタック出口水温Ｔｗを示す検出信号をコントローラ４００に出力する。
　このように、エゼクタ２４０の上流に熱交換器６４０を設けることにより、燃料電池スタック１１０で温められた冷却水を利用して、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱することができる。このため、第１実施形態に比べて、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが高くなるので、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを小さくでき、燃料電池スタック１１０の耐久性の低下をより抑制することができる。
　図１７は、本実施形態の燃料電池システム１０２の制御方法の一例を示すフローチャートである。
　本実施形態の制御方法では、図１３に示した一連の処理に加えて、ステップＳ９３１からＳ９３２までの処理が含まれている。そのため、これらの処理についてのみ説明する。
　ステップＳ９３１においてコントローラ４００は、ステップＳ９０３でエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを取得した後、水温センサ４３０からスタック出口水温Ｔｗを取得する。
　ステップＳ９３２においてコントローラ４００は、スタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗよりも高いか否かを判断する。
　水温閾値Ｔｈ_ｗは、本実施形態では、温度センサ４２０により検出されるエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇに設定される。これにより、スタック出口水温Ｔｗがエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇよりも高いか否かが分かるので、熱交換器６４０によってアノードガスを加熱できるか否かを判定できる。
　あるいは、水温閾値Ｔｈ_ｗは、アノードオフガスの循環流量Ｑｓを確保できる所定の温度に設定されてもよい。これにより、熱交換器６４０及びヒータ６４１を用いてエゼクタ２４０の循環性能を早期に回復させることができる。
　ステップＳ９３３においてコントローラ４００は、スタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗ以下である場合には、ヒータ６４１に電力を供給する。これにより、ヒータ６４１が加熱されるので、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスが温められ、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇する。これに伴い、エゼクタ２４０に供給されるアノードガスの密度ρが低下する。
　この対策としてステップＳ９３３においてコントローラ４００は、さらにエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇの上昇に応じて、アノード調圧弁２３０からエゼクタ２４０に供給されるアノードガスの供給圧力Ｐ１を高くする。これにより、エゼクタ２４０に供給されるアノードガスの密度ρを一定に維持することができる。
　一方、コントローラ４００は、スタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗよりも高い場合には、ヒータ６４１への電力供給を行わずにステップＳ９０４に進み、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇに基づいて脈動幅ΔＰの補正係数Ｃを算出する。
　このように、スタック出口水温Ｔｗに応じて、ヒータ６４１への通電及びその遮断を切り替えることで、冷却水によってアノードガスを加熱できない場合にヒータ６４１を加熱することができる。したがって、熱交換器６４０及びヒータ６４１を互いに効率良く利用することができる。
　本発明の第２実施形態によれば、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水を熱交換器６４０に供給することによって、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱する。これにより、燃料電池スタック１１０の温度の上昇と共にエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇するので、脈動幅ΔＰを小さくすることができる。
　このように、燃料電池スタック１１０の発電に伴う発熱を冷却水により回収して、その冷却水と、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスとの間で熱交換することにより、効率良く、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを上昇させることができる。
　なお、本実施形態ではスタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗよりも低い場合であってもアノードガス圧力の脈動制御を実行する例について説明した。しかし、スタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗよりも低い場合には、スタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗを超えるまでは脈動制御を実行せずにアノードガス圧力Ｐ２が一定となるように制御するようにしてもよい。これにより、本実施形態に比べて燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制することができる。
　また、本実施形態では、ヒータ６４１への通電又は遮断を判断するのに、スタック出口水温Ｔｗを用いる例について説明したが、スタック出口水温Ｔｗの代わりにエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを用いてもよく、両者を用いてもよい。これにより、ヒータ６４１への通電をより的確に行うことが可能となる。
（第３実施形態）
　図１８は、本発明の第３実施形態における燃料電池システム１０３の構成を示す図である。
　燃料電池システム１０３は、図１６に示した冷却装置６００に代えて冷却装置６０１を備えている。
　冷却装置６０１は、冷却装置６００の構成に加えてバイパス通路６１３と三方弁６５０とを備えている。
　バイパス通路６１３は、熱交換器６４０をバイパスさせる冷却水通路である。バイパス通路６１３の一端部は三方弁６５０に接続され、他端部はラジエータ６２０の入口孔に接続された排出通路６１２と合流する。バイパス通路６１３によって、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水を、熱交換器６４０に通さずにラジエータ６２０に循環させることが可能になる。
　三方弁６５０は、熱交換器６４０よりも上流の排出通路６１２に設けられる。三方弁６５０は、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水の循環経路を切り替える。三方弁６５０は、コントローラ４００によって制御される。
　循環経路は、三方弁６５０によって、冷却水をバイパス通路６１３に通さずに熱交換器６４０に通す第１経路、冷却水を熱交換器６４０に通さずにバイパス通路６１３に通す第２経路、又は冷却水を第１経路及び第２経路の両方に通す第３経路に設定される。
　三方弁６５０は、燃料電池スタック１１０から熱交換器６４０に排出される冷却水を遮断する遮断弁として機能する。具体的には三方弁６５０は、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水を通す冷却水通路を、熱交換器６４０からバイパス通路６１３へ切り替える。
　このように、熱交換器６４０よりも上流にバイパス通路６１３及び三方弁６５０を設けることにより、スタック出口水温Ｔｗに応じて熱交換器６４０をバイパスさせることができる。
　例えば、スタック出口水温Ｔｗがエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇよりも低い場合には、三方弁６５０を制御して熱交換器６４０をバイパスさせることにより、冷却水によってエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが低下するのを防ぐことができる。
　図１９は、本実施形態における燃料電池システム１０３の制御方法の一例を示すフローチャートである。
　ここでは、図１３に示した一連の処理に加えて、ステップＳ９４１からＳ９４６までの処理が含まれているため、これらの処理についてのみ説明する。
　ステップＳ９４１においてコントローラ４００は、ステップＳ９０３でエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを取得した後、水温センサ４３０からスタック出口水温Ｔｗを取得する。
　ステップＳ９４２においてコントローラ４００は、スタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗよりも高いか否かを判断する。水温閾値Ｔｈ_ｗは、例えば、温度センサ４２０により検出されるエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇに設定される。あるいは、水温閾値Ｔｈ_ｗは、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水が、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを超えるときの所定の温度に設定される。
　ステップＳ９４３においてコントローラ４００は、スタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗよりも高い場合には、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水が熱交換器６４０を通過する循環経路となるように三方弁６５０を設定する。
　これにより、スタック出口水温Ｔｗがエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇよりも高くなったときに、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水を熱交換器６４０に供給することができる。このため、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水によって、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスが加熱されるので、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを確実に上昇させることができる。
　一方、ステップＳ９４４においてコントローラ４００は、スタック出口水温Ｔｗが水温閾値Ｔｈ_ｗ以下である場合には、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水がバイパス通路６１３を通過する循環経路となるように三方弁６５０を切り替える。
　これにより、スタック出口水温Ｔｗがエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇよりも低いときには、熱交換器６４０に供給される冷却水が遮断されるので、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水によって、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを冷却してしまうことを回避できる。
　このようにスタック出口水温Ｔｗがエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇよりも高くなったときに限り、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水が熱交換器６４０に供給されるので、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを速やかに上昇させることができる。
　ステップＳ９４５においてコントローラ４００は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇがガス温度閾値Ｔｈ_ｇよりも高いか否かを判断する。ガス温度閾値Ｔｈ_ｇは、エゼクタ２４０によって燃料電池スタック１１０に供給されるアノードオフガスの循環流量Ｑｓを確保できる温度に設定される。ガス温度閾値Ｔｈ_ｇは、例えば氷点温度に基づいて設定される。
　ステップＳ９４６においてコントローラ４００は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇがガス温度閾値Ｔｈ_ｇ以下である場合には、ヒータ６４１に電力を供給する。これにより、ヒータ６４１が加熱されるので、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスが温められ、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇する。
　コントローラ４００は、ヒータ６４１に電力を供給するとともに、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇの上昇に応じて、アノード調圧弁２３０からエゼクタ２４０に供給されるアノードガスの供給圧力Ｐ１を高くする。これにより、エゼクタ２４０に供給されるアノードガスの密度ρが一定に維持される。
　そしてコントローラ４００は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇがガス温度閾値Ｔｈ_ｇよりも高くなるまで、ステップＳ９４２に戻り、熱交換器６４０及びヒータ６４１を用いてエゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱する。
　その後、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇがガス温度閾値Ｔｈ_ｇよりも高くなった場合には、コントローラ４００は、ステップＳ９０４に進み、脈動幅ΔＰを狭くした状態でアノードガスの圧力を脈動させる。
　本発明の第３実施形態によれば、熱交換器６４０よりも上流の排出通路６１２に三方弁６５０が設けられる。そしてコントローラ４００は、スタック出口水温Ｔｗが所定の水温閾値Ｔｈ_ｗよりも低い場合には、三方弁６５０を制御して燃料電池スタック１１０から熱交換器６４０に供給される冷却水を遮断する。
　一般的に、高圧タンク２１０にアノードガスが充填された直後は、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの温度が、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水の温度Ｔｗよりも高くなりやすい。また、零下で燃料電池システム１０３が起動されたときにも、エゼクタ２４０の上流温度がスタック出口水温Ｔｗよりも高くなることがある。
　これに対して本実施形態では、スタック出口水温Ｔｗがエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇよりも低い場合には、燃料電池スタック１１０から熱交換器６４０への通水を停止する。これにより、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水によって、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスが冷やされてしまうことを回避することができる。
　なお、本実施形態では、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが、ガス温度閾値Ｔｈ_ｇを超えるまではアノードガス圧力の脈動制御を実行しない例について説明した。しかし、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが、ガス温度閾値Ｔｈ_ｇを超えていない場合であっても、アノードガス圧力の脈動制御を実行してもよい。これにより、早期に燃料電池システム１０３を起動させることができる。
（第４実施形態）
　図２０は、本発明の第４実施形態における燃料電池システム１０４の構成を示す図である。
　燃料電池システム１０４は、燃料電池システム１０１の構成に加えて、負荷装置１２０を冷却する冷却装置７００を備える。
　冷却装置７００は、負荷装置１２０と、冷却水循環通路７１０と、ラジエータ７２０と、循環ポンプ７３０と、熱交換器７４０とを備える。さらに冷却装置７００は水温センサ４４０を備える。
　負荷装置１２０は、燃料電池スタック１１０に接続される電気的な負荷である。負荷装置１２０は、例えば電動モータや、燃料電池スタック１１０の直流電力を交流電力に変換して電動モータに供給するインバータなどである。負荷装置１２０は、冷却水循環通路７１０を流れる冷却水によって冷却される。
　冷却水循環通路７１０は、供給通路７１１と排出通路７１２とを含む。
　供給通路７１１は、冷却水を負荷装置１２０に通す冷却水通路である。供給通路７１１は、ラジエータ７２０の出口孔と、負荷装置１２０の冷却水入口孔との間を接続する。
　排出通路７１２は、負荷装置１２０から排出された冷却水をラジエータ７２０に通す冷却水通路である。排出通路７１２は、負荷装置１２０の冷却水出口孔とラジエータ７２０の入口孔との間を接続する。
　ラジエータ７２０は、負荷装置１２０から排出された冷却水を冷却する。
　循環ポンプ７３０は、供給通路７１１に設けられる。循環ポンプ７３０は、ラジエータ７２０で冷やされた冷却水を負荷装置１２０に循環させる。
　熱交換器７４０は、負荷装置１２０から排出される冷却水を用いてエゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱する。
　熱交換器７４０は、アノード調圧弁２３０とエゼクタ２４０との間のアノードガス供給通路２２０に設けられる。本実施形態では、熱交換器７４０は、排出通路７１２をアノードガス供給通路２２０に近接させることにより実現される。
　水温センサ４４０は、熱交換器７４０よりも上流であって負荷装置１２０の近傍にある排出通路７１２に設けられる。水温センサ４４０は、負荷装置１２０から排出される冷却水の温度（以下、「負荷出口水温」という。）Ｔｗを検出する。水温センサ４４０は、負荷出口水温Ｔｗを示す検出信号をコントローラ４００に出力する。
　このように、エゼクタ２４０の上流に熱交換器７４０を設けることにより、負荷装置１２０で温められた冷却水を利用して、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱することができる。一般的に、負荷装置１２０で温められる冷却水は、燃料電池スタック１１０で温められる冷却水よりも温度の上昇が早い。このため、第１実施形態に比べて、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが高くなるので、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを小さくでき、燃料電池スタック１１０の耐久性の低下をより抑制することができる。
　本発明の第４実施形態によれば、負荷装置１２０から排出される冷却水を熱交換器７４０に供給することによって、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱する。これにより、負荷装置１２０の温度上昇と共にエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが上昇するので、脈動幅ΔＰを早期に抑制することができる。
　このように、電動モータやインバータの駆動に伴う発熱を冷却水により回収して、その冷却水と、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスとの間で熱交換することにより、効率良く、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを上昇させることができる。
　また、第２及び第３実施形態に比べて、冷却水の温度上昇が早いので、速やかにエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを上昇させることができる。すなわち、燃料電池スタック１１０から排出される冷却水を利用する場合に比べて、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを迅速に昇温させることができる。
（第５実施形態）
　図２１は、本発明の第５実施形態における燃料電池システム１０５の構成を示す図である。
　燃料電池システム１０５は、燃料電池システム１０１の構成に加え、エゼクタ２４０に対して凍結を防止するために設けられた凍結防止ヒータ８４０を備える。なお、温度センサ４２０は、アノードガス供給通路２２０に配置されるが、便宜上、アノードガス供給通路２２０から離れた位置に示されている。
　凍結防止ヒータ８４０は、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガス供給通路２２０からエゼクタ２４０の全体に設けられる。凍結防止ヒータ８４０は、例えば、抵抗加熱式の電気ヒータや、誘導加熱式の電気ヒータにより実現される。凍結防止ヒータ８４０に対する通電又は遮断は、コントローラ４００によって切り替えられる。
　コントローラ４００は、例えば、外気温センサ４２１により検出される外気温度Ｔａｉｒが氷点温度よりも低い場合には、エゼクタ２４０の凍結を防止するために、不図示の電源から凍結防止ヒータ８４０に通電して凍結防止ヒータ８４０を加熱する。
　さらに本実施形態では、コントローラ４００は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが、エゼクタ２４０の循環性能を確保するために必要な循環温度よりも低い場合には、アノードガス圧力の脈動制御を実行しつつ、凍結防止ヒータ８４０を加熱する。
　エゼクタ２４０の循環温度は、エゼクタ２４０によって燃料電池スタック１１０に供給されるアノードオフガスの循環流量Ｑｓを確保できる温度に設定される。循環温度は、例えば、氷点温度や燃料電池スタック１１０の発電に適した温度などに設定される。
　本発明の第５実施形態によれば、コントローラ４００は、アノードガスの圧力Ｐ２を脈動させているときに、凍結防止ヒータ８４０に電力を供給することにより、エゼクタ２４０よりも上流のアノードガスを加熱する。
　これにより、凍結防止ヒータ８４０を利用して、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを上昇させることができるので、新たにヒータを設けることなく、アノードガス圧力の脈動幅ΔＰを速やかに小さくすることができる。
　また本実施形態では、コントローラ４００は、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇが、エゼクタ２４０の循環性能を確保するために定められた循環温度になるまで、凍結防止ヒータ８４０を加熱する。これにより、燃料電池システム１０３が低温時に起動された場合において、エゼクタ２４０の吸引（ポンプ）性能を早期に回復させることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、本実施形態では、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを高くして脈動幅ΔＰを狭くして燃料電池スタック１１０の耐久性の低下を抑制する例について説明したが、エゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを高くして燃料電池スタック１１０を加湿するようにしてもよい。
　例えば、図１６又は図２１に示した燃料電池システム１０２又は１０５において、燃料電池スタック１１０の湿潤状態と相関のあるパラメータとして、燃料電池スタック１１０の内部抵抗や温度を検出する。そしてコントローラ４００は、そのパラメータが所定の湿潤閾値よりも低い場合には、ヒータ６４１又は、凍結防止ヒータ８４０を加熱する。湿潤閾値は、例えば、実験等によって定められる。
　このように、燃料電池スタック１１０が乾燥した状態のときにエゼクタ２４０の上流温度Ｔｇを上昇させることにより、エゼクタ２４０によって循環されるアノードオフガスの循環流量Ｑｓが増加するので、燃料電池スタック１１０の乾燥を抑制することができる。
　また、本実施形態では、第２圧力センサ４１２の検出信号を用いてアノードガスの圧力Ｐ２を脈動させる例について説明したが、計測カウンタで計測された経過時間に応じて、脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐと脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎとを切り替えるようにしてもよい。例えば、コントローラ４００は、実験等によって定められた切替時間が経過するたびに、アノードガス目標圧力Ｐｔを脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎから脈動上限圧力Ｐ２_ｕｐに切り替え、予め定められた昇圧時間が経過した後に脈動下限圧力Ｐ２_ｄｎに戻して計測カウンタをリセットする。
　また、アノード調圧弁２３０は、ＯＮ／ＯＦＦバルブでもよく、ソレノイドバルブであってもよい。
　また、本実施形態では、アノードガス供給通路２２０を加熱する例について説明したが、高圧タンク２１０を温めてもよい。
　なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

Claims (9)

  1. 　燃料電池にアノードガス及びカソードガスを供給すると共に前記燃料電池を負荷に応じて発電させる燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池にアノードガスを供給する供給通路と、
    　前記供給通路に設けられ、前記燃料電池に供給されるアノードガス圧力を調整する調圧弁と、
    　前記燃料電池からアノードガスを排出する排出通路と、
    　前記供給通路に設けられ、前記調圧弁から供給されるアノードガスによって、前記排出通路に排出されるアノードガスを吸引して当該アノードガスを前記燃料電池に循環させるエゼクタと、
    　前記調圧弁により前記アノードガス圧力を脈動させる脈動制御部と、を含み、
    　前記脈動制御部は、前記エゼクタよりも上流のアノードガスの温度に基づいて、前記アノードガス圧力の脈動幅を変更する、
    燃料電池システム。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    　前記エゼクタよりも上流の前記供給通路に設けられ、前記アノードガスの温度を検出する検出部をさらに含み、
    　前記脈動制御部は、前記検出部により検出される温度が高いときには、前記温度が低いときに比べて前記脈動幅を小さくする、
    燃料電池システム。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記調圧弁と前記エゼクタとの間の前記供給通路に設けられ、前記エゼクタよりも上流のアノードガスを温める熱交換器をさらに含む、
    燃料電池システム。
  4. 　請求項３に記載の燃料電池システムであって、
    　前記熱交換器は、前記燃料電池から排出される冷却水によって、前記上流のアノードガスの温度を上昇させる、
    燃料電池システム。
  5. 　請求項３に記載の燃料電池システムであって、
    　前記熱交換器は、前記負荷から排出される冷却水によって、前記上流のアノードガスの温度を上昇させる、
    燃料電池システム。
  6. 　請求項４又は請求項５に記載の燃料電池システムであって、
    　前記冷却水を排出する通路に設けられ遮断弁により、前記熱交換器に供給される前記冷却水の通水状態を制御する通水制御部と、
    　前記遮断弁よりも上流の冷却水の温度を検出する水温検出部と、を含み、
    　前記脈動制御部は、前記水温検出部により検出される冷却水の温度が、前記上流のアノードガスの温度よりも低い場合には、前記熱交換器への通水を停止する、
    燃料電池システム。
  7. 　請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記エゼクタに対して凍結を防止するために設けられたヒータを制御するヒータ制御部を含み、
    　前記ヒータ制御部は、前記アノードガスの圧力を脈動させているときに、前記ヒータを加熱することにより、前記エゼクタよりも上流のアノードガスを温める、
    燃料電池システム。
  8. 　請求項７に記載の燃料電池システムであって
    　前記制御部は、前記検出部により検出されるアノードガスの温度が、前記エゼクタでアノードガスを循環できる温度になるまで、前記ヒータを加熱する、
    燃料電池システム。
  9. 　燃料電池にアノードガスを供給する供給通路と、前記供給通路に設けられ、前記燃料電池に供給されるアノードガス圧力を調整する調圧弁と、前記燃料電池からアノードガスを排出する排出通路と、前記調圧弁から供給されるアノードガスによって、前記排出通路に排出されるアノードガスを吸引して当該アノードガスを前記燃料電池に循環させるエゼクタとを含む燃料電池システムの制御方法であって、
    　前記調圧弁により前記アノードガス圧力を脈動させるステップと、
    　前記エゼクタよりも上流のアノードガスの温度に基づいて、前記アノードガス圧力の脈動幅を変更するステップと、
    を含む燃料電池システム。
PCT/JP2014/062531 2014-05-09 2014-05-09 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 WO2015170416A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/062531 WO2015170416A1 (ja) 2014-05-09 2014-05-09 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP2016517791A JP6172386B2 (ja) 2014-05-09 2014-05-09 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/062531 WO2015170416A1 (ja) 2014-05-09 2014-05-09 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015170416A1 true WO2015170416A1 (ja) 2015-11-12

Family

ID=54392284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/062531 WO2015170416A1 (ja) 2014-05-09 2014-05-09 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6172386B2 (ja)
WO (1) WO2015170416A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087520A (ja) * 2018-11-15 2020-06-04 愛三工業株式会社 燃料供給装置
DE102019212087A1 (de) * 2019-08-13 2021-02-18 Audi Ag Verfahren zum Bestimmen eines in einen Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems eintretenden Brennstoffmassenstroms, Brennstoffzellensystem sowie Kraftfahrzeug
CN113629275A (zh) * 2021-07-30 2021-11-09 华中科技大学 一种质子交换膜燃料电池双引射器循环系统
DE102021116052A1 (de) 2020-06-26 2021-12-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzellensystem
CN114899456A (zh) * 2022-06-13 2022-08-12 南通理工学院 一种燃料电池用脉冲式引射器测试装置及方法
WO2024042743A1 (ja) * 2022-08-25 2024-02-29 三菱重工業株式会社 燃料電池システム

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7255455B2 (ja) * 2019-11-12 2023-04-11 豊田合成株式会社 エジェクタ用パイプモジュール

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003151588A (ja) * 2001-11-09 2003-05-23 Honda Motor Co Ltd 燃料循環式燃料電池システム
JP2009170295A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP2010123442A (ja) * 2008-11-20 2010-06-03 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2012160361A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
WO2012165073A1 (ja) * 2011-06-02 2012-12-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003151588A (ja) * 2001-11-09 2003-05-23 Honda Motor Co Ltd 燃料循環式燃料電池システム
JP2009170295A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP2010123442A (ja) * 2008-11-20 2010-06-03 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2012160361A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
WO2012165073A1 (ja) * 2011-06-02 2012-12-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087520A (ja) * 2018-11-15 2020-06-04 愛三工業株式会社 燃料供給装置
CN113056836A (zh) * 2018-11-15 2021-06-29 爱三工业株式会社 燃料供给装置
DE102019212087A1 (de) * 2019-08-13 2021-02-18 Audi Ag Verfahren zum Bestimmen eines in einen Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems eintretenden Brennstoffmassenstroms, Brennstoffzellensystem sowie Kraftfahrzeug
DE102021116052A1 (de) 2020-06-26 2021-12-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzellensystem
US11552314B2 (en) 2020-06-26 2023-01-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
CN113629275A (zh) * 2021-07-30 2021-11-09 华中科技大学 一种质子交换膜燃料电池双引射器循环系统
CN114899456A (zh) * 2022-06-13 2022-08-12 南通理工学院 一种燃料电池用脉冲式引射器测试装置及方法
CN114899456B (zh) * 2022-06-13 2023-04-28 南通理工学院 一种燃料电池用脉冲式引射器测试装置及方法
WO2024042743A1 (ja) * 2022-08-25 2024-02-29 三菱重工業株式会社 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP6172386B2 (ja) 2017-08-02
JPWO2015170416A1 (ja) 2017-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6172386B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP6187682B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
US20140134508A1 (en) Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
US9806357B2 (en) Fuel cell system
JP6149475B2 (ja) 燃料電池システム
JP6083472B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
US20130323619A1 (en) Fuel cell system
JP5804181B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP6079227B2 (ja) 燃料電池システム
JP6155870B2 (ja) 燃料電池システム
JP5773084B2 (ja) 燃料電池システム
US10164275B2 (en) Fuel cell system
JP6094214B2 (ja) 燃料電池システム
JP6028347B2 (ja) 燃料電池システム
JP7006158B2 (ja) 燃料電池システム
JP2021131961A (ja) 燃料電池システム
JP2020136008A (ja) 燃料電池システム
JP2020080274A (ja) 燃料電池システム
JP7059884B2 (ja) 燃料電池システム
JP2014082082A (ja) 燃料電池システム
WO2014192649A1 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14891162

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016517791

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14891162

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1