JP2006339103A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収めてフラッディングの発生を抑制すると共に燃料電池スタックの耐熱要求を満たし得る燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池スタック６の酸化剤極出口配管に近接して冷却液入口配管を配置して、燃料電池スタック６の酸化剤極出口付近を冷却液で冷却可能な構造とし、酸化剤ガス温度予測手段により、コンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度および燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測し、該２つの予測値並びに加湿器５の冷却性能に基づき燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測し、冷却液流量制御手段により、予測した酸化剤極入口の酸化剤ガス温度に応じて冷却機構による冷却液流量を増減させて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池システムに係り、特に、酸化剤ガスを加湿する加湿手段を備えた燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収めてフラッディングの発生を抑制すると共に燃料電池スタックの耐熱要求を満たし得る燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスとして水素を供給し、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等として実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。

燃料電池システムに用いられる燃料電池としては。例えば自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池が知られている。固体高分子タイプの燃料電池は、燃料極と酸化剤極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池では、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、燃料極で水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、酸化剤極で空気中の酸素と水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。

このように、固体高分子膜は飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能すると共に、水素と酸素とを分離する機能も有するが、固体高分子膜の含水量が不足すると、イオン抵抗が高くなり、水素と酸素とが混合して燃料電池としての発電ができなくなってしまう。したがって、固体高分子電解質型の燃料電池システムでは、外部から水分を供給して積極的に固体高分子膜を加湿する必要があり、例えば燃料電池スタックに供給される酸化ガスを加湿する等、何らかの加湿手段が設けられている。

ただし、運転条件等によっては、加湿された酸化ガスに含まれる水分の一部が凝縮して水滴となったり、更には空気極において生ずる生成水が残留して液滴となり、これらが電極表面に付着して、燃料電池スタック内での水溢れ（いわゆるフラッディング）を引き起こす場合がある。フラッディングは、電極表面に付着した水滴によって電極へのガスの拡散が阻害される現象であり、電圧低下や出力低下の原因となる。

このような問題を解決するものとして、酸化剤ガスに対する加湿量を制御する技術が種々提案されている。なかでも特開２００３−２２３９０９号公報に開示の「燃料電池システム」では、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードを設けた単セルをセパレータを介して複数積層した燃料電池スタックと、燃料電池スタックに設けられた冷却流路に冷却液を供給する冷却液ポンプと、燃料電池スタックのアノードに水素ガスを供給する水素供給装置と、燃料電池スタックのカソードに酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサと、前記カソードから排出された酸化剤オフガスから水分を回収して酸化剤ガス供給側に循環する加湿器とを備えた構成とし、冷却流路に供給する冷媒の流量を制御して酸化剤オフガス中の水分量を変化させることにより、燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの水分量を制御している。つまり、この従来例では、バイパス流路や燃料電池スタック前の熱交換機などの特別な機器類を設けること無しに、酸化剤ガスを最適な加湿量に制御することを可能としている。
特開２００３−２２３９０９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術においては、燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を下げられない構成になっていたため、温度を上げるオペレーションをすると、燃料電池スタックの耐熱を超える高温の酸化剤ガスを供給してしまう問題点があった。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、酸化剤ガスを加湿する加湿手段を備えた燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収めてフラッディングの発生を抑制すると共に燃料電池スタックの耐熱要求を満たし得る燃料電池システムを提供することを目的としている。

上記目的を解決するため、本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの燃料極に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記酸化剤ガス供給手段が供給する酸化剤ガスを加湿して前記燃料電池スタックの酸化剤極に供給する加湿手段と、冷却液を冷却する冷却手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤極出口配管に近接配置した冷却液入口配管を備え、前記燃料電池スタックに該冷却液を循環供給する冷却液供給手段と、前記酸化剤ガス供給手段の出口の酸化剤ガス温度および前記燃料電池スタックの酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測し、該２つの予測値並びに前記加湿手段の冷却性能に基づき前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測する酸化剤ガス温度予測手段と、前記酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度に応じて、前記冷却液供給手段による冷却液流量を増減させて、前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御する冷却液流量制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池スタックの酸化剤極出口配管に近接して冷却液入口配管を配置して、燃料電池スタックの酸化剤極出口付近を冷却液で冷却可能な構造とすることにより、燃料電池スタックの酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を冷却液温度で制御することができる。例えば、酸化剤ガス温度が燃料電池スタックの耐熱要求に基づく酸化剤ガス温度より高いときには冷却液流量を減らすことによって酸化剤ガス温度を下げ、また、酸化剤ガス温度がフラッディング対応要求酸化剤ガス温度より低いときは冷却液流量を増すことによって酸化剤ガス温度を上げるなどして、冷却液流量の増減により燃料電池スタックの供給酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御可能となる。結果として、酸化剤ガスを加湿する加湿手段を備えた燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収めてフラッディングの発生を抑制すると共に燃料電池スタックの耐熱要求を満たすことができる。

以下、本発明の燃料電池システムの実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成図である。本実施例の燃料電池システムは、例えば燃料電池車両の駆動動力源として用いられるものであり、図１に示すように、燃料ガス（水素）および酸化剤ガス（空気）の供給により発電を行う燃料電池スタック６を備える。

また、燃料ガス供給系として燃料ガス供給装置（燃料ガス供給手段）１１を備え、酸化剤ガス供給系としてコンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３および加湿器（加湿手段）５を備え、冷却機構（冷却液供給手段）として冷却液ポンプ９およびラジエタ（冷却手段）１０を備えている。なお、コンプレッサ３の入口側には圧力センサ１および温度センサ２が付設されている。また、燃料ガス供給系、酸化剤ガス供給系および加湿手段、並びに冷却機構の各種センサや他の各種センサ（図示せず）からの検知信号に基づき燃料ガス供給系、酸化剤ガス供給系、加湿手段および冷却機構の各構成要素の制御を行う制御装置１２を備えて構成されている。

燃料電池スタック６は、燃料ガスである水素が供給される燃料極（アノード）と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極（カソード）とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有しており、水素と空気中の酸素とを基にした電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。この燃料電池スタック６の各発電セルでは、燃料極に供給された水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極にそれぞれ移動する。酸化剤極では、供給された空気中の酸素と電解質を通って移動した水素イオンおよび電子が反応して水が生成され、外部に排出される。

燃料電池スタック６の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。

燃料電池スタック１で発電を行うには、燃料ガスである水素や酸化剤ガスである空気を各発電セルの燃料極（アノード）や酸化剤極（カソード）に供給する必要があり、燃料電池システムでは、そのための機構として燃料ガス供給系および酸化剤ガス供給系が設けられている。

燃料ガス供給系では、例えば、水素供給源である水素タンクから供給される水素が、圧力制御弁で減圧され、水素供給流路およびエゼクタを通って燃料電池スタック６の燃料極に送り込まれるようになっている。燃料電池スタック６の燃料極圧力は圧力センサによって検出され、制御装置１２が圧力センサの検出値をフィードバックして圧力制御弁の動作を制御することで、燃料電池スタック６の燃料極圧力が所望の圧力に保たれる。

燃料電池スタック６では、供給された水素が全て消費されるわけではなく、残った水素（燃料電池スタック６の燃料極から排出される水素）は、新たに水素タンクから供給されて水素供給流路を流れる水素とエゼクタにて混合されて、再度燃料電池スタック６の燃料極に供給される。このため、燃料電池スタック６の燃料極出口側には水素循環流路が接続されており、燃料電池スタック６の燃料極から排出される水素が水素循環流路を通ってエゼクタに環流されるようになっている。エゼクタは、水素供給流路を流れる水素の流体エネルギを利用して、水素循環流路を流れる水素を循環させる。

一方、酸化剤ガス供給系は、外気を吸入して燃料電池スタック６の酸化剤極に酸化剤ガス（空気）を圧送するためのコンプレッサ３を備え、該コンプレッサ３によって供給流路内に空気が送り込まれて、燃料電池スタック６の酸化剤極へと供給されるようになっている。また、燃料電池スタック６の酸化剤極出口側には、当該燃料電池スタック６から空気を排出するための排気流路が接続されており、燃料電池スタック６で消費されなかった酸素および空気中の他の成分は、排気流路を通して系外に排出されるようになっている。また、排気流路には圧力制御弁が設けられており、燃料電池スタック６の酸化剤極圧力は圧力センサによって検出され、制御装置１２が圧力センサの検出値をフィードバックして圧力制御弁の動作を制御することで、燃料電池スタック６の酸化剤極圧力が所望の圧力に保たれる。

また、酸化剤ガス供給系には、燃料電池スタック６の酸化剤極に供給する酸化剤ガスを加湿するための加湿器５が設けられている。この加湿器５では、例えば制御装置１２によって動作制御されるポンプにより水タンクに収容された水を、循環流路を介して例えば膜加湿器に圧送し、ポンプにより圧送された水で燃料電池スタック６の酸化剤極に供給される酸化剤ガスを加湿している。燃料電池スタック６の酸化剤極に供給される酸化剤ガスの加湿状態は、例えば、酸化剤極入口側に設けられた温湿度センサによって検出されて制御装置１２に送られ、制御装置１２は、酸化剤極への空気供給によって燃料電池スタック６の運転に必要な加湿量が得られるように、温湿度センサの検出値に基づいてポンプの動作を制御する。

また、燃料電池スタック６を冷却する冷却機構が設けられている。例えば、固体高分子電解質型の燃料電池スタック６は、適正な作動温度が８０℃程度と比較的低く、過熱時にはこれを冷却することが必要となる。冷却機構は、冷媒を循環させる冷却液循環流路および冷却液ポンプを有し、例えば水にエチレングリコール等の凍結防止剤を混入した冷却液を循環させて燃料電池スタック６を冷却し、これを最適な温度に維持する。冷却機構の冷却液循環流路中には、ラジエタ１０が設けられている。ラジエタ１０は、制御装置１２によって動作制御される図示しないラジエータファンにより、ラジエタ出口温度が所望の温度になるように冷却液を温度調整する。

なお、本実施例では、燃料電池スタック６の酸化剤極出口配管７に近接して冷却液入口配管８が配置された構造となっており、冷却液入口配管８を流れる冷却液は、酸化剤極出口の酸化剤ガスと対向して流れ、ラジエタ１０を通過した後の冷却液により燃料電池スタック６に流入する前に熱交換が行われる。このような燃料電池スタック６の酸化剤極出口付近を冷却液で冷却可能な構造とすることにより、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を冷却液温度で制御することができる。

さらに、制御装置１２は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成されており、各種センサの検出値を読み込んで、その検出値に対する判断、演算結果により、各種制御信号を出力して、燃料電池システムの各部における動作を制御する。

また、制御装置１２は、その構成要素として、特許請求の範囲にいう酸化剤ガス温度予測手段、冷却液流量制御手段および温度範囲設定手段を備えている。これらはＣＰＵ上で実行されるプログラムの機能的なまとまりを表したものであり、酸化剤ガス温度予測手段は、コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３の出口の酸化剤ガス温度および燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測し、該２つの予測値並びに加湿器５の冷却性能に基づき燃料電池スタック６の酸化剤極入口配管１３における酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測する。

また、冷却液流量制御手段は、酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤極入口の酸化剤ガス温度に応じて、冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を増減させて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御する。

さらに、温度範囲設定手段は、燃料電池スタック６の出力に基づき該燃料電池スタック６の所定温度範囲を設定するが、燃料電池スタック６の耐熱要求に基づく酸化剤ガス温度を第１所定温度とし、フラッディングが発生し得る酸化剤ガス温度を第２所定温度として設定する。

この場合、冷却液流量制御手段では、酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度が燃料電池スタックの所定温度範囲から外れたときに、冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を増減させて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が該所定温度範囲内に入るように制御する。すなわち、酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度が第１所定温度を上回るときは冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を減らし、該酸化剤ガス温度が第２所定温度を下回るときは冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を増やす。

次に、以上のように構成される本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、概略を説明する。酸化剤ガスはコンプレッサ３で昇圧され、コンプレッサ３からは高温化した酸化剤ガス４が供給される。加湿器５においては、燃料電池スタック６の酸化剤極出口から出る高湿度の酸化剤ガスから水回収と熱交換が行われ、高温化した酸化剤ガス４が冷却される。また、燃料電池スタック６の運転において所定温度範囲に収められた酸化剤ガスが、燃料電池スタック６の酸化剤極入口に供給され、燃料電池スタック６内で発電が行われる。発電を終えた酸化剤ガスは、燃料電池スタック６の酸化剤極出口に隣接して設置されている燃料電池スタック冷却液入口配管８を流通する冷却液によって冷却され、加湿器５へ入り、水蒸気を燃料電池スタック６に供給されるべき酸化剤ガスへ渡し、熱交換を行う。一方、燃料ガスは、燃料供給装置１１から供給され、燃料電池スタック６に入り、その後、再度燃料電池スタック６へ循環される。また、冷却機構では、冷却液が燃料電池冷却液ポンプ９により循環され、燃料電池スタック６を通過して熱を得た冷却液はラジエタ１０を通過することで放熱を行い、再度、冷却液ポンプ９により循環される。

次に、本実施例の燃料電池システムにおいて行われる酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作について、図２のフローチャートを参照して詳しく説明する。

まず、酸化剤ガス温度予測手段により、コンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度を予測し（ステップＳ１０１）、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測する（ステップＳ１０２）。なお、コンプレッサ３出口における酸化剤ガス温度の予測は、コンプレッサ３の入口側の圧力センサ１および温度センサ２により検出される圧力および温度データ、並びに、コンプレッサ３に対する制御指示に基づき予測することができ、また、燃料電池スタック６の酸化剤極出口における酸化剤ガス温度は、燃料電池スタック６の出力等に基づき予測することができる。これら予測技術は、公知のものを用いればよい。

次に、酸化剤ガス温度予測手段により、ステップＳ１０１で予測したコンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度、ステップＳ１０２で予測した燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度に基づき、また加湿器５の冷却性能に照らし合わせて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測する（ステップＳ１０３）。

そして、温度範囲設定手段により、燃料電池スタック６の出力に基づいて該燃料電池スタック６の所定温度範囲を予測設定する（ステップＳ１０４）。具体的には、燃料電池スタック６の耐熱要求に基づく酸化剤ガス温度を第１所定温度とし、フラッディングが発生し得る酸化剤ガス温度を第２所定温度として設定する。

次に、冷却液流量制御手段において、ステップＳ１０３で酸化剤ガス温度予測手段によって予測した燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度がステップＳ１０４で温度範囲設定手段によって設定した所定温度範囲内に収まっているか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０５の判断で、予測した酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に収まっているときには処理を終了し、予測した酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲から外れたときには、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、冷却機構による冷却液流量を増減させて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が該所定温度範囲内に入るように制御する。すなわち、酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度が第１所定温度（燃料電池スタック耐熱温度）を上回るときは、冷却ポンプ９に対して冷却液流量を抑える指示を出して冷却機構による冷却液流量を減らし、該酸化剤ガス温度が第２所定温度（フラッディングを起こし得る温度）を下回るときは、冷却ポンプ９に対して冷却液流量を増加させる指示を出して冷却機構による冷却液流量を増やす。

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック６の酸化剤極出口配管７に近接して冷却液入口配管８を配置して、燃料電池スタック６の酸化剤極出口付近を冷却液で冷却可能な構造としたので、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を冷却液温度で制御することができる。

また、本実施例の燃料電池システムでは、酸化剤ガス温度予測手段により、コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３の出口の酸化剤ガス温度および燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測し、該２つの予測値並びに加湿器５の冷却性能に基づき燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測し、冷却液流量制御手段により、予測した酸化剤極入口の酸化剤ガス温度に応じて、冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を増減させて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御する。

さらに、温度範囲設定手段により、燃料電池スタック６の出力に基づき該燃料電池スタック６の所定温度範囲を設定（具体的には、燃料電池スタック６の耐熱要求に基づく酸化剤ガス温度を第１所定温度とし、フラッディングが発生し得る酸化剤ガス温度を第２所定温度として設定）し、冷却液流量制御手段により、酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度が燃料電池スタックの所定温度範囲から外れたときに、冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を増減させて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が該所定温度範囲内に入るように制御する。

すなわち、酸化剤ガス温度が燃料電池スタックの耐熱要求に基づく酸化剤ガス温度より高いときには、冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を減らすことによって酸化剤ガス温度を下げ、また、酸化剤ガス温度がフラッディング対応要求酸化剤ガス温度より低いときは、冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を増すことによって酸化剤ガス温度を上げ、冷却液流量の増減により燃料電池スタックの供給酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御することができる。その結果として、酸化剤ガスを加湿する加湿手段を備えた燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収めてフラッディングの発生を抑制すると共に燃料電池スタックの耐熱要求を満たすことができる。

次に、図３は本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成図である。

本実施例の燃料電池システムは、実施例１の構成（図１）に対して、コンプレッサ３から供給される酸化剤ガス４を冷却する熱交換器１４と、熱交換機１４から供給される酸化剤ガスの温度を測定する温度センサ（第１温度測定手段）１５と、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を測定する温度センサ（第２温度測定手段）１６と、燃料電池スタック６の冷却液入口付近の冷却液温度を測定する温度センサ（第３温度測定手段）１７と、を付加した構成である。

その他の構成要素は、実施例１（図１）と同等であるが、制御装置１２ｂの酸化剤ガス温度予測手段において、温度センサ（第１温度測定手段）１５により測定したコンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３の出口側の酸化剤ガス温度、温度センサ（第２温度測定手段）１６により測定した燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測する点が実施例１とは異なる。なお、本実施例の制御装置１２においては、温度センサ（第３温度測定手段）１７の測定結果を利用した制御を行っておらず、温度センサ１７を付設しない構成としても良い。

本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、概略を説明する。酸化剤ガスはコンプレッサ３で昇圧され、コンプレッサ３からは高温化した酸化剤ガス４が供給される。高温化した酸化剤ガス４は熱交換器１４で冷却され、その酸化剤ガス温度が温度センサ１５で測定され制御装置１２ｂに送られる。加湿器５においては、燃料電池スタック６の酸化剤極出口から出る高湿度の酸化剤ガスから水回収と熱交換が行われ、高温化した酸化剤ガス４が冷却される。また、燃料電池スタック６の運転において所定温度範囲に収められた酸化剤ガスが、燃料電池スタック６の酸化剤極入口に供給され、燃料電池スタック６内で発電が行われる。発電を終えた酸化剤ガスは、燃料電池スタック６の酸化剤極出口に隣接して設置されている燃料電池スタック冷却液入口配管の冷却液によって冷却され、そのときの酸化剤ガス温度が温度センサ１６で測定され制御装置１２ｂに送られる。また冷却された酸化剤ガスは加湿器５へ入り、水蒸気を燃料電池スタック６に供給されるべき酸化剤ガスへ渡し、熱交換を行う。一方、燃料ガスは、燃料供給装置１１から供給され、燃料電池スタック６に入り、その後、再度燃料電池スタック６へ循環される。また、冷却機構では、冷却液が燃料電池冷却液ポンプ９により循環され、燃料電池スタック６の冷却液入口付近の冷却液温度が温度センサ１７で測定され制御装置１２ｂに送られる。また、燃料電池スタック６を通過して熱を得た冷却液はラジエタ１０を通過することで放熱を行い、再度、冷却液ポンプ９により循環される。

次に、本実施例の燃料電池システムにおいて行われる酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作について、図２のフローチャートを参照し説明する。

まず、酸化剤ガス温度予測手段において、温度センサ１５により測定したコンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度データを取り込み（ステップＳ１０１）、温度センサ１６により測定した燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度データを取り込む（ステップＳ１０２）。

次に、酸化剤ガス温度予測手段により、ステップＳ１０１で取得したコンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度、並びに、ステップＳ１０２で取得した燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度に基づき、また加湿器５の冷却性能に照らし合わせて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測する（ステップＳ１０３）。

さらに、以下のステップＳ１０４からステップＳ１０６までの処理は実施例１と同等であるので説明を省略する。

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、酸化剤ガス温度予測手段において、コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３の出口の酸化剤ガス温度の測定データおよび燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度の測定データ、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測し、冷却液流量制御手段により、予測した酸化剤極入口の酸化剤ガス温度に応じて、冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を増減させて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御する。これにより、実施例１と同等の効果を奏することができる。

なお、本実施例の燃料電池システムは、コンプレッサ３の下流に熱交換器１４を持つ構成であるが、燃料電池スタック６の酸化剤極出口配管７に近接して冷却液入口配管８を配置して、燃料電池スタック６の酸化剤極出口付近を冷却液で冷却可能な構造として、加湿器冷却性能を向上させているので、熱交換器１４に求められる性能は従来よりも低いもので良く、従来よりも小さい熱交換器１４によって省スペース化できる。

次に、本発明の実施例３に係る燃料電池システムについて説明する。実施例３の燃料電池システムの構成は、実施例２の構成（図３）とほぼ同等であり、燃料電池スタック６の冷却液入口付近の冷却液温度を測定する温度センサ（第３温度測定手段）１７を必要とするが、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を測定する温度センサ１６が不要である点が実施例２の構成とは異なる。

また、制御装置１２ｂでは、燃料電池スタック６の出力および冷却液流量に対する冷却液温度と燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度との温度差マップ（５１）をテーブルとしてＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ内に備えており、酸化剤ガス温度予測手段において、温度センサ（第３温度測定手段）１７の測定値に基づき該温度差マップを参照して燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測する点も実施例２とは異なる。

その他の構成要素については、実施例１（図１）および実施例２（図３）と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。

次に、本実施例の燃料電池システムにおいて行われる酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作について、図４のフローチャートを参照し説明する。

まず、酸化剤ガス温度予測手段において、実施例１と同様にコンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度を予測するか、或いは、実施例２と同様に温度センサ１５により測定したコンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度データを取り込む（ステップＳ２０１）。

次に、酸化剤ガス温度予測手段において、温度センサ１７により測定した燃料電池スタック６の冷却液入口の冷却液温度データを取り込み、燃料電池スタック６の出力および冷却液流量に対する冷却液温度と燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度との温度差マップ５１を参照して、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測する（ステップＳ２０２）。

次に、酸化剤ガス温度予測手段により、ステップＳ２０１で予測または取得したコンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度、並びに、ステップＳ２０２で予測した燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度に基づき、また加湿器５の冷却性能に照らし合わせて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測する（ステップＳ２０３）。

さらに、以下のステップＳ２０４からステップＳ２０６までの処理は、実施例１（図２）にけるステップＳ１０４からステップＳ１０６までの処理と同等であるので説明を省略する。

ここで、燃料電池システムにおける各種パラメータの関係について図５、図６および図７を参照して説明しておく。

図５（ａ）は、加湿器５の熱交換性能について説明するものである。スイープガス温度Ａ１の温度変化に対して、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度Ｂ１はほぼ一定に保たれ、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度Ｃ１は、冷却機構および本発明の燃料電池スタック６の酸化剤極出口付近を冷却液で冷却可能な構造により冷却されている様子を示している。

また、図５（ｂ）は、燃料電池スタック６の出力を一定としたときに、冷却液流量の変化に対して各温度パラメータがどのように変化するかを示したものである。燃料電池スタック６の出力Ｄ２が一定のとき、冷却液流量Ｆ２の減少により、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度Ｃ２および燃料電池スタック６の冷却液入口付近の冷却液温度Ｇ２は減少傾向にあり、燃料電池スタック６の冷却液出口付近の冷却液温度Ｅ２は増加傾向にあることを示している。また、冷却液流量Ｆ２を増加させた場合は、それぞれその逆である。

また、図６は、燃料電池スタック６の出力を上昇させたときの各温度パラメータの変化を説明するものである。燃料電池スタック６の出力Ｄ３を上昇させると、それに伴う制御によって冷却液流量Ｆ３も増加されるが、この時、コンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度（スイープガス温度Ａ３）、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度Ｂ３、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度Ｃ３も、それぞれ増加傾向にある。

また、図７（ａ）は、外気圧力の変化に対する各温度パラメータの変化を説明するものである。外気圧力が低下するとき、コンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度（スイープガス温度Ａ４）は上昇するが、冷却液流量Ｆ４を減少させることにより、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度Ｃ４が減少し、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度Ｂ４はほぼ一定に保たれる様子を示している。

またさらに、図７（ｂ）は、外気温度の変化に対する各温度パラメータの変化を説明するものである。外気温度Ｈ５が上昇するとき、コンプレッサ３の出口の酸化剤ガス温度（スイープガス温度Ａ５）は上昇するが、冷却液流量Ｆ５を減少させることにより、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度Ｃ５が減少し、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度Ｂ５はほぼ一定に保たれる様子を示している。

このような燃料電池システムにおける各種パラメータの特性を元に、予めシミュレーション実験等により、当該燃料電池システムの燃料電池スタック６の出力および冷却液流量に対する冷却液温度と燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度との温度差マップ５１を構成することができる。

なお、後述する実施例４における第１温度マップ５２、実施例５における第２度マップ５３および変形例における第３温度マップについても同様である。

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、酸化剤ガス温度予測手段において、温度センサ（第３温度測定手段）１７の測定値に基づき、燃料電池スタック６の出力および冷却液流量に対する冷却液温度と燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度との温度差マップ５１を参照して燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測し、コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３の出口の酸化剤ガス温度の予測または測定データおよび燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度の予測データ、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測し、冷却液流量制御手段により、予測した酸化剤極入口の酸化剤ガス温度に応じて、冷却機構（冷却液供給手段）による冷却液流量を増減させて、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御する。これにより、実施例１と同等の効果を奏することができる。

また、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度よりも、温度変化をより早く検知できる冷却液温度を測定し、予め用意してあった燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度と冷却液温度に対する冷却液流量のマップ５１を参照して燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を求めることで、より早く冷却液流量の増減を行うことができる。

次に、本発明の実施例４に係る燃料電池システムについて説明する。実施例４の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）とほぼ同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。

ただし、制御装置１２では、コンプレッサ（酸化剤供給手段）３の圧力比と冷却液流量に対する燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第１温度マップ５２をテーブルとしてＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ内に備えており、圧力比測定手段において、コンプレッサ３入口側の圧力センサ１の測定結果に基づきコンプレッサ３の圧力比を求め、圧力比範囲設定手段において、温度範囲設定手段により設定された所定温度範囲、外気温度、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度（予測値または測定値）、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき、コンプレッサ３の所定圧力比範囲を求め、冷却液流量制御手段において、圧力比測定手段による測定値が所定圧力比範囲から外れたときに、第１温度マップ５２を参照して、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲に入るように燃料電池スタック６の冷却液流量を調整する点が実施例１とは異なる。

次に、本実施例の燃料電池システムにおいて行われる酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作について、図８のフローチャートを参照し説明する。

まず、酸化剤ガス温度予測手段により、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測する（ステップＳ３０２）。なお、実施例２のように、温度センサ１６により測定した燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度データを取り込んでも良く、その場合、燃料電池システムの構成は、実施例２の構成（図３）と同様に、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を測定する温度センサ（第２温度測定手段）１６を備えた構成となる。

次に、温度範囲設定手段により、燃料電池スタック６の出力に基づいて該燃料電池スタック６の所定温度範囲を予測設定する（ステップＳ３０３）。具体的設定については実施例１と同様である。

次に、圧力比範囲設定手段により、ステップＳ３０３で温度範囲設定手段により設定された所定温度範囲、外気温度、ステップＳ３０２で求められた燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度（予測値または測定値）、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき、コンプレッサ３の所定圧力比範囲を求める（ステップＳ３０４）。

そして、冷却液流量制御手段では、コンプレッサ３入口側の圧力センサ１の測定結果に基づき圧力比測定手段により求めたコンプレッサ３の圧力比が、ステップＳ３０４で求めたコンプレッサ３の所定圧力比範囲内に収まっているか否かを判断する（ステップＳ３０５）。

ステップＳ３０５の判断で、実測圧力比が所定圧力比範囲内に収まっているときには処理を終了し、実測圧力比が所定圧力比範囲から外れたときには、ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、コンプレッサ３の圧力比と冷却液流量に対する燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第１温度マップ５２を参照して、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲に入るように燃料電池スタック６の冷却液流量を調整する。

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、圧力比測定手段において、コンプレッサ（酸化剤供給手段）３入口側の圧力センサ１の測定結果に基づきコンプレッサ３の圧力比を求め、圧力比範囲設定手段において、温度範囲設定手段により設定された所定温度範囲、外気温度、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度（予測値または測定値）、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき、コンプレッサ３の所定圧力比範囲を求め、冷却液流量制御手段において、圧力比測定手段による測定値が所定圧力比範囲から外れたときに、コンプレッサ３の圧力比と冷却液流量に対する燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第１温度マップ５２を参照して、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲に入るように燃料電池スタック６の冷却液流量を調整するので、実施例１と同様に、酸化剤ガスを加湿する加湿手段を備えた燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収めてフラッディングの発生を抑制すると共に燃料電池スタックの耐熱要求を満たすことができる。

また、予めコンプレッサ３の圧力比と燃料電池スタック６の冷却液流量に対する供給酸化剤ガス温度のマップ５２を持つので、実施例２のようにコンプレッサ６の出口の酸化剤ガス温度を測定することなしに燃料電池スタック６の冷却液流量を制御できる。さらに、実施例２および実施例３のように温度センサからの応答を待つ必要がないので、より早く所定温度範囲内に収めた酸化剤ガスを燃料電池スタックに供給することができる。

次に、本発明の実施例５に係る燃料電池システムについて説明する。実施例５の燃料電池システムの構成は、実施例１の構成（図１）とほぼ同等であり、コンプレッサ（酸化剤供給手段）３の入口圧を測定する入口圧測定手段として圧力センサ１を備える。なお、その他の各構成要素については具体的説明を省略する。

ただし、制御装置１２では、コンプレッサ（酸化剤供給手段）３の入口圧と冷却液流量に対する燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第２温度マップ５３をテーブルとしてＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ内に備えており、入口圧範囲設定手段において、温度範囲設定手段により設定された所定温度範囲、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度（予測値または測定値）、燃料電池スタック６の出力、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき、コンプレッサ３の所定入口圧範囲を求め、冷却液流量制御手段において、圧力センサ（入口圧測定手段）１による測定値が所定入口圧範囲から外れたときに、第２温度マップ５３を参照して、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲に入るように燃料電池スタック６の冷却液流量を調整する点が実施例１とは異なる。

次に、本実施例の燃料電池システムにおいて行われる酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作について、図９のフローチャートを参照し説明する。

まず、酸化剤ガス温度予測手段により、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測する（ステップＳ４０２）。なお、実施例２のように、温度センサ１６により測定した燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度データを取り込んでも良く、その場合、燃料電池システムの構成は、実施例２の構成（図３）と同様に、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を測定する温度センサ（第２温度測定手段）１６を備えた構成となる。

次に、温度範囲設定手段により、燃料電池スタック６の出力に基づいて該燃料電池スタック６の所定温度範囲を予測設定する（ステップＳ４０３）。具体的設定については実施例１と同様である。

次に、入口圧範囲設定手段により、ステップＳ４０３で温度範囲設定手段により設定された所定温度範囲、ステップＳ４０２で求められた燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度（予測値または測定値）、燃料電池スタック６の出力、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき、コンプレッサ３の所定入口圧範囲を求める（ステップＳ４０４）。

そして、冷却液流量制御手段では、コンプレッサ３入口側の圧力センサ１の測定結果が、ステップＳ４０４で求めたコンプレッサ３の所定入口圧範囲内に収まっているか否かを判断する（ステップＳ４０５）。

ステップＳ４０５の判断で、実測入口圧が所定入口圧範囲内に収まっているときには処理を終了し、実測入口圧が所定入口圧範囲から外れたときには、ステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６では、コンプレッサ３の入口圧と冷却液流量に対する燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第２温度マップ５３を参照して、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲に入るように燃料電池スタック６の冷却液流量を調整する。

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、入口圧範囲設定手段において、温度範囲設定手段により所定温度範囲、燃料電池スタック６の酸化剤極出口の酸化剤ガス温度（予測値または測定値）、燃料電池スタック６の出力、並びに、加湿器５の冷却性能に基づき、コンプレッサ３の所定入口圧範囲を求め、冷却液流量制御手段において、圧力センサ（入口圧測定手段）１による測定値が所定入口圧範囲から外れたときに、コンプレッサ３の入口圧と冷却液流量に対する燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第２温度マップ５３を参照して、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲に入るように燃料電池スタック６の冷却液流量を調整するので、実施例１と同様に、酸化剤ガスを加湿する加湿手段を備えた燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収めてフラッディングの発生を抑制すると共に燃料電池スタックの耐熱要求を満たすことができる。

また、予めコンプレッサ３の入口圧と燃料電池スタック６の冷却液流量に対する供給酸化剤ガス温度のマップ５３を持つので、実施例２のようにコンプレッサ６の出口の酸化剤ガス温度を測定することなしに燃料電池スタック６の冷却液流量を制御できる。さらに、実施例２および実施例３のように温度センサからの応答を待つ必要がないので、より早く所定温度範囲内に収めた酸化剤ガスを燃料電池スタックに供給することができる。

変形例

次に、本発明の実施例１〜実施例３に係る燃料電池システムの変形例について説明する。

本実施例の制御装置１２では、燃料電池スタック６の出力と冷却液流量に対する燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第３温度マップをテーブルとしてＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ内に備えており、スタック出力制御手段において、酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度が燃料電池スタック６の所定温度範囲から外れたときに、該第３温度マップを参照して、燃料電池スタック６の酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲に入るように燃料電池スタックの出力を制御するものである。

このように、予め燃料電池スタック６の出力と冷却液流量に対する酸化剤ガスの第３温度マップを持ち、燃料電池スタック６出口の冷却液温度が、燃料電池スタック６の運転における所定温度を超えた場合は、第３温度マップを基に燃料電池スタック６の出力を制御するので、所定温度範囲外の燃料電池スタック冷却液が燃料電池スタック内に流入することを防ぐことができる。

本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成図である。 実施例１の酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成図である。 実施例３の酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作を説明するフローチャートである。 図５（ａ）は加湿器５の熱交換性能を、図５（ｂ）は冷却液流量の変化に対する各温度パラメータの変化をそれぞれ説明する説明図である。 燃料電池スタック出力を上昇させたときの各温度パラメータの変化を説明する説明図である。 図７（ａ）は外気圧力の変化に対する各温度パラメータの変化を、図７（ｂ）は外気温度の変化に対する各温度パラメータの変化を、それぞれ説明する説明図である。 実施例４の酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作を説明するフローチャートである。 実施例５の酸化剤ガス温度を所定温度範囲内に収める制御動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 圧力センサ
２ 温度センサ
３ コンプレッサ
４ コンプレッサ出口酸化剤ガス
５ 加湿器（加湿手段）
６ 燃料電池スタック
７ 酸化剤極出口配管
８ 冷却液入口配管
９ 冷却液ポンプ（冷却液供給手段）
１０ ラジエタ（冷却手段）
１１ 燃料ガス供給装置（燃料ガス供給手段）
１２ 制御装置
１３ 酸化剤極入口配管
１４ 熱交換器
１５ 温度センサ（第１温度測定手段）
１６ 温度センサ（第２温度測定手段）
１７ 温度センサ（第３温度測定手段）

Claims (9)

1. 燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックの燃料極に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
   前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
   前記酸化剤ガス供給手段が供給する酸化剤ガスを加湿して前記燃料電池スタックの酸化剤極に供給する加湿手段と、
   冷却液を冷却する冷却手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤極出口配管に近接配置した冷却液入口配管を備え、前記燃料電池スタックに該冷却液を循環供給する冷却液供給手段と、
   前記酸化剤ガス供給手段の出口の酸化剤ガス温度および前記燃料電池スタックの酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測し、該２つの予測値並びに前記加湿手段の冷却性能に基づき前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測する酸化剤ガス温度予測手段と、
   前記酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度に応じて、前記冷却液供給手段による冷却液流量を増減させて、前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御する冷却液流量制御手段と、
   を有することを特徴とする燃料電池システム。
2. 燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックの燃料極に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
   前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
   前記酸化剤ガス供給手段が供給する酸化剤ガスを加湿して前記燃料電池スタックの酸化剤極に供給する加湿手段と、
   冷却液を冷却する冷却手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤極出口配管に近接配置した冷却液入口配管を備え、前記燃料電池スタックに該冷却液を循環供給する冷却液供給手段と、
   前記酸化剤ガス供給手段の出口の酸化剤ガス温度を測定する第１温度測定手段と、
   前記燃料電池スタックの酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を測定する第２温度測定手段と、
   前記第１温度測定手段および前記第２温度測定手段の測定値並びに前記加湿手段の冷却性能に基づき前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度を予測する酸化剤ガス温度予測手段と、
   前記酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度に応じて、前記冷却液供給手段による冷却液流量を増減させて、前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が所定温度範囲内に入るように制御する冷却液流量制御手段と、
   を有することを特徴とする燃料電池システム。
3. 前記燃料電池スタックの冷却液入口配管の冷却液温度を測定する第３温度測定手段と、
   前記燃料電池スタックの出力および前記冷却液流量に対する前記冷却液温度と前記燃料電池スタックの酸化剤極出口の酸化剤ガス温度との温度差マップと、を有し、
   前記酸化剤ガス温度予測手段は、前記第３温度測定手段の測定値に基づき前記温度差マップを参照して前記燃料電池スタックの酸化剤極出口の酸化剤ガス温度を予測することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池スタックの出力に基づき該燃料電池スタックの所定温度範囲を設定する温度範囲設定手段を有し、
   前記冷却液流量制御手段は、前記酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度が前記燃料電池スタックの所定温度範囲から外れたときに、前記冷却液供給手段による冷却液流量を増減させて、前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が該所定温度範囲内に入るように制御することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記温度範囲設定手段は、前記燃料電池スタックの耐熱要求に基づく酸化剤ガス温度を第１所定温度とし、フラッディングが発生し得る酸化剤ガス温度を第２所定温度として設定し、
   前記冷却液流量制御手段は、前記酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度が前記第１所定温度を上回るときは前記冷却液供給手段による冷却液流量を減らし、該酸化剤ガス温度が前記第２所定温度を下回るときは前記冷却液供給手段による冷却液流量を増やすことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記酸化剤供給手段の圧力比を測定する圧力比測定手段と、
   前記燃料電池スタックの出力に基づき該燃料電池スタックの所定温度範囲を設定する温度範囲設定手段と、
   前記所定温度範囲、外気温度、前記燃料電池スタックの酸化剤極出口の酸化剤ガス温度（予測値または測定値）および前記加湿手段の冷却性能に基づき前記酸化剤供給手段の所定圧力比範囲を求める圧力比範囲設定手段と、
   前記酸化剤供給手段の圧力比と前記冷却液流量に対する前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第１温度マップと、を有し、
   前記冷却液流量制御手段は、前記圧力比測定手段による測定値が前記所定圧力比範囲から外れたときに、前記第１温度マップを参照して、前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が前記所定温度範囲に入るように燃料電池スタック冷却液流量を調整することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記酸化剤供給手段の入口圧を測定する入口圧測定手段と、
   前記燃料電池スタックの出力に基づき該燃料電池スタックの所定温度範囲を設定する温度範囲設定手段と、
   前記所定温度範囲、前記燃料電池スタックの酸化剤極出口の酸化剤ガス温度（予測値または測定値）、前記燃料電池スタックの出力および前記加湿手段の冷却性能に基づき前記酸化剤供給手段の所定入口圧範囲を求める入口圧範囲設定手段と、
   前記酸化剤供給手段の入口圧と前記冷却液流量に対する前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第２温度マップと、を有し、
   前記冷却液流量制御手段は、前記入口圧測定手段による測定値が前記所定入口圧範囲から外れたときに、前記第２温度マップを参照して、前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が前記所定温度範囲に入るように燃料電池スタック冷却液流量を調整することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池スタックの出力と前記冷却液流量に対する前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度の第３温度マップと、
   前記酸化剤ガス温度予測手段により予測した酸化剤ガス温度が前記燃料電池スタックの所定温度範囲から外れたときに、前記第３温度マップを参照して、前記燃料電池スタックの酸化剤極入口の酸化剤ガス温度が前記所定温度範囲に入るように前記燃料電池スタックの出力を制御するスタック出力制御手段と、
   を有することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の燃料電池システム。
9. 前記酸化剤供給手段の下流に設置される熱交換器を有することを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の燃料電池システム。

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