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JP5062512B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は発電停止時に燃料電池スタックに掃気ガスを供給し、燃料電池スタック内部の水分を排水する燃料電池システムに関する。
近年、環境問題に対する取り組みの一環として、低公害車の開発が進められており、その中の一つに燃料電池システムを車載電源とする燃料電池車両がある。燃料電池システムは、電解質膜の一方の面にアノード極を配置し、他方の面にカソード極を配置してなる膜−電極接合体に反応ガスを供給することで電気化学反応を起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子電解質型燃料電池システムは、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高出力密度を有することから、車載電力源としての用途が期待されている。
燃料電池スタックのガスチャンネル内部には、反応ガスの電気化学反応で生じた生成水や反応ガスを加湿するための加湿水などが残留しており、この残留水を放置したまま発電を停止すると、低温環境下では、残留水が凍結してしまい、膜−電極接合体への反応ガスの拡散が妨げられ、低温始動性が低下する。
このような問題点に鑑み、従来では、発電停止時に、蓄電装置の電力でエアコンプレッサを駆動し、燃料電池スタック内部のガスチャンネルに残留する水分を排水するための掃気処理が行われている。特開２００６−１７９４７２号公報には、発電停止時の掃気処理が必要か否かを判定し、掃気処理が必要と判定されたときに、燃料電池スタックにより蓄電装置を充電するための充電閾値を、通常の閾値に比較して大きな値に変更する方法が提案されている。
特開２００６−１７９４７２号公報
しかし、掃気処理に要する電力は、ガスチャンネル内部に残留する水量によって大きく異なるにも関わらず、特開２００６−１７９４７２号公報の方法では、掃気処理が必要と判定されたときに蓄電装置を充電するための充電閾値を固定値に設定しているので、残留水分量によっては、掃気処理に必要な電力が不足してしまい、掃気処理が不十分になる虞がある。
そこで、本発明は上述した問題を解決し、必要かつ十分な掃気処理を行える燃料電池システムを提案することを課題とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、燃料電池スタック内部に残留している水分を発電停止時に掃気するための掃気手段と、掃気手段に作動電力を供給する蓄電装置と、燃料電池スタックの交流インピーンダンスを基に燃料電池スタック内部に残留している水分量を推定し、その水分量を掃気するために要する電力を蓄電装置に蓄電するための目標ＳＯＣを推定する推定手段と、蓄電装置のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように、発電停止が要求される前に蓄電装置を充放電制御するＳＯＣ制御手段とを備える。
燃料電池スタック内部に残留している水分量は、燃料電池スタックの交流インピーダンスを基に推定できる。発電停止時に燃料電池スタック内部に残留する水分を掃気するために要する電力を蓄電装置に蓄電するための目標ＳＯＣを推定し、蓄電装置のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように、発電停止が要求される前に蓄電装置を充放電制御することで、掃気処理に必要な電力を過不足なく蓄電装置に蓄電できる。
本発明の他の側面に係わる燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、燃料電池スタック内部に残留している水分を発電停止時に掃気するための掃気手段と、掃気手段に作動電力を供給する蓄電装置と、燃料電池スタックの水収支計算を基に燃料電池スタック内部に残留している水分量を推定し、その水分量を掃気するために要する電力を蓄電装置に蓄電するための目標ＳＯＣを推定する推定手段と、蓄電装置のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように、発電停止が要求される前に蓄電装置を充放電制御するＳＯＣ制御手段とを備える。
燃料電池スタック内部に残留している水分量は、燃料電池スタックの水収支計算（生成水量、持ち去り水量、及び加湿水量の収支計算）を基に推定できる。発電停止時に燃料電池スタック内部に残留する水分を掃気するために要する電力を蓄電装置に蓄電するための目標ＳＯＣを推定し、蓄電装置のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように、発電停止が要求される前に蓄電装置を充放電制御することで、掃気処理に必要な電力を過不足なく蓄電装置に蓄電できる。
本発明によれば、掃気処理に要する電力を燃料電池スタックの交流インピーダンス又は水収支計算に基づいて推定し、電池運転中に蓄電装置に蓄電しておくことができるので、発電停止時における掃気処理を必要かつ十分を行うことができる。
図１は本実施形態に係る燃料電池システム１０のシステム構成を示す。
燃料電池システム１０は、燃料電池車両の車載用発電システムとして機能するものであり、複数のセルを積層してなるスタック構造からなる固体高分子電解質型の燃料電池スタック４０を備えている。セルは、電解質膜の一方の面にアノード極を配置し、他方の面にカソード極を配置してなる膜−電極接合体と、膜−電極接合体に反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）を流すためのガスチャンネル（アノードガスチャンネル、カソードガスチャンネル）や冷媒を流すための冷媒流路が形成されたセパレータとから成る。燃料電池スタック４０は、アノード極に水素ガス（燃料ガス）の供給を受けるともに、カソード極に酸素ガス（酸化ガス）の供給を受けて発電する。
燃料電池スタック４０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池スタック４０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
燃料電池システム１０の酸素ガス供給系には、燃料電池スタック４０に酸素ガスを供給するための酸素ガス供給路１１と、燃料電池スタック４０から排出される酸素オフガスを外部に排気するための酸素オフガス排出路１２とが配設されている。酸素ガス供給路１１には、大気中の酸素ガスに含有されている粉塵等を除去するためのフィルタ１３と、酸素ガスを加圧するためのエアコンプレッサ１４と、エアコンプレッサ１４により加圧される酸素ガスを適度に加湿するための加湿モジュール１５とが配設されている。
加湿モジュール１５は、大気から取り込まれた低湿潤の酸素ガス（ドライガス）と、燃料電池スタック４０のカソード極から排気された高湿潤の酸素オフガス（ウェットガス）との間で水分交換を行う。（２）式に示すように、カソード極では、水分が生成されるので、カソード極から排出される酸素オフガスは、多量の水分を含有している。加湿モジュール１５にて加湿された酸素ガスは、酸素ガス供給路１１を介して燃料電池スタック４０に供給され、燃料電池スタック４０の発電に供される。酸素オフガス排出路１２は、酸素ガスの排出系に設けられた配管であり、加湿モジュール１５と燃料電池スタック４０との間には、燃料電池スタック４０内の酸素ガス圧を調圧する調圧弁１６が配設されている。酸素オフガス排出路１２を流れる酸素オフガスは、調圧弁１６を通って加湿モジュール１５にて水分交換に供された後、排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
燃料電池システム１０の水素ガス供給系には、高圧の水素ガスを貯蔵した水素供給源としての水素タンク２１と、水素タンク２１内に充填されている水素ガスを燃料電池スタック４０に供給する水素ガス供給路２２と、水素タンク２１から水素ガス供給路２２への水素ガス供給／停止を制御する遮断弁２９と、水素ガス供給路２２から燃料電池スタック４０の水素ガス供給／停止を制御する遮断弁２８と、燃料電池スタック４０から排出された水素オフガス（未反応水素ガス）を水素オフガス排出路２２に還流させるための循環路２３と、循環路２３を流れる水素オフガスを水素ガス供給路２２に圧送する水素ポンプ２４と、循環路２３から分岐し、酸素オフガス排出路１２に合流する排出路２５とが配設されている。
水素オフガス排出路２２の上流側には、水素タンク２１から流出される高圧水素ガスの圧力を調整するレギュレータ２７が介設され、レギュレータ２７の下流側に循環路２３が合流している。水素タンク２１から水素ガス供給路２２へ流出する水素ガスと、循環路２３を還流する水素オフガスとは、水素ガス供給路２２と循環路２３との接続点で合流し、混合ガスとなって燃料電池スタック４０に供給される。循環路２３の水素ポンプ２４の下流側には、燃料電池スタック４０に還流する水素オフガスの逆流を抑制するための逆止め弁２６が介設されている。
水素ポンプ２４の上流側には、循環路２３を流れる水素オフガスから水分を分離させるための気液分離器３０が介設されている。循環路２３を流れる流体には、燃料電池スタック４０から排出される水素オフガスと、燃料電池スタック４０での電気化学反応によって生成された生成水とが含まれている。気液分離器３０は、この生成水を水素オフガスから分離する。水分が分離された水素オフガスは、水素ポンプ２４によって燃料電池スタック４０に還流させられる一方、気液分離器３０にて回収された水分は、ドレイン弁３１を介して流体配管３２から酸素オフガス排出路１２に排出される。
流体配管３２は、その上流端が気液分離器３０のドレイン弁３１に接続され、その下流端が酸素オフガス排出路１２に接続されており、気液分離器３０で分離された水分を酸素オフガス排出路１２に流入させる。排出路２５には、これを開閉するシャットバルブとして機能するパージ弁３３が配設されている。パージ弁３３を適宜開閉させることで、水素オフガスに含まれている不純物を水素オフガスと共に排出路２５経由で酸素オフガス排出路１２に排出させることができる。水素オフガスに含まれている不純物を排出路２５から排出することで、水素オフガス中の不純物濃度を下げるとともに燃料電池スタック４０に循環供給される水素オフガス中の水素濃度を高めることができる。
燃料電池システム１０の電力系には、燃料電池スタック４０の発電電力又は車両制動時の回生エネルギーを蓄電するための蓄電装置としての二次電池４２と、燃料電池スタック４０の出力電圧を調整して燃料電池スタック４０と二次電池４２との電力供給分配を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、燃料電池スタック４０又は二次電池４２から供給される直流電力を交流電力に変換してトラクションモータ（車両走行モータ）４４に供給するトラクションインバータ４３とが配設されている。
二次電池４２は、電力の蓄電及び放電が可能な蓄電装置であり、ブレーキ回生時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。二次電池４２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等が好適である。二次電池４２に替えてキャパシタ等の蓄電装置を搭載してもよい。
燃料電池システム１０の冷却系には、燃料電池スタック４０内を循環する冷媒を流すための冷媒流路５１と、冷媒流路５１に沿って冷媒を圧送するための冷媒ポンプ５４と、冷媒を冷却するためのレジエータ５３と、ラジエータ５３をバイパスさせて冷媒流路５１上に冷媒を流すためのバイパス弁５２とが配設されている。ラジエータ５３をバイパスする冷媒のバイパス量を加減することで、冷媒温度を調整できる。
燃料電池システム１０の制御系には、燃料電池システム１０全体を制御するためのコントローラ６０が配設されている。コントローラ６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）、入出力インタフェース等を備える制御ユニット（ＥＣＵ）である。コントローラ６０は、各種センサ類からのセンサ出力を基に運転状態をモニタリングし、燃料電池システム１０を制御する。
センサ類として、起動／停止信号を出力するイグニッションスイッチ７１、車速を検出する車速センサ７２、アクセル開度を検出するアクセルセンサ７３、燃料電池スタック４０を構成する各セルの出力電圧を検出する電圧センサ７４、燃料電池スタック４０の出力電流（ＦＣ電流）を検出する電流センサ７５、燃料電池スタック４０の温度（ＦＣ温度）を検出する温度センサ７６、燃料電池スタック４０のカソード出口から流出するエアの流量を検出するエア流量センサ７７、燃料電池スタック４０のカソード出口から流出するエアの圧力を検出するエア圧力センサ７８、二次電池４２のＳＯＣを検出するＳＯＣ（State of charge）センサ７９等がある。
例えば、コントローラ６０は、イグニッションスイッチ７１から出力される起動信号を受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサ７３から出力されるアクセル開度信号や、車速センサ７２から出力される車速信号などを基にシステム全体の要求電力を求める。システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には、例えば、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。
そして、コントローラ６０は、燃料電池スタック４０と二次電池４２の出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック４０の発電量が目標電力に一致するように、エアコンプレッサ１４の回転数やレギュレータ２７の弁開度を調整し、燃料電池スタック４０への反応ガス供給量を調整するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を制御して燃料電池スタック４０の出力電圧を調整することにより燃料電池スタック４０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。更に、コントローラ６０は、アクセル開度に応じた目標車速が得られるように例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をインバータ４３に出力し、トラクションモータ４４の出力トルク、及び回転数を制御する。
次に、図２を参照しながら掃気処理に必要な電力を二次電池４２に充電するための第一の処理について概説する。
コントローラ６０は、イグニッションスイッチ７１から出力される起動信号を受信すると、通常運転を実施する（ステップ２０１）。通常運転時には、コントローラ６０は、アクセルセンサ７３から出力されるアクセル開度信号や、車速センサ７２から出力される車速信号などを基にシステム全体の要求電力を求め、燃料電池スタック４０と二次電池４２の出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック４０の発電量が目標電力に一致するように補機類を制御する。
コントローラ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を制御して燃料電池スタック４０に交流信号を印加し、その電圧応答を電圧センサ７４によって検出することで、燃料電池スタック４０の交流インピーダンスを計測する（ステップ２０２）。
尚、燃料電池スタック４０に交流信号を印加したときの燃料電池スタック４０の応答電圧をＥ、応答電流をＩ、交流インピーダンスをＺとすると、以下の関係式が成立することが知られている。
Ｅ＝Ｅ0ｅｘｐｊ（ωｔ＋Φ）
Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐｊωｔ
Ｚ＝Ｅ／Ｉ＝（Ｅ0／Ｉ0）ｅｘｐｊΦ＝Ｒ＋ｊχ
ここで、Ｅ0は応答電圧の振幅を示し、Ｉ0は応答電流の振幅を示す。ωは角周波数を示し、Φは初期位相を示す。Ｒは抵抗成分（実数部分）を示し、χはリアクタンス成分（虚数部分）を示す。ｊは虚数単位を示し、ｔは時間を示す。
コントローラ６０は、温度センサ７６の出力を基にＦＣ温度を計測する（ステップ２０３）。
そして、コントローラ６０は、ステップ２０２で計測した交流インピーダンスを基に燃料電池スタック４０内部に残留する水分量を推定し、その水分量を掃気するために必要な電力を二次電池４２に蓄えるためのＳＯＣ（以下、ＳＯＣ１と称する。）を算出する。更に、コントローラ６０は、ステップ２０３で計測したＦＣ温度を基に燃料電池スタック４０の水分を掃気するときの乾燥速度（単位時間あたりに排水される水分量）を推定し、その乾燥速度において残留水分を掃気するために必要な電力を二次電池４２に蓄えるためのＳＯＣ（以下、ＳＯＣ２と称する。）を算出する。そして、コントローラ６０は、ＳＯＣ１とＳＯＣ２とのうち何れか大きい方を目標ＳＯＣとする（ステップ２０４）。
コントローラ６０は、ＳＯＣセンサ７９の出力値を基に二次電池４２のＳＯＣをモニタリングしつつ、二次電池４２のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように、二次電池４２を充放電制御する（ステップ２０５）。
そして、コントローラ６０は発電停止要求があるか否かを判定する（ステップ２０６）。イグニッションスイッチ７１がオンからオフに切り換えられること、発電停止要求は、コントローラ６０に出力される。発電停止要求がない限り（ステップ２０６；ＮＯ）、コントローラ６０は、ステップ２０１〜ステップ２０５の処理を実行する。
燃料電池スタック４０の交流インピーダンスや温度は、運転状態によって刻々と変動するため、目標ＳＯＣも運転状態によって刻々と変動する。コントローラ６０は、刻々と変動する目標ＳＯＣに追従して、二次電池４２を充放電制御する。
コントローラ６０は、発電停止要求を受けると（ステップ２０６；ＹＥＳ）、二次電池４２に蓄電された電力を用いてエアコンプレッサ１４を駆動し、燃料電池スタック４０内部のガスチャンネルに掃気ガスを供給することで、ガスチャンネル内の水分を掃気する（ステップ２０７）。エアコンプレッサ１４は、燃料電池スタック４０内の水分を掃気するための掃気手段として機能する。
尚、ステップ２０２では、内部抵抗計測器を用いて燃料電池スタック４０の交流インピーダンスを計測してもよい。内部抵抗計測器は、例えば、燃料電池スタック４０に高周波電流を印加し、その電圧応答を検出することにより、燃料電池スタック４０の交流インピーダンスを求めることのできる高周波インピーダンス計測器である。
ここで、図３を参照しながら目標ＳＯＣの計算過程（ステップ２０４）について詳述する。
コントローラ６０は、ステップ２０２で計測した交流インピーダンス１０１と、交流インピーダンス−ＳＯＣマップデータ１０２とを基に、ＳＯＣ１を算出する。交流インピーダンス−ＳＯＣマップデータ１０２は、横軸を交流インピーダンスとし、縦軸をＳＯＣとするマップデータであり、交流インピーダンスから推定される水分量を掃気するために必要な電力を二次電池４２に蓄えるためのＳＯＣがプロットされている。
コントローラ６０は、ステップ２０３で計測したＦＣ温度１０３と、ＦＣ温度−ＳＯＣマップデータ１０４とを基に、ＳＯＣ２を算出する。ＦＣ温度−ＳＯＣマップデータ１０４は、横軸をＦＣ温度とし、縦軸をＳＯＣとするマップデータであり、ＦＣ温度から求まる乾燥速度において残留水分を掃気するために必要な電力を二次電池４２に蓄えるためのＳＯＣがプロットされている。ＦＣ温度１０３が高い程、乾燥速度は速いので、掃気に要する電気エネルギーは少なくなる一方、ＦＣ温度１０３が低い程、乾燥速度は遅いので、掃気に要する電気エネルギーは多くなる。
コントローラ６０は、ＭＡＸ関数１０５に引数ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を代入し、その返値を目標ＳＯＣ１０６とする。ＭＡＸ関数１０５は、複数の引数のうち最大値をとるものを返値とする関数である。
燃料電池スタック４０内部に残留している水分量は、燃料電池スタック４０の交流インピーダンスを基に推定できる。発電停止時に燃料電池スタック４０内部に残留する水分を掃気するために要する電力を二次電池４２に蓄電するための目標ＳＯＣを推定し、二次電池４２のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように二次電池４２を充放電制御することで、掃気処理に必要な電力を過不足なく二次電池４２に蓄電できる。
尚、コントローラ６０は、燃料電池スタック４０の交流インピーンダンスを基に燃料電池スタック４０内部に残留している水分量を推定し、その水分量を掃気するために要する電力を二次電池４２に蓄電するための目標ＳＯＣを推定する推定手段（ステップ２０４）、及び二次電池４２のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように二次電池４２を充放電制御するＳＯＣ制御手段（ステップ２０５）として機能する。
次に、図４を参照しながら掃気処理に必要な電力を二次電池４２に充電するための第二の処理について概説する。
上述した第一の処理では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を制御して燃料電池スタック４０に交流信号を印加し、その電圧応答を検出することで、交流インピーンダンスを計測していたが、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のデットタイム補正量が大きく変動するような動作範囲では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の応答性能が低下するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を使用して交流インピーンダンスを正確に計測することができない場合がある。このような場合には、交流インピーダンスの計測を一時的に中止し、水収支計算に基づいて燃料電池スタック４０内部の水分量を推定するのが好ましい。
第二の処理では、交流インピーンダンス計測（ステップ２０２）に替えて、水収支計算（ステップ４０２）を実行している点が第一の処理と異なる。その他の各処理（ステップ４０１，ステップ４０３〜ステップ４０７）は、第一の処理の各処理（ステップ２０１，ステップ２０３〜ステップ２０７）に対応している。
尚、燃料電池スタック４０の残留水分量や温度は、運転状態によって刻々と変動するため、目標ＳＯＣも運転状態によって刻々と変動する。コントローラ６０は、刻々と変動する目標ＳＯＣに追従して、二次電池４２を充放電制御する。
ここで、図５を参照しながら水収支計算の計算過程（ステップ４０２）について詳述する。
コントローラ６０は、電流センサ７５の出力値から計測したＦＣ電流値１０７にゲイン１１０を乗じることで、生成水量Ｗ１[g/sec]を算出する。ゲイン１１０は、セル数／ＬＶＦＦ／２×１８の値を有する定数であり、ＬＶＦＦは、ファラデー定数（９６５００Ｃ／ｍｏｌ）である。更に、コントローラ６０は、温度センサ７６の出力値から計測したＦＣ温度１０３と、水飽和蒸気特性マップデータ１１１とから水蒸気圧Ｕ１を算出し、エア圧力センサ７８の出力値からエア圧力値１０９（以下、エア圧力値Ｕ２と称する。）を計測する。そして、コントローラ６０は、関数１１２に引数Ｕ１，Ｕ２を代入し、水蒸気と空気の分圧比Ｖ１を算出する。
コントローラ６０は、電流センサ７５の出力値から計測したＦＣ電流値１０７にゲイン１１３を乗じることで、エア消費量Ａ１[mol/sec]を算出する。ゲイン１１３は、セル数／ＬＶＦＦ／４の値を有する定数である。コントローラ６０は、エア流量センサ７７の出力値からカソード出口のエア流量値１０８（以下、エア流量値Ａ２[mol/sec]と称する。）を計測する。そして、コントローラ６０は、持ち去り水分に転換したエア流量Ｖ２をエア流量Ａ２−エア消費量Ａ１により算出する。コントローラ６０は、乗算関数１１５に引数Ｖ１，Ｖ２を代入し、その返値にゲイン１１６を乗じることで、持ち去り水量Ｗ２[g/sec]を算出する。ゲイン１１６は、１８の値を有する定数である。持ち去り水量Ｗ２は、−１の値を有するゲイン１１７が乗じられて、符号が−になる。
コントローラ６０は、加湿モジュール水蒸気交換率マップデータ１１８を基に、エア流量Ａ２に対応する水蒸気交換率Ｘ１を算出する。コントローラ６０は、ＭＩＮ関数１１９に引数Ｗ１，Ｗ２を代入し、その返値をＸ２とする。ＭＩＮ関数１１９は、複数の引数のうち最小値をとるものを返値とする関数である。コントローラ６０は、乗算関数１２０に引数Ｘ１，Ｘ２を代入し、その返値を加湿水量Ｗ３[g/sec]とする。コントローラ６０は、加算関数１２１に引数Ｗ１，−Ｗ２，Ｗ３を代入し、その返値を、燃料電池スタック４０に残留する水分量１２２とする。
ここで、図６を参照しながら目標ＳＯＣの計算過程（ステップ４０４）について詳述する。
コントローラ６０は、ステップ４０２での水収支計算で得た水分量１２２と、水分量−交流インピーダンスマップデータ１２３とを基に、交流インピーダンスを算出する。水分量−交流インピーダンスマップデータ１２３は、横軸を水分量とし、縦軸を交流インピーダンスとするマップデータであり、水分量に対応する交流インピーダンスがプロットされている。コントローラ６０は、交流インピーダンスと、交流インピーダンス−ＳＯＣマップデータ１０２とを基に、ＳＯＣ１を算出する。
コントローラ６０は、ステップ４０３で計測したＦＣ温度１０３と、ＦＣ温度−ＳＯＣマップデータ１０４とを基に、ＳＯＣ２を算出し、ＭＡＸ関数１０５に引数ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を代入し、その返値を目標ＳＯＣ１０６とする。
燃料電池スタック４０内部に残留している水分量は、燃料電池スタック４０の水収支計算を基に推定できる。発電停止時に燃料電池スタック４０内部に残留する水分を掃気するために要する電力を二次電池４２に蓄電するための目標ＳＯＣを推定し、二次電池４２のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように二次電池４２を充放電制御することで、掃気処理に必要な電力を過不足なく二次電池４２に蓄電できる。
尚、コントローラ６０は、燃料電池スタック４０の水収支計算を基に燃料電池スタック４０内部に残留している水分量を推定し（ステップ４０２）、その水分量を掃気するために要する電力を二次電池４２に蓄電するための目標ＳＯＣを推定する推定手段（ステップ４０４）、及び二次電池４２のＳＯＣが目標ＳＯＣに一致するように二次電池４２を充放電制御するＳＯＣ制御手段（ステップ４０５）として機能する。
本実施形態に係わる燃料電池システムのシステム構成図である。 掃気処理に必要な電力を二次電池に充電するための第一の処理を示すフローチャートである。 目標ＳＯＣの計算過程を示す説明図である。 掃気処理に必要な電力を二次電池に充電するための第二の処理を示すフローチャートである。 水収支計算の計算過程を示す説明図である。 目標ＳＯＣの計算過程を示す説明図である。
符号の説明
１０…燃料電池システム １４…エアコンプレッサ ４０…燃料電池スタック ４２…二次電池 ６０…コントローラ

Claims (2)

  1. 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック内部に残留している水分を発電停止時に掃気するための掃気手段と、
    前記掃気手段に作動電力を供給する蓄電装置と、
    前記燃料電池スタックの交流インピーンダンスを基に前記燃料電池スタック内部に残留している水分量を推定し、その水分量を掃気するために要する電力を前記蓄電装置に蓄電するための目標ＳＯＣを推定する推定手段と、
    前記蓄電装置のＳＯＣが前記目標ＳＯＣに一致するように、発電停止が要求される前に前記蓄電装置を充放電制御するＳＯＣ制御手段と、
    を備える燃料電池システム。
  2. 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタック内部に残留している水分を発電停止時に掃気するための掃気手段と、
    前記掃気手段に作動電力を供給する蓄電装置と、
    前記燃料電池スタックの水収支計算を基に前記燃料電池スタック内部に残留している水分量を推定し、その水分量を掃気するために要する電力を前記蓄電装置に蓄電するための目標ＳＯＣを推定する推定手段と、
    前記蓄電装置のＳＯＣが前記目標ＳＯＣに一致するように、発電停止が要求される前に前記蓄電装置を充放電制御するＳＯＣ制御手段と、
    を備える燃料電池システム。
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