JP2003017104A - 燃料電池システム - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池システムの水収支と熱収支を同時に
成立させ、しかも効率の高い燃料電池システムを提供す
る。 【解決手段】 冷却性能予測手段２は冷却装置の冷却性
能を予測し、発熱量予測手段３は、燃料電池本体２０の
発熱量を予測する。予測された冷却性能及び発熱量に基
づいて温度予測手段４は、燃料電池本体２０の温度を予
測し、水回収量予測手段５は燃料電池本体２０の水回収
量を予測する。水回収量制御手段６は、予測された燃料
電池本体２０の温度及び水回収量に基づいて、ガス圧力
又はガス利用率又は出力を制御することにより、熱収支
と水収支とを両立させるように燃料電池を運転する。
成立させ、しかも効率の高い燃料電池システムを提供す
る。 【解決手段】 冷却性能予測手段２は冷却装置の冷却性
能を予測し、発熱量予測手段３は、燃料電池本体２０の
発熱量を予測する。予測された冷却性能及び発熱量に基
づいて温度予測手段４は、燃料電池本体２０の温度を予
測し、水回収量予測手段５は燃料電池本体２０の水回収
量を予測する。水回収量制御手段６は、予測された燃料
電池本体２０の温度及び水回収量に基づいて、ガス圧力
又はガス利用率又は出力を制御することにより、熱収支
と水収支とを両立させるように燃料電池を運転する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、特に、システム内で必要とされる純水の量を保
持しつつ、燃料電池の効率を改善した燃料電池システム
に関する。
に関し、特に、システム内で必要とされる純水の量を保
持しつつ、燃料電池の効率を改善した燃料電池システム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムは、燃料が有する化学
エネルギを直接電気エネルギに変換する装置であり、電
解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち陽極に水素
を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極に
酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極
の電解質膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用
して電極から電気エネルギを取り出すものである（例え
ば、特開平８−１０６９１４号公報参照）。
エネルギを直接電気エネルギに変換する装置であり、電
解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち陽極に水素
を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極に
酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極
の電解質膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用
して電極から電気エネルギを取り出すものである（例え
ば、特開平８−１０６９１４号公報参照）。
【０００３】
【数１】
陽極反応：Ｈ２→２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
陰極反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ …（２）
陽極に供給する燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給
する方法、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知られている。水素貯蔵装置
としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵
合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天
然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。陰極に
供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用され
ている。
する方法、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知られている。水素貯蔵装置
としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵
合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天
然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。陰極に
供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用され
ている。
【０００４】こうした燃料電池においては電解質膜の性
能を引き出し、発電効率を向上させるためには、電解質
膜の水分状態を最適に保つ必要がある。このため、燃料
電池に導入する燃料ガス、空気を加湿することが行われ
る。また前述したように燃料ガスを改質して水素を取り
出す場合においては、改質用に水を利用することが行な
われる。例えば、メタノールを改質して水素を取り出す
場合には、以下の化学反応式（３）により水素を取り出
している。
能を引き出し、発電効率を向上させるためには、電解質
膜の水分状態を最適に保つ必要がある。このため、燃料
電池に導入する燃料ガス、空気を加湿することが行われ
る。また前述したように燃料ガスを改質して水素を取り
出す場合においては、改質用に水を利用することが行な
われる。例えば、メタノールを改質して水素を取り出す
場合には、以下の化学反応式（３）により水素を取り出
している。
【０００５】
【数２】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２ …（３）
従って、燃料電池を自動車用に利用するためには、燃料
電池あるいは改質器を含めた燃料電池システム内で水収
支が保たれなければならない。これは、水が不足し、定
期的な純水の補給が必要となると燃料電池自動車の実用
性が著しく低下するためである。
電池あるいは改質器を含めた燃料電池システム内で水収
支が保たれなければならない。これは、水が不足し、定
期的な純水の補給が必要となると燃料電池自動車の実用
性が著しく低下するためである。
【０００６】また一方では、燃料電池を運転すると電池
から熱が排出される。このため、燃料電池には水等の冷
媒を流し、ラジエータ等の熱交換器を用いる冷却装置を
設置し、電池からの発熱を車外に放出している。この際
の、車外に放出できる熱の量は外気温や車速等の影響を
受ける。従って、電池の発熱量が冷却装置の放熱量を上
回ると燃料電池の温度が上昇し、運転を続けることが困
難になる。よって、燃料電池システムは熱収支が保たれ
なければならない。
から熱が排出される。このため、燃料電池には水等の冷
媒を流し、ラジエータ等の熱交換器を用いる冷却装置を
設置し、電池からの発熱を車外に放出している。この際
の、車外に放出できる熱の量は外気温や車速等の影響を
受ける。従って、電池の発熱量が冷却装置の放熱量を上
回ると燃料電池の温度が上昇し、運転を続けることが困
難になる。よって、燃料電池システムは熱収支が保たれ
なければならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池システムの水
収支に関する従来技術として、特開平１０−１７２５９
９号公報には、燃料電池の運転圧力を制御することによ
り水収支を成立させる技術が開示されている。この従来
技術によれば、外気温度が高くなった場合には、燃料電
池システムから排出される排出ガス含まれる水の量が増
加し、システムの水収支が成立しなくなる。この場合に
燃料電池の運転圧力を増加させて、燃料電池から排出さ
れる水の量を減らすように制御している。しかしなが
ら、運転圧力を増加したガスに含まれる気相の水を液相
の水として回収する場合には、水の凝縮熱が発生し、燃
料電池システムから外部へ放熱すべき熱量が増加する。
このため水収支を改善するために運転圧力を増加してい
くと、前述した熱収支が成立しなくなり、燃料電池の運
転継続が困難になるという問題点があった。
収支に関する従来技術として、特開平１０−１７２５９
９号公報には、燃料電池の運転圧力を制御することによ
り水収支を成立させる技術が開示されている。この従来
技術によれば、外気温度が高くなった場合には、燃料電
池システムから排出される排出ガス含まれる水の量が増
加し、システムの水収支が成立しなくなる。この場合に
燃料電池の運転圧力を増加させて、燃料電池から排出さ
れる水の量を減らすように制御している。しかしなが
ら、運転圧力を増加したガスに含まれる気相の水を液相
の水として回収する場合には、水の凝縮熱が発生し、燃
料電池システムから外部へ放熱すべき熱量が増加する。
このため水収支を改善するために運転圧力を増加してい
くと、前述した熱収支が成立しなくなり、燃料電池の運
転継続が困難になるという問題点があった。
【０００８】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、燃
料電池システムの水収支と熱収支を同時に成立させ、し
かも効率良く燃料電池を運転することができる燃料電池
システムを提供することにある。
料電池システムの水収支と熱収支を同時に成立させ、し
かも効率良く燃料電池を運転することができる燃料電池
システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するために、加湿機能及び水回収機能を
有する燃料電池本体と、燃料電池本体に水素含有ガスを
供給する水素供給系と、燃料電池本体に酸素含有ガスを
供給する酸素供給系と、燃料電池本体の温度を制御する
冷却装置と、燃料電池本体に水を供給する水供給装置
と、を有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池
本体の発熱量を予測する発熱量予測手段と、前記冷却装
置の冷却性能を予測する冷却性能予測手段と、前記予測
された発熱量及び前記予測された冷却性能に基づいて燃
料電池本体の温度を予測する温度予測手段と、前記燃料
電池本体の水回収量を予測する水回収量予測手段と、前
記予測された燃料電池本体の温度及び前記予測された水
回収量に基づいて前記燃料電池本体の水回収量を制御す
る水回収量制御手段と、を備えたことを要旨とする。
上記課題を解決するために、加湿機能及び水回収機能を
有する燃料電池本体と、燃料電池本体に水素含有ガスを
供給する水素供給系と、燃料電池本体に酸素含有ガスを
供給する酸素供給系と、燃料電池本体の温度を制御する
冷却装置と、燃料電池本体に水を供給する水供給装置
と、を有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池
本体の発熱量を予測する発熱量予測手段と、前記冷却装
置の冷却性能を予測する冷却性能予測手段と、前記予測
された発熱量及び前記予測された冷却性能に基づいて燃
料電池本体の温度を予測する温度予測手段と、前記燃料
電池本体の水回収量を予測する水回収量予測手段と、前
記予測された燃料電池本体の温度及び前記予測された水
回収量に基づいて前記燃料電池本体の水回収量を制御す
る水回収量制御手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１０】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るために、燃料電池本体と、燃料電池本体に水素含有ガ
スを供給する水素供給系と、燃料電池本体に酸素含有ガ
スを供給する酸素供給系と、燃料電池本体に供給するガ
スを加湿する加湿する加湿装置と、燃料電池本体から排
出されたガスから水を回収する水回収装置と、燃料電池
本体及び前記加湿装置及び前記水回収装置の少なくとも
一つに水を供給する水供給装置と、燃料電池本体及び前
記加湿装置及び前記水回収装置の温度を制御する冷却装
置と、を有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電
池本体の発熱量を予測する発熱量予測手段と、前記冷却
装置の冷却性能を予測する冷却性能予測手段と、前記予
測された発熱量及び前記予測された冷却性能に基づいて
燃料電池システムの温度を予測する温度予測手段と、前
記燃料電池本体の水回収量を予測する水回収量予測手段
と、前記予測された燃料電池本体の温度及び前記予測さ
れた水回収量に基づいて前記燃料電池本体の水回収量を
制御する水回収量制御手段と、を備えたことを要旨とす
る。
るために、燃料電池本体と、燃料電池本体に水素含有ガ
スを供給する水素供給系と、燃料電池本体に酸素含有ガ
スを供給する酸素供給系と、燃料電池本体に供給するガ
スを加湿する加湿する加湿装置と、燃料電池本体から排
出されたガスから水を回収する水回収装置と、燃料電池
本体及び前記加湿装置及び前記水回収装置の少なくとも
一つに水を供給する水供給装置と、燃料電池本体及び前
記加湿装置及び前記水回収装置の温度を制御する冷却装
置と、を有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電
池本体の発熱量を予測する発熱量予測手段と、前記冷却
装置の冷却性能を予測する冷却性能予測手段と、前記予
測された発熱量及び前記予測された冷却性能に基づいて
燃料電池システムの温度を予測する温度予測手段と、前
記燃料電池本体の水回収量を予測する水回収量予測手段
と、前記予測された燃料電池本体の温度及び前記予測さ
れた水回収量に基づいて前記燃料電池本体の水回収量を
制御する水回収量制御手段と、を備えたことを要旨とす
る。
【００１１】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１または請求項２に記載の燃料電池シ
ステムにおいて、前記燃料電池システム入口のガス量、
ガス温度、ガス湿度をそれぞれ検出あるいは予測する入
口ガス状態取得手段を備え、前記水回収量予測手段は、
燃料電池システム入口のガス量、ガス温度、ガス湿度に
基づいて水回収量を予測することを要旨とする。
るために、請求項１または請求項２に記載の燃料電池シ
ステムにおいて、前記燃料電池システム入口のガス量、
ガス温度、ガス湿度をそれぞれ検出あるいは予測する入
口ガス状態取得手段を備え、前記水回収量予測手段は、
燃料電池システム入口のガス量、ガス温度、ガス湿度に
基づいて水回収量を予測することを要旨とする。
【００１２】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項３に記載の燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池システム出口のガス温度を検出あるい
は予測する出口ガス温度取得手段を更に備え、前記水回
収量予測手段は、燃料電池システム入口のガス量、ガス
温度、ガス湿度、及び燃料電池システム出口のガス温度
に基づいて水回収量を予測することを要旨とする。
るために、請求項３に記載の燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池システム出口のガス温度を検出あるい
は予測する出口ガス温度取得手段を更に備え、前記水回
収量予測手段は、燃料電池システム入口のガス量、ガス
温度、ガス湿度、及び燃料電池システム出口のガス温度
に基づいて水回収量を予測することを要旨とする。
【００１３】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項３に記載の燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池システム出口のガス量、ガス温度、ガ
ス湿度を検出あるいは予測する出口ガス状態取得手段を
更に備え、前記水回収量予測手段は、燃料電池システム
入口及び出口のガス量、ガス温度、ガス湿度に基づいて
水回収量を予測することを要旨とする。
るために、請求項３に記載の燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池システム出口のガス量、ガス温度、ガ
ス湿度を検出あるいは予測する出口ガス状態取得手段を
更に備え、前記水回収量予測手段は、燃料電池システム
入口及び出口のガス量、ガス温度、ガス湿度に基づいて
水回収量を予測することを要旨とする。
【００１４】請求項６記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記
載の燃料電池システムにおいて、前記温度予測手段は、
前記水回収量、前記冷却性能、及び前記燃料電池システ
ムの発熱量に基づいて前記燃料電池の温度を予測するこ
とを要旨とする。
るために、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記
載の燃料電池システムにおいて、前記温度予測手段は、
前記水回収量、前記冷却性能、及び前記燃料電池システ
ムの発熱量に基づいて前記燃料電池の温度を予測するこ
とを要旨とする。
【００１５】請求項７記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記
載の燃料電池システムにおいて、前記水回収制御手段
は、前記燃料電池システム内の水収支が平衡するように
制御することを要旨とする。
るために、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記
載の燃料電池システムにおいて、前記水回収制御手段
は、前記燃料電池システム内の水収支が平衡するように
制御することを要旨とする。
【００１６】請求項８記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記
載の燃料電池システムにおいて、燃料電池システム内の
水量を検出する水量検出手段を備え、前記水回収量は前
記燃料電池システム内の水量に応じて変化させることを
要旨とする。
るために、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記
載の燃料電池システムにおいて、燃料電池システム内の
水量を検出する水量検出手段を備え、前記水回収量は前
記燃料電池システム内の水量に応じて変化させることを
要旨とする。
【００１７】請求項９記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記
載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給す
るガス圧力を制御する圧力制御手段を備え、前記水回収
量は、前記ガス圧力によって制御することを要旨とす
る。
るために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記
載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給す
るガス圧力を制御する圧力制御手段を備え、前記水回収
量は、前記ガス圧力によって制御することを要旨とす
る。
【００１８】請求項１０記載の発明は、上記課題を解決
するために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給
するガスの利用率を制御する利用率制御手段を備え、前
記水回収量は、前記ガス利用率によって制御することを
要旨とする。
するために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給
するガスの利用率を制御する利用率制御手段を備え、前
記水回収量は、前記ガス利用率によって制御することを
要旨とする。
【００１９】請求項１１記載の発明は、上記課題を解決
するために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の出力
を制御する出力制御手段を備え、前記水回収量は、前記
燃料電池の出力によって制御することを要旨とする。
するために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の出力
を制御する出力制御手段を備え、前記水回収量は、前記
燃料電池の出力によって制御することを要旨とする。
【００２０】請求項１２記載の発明は、上記課題を解決
するために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給
するガスの圧力および利用率を制御する圧力／利用率制
御手段と、燃料電池システムの効率を予測する効率予測
手段と、を備え、前記ガス圧力および利用率は燃料電池
システムの効率が最大となるように制御することを要旨
とする。
するために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給
するガスの圧力および利用率を制御する圧力／利用率制
御手段と、燃料電池システムの効率を予測する効率予測
手段と、を備え、前記ガス圧力および利用率は燃料電池
システムの効率が最大となるように制御することを要旨
とする。
【００２１】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、加湿機
能及び水回収機能を有する燃料電池本体と、燃料電池本
体に水素含有ガスを供給する水素供給系と、燃料電池本
体に酸素含有ガスを供給する酸素供給系と、燃料電池本
体の温度を制御する冷却装置と、燃料電池本体に水を供
給する水供給装置と、を有する燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池本体の発熱量を予測する発熱量予測手
段と、前記冷却装置の冷却性能を予測する冷却性能予測
手段と、前記予測された発熱量及び前記予測された冷却
性能に基づいて燃料電池本体の温度を予測する温度予測
手段と、前記燃料電池本体の水回収量を予測する水回収
量予測手段と、前記予測された燃料電池本体の温度及び
前記予測された水回収量に基づいて前記燃料電池本体の
水回収量を制御する水回収量制御手段と、を備えたこと
により、燃料電池システムの熱収支が成立する条件にお
いて水回収量を制御できるようになり、燃料電池の熱収
支と水収支を同時に成立させる運転状態を実現すること
ができるという効果がある。
能及び水回収機能を有する燃料電池本体と、燃料電池本
体に水素含有ガスを供給する水素供給系と、燃料電池本
体に酸素含有ガスを供給する酸素供給系と、燃料電池本
体の温度を制御する冷却装置と、燃料電池本体に水を供
給する水供給装置と、を有する燃料電池システムにおい
て、前記燃料電池本体の発熱量を予測する発熱量予測手
段と、前記冷却装置の冷却性能を予測する冷却性能予測
手段と、前記予測された発熱量及び前記予測された冷却
性能に基づいて燃料電池本体の温度を予測する温度予測
手段と、前記燃料電池本体の水回収量を予測する水回収
量予測手段と、前記予測された燃料電池本体の温度及び
前記予測された水回収量に基づいて前記燃料電池本体の
水回収量を制御する水回収量制御手段と、を備えたこと
により、燃料電池システムの熱収支が成立する条件にお
いて水回収量を制御できるようになり、燃料電池の熱収
支と水収支を同時に成立させる運転状態を実現すること
ができるという効果がある。
【００２２】請求項２記載の本発明によれば、燃料電池
本体と、燃料電池本体に水素含有ガスを供給する水素供
給系と、燃料電池本体に酸素含有ガスを供給する酸素供
給系と、燃料電池本体に供給するガスを加湿する加湿す
る加湿装置と、燃料電池本体から排出されたガスから水
を回収する水回収装置と、燃料電池本体及び前記加湿装
置及び前記水回収装置の少なくとも一つに水を供給する
水供給装置と、燃料電池本体及び前記加湿装置及び前記
水回収装置の温度を制御する冷却装置と、を有する燃料
電池システムにおいて、前記燃料電池本体の発熱量を予
測する発熱量予測手段と、前記冷却装置の冷却性能を予
測する冷却性能予測手段と、前記予測された発熱量及び
前記予測された冷却性能に基づいて燃料電池システムの
温度を予測する温度予測手段と、前記燃料電池本体の水
回収量を予測する水回収量予測手段と、前記予測された
燃料電池本体の温度及び前記予測された水回収量に基づ
いて前記燃料電池本体の水回収量を制御する水回収量制
御手段と、を備えたことにより、加湿装置と水回収装置
とを燃料電池本体外部に有する燃料電池システムにおい
てもシステムの熱収支が成立する条件において水回収量
を制御できるようになり、燃料電池システムの熱収支と
水収支を同時に成立させる運転状態を実現することがで
きるという効果がある。
本体と、燃料電池本体に水素含有ガスを供給する水素供
給系と、燃料電池本体に酸素含有ガスを供給する酸素供
給系と、燃料電池本体に供給するガスを加湿する加湿す
る加湿装置と、燃料電池本体から排出されたガスから水
を回収する水回収装置と、燃料電池本体及び前記加湿装
置及び前記水回収装置の少なくとも一つに水を供給する
水供給装置と、燃料電池本体及び前記加湿装置及び前記
水回収装置の温度を制御する冷却装置と、を有する燃料
電池システムにおいて、前記燃料電池本体の発熱量を予
測する発熱量予測手段と、前記冷却装置の冷却性能を予
測する冷却性能予測手段と、前記予測された発熱量及び
前記予測された冷却性能に基づいて燃料電池システムの
温度を予測する温度予測手段と、前記燃料電池本体の水
回収量を予測する水回収量予測手段と、前記予測された
燃料電池本体の温度及び前記予測された水回収量に基づ
いて前記燃料電池本体の水回収量を制御する水回収量制
御手段と、を備えたことにより、加湿装置と水回収装置
とを燃料電池本体外部に有する燃料電池システムにおい
てもシステムの熱収支が成立する条件において水回収量
を制御できるようになり、燃料電池システムの熱収支と
水収支を同時に成立させる運転状態を実現することがで
きるという効果がある。
【００２３】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは請求項２に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池システム入口のガス量、ガス温度、ガス湿度をそれぞ
れ検出あるいは予測する入口ガス状態取得手段を備え、
前記水回収量予測手段は、燃料電池システム入口のガス
量、ガス温度、ガス湿度に基づいて水回収量を予測する
ようにしたので、燃料電池の水回収量を正確に予測し、
水回収量の誤差を可能な限り小さくすることができると
いう効果がある。
たは請求項２に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池システム入口のガス量、ガス温度、ガス湿度をそれぞ
れ検出あるいは予測する入口ガス状態取得手段を備え、
前記水回収量予測手段は、燃料電池システム入口のガス
量、ガス温度、ガス湿度に基づいて水回収量を予測する
ようにしたので、燃料電池の水回収量を正確に予測し、
水回収量の誤差を可能な限り小さくすることができると
いう効果がある。
【００２４】請求項４記載の発明によれば、請求項３に
記載の発明の効果に加えて、前記燃料電池システム出口
のガス温度を検出あるいは予測する出口ガス温度取得手
段を更に備え、前記水回収量予測手段は、燃料電池シス
テム入口のガス量、ガス温度、ガス湿度、及び燃料電池
システム出口のガス温度に基づいて水回収量を予測する
ようにしたので、更に正確に燃料電池の水回収量を予測
することができるという効果がある。
記載の発明の効果に加えて、前記燃料電池システム出口
のガス温度を検出あるいは予測する出口ガス温度取得手
段を更に備え、前記水回収量予測手段は、燃料電池シス
テム入口のガス量、ガス温度、ガス湿度、及び燃料電池
システム出口のガス温度に基づいて水回収量を予測する
ようにしたので、更に正確に燃料電池の水回収量を予測
することができるという効果がある。
【００２５】請求項５記載の発明によれば、請求項３に
記載の発明の効果に加えて、前記燃料電池システム出口
のガス量、ガス温度、ガス湿度を検出あるいは予測する
出口ガス状態取得手段を更に備え、前記水回収量予測手
段は、燃料電池システム入口及び出口のガス量、ガス温
度、ガス湿度に基づいて水回収量を予測するようにした
ので、更に正確に燃料電池の水回収量を予測することが
できるという効果がある。
記載の発明の効果に加えて、前記燃料電池システム出口
のガス量、ガス温度、ガス湿度を検出あるいは予測する
出口ガス状態取得手段を更に備え、前記水回収量予測手
段は、燃料電池システム入口及び出口のガス量、ガス温
度、ガス湿度に基づいて水回収量を予測するようにした
ので、更に正確に燃料電池の水回収量を予測することが
できるという効果がある。
【００２６】請求項６記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項５に記載の発明の効果に加えて、前記温度予
測手段は、前記水回収量、前記冷却性能、及び前記燃料
電池システムの発熱量に基づいて前記燃料電池の温度を
予測するようにしたので、燃料電池の温度を精度良く予
測することができるという効果がある。
いし請求項５に記載の発明の効果に加えて、前記温度予
測手段は、前記水回収量、前記冷却性能、及び前記燃料
電池システムの発熱量に基づいて前記燃料電池の温度を
予測するようにしたので、燃料電池の温度を精度良く予
測することができるという効果がある。
【００２７】請求項７記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記水回収
制御手段は、前記燃料電池システム内の水収支が平衡す
るように制御するようにしたので、環境条件等が変化し
た場合においても、燃料電池システムの水収支を成立さ
せることができるという効果がある。
いし請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記水回収
制御手段は、前記燃料電池システム内の水収支が平衡す
るように制御するようにしたので、環境条件等が変化し
た場合においても、燃料電池システムの水収支を成立さ
せることができるという効果がある。
【００２８】請求項８記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項７に記載の発明の効果に加えて、燃料電池シ
ステム内の水量を検出する水量検出手段を備え、前記水
回収量は前記燃料電池システム内の水量に応じて変化さ
せるようにしたので、燃料電池が運転を開始した時や、
システム内の水量が目標値に達しなかった場合において
も、水収支を成立させることができるという効果があ
る。
いし請求項７に記載の発明の効果に加えて、燃料電池シ
ステム内の水量を検出する水量検出手段を備え、前記水
回収量は前記燃料電池システム内の水量に応じて変化さ
せるようにしたので、燃料電池が運転を開始した時や、
システム内の水量が目標値に達しなかった場合において
も、水収支を成立させることができるという効果があ
る。
【００２９】請求項９記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項８に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池に供給するガス圧力を制御する圧力制御手段を備え、
前記水回収量は、前記ガス圧力によって制御するように
したので、水回収量を精度良く制御することができると
いう効果がある。
いし請求項８に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池に供給するガス圧力を制御する圧力制御手段を備え、
前記水回収量は、前記ガス圧力によって制御するように
したので、水回収量を精度良く制御することができると
いう効果がある。
【００３０】請求項１０記載の発明によれば、請求項１
ないし請求項８に記載の発明の効果に加えて、前記燃料
電池に供給するガスの利用率を制御する利用率制御手段
を備え、前記水回収量は、前記ガス利用率によって制御
するようにしたので、水回収量を精度良く制御すること
ができるという効果がある。
ないし請求項８に記載の発明の効果に加えて、前記燃料
電池に供給するガスの利用率を制御する利用率制御手段
を備え、前記水回収量は、前記ガス利用率によって制御
するようにしたので、水回収量を精度良く制御すること
ができるという効果がある。
【００３１】請求項１１記載の発明によれば、請求項１
ないし請求項８に記載の発明の効果に加えて、前記燃料
電池の出力を制御する出力制御手段を備え、前記水回収
量は、前記燃料電池の出力によって制御するようにした
ので、水回収量を精度良く制御することができるという
効果がある。
ないし請求項８に記載の発明の効果に加えて、前記燃料
電池の出力を制御する出力制御手段を備え、前記水回収
量は、前記燃料電池の出力によって制御するようにした
ので、水回収量を精度良く制御することができるという
効果がある。
【００３２】請求項１２記載の発明によれば、請求項１
ないし請求項８に記載の発明の効果に加えて、前記燃料
電池に供給するガスの圧力および利用率を制御する圧力
／利用率制御手段と、燃料電池システムの効率を予測す
る効率予測手段と、を備え、前記ガス圧力および利用率
は燃料電池システムの効率が最大となるように制御する
ようにしたので、水収支を成立させつつ燃料消費率を改
善することができるという効果がある。
ないし請求項８に記載の発明の効果に加えて、前記燃料
電池に供給するガスの圧力および利用率を制御する圧力
／利用率制御手段と、燃料電池システムの効率を予測す
る効率予測手段と、を備え、前記ガス圧力および利用率
は燃料電池システムの効率が最大となるように制御する
ようにしたので、水収支を成立させつつ燃料消費率を改
善することができるという効果がある。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。 〔第１実施形態〕図１は本発明に係る燃料電池システム
の第１の実施形態の構成を示すシステム構成図である。
本実施形態においては、加湿機能及び水回収機能を有す
る燃料電池本体（燃料電池スタックとも呼ぶ）を備え、
燃料電池本体に導入されるガス圧力を制御することによ
ってシステムの水回収量を制御することを特徴とする。
施の形態について説明する。 〔第１実施形態〕図１は本発明に係る燃料電池システム
の第１の実施形態の構成を示すシステム構成図である。
本実施形態においては、加湿機能及び水回収機能を有す
る燃料電池本体（燃料電池スタックとも呼ぶ）を備え、
燃料電池本体に導入されるガス圧力を制御することによ
ってシステムの水回収量を制御することを特徴とする。
【００３４】図１において、燃料電池システムは、燃料
供給手段から供給される燃料ガス流量を検出する燃料系
流量計１０と、空気供給手段から供給される空気流量を
検出する空気系流量計１１と、燃料ガス流量を制御する
燃料ガス量制御弁１２と、空気流量を制御する空気量制
御弁１３と、燃料ガスを所望の圧力に加圧するコンプレ
ッサ１４と、空気を所望の圧力に加圧するコンプレッサ
１５と、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ１６と、
空気の圧力を検出する圧力センサ１７と、燃料ガスの湿
度を検出する湿度センサ１８と、空気の湿度を検出する
湿度センサ１９と、燃料ガス及び空気が供給され電気化
学反応により発電する燃料電池本体２０と、燃料電池本
体２０の運転状態である出力電圧及び出力電流、或いは
出力電力を検出する燃料電池運転状態検出手段２１と、
冷却水を貯蔵する冷却水タンク２２と、冷却水を循環さ
せる冷却水ポンプ２３と、冷却水の熱をシステムの外部
へ放出するラジエータ２４と、これらシステム構成要素
を制御するシステム制御装置１と、を備えている。
供給手段から供給される燃料ガス流量を検出する燃料系
流量計１０と、空気供給手段から供給される空気流量を
検出する空気系流量計１１と、燃料ガス流量を制御する
燃料ガス量制御弁１２と、空気流量を制御する空気量制
御弁１３と、燃料ガスを所望の圧力に加圧するコンプレ
ッサ１４と、空気を所望の圧力に加圧するコンプレッサ
１５と、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ１６と、
空気の圧力を検出する圧力センサ１７と、燃料ガスの湿
度を検出する湿度センサ１８と、空気の湿度を検出する
湿度センサ１９と、燃料ガス及び空気が供給され電気化
学反応により発電する燃料電池本体２０と、燃料電池本
体２０の運転状態である出力電圧及び出力電流、或いは
出力電力を検出する燃料電池運転状態検出手段２１と、
冷却水を貯蔵する冷却水タンク２２と、冷却水を循環さ
せる冷却水ポンプ２３と、冷却水の熱をシステムの外部
へ放出するラジエータ２４と、これらシステム構成要素
を制御するシステム制御装置１と、を備えている。
【００３５】ここで、燃料電池本体２０の内部には、冷
却機能に加えて、燃料極または空気極または両極の導電
性多孔質部材と水分の授受を行うことにより加湿機能及
び水回収機能を実現する冷却水経路が設けられている。
この冷却水経路と、冷却水タンク２２と、冷却水ポンプ
２３と、ラジエータ２４とは、冷却装置を構成してい
る。
却機能に加えて、燃料極または空気極または両極の導電
性多孔質部材と水分の授受を行うことにより加湿機能及
び水回収機能を実現する冷却水経路が設けられている。
この冷却水経路と、冷却水タンク２２と、冷却水ポンプ
２３と、ラジエータ２４とは、冷却装置を構成してい
る。
【００３６】この冷却装置の動作は以下の通りである。
冷却水ポンプ２３は、冷却水タンク２２から冷却水を汲
み上げ、この冷却水を前記冷却水経路へ圧送する。冷却
水は、冷却水経路を通過する際に燃料電池本体２０から
熱を吸収するとともに燃料極または空気極または両極の
導電性多孔質部材と水分の授受を行う。次いで冷却水は
ラジエータ２４からシステムの外部へ放熱して、冷却水
タンク２２へ戻る。
冷却水ポンプ２３は、冷却水タンク２２から冷却水を汲
み上げ、この冷却水を前記冷却水経路へ圧送する。冷却
水は、冷却水経路を通過する際に燃料電池本体２０から
熱を吸収するとともに燃料極または空気極または両極の
導電性多孔質部材と水分の授受を行う。次いで冷却水は
ラジエータ２４からシステムの外部へ放熱して、冷却水
タンク２２へ戻る。
【００３７】燃料電池システムを制御するシステム制御
装置１は、前記冷却装置の冷却性能を予測する冷却性能
予測手段２と、燃料電池本体２０の発熱量を予測する発
熱量予測手段３と、予測された冷却性能及び発熱量に基
づいて燃料電池本体２０の温度を予測する温度予測手段
４と、燃料電池本体２０の水回収量を予測する水回収量
予測手段５と、予測された燃料電池本体２０の温度及び
水回収量に基づいて水回収量を制御する水回収量制御手
段６と、コンプレッサ１４，１５を制御することにより
燃料ガス及び空気の圧力を制御する圧力制御手段７と、
燃料ガスの利用率を制御する利用率制御手段８と、燃料
電池の出力を制御する出力制御手段９とを備えている。
装置１は、前記冷却装置の冷却性能を予測する冷却性能
予測手段２と、燃料電池本体２０の発熱量を予測する発
熱量予測手段３と、予測された冷却性能及び発熱量に基
づいて燃料電池本体２０の温度を予測する温度予測手段
４と、燃料電池本体２０の水回収量を予測する水回収量
予測手段５と、予測された燃料電池本体２０の温度及び
水回収量に基づいて水回収量を制御する水回収量制御手
段６と、コンプレッサ１４，１５を制御することにより
燃料ガス及び空気の圧力を制御する圧力制御手段７と、
燃料ガスの利用率を制御する利用率制御手段８と、燃料
電池の出力を制御する出力制御手段９とを備えている。
【００３８】システム制御装置１は、特に限定されない
がマイクロコンピュータを内蔵し、冷却性能予測手段
２、発熱量予測手段３、温度予測手段４、水回収量予測
手段５、水回収量制御手段６、圧力制御手段７、利用率
制御手段８、及び出力制御手段９をマイクロコンピュー
タのプログラム制御により実現している。
がマイクロコンピュータを内蔵し、冷却性能予測手段
２、発熱量予測手段３、温度予測手段４、水回収量予測
手段５、水回収量制御手段６、圧力制御手段７、利用率
制御手段８、及び出力制御手段９をマイクロコンピュー
タのプログラム制御により実現している。
【００３９】次に、システム制御装置１の動作を説明す
る。システム制御装置１は、図外の外気温センサ及び車
速センサからそれぞれ外気温度信号及び車速信号を入力
し、外気温度及び車速に基づいて冷却性能を予測し、燃
料電池運転状態から発熱量を予測する。次いで、これら
予測した冷却性能及び発熱量から燃料電池温度を予測
し、その温度をもとに水回収量を予測する。そして、熱
収支を満足させながら要求の水回収量となるように、燃
料ガス及び空気の圧力、燃料ガス利用率、燃料電池出力
を制御する。
る。システム制御装置１は、図外の外気温センサ及び車
速センサからそれぞれ外気温度信号及び車速信号を入力
し、外気温度及び車速に基づいて冷却性能を予測し、燃
料電池運転状態から発熱量を予測する。次いで、これら
予測した冷却性能及び発熱量から燃料電池温度を予測
し、その温度をもとに水回収量を予測する。そして、熱
収支を満足させながら要求の水回収量となるように、燃
料ガス及び空気の圧力、燃料ガス利用率、燃料電池出力
を制御する。
【００４０】ここで、燃料電池を効率良く運転するため
には、電解質膜の水分を適切に保つ必要があり、加湿装
置、水回収装置を利用する燃料電池システムがある。し
かし、燃料電池システムによっては加湿装置、水回収装
置を燃料電池内に持つシステムも公知である。その一例
として、冷却媒体として純水を利用し、ポーラスタイプ
のバイポーラプレートを通して、電解質膜を加湿する燃
料電池（例えば、特開平８−２５０１３０号公報）も公
知である。本実施形態は加湿装置、水回収装置を燃料電
池本体内に持つシステムの場合の実施形態である。
には、電解質膜の水分を適切に保つ必要があり、加湿装
置、水回収装置を利用する燃料電池システムがある。し
かし、燃料電池システムによっては加湿装置、水回収装
置を燃料電池内に持つシステムも公知である。その一例
として、冷却媒体として純水を利用し、ポーラスタイプ
のバイポーラプレートを通して、電解質膜を加湿する燃
料電池（例えば、特開平８−２５０１３０号公報）も公
知である。本実施形態は加湿装置、水回収装置を燃料電
池本体内に持つシステムの場合の実施形態である。
【００４１】本実施形態における燃料電池内の水収支は
以下の式（４）で計算できる。
以下の式（４）で計算できる。
【００４２】
【数３】
Ｗrcyc＝Ｗproduct＋Ｆin＋Ａin−Ｆout−Ａout …（４）
ここで、
Ｆin ：燃料極入水量
Ａin ：空気極入水量
Ｆout ：燃料極排水量
Ａout ：空気極排水量
Ｗproduct：反応生成水量
Ｗrcyc ：回収水量
とする。式（４）の回収水量（Ｗrcyc）が０以上となれ
ば、燃料電池システムの水収支が成立する。
ば、燃料電池システムの水収支が成立する。
【００４３】反応生成水量（Ｗproduct）は、燃料電池
の運転状態すなわち出力電力（または出力電流）の時間
積分値である出力電力量（または出力電荷量）から算出
できる。また燃料極及び空気極の入水量は、それぞれの
ガスの流量、圧力、温度、湿度から算出できる。燃料極
及び空気極の排水量もそれぞれのガスの流量、圧力、温
度、湿度から算出できる。
の運転状態すなわち出力電力（または出力電流）の時間
積分値である出力電力量（または出力電荷量）から算出
できる。また燃料極及び空気極の入水量は、それぞれの
ガスの流量、圧力、温度、湿度から算出できる。燃料極
及び空気極の排水量もそれぞれのガスの流量、圧力、温
度、湿度から算出できる。
【００４４】本実施形態では電力量は燃料電池運転状態
検出手段２１から算出される。ガスの流量は流量計１
０，１１で検出される。圧力は燃料電池入口の圧力セン
サ１６，１７で検出している。出口圧力は入口圧力から
流路の圧力損失から容易に予測できる。尚、ガス圧力は
センサを使用せずに、コンプレッサ１４，１５の運転状
態と燃料ガス量制御弁１２と空気量制御弁１３との開度
から予測しても良い。
検出手段２１から算出される。ガスの流量は流量計１
０，１１で検出される。圧力は燃料電池入口の圧力セン
サ１６，１７で検出している。出口圧力は入口圧力から
流路の圧力損失から容易に予測できる。尚、ガス圧力は
センサを使用せずに、コンプレッサ１４，１５の運転状
態と燃料ガス量制御弁１２と空気量制御弁１３との開度
から予測しても良い。
【００４５】本実施形態は入口温度は外気温から算出し
ているが、更に正確を期するには温度センサを設けても
良い。出口温度は燃料電池本体２０の温度と同じとして
算出している。入口湿度は湿度センサ１８，１９で検出
している。出口湿度は水蒸気圧が飽和していると仮定し
て、出口温度に応じた飽和蒸気圧を用いて算出している
が、出口に湿度センサを設置しても良い。
ているが、更に正確を期するには温度センサを設けても
良い。出口温度は燃料電池本体２０の温度と同じとして
算出している。入口湿度は湿度センサ１８，１９で検出
している。出口湿度は水蒸気圧が飽和していると仮定し
て、出口温度に応じた飽和蒸気圧を用いて算出している
が、出口に湿度センサを設置しても良い。
【００４６】図２には燃料電池温度Ｔfcの変化に対し
て、水収支がバランスする運転圧力Ｐfcを示している。
燃料電池温度Ｔfcが高くなると飽和蒸気圧が大きくなる
ので、水収支がバランスする圧力が高くなり、水収支バ
ランスラインは、右肩上がりの曲線となる。そして水収
支バランスラインより運転圧力が高ければ水収支は＋と
なってシステム内の水量は増加し、水収支バランスライ
ンより運転圧力が低ければ水収支は−となってシステム
内の水量は減少する。
て、水収支がバランスする運転圧力Ｐfcを示している。
燃料電池温度Ｔfcが高くなると飽和蒸気圧が大きくなる
ので、水収支がバランスする圧力が高くなり、水収支バ
ランスラインは、右肩上がりの曲線となる。そして水収
支バランスラインより運転圧力が高ければ水収支は＋と
なってシステム内の水量は増加し、水収支バランスライ
ンより運転圧力が低ければ水収支は−となってシステム
内の水量は減少する。
【００４７】従って、燃料電池システムの水収支を成立
させるためには、燃料電池の温度Ｔfcに応じて運転圧力
Ｐfc を制御する必要がある。尚、運転圧力は余裕代を
確保して、バランス点よりもやや高い圧力で運転しても
良い。
させるためには、燃料電池の温度Ｔfcに応じて運転圧力
Ｐfc を制御する必要がある。尚、運転圧力は余裕代を
確保して、バランス点よりもやや高い圧力で運転しても
良い。
【００４８】燃料電池の温度は冷却性能と発熱量から算
出できる。本実施形態においては、ラジエータ２４は、
自然空冷式のラジエータとしているが、低速時に電力消
費量の多い車両においては、電動式ラジエータファンを
備えてもよい。図４には冷却性能すなわちラジエータ２
４の単位時間当たりの放熱量を示す。これは燃料電池の
温度Ｔfcを一定とした場合の結果である。外気温度が低
いほど、また車速が高いほどラジエータの放熱量は大き
くなる。従って、図４のマップを各燃料電池の温度Ｔfc
に対して備えておけば、放熱量を予測することができ
る。
出できる。本実施形態においては、ラジエータ２４は、
自然空冷式のラジエータとしているが、低速時に電力消
費量の多い車両においては、電動式ラジエータファンを
備えてもよい。図４には冷却性能すなわちラジエータ２
４の単位時間当たりの放熱量を示す。これは燃料電池の
温度Ｔfcを一定とした場合の結果である。外気温度が低
いほど、また車速が高いほどラジエータの放熱量は大き
くなる。従って、図４のマップを各燃料電池の温度Ｔfc
に対して備えておけば、放熱量を予測することができ
る。
【００４９】図５には燃料電池の単位時間当たりの発熱
量を示す。燃料電池の発熱量は負荷（出力電力）Ｗが大
きいほど大きくなる。また圧力Ｐfcが高くなると、燃料
電池の効率が高くなるため、放熱量は小さくなる。従っ
て、燃料電池の負荷Ｗ、運転圧力Ｐfc、外気温度Ｔatm
、車速Ｖ等がわかれば、燃料電池の発熱量および放熱
量が計算でき、熱量が釣合う燃料電池の温度を予測でき
る。
量を示す。燃料電池の発熱量は負荷（出力電力）Ｗが大
きいほど大きくなる。また圧力Ｐfcが高くなると、燃料
電池の効率が高くなるため、放熱量は小さくなる。従っ
て、燃料電池の負荷Ｗ、運転圧力Ｐfc、外気温度Ｔatm
、車速Ｖ等がわかれば、燃料電池の発熱量および放熱
量が計算でき、熱量が釣合う燃料電池の温度を予測でき
る。
【００５０】図６には水収支と熱収支が成立する圧力制
御点を示す。図２の水収支バランスラインと図３の熱収
支バランスラインが交わる所が水収支と熱収支とを同時
に満足する圧力制御点になる。このようにこれまで説明
してきた方法によって、設定すべき圧力制御点を算出で
きる。圧力の制御は水収支、熱収支がバランスする点よ
りも余裕代を取ってやや高めに設定しても良い。但し、
圧力を高めに設定すると水収支には有利であるが、あま
り高めに設定すると水の凝縮熱が増加し熱収支が成立し
なくなり、燃料電池の温度が上昇する。その結果、電解
質膜の性能が低下し燃料電池の運転が困難になるため、
適切な範囲に設定する。
御点を示す。図２の水収支バランスラインと図３の熱収
支バランスラインが交わる所が水収支と熱収支とを同時
に満足する圧力制御点になる。このようにこれまで説明
してきた方法によって、設定すべき圧力制御点を算出で
きる。圧力の制御は水収支、熱収支がバランスする点よ
りも余裕代を取ってやや高めに設定しても良い。但し、
圧力を高めに設定すると水収支には有利であるが、あま
り高めに設定すると水の凝縮熱が増加し熱収支が成立し
なくなり、燃料電池の温度が上昇する。その結果、電解
質膜の性能が低下し燃料電池の運転が困難になるため、
適切な範囲に設定する。
【００５１】図７は、本実施形態における圧力制御方法
を実現するフローチャートである。まず、ステップ１１
（以下Ｓ１１）で外気温Ｔatm、車速Ｖを検出する。Ｓ
１２で外気温Ｔatm、車速Ｖをもとに図４のマップから
放熱量を算出する。Ｓ１３で燃料電池運転状態検出手段
２１により燃料電池の運転状態を検出する。Ｓ１４で図
５のマップから燃料電池の発熱量を算出する。Ｓ１６で
運転圧力Ｐfcを検出する。Ｓ１７で図２、図３のマップ
をもとに水収支、熱収支を算出し、目標範囲にあるか判
断する。水収支、熱収支ともに目標範囲にあればＳ１９
に進み、圧力Ｐfcはそのままとして、Ｓ１１へ戻る。熱
収支が目標範囲にあって水収支が目標範囲にない（Ｎ
Ｇ）の場合にはＳ１８に進み、圧力Ｐfcを所定値だけ増
加（ｕｐ）して、Ｓ１１へ戻る。水収支が目標範囲にあ
って熱バランスが目標範囲にない（ＮＧ）の場合にはＳ
２０に進み、圧力Ｐfcを所定値だけ減少（ｄｏｗｎ）し
て、Ｓ１１へ戻る。
を実現するフローチャートである。まず、ステップ１１
（以下Ｓ１１）で外気温Ｔatm、車速Ｖを検出する。Ｓ
１２で外気温Ｔatm、車速Ｖをもとに図４のマップから
放熱量を算出する。Ｓ１３で燃料電池運転状態検出手段
２１により燃料電池の運転状態を検出する。Ｓ１４で図
５のマップから燃料電池の発熱量を算出する。Ｓ１６で
運転圧力Ｐfcを検出する。Ｓ１７で図２、図３のマップ
をもとに水収支、熱収支を算出し、目標範囲にあるか判
断する。水収支、熱収支ともに目標範囲にあればＳ１９
に進み、圧力Ｐfcはそのままとして、Ｓ１１へ戻る。熱
収支が目標範囲にあって水収支が目標範囲にない（Ｎ
Ｇ）の場合にはＳ１８に進み、圧力Ｐfcを所定値だけ増
加（ｕｐ）して、Ｓ１１へ戻る。水収支が目標範囲にあ
って熱バランスが目標範囲にない（ＮＧ）の場合にはＳ
２０に進み、圧力Ｐfcを所定値だけ減少（ｄｏｗｎ）し
て、Ｓ１１へ戻る。
【００５２】〔第２実施形態〕次に、第２の実施形態に
ついて説明する。第２の実施形態の構成図を図８に示
す。第２の実施形態は第１実施形態の構成図に対して、
冷却水量を検出するために冷却水タンク２２に水位セン
サ２５を追加したものである。第２実施形態では水位セ
ンサ２５で検出した冷却水タンク２２の水位に応じて圧
力制御点を変える所が特徴である。
ついて説明する。第２の実施形態の構成図を図８に示
す。第２の実施形態は第１実施形態の構成図に対して、
冷却水量を検出するために冷却水タンク２２に水位セン
サ２５を追加したものである。第２実施形態では水位セ
ンサ２５で検出した冷却水タンク２２の水位に応じて圧
力制御点を変える所が特徴である。
【００５３】例えば燃料電池が長期間運転されなかった
場合に、水蒸気の漏れ等により、冷却水タンク２２の水
位が適正範囲よりも少ない場合も考えられる。このよう
な場合には、水収支がバランスする条件よりも更に運転
圧力Ｐfcを増加して、冷却水タンク２２の水位が早く適
正値に戻るようにする。
場合に、水蒸気の漏れ等により、冷却水タンク２２の水
位が適正範囲よりも少ない場合も考えられる。このよう
な場合には、水収支がバランスする条件よりも更に運転
圧力Ｐfcを増加して、冷却水タンク２２の水位が早く適
正値に戻るようにする。
【００５４】図９に第２実施形態における圧力制御の考
え方を示す。冷却水タンク２２の水位が適正範囲にある
場合には、水収支と熱収支がバランスする点を圧力制御
点とする。これに対して、冷却水タンク２２の水位が適
正範囲に満たない場合には、水位の適正範囲の下限から
の差に応じて運転圧力Ｐfcを増加し、水回収速度を増加
する。これによって早い時期に冷却水タンク２２の水位
を適正範囲に戻すことができる。
え方を示す。冷却水タンク２２の水位が適正範囲にある
場合には、水収支と熱収支がバランスする点を圧力制御
点とする。これに対して、冷却水タンク２２の水位が適
正範囲に満たない場合には、水位の適正範囲の下限から
の差に応じて運転圧力Ｐfcを増加し、水回収速度を増加
する。これによって早い時期に冷却水タンク２２の水位
を適正範囲に戻すことができる。
【００５５】図１０は、第２の実施形態の動作を説明す
る制御フローチャートである。第２の実施形態の制御フ
ローチャートは、第１の実施形態の制御フローチャート
（図７）とほぼ同様であり、異なる所のみを説明する。
まず、Ｓ３０で水位センサ２５により冷却水タンク２２
の水位を検出する。Ｓ３１で図９に示したような制御マ
ップを参照して制御圧力点を算出する。Ｓ３２以下の処
理は、図７のＳ１１以下の処理と同様である。
る制御フローチャートである。第２の実施形態の制御フ
ローチャートは、第１の実施形態の制御フローチャート
（図７）とほぼ同様であり、異なる所のみを説明する。
まず、Ｓ３０で水位センサ２５により冷却水タンク２２
の水位を検出する。Ｓ３１で図９に示したような制御マ
ップを参照して制御圧力点を算出する。Ｓ３２以下の処
理は、図７のＳ１１以下の処理と同様である。
【００５６】〔第３実施形態〕次に、第３の実施形態に
ついて説明する。第３の実施形態の構成図は第１実施形
態の構成図（図１）と同じである。第３実施形態では水
収支、熱収支を成立させるパラメータをガスの利用率と
する所が特徴である。
ついて説明する。第３の実施形態の構成図は第１実施形
態の構成図（図１）と同じである。第３実施形態では水
収支、熱収支を成立させるパラメータをガスの利用率と
する所が特徴である。
【００５７】ガスの利用率を大きくすると、燃料電池を
通過するガスの流量が少なくなる。従って、燃料電池か
らの排水量を少なくできるため、水収支をバランス点で
有利である。図１１は、燃料電池温度Ｔfcとガス利用率
Ｕfcを変えた場合の水収支バランスラインを示す。燃料
電池温度Ｔfcが特定の範囲内にあれば、ガス利用率Ｕfc
によって水収支をバランスさせることができる。第１の
実施形態で示したように、燃料電池の圧力を制御しても
水収支、熱収支をバランスさせることができる。しかし
ながら、圧力を増加させると燃料電池自身の効率が高く
なるが、コンプレッサ１４，１５等の補機の駆動仕事が
増加するため、システムの効率は低下する。よってガス
利用率で制御できる範囲の場合にはガス利用率を利用し
た方が有利である。
通過するガスの流量が少なくなる。従って、燃料電池か
らの排水量を少なくできるため、水収支をバランス点で
有利である。図１１は、燃料電池温度Ｔfcとガス利用率
Ｕfcを変えた場合の水収支バランスラインを示す。燃料
電池温度Ｔfcが特定の範囲内にあれば、ガス利用率Ｕfc
によって水収支をバランスさせることができる。第１の
実施形態で示したように、燃料電池の圧力を制御しても
水収支、熱収支をバランスさせることができる。しかし
ながら、圧力を増加させると燃料電池自身の効率が高く
なるが、コンプレッサ１４，１５等の補機の駆動仕事が
増加するため、システムの効率は低下する。よってガス
利用率で制御できる範囲の場合にはガス利用率を利用し
た方が有利である。
【００５８】このガス利用率の制御にガスの圧力制御を
組み合わせて、ガス利用率で制御できなくなった場合に
はガス圧力制御を利用するようにしても良い。
組み合わせて、ガス利用率で制御できなくなった場合に
はガス圧力制御を利用するようにしても良い。
【００５９】図１２は、第３の実施形態の動作を説明す
る制御フローチャートである。第３の実施形態の制御フ
ローチャートは第１の実施形態の制御フローチャート
（図７）とほぼ同様であり、異なる所のみ説明する。ま
ず、外気温Ｔatm及び車速Ｖを検出するＳ５１から燃料
電池温度Ｔfcを検出するＳ５５までは、図７のＳ１１か
らＳ１５までと同じである。次いで、Ｓ５６で燃料ガス
のガス利用率Ｕfcを検出する。Ｓ５７で水収支及び熱収
支のバランスを判断する。水収支及び熱収支が所定の範
囲内であれば共にＯ．Ｋ．として、Ｓ５９でガス利用率
はそのままとして、Ｓ５１へ戻る。水収支のバランスが
所定範囲よりマイナスであれば、水バランスＮＧとし
て、Ｓ５８でガス利用率Ｕfcを増加（ｕｐ）させて、Ｓ
５１へ戻る。
る制御フローチャートである。第３の実施形態の制御フ
ローチャートは第１の実施形態の制御フローチャート
（図７）とほぼ同様であり、異なる所のみ説明する。ま
ず、外気温Ｔatm及び車速Ｖを検出するＳ５１から燃料
電池温度Ｔfcを検出するＳ５５までは、図７のＳ１１か
らＳ１５までと同じである。次いで、Ｓ５６で燃料ガス
のガス利用率Ｕfcを検出する。Ｓ５７で水収支及び熱収
支のバランスを判断する。水収支及び熱収支が所定の範
囲内であれば共にＯ．Ｋ．として、Ｓ５９でガス利用率
はそのままとして、Ｓ５１へ戻る。水収支のバランスが
所定範囲よりマイナスであれば、水バランスＮＧとし
て、Ｓ５８でガス利用率Ｕfcを増加（ｕｐ）させて、Ｓ
５１へ戻る。
【００６０】熱収支バランスが所定範囲を越えていれ
ば、熱バランスＮＧとして、Ｓ６０でガス利用率Ｕfcを
減少（ｄｏｗｎ）させて、Ｓ５１へ戻る。
ば、熱バランスＮＧとして、Ｓ６０でガス利用率Ｕfcを
減少（ｄｏｗｎ）させて、Ｓ５１へ戻る。
【００６１】〔第４実施形態〕次に、第４の実施形態に
ついて説明する。第４の実施形態の構成図は第１実施形
態の構成図（図１）と同じである。第４実施形態では水
収支、熱収支を成立させるパラメータを燃料電池の出力
とする所が特徴である。
ついて説明する。第４の実施形態の構成図は第１実施形
態の構成図（図１）と同じである。第４実施形態では水
収支、熱収支を成立させるパラメータを燃料電池の出力
とする所が特徴である。
【００６２】図５で示したように、燃料電池の出力を小
さくすると燃料電池からの発熱量が少なくなる。その結
果、燃料電池の温度が低下して、水収支をバランス点で
有利となる。但し、要求される出力に対して燃料電池出
力が不足する場合には、二次電池やコンデンサ等の蓄電
手段からの電気で補うことになる。出力を小さくした場
合には、燃料電池のからの発熱量が低下しかつ燃料電池
の温度も下がるために、水収支、熱収支ともに成立する
ことになる。
さくすると燃料電池からの発熱量が少なくなる。その結
果、燃料電池の温度が低下して、水収支をバランス点で
有利となる。但し、要求される出力に対して燃料電池出
力が不足する場合には、二次電池やコンデンサ等の蓄電
手段からの電気で補うことになる。出力を小さくした場
合には、燃料電池のからの発熱量が低下しかつ燃料電池
の温度も下がるために、水収支、熱収支ともに成立する
ことになる。
【００６３】図１３は、第４の実施形態の動作を説明す
る制御フローチャートである。第４の実施形態の制御フ
ローチャートは、第１の実施形態の制御フローチャート
（図７）とほぼ同様であり、異なる所のみ説明する。ま
ず、外気温Ｔatm及び車速Ｖを検出するＳ７１から燃料
電池温度Ｔfcを検出するＳ７５までは、図７のＳ１１か
らＳ１５までと同じである。次いで、Ｓ７６で水収支及
び熱収支のバランスを判断する。水収支及び熱収支が共
に所定範囲内であれば共にＯ．Ｋ．として、Ｓ７８で燃
料電池出力はそのままとして、Ｓ７１へ戻る。水収支の
バランスが所定範囲よりマイナスであれば、Ｓ７７で燃
料電池出力を減少（ｄｏｗｎ）させて、Ｓ７１へ戻る。
水収支が設定範囲以上の場合にはＳ７９で燃料電池出力
を増加（ｕｐ）させて、Ｓ７１へ戻る。
る制御フローチャートである。第４の実施形態の制御フ
ローチャートは、第１の実施形態の制御フローチャート
（図７）とほぼ同様であり、異なる所のみ説明する。ま
ず、外気温Ｔatm及び車速Ｖを検出するＳ７１から燃料
電池温度Ｔfcを検出するＳ７５までは、図７のＳ１１か
らＳ１５までと同じである。次いで、Ｓ７６で水収支及
び熱収支のバランスを判断する。水収支及び熱収支が共
に所定範囲内であれば共にＯ．Ｋ．として、Ｓ７８で燃
料電池出力はそのままとして、Ｓ７１へ戻る。水収支の
バランスが所定範囲よりマイナスであれば、Ｓ７７で燃
料電池出力を減少（ｄｏｗｎ）させて、Ｓ７１へ戻る。
水収支が設定範囲以上の場合にはＳ７９で燃料電池出力
を増加（ｕｐ）させて、Ｓ７１へ戻る。
【００６４】〔第５実施形態〕次に、第５の実施形態に
ついて説明する。第５の実施形態の構成図は第１実施形
態の構成図（図１）と同じである。第５実施形態では水
収支、熱収支を成立させるパラメータとして、運転圧力
と利用率の両方を用い、その組み合わせとしては、燃料
電池システムの効率が最大となる組み合わせとする所が
特徴である。
ついて説明する。第５の実施形態の構成図は第１実施形
態の構成図（図１）と同じである。第５実施形態では水
収支、熱収支を成立させるパラメータとして、運転圧力
と利用率の両方を用い、その組み合わせとしては、燃料
電池システムの効率が最大となる組み合わせとする所が
特徴である。
【００６５】図１４にガス圧力とガス利用率に対するシ
ステム効率を示す。前述したようにガス圧力を増加させ
ると補機の駆動仕事が増加してシステム効率が低下す
る。ガス利用率を増加させると無駄ガスが低減するため
効率が増加する。しかしながら適正値よりも更にガス利
用率を増加すると、燃料電池で濃度過電圧が増加し、効
率は低下してしまう。よって、効率が最適となるような
ガス利用率が存在する。
ステム効率を示す。前述したようにガス圧力を増加させ
ると補機の駆動仕事が増加してシステム効率が低下す
る。ガス利用率を増加させると無駄ガスが低減するため
効率が増加する。しかしながら適正値よりも更にガス利
用率を増加すると、燃料電池で濃度過電圧が増加し、効
率は低下してしまう。よって、効率が最適となるような
ガス利用率が存在する。
【００６６】図１５には燃料電池温度、ガス圧力および
ガス利用率に対して水収支が成立する条件を示す。利用
率が大きいほど、圧力が高いほど、燃料電池温度が高温
の状態においても水収支が成立するようになる。
ガス利用率に対して水収支が成立する条件を示す。利用
率が大きいほど、圧力が高いほど、燃料電池温度が高温
の状態においても水収支が成立するようになる。
【００６７】このように図１４と図１５に基づくと、効
率が最も高い状態で水収支、熱収支を成立させることが
できる利用率と圧力の組み合わせを求めることができ
る。
率が最も高い状態で水収支、熱収支を成立させることが
できる利用率と圧力の組み合わせを求めることができ
る。
【００６８】図１６は、第５の実施形態の動作を説明す
る制御フローチャートである。第５の実施形態の制御フ
ローチャートは、第１実施形態の制御フローチャート
（図７）、第３の実施形態の制御フローチャート（図１
２）とほぼ同様であり、異なる所のみ説明する。まず、
外気温Ｔatm及び車速Ｖを検出するＳ９１から燃料電池
温度Ｔfcを検出するＳ９５までは、図７のＳ１１からＳ
１５までと同じである。
る制御フローチャートである。第５の実施形態の制御フ
ローチャートは、第１実施形態の制御フローチャート
（図７）、第３の実施形態の制御フローチャート（図１
２）とほぼ同様であり、異なる所のみ説明する。まず、
外気温Ｔatm及び車速Ｖを検出するＳ９１から燃料電池
温度Ｔfcを検出するＳ９５までは、図７のＳ１１からＳ
１５までと同じである。
【００６９】次いで、Ｓ９６で燃料電池の運転圧力及び
ガス利用率を検出する。Ｓ９７で水収支及び熱収支のバ
ランスを判断する。水収支バランスが所定範囲よりマイ
ナスでＮ．Ｇ．の場合にはＳ９８で圧力、利用率を所定
値だけ増加（ｕｐ）させて、Ｓ１０１へ進む。Ｓ９７の
判定で水収支及び熱収支のバランスが共に所定範囲内で
Ｏ．Ｋ．の場合はＳ９９で圧力、利用率はそのままとし
て、Ｓ１０１へ進む。Ｓ９７の判定で熱収支のバランス
が所定範囲を上回ってプラスでＮ．Ｇ．の場合にはＳ１
００で圧力、利用率を所定値だけ減少（ｄｏｗｎ）させ
て、Ｓ１０１へ進む。
ガス利用率を検出する。Ｓ９７で水収支及び熱収支のバ
ランスを判断する。水収支バランスが所定範囲よりマイ
ナスでＮ．Ｇ．の場合にはＳ９８で圧力、利用率を所定
値だけ増加（ｕｐ）させて、Ｓ１０１へ進む。Ｓ９７の
判定で水収支及び熱収支のバランスが共に所定範囲内で
Ｏ．Ｋ．の場合はＳ９９で圧力、利用率はそのままとし
て、Ｓ１０１へ進む。Ｓ９７の判定で熱収支のバランス
が所定範囲を上回ってプラスでＮ．Ｇ．の場合にはＳ１
００で圧力、利用率を所定値だけ減少（ｄｏｗｎ）させ
て、Ｓ１０１へ進む。
【００７０】次いで、Ｓ１０１で図１４のマップをもと
に効率がベストがどうか判断する。効率がベストの場合
にはＳ１０２で圧力、利用率はそのままとして、Ｓ９１
へ戻る。Ｓ１０１で効率がベストでないと判断された場
合にはＳ１０１で圧力、利用率の組み合わせを変更し
て、Ｓ９１へ戻る。
に効率がベストがどうか判断する。効率がベストの場合
にはＳ１０２で圧力、利用率はそのままとして、Ｓ９１
へ戻る。Ｓ１０１で効率がベストでないと判断された場
合にはＳ１０１で圧力、利用率の組み合わせを変更し
て、Ｓ９１へ戻る。
【００７１】〔第６実施形態〕次に、第６の実施形態に
ついて説明する。図１７は、第６の実施形態の構成を示
すシステム構成図である。第１実施形態では燃料電池の
加湿、水回収を燃料電池本体２０の内部で行っていた。
第６の実施形態では燃料電池本体２０とは別に加湿装置
２６及び水回収装置２７を設けた点が特徴であり、加湿
装置２６、燃料電池本体２０、水回収装置２７を合わせ
て燃料電池システムと考えて、全体の水収支及び熱収支
の制御を行う。
ついて説明する。図１７は、第６の実施形態の構成を示
すシステム構成図である。第１実施形態では燃料電池の
加湿、水回収を燃料電池本体２０の内部で行っていた。
第６の実施形態では燃料電池本体２０とは別に加湿装置
２６及び水回収装置２７を設けた点が特徴であり、加湿
装置２６、燃料電池本体２０、水回収装置２７を合わせ
て燃料電池システムと考えて、全体の水収支及び熱収支
の制御を行う。
【００７２】図１７の第６実施形態の構成図において、
第１の実施形態の構成図（図１）との相違は、燃料電池
本体２０の上流に加湿装置２６、下流に水回収装置２７
を設けている。また燃料電池の冷却系から水循環系が分
離され、冷却系は温度制御動作だけを行い、水循環系が
加湿装置２６への純水供給と燃料電池本体２０及び水回
収装置２７からの水回収を行う。このため、燃料電池シ
ステムの水収支は水循環系で制御する一方、燃料電池シ
ステムの熱収支は冷却系で制御することになる。また、
水循環系と冷却系とが分離されたため、冷却系に使用す
る冷媒は、純水でなくてもよくなり、例えば防錆剤や不
凍液を混入したロングライフクーラント（以下、ＬＬＣ
と略す）を利用することができる。
第１の実施形態の構成図（図１）との相違は、燃料電池
本体２０の上流に加湿装置２６、下流に水回収装置２７
を設けている。また燃料電池の冷却系から水循環系が分
離され、冷却系は温度制御動作だけを行い、水循環系が
加湿装置２６への純水供給と燃料電池本体２０及び水回
収装置２７からの水回収を行う。このため、燃料電池シ
ステムの水収支は水循環系で制御する一方、燃料電池シ
ステムの熱収支は冷却系で制御することになる。また、
水循環系と冷却系とが分離されたため、冷却系に使用す
る冷媒は、純水でなくてもよくなり、例えば防錆剤や不
凍液を混入したロングライフクーラント（以下、ＬＬＣ
と略す）を利用することができる。
【００７３】水循環系は水タンク２８、ポンプ２９を備
え、ポンプ２９により水タンク２８から汲み上げた純水
を給水管３３を介して加湿装置２６へ圧送するととも
に、排水管３４，３５により、燃料電池本体２０，水回
収装置２７から回収した純水を水タンク２８へ戻してい
る。
え、ポンプ２９により水タンク２８から汲み上げた純水
を給水管３３を介して加湿装置２６へ圧送するととも
に、排水管３４，３５により、燃料電池本体２０，水回
収装置２７から回収した純水を水タンク２８へ戻してい
る。
【００７４】また冷却系はＬＬＣタンク３０、ポンプ３
１、ラジエータ３２を備え、ＬＣＣタンク３０からポン
プ３１で汲み上げられたＬＬＣは、ラジエータ３２で冷
却され、水回収装置２７で排ガスと熱交換し、排ガス中
の水蒸気を凝縮させ、次いで燃料電池本体２０の冷却水
経路を通過して燃料電池本体２０との熱交換を行い、最
後に加湿装置２６で加湿用の純水を加熱して、ＬＬＣタ
ンク３０に戻る経路を循環する。
１、ラジエータ３２を備え、ＬＣＣタンク３０からポン
プ３１で汲み上げられたＬＬＣは、ラジエータ３２で冷
却され、水回収装置２７で排ガスと熱交換し、排ガス中
の水蒸気を凝縮させ、次いで燃料電池本体２０の冷却水
経路を通過して燃料電池本体２０との熱交換を行い、最
後に加湿装置２６で加湿用の純水を加熱して、ＬＬＣタ
ンク３０に戻る経路を循環する。
【００７５】本実施形態における水収支、熱収支の制御
方法は第１の実施形態と同じである。但し、発熱量は加
湿装置２６、燃料電池本体２０、水回収装置２７を含め
た燃料電池システム全体の発熱量となる。また、燃料電
池の温度は水回収装置２７の出口温度となる。制御フロ
ーチャートは、第１の実施形態から第５の実施形態の制
御フローと同じものを使用する。
方法は第１の実施形態と同じである。但し、発熱量は加
湿装置２６、燃料電池本体２０、水回収装置２７を含め
た燃料電池システム全体の発熱量となる。また、燃料電
池の温度は水回収装置２７の出口温度となる。制御フロ
ーチャートは、第１の実施形態から第５の実施形態の制
御フローと同じものを使用する。
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形
態の構成を説明するシステム構成図である。
態の構成を説明するシステム構成図である。
【図２】燃料電池温度Ｔfcと運転圧力Ｐfcに対する水収
支バランスラインを説明する図である。
支バランスラインを説明する図である。
【図３】各冷却性能における燃料電池温度Ｔfcと運転圧
力Ｐfcに対する熱収支バランスラインを説明する図であ
る。
力Ｐfcに対する熱収支バランスラインを説明する図であ
る。
【図４】外気温度Ｔatm と車速Ｖに対する放熱量を説明
する図である。
する図である。
【図５】燃料電池負荷Ｗと圧力Ｐfcに対して燃料電池発
熱量を説明する図である。
熱量を説明する図である。
【図６】水収支、熱収支を考慮した圧力制御点を説明す
る図である。
る図である。
【図７】第１の実施形態の動作を説明する制御フローチ
ャートである。
ャートである。
【図８】本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形
態の構成を説明するシステム構成図である。
態の構成を説明するシステム構成図である。
【図９】水回収速度を考慮した圧力制御点を説明する図
である。
である。
【図１０】第２の実施形態の動作を説明する制御フロー
チャートである。
チャートである。
【図１１】燃料電池温度Ｔfcと利用率Ｕfcに対する水収
支バランスラインを説明する図である。
支バランスラインを説明する図である。
【図１２】第３の実施形態の動作を説明する制御フロー
チャートである。
チャートである。
【図１３】第４の実施形態の動作を説明する制御フロー
チャートである。
チャートである。
【図１４】圧力Ｐfcと利用率fcに対するシステム効率を
説明する図である。
説明する図である。
【図１５】各利用率における燃料電池温度Ｔfcと運転圧
力Ｐfcに対する熱収支バランスラインを説明する図であ
る。
力Ｐfcに対する熱収支バランスラインを説明する図であ
る。
【図１６】第５の実施形態の動作を説明する制御フロー
チャートである。
チャートである。
【図１７】本発明に係る燃料電池システムの第６の実施
形態の構成を説明するシステム構成図である。
形態の構成を説明するシステム構成図である。
１…システム制御装置
２…冷却性能予測手段
３…発熱量予測手段
４…燃料電池温度予測手段
５…水回収量予測手段
６…水回収量制御手段
７…圧力制御手段
８…利用率制御手段
９…出力制御手段
１０…燃料系流量計
１１…空気系流量計
１２…燃料ガス量制御弁
１３…空気量制御弁
１４、１５…コンプレッサ
１６、１７…圧力センサ
１８、１９…湿度センサ
２０…燃料電池本体
２１…燃料電池運転状態検出手段
２２…冷却水タンク
２３…水ポンプ
２４…ラジエータ
２５…水位センサ
２６…加湿装置
２７…水回収装置
２８…水タンク
２９…ポンプ
３０…ＬＬＣタンク
３１…ポンプ
３２…ラジエータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H026 AA06
5H027 AA06 CC06 KK02 KK05 KK52
MM04 MM09 MM14
Claims (12)
- 【請求項１】 加湿機能及び水回収機能を有する燃料電
池本体と、 燃料電池本体に水素含有ガスを供給する水素供給系と、 燃料電池本体に酸素含有ガスを供給する酸素供給系と、 燃料電池本体の温度を制御する冷却装置と、 燃料電池本体に水を供給する水供給装置と、を有する燃
料電池システムにおいて、 前記燃料電池本体の発熱量を予測する発熱量予測手段
と、 前記冷却装置の冷却性能を予測する冷却性能予測手段
と、 前記予測された発熱量及び前記予測された冷却性能に基
づいて燃料電池本体の温度を予測する温度予測手段と、 前記燃料電池本体の水回収量を予測する水回収量予測手
段と、 前記予測された燃料電池本体の温度及び前記予測された
水回収量に基づいて前記燃料電池本体の水回収量を制御
する水回収量制御手段と、 を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】 燃料電池本体と、 燃料電池本体に水素含有ガスを供給する水素供給系と、 燃料電池本体に酸素含有ガスを供給する酸素供給系と、 燃料電池本体に供給するガスを加湿する加湿する加湿装
置と、 燃料電池本体から排出されたガスから水を回収する水回
収装置と、 燃料電池本体及び前記加湿装置及び前記水回収装置の少
なくとも一つに水を供給する水供給装置と、 燃料電池本体及び前記加湿装置及び前記水回収装置の温
度を制御する冷却装置と、を有する燃料電池システムに
おいて、 前記燃料電池本体の発熱量を予測する発熱量予測手段
と、 前記冷却装置の冷却性能を予測する冷却性能予測手段
と、 前記予測された発熱量及び前記予測された冷却性能に基
づいて燃料電池システムの温度を予測する温度予測手段
と、 前記燃料電池本体の水回収量を予測する水回収量予測手
段と、 前記予測された燃料電池本体の温度及び前記予測された
水回収量に基づいて前記燃料電池本体の水回収量を制御
する水回収量制御手段と、 を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項３】 前記燃料電池システム入口のガス量、ガ
ス温度、ガス湿度をそれぞれ検出あるいは予測する入口
ガス状態取得手段を備え、 前記水回収量予測手段は、燃料電池システム入口のガス
量、ガス温度、ガス湿度に基づいて水回収量を予測する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料
電池システム。 - 【請求項４】 前記燃料電池システム出口のガス温度を
検出あるいは予測する出口ガス温度取得手段を更に備
え、 前記水回収量予測手段は、燃料電池システム入口のガス
量、ガス温度、ガス湿度、及び燃料電池システム出口の
ガス温度に基づいて水回収量を予測することを特徴とす
る請求項３に記載の燃料電池システム。 - 【請求項５】 前記燃料電池システム出口のガス量、ガ
ス温度、ガス湿度を検出あるいは予測する出口ガス状態
取得手段を更に備え、 前記水回収量予測手段は、燃料電池システム入口及び出
口のガス量、ガス温度、ガス湿度に基づいて水回収量を
予測することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池シ
ステム。 - 【請求項６】 前記温度予測手段は、前記水回収量、前
記冷却性能、及び前記燃料電池システムの発熱量に基づ
いて前記燃料電池の温度を予測することを特徴とする請
求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池
システム。 - 【請求項７】 前記水回収制御手段は、前記燃料電池シ
ステム内の水収支が平衡するように制御することを特徴
とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の
燃料電池システム。 - 【請求項８】 燃料電池システム内の水量を検出する水
量検出手段を備え、前記水回収量は前記燃料電池システ
ム内の水量に応じて変化させることを特徴とする請求項
１ないし請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池シス
テム。 - 【請求項９】 前記燃料電池に供給するガス圧力を制御
する圧力制御手段を備え、前記水回収量は、前記ガス圧
力によって制御することを特徴とする請求項１ないし請
求項８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 - 【請求項１０】 前記燃料電池に供給するガスの利用率
を制御する利用率制御手段を備え、前記水回収量は、前
記ガス利用率によって制御することを特徴とする請求項
１ないし請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池シス
テム。 - 【請求項１１】 前記燃料電池の出力を制御する出力制
御手段を備え、前記水回収量は、前記燃料電池の出力に
よって制御することを特徴とする請求項１ないし請求項
８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 - 【請求項１２】 前記燃料電池に供給するガスの圧力お
よび利用率を制御する圧力／利用率制御手段と、燃料電
池システムの効率を予測する効率予測手段と、を備え、 前記ガス圧力および利用率は燃料電池システムの効率が
最大となるように制御することを特徴とする請求項１な
いし請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システ
ム。
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