JP2003346849A - 燃料電池の発電制御装置およびこれを備えた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単電池セルの電圧がばらついた場合に、単電
池セルの劣化を防止しつつ、燃料電池の発電を継続させ
る。 【解決手段】 燃料電池１０の発電制御装置５０に、主
制御部４０から要求発電電力Ｐｒを受信する手段と、複
数のセル１０ａのうち最低電圧セルを決定する手段と、
セルの最低電圧Ｖｏと出力電流ＩＦから、最低電圧セル
のＩＶ特性を推定する手段と、複数のセル１０ａの総電
圧Ｖｓと出力電流ＩＦから、燃料電池１０のＩＶ特性を
推定する手段と、最低電圧セルのＩＶ特性から最低電圧
セルが所定下限電圧Ｖｍｉｎで出力可能な上限出力電流
Ｉ２を求める手段と、上限出力電流Ｉ２で燃料電池１０
が発電可能な下限電圧発電可能電力Ｑを求める手段と、
要求発電電力Ｐｒあるいは下限電圧発電可能電力Ｑのい
ずれか小さい方を出力するための必要酸素流量と必要水
素流量を算出し、主制御部４０に出力する手段とを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に用いられる発電制御装置およびこれを用いた燃料電池
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、主な燃料として水素と空気
中の酸素とを反応させるため、生成物として水ができ
る。この生成水の影響によって、一時的に燃料電池の特
性が変化してしまうことがあった。特に、低温起動時に
燃料電池内に残留していた水の凍結、あるいは低温環境
下での発電時に生成した水の凍結によって発電が妨げら
れることがあった。

【０００３】単電池セルを複数個積層して構成したスタ
ック構造の燃料電池の場合、発電とともに生成してくる
水の凍結によって、個々のセルの特性が大きくばらつ
く、このため、燃料電池の発電電力を大きくすると、特
性の低下した単電池セルは逆電圧がかかって劣化し、寿
命が低下するなどの問題があった。

【０００４】そこで、通常は特開平１１−３４５６２号
公報に記載されているように、単電池セル個々の電圧を
検出し、所定の設定電圧以下に到達した場合には、速や
かに燃料電池の発電を停止し、システムを停止させると
いった手段が採られていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低温か
らの起動のように、燃料電池の特性が内部の凍結によっ
て刻々と変化したり、生成熱で解凍したりを繰り返すよ
うな場合、発電電力の大きさによっては、スタック内の
単電池セルが容易に設定電圧以下に達してしまい、シス
テムの停止が頻発してしまう。

【０００６】本発明は、上記点に鑑み、単電池セルの電
圧がばらついた場合に、単電池セルの劣化を防止しつ
つ、燃料電池の発電を継続させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、水素と酸素が供給さ
れ、発電する複数のセル（１０ａ）が積層されている燃
料電池（１０）と、前記複数のセル（１０ａ）それぞれ
の出力電圧（Ｖ１〜Ｖｎ）を検出するセル電圧検出手段
（４１）と、前記燃料電池（１０）の出力電流（ＩＦ）
を検出する電流検出手段（１２）と、前記燃料電池（１
０）の電力制御を行う主制御部（４０）とを備えた燃料
電池システムに用いられる発電制御装置であって、前記
主制御部（４０）から前記燃料電池（１０）に対する要
求発電電力（Ｐｒ）を入力値として受け取る入力値受信
手段と、前記電圧検出手段（４１）により検出した前記
出力電圧（Ｖ１〜Ｖｎ）から前記複数のセル（１０ａ）
のうち最低電圧（Ｖｏ）を出力する最低電圧セルを決定
する最低電圧セル決定手段と、前記最低出力電圧（Ｖ
ｏ）と前記電流検出手段（１２）により検出した前記出
力電流（ＩＦ）に基づいて、前記最低電圧セルの出力電
圧と出力電流との関係を示す電流−電圧特性を推定する
最低電圧セル特性推定手段と、前記複数のセル（１０
ａ）の出力電圧（Ｖ１〜Ｖｎ）の合計である総電圧（Ｖ
ｓ）と前記出力電流（ＩＦ）とに基づいて、前記燃料電
池（１０）の出力電圧と出力電流との関係を示す電流−
電圧特性を推定する燃料電池特性推定手段と、前記最低
電圧セルの電流−電圧特性から、前記最低電圧セルの出
力電圧（Ｖｏ）が所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）となった場
合に前記最低電圧セルが出力可能な上限出力電流（Ｉ
２）を求める上限電流決定手段と、前記上限出力電流
（Ｉ２）において、前記燃料電池（１０）が発電可能な
最大電力である下限電圧発電可能電力（Ｑ）を求める下
限電圧発電可能電力算出手段と、前記要求発電電力（Ｐ
ｒ）あるいは前記下限電圧発電可能電力（Ｑ）のいずれ
か小さい方を出力するために必要な酸素流量を算出する
必要酸素流量算出手段と、前記入力値に対する出力値と
して前記酸素流量を前記主制御部（４０）に出力する酸
素流量出力手段とを備えることを特徴としている。

【０００８】このように、要求発電電力（Ｐｒ）が入力
された場合に、燃料電池（１０）が出力可能な電力を決
定し、この電力を発電するための必要空気流量を出力値
とすることで、主制御部（４０）は、この必要空気流量
に応じて空気供給装置（２１）の空気流量を制御するこ
とができる。これにより、最低電圧セルが所定下限電圧
（Ｖｍｉｎ）を下回らない範囲（セルが劣化しない範
囲）で、燃料電池（１０）の最大電力を得ることがで
き、発電を継続することができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、前記要
求電力（Ｐｒ）あるいは前記下限電圧発電可能電力
（Ｑ）のいずれか小さい方を出力するために必要な水素
流量を算出する必要水素流量算出手段と、前記入力値に
対する出力値として前記水素流量を前記主制御部（４
０）に出力する水素流量出力手段とを備えることを特徴
としている。

【００１０】このように、要求発電電力（Ｐｒ）が入力
された場合に、燃料電池（１０）が出力可能な電力を発
電するための必要水素流量を出力値とすることで、主制
御部（４０）は、この必要水素流量に応じて水素供給装
置（２０）の水素流量を制御することができる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明では、前記燃
料電池システムは、前記燃料電池（１０）に供給される
水素の流量を検出する水素流量検出手段（２２）と、前
記燃料電池（１０）に供給される酸素の流量を検出する
酸素流量検出手段（２３）とを備えており、前記水素流
量検出手段（２２）により検出した水素流量および前記
酸素流量検出手段（２３）により検出した酸素流量にお
いて、前記燃料電池（１０）が発電可能な最大電力であ
るガス流量発電可能電力（ＰＩ）を求めるガス流量発電
可能電力算出手段と、ガス流量発電可能電力（ＰＩ）あ
るいは下限電圧発電可能電力（Ｑ）のいずれか小さい方
を、燃料電池（１０）が酸素流量および水素流量におい
て発電可能な最大電力である現在発電可能電力（Ｐｆ
ｃ）とする現在発電可能電力決定手段と、入力値に対す
る出力値として現在発電可能電力（Ｐｆｃ）を主制御部
（４０）に出力する現在発電可能電力出力手段とを備え
ることを特徴としている。

【００１２】このように、要求発電電力（Ｐｒ）が入力
された場合に、燃料電池１０が現在のガス流量で出力可
能な電力（Ｐｆｃ）を決定し、この電力（Ｐｆｃ）を出
力値とすることで、主制御部（４０）は、各種機器の消
費電力を最大電力（Ｐｆｃ）内となるように制御するこ
とができる。これにより、燃料電池（１０）の運転を停
止させることなく発電を継続させることができる。

【００１３】また、請求項４に記載の発明は燃料電池シ
ステムの発明であって、請求項１ないし３のいずれか１
つに記載の発電制御装置を備えていることを特徴として
いる。

【００１４】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態を図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態は、本
発明の燃料電池システムを電気自動車に適用したもので
ある。

【００１６】図１は、本実施形態の燃料電池システムの
全体構成を示している。図１に示すように、本実施形態
の燃料電池システムは、燃料電池１０、水素供給装置２
０、空気供給装置２１、加熱冷却システム３０〜３５、
主制御部４０、副制御部（発電制御装置）５０等を備え
ている。

【００１７】燃料電池（ＦＣスタック）１０は、水素と
酸素との電気化学反応を利用して電力を発生するもので
ある。本実施形態では燃料電池１０として固体高分子電
解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複
数積層されて構成されている。各セルは、電解質膜が一
対の電極で挟まれた構成となっている。燃料電池１０で
は、水素および空気（酸素）が供給されることにより、
以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギ
が発生する。 （水素極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （酸素極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ 燃料電池１０で発電した電力は、図示しないインバータ
を介して走行用モータ１１を駆動するための負荷電力、
燃料電池１０を発電するための補機類の負荷電力、ある
いは図示しない２次電池の充電等に用いられる。本実施
形態の燃料電池システムでは、燃料電池１０の出力電流
を検出するための電流センサ１２が設けられている。

【００１８】水素供給装置２０は、水素供給経路を介し
て燃料電池１０に水素を供給するものであり、空気供給
装置２１は、空気供給経路を介して燃料電池１０に酸素
を含んだ空気を供給するものである。水素供給装置２０
としては、例えば高圧の水素貯蔵タンクあるいは改質反
応により水素を生成する改質装置を用いることができ、
空気供給装置２１としては、例えば断熱圧縮機であるエ
アコンプレッサを用いることができる。

【００１９】本実施形態の燃料電池システムには、水素
供給装置２０から燃料電池１０に供給される水素流量を
検出する水素流量検出装置２２と、空気供給装置２１か
ら燃料電池１０に供給される空気流量を検出する空気流
量検出装置２３とが設けられている。水素流量検出装置
２２は本発明の水素流量検出手段を構成し、空気流量検
出装置２３は本発明の酸素流量検出手段を構成してい
る。

【００２０】また、発電時の化学反応のために、燃料電
池１０内部の電解質膜が水分を含んだ状態にしておく必
要がある。このため、図示しない加湿器等により予め加
湿された水素および空気が燃料電池１０に供給され、燃
料電池１０内の電解質膜が加湿されるように構成されて
いる。

【００２１】加熱冷却システムは、冷却水（熱媒体）を
燃料電池１０に循環させるための熱媒体循環経路３０、
熱媒体循環経路３０に冷却水を循環させる循環ポンプ３
１、冷却水を冷却するためのラジエータ３２、ラジエー
タ３２に送風を行うファン３３を備えている。また、加
熱冷却システムには、熱媒体循環経路３０においてラジ
エータ３２と並列的に設けられた加熱ヒータ３４、冷却
水の流れをラジエータ３２あるいは加熱ヒータ３４に切
り替えるための流路切替バルブ（三方弁）３５を備えて
いる。加熱ヒータ３４としては、例えば電気式ヒータ、
燃焼式ヒータ等を用いることができる。

【００２２】通常運転時には、流路切替バルブ３５によ
り冷却水がラジエータ３２側に流れるように冷却水流路
が切り替えられる。これにより、燃料電池１０から熱を
受け取った冷却水が、熱媒体循環流路３０を介してラジ
エータ３２に循環し、外気と熱交換され冷却される。こ
の結果、燃料電池１０で発電により発生した熱を放熱
し、燃料電池１０を発電効率のよい一定温度（例えば８
０℃程度）に保持することができる。

【００２３】低温起動時には、流路切替バルブ３５によ
り冷却水が加熱ヒータ３４側に流れるように冷却水流路
が切り替えられる。これにより、加熱ヒータ３４にて加
熱された冷却水が、熱媒体流路３０を介して燃料電池１
０に循環し、燃料電池１０を加熱する。この結果、燃料
電池１０を発電可能温度に昇温することができる。

【００２４】主制御部４０は、走行用モータ１１、水素
供給装置２０、空気供給装置２１、ファン３３、循環ポ
ンプ３１、流路切替バルブ３５等の各種機器の制御を行
う。また、主制御部４０は、車両走行に必要な走行用モ
ータ１１の負荷、燃料電池１０を発電するのに必要な補
機類の負荷、さらに図示しない２次電池の充電に必要な
負荷等をとりまとめ、システム全体の必要負荷を燃料電
池１０に対する要求発電電力Ｐｒとして算出する。この
要求発電電力Ｐｒは、主制御部４０から副制御部５０に
出力される。

【００２５】図２は、副制御部５０の構成を示してい
る。図２に示すように、副制御部４０は、燃料電池１０
を構成する各セル１０ａの出力電圧を検出する電圧検出
回路５１、電流センサ１２より入力したセンサ信号から
燃料電池１０の出力電流を検出する電流検出回路５２、
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路
５３、各種演算処理を行うＣＰＵ５４が設けられてい
る。

【００２６】電圧検出回路５１は本発明の電圧検出手段
を構成し、電流検出回路５２および電流センサ１２は本
発明の電流検出手段を構成している。また、Ａ／Ｄ変換
回路５３は、水素流量検出装置２２より入力した水素流
量信号および空気流量検出装置２３より入力した空気流
量信号をデジタル信号に変換するものである。

【００２７】副制御部５０は、主制御部４０から燃料電
池１０の要求発電電力Ｐｒを受信し、この入力信号に対
する出力信号として、要求発電電力を発電するために必
要な水素流量および空気流量（酸素流量）と、燃料電池
１０が現在発電可能な最大電力Ｐｆｃとを燃料電池１０
に出力する。

【００２８】ここで、燃料電池１０の出力とガス供給量
との関係について説明する。図３は、ガス供給量が変化
した場合における燃料電池１０を構成する単電池セル１
０ａのＩＶ特性（電流−電圧特性）を示している。図３
中の実線で示した１００は、発電電流とともに水素およ
び酸素を適正に供給した場合のＩＶ特性（ＩＶ基本特
性）であり、破線で示した１０１は、水素および酸素の
供給量が不足している場合のＩＶ特性である。図３に示
すように、ガス供給量が不足した場合には、急激に電圧
の低下が発生することが分かる。

【００２９】次に、燃料電池１０の出力と温度変化との
関係について説明する。図４は、温度が変化した場合の
燃料電池単電池セル１０ａのＩＶ特性を示している。図
４中の２００→２０１→２０２→２０３に従って、ＩＶ
特性を測定した温度がより低温となっている。図４に示
すように、低温になるに伴いセル１０ａの内部抵抗が大
きくなり電圧が低くなる傾向があることが分かる。ま
た、セル１０ａが半分凍結した場合にも、半分の面積で
発電することとなるので、セル面積全体で電流密度が低
くても、電圧も同様に低くなる特性となる。

【００３０】以下、低温時における燃料電池システムの
副制御部５０の作動を図５、図６に基づいて説明する。
図５は燃料電池セル１０ａのＩＶ特性を示す特性図であ
り、図６は副制御部５０の作動を示すフローチャートで
ある。

【００３１】図５中の３００は出力電圧が最も低い最低
電圧セルのＩＶ特性を示し、３０１は燃料電池１０を構
成するセル１０ａの平均ＩＶ特性を示している。燃料電
池１０全体の電圧は、平均ＩＶ特性３０１の電圧×セル
数となる。

【００３２】燃料電池１０全体では、平均ＩＶ特性３０
１において最大電力となる点で発電を行うことが、発電
電力が大きくなり、発熱量も大きくなることから早期に
暖機の点で有利である。しかしながら、最低電圧セルで
は電圧が低下して逆電位がかかり、セルが劣化する場合
がある。このため、最低電圧セルの電圧が、逆電圧等で
セルの劣化が発生する電圧である所定下限電圧Ｖｍｉｎ
を下回らない範囲で燃料電池１０の発電を行う必要があ
る。所定下限電圧Ｖｍｉｎは任意に設定することがで
き、本実施形態では０．４Ｖに設定している。

【００３３】図６に示すように、まず副制御部５０は、
主制御部４０より送信された車両要求信号Ｐｒを受信す
る（Ｓ１０）。次に、副制御部５０は、電圧検出回路４
１にて燃料電池１０を構成する各セル１０ａの電圧Ｖ１
〜Ｖｎおよび各セル１０の電圧の合計である総電圧Ｖｓ
を測定し、電流センサ１２および電流検出回路４２にて
燃料電池１０の電流ＩＦを測定する（Ｓ１１）。

【００３４】次に、各セル１０ａの電圧Ｖ１〜Ｖｎに基
づいて、最も低い最低電圧Ｖｏを出力する最低電圧セル
を決定する（Ｓ１２）。

【００３５】次に、水素流量検出装置２２により水素供
給流量を測定し、空気流量検出装置２３により空気供給
流量を測定する（Ｓ１３）。

【００３６】次に、最低出力電圧Ｖｏを出力する最低電
圧セルのＩＶ特性３００を推定する（Ｓ１４）。最低電
圧セルのＩＶ特性３００は、図３で示したＩＶ基本特性
１００と相似形で特性が変化すると考えられるので、電
流ＩＦと最低出力電圧ＶｏとＩＶ基本特性１００とから
最低電圧セルのＩＶ特性３０１を推定することができ
る。

【００３７】次に、ステップＳ１４と同様に、総電圧Ｖ
ｓと図３のＩＶ基本特性１００とから、燃料電池１０の
ＩＶ特性３０１を推定する（Ｓ１５）。ただし、図５の
ＩＶ特性３０１では、各セル１０ａの平均電圧値Ｖｓ／
ｎを示している。

【００３８】次に、発電可能電力Ｐｆｃ、必要水素流量
Ｈｆ、必要空気流量Ａｆを算出し（Ｓ１６）、これらを
主制御部５０に出力する（Ｓ１７）。発電可能電力Ｐｆ
ｃは、燃料電池１０が現在のガス供給量を変更しない範
囲で発電可能な最大電力である。また、必要水素流量Ｈ
ｆおよび必要空気流量Ａｆは、要求電力Ｐｒに対して燃
料電池１０が発電可能な最大電力を発電するために必要
なガス供給量である。

【００３９】次に、発電可能電力Ｐｆｃ、必要水素流量
Ｈｆ、必要空気流量Ａｆの算出方法について図５、図７
に基づいて説明する。図７は図６のステップＳ１６の内
容を詳細に示すフローチャートである。

【００４０】まず、最低電圧セルのＩＶ特性３０１に基
づいて、最低電圧セルが出力可能な上限出力電流Ｉ２を
求める（Ｓ１６０１）。上限出力電流Ｉ２は、最低電圧
セルの出力電圧が予め定められた所定下限電圧Ｖｍｉｎ
を下回らない範囲で出力可能な最大電流である。

【００４１】次に、燃料電池１０のＩＶ特性３０１か
ら、上限出力電流Ｉ２において燃料電池１０が発電可能
な下限電圧発電可能電力Ｑを求める（Ｓ１６０２）。

【００４２】次に、上記ステップＳ１３で求めた現在の
水素流量で発電可能な最大電流である水素上限電流ＩＨ
を求め（Ｓ１６０３）、同じく現在の空気流量で発電可
能な最大電流である空気上限電流Ｉａｉｒを求める（Ｓ
１６０４）。水素上限電流ＩＨは、ＩＨ〔ｃ／秒〕＝水
素流量〔モル／秒〕×２×９６００〔ｃ／モル〕×セル
数ｎで算出することができ、空気上限電流Ｉａｉｒは、
Ｉａｉｒ〔ｃ／秒〕＝空気流量〔モル／秒〕×４×９６
００〔ｃ／モル〕×（２１／１００）×セル数ｎで算出
することができる。

【００４３】次に、燃料電池１０のＩＶ特性３０１か
ら、水素流量上限電流ＩＨあるいは空気流量上限電流Ｉ
ａｉｒのいずれか小さい方で燃料電池１０が発電可能な
最大電力であるガス流量発電可能電力ＰＩを求める（Ｓ
１６０５）。

【００４４】次に、燃料電池１０が現在出力できる最大
電力Ｐｆｃを算出する。現在発電可能電力Ｐｆｃは、ガ
ス流量発電可能電力ＰＩあるいは下限電圧発電可能電力
Ｑのいずれか小さい方で決定される（Ｓ１６０６）。

【００４５】次に、要求発電電力Ｐｒが下限電圧発電可
能電力Ｑより小さいか否かを判定する（Ｓ１６０７）。
この結果、要求発電電力Ｐｒが下限電圧発電可能電力Ｑ
より小さい場合には、燃料電池１０がＰｒまで発電して
も最低電圧セルは所定下限電圧Ｖｍｉｎに達しないと判
断することができる。この場合には、図５のＩＶ特性３
０１上で電力がＰｒになる電流値を特定し、この電流を
発電するために必要な水素供給量Ｈｆ、空気供給量Ａｆ
を算出する（Ｓ１６０８）。

【００４６】一方、要求発電電力Ｐｒが下限電圧発電可
能電力Ｑより大きい場合には、燃料電池１０は下限電圧
発電可能電力Ｑまでしか発電できないと判断することが
できる。この場合には、図５のＩＶ特性３０１上で電力
がＱになる電流値を特定し、この電流を発電するために
必要な水素供給量Ｈｆ、空気供給量Ａｆを算出する（Ｓ
１６０９）。その後、図６のステップＳ１７に戻る。

【００４７】以上、本実施形態によれば、副制御部５０
は、要求発電電力Ｐｒが入力された場合に、燃料電池１
０が出力可能な電力を決定し、この電力を発電するため
の必要空気流量を出力値とするので、主制御部４０は、
この必要空気流量に応じて空気供給装置２１の空気流量
を制御することができる。これにより、最低電圧セルが
所定下限電圧Ｖｍｉｎを下回らない範囲（セルが劣化し
ない範囲）で、燃料電池１０の最大電力を得ることがで
き、発電を継続することができる。

【００４８】同様に、副制御部５０は、燃料電池１０が
出力可能な電力を発電するための必要水素流量を出力値
とするので、主制御部４０は、この必要水素流量に応じ
て水素供給装置２０の水素流量を制御することができ
る。

【００４９】また、副制御部５０は、要求発電電力Ｐｒ
が入力された場合に、燃料電池１０が現在のガス流量で
出力可能な電力Ｐｆｃを決定し、この電力Ｐｆｃを出力
値とするので、主制御部４０は、走行用モータ１１の消
費電力、補機類の消費電力、２次電池の充電に必要な電
力等の合計を、最大電力Ｐｆｃ内にするように制御する
ことができる。これにより、燃料電池１０の運転を停止
させることなく発電を継続させることができる。

【００５０】なお、上記ステップＳ１０が入力値受信手
段に相当し、上記ステップＳ１２が最低電圧セル決定手
段に相当し、上記ステップＳ１４が最低電圧セル特性推
定手段に相当し、上記ステップＳ１５が燃料電池特性推
定手段に相当し、上記ステップＳ１６０１が上限電流決
定手段に相当し、上記ステップＳ１６０２が下限電圧発
電可能電力算出手段に相当し、上記ステップＳ１６１
２、Ｓ１６１３が必要酸素流量算出手段および必要水素
流量算出手段に相当し、上記ステップＳ１７が酸素流量
出力手段、水素流量出力手段、現在発電可能電力出力手
段に相当し、上記ステップＳ１６０４がガス流量発電可
能電力算出手段に相当し、上記ステップＳ１６０６が現
在発電可能電力決定手段に相当する。

【図面の簡単な説明】

【図１】上記実施形態の燃料電池システムの全体構成を
示す概念図である。

【図２】副制御部の構成を示す概念図である。

【図３】燃料電池の電流−電圧特性を示す特性図であ
る。

【図４】燃料電池の電流−電圧特性を示す特性図であ
る。

【図５】燃料電池の電流−電圧特性を示す特性図であ
る。

【図６】副制御部の処理内容を示すフローチャートであ
る。

【図７】図６のサブルーチンの内容を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１０…燃料電池（ＦＣスタック）、１１…走行用モー
タ、１２…電流センサ、２０…水素供給装置、２１…空
気供給装置、２２…水素流量検出装置、２３…空気流量
検出装置、３０〜３５…加熱冷却システム、４０…主制
御部、５０…副制御部（発電制御装置）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素と酸素が供給され、発電する複数の
   セル（１０ａ）が積層されている燃料電池（１０）と、
   前記複数のセル（１０ａ）それぞれの出力電圧（Ｖ１〜
   Ｖｎ）を検出するセル電圧検出手段（４１）と、前記燃
   料電池（１０）の出力電流（ＩＦ）を検出する電流検出
   手段（１２）と、前記燃料電池（１０）の電力制御を行
   う主制御部（４０）とを備えた燃料電池システムに用い
   られる発電制御装置であって、 前記主制御部（４０）から前記燃料電池（１０）に対す
   る要求発電電力（Ｐｒ）を入力値として受け取る入力値
   受信手段と、 前記電圧検出手段（４１）により検出した前記出力電圧
   （Ｖ１〜Ｖｎ）から前記複数のセル（１０ａ）のうち最
   低電圧（Ｖｏ）を出力する最低電圧セルを決定する最低
   電圧セル決定手段と、 前記最低出力電圧（Ｖｏ）と前記電流検出手段（１２）
   により検出した前記出力電流（ＩＦ）に基づいて、前記
   最低電圧セルの出力電圧と出力電流との関係を示す電流
   −電圧特性を推定する最低電圧セル特性推定手段と、 前記複数のセル（１０ａ）の出力電圧（Ｖ１〜Ｖｎ）の
   合計である総電圧（Ｖｓ）と前記出力電流（ＩＦ）とに
   基づいて、前記燃料電池（１０）の出力電圧と出力電流
   との関係を示す電流−電圧特性を推定する燃料電池特性
   推定手段と、 前記最低電圧セルの電流−電圧特性から、前記最低電圧
   セルの出力電圧（Ｖｏ）が所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）と
   なった場合に前記最低電圧セルが出力可能な上限出力電
   流（Ｉ２）を求める上限電流決定手段と、 前記上限出力電流（Ｉ２）において、前記燃料電池（１
   ０）が発電可能な最大電力である下限電圧発電可能電力
   （Ｑ）を求める下限電圧発電可能電力算出手段と、 前記要求発電電力（Ｐｒ）あるいは前記下限電圧発電可
   能電力（Ｑ）のいずれか小さい方を出力するために必要
   な酸素流量を算出する必要酸素流量算出手段と、 前記入力値に対する出力値として前記酸素流量を前記主
   制御部（４０）に出力する酸素流量出力手段とを備える
   ことを特徴とする発電制御装置。
2. 【請求項２】 前記要求電力（Ｐｒ）あるいは前記下限
   電圧発電可能電力（Ｑ）のいずれか小さい方を出力する
   ために必要な水素流量を算出する必要水素流量算出手段
   と、 前記入力値に対する出力値として前記水素流量を前記主
   制御部（４０）に出力する水素流量出力手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電制御装置。
3. 【請求項３】 前記燃料電池システムは、前記燃料電池
   （１０）に供給される水素の流量を検出する水素流量検
   出手段（２２）と、前記燃料電池（１０）に供給される
   酸素の流量を検出する酸素流量検出手段（２３）とを備
   えており、 前記水素流量検出手段（２２）により検出した水素流量
   および前記酸素流量検出手段（２３）により検出した酸
   素流量において、前記燃料電池（１０）が発電可能な最
   大電力であるガス流量発電可能電力（ＰＩ）を求めるガ
   ス流量発電可能電力算出手段と、 前記ガス流量発電可能電力（ＰＩ）あるいは前記下限電
   圧発電可能電力（Ｑ）のいずれか小さい方を、前記燃料
   電池（１０）が前記酸素流量および前記水素流量におい
   て発電可能な最大電力である現在発電可能電力（Ｐｆ
   ｃ）とする現在発電可能電力決定手段と、 前記入力値に対する出力値として前記現在発電可能電力
   （Ｐｆｃ）を前記主制御部（４０）に出力する現在発電
   可能電力出力手段とを備えることを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の発電制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１つに記載
   の発電制御装置を備えていることを特徴とする燃料電池
   システム。