(57)【要約】【課題】エアコンプレッサによる燃料電池へのエア供給量を測定する流量センサの測定値を、精度良く補正できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１は、燃料電池、エアコンプレッサ１４、流量センサ１６、燃料電池の出力電圧を計測する電圧センサ１２、電圧制御部１０ａ、記憶部１１、誤差推定部１０ｂ、及び補正部１０ｃを備える。電圧制御部１０ａは、間欠運転中における発電停止期間である間欠停止期間中に上記出力電圧を維持する。記憶部１１は、間欠停止期間中の電圧維持状態における、出力電圧とエア供給量との関係を記憶する。誤差推定部１０ｂは、間欠停止期間中の電圧維持状態において電圧センサ１２で計測した出力電圧についての、測定したエア供給量と上記関係が示すエア供給量とに基づき、流量センサ１６の測定誤差を推定する。補正部１０ｃは、この測定誤差に基づき流量センサ１６でのエア供給量の測定値を補正する。【選択図】図１
2020149773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
エアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサによる前記燃料電池へのエア供給量を測定する流量センサと、
前記燃料電池の出力電圧を計測する電圧センサと、
間欠運転中における前記燃料電池の発電が停止している期間である間欠停止期間中に、前記出力電圧を維持する電圧制御部と、
前記間欠停止期間中の電圧維持状態における、前記燃料電池の出力電圧とエア供給量との関係を記憶する記憶部と、
前記間欠停止期間中の電圧維持状態において前記電圧センサで計測した出力電圧についての、前記流量センサで測定したエア供給量と前記関係が示すエア供給量とに基づき、前記流量センサの測定誤差を推定する誤差推定部と、
前記間欠停止期間中の電圧維持状態において前記誤差推定部が推定した前記測定誤差に基づいて、前記流量センサでのエア供給量の測定値を補正する補正部と、
を備えた、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池システムの空気（エア）供給量を測定するエアフローメータを補正する技術が記載されている。特許文献１に記載の技術では、予め記憶している発電中の燃料電池の出力電圧とエア供給量との関係からエア供給量を推定し、エアフローメータで測定したエア供給量測定値との差分を算出することで、エアフローメータでの測定誤差を算出し、補正を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７２４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エア流量に対する回転数感度が高いターボコンプレッサでは、エア流量計測精度の要求が高く、エアフローメータ誤差の影響が大きい。そのため、特許文献１に記載の技術のように、発電中の燃料電池の出力電圧とエア供給量の関係から推定できるエア供給量との差分比較では、補正が不十分になる虞がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、エアコンプレッサによる燃料電池へのエア供給量を測定する流量センサの測定値を、精度良く補正することが可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、燃料電池と、エアコンプレッサと、前記エアコンプレッサによる前記燃料電池へのエア供給量を測定する流量センサと、前記燃料電池の出力電圧を計測する電圧センサと、間欠運転中における前記燃料電池の発電が停止している期間である間欠停止期間中に、前記出力電圧を維持する電圧制御部と、前記間欠停止期間中の電圧維持状態における、前記燃料電池の出力電圧とエア供給量との関係を記憶する記憶部と、前記間欠停止期間中の電圧維持状態において前記電圧センサで計測した出力電圧についての、前記流量センサで測定したエア供給量と前記関係が示すエア供給量とに基づき、前記流量センサの測定誤差を推定する誤差推定部と、前記間欠停止期間中の電圧維持状態において前記誤差推定部が推定した前記測定誤差に基づいて、前記流量センサでのエア供給量の測定値を補正する補正部と、を備えた、燃料電池システムである。
【０００７】
この一態様に係る燃料電池システムでは、燃料電池の出力電圧とエア供給量との電圧維持状態における関係を記憶しておく。そして、この燃料電池システムでは、間欠停止期間中の電圧維持状態において電圧センサで計測した出力電圧についての、流量センサで測定したエア供給量と上記関係が示すエア供給量とに基づき流量センサの測定誤差を推定する。さらに、この燃料電池システムでは、その測定誤差に基づき流量センサでのエア供給量の測定値を補正する。ここで、間欠停止期間中の電圧維持状態では、エア供給量に対する燃料電池の出力電圧の感度が高いため、この燃料電池システムでは、感度が高い状態で測定誤差を推定していると言える。よって、この一態様によれば、エアコンプレッサによる燃料電池へのエア供給量を測定する流量センサの測定値を、精度良く補正することが可能な燃料電池システムを提供することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エアコンプレッサによる燃料電池へのエア供給量を測定する流量センサの測定値を、精度良く補正することが可能な燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池システムにおける補正処理の一例を説明するためのフロー図である。
【図３】図２のステップＳ１４の処理例を説明するためのフロー図である。
【図４】図３の処理例で使用するＦＣ電圧対エア流量の関係の一例を示す図である。
【図５】図２のステップＳ１４の他の処理例を説明するためのフロー図である。
【図６】図１の燃料電池システムにおける補正処理の他の例を説明するためのフロー図である。
【図７】図６の処理例で使用する水素圧力対水素透過量の関係の一例を示す図である。
【図８】図６の処理例においてエア流量計測値の算出処理の一例を説明するための模式図である。
【図９】図１の燃料電池システムにおける補正処理の他の例を説明するためのフロー図である。
【図１０】図９のステップＳ５４の処理例を説明するためのフロー図である。
【図１１】図１０の処理例で使用するＦＣ電圧対エアバルブｓｔｅｐ数の関係の一例を示す図である。
【図１２】比較例におけるエア流量対ＦＣ電圧の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施形態１）
図１は本実施形態に係る燃料電池システムの一構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、制御部１０、記憶部１１、電圧センサ１２、配管１３、エアコンプレッサ１４、配管１５、流量センサ１６、及び燃料電池スタック１７を備えることができる。燃料電池システム１は、例えば燃料電池自動車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載されて使用される。
【００１２】
制御部１０は、燃料電池システム１の全体を制御する部位で、後述する電圧制御部１０ａ、誤差推定部１０ｂ、及び補正部１０ｃを有することができる。制御部１０は、例えば、エンジン制御用のＥＣＵ（Engine Control Unit又はElectronic Control Unit）等の集積回路（Integrated Circuit）とすることができる。また、制御部１０は、その機能を制御プログラムによって実行するように構成することもできる。
【００１３】
記憶部１１は、後述する特性情報１１ａを記憶する記憶部であり、例えば半導体メモリ等の記憶装置とすることができる。
【００１４】
電圧センサ１２は、燃料電池スタック１７の出力電圧（ＦＣ電圧）を計測する。配管１３は、エアコンプレッサ１４への空気（エア）の入口となる配管である。なお、エアには酸素が含まれる。エアコンプレッサ１４は、配管１３に接続され、燃料電池スタック１７に対して供給されるエアを圧縮する。配管１５は、エアコンプレッサ１４から出力されたエアを燃料電池スタック１７に供給する流路となる。
【００１５】
流量センサ１６は、流量計又はエアフローメータなどと称することもでき、エアコンプレッサ１４による燃料電池へのエア供給量、つまりエアコンプレッサ１４により燃料電池スタック１７に対して供給されるエアの供給量を測定する。流量センサ１６は、図１に例示するように配管１５に設けておくことができるが、これに限らず、例えば配管１３に設けておくこともできる。
【００１６】
燃料電池スタック１７は、複数の燃料電池セルが積層されたスタックであり、燃料電池の一例である。燃料電池スタック１７は、エアコンプレッサ１４の下流側（排気側）に配設され、水素を燃料ガスとして使用し酸素を酸化ガスとして使用し、水素と酸素を反応させて電気化学的に発電する。図１の例では、燃料電池スタック１７は、配管１５における流量センサ１６の下流側に配設されている。
【００１７】
燃料電池システム１は、間欠運転が可能となっており、その制御を電圧制御部１０ａが行う。電圧制御部１０ａは、間欠運転中における燃料電池スタック１７の発電が停止している期間である間欠停止期間中に、電圧センサ１２からの出力電圧（つまり燃料電池スタック１７の出力電圧）を維持する制御を行う。つまり、この間欠停止期間中は、電圧制御部１０ａにより、出力電圧が維持される状態（電圧維持状態）となる。
【００１８】
電圧制御部１０ａは、電圧センサ１２での計測値に基づき、例えばエアコンプレッサ１４によるエアの供給（供給するエアの圧力）などを制御することで、燃料電池スタック１７の出力電圧を制御することができる。なお、電圧制御部１０ａは、間欠運転中の発電が停止していない期間での出力電圧や、間欠運転以外での運転中の出力電圧を制御するように構成することもできる。
【００１９】
その他、図示及びその詳細な説明を行わないが、燃料電池システム１は、一般的な燃料電池システムの構成を有することができる。例えば、燃料電池システム１は、水素ガスを供給する水素ガス供給系、燃料電池スタック１７で発電した電力を供給するモータ等の駆動部などの電力消費系、及び燃料電池スタック１７を冷却する冷媒系などを備える。上述した電圧センサ１２は、例えば、燃料電池スタック１７とモータ等の電力消費系との間に設けることができる。
【００２０】
また、例えば、燃料電池システム１は、配管１３，１５等の酸素供給側の配管や水素供給側の配管において、エア調節バルブ、調圧バルブ、酸素圧力センサ、水素圧力センサ、酸素濃度センサ、水素濃度センサなどを備えることができる。
【００２１】
例えば、燃料電池システム１は、エアコンプレッサ１４の排気側に配置され燃料電池スタック１７でのエアの吸気を調節する調節バルブや、燃料電池スタック１７の排気側に配置され燃料電池スタック１７の出口圧力を調節する調圧バルブを備えることができる。また、燃料電池システム１は、この調圧バルブの排気側に配置され燃料電池スタック１７でのエアの排気を調節する調節バルブを備えることができる。上記酸素圧力センサや酸素濃度センサの出力値は、これらのバルブにおける調節又は調圧のために用いることができる。水素ガス供給系についても同様の調節バルブや調圧バルブを設けることができ、その調節又は調圧のために水素濃度センサ、水素圧力センサの出力値を用いることができる。
【００２２】
そして、電圧制御部１０ａは、これらのバルブの開度を制御することでも、燃料電池スタック１７の出力電圧を制御することができる。このように、電圧制御部１０ａは、具備された各種センサの出力値を入力し、それらの値に基づき、具備されたバルブなどを調整することで、燃料電池スタック１７の出力電圧を制御することができる。
【００２３】
次に、本実施形態における主な特徴部分について説明する。
上述した流量センサ１６は、経年劣化又は内部に設けられたエアクリーナの交換などにより、測定誤差を生じる。この測定誤差を補正するために、燃料電池システム１は、特性情報１１ａを記憶する記憶部１１、誤差推定部１０ｂ、及び補正部１０ｃを備える。
【００２４】
記憶部１１に記憶される特性情報１１ａは、間欠停止期間中の（つまり間欠停止期間中の電圧維持状態における）、燃料電池スタック１７の出力電圧とエア供給量との関係を示す情報の一例である。
【００２５】
誤差推定部１０ｂは、間欠停止期間中に（つまり間欠停止期間中の電圧維持状態において）電圧センサ１２で計測した出力電圧についての、流量センサ１６で測定したエア供給量と上記関係が示すエア供給量とに基づき、流量センサ１６の測定誤差を推定する。上述したように間欠停止期間中は、電圧制御部１０ａにより電圧維持状態となっている。
【００２６】
例えば、誤差推定部１０ｂは、計測した出力電圧について、記憶部１１からその出力電圧に対するエア供給量を取得し、取得したエア供給量と流量センサ１６で測定したエア供給量との比率又は差から、流量センサ１６の測定誤差を推定することができる。
【００２７】
補正部１０ｃは、間欠停止期間中に（つまり間欠停止期間中の電圧維持状態において）誤差推定部１０ｂが推定した測定誤差に基づいて、流量センサ１６でのエア供給量の測定値を補正する。
【００２８】
ここで、誤差推定部１０ｂでは、間欠停止期間中における測定誤差に基づき、間欠停止期間中における測定誤差に限らず、それ以外の期間における測定誤差も推定することができる。よって、補正部１０ｃでは、流量センサ１６の測定値、つまり間欠停止期間中における測定値及びそれ以外の期間における測定値を補正することができる。なお、補正部１０ｃ、或いは、誤差推定部１０ｂ及び補正部１０ｃは、流量センサ１６に含めることもできる。
【００２９】
次に、図２を併せて参照しながら、燃料電池システム１における補正処理の一例について説明する。図２は、補正処理の一例を説明するためのフロー図である。
【００３０】
まず、制御部１０の誤差推定部１０ｂは、現在、間欠運転中であるか否かを判定し（ステップＳ１１）、ＮＯの場合にはこの処理を終了する。ステップＳ１１でＹＥＳの場合、誤差推定部１０ｂは、流量センサ（エアフローメータ）１６の誤差を検出済みであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２でＮＯの場合、誤差推定部１０ｂは、燃料電池の水温（ＦＣ水温）、間欠運転開始時の水素圧力がいずれも所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３でＮＯの場合、処理を終了する。なお、ＦＣ水温は、燃料電池システム１の適所に温度センサを設けておくことで計測することができる。
【００３１】
ステップＳ１３でＹＥＳの場合、誤差推定部１０ｂは、流量センサ１６からエア供給量（エア流量）の誤差αの検出を行い（ステップＳ１４）、エア流量指令補正値Ｑｔｈの算出を行う（ステップＳ１５）。なお、α、Ｑｔｈについては後述する。また、ステップＳ１５は補正部１０ｃが実行することもできる。一方、ステップＳ１２でＹＥＳの場合には、ステップＳ１５へ進む。
【００３２】
ステップＳ１５の後、補正部１０ｃは、エア流量指令補正値Ｑｔｈを流量センサ１６の測定値（エア流量）とする補正を行う（ステップＳ１６）。
【００３３】
ステップＳ１４，Ｓ１５におけるα、Ｑｔｈに関し、誤差αの検出方法の一例について説明する。ここでは、誤差推定部１０ｂが、記憶部１１から取得したエア供給量と流量センサ１６で測定したエア供給量との比率から流量センサ１６の測定誤差を推定する例について、図３及び図４を併せて参照しながら説明する。図３は、図２のステップＳ１４の処理例を説明するためのフロー図で、図４は、図３の処理例で使用するＦＣ電圧対エア流量の関係の一例を示す図である。
【００３４】
エア流量誤差検出処理が開始されると、まず、電圧制御部１０ａが燃料電池スタック１７へ所定水準（ここでは流量水準１とする）のエアの供給を行う（ステップＳ２１）。なお、既に電圧制御部１０ａが流量水準１でエア供給を実行している場合にはそのままそのエア供給を継続すればよい。次いで、電圧制御部１０ａ又は誤差推定部１０ｂが、供給開始から所定時間経過したか否かを判定し（ステップＳ２２）、ＹＥＳとなるまで待機する。
【００３５】
ステップＳ２２でＹＥＳとなった場合、誤差推定部１０ｂが、流量センサ１６からエア供給量の測定値（スタック供給エア計測値Ｑ１）を取得し（ステップＳ２３）、電圧センサ１２から出力電圧値（スタック電圧Ｖ１）を取得する（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ２３，Ｓ２４の順序は問わない。
【００３６】
次いで、誤差推定部１０ｂは、記憶部１１に記憶された特性情報１１ａ（所定のエア流量ＦＣ電圧マップ）を参照し、スタック電圧Ｖ１に対応する実際のエア供給量（実エア流量）Ｑ１ｍａｐを読み出すことで求める（ステップＳ２５）。上記エア流量ＦＣ電圧マップは、図４で例示するように、スタック電圧（ＦＣ電圧）とエア流量との対応関係を記したマップとすることができる。なお、図４で示すマップの横軸はＦＣ電圧［Ｖ］、縦軸はエア流量［ＮＬ／ｍｉｎ］であり、「ＮＬ」はノーマルリットルである。
【００３７】
次いで、誤差推定部１０ｂは、流量センサ１６の測定誤差αを、流量センサ１６で測定したスタック供給エア計測値Ｑ１と記憶部１１から取得した実エア流量Ｑ１ｍａｐとの比率Ｑ１／Ｑ１ｍａｐから求める（ステップＳ２６）。これにより、例えば測定誤差をα＝Ｑ１／Ｑ１ｍａｐとして求めることができる。
【００３８】
ここで、ステップＳ２３，Ｓ２４で取得したスタック供給エア計測値Ｑ１、スタック電圧Ｖ１はそれぞれ、間欠運転中にＦＣ電圧感度がある範囲で所定のエア流量を供給して得た測定値、出力電圧である。そして、それらの値に基づき求まる誤差αもＦＣ電圧感度が良い範囲で求めた誤差となる。
【００３９】
ステップＳ１５において、誤差推定部１０ｂ又は補正部１０ｃは、エア流量指令補正値Ｑｔｈを、Ｑｔｈ＝Ｑｔ／αにより算出することができる。ここで、Ｑｔは、補正無しのエア流量指令値とする。ステップＳ１６では、補正部１０ｃが、このエア流量指令補正値Ｑｔｈを補正後の測定値として使用することでエア流量の測定値を補正することができる。
【００４０】
他の例として、誤差推定部１０ｂが、記憶部１１から取得したエア供給量と流量センサ１６で測定したエア供給量との差から流量センサ１６の測定誤差を推定する例について、図５を併せて参照しながら説明する。図５は、図２のステップＳ１４の他の処理例を説明するためのフロー図である。
【００４１】
図５のステップＳ３１〜Ｓ３５は、それぞれ図３のステップＳ２１〜Ｓ２５と同様であり、その説明を省略する。ステップＳ３５の処理後、誤差推定部１０ｂは、流量センサ１６の測定誤差αを、流量センサ１６で測定したスタック供給エア計測値Ｑ１と記憶部１１から取得した実エア流量Ｑ１ｍａｐとの差Ｑ１−Ｑ１ｍａｐから求める（ステップＳ３６）。これにより、例えばα＝Ｑ１−Ｑ１ｍａｐと測定誤差を求めることができる。ここで求まる誤差αもＦＣ電圧感度が良い範囲で求めた誤差となる。
【００４２】
ステップＳ１５において、誤差推定部１０ｂ又は補正部１０ｃは、エア流量指令補正値Ｑｔｈを、Ｑｔｈ＝Ｑｔ−αにより算出することができる。ここでは、誤差αをオフセット値として補正を行っている。ステップＳ１６では、補正部１０ｃが、このエア流量指令補正値Ｑｔｈを補正後の測定値として使用することでエア流量の測定値を補正することができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、電圧センサ１２、エアコンプレッサ１４、流量センサ１６、及び燃料電池スタック１７を備えるとともに、記憶部１１、電圧制御部１０ａ、誤差推定部１０ｂ、及び補正部１０ｃを備える。電圧制御部１０ａは、燃料電池スタック１７へ供給するエア流量を制御する。流量センサ１６は、燃料電池に供給されたエア流量を測定、或いは、燃料電池へ供給する系を持つエアの流量を測定し、誤差推定部１０ｂは、燃料電池スタック１７への供給されるエア流量を推定する。補正部１０ｃは、推定結果に応じて流量センサ１６の測定値の補正を行う。
【００４４】
このように、燃料電池システム１では、燃料電池が発電していない間欠運転中にエアを供給し、予め把握したエア流量とＦＣ電圧感度により、実エア流量を推定し、流量センサ１６の測定誤差を算出し、供給エア流量の測定値を補正する。つまり、燃料電池システム１では、燃料電池の発電を停止した間欠運転時のエア流量に対する電圧感度が発電時に比べて非常に大きいことを利用し、流量センサ１６の流量誤差を検出し、供給エア流量を補正する。換言すれば、間欠停止期間中の電圧維持状態では、エア供給量に対する燃料電池の出力電圧の感度が高いため、この燃料電池システム１では、感度が高い状態で測定誤差を推定していると言える。よって、燃料電池システム１によれば、流量センサ１６の精度以上の分解能で微小なエア流量の推定が可能であり、燃料電池スタック１７へ供給するエア流量を測定する流量センサ１６の測定値を精度良く補正でき、その測定値の精度を向上させることができる。これにより、燃料電池システム１によれば、間欠運転中に所定の電圧範囲にコントロールすることができ、燃料電池スタック１７の出力低下を抑止できる。
【００４５】
また、補正部１０ｃにおける補正は、間欠停止期間中の電圧維持状態において、繰り返し実施することができる。このように繰り返し補正することで、経年劣化によって増加した分の誤差も補正することができる。
【００４６】
（実施形態２）
実施形態２に係る燃料電池システムについて、図１、図６〜図８を参照しながら、実施形態１に係る燃料電池システムとの相違点のみ説明するが、実施形態１で説明した様々な例が適用できる。
【００４７】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、実施形態１に係る燃料電池システム１において、クロスリークを推定するクロスリーク推定部を有するものとする。クロスリーク推定部は、例えば誤差推定部１０ｂに設けることができる。
【００４８】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池スタック１７が発電していない間欠運転中に（間欠停止期間中に）エア流量の水準である上記流量水準１を振り（変更させ）、電圧センサ１２からの出力電圧が上昇する変曲点を求める。そして、本実施形態に係る燃料電池システム１では、この変曲点に対応する水準において、スタック供給エア流量Ｑ１′を推定する。クロスリーク推定部は、水素透過量（クロスリーク量）から求められる実エア流量の推定値（後述のＱ１′）から誤差αを算出する。そして、補正部１０ｃは、その誤差αに基づき流量センサ１６の測定値を補正する。
【００４９】
次に、図６〜図８を参照しながら、燃料電池システム１における補正処理の一例について説明する。図６は、図１の燃料電池システム１における補正処理の他の例を説明するためのフロー図である。図７は、図６の処理例で使用する水素圧力対水素透過量の関係の一例を示す図である。図８は、図６の処理例においてエア流量計測値の算出処理の一例を説明するための模式図である。
【００５０】
図６のステップＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４５，Ｓ４６，Ｓ４７は、それぞれ図２のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６と同様であり、変更点を除きその説明を省略する。ステップＳ４２でＹＥＳの場合、ステップＳ４６へ進み、ステップＳ４１でＮＯの場合には、処理を終了する。
【００５１】
ステップＳ４２でＮＯの場合、誤差推定部１０ｂのクロスリーク推定部は、燃料電池の水温（ＦＣ水温）及び間欠運転開始時の水素圧力を得て、それらから水素透過流量Ｑｈ２を算出する（ステップＳ４３）。水素透過流量Ｑｈ２は、例えば、図７に示す水素透過量マップを用いて求めることができる。図７で例示する水素透過量マップは、ＦＣ水温毎に水素圧力［ｋＰａ］に対する水素透過量［ＮＬ／ｍｉｎ］が記述されている。この水素透過量マップは、特性情報１１ａの一部として記憶部１１に記憶させておくことができる。なお、図７では代表的なＦＣ温度のみを図示しているが、これに限ったものではなく、必要に応じてより多くのＦＣ温度についての水素圧力と水素透過量との関係を記しておくことができる。
【００５２】
次いで、電圧制御部１０ａは、エアコンプレッサ１４やエア調節バルブ等を制御することで、燃料電池スタック１７へ供給するエアの流量を増加させていくとともに、電圧センサ１２の出力電圧（ＦＣ電圧）を監視する。そして、誤差推定部１０ｂのクロストーク推定部は、ＦＣ電圧が上昇した時点（上記変曲点）での流量センサ１６からの出力値であるスタック供給エア計測値Ｑ１′を取得（算出）する（ステップＳ４４）。この変曲点及びＱ１′は図８で例示するようになる。
【００５３】
その後、誤差推定部１０ｂは、流量センサ１６の測定誤差αを検出し（ステップＳ４５）、エア流量指令補正値Ｑｔｈの算出を行う（ステップＳ４６）。ステップＳ４５では、ステップＳ１５及び図３〜図５の例と異なり、例えば、透過水素量の１／２の酸素量があれば電圧が上昇に転じることから誤差αを下式により算出することができる。なお、０．２０８は空気中の酸素の割合である。
α＝（Ｑｈ２／２）／（Ｑ１′×０．２０８）
【００５４】
そして、ステップＳ４６において、誤差推定部１０ｂ又は補正部１０ｃは、エア流量指令補正値Ｑｔｈを、Ｑｔｈ＝Ｑｔ／αにより算出することができる。ステップＳ４６の後、補正部１０ｃは、エア流量指令補正値Ｑｔｈを流量センサ１６の測定値（エア流量）とする補正を行う（ステップＳ４７）。
【００５５】
本実施形態によれば、燃料電池スタック１７へ供給されるエア流量の測定精度が向上し、間欠停止期間中に所定の電圧範囲にコントロールすることができ、燃料電池スタック１７の出力低下を抑止できる。
【００５６】
（実施形態３）
実施形態３に係る燃料電池システムについて、図１、図９〜図１１を参照しながら、実施形態１に係る燃料電池システムとの相違点のみ説明するが、実施形態１，２で説明した様々な例が適用できる。
【００５７】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、実施形態１に係る燃料電池システム１において、エアを燃料電池スタック１７へ供給する系の他に燃料電池スタック１７を通らないエア供給系を有する。また、本実施形態では、燃料電池スタック１７へ供給するエア流量を上述したようなエア調節バルブ又はエア調圧バルブにて制御することが可能となっているものとする。
【００５８】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池スタック１７が発電していない間欠運転中に（間欠停止期間中に）エアを供給し、予め把握したエアバルブｓｔｅｐ数とＦＣ電圧の感度との関係により、実際のエアバルブｓｔｅｐ数を推定する。ここで、エアバルブは、エア調節バルブ又はエア調圧バルブ又はその両方を指し、ｓｔｅｐ数は、エアバルブの開度を制御する制御ステップ数である。そして、本実施形態に係る燃料電池システム１では、エアバルブの開度の誤差を算出し、その開度を補正することで、間接的に流量センサ１６の測定値を補正する。エアバルブの開度は、電圧制御部１０ａにより出力電圧が一定になるように制御されているため、このような代用が可能となる。
【００５９】
次に、図９を参照しながら、燃料電池システム１における補正処理の一例について説明する。図９は、図１の燃料電池システム１における補正処理の他の例を説明するためのフロー図である。
【００６０】
図９のステップＳ５１〜Ｓ５３は、それぞれ図２のステップＳ１１〜Ｓ１３と同様であり、その説明を省略する。ステップＳ５２でＹＥＳの場合、後述するステップＳ５５へ進み、ステップＳ５１でＮＯの場合とステップＳ５３でＮＯの場合には、処理を終了する。
【００６１】
ステップＳ５３でＹＥＳの場合、誤差推定部１０ｂは、エアバルブのｓｔｅｐ数の誤差βを検出する（ステップＳ５４）。次いで、誤差推定部１０ｂ又は補正部１０ｃは、実施形態１におけるエア流量指令補正値Ｑｔｈに対応する値であるエアバルブ指令補正値Ｓｔｈを算出する（ステップＳ５５）。上記誤差βは、β＝ΔＳと表現することができる。ステップＳ５５の後、補正部１０ｃは、エアバルブ指令補正値Ｓｔｈをエアバルブ指令値とする補正を行うことで、間接的に流量センサ１６の測定値の補正を行う（ステップＳ５６）。
【００６２】
ステップＳ５４，Ｓ５５におけるβ（＝ΔＳ）、Ｓｔｈに関し、図１０及び図１１を参照しながら、誤差ΔＳの検出方法の一例について説明する。図１０は、図９のステップＳ５４の処理例を説明するためのフロー図である。図１１は、図１０の処理例で使用するＦＣ電圧対エアバルブｓｔｅｐ数の関係の一例を示す図である。
【００６３】
エア流量誤差検出処理が開始されると、まず、図５のステップＳ３１と同様に、電圧制御部１０ａが燃料電池スタック１７へ所定水準（ここでは流量水準１とする）のエアの供給を行う（ステップＳ６１）。次いで、図５のステップＳ２２と同様に、電圧制御部１０ａ又は誤差推定部１０ｂが、供給開始から所定時間経過したか否かを判定し（ステップＳ６２）、ＹＥＳとなるまで待機する。
【００６４】
ステップＳ６２でＹＥＳとなった場合、誤差推定部１０ｂが、エアバルブからエアバルブ開度Ｓ１を取得し（ステップＳ６３）、電圧センサ１２から出力電圧値（スタック電圧Ｖ１）を取得する（ステップＳ６４）。なお、ステップＳ６３，Ｓ６４の順序は問わない。
【００６５】
次いで、誤差推定部１０ｂは、記憶部１１に記憶された特性情報１１ａ（所定のエアバルブｓｔｅｐ数ＦＣ電圧マップ）を参照し、スタック電圧Ｖ１に対応する実際のｓｔｅｐ数（実ｓｔｅｐ数）Ｓ１ｍａｐを読み出すことで求める（ステップＳ６５）。上記エアバルブｓｔｅｐ数ＦＣ電圧マップは、図１１で例示するように、スタック電圧（ＦＣ電圧）とエアバルブｓｔｅｐ数との対応関係を記したマップとすることができる。ここで、エア系全体に供給しているエア流量は一定であるものとする。なお、図１１で示すマップの横軸はＦＣ電圧［Ｖ］、縦軸はエアバルブｓｔｅｐ数［／ｍｉｎ］である。
【００６６】
次いで、誤差推定部１０ｂは、エアバルブの開度の誤差ΔＳを、△Ｓ＝Ｓ１−Ｓ１ｍａｐにより求める（ステップＳ６６）。
【００６７】
ステップＳ５５において、誤差推定部１０ｂ又は補正部１０ｃは、エアバルブ指令補正値Ｓｔｈを、Ｓｔｈ＝Ｓｔ−ΔＳにより算出することができる。ここで、Ｓｔは、補正無しのエアバルブ指令値とする。ステップＳ５６では、補正部１０ｃが、このエアバルブ指令補正値Ｓｔｈを補正後の開度として使用することで間接的にエア流量の測定値を補正することができる。
【００６８】
本実施形態によれば、燃料電池スタック１７へ供給されるエア流量の測定精度が向上し、間欠停止期間中に所定の電圧範囲にコントロールすることができ、燃料電池スタック１７の出力低下を抑止できるだけでなく、調圧バルブの現在位置のズレを補正できる。
【００６９】
（比較例）
次に、図１２を参照しながら、実施形態１〜３に係る燃料電池システム１との比較例について説明する。図１２は、比較例におけるエア流量対ＦＣ電圧の関係の一例を示す図である。なお、図１２に示すグラフは、電流一定の電圧感度で表現している。
【００７０】
比較例に係る燃料電池システムでは、間欠中（間欠運転中）及び発電時に関係なくエア流量の誤差を補正している。図１２に示すように、間欠中におけるエア流量に対する出力電圧の感度が大きいが、発電時の出力ではエア流量に対する出力電圧の感度が小さい。よって、比較例に係る燃料電池システムでは、微小なエア流量の誤差推定は困難である。これに対し、実施形態１〜３に係る燃料電池システム１では、出力電圧の感度が大きい領域において補正を行っているため、精度良く補正を行うことができる。
【００７１】
（まとめ）
以上に実施形態１〜３について説明したが、上記実施形態１〜３は、以下の特徴を有する。
即ち、上記実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池（燃料電池スタック１７）、エアコンプレッサ１４、流量センサ１６、電圧センサ１２、電圧制御部１０ａ、記憶部１１、誤差推定部１０ｂ、及び補正部１０ｃを備える。
【００７２】
流量センサ１６は、エアコンプレッサ１４による燃料電池へのエア供給量を測定する。電圧センサ１２は、燃料電池の出力電圧を計測する。電圧制御部１０ａは、間欠運転中における燃料電池の発電が停止している期間である間欠停止期間中に上記出力電圧を維持する。記憶部１１は、間欠停止期間中の電圧維持状態における、燃料電池の出力電圧とエア供給量との関係を記憶する。誤差推定部１０ｂは、間欠停止期間中の電圧維持状態において電圧センサ１２で計測した出力電圧についての、流量センサ１６で測定したエア供給量と上記関係が示すエア供給量とに基づき、流量センサ１６の測定誤差を推定する。補正部１０ｃは、間欠停止期間中の電圧維持状態において誤差推定部１０ｂが推定した測定誤差に基づいて、流量センサ１６でのエア供給量の測定値を補正する。
【００７３】
以上の構成の燃料電池システム１では、燃料電池の出力電圧とエア供給量との電圧維持状態における関係を記憶しておく。そして、燃料電池システム１では、間欠停止期間中の電圧維持状態において電圧センサ１２で計測した出力電圧についての、流量センサ１６で測定したエア供給量と上記関係が示すエア供給量とに基づき流量センサ１６の測定誤差を推定する。燃料電池システム１では、その測定誤差に基づき流量センサ１６でのエア供給量の測定値を補正する。ここで、間欠停止期間中の電圧維持状態では、エア供給量に対する燃料電池の出力電圧の感度が高いため、この燃料電池システム１では、感度が高い状態で測定誤差を推定していると言える。よって、この燃料電池システム１によれば、エアコンプレッサ１４による燃料電池へのエア供給量を測定する流量センサ１６の測定値を、精度良く補正することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  燃料電池システム
１０  制御部
１０ａ  電圧制御部
１０ｂ  誤差推定部
１０ｃ  補正部
１１  記憶部
１１ａ  特性情報
１２  電圧センサ
１３、１５  配管
１４  エアコンプレッサ
１６  流量センサ
１７  燃料電池スタック
【図１】
2020149773.tif 000003
【図２】
2020149773.tif 000004
【図３】
2020149773.tif 000005
【図４】
2020149773.tif 000006
【図５】
2020149773.tif 000007
【図６】
2020149773.tif 000008
【図７】
2020149773.tif 000009
【図８】
2020149773.tif 000010
【図９】
2020149773.tif 000011
【図１０】
2020149773.tif 000012
【図１１】
2020149773.tif 000013
【図１２】
2020149773.tif 000014