(57)【要約】【課題】燃料電池システムの空気供給量を調節する技術において、燃料電池システムの空気供給量を測定するエアフローメータを補正する技術を提供することを目的とする。【解決手段】エアフローメータ１は、燃料電池４に対して供給される空気の供給量を測定する。エアフローメータ補正部１０は、エアフローメータ１以外の信頼度が高い測定手段を利用して、エアフローメータ１の測定誤差を推定でき、エアフローメータ１を補正できる。エアフローメータ補正部１０がエアフローメータ１の測定誤差を推定する方法として、供給空気の封止空間の圧力と体積に基づく推定方法と、燃料電池４の出力特性と空気供給量の関係に基づく推定方法と、空気供給量に対する燃料電池４の出力特性の変化率と空気供給量の関係に基づく推定方法と、燃料電池４が消費した酸素量と燃料電池４の排気側の酸素濃度に基づく推定方法と、などがある。【選択図】図１
2010272467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に対して供給される空気の供給量を測定する空気供給量測定部と、
前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正する空気供給量補正部と、
前記空気供給量測定部の排気側に配置され、前記燃料電池に対して供給される空気を圧縮するエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサの排気側に配置され、前記燃料電池での空気の吸気又は排気を調節するエアバルブと、
前記エアコンプレッサから前記エアバルブまでの圧力値を測定する圧力値測定部と、
を備え、
前記空気供給量補正部は、
前記エアコンプレッサから前記エアバルブまでの体積値を記憶する体積値記憶部と、
所定タイミングにおいて、前記エアコンプレッサから全閉された前記エアバルブまでの空間に空気が供給されたときに、前記圧力値測定部から取得した空気供給前後の圧力変化測定値と前記体積値記憶部から取得した体積値との積に基づいて算出した空気供給量と、前記空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、前記空気供給量測定部の測定誤差を推定する空気供給量測定誤差推定部と、
を含み、前記所定タイミング以降において、前記空気供給量測定誤差推定部が推定した前記空気供給量測定部の測定誤差に基づいて、前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に対して供給される空気の供給量を測定する空気供給量測定部と、
前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正する空気供給量補正部と、
前記燃料電池の出力特性を測定する燃料電池出力特性測定部と、
を備え、
前記空気供給量補正部は、
前記燃料電池の出力特性と空気供給量との関係を記憶する燃料電池出力特性記憶部と、
所定タイミングにおいて、前記燃料電池出力特性記憶部から取得した前記燃料電池の出力特性と空気供給量との関係に基づいて算出した、前記燃料電池出力特性測定部から取得した前記燃料電池の出力特性測定値に対応する空気供給量と、前記空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、前記空気供給量測定部の測定誤差を推定する空気供給量測定誤差推定部と、
を含み、前記所定タイミング以降において、前記空気供給量測定誤差推定部が推定した前記空気供給量測定部の測定誤差に基づいて、前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に対して供給される空気の供給量を測定する空気供給量測定部と、
前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正する空気供給量補正部と、
空気供給量測定値に対する前記燃料電池の出力特性の変化率を測定する燃料電池出力特性変化率測定部と、
を備え、
前記空気供給量補正部は、
空気供給量に対する前記燃料電池の出力特性の変化率と空気供給量との関係を記憶する燃料電池出力特性変化率記憶部と、
所定タイミングにおいて、前記燃料電池出力特性変化率記憶部から取得した空気供給量に対する前記燃料電池の出力特性の変化率と空気供給量との関係に基づいて算出した、前記燃料電池出力特性変化率測定部から取得した空気供給量測定値に対する前記燃料電池の出力特性の変化率に対応する空気供給量と、前記空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、前記空気供給量測定部の測定誤差を推定する空気供給量測定誤差推定部と、
を含み、前記所定タイミング以降において、前記空気供給量測定誤差推定部が推定した前記空気供給量測定部の測定誤差に基づいて、前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に対して供給される空気の供給量を測定する空気供給量測定部と、
前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正する空気供給量補正部と、
前記燃料電池の電流値を測定する燃料電池電流値測定部と、
前記燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧を測定する出力電圧測定部と、
を備え、
前記空気供給量補正部は、
前記燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧と前記燃料電池の排気側の酸素濃度との関係を記憶する酸素センサ特性記憶部と、
所定タイミングにおいて、前記燃料電池電流値測定部から取得した前記燃料電池の電流値に基づいて、前記燃料電池が消費した酸素量を算出する消費酸素量算出部と、
前記所定タイミングにおいて、前記酸素センサ特性記憶部から取得した前記燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧と前記燃料電池の排気側の酸素濃度との関係に基づいて、前記出力電圧測定部から取得した前記燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧に対応する前記燃料電池の排気側の酸素濃度を算出する排気側酸素濃度算出部と、
前記所定タイミングにおいて、前記消費酸素量算出部から取得した前記燃料電池が消費した酸素量と、前記排気側酸素濃度算出部から取得した前記燃料電池の排気側の酸素濃度と、に基づいて算出した空気供給量と、前記空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、前記空気供給量測定部の測定誤差を推定する空気供給量測定誤差推定部と、
を含み、前記所定タイミング以降において、前記空気供給量測定誤差推定部が推定した前記空気供給量測定部の測定誤差に基づいて、前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に対して供給される空気の供給量を測定する空気供給量測定部と、
前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正する空気供給量補正部と、
前記燃料電池の電流値を測定する燃料電池電流値測定部と、
前記燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧を測定する出力電圧測定部と、
前記燃料電池から排出される空気の排出量を測定する空気排出量測定部と、
を備え、
前記空気供給量補正部は、
前記燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧と前記燃料電池の排気側の酸素濃度との関係を記憶する酸素センサ特性記憶部と、
所定タイミングにおいて、前記燃料電池電流値測定部から取得した前記燃料電池の電流値に基づいて、前記燃料電池が消費した空気量を算出する消費空気量算出部と、
前記所定タイミングにおいて、前記酸素センサ特性記憶部から取得した前記燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧と前記燃料電池の排気側の酸素濃度との関係と、前記空気排出量測定部から取得した前記燃料電池から排出される空気の排出量と、に基づいて、前記出力電圧測定部から取得した前記燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧に対応する前記燃料電池が消費しなかった空気量を算出する非消費空気量算出部と、
前記所定タイミングにおいて、前記消費空気量算出部から取得した前記燃料電池が消費した空気量と、前記非消費空気量算出部から取得した前記燃料電池が消費しなかった空気量と、に基づいて算出した空気供給量と、前記空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、前記空気供給量測定部の測定誤差を推定する空気供給量測定誤差推定部と、
を含み、前記所定タイミング以降において、前記空気供給量測定誤差推定部が推定した前記空気供給量測定部の測定誤差に基づいて、前記空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料電池システムの空気供給量を調節する技術に関し、詳細には燃料電池システムの空気供給量を測定するエアフローメータを補正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境汚染の対策として燃料電池システムの開発が進められている。燃料電池システムは、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電気化学的に発電するため、二酸化炭素を排気ガスとして排出せず環境汚染を起こさない。特許文献１，２が開示する燃料電池システムは、このような燃料電池システムの例である。
【０００３】
特許文献１が開示する燃料電池システムは、実測発電量が目標発電量に等しくなるように、流路のバルブ開度を設定し、流路の実測圧力が流路の目標圧力に等しくなるように、エアコンプレッサの吐出流量を設定する。ここで、流路のバルブ開度を上述のように設定するときに、流路の実測圧力を上述のように保持するために、エアコンプレッサの吐出流量を調節する。よって、大気圧が変化したときであっても、空気不足や空気過多が起こらないで、流路の圧力と空気の流量が確実に確保される。
【０００４】
特許文献２が開示する燃料電池システムは、カソードの出口圧力を計測する圧力センサと、大気圧を計測する大気圧センサと、を備える。ここで、圧力センサは広い計測レンジを有し計測精度が低く、大気圧センサは狭い計測レンジを有し計測精度が高い。そこで、ガス供給系が大気圧に解放される起動時に、圧力センサと大気圧センサにより大気圧を計測し、圧力センサと大気圧センサによる大気圧の計測値の差分を圧力センサの計測誤差として設定する。そして、通常運転時に、上述のように設定された圧力センサの計測誤差に基づいて、圧力センサによりカソードの出口圧力を精度よく計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５３２０８号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池システムは、空気供給量を調節するために、空気供給量を測定するエアフローメータを備える。ここで、エアフローメータは、経年劣化又はエアクリーナ交換により、測定誤差を生じる。しかし、特許文献１，２が開示する燃料電池システムは、エアフローメータを補正する手段を備えていないため、実際の空気供給量を目標空気供給量より増加又は減少させることがある。実際の空気供給量が目標空気供給量より増加するときには、酸素利用率が低くなり、実際の空気供給量が目標空気供給量より減少するときには、酸素利用率が高くなり、いずれにしても効率的な発電が行われないという問題がある。
【０００７】
本発明は、燃料電池システムの空気供給量を調節する技術において、燃料電池システムの空気供給量を測定するエアフローメータを補正する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の燃料電池システムは、空気供給量測定部と空気供給量補正部を備える。空気供給量測定部は、燃料電池に対して供給される空気の供給量を測定する。空気供給量補正部は、空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正する。
【０００９】
空気供給量補正部は、空気供給量測定誤差推定部を含む。空気供給量測定誤差推定部は、所定タイミングにおいて、空気供給量測定部の測定誤差を推定する。空気供給量補正部は、所定タイミング以降において、空気供給量測定誤差推定部が推定した空気供給量測定部の測定誤差に基づいて、空気供給量測定部での空気供給量測定値を補正する。空気供給量測定部の測定誤差を推定する方法として、第１から第５までの方法があげられる。
【００１０】
第１の方法では、燃料電池システムは、エアコンプレッサとエアバルブと圧力値測定部をさらに備える。エアコンプレッサは、空気供給量測定部の排気側に配置され、燃料電池に対して供給される空気を圧縮する。エアバルブは、エアコンプレッサの排気側に配置され、燃料電池での空気の吸気又は排気を調節する。圧力値測定部は、エアコンプレッサからエアバルブまでの圧力値を測定する。空気供給量補正部は、体積値記憶部をさらに含む。体積値記憶部は、エアコンプレッサからエアバルブまでの体積値を記憶する。空気供給量測定誤差推定部は、所定タイミングにおいて、エアコンプレッサから全閉されたエアバルブまでの空間に空気が供給されたときに、圧力値測定部から取得した空気供給前後の圧力変化測定値と体積値記憶部から取得した体積値の積に基づいて算出した空気供給量と、空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、空気供給量測定部の測定誤差を推定する。所定タイミングとして、エアバルブが閉じられている状態又はほぼ閉じられている状態、具体的には起動時又は停止時又は定常時がある。
【００１１】
第２の方法では、燃料電池システムは、燃料電池出力特性測定部をさらに備える。燃料電池出力特性測定部は、燃料電池の出力電圧や出力電流や出力電力といった出力特性を測定する。空気供給量補正部は、燃料電池出力特性記憶部をさらに含む。燃料電池出力特性記憶部は、燃料電池の出力特性と空気供給量の関係を記憶する。空気供給量測定誤差推定部は、所定タイミングにおいて、燃料電池出力特性記憶部から取得した燃料電池の出力特性と空気供給量の関係に基づいて算出した、燃料電池出力特性測定部から取得した燃料電池の出力特性測定値に対応する空気供給量と、空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、空気供給量測定部の測定誤差を推定する。
【００１２】
第３の方法では、燃料電池システムは、燃料電池出力特性変化率測定部をさらに備える。燃料電池出力特性変化率測定部は、空気供給量測定値に対する燃料電池の出力電圧や出力電流や出力電力といった出力特性の変化率を測定する。空気供給量補正部は、燃料電池出力特性変化率記憶部をさらに含む。燃料電池出力特性変化率記憶部は、空気供給量に対する燃料電池の出力特性の変化率と空気供給量の関係を記憶する。空気供給量測定誤差推定部は、所定タイミングにおいて、燃料電池出力特性変化率記憶部から取得した空気供給量に対する燃料電池の出力特性の変化率と空気供給量の関係に基づいて算出した、燃料電池出力特性変化率測定部から取得した空気供給量測定値に対する燃料電池の出力特性の変化率に対応する空気供給量と、空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、空気供給量測定部の測定誤差を推定する。
【００１３】
第２と第３の方法では、所定タイミングとして、燃料電池の出力特性変化が、空気供給量の変化と空気供給量以外の変化のうちいずれの変化によるものであるかが明確である状態、具体的にはアイドル時又は高速運転時又は降坂運転時などの定常時がある。
【００１４】
第４の方法では、燃料電池システムは、燃料電池電流値測定部と出力電圧測定部をさらに備える。燃料電池電流値測定部は、燃料電池の電流値を測定する。出力電圧測定部は、燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧を測定する。空気供給量補正部は、酸素センサ特性記憶部と消費酸素量算出部と排気側酸素濃度算出部をさらに含む。酸素センサ特性記憶部は、燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧と燃料電池の排気側の酸素濃度の関係を記憶する。消費酸素量算出部は、所定タイミングにおいて、燃料電池電流値測定部から取得した燃料電池の電流値に基づいて、燃料電池が消費した酸素量を算出する。排気側酸素濃度算出部は、所定タイミングにおいて、酸素センサ特性記憶部から取得した燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧と燃料電池の排気側の酸素濃度の関係に基づいて、出力電圧測定部から取得した燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧に対応する燃料電池の排気側の酸素濃度を算出する。空気供給量測定誤差推定部は、所定タイミングにおいて、消費酸素量算出部から取得した燃料電池が消費した酸素量と、排気側酸素濃度算出部から取得した燃料電池の排気側の酸素濃度と、に基づいて算出した空気供給量と、空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、空気供給量測定部の測定誤差を推定する。
【００１５】
第５の方法では、燃料電池システムは、燃料電池電流値測定部と出力電圧測定部と空気排出量測定部をさらに備える。燃料電池電流値測定部は、燃料電池の電流値を測定する。出力電圧測定部は、燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧を測定する。空気排出量測定部は、燃料電池から排出される空気の排出量を測定する。空気供給量補正部は、酸素センサ特性記憶部と消費空気量算出部と非消費空気量算出部をさらに含む。酸素センサ特性記憶部は、燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧と燃料電池の排気側の酸素濃度の関係を記憶する。消費空気量算出部は、所定タイミングにおいて、燃料電池電流値測定部から取得した燃料電池の電流値に基づいて、燃料電池が消費した空気量を算出する。非消費空気量算出部は、所定タイミングにおいて、酸素センサ特性記憶部から取得した燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧と燃料電池の排気側の酸素濃度の関係と、空気排出量測定部から取得した燃料電池から排出される空気の排出量と、に基づいて、出力電圧測定部から取得した燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧に対応する燃料電池が消費しなかった空気量を算出する。空気供給量測定誤差推定部は、所定タイミングにおいて、消費空気量算出部から取得した燃料電池が消費した空気量と、非消費空気量算出部から取得した燃料電池が消費しなかった空気量と、に基づいて算出した空気供給量と、空気供給量測定部から取得した空気供給量測定値と、の差分を算出することにより、空気供給量測定部の測定誤差を推定する。
【００１６】
第４と第５の方法では、所定タイミングとして、燃料電池の排気側の酸素センサの出力電圧が、燃料電池の排気側の酸素濃度に対して著しく変化する状態、具体的には酸素供給量が要求発電量に対応する酸素量にほぼ等しくストイキ比がほぼ１に等しい状態がある。ストイキ比がほぼ１に等しい状態は、急速暖機運転時に容易に実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、空気供給量測定部以外の信頼度が高い測定手段を利用して、空気供給量測定部の測定誤差を推定でき、空気供給量測定部を補正できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】燃料電池システムの構成要素を示すブロック図である。
【図２】第１の実施例に係るエアフローメータ補正部を示すブロック図である。
【図３】第２の実施例に係るエアフローメータ補正部を示すブロック図である。
【図４】燃料電池の電圧特性を空気供給量の関数として示す図である。
【図５】燃料電池の電圧特性を空気供給量の関数として示す図である。
【図６】燃料電池の電圧特性を空気供給量の関数として示す図である。
【図７】燃料電池の電圧特性を空気供給量の関数として示す図である。
【図８】第３の実施例に係るエアフローメータ補正部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
｛燃料電池システムの構成要素｝
図１は、燃料電池システムの構成要素を示すブロック図である。燃料電池システムは、エアフローメータ１、エアコンプレッサ２、エアシャットバルブ３，６、燃料電池４、エア調圧バルブ５、圧力センサ７，８、酸素センサ９、エアフローメータ補正部１０などから構成される。エアフローメータ１は、燃料電池４に対して供給される空気の供給量を測定する。ここで、エアフローメータ１は、経年劣化又はエアクリーナ交換により、測定誤差を生じる。そこで、エアフローメータ補正部１０は、エアフローメータ１でのエアフローメータ測定値を補正する。エアフローメータ１でのエアフローメータ測定値を補正する方法として、以下に示す第１から第３までの実施例に係る方法があげられる。
【００２０】
エアコンプレッサ２は、エアフローメータ１の排気側に配置され、燃料電池４に対して供給される空気を圧縮する。エアシャットバルブ３は、エアコンプレッサ２の排気側に配置され、燃料電池４での空気の吸気を調節する。燃料電池４は、エアシャットバルブ３の排気側に配置され、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。エア調圧バルブ５は、燃料電池４の排気側に配置され、燃料電池４の出口圧力を調節する。エアシャットバルブ６は、エア調圧バルブ５の排気側に配置され、燃料電池４での空気の排気を調節する。
【００２１】
圧力センサ７は、エアコンプレッサ２とエアシャットバルブ３の間の空気圧力を測定する。圧力センサ８は、エアシャットバルブ３と燃料電池４の間の空気圧力を測定する。酸素センサ９は、燃料電池４とエア調圧バルブ５の間の酸素濃度を測定する。エアフローメータ補正部１０は、エアフローメータ測定値をエアフローメータ１から取得し、空気圧力測定値を圧力センサ７，８から取得し、燃料電池４の出力特性測定値を燃料電池４から取得し、酸素センサ９の出力電圧測定値を酸素センサ９から取得し、以上の測定値に基づいて、エアフローメータ１でのエアフローメータ測定値を補正する。
【００２２】
｛第１の実施例｝
図２は、第１の実施例に係るエアフローメータ補正部１０Ａを示すブロック図である。エアフローメータ補正部１０Ａは、エアフローメータ真値推定部１１Ａ、エアフローメータ誤差推定部１２Ａ、エア封止体積記憶部１３Ａなどから構成される。
【００２３】
エアフローメータ真値推定部１１Ａは、後述する方法により、エアフローメータ真値を推定する。エアフローメータ誤差推定部１２Ａは、エアフローメータ測定値をエアフローメータ１から取得し、エアフローメータ真値をエアフローメータ真値推定部１１Ａから取得し、エアフローメータ測定値とエアフローメータ真値の差分を算出することにより、エアフローメータ１の測定誤差を推定し、エアフローメータ１を補正する。エア封止体積記憶部１３Ａは、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ３までの体積値、又は、エアコンプレッサ２からエア調圧バルブ５までの体積値、又は、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ６までの体積値、の実験的な測定データを記憶する。
【００２４】
以下に、エアフローメータ１でのエアフローメータ測定値を補正する処理の流れとして、第１から第３までの処理の流れについて説明する。
【００２５】
第１の処理の流れについて説明する。最初に、エアシャットバルブ３を全閉にし、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ３まで水を送出し、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ３まで水を充填させる。そして、水の充填体積又は水の充填前後での燃料電池システムの重量変化を測定することにより、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ３までの体積値を測定し、体積値をエア封止体積記憶部１３Ａに記憶させる。
【００２６】
次に、エアシャットバルブ３を全閉にし、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ３まで空気を送出し、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ３まで空気を充填させる。そして、圧力センサ７は、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ３までの封止体積における空気の充填前後での圧力変化を、エア封止圧力変化測定値として測定する。
【００２７】
最後に、エアフローメータ真値推定部１１Ａは、エア封止圧力変化測定値を圧力センサ７から取得し、エア封止体積値をエア封止体積記憶部１３Ａから取得し、後述する方法により、エア封止圧力変化測定値とエア封止体積値の積に基づいて、エアフローメータ真値を推定する。そして、エアフローメータ誤差推定部１２Ａは、エアフローメータ真値をエアフローメータ真値推定部１１Ａから取得し、エアフローメータ測定値をエアフローメータ１から取得し、エアフローメータ真値とエアフローメータ測定値の差分を算出することにより、エアフローメータ１の測定誤差を推定し、エアフローメータ１を補正する。
【００２８】
第２の処理の流れについて説明する。最初に、エアシャットバルブ３を全開にし、エア調圧バルブ５を全閉にし、エアシャットバルブ３と燃料電池４のセルを介して、エアコンプレッサ２からエア調圧バルブ５まで水を送出し、エアコンプレッサ２からエア調圧バルブ５まで水を充填させる。そして、水の充填体積又は水の充填前後での燃料電池システムの重量変化を測定することにより、エアコンプレッサ２からエア調圧バルブ５までの体積値を測定し、体積値をエア封止体積記憶部１３Ａに記憶させる。
【００２９】
次に、エアシャットバルブ３を全開にし、エア調圧バルブ５を全閉にし、エアシャットバルブ３と燃料電池４のセルを介して、エアコンプレッサ２からエア調圧バルブ５まで空気を送出し、エアコンプレッサ２からエア調圧バルブ５まで空気を充填させる。そして、圧力センサ７又は圧力センサ８は、エアコンプレッサ２からエア調圧バルブ５までの封止体積における空気の充填前後での圧力変化を、エア封止圧力変化測定値として測定する。最後に、第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００３０】
第３の処理の流れについて説明する。最初に、エアシャットバルブ３とエア調圧バルブ５を全開にし、エアシャットバルブ６を全閉にし、エアシャットバルブ３と燃料電池４のセルとエア調圧バルブ５を介して、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ６まで水を送出し、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ６まで水を充填させる。そして、水の充填体積又は水の充填前後での燃料電池システムの重量変化を測定することにより、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ６までの体積値を測定し、体積値をエア封止体積記憶部１３Ａに記憶させる。
【００３１】
次に、エアシャットバルブ３とエア調圧バルブ５を全開にし、エアシャットバルブ６を全閉にし、エアシャットバルブ３と燃料電池４のセルとエア調圧バルブ５を介して、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ６まで空気を送出し、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ６まで空気を充填させる。そして、圧力センサ７又は圧力センサ８は、エアコンプレッサ２からエアシャットバルブ６までの封止体積における空気の充填前後での圧力変化を、エア封止圧力変化測定値として測定する。最後に、第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００３２】
エア封止圧力変化測定値とエア封止体積値の積に基づいて、エアフローメータ真値を推定する方法について説明する。封止空間に送出される空気について、送出前における気体の状態方程式として、ＰＶ１＝ｎＲＴ１が成立し、送出後における気体の状態方程式として、ΔＰＶ２＝ｎＲＴ２が成立する。Ｐ［ａｔｍ］は大気圧値であり、ΔＰ［ａｔｍ］はエア封止圧力変化測定値である。Ｖ１［ｌ］はエアフローメータ真値であり、Ｖ２［ｌ］はエア封止体積値である。ｎ［ｍｏｌ］は封止空間に送出される空気のモル数であり、Ｒ（＝０．０８２ａｔｍ・ｌ／ｍｏｌ・Ｋ）は気体定数である。Ｔ１［Ｋ］は送出前における空気の絶対温度であり、Ｔ２［Ｋ］は送出後における空気の絶対温度である。エアフローメータ真値は、Ｖ１＝（１／Ｐ）・（Ｔ１／Ｔ２）・（ΔＰＶ２）により推定される。
【００３３】
大気圧値が実際には１ａｔｍでないが１ａｔｍであるとみなしてもよく、かつ、大気の温度と燃料電池システムの温度が実際には異なるが等しいとみなしてもよいときには、エアフローメータ真値は、Ｖ１＝ΔＰＶ２により推定される。このときには、エアフローメータ真値を容易に推定できる。大気圧値が実際に１ａｔｍであり、かつ、大気の温度と燃料電池システムの温度が実際に等しいときにも、エアフローメータ真値は、Ｖ１＝ΔＰＶ２により推定される。このときには、エアフローメータ真値を精度よく推定できる。
【００３４】
大気圧値が実際に１ａｔｍとは大きく異なり、又は、大気の温度と燃料電池システムの温度が実際に大きく異なるときには、エアフローメータ真値は、Ｖ１＝（１／Ｐ）・（Ｔ１／Ｔ２）・（ΔＰＶ２）により推定される。このときには、１／Ｐを算出するにあたり、大気圧センサを利用し、Ｔ１／Ｔ２を算出するにあたり、大気温度センサと燃料電池システム温度センサを利用し、エアフローメータ真値を精度よく推定できる。
【００３５】
第２の処理の流れでは、第１の処理の流れと比較して、エア封止体積値が大きいため、エアフローメータ真値の推定の精度が高くなり、エアフローメータ１の補正の精度が高くなるところ、エア調圧バルブ５がバタフライ式のバルブであるときには、エア調圧バルブ５での空気漏れに留意する必要がある。第３の処理の流れでは、第２の処理の流れと比較して、エア封止体積値が大きいため、エアフローメータ真値の推定の精度が高くなり、エアフローメータ１の補正の精度が高くなるうえに、エア調圧バルブ５がバタフライ式のバルブであるときでも、エア調圧バルブ５での空気漏れに留意する必要がない。
【００３６】
エアフローメータ１の経年劣化を考慮するのみならず、圧力センサ７，８の経年劣化を考慮するときには、これらの測定手段の劣化曲線図をエアフローメータ補正部１０Ａに格納すればよい。これにより、エアフローメータ真値をさらに精度よく推定できる。
【００３７】
第１の実施例は、エアシャットバルブ３又はエア調圧バルブ５又はエアシャットバルブ６が、閉じられている状態又はほぼ閉じられている状態において、具体的には起動時又は停止時又は定常時において、実行されることが好ましい。起動時に第１の実施例を実行するにあたり、エアシャットバルブ３又はエア調圧バルブ５又はエアシャットバルブ６はすでに閉じられているため、即時に第１の実施例を実行できる。停止時又は定常時に第１の実施例を実行するにあたり、エアシャットバルブ３又はエア調圧バルブ５又はエアシャットバルブ６はいまだ閉じられていないことがあるため、以上に示したバルブのうちいずれかのバルブが閉じられたことを確認できたときに、第１の実施例を実行できる。
【００３８】
第１の実施例で説明したタイミングにおいて、エアフローメータ１の測定誤差が推定された後に、第１から第３までの実施例で説明するタイミングにおいて、エアフローメータ１の測定誤差が再び推定されるまで、先に第１の実施例で推定されたエアフローメータ１の測定誤差に基づいて、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００３９】
｛第２の実施例｝
図３は、第２の実施例に係るエアフローメータ補正部１０Ｂを示すブロック図である。エアフローメータ補正部１０Ｂは、エアフローメータ真値推定部１１Ｂ、エアフローメータ誤差推定部１２Ｂ、燃料電池特性記憶部１３Ｂなどから構成される。
【００４０】
エアフローメータ真値推定部１１Ｂは、後述する方法により、エアフローメータ真値を推定する。エアフローメータ誤差推定部１２Ｂは、エアフローメータ測定値をエアフローメータ１から取得し、エアフローメータ真値をエアフローメータ真値推定部１１Ｂから取得し、エアフローメータ測定値とエアフローメータ真値の差分を算出することにより、エアフローメータ１の測定誤差を推定し、エアフローメータ１を補正する。燃料電池特性記憶部１３Ｂは、燃料電池４の電圧特性の実験的な測定データを記憶する。
【００４１】
以下に、エアフローメータ１でのエアフローメータ測定値を補正する処理の流れとして、第１から第８までの処理の流れについて説明する。
【００４２】
第１の処理の流れについて説明する。図４は、第１の処理の流れにおける、燃料電池４の電圧特性を空気供給量の関数として示す図である。ここで、図４での空気供給量は、エアフローメータ１により測定されるものでなく、エアフローメータ１以外の信頼度の高い測定手段により測定されるものである。まず、燃料電池４の電流値を固定したうえで、燃料電池４の出力電圧を空気供給量の関数として測定し、燃料電池特性曲線図１３１Ｂを燃料電池特性記憶部１３Ｂに記憶させる。空気供給量が増加するにしたがって、燃料電池４の出力電圧が増加し、空気供給量に対する燃料電池４の出力電圧の変化率が減少する。
【００４３】
燃料電池４の出力電圧を、燃料電池４の単数のセルについて測定してもよく、燃料電池４の複数のセルについて測定してもよい。燃料電池４の出力電圧を燃料電池４の単数のセルについて測定するときに、燃料電池４の出力電圧のモニタのチャンネル数を少なくできる。燃料電池４の出力電圧を燃料電池４の複数のセルについて測定するときに、燃料電池４の出力電圧を大きくできるため、エアフローメータ１の補正精度を向上できる。
【００４４】
次に、燃料電池４の電流値を固定したうえで、エアフローメータ測定値を増減させながら、燃料電池４の出力電圧を測定する。燃料電池４の出力電圧が点１３２Ｂにより示した値Ｖに到達したときに、エアフローメータ真値は点１３２Ｂにより示した値Ｑに到達するところ、エアフローメータ測定値は当該値Ｑから測定誤差分だけずれている。
【００４５】
エアフローメータ真値推定部１１Ｂは、燃料電池４の出力電圧測定値を燃料電池４から取得し、燃料電池特性曲線図１３１Ｂを燃料電池特性記憶部１３Ｂから参照し、エアフローメータ真値を推定する。エアフローメータ誤差推定部１２Ｂは、エアフローメータ真値をエアフローメータ真値推定部１１Ｂから取得し、エアフローメータ測定値をエアフローメータ１から取得し、エアフローメータ真値とエアフローメータ測定値の差分を算出することにより、エアフローメータ１の測定誤差を推定し、エアフローメータ１を補正する。
【００４６】
第２の処理の流れについて説明する。図５は、第２の処理の流れにおける、燃料電池４の電圧特性を空気供給量の関数として示す図である。ここで、図５での空気供給量は、エアフローメータ１により測定されるものでなく、エアフローメータ１以外の信頼度の高い測定手段により測定されるものである。まず、燃料電池４の電流値を固定したうえで、燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを空気供給量の関数として測定し、燃料電池特性曲線図１３３Ｂを燃料電池特性記憶部１３Ｂに記憶させる。空気供給量が増加するにしたがって、燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきが減少し、空気供給量に対する燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきの変化率が減少する。
【００４７】
燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを、最弱セルと一般セルについて測定することが好ましい。ここで、最弱セルとは、空気が最も流れにくいセルのことをいい、空気の吸気口及び排気口がセルスタックの一方側面に配置される燃料電池４では、空気の吸気口及び排気口から最も奥に配置されるセルのことをいい、一般セルとは、最弱セル以外のセルのことをいう。よって、燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを、最弱セルと一般セルについて測定するときに、燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを大きくできるため、エアフローメータ１の補正精度を向上できる。
【００４８】
次に、燃料電池４の電流値を固定したうえで、エアフローメータ測定値を増減させながら、燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを測定する。燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきが点１３４Ｂにより示した値ΔＶに到達したときに、エアフローメータ真値は点１３４Ｂにより示した値Ｑに到達するところ、エアフローメータ測定値は当該値Ｑから測定誤差分だけずれている。第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の測定誤差が推定され、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００４９】
第３の処理の流れについて説明する。図６は、第３の処理の流れにおける、燃料電池４の電圧特性を空気供給量の関数として示す図である。ここで、図６での空気供給量は、エアフローメータ１により測定されるものでなく、エアフローメータ１以外の信頼度の高い測定手段により測定されるものである。まず、燃料電池４の電流値を低電流値Ｉ１に固定したうえで、燃料電池４の出力電圧を空気供給量の関数として測定し、次に、燃料電池４の電流値を高電流値Ｉ２に固定したうえで、燃料電池４の出力電圧を空気供給量の関数として測定し、燃料電池特性曲線図１３５Ｂを燃料電池特性記憶部１３Ｂに記憶させる。空気供給量を固定したうえで、燃料電池４の電流値が増加するにしたがって、燃料電池４の出力電圧が減少する。空気供給量が増加するにしたがって、図６の実線と破線の燃料電池特性曲線の間隔が減少し、空気供給量に対する当該間隔の変化率が減少する。燃料電池４の出力電圧は、第１の処理の流れと同様にして測定される。
【００５０】
次に、エアフローメータ測定値を固定したうえで、燃料電池４の電流値を低電流値Ｉ１から高電流値Ｉ２まで変化させる。燃料電池４の電流値が低電流値Ｉ１であるときでの燃料電池４の出力電圧と、燃料電池４の電流値が高電流値Ｉ２であるときでの燃料電池４の出力電圧と、の差分が矢印１３６Ｂにより示した幅Ｖ１−Ｖ２であるときに、エアフローメータ真値は矢印１３６Ｂにより示した値Ｑであるところ、エアフローメータ測定値は当該値Ｑから測定誤差分だけずれている。ここで、Ｖ１は燃料電池４の電流値が低電流値Ｉ１でありエアフローメータ真値がＱであるときでの燃料電池４の出力電圧であり、Ｖ２は燃料電池４の電流値が高電流値Ｉ２でありエアフローメータ真値がＱであるときでの燃料電池４の出力電圧である。第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の測定誤差が推定され、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００５１】
第４の処理の流れについて説明する。図７は、第４の処理の流れにおける、燃料電池４の電圧特性を空気供給量の関数として示す図である。ここで、図７での空気供給量は、エアフローメータ１により測定されるものでなく、エアフローメータ１以外の信頼度の高い測定手段により測定されるものである。まず、燃料電池４の電流値を低電流値Ｉ１に固定したうえで、燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを空気供給量の関数として測定し、次に、燃料電池４の電流値を高電流値Ｉ２に固定したうえで、燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを空気供給量の関数として測定し、燃料電池特性曲線図１３７Ｂを燃料電池特性記憶部１３Ｂに記憶させる。空気供給量を固定したうえで、燃料電池４の電流値が増加するにしたがって、燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきが減少する。空気供給量が増加するにしたがって、図７の実線と破線の燃料電池特性曲線の間隔が減少し、空気供給量に対する当該間隔の変化率が減少する。燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきは、第２の処理の流れと同様にして測定される。
【００５２】
次に、エアフローメータ測定値を固定したうえで、燃料電池４の電流値を低電流値Ｉ１から高電流値Ｉ２まで変化させる。燃料電池４の電流値が低電流値Ｉ１であるときでの燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきと、燃料電池４の電流値が高電流値Ｉ２であるときでの燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきと、の差分が矢印１３８Ｂにより示した幅ΔＶ１−ΔＶ２であるときに、エアフローメータ真値は矢印１３８Ｂにより示した値Ｑであるところ、エアフローメータ測定値は当該値Ｑから測定誤差分だけずれている。ここで、ΔＶ１は燃料電池４の電流値が低電流値Ｉ１でありエアフローメータ真値がＱであるときでの燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきであり、ΔＶ２は燃料電池４の電流値が高電流値Ｉ２でありエアフローメータ真値がＱであるときでの燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきである。第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の測定誤差が推定され、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００５３】
第５の処理の流れについて説明する。まず、燃料電池特性記憶部１３Ｂは、第１の処理の流れでの図４に示した燃料電池特性曲線図１３１Ｂを記憶する。次に、燃料電池４の電流値を固定したうえで、エアフローメータ測定値を増減させながら、エアフローメータ測定値に対する燃料電池４の出力電圧の変化率を測定する。エアフローメータ測定値に対する燃料電池４の出力電圧の変化率が、点１３２Ｂでの空気供給量に対する燃料電池４の出力電圧の変化率に到達したときに、エアフローメータ真値は点１３２Ｂにより示した値Ｑに到達するところ、エアフローメータ測定値は当該値Ｑから測定誤差分だけずれている。第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００５４】
第６の処理の流れについて説明する。まず、燃料電池特性記憶部１３Ｂは、第２の処理の流れでの図５に示した燃料電池特性曲線図１３３Ｂを記憶する。次に、燃料電池４の電流値を固定したうえで、エアフローメータ測定値を増減させながら、エアフローメータ測定値に対する燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきの変化率を測定する。エアフローメータ測定値に対する燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきの変化率が、点１３４Ｂでの空気供給量に対する燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきの変化率に到達したときに、エアフローメータ真値は点１３４Ｂにより示した値Ｑに到達するところ、エアフローメータ測定値は当該値Ｑから測定誤差分だけずれている。第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００５５】
第７の処理の流れについて説明する。まず、燃料電池特性記憶部１３Ｂは、第３の処理の流れでの図６に示した燃料電池特性曲線図１３５Ｂを記憶する。次に、エアフローメータ測定値を固定したうえで、燃料電池４の電流値を低電流値Ｉ１から高電流値Ｉ２まで変化させる。燃料電池４の電流値が低電流値Ｉ１であるときでの燃料電池４の出力電圧と、燃料電池４の電流値が高電流値Ｉ２であるときでの燃料電池４の出力電圧と、の差分を測定する。次に、様々なエアフローメータ測定値に対して当該差分を測定するときに、エアフローメータ測定値に対する差分の変化率が、矢印１３６Ｂでの空気供給量に対する差分の変化率に到達したときに、エアフローメータ真値は矢印１３６Ｂにより示した値Ｑに到達するところ、エアフローメータ測定値は当該値Ｑから測定誤差分だけずれている。第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００５６】
第８の処理の流れについて説明する。まず、燃料電池特性記憶部１３Ｂは、第４の処理の流れでの図７に示した燃料電池特性曲線図１３７Ｂを記憶する。次に、エアフローメータ測定値を固定したうえで、燃料電池４の電流値を低電流値Ｉ１から高電流値Ｉ２まで変化させる。燃料電池４の電流値が低電流値Ｉ１であるときでの燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきと、燃料電池４の電流値が高電流値Ｉ２であるときでの燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきと、の差分を測定する。次に、様々なエアフローメータ測定値に対して当該差分を測定するときに、エアフローメータ測定値に対する差分の変化率が、矢印１３８Ｂでの空気供給量に対する差分の変化率に到達したときに、エアフローメータ真値は矢印１３８Ｂにより示した値Ｑに到達するところ、エアフローメータ測定値は当該値Ｑから測定誤差分だけずれている。第１の処理の流れと同様にして、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００５７】
第１と第２と第５から第８までの処理の流れでは、エアフローメータ測定値を変化させながら、燃料電池４の出力電圧又は燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを測定する。よって、エアコンプレッサ２の発生音が変化することがあり、エアフローメータ測定値が変化後に一定値に落ち着くまでに時間を要するという問題がある。
【００５８】
第３と第４の処理の流れでは、エアフローメータ測定値を固定したうえで、燃料電池４の出力電圧又は燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを測定する。よって、エアコンプレッサ２の発生音が変化することがなく、エアフローメータ測定値が変化後に一定値に落ち着くまでに時間を要するという問題がない。
【００５９】
ここで、第１と第２の処理の流れでも、エアフローメータ測定値を固定したうえで、燃料電池４の出力電圧又は燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを測定するときには、エアコンプレッサ２の発生音が変化することがなく、エアフローメータ測定値が変化後に一定値に落ち着くまでに時間を要するという問題がない。
【００６０】
第１から第４までの処理の流れでは、燃料電池４の出力電圧又は燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきを測定する。しかし、燃料電池４の出力電圧又は燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきは、空気供給量が小さいときには、燃料電池４の経年劣化により同一の空気供給量に対して大きく変動する。
【００６１】
第５から第８までの処理の流れでは、エアフローメータ測定値に対する燃料電池４の出力電圧又は燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきの変化率を測定する。そして、エアフローメータ測定値に対する燃料電池４の出力電圧又は燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきの変化率は、空気供給量が小さいときにも、燃料電池４の経年劣化により同一の空気供給量に対して大きく変動しない。
【００６２】
ここで、燃料電池特性記憶部１３Ｂは、燃料電池４の経年劣化が考慮された燃料電池特性曲線図を記憶してもよい。すると、燃料電池４の出力電圧又は燃料電池４のセルごとの出力電圧のばらつきが、空気供給量が小さいときには、燃料電池４の経年劣化により同一の空気供給量に対して大きく変動するときでも、エアフローメータ真値の推定の精度が高くなり、エアフローメータ１の補正の精度が高くなる。
【００６３】
第２の実施例は、燃料電池４の出力電圧変化が、エアフローメータ測定値の変化と燃料電池４の電流値の変化のうち、いずれの変化によるものであるかが明確である状態において、具体的にはアイドル時又は高速運転時又は降坂運転時などの定常時において、実行されることが好ましい。起動時又は加減速時又は停止時などの非定常時において、エアフローメータ測定値の変化又は燃料電池４の電流値の変化が大きくなるためである。
【００６４】
第２の実施例で説明したタイミングにおいて、エアフローメータ１の測定誤差が推定された後に、第１から第３までの実施例で説明するタイミングにおいて、エアフローメータ１の測定誤差が再び推定されるまで、先に第２の実施例で推定されたエアフローメータ１の測定誤差に基づいて、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【００６５】
燃料電池４の出力特性として、燃料電池４の出力電圧を測定してもよく、燃料電池４の出力電流や出力電力を測定してもよい。燃料電池４の出力特性として、燃料電池４の出力電流を測定するときに、燃料電池４の出力電圧を固定したうえで、燃料電池４の出力電流を測定すればよい。燃料電池４の出力電流又は燃料電池４のセルごとの出力電流のばらつきは、空気供給量と１対１の関係にあるため、燃料電池４の出力電流又は燃料電池４のセルごとの出力電流のばらつきを測定すれば、エアフローメータ真値を推定できる。燃料電池４の出力特性として、燃料電池４の出力電力を測定するときに、燃料電池４の出力電圧又は出力電流を固定したうえで、燃料電池４の出力電力を測定すればよい。燃料電池４の出力電力又は燃料電池４のセルごとの出力電力のばらつきは、空気供給量と１対１の関係にあるため、燃料電池４の出力電力又は燃料電池４のセルごとの出力電力のばらつきを測定すれば、エアフローメータ真値を推定できる。
【００６６】
｛第３の実施例｝
図８は、第３の実施例に係るエアフローメータ補正部１０Ｃを示すブロック図である。エアフローメータ補正部１０Ｃは、エアフローメータ真値推定部１１Ｃ、エアフローメータ誤差推定部１２Ｃ、酸素センサ特性記憶部１３Ｃなどから構成される。
【００６７】
エアフローメータ真値推定部１１Ｃは、後述する方法により、エアフローメータ真値を推定する。エアフローメータ誤差推定部１２Ｃは、エアフローメータ測定値をエアフローメータ１から取得し、エアフローメータ真値をエアフローメータ真値推定部１１Ｃから取得し、エアフローメータ測定値とエアフローメータ真値の差分を算出することにより、エアフローメータ１の測定誤差を推定し、エアフローメータ１を補正する。酸素センサ特性記憶部１３Ｃは、酸素センサ９の特性の実験的な測定データを記憶する。
【００６８】
以下に、エアフローメータ１でのエアフローメータ測定値を補正する処理の流れとして、第１と第２の処理の流れについて説明する。
【００６９】
第１と第２の処理の流れではともに、最初に、酸素センサ９の一方の電極を大気空気に接触させ、酸素センサ９の他方の電極を排気空気に接触させ、酸素センサ９の出力電圧を排気空気の酸素濃度の関数として測定し、酸素センサ特性曲線図を酸素センサ特性記憶部１３Ｃに記憶させる。排気空気の酸素濃度が増加するにしたがって、酸素センサ９の出力電圧が減少する。特に、酸素供給量が要求発電量に対応する酸素量にほぼ等しくストイキ比が１にほぼ等しいときに、排気空気の酸素濃度が増加するにしたがって、酸素センサ９の出力電圧が著しく減少する。
【００７０】
第１の処理の流れでは、次に、エアフローメータ真値推定部１１Ｃは、燃料電池４の電流値を燃料電池４から取得し、燃料電池４の電流値に基づいて、燃料電池４で消費された酸素量を算出する。ここで、４ｍｏｌの電子がアノードで生成されるときに、１ｍｏｌの酸素がカソードで消費されることを考慮する。次に、エアフローメータ真値推定部１１Ｃは、酸素センサ９の出力電圧を酸素センサ９から取得し、酸素センサ特性曲線図を酸素センサ特性記憶部１３Ｃから参照し、酸素センサ９の出力電圧と酸素センサ特性曲線図に基づいて、排気空気の酸素濃度を算出する。ここで、排気空気の酸素濃度をＣＯ２、エアフローメータ真値をＱＡＩＲ、燃料電池４で消費された酸素量をＱＯ２とするとき、ＣＯ２＝（０．２１×ＱＡＩＲ−ＱＯ２）／（０．７９×ＱＡＩＲ＋（０．２１×ＱＡＩＲ−ＱＯ２））が成立するため、エアフローメータ真値を推定できることを考慮する。
【００７１】
最後に、エアフローメータ真値推定部１１Ｃは、以上に示した方法により、エアフローメータ真値を推定する。エアフローメータ誤差推定部１２Ｃは、エアフローメータ真値をエアフローメータ真値推定部１１Ｃから取得し、エアフローメータ測定値をエアフローメータ１から取得し、エアフローメータ真値とエアフローメータ測定値の差分を算出することにより、エアフローメータ１の測定誤差を推定し、エアフローメータ１を補正する。
【００７２】
第２の処理の流れでは、次に、エアフローメータ真値推定部１１Ｃは、燃料電池４の電流値を燃料電池４から取得し、燃料電池４の電流値に基づいて、燃料電池４で消費された酸素量を算出し、燃料電池４で消費された酸素量に基づいて、燃料電池４で消費された空気量を算出する。ここで、４ｍｏｌの電子がアノードで生成されるときに、１ｍｏｌの酸素がカソードで消費されることを考慮する。そして、酸素の体積が大気の体積に占める割合が約２１％であることを考慮する。次に、エアフローメータ真値推定部１１Ｃは、酸素センサ９の出力電圧を酸素センサ９から取得し、酸素センサ特性曲線図を酸素センサ特性記憶部１３Ｃから参照し、酸素センサ９の出力電圧と酸素センサ特性曲線図に基づいて、排気空気の酸素濃度を算出し、排気空気の酸素濃度と空気排気量に基づいて、燃料電池４で消費されなかった空気量を算出する。ここで、空気排気量を測定するときに、供給側にも排気側にもエアフローメータを設けるようにすればよい。
【００７３】
最後に、エアフローメータ真値推定部１１Ｃは、燃料電池４で消費された空気量と燃料電池４で消費されなかった空気量の合計を算出することにより、エアフローメータ真値を推定する。エアフローメータ誤差推定部１２Ｃは、エアフローメータ真値をエアフローメータ真値推定部１１Ｃから取得し、エアフローメータ測定値をエアフローメータ１から取得し、エアフローメータ真値とエアフローメータ測定値の差分を算出することにより、エアフローメータ１の測定誤差を推定し、エアフローメータ１を補正する。
【００７４】
第１の処理の流れでは、エアフローメータ１の経年劣化を考慮するのみならず、酸素センサ９と燃料電池４の電流値の測定手段の経年劣化を考慮するときには、これらの測定手段の劣化曲線図をエアフローメータ補正部１０Ｃに格納すればよい。第２の処理の流れでは、エアフローメータ１の経年劣化を考慮するのみならず、酸素センサ９と燃料電池４の電流値の測定手段と空気排気量の測定手段の経年劣化を考慮するときには、これらの測定手段の劣化曲線図をエアフローメータ補正部１０Ｃに格納すればよい。これにより、エアフローメータ真値をさらに精度よく推定できる。
【００７５】
第３の実施例は、酸素センサ９の出力電圧が排気空気の酸素濃度に対して著しく変化する状態において、具体的には酸素供給量が要求発電量に対応する酸素量にほぼ等しくストイキ比が１にほぼ等しい状態において、実行されることが好ましい。ストイキ比が１から離れている状態では、排気空気の酸素濃度に対する酸素センサ９の出力電圧の変化率が小さいため、排気空気の酸素濃度を精度よく算出できず、エアフローメータ真値を精度よく推定できないためである。ただし、ストイキ比が１から離れている状態でも、排気空気の酸素濃度に対する酸素センサ９の出力電圧の変化率が大きければ、排気空気の酸素濃度を精度よく算出できて、エアフローメータ真値を精度よく推定できる。ここで、ストイキ比が１にほぼ等しい状態は、急速暖機運転時に容易に実現できる。ストイキ比が１にほぼ等しい状態において、最弱セルでの酸素供給量が一般セルでの酸素供給量と比較して少なくなり、燃料電池４の発電効率が低くなり、燃料電池４の発熱量が多くなるためである。
【００７６】
第３の実施例で説明したタイミングにおいて、エアフローメータ１の測定誤差が推定された後に、第１から第３までの実施例で説明するタイミングにおいて、エアフローメータ１の測定誤差が再び推定されるまで、先に第３の実施例で推定されたエアフローメータ１の測定誤差に基づいて、エアフローメータ１の補正が行なわれる。
【符号の説明】
【００７７】
１  エアフローメータ、２  エアコンプレッサ、３，６  エアシャットバルブ、４  燃料電池、５  エア調圧バルブ、７，８  圧力センサ、９  酸素センサ、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  エアフローメータ補正部、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  エアフローメータ真値推定部、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  エアフローメータ誤差推定部、１３Ａ  エア封止体積記憶部、１３Ｂ  燃料電池特性記憶部、１３Ｃ  酸素センサ特性記憶部、１３１Ｂ，１３３Ｂ，１３５Ｂ，１３７Ｂ  燃料電池特性曲線図。
【図１】
2010272467.tif 000003
【図２】
2010272467.tif 000004
【図３】
2010272467.tif 000005
【図４】
2010272467.tif 000006
【図５】
2010272467.tif 000007
【図６】
2010272467.tif 000008
【図７】
2010272467.tif 000009
【図８】
2010272467.tif 000010