(57)【要約】【課題】複数の水素のインジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、簡易な構成でこれらインジェクタを効率的に駆動することを提供すること。【解決手段】燃料電池システムは、水素供給管に設けられ、水素タンクからの水素を水素供給管内に供給する第１インジェクタ３４と、第１インジェクタ３４の上流側と下流側とを接続するバイパス管に設けられ、水素タンクからの水素をバイパス管内に供給する第２インジェクタ３７と、第１及び第２インジェクタ３４，３７を合せたものを所定の流量特性を備えた一のインジェクタとみなし、この仮想的なインジェクタによって圧力センサの出力値をその目標値にするためのＦ／Ｂ量を算出するＦ／Ｂ量算出部５７と、Ｆ／Ｂ量算出部５７により算出されたＦ／Ｂ量を、第１インジェクタ３４に対するフィードバック操作量と第２インジェクタ３７に対するフィードバック操作量とに割り付ける割り付け演算部５８と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
燃料ガスの供給源から前記燃料電池の燃料ガス導入部に至る供給流路と、
前記供給流路に互いに並列に設けられ、それぞれ独立して前記供給源からの燃料ガスを前記燃料ガス導入部へ供給する複数の供給装置と、を備えた燃料電池システムであって、
前記供給流路の圧力又は流量に相関のある物理量の値を検出する検出手段と、
前記検出手段の出力値に対する目標値を設定する目標値設定手段と、
前記複数の供給装置を合わせたものを所定の流量特性を備えた一の供給装置とみなし、当該一の供給装置によって前記検出手段の出力値を前記目標値にするためのフィードバック量を算出するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御手段により算出されたフィードバック量を、前記複数の供給装置のそれぞれのフィードバック操作量に割り付ける割り付け手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記複数の供給装置は、第１供給装置と第２供給装置とを備え、
前記供給流路は、前記第１供給装置が設けられた主流路と、前記主流路のうち前記第１供給装置の上流側と下流側とを接続するバイパス流路と、を備え、
前記第２供給装置は、前記バイパス流路に設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の燃料ガス排出部から延びる排出流路をさらに備え、
前記主流路のうち前記第１供給装置の下流かつ前記バイパス流路との接続部より上流には、前記第１供給装置から供給された燃料ガスを、前記排出流路から分岐した流路を介して導入されたガスとともに前記燃料電池側へ供給する循環装置が設けられることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１供給装置の操作量と前記第２供給装置の操作量を等しくした場合、前記第１供給装置よりも前記第２供給装置の方が大きな流量で燃料ガスが供給され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】
前記割り付け手段は、
前記燃料電池の運転状態に基づいて、前記第１及び第２供給装置のうち何れか一方を主供給装置として決定し他方を従供給装置として決定する主従決定手段と、
前記フィードバック量が正である場合、当該フィードバック量の一部又は全部を、前記主供給装置に対する操作量が上限に達するまでそのフィードバック操作量に割り付け、前記主供給装置に割り付けられなかった残りの分を前記従供給装置に対するフィードバック操作量に割り付ける主従フィードバック量決定手段と、を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記主従フィードバック量決定手段は、前記フィードバック量が負である場合、当該フィードバック量の一部又は全部を、前記従供給装置の操作量が下限に達するまで、当該従供給装置に対するフィードバック操作量に割り付け、前記従供給装置に割り付けられなかった残りの分を前記主供給装置に対するフィードバック操作量に割り付けることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の水分の多寡を判断する水分判断手段をさらに備え、
前記主従決定手段は、前記水分判断手段により水分が多いと判断された場合には、前記第２供給装置を主供給装置として決定することを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池の発電状態を判断する発電状態判断手段をさらに備え、
前記主従決定手段は、前記発電状態判断手段により発電量が安定した定常状態であると判断された場合には、前記第１供給装置を主供給装置として決定し、前記発電状態判断手段により発電量が上昇している加速状態であると判断された場合には、前記第２供給装置を主供給装置として決定することを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
燃料ガスの供給源から前記燃料電池の燃料ガス導入部に至る供給流路と、
前記供給流路に互いに並列に設けられ、それぞれ独立して前記供給源からの燃料ガスを前記燃料ガス導入部へ供給する複数の供給装置と、
前記供給流路の圧力又は流量に相関のある物理量の値を検出する検出手段と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記検出手段の出力値に対する目標値を設定する第１工程と、
前記複数の供給装置を合せたものを所定の流量特性を備えた一の供給装置とみなし、当該一の供給装置によって前記検出手段の出力値を前記目標値にするためのフィードバック量を算出する第２工程と、
前記フィードバック量を前記複数の供給装置のそれぞれのフィードバック操作量に割り付ける第３工程と、を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
前記燃料電池の燃料ガス排出部から延びる排出流路をさらに備え、
前記複数の供給装置は、第１供給装置と第２供給装置とを備え、
前記供給流路は、前記第１供給装置が設けられた主流路と、前記主流路のうち前記第１供給装置の上流側と下流側とを接続するバイパス流路と、を備え、
前記第２供給装置は、前記バイパス流路に設けられ、
前記主流路のうち前記第１供給装置の下流かつ前記バイパス流路との接続部より上流には、前記第１供給装置から供給された燃料ガスを、前記排出流路から分岐した流路を介して導入されたガスとともに前記燃料電池側へ供給する循環装置が設けられることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
前記第１供給装置の操作量と前記第２供給装置の操作量を等しくした場合、前記第１供給装置よりも前記第２供給装置の方が大きな流量で燃料ガスが供給されることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１２】
前記第３工程では、
前記燃料電池の運転状態に基づいて、前記第１及び第２供給装置のうち何れか一方を主供給装置として決定し他方を従供給装置として決定し、
前記フィードバック量が正である場合、当該フィードバック量の一部又は全部を、前記主供給装置に対する操作量が上限に達するまでそのフィードバック操作量に割り付け、前記主供給装置に割り付けられなかった残りの分を前記従供給装置に対するフィードバック操作量に割り付け、
前記フィードバック量が負である場合、当該フィードバック量の一部又は全部を、前記従供給装置の操作量が下限に達するまで、当該従供給装置に対するフィードバック操作量に割り付け、前記従供給装置に割り付けられなかった残りの分を前記主供給装置に対するフィードバック操作量に割り付けることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１３】
前記第３工程では、
前記燃料電池の水分が多い場合には、前記第２供給装置を主供給装置として決定し、
前記燃料電池の発電状態が、その発電量が安定した定常状態である場合には、前記第１供給装置を主供給装置として決定し、
前記燃料電池の発電状態が、その発電量が上昇している加速状態である場合いは、前記第２供給装置を主供給装置として決定することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。より詳しくは、燃料ガスの供給装置を２つ以上備えた燃料電池システム及び、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスである水素ガスと酸化剤ガスである空気とが供給されると発電する。燃料電池に水素ガスを供給するため、燃料電池の水素ガス導入部は水素ガス供給管を介して水素ガスが高圧で貯蔵された水素タンクに接続されている。また、この水素ガス供給管には、燃料ガスの流量や水素ガス供給管内の圧力や流量を適切な値に制御するため、インジェクタが設けられる。例えば特許文献１の燃料電池システムでは、上記流量や圧力の実値と所定の目標値との偏差入力に基づくフィードバック制御を行うことにより、インジェクタを適切なタイミングで開閉する（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、水素ガスの供給系に設けられるインジェクタの数は１つとは限らない。例えば特許文献２には、水素ガスの供給系に燃圧の許容上限値が異なる２つのインジェクタを並列に設けたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９４１８９号公報
【特許文献２】特開２００９−１４６６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献２では、具体的にどのような制御アルゴリズムに基づいて各インジェクタを開閉駆動するかについては、十分に検討されていない。そこで、インジェクタごとに特許文献１に示すようなフィードバック制御を行うことも考えられるが、特許文献２の燃料電池システムのように各インジェクタで機能が重複していると、例えば干渉を防止するために設定が困難になる場合がある。また、２つのインジェクタに異なる機能を付与した場合、例えば燃料電池の状態に応じて各々の機能が生かされるようにインジェクタを駆動する必要があるが、これを実現しようとすると制御が複雑化してしまう。
【０００６】
本発明は、複数の燃料ガスの供給装置を備えた燃料電池システムにおいて、簡易な構成でこれら供給装置を効率的に駆動することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池（例えば、後述の燃料電池スタック２）と、燃料ガスの供給源（例えば、後述の水素タンク３１）から前記燃料電池の燃料ガス導入部に至る供給流路（例えば、後述の水素供給管３２）と、前記供給流路に互いに並列に設けられ、それぞれ独立して前記供給源からの燃料ガスを前記燃料ガス導入部へ供給する複数の供給装置（例えば、後述の第１インジェクタ３４及び第２インジェクタ３７等）と、前記供給流路の圧力又は流量に相関のある物理量の値を検出する検出手段（例えば、後述の圧力センサ３９）と、前記検出手段の出力値に対する目標値を設定する目標値設定手段（例えば、後述のＥＣＵ５）と、前記複数の供給装置を合わせたものを所定の流量特性を備えた一の供給装置とみなし、当該一の供給装置によって前記検出手段の出力値を前記目標値にするためのフィードバック量（例えば、後述のＦ／Ｂ開弁時間）を算出するフィードバック制御手段（例えば、後述のＥＣＵ５のＦ／Ｂ量算出部５７）と、前記フィードバック制御手段により算出されたフィードバック量を、前記複数の供給装置のそれぞれのフィードバック操作量（例えば、後述の第１Ｆ／Ｂ値及び第２Ｆ／Ｂ値等）に割り付ける割り付け手段（例えば、後述のＥＣＵ５の割り付け演算部５８）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
（２）この場合、前記複数の供給装置は、第１供給装置（例えば、後述の第１インジェクタ３４）と第２供給装置（例えば、後述の第２インジェクタ３７）とを備え、前記供給流路は、前記第１供給装置が設けられた主流路（例えば、後述の主供給管３８）と、前記主流路のうち前記第１供給装置の上流側と下流側とを接続するバイパス流路（例えば、後述のバイパス流路３２２）と、を備え、前記第２供給装置は、前記バイパス流路に設けられることが好ましい。
【０００９】
（３）この場合、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の燃料ガス排出部から延びる排出流路（例えば、後述の水素排出管３３）をさらに備え、前記供給流路のうち前記第１供給装置の下流かつ前記バイパス流路との接続部（例えば、後述の接続部３６ａ）より上流には、前記第１供給装置から供給された燃料ガスを、前記排出流路から分岐した流路（例えば、後述の分岐管３３ａ）を介して導入されたガスとともに前記燃料電池側へ供給する循環装置（例えば、後述のイジェクタ３５）が設けられることが好ましい。
【００１０】
（４）この場合、前記第１供給装置の操作量（例えば、第１インジェクタ３４の開弁時間）と前記第２供給装置の操作量（例えば、後述の第２インジェクタ３７の開弁時間）を等しくした場合、前記第１供給装置よりも前記第２供給装置の方が大きな流量で燃料ガスが供給されることが好ましい。
【００１１】
（５）この場合、前記割り付け手段は、前記燃料電池の運転状態に基づいて、前記第１及び第２供給装置のうち何れか一方を主供給装置（例えば、後述の主インジェクタ）として決定し他方を従供給装置（例えば、後述の従インジェクタ）として決定する主従決定手段（例えば、後述の図３のＳ４の実行に係る手段）と、前記フィードバック量が正である場合、当該フィードバック量の一部又は全部を、前記主供給装置に対する操作量が上限に達するまでそのフィードバック操作量に割り付け、前記主供給装置に割り付けられなかった残りの分を前記従供給装置に対するフィードバック操作量に割り付ける主従フィードバック量決定手段（例えば、後述の図３のＳ５〜Ｓ１７及び図４のＳ２１〜Ｓ３２の実行に係る手段）と、を備えることが好ましい。
【００１２】
（６）この場合、前記主従フィードバック量決定手段は、前記フィードバック量が負である場合、当該フィードバック量の一部又は全部を、前記従供給装置の操作量が下限に達するまで、当該従供給装置に対するフィードバック操作量に割り付け、前記従供給装置に割り付けられなかった残りの分を前記主供給装置に対するフィードバック操作量に割り付けることが好ましい。
【００１３】
（７）この場合、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の水分の多寡を判断する水分判断手段（例えば、後述の状態判断部５６）をさらに備え、前記主従決定手段は、前記水分判断手段により水分が多いと判断された場合には、前記第２供給装置を主供給装置として決定することが好ましい。
【００１４】
（８）この場合、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電状態を判断する発電状態判断手段（例えば、後述の状態判断部５６）をさらに備え、前記主従決定手段は、前記発電状態判断手段により発電量が安定した定常状態であると判断された場合には、前記第１供給装置を主供給装置として決定し、前記発電状態判断手段により発電量が上昇している加速状態であると判断された場合には、前記第２供給装置を主供給装置として決定することが好ましい。
【００１５】
（９）燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、燃料ガスの供給源から前記燃料電池の燃料ガス導入部に至る供給流路と、前記供給流路に互いに並列に設けられ、それぞれ独立して前記供給源からの燃料ガスを前記燃料ガス導入部へ供給する複数の供給装置と、前記供給流路の圧力又は流量に相関のある物理量の値を検出する検出手段と、を備える。本発明の燃料電池システムの制御方法は、前記検出手段の出力値に対する目標値を設定する第１工程と、前記複数の供給装置を合せたものを所定の流量特性を備えた一の供給装置とみなし、当該一の供給装置によって前記検出手段の出力値を前記目標値にするためのフィードバック量を算出する第２工程と、前記フィードバック量を前記複数の供給装置のそれぞれのフィードバック操作量に割り付ける第３工程と、を備える。
【００１６】
（１０）この場合、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の燃料ガス排出部から延びる排出流路をさらに備え、前記複数の供給装置は、第１供給装置と第２供給装置とを備え、前記供給流路は、前記第１供給装置が設けられた主流路と、前記主流路のうち前記第１供給装置の上流側と下流側とを接続するバイパス流路と、を備え、前記第２供給装置は、前記バイパス流路に設けられ、前記主流路のうち前記第１供給装置の下流かつ前記バイパス流路との接続部より上流には、前記第１供給装置から供給された燃料ガスを、前記排出流路から分岐した流路を介して導入されたガスとともに前記燃料電池側へ供給する循環装置が設けられることが好ましい。
【００１７】
（１１）この場合、前記第１供給装置の操作量と前記第２供給装置の操作量を等しくした場合、前記第１供給装置よりも前記第２供給装置の方が大きな流量で燃料ガスが供給されることが好ましい。
【００１８】
（１２）この場合、前記第３工程では、前記燃料電池の運転状態に基づいて、前記第１及び第２供給装置のうち何れか一方を主供給装置として決定し他方を従供給装置として決定し、前記フィードバック量が正である場合、当該フィードバック量の一部又は全部を、前記主供給装置に対する操作量が上限に達するまでそのフィードバック操作量に割り付け、前記主供給装置に割り付けられなかった残りの分を前記従供給装置に対するフィードバック操作量に割り付け、前記フィードバック量が負である場合、当該フィードバック量の一部又は全部を、前記従供給装置の操作量が下限に達するまで、当該従供給装置に対するフィードバック操作量に割り付け、前記従供給装置に割り付けられなかった残りの分を前記主供給装置に対するフィードバック操作量に割り付けることが好ましい。
【００１９】
（１３）この場合、前記第３工程では、前記燃料電池の水分が多い場合には、前記第２供給装置を主供給装置として決定し、前記燃料電池の発電状態が、その発電量が安定した定常状態である場合には、前記第１供給装置を主供給装置として決定し、前記燃料電池の発電状態が、その発電量が上昇している加速状態である場合いは、前記第２供給装置を主供給装置として決定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
（１）本発明では、燃料ガスの供給源から燃料電池の燃料ガス導入部に至る供給流路に複数の供給装置を設ける。これら複数の供給装置は、供給流路において互いに並列に設けられ、それぞれ独立して供給源からの燃料ガスを燃料ガス導入部へ供給する。本発明では、これら複数の供給装置を合わせたものを所定の流量特性を備えた一の供給装置とみなした上で、この一の供給装置によって検出手段の出力値をその目標値にするためのフィードバック量を算出する。そして、一の供給装置を仮定することによって算出した単一のフィードバック量を、各供給装置に対するフィードバック操作量に割り付ける。本発明によれば、フィードバック系が１系統になるので、フィードバック制御手段の設定を簡易にできる。
【００２１】
（２）本発明では、供給流路を主流路とバイパス流路とで構成し、主流路に第１供給装置を設け、バイパス流路に第２供給装置を設ける。そして、本発明では、第１及び第２供給装置を合わせたものを一の供給装置とみなしてフィードバック量を算出し、このフィードバック量を第１供給装置に対するフィードバック操作量と第２供給装置に対するフィードバック操作量とに割り付ける。これにより、第１供給装置と第２供給装置の機能が異なる場合には、各々の機能が生かされるように第１及び第２供給装置を適切に駆動できる。
【００２２】
（３）本発明では、第１供給装置から供給された燃料ガスを、排出流路から分岐した流路を介して導入されたガスとともに燃料電池側へ供給する循環装置を主流路に設けた。これにより、主流路、燃料電池、排出流路、及び排出流路から分岐した流路によって、燃料ガスの循環流路が形成される。また本発明では、この循環装置を、主流路のうち第１供給装置より下流でありかつバイパス流路との接続部より上流に設ける。これにより、第１供給装置と第２供給装置とで異なる機能を付与できる。より具体的には、第１供給装置によって燃料ガスを供給すると、燃料ガスは排出流路からのガスとともに燃料電池側へ供給される。すなわち、第１供給装置によって燃料ガスを供給することにより、主に燃料ガスの循環流量を速やかに上昇させることができる。一方、第２供給装置によって燃料ガスを供給すると、燃料ガスは主流路のうち循環装置より燃料電池側に供給される。すなわち、第２供給装置によって燃料ガスを供給することにより、主に供給流路内の圧力を速やかに上昇させることができる。本発明では、以上のように第１供給装置と第２供給装置とで異なる機能を付与した上で、割り付け手段でフィードバック量を各供給装置に対するフィードバック操作量に割り付けることにより、システムの状態に応じて各々の機能が生かされるように適切に２つの供給装置を駆動できる。
【００２３】
（４）本発明によれば、第１供給装置の操作量と第２供給装置の操作量を等しくした場合、第２供給装置の方が大きな流量で燃料ガスが供給される。すなわち、第１供給装置と第２供給装置とで流量特性を変えることにより、割り付け手段では、フィードバック量を各々の流量特性に応じて適切に第１及び第２供給装置に割り付けることができる。
【００２４】
（５）本発明では、第１及び第２供給装置のうちの何れか一方を主供給装置とし他方を従供給装置として決定し、フィードバック量が正である場合には、主供給装置として決定した供給装置に優先的に正のフィードバック量を割り付け、従供給装置として決定した供給装置に残りの分を割り付ける。すなわち、本発明では、主供給装置として決定した方の操作量を積極的に正側に補正できる。
上述のように、本発明では、第１供給装置と第２供給装置とで異なる機能を備える。より具体的には、第１供給装置では速やかに循環流量を上昇でき、第２供給装置では速やかに圧力を上昇できる。本発明では、燃料電池の状態に応じて、優先的に駆動したい主供給装置を選択することにより、燃料電池の状態に応じて個々の供給装置の機能が生かされるように適切にフィードバック操作量を割り付けることができる。
【００２５】
（６）本発明では、フィードバック量が負である場合には、従供給装置として決定した供給装置に優先的に負のフィードバック量を割り付け、主供給装置として決定した供給装置に残りの分を割り付ける。これにより、主供給装置として決定した方の操作量ができるだけ負側に補正されないようにできる。
【００２６】
（７）本発明では、燃料電池の水分が多いと判断された場合には、速やかに圧力を上昇できる第２供給装置を主供給装置として決定し、第２供給装置を優先的に駆動する。これにより、燃料電池内の水分の排水性を向上し、発電安定性を回復させることができる。
【００２７】
（８）本発明では、発電状態が定常状態であると判断された場合には、速やかに循環流量を上昇できる第１供給装置を主供給装置として決定し、第１供給装置を優先的に駆動する。これにより、定常状態で新たな燃料ガスの供給量を減らしながら発電性能を確保できる。また、発電状態が加速状態であると判断された場合には、速やかに圧力を上昇できる第２供給装置を主供給装置として決定し、第２供給装置を優先的に駆動する。これにより燃料ガスの消費が激しい加速状態において、燃料ガス不足の状態にならないように供給流路内の圧力を速やかに上昇できる。
【００２８】
（９）〜（１３）本発明によれば、上記（１）〜（８）と同等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】アノード圧制御の具体的な演算の手順を示す機能ブロック図である。
【図３】アノード圧制御の具体的な演算の手順を示すフローチャートである。
【図４】アノード圧制御の具体的な演算の手順を示すフローチャートである。
【図５】Ｆ／Ｂ開弁時間の割り付け例１を模式的に示す図である。
【図６】Ｆ／Ｂ開弁時間の割り付け例２を模式的に示す図である。
【図７】Ｆ／Ｂ開弁時間の割り付け例３を模式的に示す図である。
【図８】バイパス管にイジェクタを設けた場合の燃料電池システムの構成の一部を示す図である。
【図９】水素タンクを２つ設けた場合の燃料電池システムの構成の一部を示す図である。
【図１０】インジェクタごとに独立した水素タンクを設けた場合の燃料電池システムの構成の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成を示す図である。
燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２に燃料ガスとしての水素を供給するアノード系３と、燃料電池スタック２に酸化剤ガスとしての空気を供給するカソード系４と、燃料電池スタック２から排出されたガスの後処理を行う希釈器６と、燃料電池スタック２で発電した電力が供給される負荷７と、アノード系３内のガスの状態（圧力、流量等）を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５と、を備える。負荷７には、図示しない走行モータが含まれている。燃料電池システム１は、走行モータで走行する図示しない燃料電池車両に搭載される。
【００３１】
燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という）２は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック２は、アノード電極側に形成されたアノード流路に水素が供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路に酸素を含んだ空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
【００３２】
アノード系３は、水素の供給源としての水素タンク３１と、水素タンク３１からスタック２のアノード流路の導入部に至る水素供給管３２と、スタック２のアノード流路の排出部から希釈器６に至る水素排出管３３と、を含んで構成される。
【００３３】
水素タンク３１は、水素ガスを高圧で貯蔵する。また、水素タンク３１には、タンク内と水素供給管３２とを遮断する主止弁３１ａが設けられている。主止弁３１ａは、燃料電池システム１が起動されると開き、タンク３１からの水素を水素供給管３２へ供給し、停止されると閉じ、水素の供給を停止する。
【００３４】
水素供給管３２は、水素タンク３１からスタック２のアノード流路の導入部に至る主供給管３８と、主供給管３８に設けられた後述の第１インジェクタ３４及びイジェクタ３５の上流側と下流側とを接続するバイパス管３６と、で構成される。
【００３５】
主供給管３８には、水素タンク３１側からスタック２側へ向かって順に、第１インジェクタ３４、イジェクタ３５、及び圧力センサ３９が設けられている。
【００３６】
第１インジェクタ３４は、水素タンク３１から供給され、さらに図示しないレギュレータによって減圧された水素をより下流側のイジェクタ３５へ向けて供給する。この第１インジェクタ３４は、図示しない駆動装置を介してＥＣＵ５に接続されている。第１インジェクタ３４は、ＥＣＵ５で実行される後述のアノード圧制御によって開閉駆動される。
【００３７】
イジェクタ３５は、第１インジェクタ３４から供給された水素を、水素排出管３３から分岐した分岐管３３ａを介して導入された含水素のガスとともにスタック２側へ供給する。したがって、主供給管３８、水素排出管３３、分岐管３３ａ及びイジェクタ３５によって、水素を含んだガスの循環流路が形成される。
【００３８】
バイパス管３６には、第１インジェクタ３４と並列に第２インジェクタ３７が設けられている。
第２インジェクタ３７は、水素タンク３１から供給され、さらに図示しないレギュレータによって減圧された水素を、主供給管３８のうちイジェクタ３５より下流側へ供給する。この第２インジェクタ３７は、図示しない駆動装置を介してＥＣＵ５に接続されている。第２インジェクタ３７は、ＥＣＵ５で実行される後述のアノード圧制御によって開閉駆動される。
【００３９】
圧力センサ３９は、主供給管３８内のうち、バイパス管３６との接続部３６ａより下流側の圧力（以下、「アノード圧」という）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に出力する。
【００４０】
水素排出管３３のうち、上記分岐管３３ａとの接続部より下流側には、パージ弁３３ｂが設けられている。上記循環流路内を循環するガスの水素濃度が低下すると、スタック２の発電効率が低下する。このため、スタック２の発電中には、適切なタイミングでパージ弁３３ｂが開かれ、循環流路内のガスを希釈器６へ排出するとともに、水素タンク３１からの新たな水素を循環流路内に導入する。
【００４１】
ここで、第１インジェクタ３４の機能と第２インジェクタ３７の機能を比較する。これらインジェクタ３４，３７は、水素タンク３１からスタック２に至る水素供給管３２に互いに並列に設けられているため、水素タンク３１から供給された水素を、スタック２へ供給する機能を備える点で共通する。ただし、これらインジェクタ３４，３７には、以下で説明するようにそれぞれ異なる機能が付与されている。
【００４２】
先ず、第１インジェクタ３４とスタック２との間には、イジェクタ３５が設けられている。このイジェクタ３５は、第１インジェクタ３４から供給された水素を利用して、分岐管３３ａからのガスを巻き込むようにして主供給管３８内に還流する。このため、第１インジェクタ３４からの水素の供給量が増加するほど、上記循環流路内のガスの循環が促進される。したがって、第１インジェクタ３４を駆動して水素を供給することにより、循環流路内のガスの循環流量を速やかに増加させることができる。
【００４３】
一方、第２インジェクタ３７は、第１インジェクタ３４と異なり、水素タンク３１から供給された水素を、イジェクタ３５を迂回して主供給管３８内に供給する。したがって、第２インジェクタ３７を駆動して水素を供給した場合、上記第１インジェクタ３４を駆動して水素を供給した場合と比較して、より速やかにアノード圧を上昇させることができる。
【００４４】
また、第１インジェクタ３４と第２インジェクタ３７とでは、それぞれの流量特性は異なったものになっている。本実施形態において、インジェクタの流量特性とは、より具体的にはインジェクタの操作量とガスの流量［ｍｇ／ｓｅｃ］との関係をいう。第１インジェクタ３４の下流側にはイジェクタ３５が設けられていることから、第１インジェクタの操作量と第２インジェクタの操作量を等しくした場合、第１インジェクタ３４よりも第２インジェクタ３７の方がより大きな流量で、具体的には２倍の流量で水素がスタック２へ供給される。また以下では、インジェクタ３４，３７の操作量を、開弁時間とした例について説明するが、本発明はこれに限らない。例えば、操作量はインジェクタの開度としてもよい。
【００４５】
カソード系４は、空気の供給源としてのエアポンプ４１と、エアポンプ４１からスタック２のカソード流路の導入部に至る空気供給管４２と、スタック２のカソード流路の排出部から希釈器６に至る空気排出管４３と、を含んで構成される。
希釈器６は、カソード系４から排出された空気を希釈ガスとして、アノード系３から排出された含水素のガスを希釈する。
【００４６】
ＥＣＵ５には、スタック２の状態を検出するため、上記圧力センサ３９の他、電流センサ２１、電圧センサ２２、及び水分センサ２３などが接続されている。スタック２の発電量は、電流センサ２１によって検出されたスタック２の発電電流値と、電圧センサ２２で検出されたスタック２の発電電圧値とに基づいて推定される。また、スタック２の保有水分量は、水分センサ２３でスタック２の膜電極構造体のインピーダンスを測定することによって推定される。
【００４７】
次に、以上のように構成された燃料電池システムに適したアノード圧制御の手順について、図２〜図７を参照して説明する。なお、本発明においてアノード圧制御とは、アノード圧を検出する圧力センサの出力値とその目標値との偏差に応じた第１及び第２インジェクタのそれぞれの操作量に対する指示値を決定することをいう。
【００４８】
図２は、ＥＣＵ５において実行されるアノード圧制御の具体的な演算の手順を示す機能ブロック図である。
第１インジェクタの開弁時間に対する第１指示値及び第２インジェクタの開弁時間に対する第２指示値は、フィードフォワード演算部５１によって算出された第１ベース指示値及び第２ベース指示値に、フィードバック演算部５５において圧力センサの出力値とその目標値との偏差に応じて算出された第１フィードバック値（以下、「第１Ｆ／Ｂ値」という）及び第２フィードバック値（以下、「第２Ｆ／Ｂ値」）を合算することで算出される。
【００４９】
フィードフォワード演算部５１は、第１ベース指示値を算出する第１ベース値算出部５２と、第２ベース指示値を算出する第２ベース値算出部５３と、を備える。
【００５０】
ベース値算出部５２，５３は、燃料電池の運転状態を示す様々なパラメータを入力として、予め定められたマップを検索したり予め定められた演算式に基づいて演算したりすることにより、燃料電池の運転状態に応じた第１及び第２インジェクタの開弁時間を算出し、これを第１ベース指令値及び第２ベース指令値とする。ここで、燃料電池の運転状態を示す具体的なパラメータとしては、例えば、電流センサによって検出された燃料電池の発電電流値や、図示しない処理によって算出されたパージ排出量（パージ弁を介して、循環流量から排出されたガスの総量）などが挙げられる。
【００５１】
フィードバック演算部５５は、状態判断部５６と、Ｆ／Ｂ量算出部５７と、割り付け演算部５８と、を備える。
【００５２】
状態判断部５６は、電流センサ及び電圧センサの出力から推定された燃料電池の発電量や水分センサの出力から推定された保有水分量などに基づいて、燃料電池の発電状態や燃料電池の水分の多寡を判断する。より具体的には、状態判断部５６は、燃料電池の発電量の変動が少ない定常状態であるか否か、燃料電池の発電量が上昇している加速状態であるか否か、及び燃料電池の保有水分量が多い状態であるか否か、などが判断される。この状態判断部５６における判断結果は、例えば、状態ごとに設定された図示しないフラグによって明示される。
【００５３】
Ｆ／Ｂ量算出部５７は、圧力センサの出力値と、図示しない処理によって定められた圧力センサの出力値に対する目標値との偏差に応じたフィードバック量を算出する。より具体的には、Ｆ／Ｂ量算出部５７は、第１及び第２インジェクタを合せたものを所定の流量特性を備えた一のインジェクタとみなし、この仮想的なインジェクタによって圧力センサ出力値と目標値との偏差がなくなるようにするためのフィードバック量を、既知のフィードバックアルゴリズムを適用して算出する。このフィードバック量は、Ｆ／Ｂ量算出部５７において定義される仮想的なインジェクタの開弁時間の所定の基準値からの補正量に相当する。以下、この補正量をＦ／Ｂ開弁時間という。
【００５４】
本実施形態では、Ｆ／Ｂ量算出部５７において想定する仮想的なインジェクタの流量特性は、第１インジェクタの流量特性と同じであるとする。これにより、後述の割り付け演算部５８では、Ｆ／Ｂ量算出部５７において算出したＦ／Ｂ開弁時間を、第１インジェクタを基準として割り付けることができる。
【００５５】
割り付け演算部５８は、状態判断部５６における判断に基づいて、Ｆ／Ｂ量算出部５７において算出されたＦ／Ｂ開弁時間を、第１インジェクタに対するフィードバック操作量に相当する第１Ｆ／Ｂ値と、第２インジェクタに対するフィードバック操作量に相当する第２Ｆ／Ｂ値とに割り付ける。
【００５６】
より具体的には、割り付け演算部５８は、状態判断部による判断結果に基づいて、第１インジェクタ３４及び第２インジェクタ３７のうち何れか一方を主インジェクタとして決定し、他方を従インジェクタとして決定する。そして割り付け演算部５８は、主インジェクタとして決定したインジェクタを優先的に駆動し、従インジェクタとして決定したインジェクタで主インジェクタの操作だけでは足りない分を補うように、流量特性の相違を考慮の上、Ｆ／Ｂ開弁時間を第１及び第２Ｆ／Ｂ値に割り付ける。なお本実施形態において、「インジェクタを優先的に駆動する」とは、インジェクタを水素ガス流量の増量側へ積極的に駆動することをいい、より具体的には開弁時間をできるだけ長くしたり、開度を大きくしたりすることをいう。換言すると、割り付け演算部５８は、主インジェクタとして決定したインジェクタから、できるだけ多くの量の水素が供給されるようにＦ／Ｂ開弁時間を第１及び第２Ｆ／Ｂ値に割り付ける。なお、Ｆ／Ｂ開弁時間を第１及び第２Ｆ／Ｂ値に割り付ける具体的な演算の手順については、後に図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
次に、以上のようなアノード圧制御の具体的な演算の手順について、フローチャートを参照して説明する。
図３及び図４は、アノード圧制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図３及び図４に示す処理は、ＥＣＵにおいて所定の周期ごとに実行される。
【００５８】
Ｓ１では、第１ベース指令値及び第２ベース指令値を算出し、Ｓ２に移る。
Ｓ２では、圧力センサの出力値とその目標値との偏差に基づいてＦ／Ｂ開弁時間を算出し、Ｓ３に移る。
Ｓ３では、燃料電池の発電状態を判断し、Ｓ４に移る。
【００５９】
Ｓ４では、Ｓ３における判断結果に基づいて第１及び第２インジェクタのうちどちらを優先的に駆動するのが好ましいかを判断し、優先的に駆動する方を主インジェクタとして決定し、残りを従インジェクタとして決定し、Ｓ５に移る。より具体的には、下表に基づいて、例えば発電状態が定常状態であると判断された場合には、第１インジェクタを主インジェクタとして決定し、第２インジェクタを従インジェクタとして決定する。発電状態が加速状態であると判断された場合には、第２インジェクタを主インジェクタとして決定し、第１インジェクタを従インジェクタとして決定する。また、発電状態が定常状態でも加速状態でもない場合、第１インジェクタを主インジェクタとして決定し、第２インジェクタを従インジェクタとして決定する。
【表１】
2014107057.tif 000003
【００６０】
Ｓ５では、下表に従ってＦ／Ｂ開弁時間の符号に応じたＦ／Ｂ開弁時間の優先割り付け先を決定し、Ｓ６に移る。上述のようにＦ／Ｂ開弁時間は、仮想的なインジェクタの開弁時間の所定の基準値からの補正量に相当するから、正値及び負値の何れもあり得る。Ｆ／Ｂ開弁時間が正値であると、割り付け先のインジェクタの操作量は水素の増量側に補正される。したがって、Ｆ／Ｂ開弁時間が正値である場合は、優先的に駆動したい主インジェクタを優先割り付け先とする。また、Ｆ／Ｂ開弁時間が負値であると、割り付け先のインジェクタの操作量は水素の減量側に補正される。したがって、Ｆ／Ｂ開弁時間が負値である場合は、優先して駆動したくない方である従インジェクタを優先割り付け先とする。
【表２】
2014107057.tif 000004
【００６１】
Ｓ６では、優先割り付け先が第１インジェクタであるか否かを判定する。
Ｓ６の判定がＹＥＳの場合は、Ｆ／Ｂ開弁時間を第１インジェクタの操作量に優先して割り付けるべくＳ７〜Ｓ１７の処理を実行する。
Ｓ６の判定がＮＯの場合は、Ｆ／Ｂ開弁時間を第２インジェクタの操作量に優先して割り付けるべくＳ２１〜Ｓ３２（図４参照）の処理を実行する。
【００６２】
先ず、Ｆ／Ｂ開弁時間を第１インジェクタの操作量に優先して割り付ける手順について説明する。
Ｓ７では、Ｓ１で算出した第１ベース指令値に、Ｓ２で算出したＦ／Ｂ開弁時間を全て加算することにより、第１暫定指令値を算出し、Ｓ８に移る。
Ｓ８では、Ｓ７で算出した第１暫定指令値は、第１インジェクタの開弁時間の第１下限値以上であり、かつ第１インジェクタの開弁時間の第１上限値以下であるか否かを判定する。
【００６３】
Ｓ８の判定がＹＥＳの場合、Ｆ／Ｂ開弁時間の一部を第２インジェクタの操作量に割り付ける必要はない。したがって、Ｓ８の判定がＹＥＳの場合、Ｓ９に移り、Ｓ７で算出した第１暫定指令値を最終的な第１指令値とし、Ｓ１０に移る。Ｓ１０では、第２ベース指令値を最終的な第２指令値とする。
【００６４】
一方、Ｓ８の判定がＮＯの場合、Ｆ／Ｂ開弁時間の一部を第２インジェクタの操作量に割り付ける必要がある。したがって、Ｓ８の判定がＮＯの場合、Ｓ１１に移り、第２インジェクタの操作量に割り付ける分に相当する残Ｆ／Ｂ開弁時間を算出し、Ｓ１２に移る。ここで残Ｆ／Ｂ開弁時間は、Ｆ／Ｂ開弁時間が正である場合には、第１暫定指令値から第１上限値を減算することで算出され、Ｆ／Ｂ開弁時間が負である場合には、第１暫定指令値から第１下限値を減算することで算出される。
Ｓ１２では、最終的な第１指令値を決定し、Ｓ１３に移る。最終的な第１指令値は、第１暫定指令値が第１上限値より大きい場合には第１上限値となり、第１暫定指令値が第１下限値より小さい場合には第１下限値となる。
【００６５】
Ｓ１３では、第２Ｆ／Ｂ値を算出し、Ｓ１４に移る。上述のように、本実施形態では、第１及び第２インジェクタを合せた仮想的なインジェクタの流量特性は、第１インジェクタと等しいものとした。したがって、この仮定の下で算出された残Ｆ／Ｂ開弁時間を第２インジェクタの操作量の補正値に割り付けるには、流量特性の差を補うための補正係数を乗算する必要がある。したがって、第２Ｆ／Ｂ値は、Ｓ１１で算出した残Ｆ／Ｂ開弁時間に正の補正係数を乗算することによって算出される。
【００６６】
Ｓ１４では、Ｓ１で算出した第２ベース指令値に、Ｓ１３で算出した第２Ｆ／Ｂ値を全て加算することにより、第２暫定指令値を算出し、Ｓ１５に移る。
Ｓ１５では、Ｓ１４で算出した第２暫定指令値は、第２インジェクタの開弁時間の第２下限値以上であり、かつ第２インジェクタの開弁時間の第２上限値以下であるか否かを判定する。
【００６７】
Ｓ１５の判定がＹＥＳの場合、第２Ｆ／Ｂ値の一部を切り捨てる必要はない。したがって、Ｓ１５の判定がＹＥＳの場合、Ｓ１６に移り、Ｓ１４で算出した第２暫定指令値を最終的な第２指令値とする。
【００６８】
一方、Ｓ１５の判定がＮＯの場合、第２Ｆ／Ｂ値の一部を切り捨てる必要がある。したがって、Ｓ１５の判定がＮＯの場合、Ｓ１７に移り、第２上限値又は第２下限値を最終的な第２指令値とする。より具体的には、第２暫定指令値が第２上限値より大きい場合には第２上限値を第２指令値とし、第２暫定指令値が第２下限値より小さい場合には第２下限値を第２指令値とする。
【００６９】
次に、Ｆ／Ｂ開弁時間を第２インジェクタの操作量に優先して割り付ける手順について説明する。
Ｓ２１では、第２暫定Ｆ／Ｂ値を算出し、Ｓ２２に移る。第２暫定Ｆ／Ｂ値は、Ｆ／Ｂ開弁時間に、Ｓ１３を参照して説明した補正係数を乗算することにより算出される。
Ｓ２２では、Ｓ１で算出した第２ベース指令値に、Ｓ２１で算出した第２暫定Ｆ／Ｂ値を加算することにより、第２暫定指令値を算出し、Ｓ２３に移る。
Ｓ２３では、Ｓ２２で算出した第２暫定指令値は、第２インジェクタの開弁時間の第２下限値以上であり、かつ第２インジェクタの開弁時間の第２上限値以下であるか否かを判定する。
【００７０】
Ｓ２３の判定がＹＥＳの場合、Ｆ／Ｂ開弁時間の一部を第１インジェクタの操作量に割り付ける必要はない。したがって、Ｓ２３の判定がＹＥＳの場合、Ｓ２４に移り、Ｓ２２で算出した第２暫定指令値を最終的な第２指令値とし、Ｓ２５に移る。Ｓ２５では、第１ベース指令値を最終的な第１指令値とする。
【００７１】
一方、Ｓ２３の判定がＮＯの場合、Ｆ／Ｂ開弁時間の一部を第１インジェクタの操作量に割り付ける必要がある。したがって、Ｓ２３の判定がＮＯの場合、Ｓ２６に移り、第１インジェクタの操作量に割り付ける分に相当する残Ｆ／Ｂ開弁時間を算出し、Ｓ２７に移る。ここで、残Ｆ／Ｂ開弁時間は、Ｆ／Ｂ開弁時間が正である場合には、第２暫定指令値から第２上限値を減算することによって算出され、Ｆ／Ｂ開弁時間が負である場合には、第２暫定指令値から第２下限値を減算することによって算出される。
Ｓ２７では、最終的な第２指令値を決定し、Ｓ２８に移る。最終的な第２指令値は、第２暫定指令値が第２上限値より大きい場合いは第２上限となり、第２暫定指令値が第２下限値より小さい場合には第２下限値となる。
【００７２】
Ｓ２８では、第１Ｆ／Ｂ値を算出し、Ｓ２９に移る。上記Ｓ２６で算出された残Ｆ／Ｂ開弁時間は、Ｓ１７において補正係数を乗算して得られた第２インジェクタの流量特性に合せた操作量に相当する。したがって、第１Ｆ／Ｂ値は、Ｓ２６で算出された残Ｆ／Ｂ開弁時間を、Ｓ１７の補正係数で除算することによって算出される。
【００７３】
Ｓ２９では、Ｓ１で算出した第１ベース指令値に、Ｓ２８で算出した第１Ｆ／Ｂ値を加算することにより、第１暫定指令値を算出し、Ｓ３０に移る。
Ｓ３０では、Ｓ２９で算出した第１暫定指令値は、第１インジェクタの開弁時間の第１下限値以上であり、かつ第１インジェクタの開弁時間の第１上限値以下であるか否かを判定する。
【００７４】
Ｓ３０の判定がＹＥＳの場合、第１Ｆ／Ｂ値の一部を切り捨てる必要はない。したがって、Ｓ３０の判定がＹＥＳの場合、Ｓ３１に移り、Ｓ２９で算出した第１暫定指令値を最終的な第１指令値とする。
【００７５】
一方、Ｓ３０の判定がＮＯの場合、第１Ｆ／Ｂ値の一部を切り捨てる必要がある。したがって、Ｓ３０の判定がＮＯの場合、Ｓ３２に移り、第１上限値又は第１下限値を最終的な第１指令値とする。より具体的には、第１暫定指令値が第１上限値より大きい場合には第１上限値を第１指令値とし、第１暫定指令値が第１下限値より小さい場合には第１下限値を第１指令値とする。
【００７６】
次に、図３及び図４に示すＦ／Ｂ開弁時間の割り付け手順について、具体的な例を挙げて説明する。以下の具体例では、第２インジェクタは第１インジェクタと比較して、同じ開弁時間で２倍の量の水素を供給できるものとする。また、Ｆ／Ｂ開弁時間を算出する際に想定した仮想的なインジェクタの流量特性は第１インジェクタと等しくしたことから、Ｓ１３に示す補正係数は０．５となる。また、第１及び第２インジェクタともに開弁時間の上限は１００［ｍｓｅｃ］とし、下限は０［ｍｓｅｃ］とする。
【００７７】
図５は、Ｆ／Ｂ開弁時間の割り付け例１を模式的に示す図である。
例１では、第１ベース指令値は７０［ｍｓｅｃ］であり（Ｓ１参照）、第２ベース指令値は３０［ｍｓｅｃ］であり（Ｓ１参照）、燃料電池の発電状態は定常状態であると判断され（Ｓ３参照）、Ｆ／Ｂ開弁時間は５０［ｍｓｅｃ］であったとする（Ｓ２参照）。
【００７８】
先ず、燃料電池の発電状態が定常状態である場合、第１インジェクタが主インジェクタとして決定され、第２インジェクタが従インジェクタとして決定される（Ｓ４参照）。このように、定常状態である場合にはより速やかに循環流量を増加できる第２インジェクタを主インジェクタとすることにより、アノード系内の循環を促進し、出来るだけ新たな水素の供給を減らしながら燃料電池の発電性能を確保できる。
【００７９】
Ｆ／Ｂ開弁時間は正であるので、優先割り付け先は主インジェクタである第１インジェクタとなる（Ｓ５参照）。したがって、Ｆ／Ｂ開弁時間は、先ず、第１インジェクタの開弁時間が上限に達するまで、より具体的には、５０［ｍｓｅｃ］のＦ／Ｂ開弁時間うち、３０［ｍｓｅｃ］が第１インジェクタのフィードバック操作量に割り付けられる（Ｓ１２参照）。この結果、第１インジェクタの開弁時間に対する指令値は、その上限である１００［ｍｓｅｃ］となる。そして、２０［ｍｓｅｃ］の残Ｆ／Ｂ開弁時間は、仮想的なインジェクタと第２インジェクタの流量特性の違いを考慮して補正係数０．５を乗算した上で、第２インジェクタのフィードバック操作量に割り付けられる（Ｓ１４参照）。この結果、第２インジェクタの開弁時間に対する指令値は、４０［ｍｓｅｃ］となる。
以上のようにして、燃料電池の発電状態が定常状態である場合には、第１インジェクタが優先的に駆動される。
【００８０】
図６は、Ｆ／Ｂ開弁時間の割り付け例２を模式的に示す図である。
例２は、図５の例１と比較して、燃料電池の発電状態が加速状態であると判断された点のみ異なる。
【００８１】
先ず、燃料電池の発電状態が加速状態である場合、第２インジェクタが主インジェクタとして決定され、第１インジェクタが従インジェクタとして決定される（Ｓ４参照）。このように、加速状態である場合にはより速やかにアノード圧を増加できる第２インジェクタを主インジェクタとすることにより、アノード圧を速やかに上昇させ、燃料電池において水素不足の状態にならないようにできる。
【００８２】
Ｆ／Ｂ開弁時間は正であるので、優先割り付け先は主インジェクタである第２インジェクタとなる（Ｓ５参照）。したがって、Ｆ／Ｂ開弁時間は、先ず、第２インジェクタの開弁時間が上限に達するまで、第２インジェクタのフィードバック操作量に割り付けられる。ここで、Ｆ／Ｂ開弁時間は５０［ｍｓｅｃ］であるが、これを第２インジェクタのフィードバック操作量に割り付ける際、仮想的なインジェクタと第２インジェクタの流量特性の違いを考慮して、Ｆ／Ｂ開弁時間には補正係数０．５が乗算される（Ｓ２２参照）。この結果、第２インジェクタの開弁時間に対する指令値は、その上限より小さい５５［ｍｓｅｃ］となる（Ｓ２４参照）。また、第１インジェクタの開弁時間に対する指令値は、ベース指令値から変わることなく、７０［ｍｓｅｃ］となる。
以上のようにして、燃料電池の発電状態が加速状態である場合には、第２インジェクタの操作量が積極的に増量側に補正される。
【００８３】
図７は、Ｆ／Ｂ開弁時間の割り付け例３を模式的に示す図である。
例３は、図５の例１と比較して、Ｆ／Ｂ開弁時間が−７０［ｍｓｅｃ］であった点のみ異なる。
【００８４】
例１で説明したように、燃料電池の発電状態が加速状態である場合、第１インジェクタが主インジェクタとして決定され、第２インジェクタが従インジェクタとして決定される（Ｓ４参照）。
【００８５】
しかし、Ｆ／Ｂ開弁時間は負であるので、優先割り付け先は従インジェクタである第２インジェクタとなる（Ｓ５参照）。したがって、Ｆ／Ｂ開弁時間は、先ず、第２インジェクタの開弁時間が下限に達するまで、第２インジェクタのフィードバック操作量に割り付けられる。ここで、Ｆ／Ｂ開弁時間は−７０［ｍｓｅｃ］であるが、これを第２インジェクタのフィードバック操作量に割り付ける際、仮想的なインジェクタと第２インジェクタの流量特性の違いを考慮して、Ｆ／Ｂ開弁時間には補正係数０．５が乗算される（Ｓ２２参照）。この結果、第２インジェクタの開弁時間に対する指令値は、下限である０［ｍｓｅｃ］となる（Ｓ２７参照）。そして、−５［ｍｓｅｃ］の残Ｆ／Ｂ開弁時間は、先に乗算した補正係数０．５で除算した上で、第１インジェクタのフィードバック操作量に割り付けられる（Ｓ２８参照）。この結果、第１インジェクタの開弁時間に対する指令値は、６０［ｍｓｅｃ］となる（Ｓ２９参照）。
以上のようにして、燃料電池の発電状態が定常状態である場合には、第１インジェクタが優先的に駆動されるよう、すなわち第１インジェクタを介してできるだけ多くの水素が供給されるように、負値であるＦ／Ｂ開弁時間は第２インジェクタのフィードバック操作量に優先して割り付けられる。
【００８６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。
上記実施形態では、Ｓ４において燃料電池の発電状態に応じて主及び従インジェクタを決定したが、本発明はこれに限らない。例えば、下表に示すように、燃料電池の水分の多寡に応じて主及び従インジェクタを決定してもよい。特に、燃料電池の水分保有量が多い場合に、比較的速やかにアノード圧を上昇させることができる第２インジェクタを主インジェクタとして決定し、第２インジェクタを優先的に駆動することにより、燃料電池内の水分を速やかに排出し、発電を安定させることができる。
【表３】
2014107057.tif 000005
【００８７】
また、上記実施形態では、Ｆ／Ｂ量算出部５７は、第１及び第２インジェクタを合せた仮想的なインジェクタの流量特性は第１インジェクタと同じであるとしたが、本発明はこれに限らない。仮想的なインジェクタの流量特性は、第２インジェクタの流量特性と同じにしてもよいし、第１及び第２インジェクタの流量特性とは異なるようにしてもよい。これら流量特性の相違は、適切な補正係数によって補いながら、Ｆ／Ｂ開弁時間を割り付けることができる。
【００８８】
上記実施形態では、燃料電池システムのアノード圧制御に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明は、アノード系における水素ガスの循環流量制御に適用することもできる。この場合、主供給管３８内のうちバイパス管３６との接続部３６ａより下流側でガスの流量を検出する流量センサを設け、この流量センサの出力値とその目標値との偏差を、図２を参照して説明したＦ／Ｂ量算出部５７への入力とすればよい。
【００８９】
上記実施形態では、水素供給管３２に第１インジェクタ３４及び第２インジェクタ３７を並列に設けた場合について説明したが、インジェクタを並列に設ける数は、これに限らず３つ以上であってもよい。
【００９０】
上記実施形態では、主供給管３８とバイパス管３６のうち、第１インジェクタ３４が設けられた主供給管３８にのみイジェクタ３５を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、図８に示すように、バイパス管３６にもイジェクタ３６ａを設け、このイジェクタ３６ａによって水素排出管３３から分岐管３３ｃを介して導入されたガスを還流させてもよい。
【００９１】
上記実施形態では、水素の供給源である水素タンク３１の数が１つである場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、図９に示すように、主供給管３８に第１水素タンク３１１と第２水素タンク３１２を並列に接続してもよい。また、このように水素の供給源を複数備える場合、インジェクタごとに独立した供給源を設けてもよい。より具体的には、例えば図１０に示すように、第１水素タンク３１１を第１インジェクタ３４及びイジェクタ３５が設けられた主供給管３８に接続し、第２水素タンク３１２を第２インジェクタ３７が設けられたバイパス管３６に接続してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１…燃料電池システム
２…スタック（燃料電池）
３…アノード系
３１…水素タンク（供給源）
３２…水素供給管（供給流路）
３３…水素排出管（排出流路）
３３ａ…分岐管（分岐した流路）
３４…第１インジェクタ（第１供給装置）
３５…イジェクタ（循環装置）
３６…バイパス管（バイパス流路）
３６ａ…接続部
３７…第２インジェクタ（第２供給装置）
３８…主供給管（主流路）
３９…圧力センサ（検出手段）
４…カソード系
５…ＥＣＵ（目標値設定手段、フィードバック制御手段、割り付け手段）
５６…状態判断部（水分判断手段、発電状態判断手段）
５７…Ｆ／Ｂ量算出部（フィードバック制御手段）
５８…割り付け演算部（割り付け手段、主従決定手段、主従フィードバック量決定手段）
【図１】
2014107057.tif 000006
【図２】
2014107057.tif 000007
【図３】
2014107057.tif 000008
【図４】
2014107057.tif 000009
【図５】
2014107057.tif 000010
【図６】
2014107057.tif 000011
【図７】
2014107057.tif 000012
【図８】
2014107057.tif 000013
【図９】
2014107057.tif 000014
【図１０】
2014107057.tif 000015