(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスによって発電する燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置において、
燃料ガスを蓄える燃料タンクと、
前記燃料タンクと前記燃料電池スタックとを接続する燃料ガス通路と、
前記燃料ガス通路に設けられ前記燃料ガスの供給量を制御する制御弁と、
前記制御弁よりも下流側の前記燃料ガスの圧力を推定する下流側圧力推定手段と、
前記制御弁の制御電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出した前記制御電流および前記下流側圧力推定手段により推定した前記下流側圧力に基づいて前記制御弁よりも上流側の燃料ガスの圧力を検出する第１圧力検出手段を有するコントローラと、
を備えることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項２】
前記第１圧力検出手段は、前記制御弁より下流側の燃料ガスの圧力が所定の目標値に到達するまでの期間中に検出した前記制御電流の最大値を用いて前記制御弁よりも上流側の燃料ガスの圧力を検出する請求項１に記載の燃料ガス供給装置。
【請求項３】
前記下流側圧力推定手段は、前記燃料ガス通路の前記制御弁よりも下流側に設けた圧力センサである請求項１または２に記載の燃料ガス供給装置。
【請求項４】
前記燃料電池スタックの状態を検出する状態検出手段を備え、
前記下流側圧力推定手段は、前記燃料電池スタックの状態に基づいて前記制御弁よりも下流側の前記燃料ガスの圧力を推定する請求項１に記載の燃料ガス供給装置。
【請求項５】
前記燃料電池スタックで発電した電力を用いて走行する移動体の状態を検出する移動体状態検出手段と備え、
前記下流側圧力推定手段は、前記移動体の状態に基づいて前記制御弁よりも下流側の前記燃料ガスの圧力を推定する請求項１に記載の燃料ガス供給装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記制御弁より上流側の前記燃料ガスの圧力を検出する圧力センサを第２圧力検出手段として備え、
前記第２圧力検出手段の検出値が所定値以上の場合には前記第２圧力検出手段の検出値を前記制御弁より上流側の前記燃料ガスの圧力とし、
前記第２圧力検出手段の検出値が前記所定値未満の場合には前記第１圧力検出手段の検出値を前記制御弁より上流側の前記燃料ガスの圧力とする請求項１に記載の燃料ガス供給装置。
【請求項７】
前記所定値は、前記第１圧力検出手段と前記第２圧力検出手段の検出精度が等しくなる圧力である請求項６に記載の燃料ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に燃料としての水素を供給するための燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池で発電した電力を用いて走行する車両では、タンク内に高圧の状態で貯蔵した水素を、調圧弁を用いて減圧して燃料電池に供給している。一般的に、水素タンク内の水素残量を圧力センサの検出値から算出し、圧力センサの検出値が所定値まで下がったら水素残量がなくなったものとして、システムを停止する構成になっている。
【０００３】
ところで、水素タンク内圧力を検出するための圧力センサとしては、コストとの兼ね合いもあり、誤差範囲が検出可能範囲（フルスケール）の３％程度の大きさのものを用いることが多い。例えば、車両用として一般に用いられる７０［ＭＰａ］用水素タンク内圧力を検出する圧力センサとして、フルスケールが１００［ＭＰａ］を超えるものを用いると、±４［ＭＰａ］程度の誤差が生じることになる。
【０００４】
誤差が±４［ＭＰａ］の場合には、圧力センサの検出値が４［ＭＰａ］まで低下したら、水素タンク内圧が０［ＭＰａ］になっている可能性があるため、システムを停止する必要がある。しかし、実際にはまだ走行可能な水素がタンク内に残っている場合もある。すなわち、圧力センサの誤差範囲が大きくなるほど、システム停止時に水素タンク内に残っている水素量（以下、無効残量という）が多くなり、車両の航続可能距離が短くなってしまう。
【０００５】
水素タンク内圧力の検出精度の向上を図る構成として、特許文献１には水素タンクと調圧弁との間に設けた上流側圧力センサの検出値を、調圧弁の下流側に設けた下流側圧力センサの検出値に基づいて補正する構成が記載されている。より具体的には、システムの起動時やアイドルストップ時等に、調圧弁の上流側圧力と下流側圧力を均一にして、上流側圧力センサと下流側圧力センサの検出値の偏差を算出しておき、その偏差に基づいて上流側圧力センサの検出値を補正する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４０１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構成でも水素タンク内の圧力を圧力センサにより検出することには変わりはない。したがって、システムを停止するか否かの境界となるような低圧領域では、圧力センサの誤差の影響が大きくなり、水素タンク内の無効残量を十分に減少させることは難しい。
【０００８】
そこで、本発明では水素タンク内の圧力をより高精度で検出し、水素タンク内の無効残量を減少させることができる燃料供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料ガス供給装置は、燃料ガスと酸化剤ガスによって発電する燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置である。そして、燃料ガスを蓄える燃料タンクと、燃料タンクと燃料電池スタックとを接続する燃料ガス通路と、燃料ガス通路に設けられ燃料ガスの供給量を制御する制御弁とを有する。また、制御弁よりも下流側の燃料ガスの圧力を推定する下流側圧力推定手段と、制御弁の制御電流を検出する電流検出手段と、検出した制御電流および推定した下流側圧力に基づいて制御弁よりも上流側の燃料ガスの圧力を検出する第１圧力検出手段を有するコントローラと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、制御弁より上流側の燃料ガスの圧力、つまり水素タンク内の圧力を、制御弁の制御電流および制御弁より下流側の圧力に基づいて検出するので、圧力センサで検出するよりも高精度で検出することができる。その結果、水素タンク内がより低圧になるまでシステムを稼働させることができ、水素タンク内の無効残量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。
【図２】流量調整弁の一例を示す概略構成図である。
【図３】１次ポートの圧力に対する制御電流の特性図である。
【図４Ａ】水素が一定の速度で減少する場合の圧力センサ検出値の特性図である。
【図４Ｂ】図４Ａの一部を拡大した図である。
【図５】制御電流に基づく上流側圧力推定値及び圧力センサによる上流側圧力検出値の誤差範囲を示す図である。
【図６】第１実施形態においてコントローラ６が実行する上流側圧力検出用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】制御電流に対する上流側圧力の特性図である。
【図８】第２実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。
【図９】燃料電池スタックの発電量に対する下流側圧力の特性図である。
【図１０】第３実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。
【図１１】車速に対する燃料電池スタックの発電量の特性図である。
【図１２】第４実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。
【図１３】第４実施形態においてコントローラ６が実行する上流側圧力検出用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る燃料電池用の燃料供給システム１００の構成図である。
【００１４】
燃料供給システム１００は、燃料電池スタック１に水素を供給するシステムであって、水素タンク２と、水素供給通路３と、流量調整弁４と、下流側圧力センサ７と、コントローラ６と、を備える。
【００１５】
水素タンク２は、水素供給通路３の上流側に設けられる。水素タンク２は、燃料電池スタック１に供給する水素を、例えば７０［ＭＰａ］の高圧状態で貯蔵する。水素タンク２は、水素供給通路３との連通状態を制御する開閉弁５を備える。開閉弁５は電磁的に作動し、電源オフ時に水素タンク２と水素供給通路３との連通を遮断する。
【００１６】
流量調整弁４は、電磁的に作動し、水素タンク２から燃料電池スタック１に供給される水素量を調整し、単位セルの燃料極における水素圧力を制御する。
【００１７】
水素供給通路３は、流量調整弁４より水素タンク２側（以下、これを上流側とする）が高圧配管３Ａ、流量調整弁４より燃料電池スタック１側（以下、これを下流側とする）が低圧配管３Ｂで形成される。
【００１８】
コントローラ６は、燃料供給システム１００を含む燃料電池システム全体を制御する装置であり、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。本実施形態では、コントローラ６の、高圧配管３Ａ内の圧力（以下、上流側圧力という）を検出する機能を中心に説明する。
【００１９】
コントローラ６には、低圧配管３Ｂ内の圧力（以下、下流側圧力という）を検出する下流側圧力センサ７及び流量調整弁４の制御電流を検出する電流センサ８の信号が入力される。下流側圧力センサ７からの信号はコントローラ６の下流側圧力検出部６Ａに、流量調整弁４の制御電流値はコントローラ６の電流検出部６Ｂに、それぞれ入力される。
【００２０】
ここで流量調整弁４について説明する。
【００２１】
図２は流量調整弁４の一例を示す概略構成図である。流量調整弁４は、公知の電磁式制御弁、例えば特開２００２−２９５７１２に開示されているものと同様の構成である。
【００２２】
流量調整弁４のハウジング１０には、１次ポート１１、弁室１８、通路１６、２次ポート１２、均圧通路１７、バネ室１９、弁ポート２０が形成されている。
【００２３】
弁室１８は、１次ポート１１を介して外部と連通しており、また、通路１６及び２次ポート１２を介して外部と連通している。
【００２４】
均圧通路１７は通路１６が分岐したもので、通路１６とバネ室１９とを連通している。
【００２５】
１次ポート１１には高圧配管３Ａが、２次ポート１２には低圧配管３Ｂが、それぞれ接続される。
【００２６】
弁室１８の内部には、弁室１８と通路１６との連通状態を制御するための弁体１３が配置されている。弁体１３は、通路１６の弁室１８側端部に設けられたテーパ状の弁座１６Ａに沿うテーパ部を有する。
【００２７】
弁体１３には、シャフト１４が一体に形成されており、シャフト１４が弁ポート２０内を進退可能に配置されている。シャフト１４は電磁ソレノイド装置２２のプランジャロッドを兼ねており、電磁ソレノイド装置２２に通電される電流の大きさに応じて図中左右方向に移動し、電源オフ時には弁体１３のテーパ面と弁座１６Ａとが密着して、弁室１８と通路１６の連通を遮断する。
【００２８】
バネ室１９にはバネ１５が配置されている。バネ１５の弾性力は、弁体１３を通路１６側方向へ押圧するように作用する。
【００２９】
バネ室１９と弁室１８は、中心部をシャフト１４が貫通し外縁部がハウジング１０に気密接続されるダイアフラムシール２１により気密分離されている。
【００３０】
ダイアフラムシール２１には、弁室１８とバネ室１９の差圧が作用し、差圧が作用する部分の面積は有効受圧径により定まる。一方、弁体１３にも弁室１８とバネ室１９の差圧が作用し、その面積は弁座１６Ａの有効受圧径により定まる。これらダイアフラムシール２１の有効受圧径と弁座１６Ａの有効受圧径は等しい寸法に設定する。この設定により、１次ポート１１の圧力と２次ポート１２の圧力との差圧により弁体１３に作用する力と、同じくダイアフラムシール２１に作用する力とが相殺される。その結果、弁体１３の開閉に対する１次ポート１１の圧力と２次ポート１２の圧力との差圧の影響がなくなる。
【００３１】
上記のような構成によれば、弁体１３が開くと、高圧配管３Ａから１次ポート１１を介して弁室１８に流入した水素は、通路１６及び２次ポート１２を介して低圧配管３Ｂへと流れる。低圧配管３Ｂへの流量は、弁体１３と弁座１６Ａとの位置関係により定まり、その位置関係は弁体１３を移動させるための電磁力、つまり通電する電流（以下、制御電流という）により定まる。
【００３２】
弁体１３を開弁方向、つまり図２中で左方向に動かすために必要な制御電流と、１次ポート１１の圧力には、図３に示すような関係がある。
【００３３】
図３は、縦軸が制御電流の大きさ、横軸が１次ポート１１の圧力である。図中のＥＭＡＸは、弁体１３を燃料電池スタック１が要求する最大ガス量を流すことができる位置まで動かすために必要な電流を示す。図中のＥＭＩＮは、弁体１３を動かすのに最低限必要な電流値、つまり、弁座１６Ａに着座している弁体１３を、弁座１６Ａから離すのに必要な電流値を示す。
【００３４】
図３に示すように、電流値ＥＭＡＸ及び電流値ＥＭＩＮは、１次ポート１１の圧力がＰ１以下の領域では圧力の変化に応じて変化するが、Ｐ１より高い領域では１次ポート１１の圧力が変化しても殆ど変化しない。これは、上述したように１次ポート１１の圧力と２次ポート１２の圧力の差圧の影響を排除したためである。
【００３５】
なお、圧力Ｐ１は、例えば満充填で７０［ＭＰａ］のタンクの場合には５［ＭＰａ］程度である。
【００３６】
ところで、水素タンク２の内圧を圧力センサで検出する場合、一般的には、フルスケールの３％程度の誤差を有するものが用いられる。例えば、フルスケールが１００［ＭＰａ］を超えるようなものを用いると、±４［ＭＰａ］程度の誤差が生じることになる。この誤差は、図４Ａに示すように、水素タンク２が満充填の状態から空の状態まで一定である。図４Ａは、水素タンク２が満充填から空になるまで、水素が一定の速度で減少する場合の圧力センサ検出値について示した図である。縦軸が水素タンク内圧力、横軸が時間を示す。また、図中の実線は圧力センサ検出値、破線は圧力センサ検出値に対する誤差範囲を示す。
【００３７】
図４Ｂは図４Ａの丸で囲んだ部分の拡大図である。なお、ここでは誤差範囲を±４［ＭＰａ］としている。
【００３８】
圧力センサ検出値が４［ＭＰａ］の場合、圧力センサの誤差範囲を考慮すると、実際の水素タンク内圧力はゼロ［ＭＰａ］、つまりタンクが空になっている可能性があるので、システムを停止する必要がある。しかし、実際にはまだ８［ＭＰａ］である可能性もある。このように、水素タンク２が空になったと判断してシステムを停止したときに水素タンク２内に無効残量が存在する可能性がある。
【００３９】
水素タンク内圧力の検出精度が悪くなるほど無効残量が多くなり、同一容量の水素タンク２での航続可能距離が短くなる。検出精度の高い圧力センサを用いれば無効残量を減らすことはできるが、コストアップを招くことになる。
【００４０】
図５は図４Ａと同様に水素が一定の速度で減少する場合の、流量調整弁４の制御電流に基づいて推定した水素タンク２の圧力と、誤差範囲がフルスケールの３％である圧力センサで検出した水素タンク２の圧力との関係を示す図である。図４Ａと同様に、縦軸は圧力、横軸は時間を示す。また、２本の実線は制御電流に基づく圧力推定値の最大値と最小値を、一点鎖線は圧力センサ検出値を、２本の破線は圧力センサ検出値の誤差範囲での最大値と最小値を、それぞれ示す。
【００４１】
図５に示すように、タイミングｔ１を超えると、圧力センサ検出値より制御電流に基づく推定値の方が、誤差範囲が狭くなる。タイミングｔ１より前は、制御電流に基づく推定値の方が圧力センサ検出値より誤差範囲が広いが、この領域では、システムを停止するか否かの判断が必要ない程度の水素が残っているので、誤差範囲の違いが無効残量に与える影響は小さい。
【００４２】
すなわち、流量調整弁４の制御電流に基づいて水素タンク２内の水素量を推定すれば、特に水素タンク２内の水素量が少ない領域においては、圧力センサを使用するよりも高精度で水素タンク２内の水素量を推定することができるので、無効残量を低減することができる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、水素タンク２内の水素量を、流量調整弁４の制御電流に基づいて推定する。以下、水素タンク２内の水素量推定制御について説明する。
【００４４】
図６は、コントローラ６が実行する、流量調整弁４の制御電流に基づいて水素タンク２内の水素量を推定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の周期で繰り返し実行する。
【００４５】
ステップＳ１００で、コントローラ６の下流側圧力検出部６Ａは、下流側圧力センサ７の検出値を読み込む。下流側圧力センサ７を用いることで、下流側圧力を簡単に検出することができる。
【００４６】
ステップＳ１１０で、コントローラ６の電流検出部６Ｂは、電流センサ８の検出信号を読み込み、これを制御電流に変換する。そして、燃料電池スタック１の発電開始時または発電中であって、下流側圧力が所定の目標値に到達するまでの期間中における制御電流の最大値を読み込む。なお、下流側圧力の所定の目標値は、車両の走行状態や運転者からの要求等に応じてコントローラ６で設定するものである。
【００４７】
ここで、最大値を読み込む理由について図３を参照して説明する。制御電流が同一であれば、当該制御電流が電流値ＥＭＡＸに相当する場合の方が、電流値ＥＭＩＮに相当する場合よりも１次ポート圧、つまり水素タンク２の圧力が低い。燃料電池システムの発電を停止するか否かを判断するにあたっては、水素タンク２の圧力が低い値となる方を選択すれば、水素タンク２から水素を供給できなくなった状態で燃料電池システムを運転し続けることを回避できる。そこで、本実施形態では最大値を読み込むこととする。
【００４８】
ステップＳ１２０で、コントローラ６の特性マップ選択部６Ｃは、下流側圧力に基づいて、水素タンク２内の圧力、つまり上流側圧力と制御電流との関係を示す特性マップを選択する。特性マップ選択部６Ｃは、下流側圧力の目標値毎に作成した特性マップを有しており、これらの中から、下流側圧力の検出値に対応する特性マップを選択する。目標値毎に特性マップを作成しておくのは、下流側圧力が異なれば上流側圧力との差圧も異なることとなり、流量調整弁４の制御電流と上流側圧力との関係も異なるからである。
【００４９】
特性マップの一例を図７に示す。図７は、縦軸が上流側圧力、横軸が制御電流を示す。
【００５０】
ステップＳ１３０で、コントローラ６の上流側圧力検出部６Ｄは、ステップＳ１２０で選択した特性マップを用いて、ステップＳ１１０で検出した制御電流に対応する上流側圧力を算出し、これを上流側圧力の推定値とする。例えば、図７のマップを用いる場合には、制御電流の最大値Ｅ１に対応する上流側圧力はＰ１となるので、上流側圧力推定値はＰ１となる。このようにして推定した上流側圧力推定値は、水素タンク２の水素量が少なくなるほど圧力センサの検出値よりも誤差範囲が狭くなるので、無効残量を低減することができる。
【００５１】
上流側圧力推定値がゼロになった場合には、コントローラ６は燃料電池システムを停止する。なお、上流側圧力推定値がゼロになる制御電流値、例えば図７の場合には電流値Ｅ２、を予め求めておき、ステップＳ１１０で検出した電流値がこれを下回っている場合には直ちに燃料電池システムを停止するようにしてもよい。また、上流側圧力推定値が所定値、例えばＰ１以下になったら運転者に警告を発するようにしてもよい。
【００５２】
また、ステップＳ１１０で、下流側圧力が所定の目標値に維持されている間の制御電流の平均値または変化率を読み込むようにしてもよい。
【００５３】
下流側圧力を所定の目標値まで変化させる場合に、制御電流は、下流側圧力が変化し始めるタイミングでオーバーシュート気味に最大値となり、その後、最大値より低い値で推移するという傾向がある。したがって、高速道路を一定車速で走行する場合のように、下流側圧力が一定に維持される時間が長くなるほど、制御電流の平均値は実際の下流側圧力に応じた値に近づき、水素タンク２内の水素量をより正確に検出することができる。残りの水素量の検出精度が高まれば、水素タンク２内に残っている水素での航続可能距離をより正確に推定できる。
【００５４】
高速道路では一般道に比べて燃料補給所が設置されている場所の間隔が広がるため、直ちに燃料補給が必要なのか、または次の燃料補給所まで走行可能なのかを判断するうえで、航続可能距離の推定精度が重要になる。一方、制御電流の平均値を用いて水素タンク２内の水素量を推定する方法は、高速道路を走行する場合のように一定車速での走行時間が長くなるほど、検出精度が高まる。すなわち、制御電流の平均値を用いる推定は、高速道路等を走行する場合に適した推定方法である。
【００５５】
以上のように、第１実施形態によれば次の効果が得られる。
【００５６】
（１）燃料供給システム１００は、電流センサ８により検出した制御電流および下流側圧力センサ７の検出値に基づいて上流側圧力を検出する検出手段６Ａ−６Ｄ（第１検出手段）を含むコントローラ６を備えるので、水素タンク２内の水素残量を圧力センサで検出するよりも高精度で検出することができる。
【００５７】
（２）コントローラ６は、下流側圧力が所定の目標値に到達するまでの期間中に検出した制御電流の最大値を用いて上流側圧力を検出する。つまり、水素タンク２の圧力がより低い値となる制御電流値を用いて上流側圧力を検出するので、水素タンク２から水素を供給できなくなった状態で燃料電池システムを運転し続けることを回避できる。
【００５８】
（第２実施形態）
本実施形態は、燃料電池スタック１が一定出力で発電している状態で、上流側圧力を推定するものである。第１実施形態とは、下流側圧力の検出方法が異なるだけなので、下流側圧力の検出方法を中心に説明する。
【００５９】
コントローラ６が実行する上流側圧力を推定するための制御ルーチンは、図６のステップＳ１００における下流側圧力の検出方法が異なること以外は、図６と同様である。
【００６０】
図８は第２実施形態に係る燃料電池用の燃料供給システム１００の構成図である。
【００６１】
図８に示すように、本実施形態では下流側圧力センサ７を備えず、下流側圧力検出部６Ａには、燃料電池スタック１の発電量が入力される。
【００６２】
電流検出部６Ｂは、入力された電流センサ８の信号に基づいて、燃料電池スタック１が一定出力で発電している間の、流量調整弁４の制御電流の平均値を算出する。
【００６３】
下流側圧力検出部６Ａは、燃料電池スタック１の発電量と下流側圧力との関係を示すマップを有しており、このマップと入力された発電量とから下流側圧力を算出する。マップの一例を図９に示す。図９の縦軸は下流側圧力、横軸は発電量であり、発電量が大きくなるほど下流側圧力の目標値も大きくなっている。
【００６４】
燃料電池スタック１が一定出力で発電している場合、つまり発電量が一定に維持されている場合には、下流側圧力は当該発電量を実現するために設定された目標値に維持される。したがって、下流側圧力検出部６Ａがマップ検索により算出した下流側圧力は、下流側圧力の目標値ということになる。そこで、図６のステップＳ１２０に相当するステップにおいて、特性マップ選択部６Ｃは、ここで算出した下流側圧力に応じて特性マップを選択する。
【００６５】
上述したように、燃料電池スタック１の発電量が一定に維持される場合には、下流側圧力センサ７を用いることなく下流側圧力を検出することが可能となる。車両は、高速道路等を走行する場合を除くと、一定速度で走行する状況より加速又は減速をしている状況の方が、発生頻度が高い。したがって、燃料電池システムを車両の駆動源として用いる場合には、発電量が一定に維持される状況より発電量が変化する状況の方が、発生頻度が高くなる。しかし、例えば家庭用電源のように定置状態で使用される場合には、発電量が一定に維持される状況の方が変化する状況より発生頻度が高くなるので、下流側圧力センサ７を用いることなく上流側圧力を推定できる本実施形態は特に有効である。
【００６６】
なお、下流側圧力センサ７による下流側圧力の検出と、発電量に基づく下流側圧力の推定の両方を行うようにしてもよい。具体的には、下流側圧力センサ７の検出値と発電量に基づく下流側圧力の推定値を比較し、その差を例えば車両起動毎や停止毎のように定期的に確認し、コントローラ６に記憶する。そして、その差が所定閾値以上になった場合に、前回確認時における検出値及び推定値と比較することで、下流側圧力センサ７の検出値異常なのか、燃料電池スタック１の出力低下なのかを切り分ける。
【００６７】
下流側圧力センサ７の検出値異常の場合には、燃料電池スタック１の発電量に基づく推定値を用いて流量調整弁４を制御する。燃料電池スタック１の出力低下の場合には、下流側圧力センサ７の検出値を用いて流量調整弁４を制御する。
【００６８】
このように下流側圧力センサ７による検出値と、発電量に基づく推定値の２つをもつことで、いずれか一方に不具合が生じても他方の値を用いて制御を継続することが可能となるので、１つの検出値のみで制御する場合に比べて検出精度が向上する。
【００６９】
以上のように、本実施形態によれば第１実施形態と同様の効果に加え、さらに次の効果が得られる。
【００７０】
（３）下流側圧力検出部６Ａは、燃料電池スタック１の状態、具体的には発電量に基づいて下流側圧力を検出するので、下流側圧力センサ７を用いることなく下流側圧力を検出することができる。特に、定置用燃料電池スタックのように、一定の発電量で運転される機会が多い場合には有用である。
【００７１】
（第３実施形態）
本実施形態は、燃料電池システムを駆動源とする車両が一定車速で走行している状態で、上流側圧力を推定するものである。第１実施形態、第２実施形態とは下流側圧力の検出方法が異なるだけなので、下流側圧力の検出方法を中心に説明する。
【００７２】
なお、電流検出部６Ｂは、車両が一定車速で走行している間の、流量調整弁４の制御電流の平均値を算出する。
【００７３】
図１０は、燃料電池システムを駆動源とする車両に搭載した、燃料供給システム１００の構成図である。
【００７４】
図１０に示すように、燃料供給システム１００は基本的には図８と同様の構成であるが、下流側圧力検出部６Ａに燃料電池スタック１の発電量ではなく、車速センサ３０の信号が入力される点が相違する。
【００７５】
車両が一定速度で走行している場合には、燃料電池スタック１の発電量も走行状態に基づいて設定された目標値に維持されて一定とみなすことができる。そして、燃料電池スタック１の発電量が一定の場合には、下流側圧力も一定であるとみなすことができる。すなわち、車速が一定の場合には下流側圧力も一定であるとみなすことができる。そこで、本実施形態では、以下に説明するようにして上流側圧力を推定する。
【００７６】
下流側圧力検出部６Ａは、車速と燃料電池スタック１の発電量との関係を示すマップを有しており、このマップと入力された車速とから燃料電池スタック１の発電量を算出する。マップの一例を図１１に示す。図１１の縦軸は燃料電池スタック１の発電量、横軸は車速であり、車速が高くなるほど発電量が大きくなっている。
【００７７】
そして、下流側圧力検出部６Ａは、燃料電池スタック１の発電量を算出したら、第２実施形態と同様に発電量と下流側圧力の目標値との関係を示すマップを用いて下流側圧力を算出する。特性マップ選択部６Ｃ及び上流側圧力検出部６Ｄの演算内容は第２実施形態と同様である。
【００７８】
上記のように、圧力センサによる下流側圧力センサの検出や、燃料電池スタック１の発電量の検出を行わなくても、上流側圧力を推定することができる。
【００７９】
なお、直接検出した発電量を用いた下流側圧力の推定と、車速を用いた下流側圧力の推定の両方を行うようにしてもよい。
【００８０】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態、第２実施形態と同様の効果に加え、さらに次の効果が得られる。
【００８１】
（４）下流側圧力検出部６Ａは、移動体の状態、具体的には車速に基づいて下流側圧力を検出するので、圧力センサを用いることなく下流側圧力を検出することができる。
【００８２】
（第４実施形態）
上述したように、圧力センサの検出値には、上流側圧力の大小によらず一定の誤差範囲がある。一方、流量調整弁４の制御電流に基づく推定値には、上流側圧力が上昇すると誤差範囲が広がるという特性がある。
【００８３】
そこで本実施形態では、上流側圧力を検出する手段として、圧力センサの信号に基づいて検出する手段と、流量調整弁４の制御電流に基づいて推定する手段とを備え、水素タンク２内の水素の残量に応じていずれの手段を用いるかを決定する。
【００８４】
図１２は、本実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。
【００８５】
水素タンク２と燃料電池スタック１とは水素供給通路３で連結されており、水素供給通路３には流量調整弁４が介装されている。水素供給通路３の流量調整弁４より水素タンク２側は高圧配管３Ａ、下流側は低圧配管３Ｂとなっている。高圧配管３Ａには上流側圧力センサ４０が配置されている。流量調整弁４には制御電流を検出するための電流センサ８が配置されている。また、例えば燃料電池スタック１の発電量または当該システムを搭載した車両の速度のような状態情報を検出し、コントローラ６に入力する手段を備える。すなわち、第２実施形態に係る図８または第３実施形態に係る図１０に示した構成に、上流側圧力センサ４０を追加した構成となっている。
【００８６】
コントローラ６は、第１検出部６Ｅ１、第２検出部６Ｅ２、比較部６Ｆ、及び上流側圧力検出部６Ｇを備える。
【００８７】
第１検出部６Ｅ１は、図８及び図１０の、下流側圧力検出部６Ａ、電流検出部６Ｂ、特性マップ選択部６Ｃ、及び上流側圧力検出部６Ｄからなる。すなわち、状態情報及び電流センサ８の信号は第１検出部６Ｅ１に入力され、入力された状態量に基づいて下流側圧力を推定し、この下流側圧力に応じて特性マップを選択し、特性マップと電流センサ８で検出した制御電流とを用いて上流側圧力を推定する。
【００８８】
第２検出部６Ｅ２は、上流側圧力センサ４０の信号に基づいて高圧配管３Ａの圧力、つまり水素タンク２の圧力を検出する。
【００８９】
比較部６Ｆは、第１検出部６Ｅ１で推定した上流側圧力の推定値または第２検出部６Ｅ２で検出した上流側圧力センサ４０の検出値の一方を、上流側圧力の検出手段として選択する。
【００９０】
上流側圧力検出部６Ｇは、比較部６Ｆで選択した方の検出手段で推定または検出した値を上流側圧力の検出値として決定する。
【００９１】
図１３は、コントローラ６の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００９２】
ステップＳ２００で、コントローラ６は上流側圧力を推定する。具体的には、第２実施形態または第３実施形態で説明した、燃料電池スタック１の発電量または車速等の状態情報、及び流量調整弁４の制御電流に基づく上流側圧力の推定を、サブルーチンとして実行する。
【００９３】
ステップＳ２１０で、コントローラ６は上流側圧力センサ４０の検出値を読み込む。
【００９４】
ステップＳ２２０で、コントローラ６はステップＳ２１０で読み込んだ検出値を、予め設定した閾値と比較する。閾値は、例えば、上流側圧力センサ４０の誤差範囲と、流量調整弁４の制御電流に基づく推定値の誤差範囲とが、同じ広さになる場合の上流側圧力センサ４０の検出値とする。各誤差範囲は、実験等により求める。
【００９５】
既に述べたように、圧力センサの検出値の誤差範囲は圧力によらず一定で、制御電流に基づく推定値は、水素タンク２の水素残量が多いほど誤差範囲が広がる。すなわち、上流側圧力センサ４０の検出値が閾値より大きい領域では、上流側圧力センサ４０の方が制御電流に基づく推定値よりも精度が高い。そして、上流側圧力センサ４０の検出値が閾値以下の領域では、制御電流に基づく推定値の方が上流側圧力センサ４０の検出値よりも精度が高い。
【００９６】
そこで、コントローラ６は、上流側圧力センサ４０の検出値が閾値以下の場合にはステップＳ２３０で第１検出部６Ｅ１を選択し、閾値より大きい場合にはステップＳ２４０で第２検出部６Ｅ２を選択する。いずれの場合も、検出精度が高い方を選択することになる。
【００９７】
ステップＳ２４０で、コントローラ６は、ステップＳ２３０またはＳ２４０で選択した方の検出手段による上流側圧力を上流側圧力検出値とする。
【００９８】
このように、水素タンク２内の水素残量に応じて、２つの検出手段から検出精度の高い方を選択して上流側圧力検出値を決定することによって、上流側圧力、つまり水素タンク２内の水素量を、より広い範囲で精度良く検出することができる。
【００９９】
なお、閾値は上述した値に限られるものではない。水素タンク２の満充填側の所定領域では第２検出部６Ｅ２が選択され、システムを停止するか否かが問題となる程度に水素タンク２内の水素残量が少ない領域で第１検出部６Ｅ１が選択されるという条件が満たされれば、上述した値からずれても構わない。
【０１００】
以上により本実施形態では、第１−第３実施形態と同様の効果に加え、さらに次の効果が得られる。
【０１０１】
（５）コントローラ６は、第２検出部６Ｅ２の検出値が所定の閾値以上の場合には第２検出部６Ｅ２の検出値を、閾値未満の場合には第１検出部６Ｅ１の検出値を、それぞれ上流側圧力検出値とするので、上流側圧力が幅広い範囲で変化しても、精度良く検出することができる。
【０１０２】
（６）所定値は、前記第１圧力検出手段と前記第２圧力検出手段の検出精度が等しくなる圧力である請求項８に記載の燃料ガス供給装置。
【０１０３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０４】
１    燃料電池スタック
２    水素タンク（燃料タンク）
３    燃料供給配管（燃料ガス通路）
４    流量調整弁（制御弁）
５    開閉弁
６    コントローラ
７    下流側圧力センサ（下流側圧力推定手段）
８    電流センサ（電流検出手段）
３０  車速センサ（移動体状態検出手段）
４０  上流側圧力センサ（第２圧力検出手段）
１００  燃料供給システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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