(57)【要約】【課題】  燃料電池システムの運転停止中に、酸化剤極の触媒の還元等により燃料電池の電流電圧特性が変化した場合でも、燃料電池システムの起動時に電流電圧特性を精度良く短時間で学習することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】  コントローラ１３は、燃料電池スタック２の電流電圧特性を学習し、発電停止前の電流電圧特性と発電再開後の電流電圧特性との電圧変化量を検出し、前記電流電圧特性の学習値を電圧変化量で補正する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムの制御装置において、
前記燃料電池の電流電圧特性を学習する電流電圧特性学習手段と、
前記燃料電池の発電を停止前の前記電流電圧特性と、再び発電を開始させたときの前記電流電圧特性との変化量を検出する電流電圧特性変化量検出手段と、
前記電流電圧特性学習手段によって前記燃料電池の発電を停止させる直前に学習した電流電圧特性の学習値を、前記電流電圧特性変化検出手段によって検出した前記電流電圧特性の変化量に基づいて補正する電流電圧特性補正手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
【請求項２】
前記電流電圧特性変化量検出手段は、
前記燃料電池の発電停止前の電流電圧特性と、再び発電を開始させたときの電流電圧特性との変化量を、電流値によらず一定量の電圧の変化として検出する手段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項３】
前記電流電圧特性変化量検出手段は、
前記燃料電池の発電停止前の電流電圧特性と、再び発電を開始させたときの電流電圧特性との変化量を、任意の電流値において検出する手段であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項４】
前記電流電圧特性変化量検出手段は、
燃料電池の任意の電流値における電圧値と、前記電流電圧特性学習手段によって前記燃料電池の発電を停止する直前に学習した前記電流電圧特性における前記電流値に対応する電圧値と、に基づいて、前記燃料電池の発電停止前から再び発電を開始させた後の電圧の変化量を算出する手段であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項５】
前記電流電圧特性変化量検出手段は、
前記燃料電池の電流が第１の所定値より小さい場合、或いは、第１の所定値より大きい第２の所定値より大きい場合には、前記燃料電池の発電を停止させてから再び発電を開始させるまでの、前記燃料電池の電流電圧特性の変化量の検出を禁止する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項６】
前記電流電圧特性変化量検出手段は、
前記燃料電池の発電を停止させてから再び発電を開始させるまでの、前記燃料電池の電流電圧特性の変化量を推定する手段であ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の制御装置。
【請求項７】
前記電流電圧特性補正手段は、
前記電流電圧特性学習手段によって前記燃料電池の発電を停止させた時に学習した電流電圧特性の学習値を、電流値によらず一定の電圧値だけ増加させる手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項８】
前記電流電圧特性補正手段は、
前記電流電圧特性変化量検出手段によって検出した電流電圧特性の変化量が、電圧が低下する方向の変化である場合には、前記電流電圧特性の補正を禁止する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項９】
前記電流電圧特性学習手段は、
前記電流電圧特性補正手段によって前記電流電圧特性の補正が完了するまでは、前記電流電圧特性の新たな学習を禁止する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の燃料電池システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムの制御装置に係り、特に燃料電池の電流電圧特性を学習する燃料電池システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
【０００３】
燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給が続く限り発電を継続することができる発電装置である。しかし、その使用過程において、電極触媒や電解質膜等の構成要素が劣化し、発電性能が低下する。
【０００４】
燃料電池の電流電圧特性に基づいて燃料電池の劣化を診断するシステムとして、例えば、特許文献１に開示されたシステムがある。これは、燃料電池の電流と電圧の関係の近似式を導出し、この近似式を用いて、燃料電池の劣化診断を行うものである。
【０００５】
また、燃料電池の酸化剤極の触媒に酸化被膜が生じることによって、燃料電池の電流電圧特性が変化し、電圧が低下することが知られている。この特性変化（電圧低下）は、燃料電池システムの停止中に、酸化剤極の触媒の酸化被膜が還元することによって回復するものであるため、燃料電池システムを停止させたときの電流電圧特性と、燃料電池システムを再び起動させたときの電流電圧特性が大きく異なる場合がある。
【特許文献１】特開２０００−３５７５２６号公報（第５頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、酸化剤極の触媒に酸化被膜が生じて燃料電池電圧が低下したような場合に、上記従来の学習システムを適用すると、燃料電池システムの起動時に電流電圧特性の学習が収束するために長い時間を必要とし、学習精度が悪化する場合があるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムの制御装置において、前記燃料電池の電流電圧特性を学習する電流電圧特性学習手段と、前記燃料電池の発電を停止前の前記電流電圧特性と、再び発電を開始させたときの前記電流電圧特性との変化量を検出する電流電圧特性変化量検出手段と、前記電流電圧特性学習手段によって前記燃料電池の発電を停止させる直前に学習した電流電圧特性の学習値を、前記電流電圧特性変化検出手段によって検出した前記電流電圧特性の変化量に基づいて補正する電流電圧特性補正手段と、を備えたことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池の発電を停止してから再び発電を開始させるまでに、燃料電池の酸化剤極の酸化被膜が還元される現象などが起きたことによって、電流電圧特性が変化した場合に、その電流電圧特性の変化を検出し、燃料電池の発電を開始した時の電流電圧特性を補正することが可能となる。
【０００９】
したがって、燃料電池の酸化剤極の触媒に酸化被膜が生じることによって、燃料電池の電流電圧特性が変化した場合でも、燃料電池システムの起動時に電流電圧特性を精度良く短時間で学習することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明に係る燃料電池システムの制御装置が適用される燃料電池システムの構成を例示する概略構成図である。
【００１１】
図１において、燃料電池システム１は、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしての空気との電気化学反応により発電する燃料電池である燃料電池スタック２と、新規水素と再循環水素とを混合して燃料電池スタック２へ供給する流体ポンプであるエゼクタ３と、水素循環流路４と、水素パージ弁５と、空気を圧縮して燃料電池へ供給するコンプレッサ６と、空気供給流路７と、水素入口温度センサ８と、水素入口圧力センサ９と、排空気流路１１と、空気圧力制御弁１２と、コントローラ１３と、水素圧力制御弁１４と、空気流量センサ１５と、空気入口温度センサ１６と、空気入口圧力センサ１７と、電流センサ１８と、電圧センサ１９と、電力制御装置２０と、燃料ガスとしての水素を貯蔵する水素タンク２１と、タンク温度センサ２２、タンク圧力センサ２３とを備えている。
【００１２】
燃料電池スタック２は、燃料極２ａと酸化剤極２ｂを備え、例えば、固体高分子型電解質を用いた固体高分子型燃料電池である。水素タンク２１から供給される水素は、水素圧力制御弁１４により運転圧力まで減圧されて、エゼクタ３に供給される。エゼクタ３は、水素圧力制御弁１４から供給された新規水素と水素循環流路４を通過してきた水素とを混合し、燃料電池スタック２の燃料極２ａに供給する。燃料極２ａの入口での水素の温度と圧力はそれぞれ、水素入口温度センサ８、水素入口圧力センサ９で測定される。水素圧力制御弁１４の制御は水素入口圧力センサ９で測定される圧力により行われる。通常は水素パージ弁５は閉じており、燃料電池スタック２から排出される水素を水素循環流路４に流すようにする。また、水素タンク２１内の温度及び圧力はそれぞれタンク温度センサ２２、タンク圧力センサ２３によって測定される。
【００１３】
酸化剤となる空気は、コンプレッサ６により供給される。コンプレッサ６により供給された空気は空気流量センサ１５で計量された後、空気供給流路７を介して燃料電池スタック２の酸化剤極２ｂへ供給される。酸化剤極２ｂの入口での空気の圧力及び温度は、空気入口圧力センサ１７及び空気入口温度センサ１６で測定され、酸化剤極２ｂの出口に設けた空気圧力制御弁１２で圧力制御される。
【００１４】
燃料電池スタック２の出力電流は電流センサ１８で、出力電圧は電圧センサ１９で測定される。また、燃料電池スタック２から取り出す電力は、電力制御装置２０によって制御される。
【００１５】
この電力制御装置２０は、例えば、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、燃料電池スタック２と電気負荷の間に配置され、燃料電池スタック２の発電電圧を一定の負荷電圧に変換する制御を行う。このＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧変換と降圧変換とでは、動作させるスイッチング素子がそれぞれ異なっており、スイッチング素子へ加える制御信号のデューティ比に応じて所望の電圧を出力させることができる。昇圧時には、入力電圧以上の電圧を出力するようにスイッチング素子が制御され、また、降圧時には、入力電圧以下の電圧を出力するようにスイッチング素子が制御される。
【００１６】
本実施例では、燃料電池スタック２の運転時の水素及び空気の圧力（運転圧力）は可変圧である。即ち、燃料電池スタック２から取り出す出力が高いときには運転圧力を高め、出力が低いときは運転圧力を低める。
【００１７】
燃料電池スタック２内に水溢れ（以下フラッディング）等が発生した場合や、燃料電池スタック２の運転圧力を低下させる場合などには、水素パージ弁５を開けて水素循環流路４および燃料電池スタック２の燃料極２ａに存在する水素を排出する。
【００１８】
水素入口温度センサ８、水素入口圧力センサ９、空気流量センサ１５、空気入口温度センサ１６、空気入口圧力センサ１７、電流センサ１８、電圧センサ１９、タンク温度センサ２２、及びタンク圧力センサ２３の各センサの検出信号は、コントローラ１３の入力に接続されている。
【００１９】
また、コントローラ１３の出力には、水素パージ弁５、コンプレッサ６、空気圧力制御弁１２、及び水素圧力制御弁１４の各アクチュエータ、並びに電力制御装置２０が接続され、コントローラ１３から制御可能となっている。
【００２０】
コントローラ１３は、上記の各センサから入力した検出信号に基づいて、燃料電池の運転状態に応じた制御を行うために、上記各アクチュエータ並びに電力制御装置２０を制御する。尚特に限定されないが、本実施例では、コントローラ１３は、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。
【００２１】
そして、コントローラ１３は、プログラムＲＯＭに記憶した制御プログラムを実行することにより、燃料電池システム１全体の制御を行う。
【００２２】
また、コントローラ１３は、燃料電池スタック２の電流電圧特性を学習する電流電圧特性学習手段と、燃料電池スタック２の発電を停止前の電流電圧特性と、再び発電を開始させたときの電流電圧特性との変化量を検出する電流電圧特性変化量検出手段と、電流電圧特性学習手段によって燃料電池スタック２の発電を停止させる直前までに学習した電流電圧特性の学習値を、電流電圧特性変化検出手段によって検出した電流電圧特性の変化量に基づいて補正する電流電圧特性補正手段とを制御プログラムにより実現している。
【００２３】
これにより、酸化剤極の触媒に生じた酸化被膜が燃料電池の再起動までに還元されることによって、燃料電池の電流電圧特性が変化した場合でも、燃料電池システムの起動時に電流電圧特性を精度良く短時間で学習することができるという効果がある。
【００２４】
図２は、本発明に係る燃料電池システムの制御装置における、燃料電池の電流電圧特性の学習、及び、燃料電池システムの発電制御及びガス供給制御の方法を示した概略フローチャートであり、所定時間周期（例えば10[msec]周期）で実行される。
【００２５】
まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）２０１において、燃料電池システムの要求発電電力を算出し、Ｓ２０２において燃料電池の電流電圧特性の学習を行う。そして、Ｓ２０３において、燃料電池の目標電流の算出を行い、Ｓ２０４において、水素及び空気のガス供給制御を行い、Ｓ２０５において、燃料電池の発電電力制御を行う。
【００２６】
次に、図２のＳ２０１〜Ｓ２０５の各ステップでの処理の詳細について説明する。
【００２７】
まず、Ｓ２０１における要求発電電力算出処理を説明する。ここでは、燃料電池システムに接続された電気負荷の運転状態に基づいて、燃料電池の目標発電電力を算出するが、例えば、ハイブリッド型電気自動車へ燃料電池システムを搭載した場合の処理の例を、図３に示したフローチャートを用いて説明する。
【００２８】
まず、Ｓ３０１において、車両に備えたアクセルセンサの出力に基づいて、ドライバのアクセル操作量を検出し、Ｓ３０２において、車両に備えた車速センサの出力に基づいて、車両の速度を検出する。
【００２９】
次いで、Ｓ３０３において、要求発電電力を算出する。これは、例えば、アクセル操作量と車両速度とに基づいて、図８に示したマップデータを用いて算出する。
【００３０】
次に、Ｓ２０２における電流電圧特性学習処理を、図４に示したフローチャートを用いて説明する。ここでは、燃料電池の電流電圧特性の学習を行う。
【００３１】
まず、Ｓ４０１において、燃料電池の発電状態が定常状態であるか過渡状態であるかの定常判断を行う。この定常判断は、燃料電池システムの負荷変動時に安定して計測できない電流電圧データを除去する為に行う。
【００３２】
ここでは、図１の電流センサ１８で検出した実電流、あるいは電圧センサ１９で検出した実電圧の前回値と今回値との変化量が所定値以下になった場合に、定常状態と判断する。また、この他の発電状態の定常判断方法として、所定時間計測した実電流あるいは実電圧の分散値が所定値以下になった場合に、定常と判断するという方法などを適用してもよい。
【００３３】
次いで、Ｓ４０２において、電流電圧特性の学習値の更新を実施するか否かの判断を行う。この判断は、後述する、燃料電池システムが停止中の電流電圧特性の変化の検出、及びその検出した変化量によって、電流電圧特性の学習値の補正を実施した場合に、学習値の更新を実施すると判断する。ここでは、後述する、補正終了フラグがセットされていることによって判断する。学習値の更新を実施する場合はＳ４０６に進み、学習値の更新を実施しない場合はＳ４０３に進む。
【００３４】
次いで、Ｓ４０６では、時々刻々と変化する電流電圧特性の学習を行う。
【００３５】
ここでは、現在の電流電圧特性を、入力を電流Ｉ（Ｘ軸）、出力を電圧Ｖ（Ｙ軸）として近似した１次関数で表す。その１次関数を、
Ｖ＝Ａ・Ｉ＋Ｂ                            …式（１）
式（１）と定式化する。また、学習するパラメータとして、電流電圧特性の傾きをＡ、電流電圧特性のＹ切片をＢとする。
【００３６】
そして、学習値の更新方法は、計測した実電圧と、上記式（１）に実電流を入力して求めた学習値との誤差に基づいて、学習パラメータＡ，Ｂを、逐次型最小二乗法を用いた逐次パラメータ推定アルゴリズムにて更新を行うことで実現する。
【００３７】
また、この他の電流電圧特性の学習方法として、電流を入力として、その電流に対する学習結果として電圧を出力するテーブルデータを持ち、検出した電流と電圧の関係に基づいて、そのテーブルデータを更新して学習を行う方法などを用いてもよい。さらに、電流と運転温度を入力として、電圧を出力するマップデータを用いて学習を行ってもよい。
【００３８】
次いで、Ｓ４０３において、実電流に基づいて、電圧値を安定して検出できる負荷領域であるか否かの判断を行う。
【００３９】
燃料電池では、極低負荷域において活性過電圧が顕著に現れる為、電流の変化量に対して電圧の変化量が非常に大きく、電圧値を安定して検出できない。同様に、極高負荷域では濃度過電圧が顕著に現れる為、電流の変化量に対して電圧の変化量が大きく、電圧値を安定して検出できない。
【００４０】
従って、燃料電池システム停止中の電流電圧特性の変化の検出は、電圧値が安定して検出できる領域で行う必要がある。よって、極低負荷領域、あるいは、極高負荷領域ではないことを判定する為に、現在の電流値が、低負荷側の所定値より大きく、かつ、高負荷側の所定値より小さいことを判定する。そして、現在の電流値が、低負荷側の所定値より大きく、かつ、高負荷側の所定値より小さい電圧安定領域にある場合にはＳ４０４に進み、現在の電流値が、低負荷側の所定値以下、あるいは、高負荷側の所定値以上である場合は、電流電圧特性学習の処理を終了する。
【００４１】
次に、Ｓ４０４における停止中電流電圧特性変化の検出の方法を、図５に示したフローチャートで説明する。  まず、Ｓ５０１において、電流計１８及び電圧計１９により燃料電池の実電流と実電圧の検出を行う。次いで、Ｓ５０２にて、現在の実電流に基づいて、前回、燃料電池システムが停止した時の電流電圧特性における電圧値を算出する。
【００４２】
ここで、Ｓ４０４での燃料電池システムが停止中の電流電圧特性の変化量の検出、及び、Ｓ４０５での電流電圧特性学習値補正を行うまでは、Ｓ４０６での電流電圧学習値の更新を行わない為、電流電圧特性の傾きＡと、電流電圧特性のＹ切片Ｂの値は、前回、燃料電池システムが停止した時の学習値が保存されている。よって、電流電圧特性の傾きＡと電流電圧特性のＹ切片Ｂ、及び、Ｓ５０１で検出した実電流を入力として、上記式（１）を用いて、前回、燃料電池システムが停止した時の電流電圧特性における電圧を算出する。
【００４３】
次いで、Ｓ５０３において、燃料電池システムが停止中の電圧の変化量を算出する。この電圧の変化量は、Ｓ５０１で検出した現在の実電圧より、現在の実電流に基づいて、Ｓ５０２で算出した、前回、燃料電池システムが停止した時の電流電圧特性に基づいて算出した電圧を減算することによって算出する。
【００４４】
次にＳ４０５における電流電圧特性学習値補正の方法を、図６に示したフローチャートで説明する。
【００４５】
まず、Ｓ６０１において、Ｓ５０３において算出した、燃料電池システム停止中の電流電圧特性の電圧変化が０Ｖより大きいか否かを判断し、０Ｖより大きい場合はＳ６０２に進み、０Ｖ以下の場合はＳ６０３に進む。
【００４６】
次いで、Ｓ６０２において、電流電圧特性学習値の補正を行う。ここで、Ｓ４０４での燃料電池システム停止中の電流電圧特性変化の検出、及び、Ｓ４０５での電流電圧特性学習値補正を行うまでは、Ｓ４０６での電流電圧学習値の更新を行わない為、電流電圧特性の傾きＡと、電流電圧特性のＹ切片Ｂの値は、前回、燃料電池システムが停止した時の学習値が保存されている。よって、この電流電圧特性学習値の補正は、燃料電池システムが停止した時の電流電圧特性のＹ切片Ｂに、Ｓ４０４にて検出した停止中の電流電圧特性変化分を加算することによって行う。
【００４７】
また、Ｓ４０６における電流電圧学習値の更新において、検出した電流と電圧の関係に基づいて、テーブルデータを更新して学習を行う方法を用いた場合には、そのテーブルデータの全てのデータに、Ｓ４０４において検出したシステム停止中の電圧変化を、加算することによって補正を行えばよい。
【００４８】
次いで、Ｓ６０３にて補正終了フラグをセットし、電流電圧特性学習値補正を終了させることにより、Ｓ４０２おいて、学習値の更新を実施できるようにする。
【００４９】
次に、図２のＳ２０３における目標電流算出処理を説明する。ここでは、Ｓ２０２において学習した電流電圧特性に基づいて、Ｓ２０１の要求発電電力を実現するための目標電流の算出を行う。この目標電流Ｉｔは、Ｓ４０６における電流電圧特性の近似式（１）の電圧Ｖを、要求電力Ｗ（＝Ｉｔ・Ｖ）に代入した式（２）の根を示す式（３）により算出することができる。
【００５０】
要求電力Ｗ＝Ｉｔ・Ｖ＝Ａ・（Ｉｔ）2 ＋Ｂ・Ｉｔ          …式（２）
目標電流Ｉｔ＝（−Ｂ＋√（Ｂ2 ＋４ＡＷ））／（２Ａ）    …式（３）
ここで、Ａは電流電圧特性の傾きＡ、Ｂは電流電圧特性のＹ切片である。
【００５１】
次に、Ｓ２０４におけるガス供給処理を説明する。ここでは、水素及び空気のガス供給制御を行う。この処理の例を、図７に示したフローチャートを用いて説明する。
【００５２】
まず、Ｓ７０１において、目標ガス圧力を算出する。この目標ガス圧力は、目標発電電流に基づいて、図９に示したテーブルデータを用いて実施する。尚、このテーブルデータは燃料電池の発電効率などを考慮して設定される。
【００５３】
次いで、Ｓ７０２において、水素ガスの圧力制御を行う。ここでは、目標ガス圧力に基づいて、水素圧力制御弁１４を操作することによって水素圧力の制御を行う。水素圧力制御弁の操作は、水素入口圧力センサ９で検出した燃料電池の水素圧力と目標ガス圧力との偏差に基づいて、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御により水素圧力制御弁１４の指令開度を決定することにより、実行される。
【００５４】
尚、このＦ／Ｂ制御は、ＰＩ制御やモデル規範型制御など一般的によく知られている方法により構成することができる。また、ここで算出された水素圧力制御弁１４の指令開度は、コントローラ１３から水素圧力制御弁１４に内蔵する駆動回路に対して指示されて、水素圧力制御弁１４が指令開度に従って駆動される。
【００５５】
次いで、Ｓ７０３において、空気ガスの流量制御を行う。ここでは、まず、目標発電電流に基づいて、図１０に示したテーブルデータを用いて目標空気流量を算出する。このテーブルデータは、燃料電池内部で局所的な空気供給不足が起きないような空気利用率となるように設定される。
【００５６】
次に、目標ガス圧力と、目標空気流量とに基づいて、図１１に示したマップデータを用いてコンプレッサ６の指令回転数を算出する。このマップデータは、コンプレッサの回転数と圧力比に対する空気流量の特性に基づいて設定される。また、ここで算出されたコンプレッサ指令回転数は、コントローラ１３からコンプレッサ６の駆動回路に対して指示されて、コンプレッサ６が指令回転数に従って駆動される。
【００５７】
次に、Ｓ７０４において、空気ガスの圧力制御を行う。ここでは、目標空気圧力に基づいて、空気圧力制御弁１２を操作することによって空気圧力の制御を行う。空気圧力制御弁の操作は、空気入口圧力センサ１７で検出した燃料電池の空気圧力と目標空気圧力との偏差に基づいて、Ｆ／Ｂ制御により空気圧力制御弁の指令開度を決定することにより、実行される。
【００５８】
尚、このＦ／Ｂ制御は、ＰＩ制御やモデル規範型制御など一般的によく知られている方法により構成することができる。また、ここで算出された空気圧力制御弁の指令開度は、コントローラ１３から空気圧力制御弁１２の駆動回路に対して指示されて、空気圧力制御弁１２が指令開度に従って駆動される。
【００５９】
次に、図２のＳ２０５における発電量制御処理を説明する。ここでは、要求発電電力に基づいて、燃料電池の発電電力制御を行う。要求発電電力は、コントローラ１３から電力制御装置２０に対して指示され、発電指令電力に従って燃料電池の発電電力が制御される。
【００６０】
次に、本発明による作用を、図１２を用いて説明する。
【００６１】
燃料電池システムの電流電圧特性の劣化形態の一つとして、カソードの触媒に生じた酸化皮膜による電流電圧特性の変化がある。この特性変化は、活性過電圧の増加による変化である為、電流によらず概ね一定量の電圧低下が生じる。また、この電圧低下は、酸化被膜が還元されることによって、回復するものである。よって、燃料電池の発電を停止している間に、アノードの水素がカソードへクロスオーバし、酸化被膜が還元されることによって、発電を停止した時の電流電圧特性Ａと、再び発電を開始した時の電流電圧特性Ｂは、図１２に示すように、大きく異なる可能性がある。
【００６２】
この現象に対して、従来の電流電圧特性を適用した場合には、発電を開始した際に、この電流電圧特性の大きな変化を学習するためには長い時間を必要とする可能性があり、学習値が収束するまでの間は、大きな学習のエラーが生じる可能性がある。燃料電池システムの電気負荷は電力値で定められる一方、発電に必要なガスの供給制御は、電流値を基準とするため、電力値と電流値の正確な関係を取得することが必要であり、上記のように、電流電圧特性の学習値に大きな学習エラーが生じる場合には、ガス供給の過不足が生じる可能性があり問題である。
【００６３】
一方、本発明を適用した場合には、燃料電池システム停止中の電流電圧特性の変化量を検出し、その検出した変化量に基づいて、電流によらず一定量の電圧の変化として電流電圧特性を補正するので、カソード側の酸化被膜の還元による電流電圧特性の回復を精度よく補正できる。
【００６４】
また、燃料電池では、極低負荷領域Ｃにおいて活性過電圧が顕著に現れる為、電流の変化量に対して電圧の変化量が非常に大きく、電圧値を安定して検出できない。同様に、極高負荷領域Ｄでは濃度過電圧が顕著に現れる為、電流の変化量に対して電圧の変化量が大きく、電圧値を安定して検出できない。よって、極低負荷領域Ｃ、及び、極高負荷領域Ｄでは、燃料電池システム停止中の電流電圧特性の変化の検出を行わないことにより、学習値に用いる電圧値の検出を安定させ、学習精度を向上させることができる。
【００６５】
そして、燃料電池システム停止中の電流電圧特性変化の補正が完了した後に、通常の電流電圧特性の学習を開始するようにしたので、カソード側の酸化被膜の還元による電流電圧特性の回復を精度よく補正できる。
【００６６】
さらに、燃料電池システム停止中の電流電圧特性の変化が、電圧が低下する方向であった場合には、カソード側の酸化被膜の還元とは異なる減少が起きたと判断し、この場合は、通常の電流電圧特性の学習を開始し、学習精度を向上させている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの制御装置を備えた燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の一実施例を説明する概略フローチャートである。
【図３】Ｓ２０１における要求発電電力算出処理を説明する詳細フローチャートである。
【図４】Ｓ２０２における電流電圧特性学習処理を説明する詳細フローチャートである。
【図５】Ｓ４０４における停止中電流電圧特性変化検出処理を説明する詳細フローチャートである。
【図６】Ｓ４０５における電流電圧特性学習値補正処理を説明する詳細フローチャートである。
【図７】Ｓ２０４におけるガス供給制御処理を説明する詳細フローチャートである。
【図８】Ｓ２０１において、要求発電電力を算出するためのマップデータ例である。
【図９】Ｓ７０１において、目標ガス圧力を算出するためのテーブルデータ例である。
【図１０】Ｓ７０３において、目標空気流量を算出するためのテーブルデータ例である。
【図１１】Ｓ７０３において、コンプレッサ指令回転数を算出するためのマップデータ例である。
【図１２】本発明の作用を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
１：燃料電池システム
２：燃料電池スタック
３：エゼクタ
４：水素循環流路
５：水素パージ弁
６：コンプレッサ
７：空気供給流路
８：水素入口温度センサ
９：水素入口圧力センサ
１１：排空気流路
１２：空気圧力制御弁
１３：コントローラ
１４：水素圧力制御弁
１５：空気流量センサ
１６：空気入口温度センサ
１７：空気入口圧力センサ
１８：電流センサ
１９：電圧センサ
２０：電力制御装置
２１：水素タンク
２２：タンク温度センサ
２３：タンク圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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