(57)【要約】【課題】燃料供給流路にインジェクタ等の開閉弁が配置されてなる燃料電池システムにおいて、開閉弁の駆動周期が変動した場合における調圧誤差を低減させて、応答性を向上させる。【解決手段】燃料電池１０と、燃料供給源３０から供給される燃料ガスを燃料電池１０へと供給するための燃料供給流路３１と、燃料供給流路３１の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁３５と、開閉弁３５を駆動制御する制御手段４と、を備える燃料電池システム１であって、制御手段４は、開閉弁３５の駆動周期に基づいてフィードフォワード補正流量を算出し、このフィードフォワード補正流量を用いて開閉弁３５のガス噴射流量の指令値を補正し、この指令値に基づいて開閉弁３５を駆動制御する。【選択図】図１
2011258572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと供給するための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、前記開閉弁を駆動制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記開閉弁の駆動周期に基づいてフィードフォワード補正流量を算出し、このフィードフォワード補正流量を用いて前記開閉弁のガス噴射流量の指令値を補正し、この指令値に基づいて前記開閉弁を駆動制御するものである、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料供給流路に戻すための循環流路を有する燃料循環系を備え、
前記制御手段は、前記開閉弁の駆動周期と、前記燃料循環系の容積と、前記燃料循環系内におけるガス温度と、に基づいて、前記フィードフォワード補正流量を算出するものである、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記開閉弁は、インジェクタである、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【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】
現在、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムには、水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられている。
【０００３】
近年においては、燃料電池システムの燃料供給流路にインジェクタを配置し、このインジェクタの作動状態を制御することにより燃料供給流路内の燃料ガスの圧力を調整する技術が提案されつつある（例えば、特許文献１参照）。インジェクタは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス状態（ガス流量やガス圧力）を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。制御装置がインジェクタの弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することにより、燃料ガスの流量や圧力を制御することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６５１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した特許文献１に記載されたような従来の燃料電池システムにおいては、フィードバック補正値やフィードフォワード補正値を用いて、インジェクタの噴射流量の指令値を算出し、この指令値に基づいてインジェクタの動作を制御している。しかし、このような従来の燃料電池システムにおいては、噴射流量の指令値算出の際に「駆動周期」が考慮されていないため、駆動周期が変動すると調圧誤差が大きくなる（インジェクタ近傍における検出圧力値と所定の目標圧力値との偏差が大きくなる）場合があった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料供給流路にインジェクタ等の開閉弁が配置されてなる燃料電池システムにおいて、開閉弁の駆動周期が変動した場合における調圧誤差を低減させて、応答性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと供給するための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、開閉弁を駆動制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、制御手段は、開閉弁の駆動周期に基づいてフィードフォワード補正流量を算出し、このフィードフォワード補正流量を用いて開閉弁のガス噴射流量の指令値を補正し、この指令値に基づいて開閉弁を駆動制御するものである。
【０００８】
かかる構成を採用すると、開閉弁の駆動周期に基づいて算出されるフィードフォワード補正流量を用いて、開閉弁からのガス噴射流量の指令値を補正し、この指令値に基づいて開閉弁を駆動制御することができる。従って、開閉弁の駆動周期が変動した場合においても、この変動した駆動周期を考慮してガス噴射流量の指令値を補正することができるため、調圧誤差を低減させる（開閉弁近傍における検出圧力値と所定の目標圧力値との偏差を小さくする）ことができ、応答性を向上させることが可能となる。なお、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度等で表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及びガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。
【０００９】
前記燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出されるガスを燃料供給流路に戻すための循環流路を有する燃料循環系を備えることができる。かかる場合、開閉弁の駆動周期と、燃料循環系の容積と、燃料循環系内におけるガス温度と、に基づいて、フィードフォワード補正流量を算出する制御手段を採用することができる。なお、「燃料循環系」とは、燃料供給流路の一部（循環流路との合流点から下流側の部分）と、燃料電池内の燃料ガス流路と、循環流路と、によって構成される空間を意味する。
【００１０】
また、前記燃料電池システムにおいて、開閉弁としてインジェクタを採用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料供給流路にインジェクタ等の開閉弁が配置されてなる燃料電池システムにおいて、開閉弁の駆動周期が変動した場合における調圧誤差を低減させて、応答性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムの制御装置の制御態様を説明するための制御ブロック図である。
【図３】図１に示した燃料電池システムの運転方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例について説明することとする。
【００１４】
まず、図１及び図２を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。
【００１５】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１０を備えるとともに、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系２、燃料電池１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系３、システム全体を統合制御する制御装置４等を備えている。
【００１６】
燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池１０により発生した電力は、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１に供給される。ＰＣＵ１１は、燃料電池１０とトラクションモータ１２との間に配置されるインバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えている。また、燃料電池１０には、発電中の電流を検出する電流センサ１３が取り付けられている。
【００１７】
酸化ガス配管系２は、加湿器２０により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池１０に供給する空気供給流路２１と、燃料電池１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に導く空気排出流路２２と、加湿器２１から外部に酸化オフガスを導くための排気流路２３と、を備えている。空気供給流路２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４が設けられている。
【００１８】
水素ガス配管系３は、高圧（例えば７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池１０に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路３１と、燃料電池１０から排出された水素オフガスを水素供給流路３１に戻すための循環流路３２と、を備えている。なお、水素タンク３０に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。
【００１９】
水素供給流路３１には、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３３と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３４と、インジェクタ３５と、が設けられている。また、インジェクタ３５の上流側には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側圧力センサ４１及び温度センサ４２が設けられている。また、インジェクタ３５の下流側であって水素供給流路３１と循環流路３２との合流部の上流側には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ４３が設けられている。
【００２０】
レギュレータ３４は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ３４として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。本実施形態においては、図１に示すように、インジェクタ３５の上流側にレギュレータ３４を２個配置することにより、インジェクタ３５の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ３５の機械的構造（弁体、筺体、流路、駆動装置等）の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ３５の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ３５の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ３５の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ３５の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ３５の応答性の低下を抑制することができる。
【００２１】
インジェクタ３５は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ３５は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。インジェクタ３５の弁体は例えばソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。制御装置４から出力される制御信号によってインジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ３５は、弁（弁体及び弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。
【００２２】
なお、本実施形態においては、図１に示すように、水素供給流路３１と循環流路３２との合流部Ａ１より上流側にインジェクタ３５を配置している。また、図１に破線で示すように、燃料供給源として複数の水素タンク３０を採用する場合には、各水素タンク３０から供給される水素ガスが合流する部分（水素ガス合流部Ａ２）よりも下流側にインジェクタ３５を配置するようにする。
【００２３】
循環流路３２には、気液分離器３６及び排気排水弁３７を介して、排出流路３８が接続されている。気液分離器３６は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３７は、制御装置４からの指令によって作動することにより、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素オフガスと、を外部に排出（パージ）するものである。また、循環流路３２には、循環流路３２内の水素オフガスを加圧して水素供給流路３１側へ送り出す水素ポンプ３９が設けられている。排気排水弁３７及び排出流路３８を介して排出される水素オフガスは、希釈器４０によって希釈されて排気流路２３内の酸化オフガスと合流するようになっている。なお、水素供給流路３１の合流点Ａ１から下流側の部分と、燃料電池１０のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環流路３２と、によって、本発明における燃料循環系が構成されることとなる。
【００２４】
制御装置４は、車両に設けられた加速操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ１２等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置とは、トラクションモータ１２のほかに、燃料電池１０を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ２４のモータや水素ポンプ３９のモータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。
【００２５】
制御装置４は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。
【００２６】
具体的には、制御装置４は、図２に示すように、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの量（以下「水素消費量」という）を算出する（燃料消費量算出機能：Ｂ１）。本実施形態においては、燃料電池１０の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。
【００２７】
また、制御装置４は、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、インジェクタ３５下流位置における水素ガスの目標圧力値（燃料電池１０への目標ガス供給圧）を算出する（目標圧力値算出機能：Ｂ２）。本実施形態においては、燃料電池１０の電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に、二次側圧力センサ４３が配置された位置における目標圧力値を算出して更新することとしている。
【００２８】
また、制御装置４は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ４３で検出したインジェクタ３５下流位置の圧力値（検出圧力値）と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する（フィードバック補正流量算出機能：Ｂ３）。フィードバック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量である。本実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いて、制御装置４の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。
【００２９】
また、制御装置４は、算出した水素消費量と、一次側圧力センサ４１で検出した一次側圧力値（インジェクタ３５の上流側の水素ガスの圧力）と、に基づいて、インジェクタ３５の駆動周期を算出する（第一次駆動周期算出機能：Ｂ４）。ここで、駆動周期とは、インジェクタ３５の噴射孔の開閉状態を表す段状（オン・オフ）波形の周期を意味する。本実施形態においては、水素消費量と一次側圧力値と駆動周期との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に駆動周期を算出して更新することとしている。なお、ここで算出される駆動周期は、フィードフォワード補正流量の算出のみに用いられる仮の値である。
【００３０】
また、制御装置４は、算出した駆動周期や圧力偏差（目標圧力値と検出圧力値との偏差）等に基づいて、フィードフォワード補正流量を算出する（フィードフォワード補正流量算出機能：Ｂ５）。本実施形態においては、以下の関係式を用いて、駆動周期等に対応したフィードフォワードゲインＧFFを算出し、このフィードフォワードゲインＧFFに圧力偏差を乗じることにより、フィードフォワード補正流量を算出することとしている。制御装置４は、本発明における制御手段として機能する。
ＧFF＝ｋ×Ｖ×｛２７３／（２７３＋Ｔ）｝×（１０００／Ｔcycle）×６０
【００３１】
但し、前記関係式において、ｋ（＝１／１０１．３）は、単位変換係数を意味する。また、前記関係式において、Ｖ(L)は、燃料循環系体積（水素供給流路３１の合流点Ａ１から下流側の部分と、燃料電池１０のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環流路３２と、から構成される空間の体積）を意味する。また、前記関係式において、Ｔ（℃）は、水素供給流路３１のインジェクタ３５下流側における水素ガスの温度の推定値を意味する。本実施形態においては、温度センサ４２で検出した水素ガスの温度に基づいて、インジェクタ３５下流側における水素ガスの温度を推定している。また、前記関係式において、Ｔcycle(ms)は、算出したインジェクタ３５の駆動周期を意味する。かかる関係式によって算出されるフィードフォワードＧFFを採用することにより、インジェクタ３５の一の駆動周期で、検出圧力値を目標圧力値に近付けることが可能となる。
【００３２】
また、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態（一次側圧力センサ４１で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ４２で検出した水素ガスの温度）に基づいてインジェクタ３５の上流の静的流量を算出する（静的流量算出機能：Ｂ６）。本実施形態においては、インジェクタ３５の上流側の水素ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。
【００３３】
また、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態（水素ガスの圧力及び温度）及び印加電圧に基づいてインジェクタ３５の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出機能：Ｂ７）。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ３５が制御装置４から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジェクタ３５の上流側の水素ガスの圧力及び温度と印加電圧と無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新することとしている。
【００３４】
また、制御装置４は、水素消費量と、フィードバック補正流量と、フィードフォワード補正流量と、を加算することにより、インジェクタ３５の噴射流量を算出する（噴射流量算出機能：Ｂ８）。また、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量と、一次側圧力センサ４１で検出した一次側圧力値と、に基づいて、インジェクタ３５の駆動周期を算出する（第二次駆動周期算出機能：Ｂ９）。本実施形態においては、インジェクタ３５の噴射流量と一次側圧力値と駆動周期との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に駆動周期を算出して更新することとしている。
【００３５】
また、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ３５の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ３５の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とを加算してインジェクタ３５の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出機能：Ｂ１０）。そして、制御装置４は、以上の手順を経て算出したインジェクタ３５の総噴射時間を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。
【００３６】
続いて、図３のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の運転方法について説明する。
【００３７】
燃料電池システム１の通常運転時においては、水素タンク３０から水素ガスが水素供給流路３１を介して燃料電池１０の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路２１を介して燃料電池１０の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池１０から引き出すべき電力（要求電力）が制御装置４で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池１０内に供給されるようになっている。本実施形態においては、このような通常運転時において燃料電池１０に供給される水素ガスの圧力を高精度に制御する。
【００３８】
すなわち、まず、燃料電池システム１の制御装置４は、電流センサ１３を用いて燃料電池１０の発電時における電流値を検出する（電流検出工程：Ｓ１）。次いで、制御装置４は、電流センサ１３で検出した電流値に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの量（水素消費量）を算出する（燃料消費量算出工程：Ｓ２）。
【００３９】
次いで、制御装置４は、電流センサ１３で検出した電流値に基づいて、インジェクタ３５下流位置における水素ガスの目標圧力値を算出する（目標圧力値算出工程：Ｓ３）。また、制御装置４は、二次側圧力センサ４３を用いてインジェクタ３５下流位置の圧力値を検出する（圧力値検出工程：Ｓ４）。そして、制御装置４は、目標圧力値算出工程Ｓ３で算出した目標圧力値と、圧力値検出工程Ｓ４で検出した圧力値（検出圧力値）と、の偏差（圧力偏差）に基づいてフィードバック補正流量を算出する（フィードバック補正流量算出工程：Ｓ５）。
【００４０】
また、制御装置４は、燃料消費量算出工程Ｓ２で算出した水素消費量と、一次側圧力センサ４１で検出した一次側圧力値（インジェクタ３５の上流の水素ガスの圧力）と、に基づいて、インジェクタ３５の駆動周期（仮の値）を算出するとともに、この算出した駆動周期や圧力偏差等に基づいて、フィードフォワード補正流量を算出する（フィードフォワード補正流量算出工程：Ｓ６）。
【００４１】
次いで、制御装置４は、燃料消費流量算出工程Ｓ２で算出した水素消費量と、フィードバック補正流量算出工程Ｓ５で算出したフィードバック補正流量と、フィードフォワード補正流量算出工程Ｓ６で算出したフィードフォワード補正流量と、を加算することにより、インジェクタ３５の噴射流量を算出する（噴射流量算出工程：Ｓ７）。
【００４２】
次いで、制御装置４は、一次側圧力センサ４１で検出した一次側圧力と、温度センサ４２で検出したインジェクタ３５の上流の水素ガスの温度と、に基づいてインジェクタ３５の上流の静的流量を算出する（静的流量算出工程：Ｓ８）。また、制御装置４は、噴射流量算出工程Ｓ７で算出したインジェクタ３５の噴射流量と、一次側圧力センサ４１で検出した一次側圧力値と、に基づいて、インジェクタ３５の駆動周期を算出する（駆動周期算出工程：Ｓ９）。そして、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量を静的流量で除した値に、インジェクタ３５の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ３５の基本噴射時間を算出する（基本噴射時間算出工程：Ｓ１０）。
【００４３】
次いで、制御装置４は、一次側圧力センサ４１で検出したインジェクタ３５の上流の水素ガスの圧力と、温度センサ４２で検出したインジェクタ３５の上流の水素ガスの温度と、印加電圧と、に基づいてインジェクタ３５の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出工程：Ｓ１１）。そして、制御装置４は、基本噴射時間算出工程Ｓ１０で算出したインジェクタ３５の基本噴射時間と、無効噴射時間算出工程Ｓ１１で算出した無効噴射時間と、を加算することにより、インジェクタ３５の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出工程：Ｓ１２）。
【００４４】
その後、制御装置４は、総噴射時間算出工程Ｓ１２で算出したインジェクタ３５の総噴射時間に係る制御信号を出力することにより、インジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。
【００４５】
以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、インジェクタ３５の駆動周期に基づいて算出されるフィードフォワード補正流量に基づいて、インジェクタ３５からのガス噴射流量の指令値を補正し、この指令値に基づいてインジェクタ３５を駆動制御することができる。従って、インジェクタ３５の駆動周期が変動した場合においても、この変動した駆動周期を考慮してガス噴射流量の指令値を補正することができるため、調圧誤差を低減させる（インジェクタ３５下流側における検出圧力値と所定の目標圧力値との偏差を小さくする）ことができ、応答性を向上させることが可能となる。
【００４６】
なお、以上の実施形態においては、燃料電池システム１の水素ガス配管系３に循環流路３２を設けた例を示したが、燃料電池１０に排出流路３８を直接接続して循環流路３２を廃止することもできる。かかる構成（デッドエンド方式）を採用した場合においても、制御装置４で前記実施形態と同様にインジェクタ３５の駆動周期に応じてフィードフォワード補正流量を算出することにより、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
また、以上の実施形態においては、循環流路３２に水素ポンプ３９を設けた例を示したが、水素ポンプ３９に代えてエジェクタを採用してもよい。また、以上の実施形態においては、水素供給流路３１に遮断弁３３及びレギュレータ３４を設けた例を示したが、インジェクタ３５は、可変調圧弁としての機能を果たすとともに、水素ガスの供給を遮断する遮断弁としての機能をも果たすため、必ずしも遮断弁３３やレギュレータ３４を設けなくてもよい。従って、インジェクタ３５を採用すると遮断弁３３やレギュレータ３４を省くことができるため、システムの小型化及び低廉化が可能となる。
【００４８】
また、以上の実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いてフィードバック補正流量を算出した例を示したが、他の目標追従型制御則（例えばＰＩＤ型フィードバック制御則）を用いてフィードバック補正流量を算出することもできる。
【００４９】
また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…燃料電池システム、４…制御装置（制御手段）、１０…燃料電池、３０…水素タンク（燃料供給源）、３１…水素供給流路（燃料供給流路）、３２…循環流路、３５…インジェクタ（開閉弁）。
【図１】
2011258572.tif 000003
【図２】
2011258572.tif 000004
【図３】
2011258572.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月26日(2011.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと供給するための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス流量及び／又はガス圧力を調整して下流側に供給する開閉弁と、前記開閉弁の下流側における燃料ガスの圧力が目標圧力となるように前記開閉弁を駆動制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料供給流路に戻すための循環流路と、前記燃料電池内の燃料ガス流路と、前記燃料供給流路の前記循環流路との合流点から下流側の部分と、によって構成される燃料循環系を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池における燃料ガス消費量と前記開閉弁の上流側における燃料ガスの圧力とに基づいて前記開閉弁の補正流量算出用の仮の駆動周期を算出し、前記燃料循環系の体積を前記仮の駆動周期で除した値に所定の係数を乗じることによりフィードフォワードゲインＧFFを算出し、前記開閉弁の下流側における燃料ガスの圧力と目標圧力との偏差である圧力偏差に前記フィードフォワードゲインＧFFを乗じることによりフィードフォワード補正流量を算出し、前記圧力偏差を低減させるためのフィードバック補正流量及び前記フィードフォワード補正流量を前記燃料電池における燃料ガス消費量に加算することにより前記開閉弁のガス噴射流量を算出し、前記ガス噴射流量に対応する制御信号に基づいて前記開閉弁を駆動制御するものである、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、
ＧFF＝ｋ×Ｖ×｛２７３／（２７３＋Ｔ）｝×（１０００／Ｔcycle）×６０
なる関係式（ｋ：単位変換係数、Ｖ（Ｌ）：前記燃料循環系体積、Ｔ（℃）：前記開閉弁下流側における燃料ガスの温度、Ｔcycle（ｍｓ）：前記仮の駆動周期）により前記フィードフォワードゲインＧFFを算出するものである、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記開閉弁は、インジェクタである、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。