(57)【要約】【課題】本発明は、インジェクタの噴射特性のバラツキをインジェクタの制御に十分に反映させることができる技術を提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料ガス供給源３０２側から流れる燃料ガスを燃料電池２０側に噴射するインジェクタ３１４と、燃料電池による発電を停止した状態でインジェクタ３１４に連続的な噴射を指示することによってアノード圧力Ｐｆを上昇させる昇圧指示部９１４と、昇圧指示部の指示によるアノード圧力Ｐｆの圧力変化量ΔＰｆおよびインジェクタ３１４の学習噴射時間ＴＬに基づいて、インジェクタ３１４の基準特性値Ｆｓを補正する補正値Ｒｍを算出する補正算出部９１６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給源から燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池を運転する燃料電池システムであって、
前記ガス供給源から前記燃料電池へと燃料ガスを流す流路に設けられ、前記ガス供給源側から流れる燃料ガスを前記燃料電池側に噴射するインジェクタと、
前記燃料電池による発電を実施する際、前記インジェクタの噴射特性を示す基準特性値を補正値で補正した学習特性値を用いて、前記インジェクタによって噴射される燃料ガスの流量を制御することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を調整する調圧制御部と、
前記燃料電池による発電を停止した状態で、前記インジェクタに連続的な噴射を指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を上昇させる昇圧指示部と、
前記昇圧指示部の指示による前記燃料電池における燃料ガスの圧力変化量、および前記昇圧指示部の指示による前記インジェクタの噴射時間に基づいて、前記補正値を算出する補正算出部と
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記昇圧指示部は、前記燃料電池による発電を停止した状態で、前記調圧制御部によって発電中に制御される一回の噴射よりも長い時間の連続的な噴射を前記インジェクタに指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を上昇させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記昇圧指示部は、前記燃料電池による発電を停止した状態であると共に、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を発電中の圧力よりも低下させた状態で、前記インジェクタに連続的な噴射を指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を上昇させる、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記昇圧指示部は、前記インジェクタに連続的な噴射を指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を発電中の圧力よりも上昇させる、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
ガス供給源から燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池を運転する方法であって、
前記ガス供給源から前記燃料電池へと燃料ガスを流す流路に、前記ガス供給源側から流れる燃料ガスを前記燃料電池側に噴射するインジェクタを設け、
前記燃料電池による発電を実施する際、前記インジェクタの噴射特性を示す基準特性値を補正値で補正した学習特性値を用いて、前記インジェクタによって噴射される燃料ガスの流量を制御することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を調整し、
前記燃料電池による発電を停止した状態で、前記インジェクタに連続的な噴射を指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を上昇させ、
前記噴射の指示による前記燃料電池における燃料ガスの圧力変化量、および前記噴射の指示による前記インジェクタの噴射時間に基づいて、前記補正値を算出する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給源から燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を運転する燃料電池システムは、燃料電池における燃料ガスの圧力を調整するためにインジェクタを備える。燃料電池システムのインジェクタは、ガス供給源から燃料電池へと燃料ガスを流す流路に設けられ、ガス供給源側から流れる燃料ガスを燃料電池側に噴射するガス噴射装置である。燃料電池システムは、このインジェクタによる噴射を制御することによって、燃料電池における燃料ガスの圧力を調整することが可能である。インジェクタの噴射特性には個体差や経時変化に起因してバラツキが生じるため、このバラツキをインジェクタの制御に反映させる必要がある。
【０００３】
従来、発電中の燃料電池における燃料ガスの圧力を調整する際に、目標圧力と測定圧力とのズレ量に基づいてインジェクタの噴射特性のバラツキを学習し、その学習結果をインジェクタの制御に反映させる技術が提案されていた（例えば、次の特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６５１８３号公報
【特許文献２】特開２００９−１３５０２９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、発電中の燃料電池における燃料ガスの消費量は、一定ではなく状況に応じて変動し、燃料ガスの目標圧力と測定圧力とのズレ量に影響を与えるため、このようなズレ量に基づく学習ではインジェクタの噴射特性のバラツキをインジェクタの制御に十分に反映させることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した課題を踏まえ、インジェクタの噴射特性のバラツキをインジェクタの制御に十分に反映させることができる技術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】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］  適用例１の燃料電池システムは、ガス供給源から燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池を運転する燃料電池システムであって、前記ガス供給源から前記燃料電池へと燃料ガスを流す流路に設けられ、前記ガス供給源側から流れる燃料ガスを前記燃料電池側に噴射するインジェクタと、前記燃料電池による発電を実施する際、前記インジェクタの噴射特性を示す基準特性値を補正値で補正した学習特性値を用いて、前記インジェクタによって噴射される燃料ガスの流量を制御することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を調整する調圧制御部と、前記燃料電池による発電を停止した状態で、前記インジェクタに連続的な噴射を指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を上昇させる昇圧指示部と、前記昇圧指示部の指示による前記燃料電池における燃料ガスの圧力変化量、および前記昇圧指示部の指示による前記インジェクタの噴射時間に基づいて、前記補正値を算出する補正算出部とを備えることを特徴とする。適用例１の燃料電池システムによれば、燃料電池の停止中におけるインジェクタの噴射による燃料ガスの圧力変化量およびその噴射時間に基づいて補正値を算出するため、燃料ガスの消費による影響を排除することができる。その結果、インジェクタの噴射特性のバラツキをインジェクタの制御に十分に反映させることができる。
【０００９】
［適用例２］  適用例１の燃料電池システムにおいて、前記昇圧指示部は、前記燃料電池による発電を停止した状態で、前記調圧制御部によって発電中に制御される一回の噴射よりも長い時間の連続的な噴射を前記インジェクタに指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を上昇させても良い。適用例２の燃料電池システムによれば、インジェクタの噴射による燃料ガスの圧力変化量を発電中よりも大きく変化させて、計測誤差や燃料ガスの脈動などの影響を相対的に小さくすることができる。
【００１０】
［適用例３］  適用例１または適用例２の燃料電池システムにおいて、前記昇圧指示部は、前記燃料電池による発電を停止した状態であると共に、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を発電中の圧力よりも低下させた状態で、前記インジェクタに連続的な噴射を指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を上昇させても良い。適用例３の燃料電池システムによれば、インジェクタの噴射による燃料ガスの圧力変化量を発電中よりも大きく変化させて、計測誤差や燃料ガスの脈動などの影響を相対的に小さくすることができる。
【００１１】
［適用例４］  適用例１ないし適用例３のいずれかの燃料電池システムにおいて、前記昇圧指示部は、前記インジェクタに連続的な噴射を指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を発電中の圧力よりも上昇させても良い。適用例４の燃料電池システムによれば、インジェクタの噴射による燃料ガスの圧力変化量を発電中よりも大きく変化させて、計測誤差や燃料ガスの脈動などの影響を相対的に小さくすることができる。
【００１２】
［適用例５］  適用例５の方法は、ガス供給源から燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池を運転する方法であって、前記ガス供給源から前記燃料電池へと燃料ガスを流す流路に、前記ガス供給源側から流れる燃料ガスを前記燃料電池側に噴射するインジェクタを設け、前記燃料電池による発電を実施する際、前記インジェクタの噴射特性を示す基準特性値を補正値で補正した学習特性値を用いて、前記インジェクタによって噴射される燃料ガスの流量を制御することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を調整し、前記燃料電池による発電を停止した状態で、前記インジェクタに連続的な噴射を指示することによって、前記燃料電池における燃料ガスの圧力を上昇させ、前記噴射の指示による前記燃料電池における燃料ガスの圧力変化量、および前記噴射の指示による前記インジェクタの噴射時間に基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする。適用例５の方法によれば、燃料電池の停止中におけるインジェクタの噴射による燃料ガスの圧力変化量およびその噴射時間に基づいて補正値を算出するため、燃料ガスの消費による影響を排除することができる。その結果、インジェクタの噴射特性のバラツキをインジェクタの制御に十分に反映させることができる。
【００１３】
本発明の形態は、燃料電池システムや燃料電池の運転方法に限るものではなく、例えば、燃料電池を備える車両、燃料電池を運転するプログラムなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図２】インジェクタの噴射特性を示す説明図である。
【図３】制御装置の運転制御部が実行する調圧制御処理を示すフローチャートである。
【図４】制御装置の運転制御部が実行する噴射学習処理を示すフローチャートである。
【図５】噴射学習処理におけるアノード圧力の時間変化を示す説明図である。
【図６】第２実施例における制御装置の運転制御部が実行する噴射学習処理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】
【００１５】
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した燃料電池システムについて説明する。
【００１６】
Ａ．第１実施例：
図１は、燃料電池システム１０の構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池２０を備え、電力負荷部７０に電力を供給するために燃料電池２０を運転する。燃料電池システム１０は、燃料電池２０の他、燃料ガス給排部３０と、酸化ガス給排部５０と、分配部６０と、二次電池８０と、制御装置９０とを備える。本実施例では、燃料電池システム１０は、車輪を駆動するモータを電力負荷部７０として備える車両に搭載されるシステムであるが、他の実施形態として、住宅や施設の電源として設置されるシステムに適用しても良いし、電気で作動する電気機械機器に電源として搭載されるシステムに適用しても良い。
【００１７】
燃料電池システム１０の燃料電池２０は、反応ガスの供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池２０は、燃料ガスから直接的に電気エネルギを取り出す基本構造を構成する複数の単セル２１を備え、これら複数の単セル２１は電気的に直列に積層されている。本実施例では、燃料電池２０に供給される反応ガスは、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを含む。燃料電池２０に供給された燃料ガスは、酸素との電気化学反応の進行に伴って水素濃度が低下し、アノードオフガスとして燃料電池２０から排出される。本実施例では、燃料電池２０に用いられる燃料ガスは、水素タンクや水素吸蔵合金に貯蔵した水素ガスであるが、炭化水素系燃料を改質して得られる水素ガスであっても良い。本実施例では、燃料電池システム１０は、燃料ガスを循環して再利用する循環方式のシステムであり、アノードオフガスは、燃料ガスとして再利用される。燃料電池２０に供給された酸化ガスは、水素との電気化学反応の進行に伴って酸素濃度が低下し、カソードオフガスとして燃料電池２０から排出される。本実施例では、燃料電池２０に用いられる酸化ガスは、大気中から取り込まれた空気である。
【００１８】
燃料電池システム１０の燃料ガス給排部３０は、燃料電池２０に燃料ガスを供給すると共に、燃料電池２０から排出されるアノードオフガスを処理する。燃料ガス給排部３０は、燃料ガス供給源３０２と、アノード供給路３１０と、アノード排出路３２０と、アノード循環路３３０とを備える。
【００１９】
燃料ガス給排部３０の燃料ガス供給源３０２は、本実施例では、水素を圧縮して貯蔵するタンクから水素を供給する装置である。他の実施形態において、燃料ガス供給源３０２は、水素を吸蔵する水素吸蔵合金から水素を供給する装置であっても良いし、天然ガス、メタノール、ガソリンなどの炭化水素系燃料を改質して水素を取り出す改質器から水素を供給する装置であっても良い。
【００２０】
燃料ガス給排部３０のアノード供給路３１０は、燃料ガス供給源３０２から燃料電池２０に燃料ガスを流す流路を形成する。アノード供給路３１０には、燃料ガス供給源３０２側から流れる燃料ガスを燃料電池２０側に噴射するインジェクタ３１４が設けられている。燃料電池システム１０は、インジェクタ３１４による噴射を制御することによって、燃料電池２０のアノードに蓄積されている燃料ガスの圧力であるアノード圧力Ｐｆを調整することが可能である。本実施例では、インジェクタ３１４は、制御装置９０に電気的に接続され、制御装置９０からの制御信号に基づいて、電磁駆動力で弁体を移動させて弁座に形成された噴射孔を開閉し、この噴射孔から燃料ガスを噴射するガス噴射装置である。
【００２１】
図２は、インジェクタ３１４の噴射特性を示す説明図である。図２では、横軸にインジェクタ３１４の噴射時間Ｔを示し、縦軸に燃料ガスの流量Ｑを示すことによって、インジェクタ３１４の設計上の噴射特性を表す。図２に示すように、インジェクタ３１４の噴射開始から燃料ガスの流量Ｑが増加しない無効噴射時間Ｔｉを経た後、燃料ガスの流量Ｑは噴射時間Ｔに比例して増加する。燃料ガスの流量Ｑと噴射時間Ｔとの関係は、次の関係式１で表される。
【００２２】
Ｑ＝Ｆｓ・（Ｔ−Ｔｉ）      …(１)
【００２３】
「Ｆｓ」は、インジェクタ３１４の設計上の噴射特性を示す基準特性値である。インジェクタ３１４の噴射特性には個体差や経時変化に起因して基準特性値Ｆｓに対してバラツキが生じるため、本実施例では、燃料電池２０による発電を停止した状態でインジェクタ３１４の噴射特性のバラツキを学習して、その学習結果がインジェクタ３１４の制御に反映される。インジェクタ３１４の制御についての詳細は後述する。
【００２４】
図１の説明に戻り、アノード供給路３１０におけるインジェクタ３１４よりも燃料ガス供給源３０２側には、燃料ガス供給源３０２側における燃料ガスの圧力である一次圧力を検知する圧力センサ３１２が設けられている。アノード供給路３１０におけるインジェクタ３１４よりも燃料電池２０側には、燃料電池２０側における燃料ガスの圧力を検知する圧力センサ３１６が設けられている。圧力センサ３１２，３１６の各々は、制御装置９０に電気的に接続され、検知した燃料ガスの圧力を示す電気信号を制御装置９０に出力する。
【００２５】
燃料ガス給排部３０のアノード排出路３２０は、燃料電池２０から排出されるアノードオフガスを流す流路を形成する。アノード排出路３２０には、アノード排出バルブ３２２が設けられ、アノード排出バルブ３２２は、制御装置９０に電気的に接続され、制御装置９０からの制御信号に基づいて、燃料電池２０から排出されるアノードオフガスの排出量を調整する。
【００２６】
燃料ガス給排部３０のアノード循環路３３０は、アノード排出路３２０からアノード供給路３１０へとアノードオフガスを流す流路を形成する。アノード循環路３３０には、アノード排出路３２０側から順に、循環入口バルブ３３２と、循環ポンプ３３４と、循環出口バルブ３３６とが設けられている。アノード循環路３３０の循環入口バルブ３３２および循環出口バルブ３３６は、制御装置９０に電気的に接続され、制御装置９０からの制御信号に基づいて、アノード排出路３２０からアノード供給路３１０へと循環するアノードオフガスの循環量を調整する。アノード循環路３３０の循環ポンプ３３４は、制御装置９０に電気的に接続され、制御装置９０からの制御信号に基づいて、アノード排出路３２０からアノード供給路３１０へとアノードオフガスを送出する。
【００２７】
燃料電池システム１０の酸化ガス給排部５０は、燃料電池２０に酸化ガスを供給すると共に、燃料電池２０から排出されるカソードオフガスを処理する。酸化ガス給排部５０は、酸化ガス供給源５０２と、カソード供給路５１０と、カソード排出路５２０とを備える。酸化ガス給排部５０の酸化ガス供給源５０２は、制御装置９０の制御信号に基づいて、酸化ガスである空気を燃料電池２０に供給する。本実施例では、酸化ガス供給源５０２は、ポンプで大気中から取り込んだ空気を供給する装置である。酸化ガス給排部５０のカソード供給路５１０は、酸化ガス供給源５０２から燃料電池２０に酸化ガスを流す流路を形成し、酸化ガス給排部５０のカソード排出路５２０は、燃料電池２０から排出されるカソードオフガスを流す流路を形成する。カソード排出路５２０には、カソード排出バルブ５２２が設けられ、カソード排出バルブ５２２は、制御装置９０に電気的に接続され、制御装置９０からの制御信号に基づいて、燃料電池２０から排出されるカソードオフガスの排出量を調整する。
【００２８】
燃料電池システム１０の分配部６０は、燃料電池２０で発電された電力を、制御装置９０からの制御信号に基づいて電力負荷部７０および二次電池８０に分配する。燃料電池システム１０の二次電池８０は、燃料電池２０で発電された電力や、電力負荷部７０で回生された電力を蓄え、二次電池８０に蓄えられた電力は、必要に応じて電力負荷部７０に供給される。本実施例では、二次電池８０は、リチウムイオン蓄電池であるが、他の実施形態において、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池など他の二次電池であっても良い。
【００２９】
燃料電池システム１０の制御装置９０は、燃料ガス給排部３０、酸化ガス給排部５０、分配部６０、二次電池８０の各々に電気的に接続され、燃料電池システム１０の各部を制御する。制御装置９０は、燃料電池２０を運転する制御を行う運転制御部９１０と、各種のデータを記憶する記憶部９２０と、燃料電池システム１０の各部との間を電気的に接続するインタフェース９３０とを備える。
【００３０】
制御装置９０の運転制御部９１０は、調圧制御部９１２と、昇圧指示部９１４と、補正算出部９１６とを備える。本実施例では、運転制御部９１０が備える各部の機能は、運転制御部９１０が備えるセントラルプロセッシングユニット（Central Processing Unit、ＣＰＵ）がプログラムに基づいて動作することによって実現されるが、他の実施形態において、運転制御部９１０の少なくとも一部の機能は、運転制御部９１０が備える電子回路がその物理的な回路構成に基づいて動作することによって実現されても良い。
【００３１】
運転制御部９１０の調圧制御部９１２は、燃料電池２０による発電を実施する際、インジェクタ３１４で噴射される燃料ガスの流量をインジェクタ３１４の基準特性値Ｆｓに応じて制御することによって、燃料電池２０における燃料ガスの圧力を調整する。本実施例では、基準特性値Ｆｓは、インジェクタ３１４が時間あたりに燃料ガスを噴射する流量の設計値である。本実施例では、制御装置９０の記憶部９２０には、基準特性値Ｆｓを示す基準特性データ９２２が予め記憶されている。調圧制御部９１２の動作についての詳細は後述する。
【００３２】
運転制御部９１０の昇圧指示部９１４は、燃料電池２０による発電を停止した状態で、インジェクタ３１４に連続的な噴射を指示することによって、燃料電池２０のアノード圧力Ｐｆを上昇させる。運転制御部９１０の補正算出部９１６は、昇圧指示部９１４の指示によるアノード圧力Ｐｆの圧力変化量、および昇圧指示部９１４の指示によるインジェクタ３１４の噴射時間に基づいて補正値Ｒｍを算出する。補正算出部９１６によって算出される補正値Ｒｍは、インジェクタ３１４の個体差や経時変化に起因する基準特性値Ｆｓに対する噴射特性のバラツキを補正する値であり、調圧制御部９１２によるアノード圧力Ｐｆの圧力調整に利用される。本実施例では、制御装置９０の記憶部９２０には、補正値Ｒｍを示す補正データ９２４が記憶部９２０に保存され、補正算出部９１６によって補正値Ｒｍが算出される毎に、補正データ９２４が示す補正値Ｒｍは更新される。本実施例では、補正値Ｒｍは、基準特性値Ｆｓに対する実際の噴射特性の倍率を示す値である。昇圧指示部９１４および補正算出部９１６の動作についての詳細は後述する。
【００３３】
図３は、制御装置９０の運転制御部９１０が実行する調圧制御処理（ステップＳ１００）を示すフローチャートである。調圧制御処理（ステップＳ１００）は、燃料電池システム１０を操作するユーザから要求される要求電流を燃料電池２０から出力させるために燃料電池２０のアノード圧力Ｐｆを調整する処理であり、運転制御部９１０が調圧制御部９１２として動作することによって実現される。本実施例では、運転制御部９１０は、インジェクタ３１４よりも燃料電池２０側のアノード供給路３１０における燃料ガスの圧力、すなわち、圧力センサ３１６が設けられたアノード供給路３１０における燃料ガスの圧力を、燃料電池２０のアノード圧力Ｐｆとみなして調圧制御処理（ステップＳ１００）を実行する。本実施例では、運転制御部９１０は、燃料電池２０による発電の始動時から実行中にわたって調圧制御処理（ステップＳ１００）を定期的に実行するが、他の実施形態において、所定の条件を満たす場合に調圧制御処理（ステップＳ１００）を実行しても良い。
【００３４】
調圧制御処理（ステップＳ１００）を開始すると、制御装置９０の運転制御部９１０は、インジェクタ３１４が燃料ガスの噴射を実施中であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。インジェクタ３１４が燃料ガスの噴射を実施中である場合（ステップＳ１０５：「ＮＯ」）、運転制御部９１０は、調圧制御処理（ステップＳ１００）を終了する。
【００３５】
インジェクタ３１４が燃料ガスの噴射を実施中でない場合（ステップＳ１０５：「ＹＥＳ」）、運転制御部９１０は、目標圧力設定処理（ステップＳ１１０）を実行する。目標圧力設定処理（ステップＳ１１０）において、運転制御部９１０は、現状の燃料電池２０から出力されている出力電流と、燃料電池システム１０を操作するユーザから要求される要求電流との関係から、要求電流の実現に必要とされるアノード圧力である目標圧力Ｐｔを設定する。
【００３６】
目標圧力設定処理（ステップＳ１１０）の後、運転制御部９１０は、記憶部９２０に記憶されている基準特性データ９２２および補正データ９２４を読み出す（ステップＳ１２０）。前述したように、基準特性データ９２２は、インジェクタ３１４が時間あたりに燃料ガスを噴射する流量の設計値である基準特性値Ｆｓを示し、補正データ９２４は、インジェクタ３１４の個体差や経時変化に起因する基準特性値Ｆｓに対する噴射特性のバラツキを補正する補正値Ｒｍを示す。
【００３７】
記憶部９２０から基準特性データ９２２および補正データ９２４を読み出した後（ステップＳ１２０）、運転制御部９１０は、これら基準特性データ９２２および補正データ９２４の各々に示される基準特性値Ｆｓおよび補正値Ｒｍに基づいて、実施噴射時間Ｔｅを設定する（ステップＳ１３０）。この実施噴射時間Ｔｅは、現在のアノード圧力Ｐｆである現在圧Ｐｏの状態から、目標圧力設定処理（ステップＳ１１０）で設定された目標圧力Ｐｔを実現するために、インジェクタ３１４で燃料ガスを噴射させる時間であり、次の関係式２で表される。
【００３８】
Ｔｅ＝Ｔｉ＋［（Ｐｔ−Ｐo）／｛Ｆｓ＋（Ｒｍ−１）・Ｆｓ｝］      …（２）
【００３９】
実施噴射時間Ｔｅを設定した後（ステップＳ１３０）、運転制御部９１０は、インジェクタ３１４に制御信号を出力することによって、実施噴射時間Ｔｅで連続的な噴射をインジェクタ３１４に指示する（ステップＳ１４０）。インジェクタ３１４は、運転制御部９１０から指示を受けると、実施噴射時間Ｔｅの間、燃料ガス供給源３０２側から燃料電池２０側へと燃料ガスを連続的に噴射する。インジェクタ３１４に噴射を指示した後（ステップＳ１３０）、運転制御部９１０は、調圧制御部（ステップＳ１００）を終了する。
【００４０】
図４は、制御装置９０の運転制御部９１０が実行する噴射学習処理（ステップＳ２００）を示すフローチャートである。噴射学習処理（ステップＳ２００）は、インジェクタ３１４の基準特性値Ｆｓを補正する補正値Ｒｍを学習する処理である。本実施例では、運転制御部９１０は、インジェクタ３１４よりも燃料電池２０側のアノード供給路３１０における燃料ガスの圧力、すなわち、圧力センサ３１６が設けられたアノード供給路３１０における燃料ガスの圧力を、燃料電池２０のアノード圧力Ｐｆとみなして噴射学習処理（ステップＳ２００）を実行する。本実施例では、運転制御部９１０は、噴射学習処理（ステップＳ２００）を定期的に実行するが、他の実施形態において、所定の条件を満たす場合に噴射学習処理（ステップＳ２００）を実行しても良い。
【００４１】
図５は、噴射学習処理（ステップＳ２００）におけるアノード圧力Ｐｆの時間変化を示す説明図である。図５では、横軸に経過時間を示し、縦軸にアノード圧力Ｐｆを示すことによって、噴射学習処理（ステップＳ２００）におけるアノード圧力Ｐｆの時間変化の一例を表す。図５にハッチングが施された部分は、燃料電池２０による発電中に維持されるアノード圧力Ｐｆの範囲を示し、その下限値は下限発電圧力ＰｓＬであり、その上限値は上限発電圧力ＰｓＨである。下限発電圧力ＰｓＬは、安全率を考慮したアノード圧力Ｐｆの下限圧力Ｐｍｉｎよりも大きく、上限発電圧力ＰｓＨは、安全率を考慮したアノード圧力Ｐｆの上限圧力Ｐｍａｘよりも十分に小さい。
【００４２】
図４に示すように、噴射学習処理（ステップＳ２００）を開始すると、制御装置９０の運転制御部９１０は、燃料電池２０の発電を停止可能であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。燃料電池２０の発電を停止できない場合（ステップＳ２０５：「ＮＯ」）、運転制御部９１０は、噴射学習処理（ステップＳ２００）を終了する。
【００４３】
燃料電池２０の発電を停止可能である場合（ステップＳ２０５：「ＹＥＳ」、図５のタイミングｔ１）、運転制御部９１０は、アノード減圧処理（ステップＳ２１０）を実行する。本実施例では、アノード減圧処理（ステップＳ２１０）において、運転制御部９１０は、アノード圧力Ｐｆを下限圧力Ｐｍｉｎよりも大きく下限発電圧力ＰｓＬよりも小さい値に低下させるが、他の実施形態において、下限発電圧力ＰｓＬ以上であっても良い。本実施例では、運転制御部９１０は、アノード減圧処理（ステップＳ２１０）として、燃料電池２０に対する燃料ガスの供給を停止した状態で、二次電池８０を充電しながら燃料電池２０による発電を実施し、燃料電池２０に蓄積されている燃料ガスを消費することによって、アノード圧力Ｐｆを低下させる。他の実施形態において、運転制御部９１０は、アノード減圧処理（ステップＳ２１０）として、アノード排出路３２０のアノード排出バルブ３２２を開放することによって、アノード圧力Ｐｆを低下させても良い。また、噴射学習処理（ステップＳ２００）の開始時から既にアノード圧力Ｐｆが下限発電圧力ＰｓＬよりも低下している場合、運転制御部９１０は、アノード減圧処理（ステップＳ２１０）を省略しても良い。
【００４４】
アノード減圧処理（ステップＳ２１０）によってアノード圧力Ｐｆが下限発電圧力ＰｓＬよりも低下した場合（ステップＳ２１８：「ＹＥＳ」、図５のタイミングｔ２）、運転制御部９１０は、発電停止処理（ステップＳ２２０）を実行する。発電停止処理（ステップＳ２２０）において、運転制御部９１０は、燃料電池２０による発電を停止させる。
【００４５】
発電停止処理（ステップＳ２２０）の後、運転制御部９１０は、圧力センサ３１６から出力される出力信号に基づくアノード圧力Ｐｆを学習開始圧力Ｐｆ１として測定する（ステップＳ２３０）。
【００４６】
学習開始圧力Ｐｆ１を測定した後（ステップＳ２３０）、運転制御部９１０は、補正値Ｒｍを学習するためにインジェクタ３１４による連続的な噴射を実施する時間である学習噴射時間ＴＬを設定する（ステップＳ２４０）。本実施例では、噴射学習処理（ステップＳ２００）における学習噴射時間ＴＬは、調圧制御処理（ステップＳ１１０）における実施噴射時間Ｔｅよりも長い期間であるが、他の実施形態において、同程度の期間であっても良い。本実施例では、調圧制御処理（ステップＳ１１０）における実施噴射時間Ｔｅは５〜４０ｍｓ（ミリ秒）程度に設定され、これに対して、噴射学習処理（ステップＳ２００）における学習噴射時間ＴＬは４００ｍｓに設定される。他の実施形態において、学習噴射時間ＴＬは、４００ｍｓよりも長くても短くても良い。
【００４７】
学習噴射時間ＴＬを設定した後（ステップＳ２４０）、運転制御部９１０は、昇圧指示部９１４として動作することによって昇圧指示処理（ステップＳ２５０）を実行する（図５のタイミングｔ３）。昇圧指示処理（ステップＳ２５０）において、運転制御部９１０は、インジェクタ３１４に制御信号を出力することによって、学習噴射時間ＴＬで連続的な噴射をインジェクタ３１４に指示する。インジェクタ３１４は、運転制御部９１０から指示を受けると、学習噴射時間ＴＬの間、燃料ガス供給源３０２側から燃料電池２０側へと燃料ガスを連続的に噴射する。
【００４８】
昇圧指示処理（ステップＳ２５０）に基づくインジェクタ３１４による学習噴射時間ＴＬの噴射が完了した後（ステップＳ２５８：「ＹＥＳ」、図５のタイミングｔ４）、運転制御部９１０は、圧力センサ３１６から出力される出力信号に基づくアノード圧力Ｐｆを学習終了圧力Ｐｆ２として測定する（ステップＳ２６０）。
【００４９】
学習終了圧力Ｐｆ２を測定した後（ステップＳ２６０）、運転制御部９１０は、補正算出部９１６として動作することによって補正算出処理（ステップＳ２７０）を実行する。補正算出処理（ステップＳ２７０）において、運転制御部９１０は、次の関係式３，４に基づいて、基準特性値Ｆｓに対する噴射特性のバラツキを補正する補正値Ｒｍを算出する（ステップＳ２７０）。
【００５０】
Ｒｍ＝ＦＬ／Ｆｓ      …（３）
ＦＬ＝（Ｐｆ２−Ｐｆ１）／ＴＬ      …（４）
【００５１】
「ＦＬ」は、今回の噴射学習処理（ステップＳ２００）で判明したインジェクタ３１４の実際の噴射特性を示す学習特性値である。関係式４における（Ｐｆ２−Ｐｆ１）は、昇圧指示処理（ステップＳ２５０）に基づくアノード圧力Ｐｆの圧力変化量ΔＰｆを示す。
【００５２】
関係式３から分かるように、基準特性値Ｆｓに補正値Ｒｍを掛け合わせた値は、実際の噴射特性値（学習特性値ＦＬ）を示す。調圧制御処理（ステップＳ１００）における関係式２は、学習特性値ＦＬを用いて次の関係式５に変換することができる。
【００５３】
Ｔｅ＝Ｔｉ＋（Ｐｔ／ＦＬ）      …（５）
【００５４】
関係式５から分かるように、調圧制御処理（ステップＳ１００）において、運転制御部９１０は、基準特性値Ｆｓを補正値Ｒｍで補正した学習特性値ＦＬを用いて実施噴射時間Ｔｅを設定していることになる。
【００５５】
補正値Ｒｍは、その値が１以上である場合、インジェクタ３１４の実際の噴射特性値が基準特性値Ｆｓ以上であることを示し、その値が１よりも小さい場合、インジェクタ３１４の実際の噴射特性値が基準特性値Ｆｓよりも小さいことを示す。
【００５６】
例えば、基準特性値Ｆｓが「０．５００ｋＰａ／ｍｓ（キロパスカル／ミリ秒）」であるインジェクタ３１４に対して、「１５０ｋＰａ（キロパスカル）」の学習開始圧力Ｐｆ１から「４００ｍｓ」の学習噴射時間ＴＬで昇圧指示処理（ステップＳ２５０）を実施した結果、学習終了圧力Ｐｆ２が「３４０ｋＰａ」であった場合、関係式４から学習特性値ＦＬは「０．４７５ｋＰａ／ｍｓ」となり、関係式３から補正値Ｒｍは「０．９５」となる。このことは、インジェクタ３１４の実際の噴射特性値は、基準特性値Ｆｓよりも小さいことを意味する。
【００５７】
補正算出処理（ステップＳ２７０）の後、運転制御部９１０は、補正算出処理（ステップＳ２７０）で算出された補正値Ｒｍを補正データ９２４として記憶部９２０に保存する（ステップＳ２８０）。本実施例では、運転制御部９１０は、補正値Ｒｍを記憶部９２０に保存する際に、新たに算出された補正値Ｒｍで補正データ９２４を更新するが、他の実施形態において、従前の補正値Ｒｍと新たな補正値Ｒｍとの平均値で補正データ９２４を更新しても良い。また、他の実施形態において、一回の噴射学習処理（ステップＳ２００）毎に補正値Ｒｍを更新するのではなく、複数回の噴射学習処理（ステップＳ２００）を実施した後に、これらの処理で得られた結果を補正値Ｒｍとして更新しても良いし、一回または複数回の噴射学習処理（ステップＳ２００）を実施した後に、所定の更新タイミングで補正値Ｒｍを更新しても良い。補正値Ｒｍを保存した後（ステップＳ２８０）、運転制御部９１０は、噴射学習処理（ステップＳ２００）を終了する。
【００５８】
以上説明した燃料電池システム１０によれば、燃料電池２０の停止中におけるインジェクタ３１４の噴射による燃料ガスの圧力変化量ΔＰｆおよびその学習噴射時間ＴＬに基づいて補正値Ｒｍを算出するため（ステップＳ２７０）、燃料ガスの消費による影響を排除することができる。その結果、インジェクタ３１４の噴射特性のバラツキをインジェクタ３１４の制御に十分に反映させることができる（ステップＳ１００）。
【００５９】
また、燃料電池２０による発電を停止した状態で、調圧制御処理（ステップＳ１００）によって発電中に制御される一回の噴射よりも長い時間の連続的な噴射をインジェクタ３１４に指示することによって燃料電池２０のアノード圧力Ｐｆを上昇させるため（ステップＳ２２０，Ｓ２４０，Ｓ２５０）、インジェクタ３１４の噴射による燃料ガスの圧力変化量ΔＰｆを発電中よりも大きく変化させて、計測誤差や燃料ガスの脈動などの影響を相対的に小さくすることができる。
【００６０】
また、燃料電池２０による発電を停止した状態であると共に、燃料電池２０のアノード圧力Ｐｆを発電中の下限発電圧力ＰｓＬよりも低下させた状態で、インジェクタ３１４に連続的な噴射を指示することによって燃料電池２０のアノード圧力Ｐｆを上昇させるため（ステップＳ２１０，Ｓ２２０，Ｓ２５０）、インジェクタ３１４の噴射による燃料ガスの圧力変化量ΔＰｆを発電中よりも大きく変化させて、計測誤差や燃料ガスの脈動などの影響を相対的に小さくすることができる。
【００６１】
また、インジェクタ３１４に連続的な噴射を指示することによって、燃料電池２０のアノード圧力Ｐｆを上限発電圧力ＰｓＨよりも上昇させるため（ステップＳ２２０，Ｓ２４０，Ｓ２５０）、インジェクタ３１４の噴射による燃料ガスの圧力変化量ΔＰｆを発電中よりも大きく変化させて、計測誤差や燃料ガスの脈動などの影響を相対的に小さくすることができる。
【００６２】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例における燃料電池システム１０は、インジェクタ３１４の噴射特性を学習する際に、学習噴射時間ＴＬを予め設定してインジェクタ３１４に噴射を指示するのではなく、学習終了圧力Ｐｆ２を予め設定してインジェクタ３１４に噴射を指示する点を除き、第１実施例と同様である。
【００６３】
図６は、第２実施例における制御装置９０の運転制御部９１０が実行する噴射学習処理（ステップＳ３００）を示すフローチャートである。第２実施例の運転制御部９１０は、第１実施例の噴射学習処理（ステップＳ２００）に代えて、図６の噴射学習処理（ステップＳ３００）を実行する。噴射学習処理（ステップＳ３００）における処理開始からの工程は、第１実施例の噴射学習処理（ステップＳ２００）における処理開始から学習開始圧力Ｐｆ１の測定までの工程（ステップＳ２０５〜Ｓ２３０）と同様である。
【００６４】
第２実施例における運転制御部９１０は、学習開始圧力Ｐｆ１を測定した後（ステップＳ２３０）、補正値Ｒｍを学習するためにインジェクタ３１４による連続的な噴射を実施してアノード圧力Ｐｆを上昇させる学習終了圧力Ｐｆ２を設定する（ステップＳ３４０）。本実施例では、噴射学習処理（ステップＳ３００）における学習終了圧力Ｐｆ２は、上限発電圧力ＰｓＨよりも大きく上限圧力Ｐｍａｘよりも小さい値であるが、他の実施形態において、上限発電圧力ＰｓＨ以下であっても良い。
【００６５】
学習終了圧力Ｐｆ２を設定した後（ステップＳ３４０）、運転制御部９１０は、昇圧指示部９１４として動作することによって昇圧指示処理（ステップＳ３５０）を実行する（図５のタイミングｔ３）。昇圧指示処理（ステップＳ３５０）において、運転制御部９１０は、インジェクタ３１４に制御信号を出力することによって、アノード圧力Ｐｆが学習終了圧力Ｐｆ２になるまで、インジェクタ３１４に連続的な噴射を指示する。インジェクタ３１４は、運転制御部９１０から指示を受けると、アノード圧力Ｐｆが学習終了圧力Ｐｆ２になるまで、燃料ガス供給源３０２側から燃料電池２０側へと燃料ガスを連続的に噴射する。
【００６６】
昇圧指示処理（ステップＳ３５０）に基づくインジェクタ３１４による学習終了圧力Ｐｆ２までの噴射が完了した後（ステップＳ３５８：「ＹＥＳ」、図５のタイミングｔ４）、運転制御部９１０は、学習噴射時間ＴＬを確認する（ステップＳ３６０）。第２実施例における学習噴射時間ＴＬは、昇圧指示処理（ステップＳ３５０）においてアノード圧力Ｐｆが学習開始圧力Ｐｆ１から学習終了圧力Ｐｆ２になるまでインジェクタ３１４が燃料ガスを連続的に噴射した経過時間である。
【００６７】
第２実施例の噴射学習処理（ステップＳ３００）では、学習噴射時間ＴＬの確認（ステップＳ３６０）に続く工程は、第１実施例の噴射学習処理（ステップＳ２００）における補正値Ｒｍの算出から処理終了までの工程（ステップＳ２７０〜Ｓ２８０）と同様である。
【００６８】
以上説明した第２実施例の燃料電池システム１０によれば、第１実施例と同様に、燃料電池２０の停止中におけるインジェクタ３１４の噴射による燃料ガスの圧力変化量ΔＰｆおよびその学習噴射時間ＴＬに基づいて補正値Ｒｍを算出するため（ステップＳ２７０）、燃料ガスの消費による影響を排除することができる。その結果、インジェクタ３１４の噴射特性のバラツキをインジェクタ３１４の制御に十分に反映させることができる（ステップＳ１００）。
【００６９】
Ｃ．他の実施形態：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例では、いわゆる循環方式の燃料電池について説明したが、他の実施形態において、燃料電池に一旦供給された燃料ガスを使い切るいわゆるデッドエンド方式の燃料電池に本発明を適用しても良い。
【００７０】
また、インジェクタ３１４よりも燃料ガス供給源３０２側の燃料ガスの圧力である一次圧力を圧力センサ３１２で検知し、この一次圧力を考慮して補正値Ｒｍを算出しても良い。また、インジェクタ３１４の無効噴射時間Ｔｉのバラツキを考慮して補正値Ｒｍを算出しても良い。また、基準特性値Ｆｓおよび補正値Ｒｍを用いて関係式２から実施噴射時間Ｔｅを算出するのではなく、学習特性値ＦＬを直接的に用いて関係式５から実施噴射時間Ｔｅを算出しても良い。
【符号の説明】
【００７１】
１０…燃料電池システム
２０…燃料電池
２１…単セル
３０…燃料ガス給排部
５０…酸化ガス給排部
６０…分配部
７０…電力負荷部
８０…二次電池
９０…制御装置
３０２…燃料ガス供給源
３１０…アノード供給路
３１２…圧力センサ
３１４…インジェクタ
３１６…圧力センサ
３２０…アノード排出路
３２２…アノード排出バルブ
３３０…アノード循環路
３３２…循環入口バルブ
３３４…循環ポンプ
３３６…循環出口バルブ
５０２…酸化ガス供給源
５１０…カソード供給路
５２０…カソード排出路
５２２…カソード排出バルブ
９１０…運転制御部
９１２…調圧制御部
９１４…昇圧指示部
９１６…補正算出部
９２０…記憶部
９２２…基準特性データ
９２４…補正データ
９３０…インタフェース
Ｆｓ…基準特性値
ＦＬ…学習特性値
Ｒｍ…補正値
Ｔ…噴射時間
Ｔｉ…無効噴射時間
Ｔｅ…実施噴射時間
ＴＬ…学習噴射時間
Ｑ…流量
Ｐｆ…アノード圧力
Ｐｔ…目標圧力
Ｐｍａｘ…上限圧力
Ｐｍｉｎ…下限圧力
ＰｓＨ…上限発電圧力
ＰｓＬ…下限発電圧力
Ｐｆ１…学習開始圧力
Ｐｆ２…学習終了圧力
ΔＰｆ…圧力変化量
【図１】
2011146139.tif 000003
【図２】
2011146139.tif 000004
【図３】
2011146139.tif 000005
【図４】
2011146139.tif 000006
【図５】
2011146139.tif 000007
【図６】
2011146139.tif 000008