【手続補正書】
【提出日】平成28年4月26日(2016.4.26)
【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】
燃料電池のカソードに酸化ガスを供給する際の流量を調整する流量調整弁の制御方法であって、
前記燃料電池から電力の供給を受ける負荷と前記燃料電池との電気的な接続が遮断された負荷遮断状況において、前記流量調整弁を全閉の側から所定開度ずつ開弁する逐次開弁と、前記流量調整弁を全開の側から所定開度ずつ閉弁する逐次閉弁のいずれかを継続して行うことで前記カソードに導かれる前記酸化ガスの供給量を逐次的に変化させ、前記燃料電池が備える電解質膜をアノードの側から前記カソードの側へと透過した水素を前記導いた前記酸化ガスの酸素で酸化させる第１工程と、
前記逐次開弁もしくは前記逐次閉弁がなされるごとに、前記水素の酸化に伴う前記燃料電池の開回路電圧を計測する第２工程と、
該計測した計測電圧が前記逐次開弁の継続に伴って上昇に転じるタイミングを含む所定数のタイミングにおいて前記第１工程でなされた前記逐次開弁での前記流量調整弁の開度の少なくとも一つの開度、もしくは前記計測した計測電圧が前記逐次閉弁の継続に伴って下降に転じるタイミングを含む所定数のタイミングにおいて前記第１工程でなされた前記逐次閉弁での前記流量調整弁の開度の少なくとも一つの開度を、調整基準開度として記憶する第３工程とを備える、
酸化ガスの流量調整弁の制御方法。
【請求項２】
前記第１工程では、前記逐次開弁を行う際の前記所定開度ずつの開弁量或いは開弁間隔が、前記計測電圧が所定の低電圧まで低下しないように調整されている、請求項１に記載の酸化ガスの流量調整弁の制御方法。
【請求項３】
前記第３工程では、前記調整基準開度として記憶した前記流量調整弁の開度が所定時間に亘って維持されるよう、前記流量調整弁を制御する、請求項１または請求項２に記載の酸化ガスの流量調整弁の制御方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸化ガスの流量調整弁の制御方法であって、
前記第３工程で記憶した前記調整基準開度を更新記憶する第４工程を備え、
前記第３工程では、
前記調整基準開度を記憶した際の前記水素の酸化に伴う前記燃料電池の開回路電圧を対比基準開回路電圧として、前記調整基準開度と共に記憶し、
前記第４工程は、
前記燃料電池を前記負荷遮断状況とした上で、前記流量調整弁の開度を前記第３工程で記憶済みの記憶調整基準開度に設定して、前記水素の酸化に伴う前記燃料電池の開回路電圧を比較開回路電圧として計測し、該比較開回路電圧を前記対比基準開回路電圧と比較する比較工程と、
該比較工程での比較結果により得られた前記比較開回路電圧と前記対比基準開回路電圧との差分電圧が小さくなる側に、前記記憶調整基準開度を補正し、該補正後の開度を新たな調整基準開度として更新して記憶する補正工程とを備える、
酸化ガスの流量調整弁の制御方法。
【請求項５】
流量調整装置であって、
燃料電池のカソードに供給する酸化ガスの流量を調整する流量調整弁と、
前記燃料電池から電力の供給を受ける負荷と前記燃料電池との電気的な接続が遮断して、前記燃料電池を負荷遮断状況とする接続遮断部と、
前記燃料電池の開回路電圧を計測する電圧計測部と、
前記負荷遮断状況において、前記流量調整弁を開閉駆動制御する弁制御部とを備え、
該弁制御部は、
前記流量調整弁を全閉の側から所定開度ずつ開弁する逐次開弁と、前記流量調整弁を全開の側から所定開度ずつ閉弁する逐次閉弁のいずれかを継続して行うことで前記カソードに導かれる前記酸化ガスの供給量を逐次的に変化させ、前記燃料電池が備える電解質膜をアノードの側から前記カソードの側へと透過した水素を前記導いた前記酸化ガスの酸素で酸化させる第１制御部と、
前記逐次開弁もしくは前記逐次閉弁がなされるごとに、前記水素の酸化に伴う前記燃料電池の開回路電圧を前記電圧計測部から入手する第２制御部とを備え、
該計測した計測電圧が前記逐次開弁の継続に伴って上昇に転じるタイミングを含む所定数のタイミングにおいて前記第１制御部によりなされた前記逐次開弁での前記流量調整弁の開度の少なくとも一つの開度、もしくは前記計測した計測電圧が前記逐次閉弁の継続に伴って下降に転じるタイミングを含む所定数のタイミングにおいて前記第１制御部によりなされた前記逐次閉弁での前記流量調整弁の開度の少なくとも一つの開度を、調整基準開度として記憶する、
流量調整装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また、燃料電池の発電停止後にあっても、通常は、低流量での燃料ガス循環がなされることから、アノード側流路内には水素が残留する。この残留水素は、燃料電池の電解質膜を経てカソード側流路に透過し、カソードでは、残留する酸素により透過水素が酸化される反応が進行する。その結果、燃料電池の発電停止後しばらくすると、カソード側流路に残留する酸素が消費されることにより、開回路電圧が低下（カソード電位が低下）する。このような場合には、カソード触媒が還元されることにより、その後にカソード電位が再上昇したときには、カソード触媒の溶出がより起こり易くなる。こうしたことから、燃料電池の発電停止時には、燃料電池の開回路電圧を低電圧に保持可能な酸化ガスの流量調整が必要となるので、燃料電池の電圧挙動を利用した酸化ガスの微細な流量調整を可能とする流量調整弁の制御手法が要請されるに到った。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（４）上記いずれかの形態の酸化ガスの流量調整弁の制御方法において、前記第３工程で記憶した前記調整基準開度を更新記憶する第４工程を備え、前記第３工程では、前記調整基準開度を記憶した際の前記水素の酸化に伴う前記燃料電池の開回路電圧を対比基準開回路電圧として、前記調整基準開度と共に記憶する。そして、前記第４工程は、前記燃料電池を前記負荷遮断状況とした上で、前記流量調整弁の開度を前記第３工程で記憶済みの記憶調整基準開度に設定して、前記水素の酸化に伴う前記燃料電池の開回路電圧を比較開回路電圧として計測し、該比較開回路電圧を前記対比基準開回路電圧と比較する比較工程と、該比較工程での比較結果により得られた前記比較開回路電圧と前記対比基準開回路電圧との差分電圧が小さくなる側に、前記記憶調整基準開度を補正し、該補正後の開度を新たな調整基準開度として更新して記憶する補正工程とを備えるようにしてもよい。こうすれば、流量調整弁の開閉機能が経時変化等により変化しても、この開閉機能変化を相殺するように新たに調整基準開度を記憶できる。よって、新たな調整基準開度を開度調整の目標の一つとして流量調整弁を制御でき、燃料電池の計測電圧の挙動を利用した酸化ガスの微細な流量調整を継続的に可能とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
その後、制御部２００は、燃料電池１００の背圧弁１４３を全閉駆動する（ステップＳ２２５）。制御部２００は、背圧弁１４３をステップ駆動するステッピングモーターの駆動ステップ数をメモリーに記憶して把握しているので、ステップＳ２２５では、ステップＳ２１５における空気供給のために背圧弁１４３を駆動したステップ数と同数のステップ数、ステッピングモーターを全閉側に反転駆動することになる。この状態の背圧弁１４３の開度は、設計上の全閉開度であり、開度の値が機械的にゼロの機械的全閉開度となる。ステップＳ２２５に続き、制御部２００は、背圧弁１４３の全閉後、即ち機械的全閉開度として燃料電池１００のカソードへの空気供給を絶ってからの燃料電池１００のＯＣＶＭＥ０を電圧センサー１０２（図１）から読み込む（ステップＳ２３０）。なお、以下の説明において、ステップ数は、ステップ駆動するステッピングモーターの駆動ステップ数を意味する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
次に、制御部２００は、全閉状態とした背圧弁１４３を１ステップ数だけ開弁側に駆動し（ステップＳ２３５）、１ステップ開弁駆動後における燃料電池１００のＯＣＶＭＥｉを電圧センサー１０２（図１）から読み込む（ステップＳ２４０）。この添え字ｉは、ステップＳ２３５によるステップ開弁駆動のステップ数を表す。センサー読込に続き、制御部２００は、背圧弁１４３の１ステップ開弁駆動後のＯＣＶＭＥｉが電圧上昇に推移したか否かを判定し（ステップＳ２４５）、上昇推移にはないと否定判定すると、ステップＳ２３５に移行して、背圧弁１４３の１ステップの開弁駆動、その後のＯＣＶＭＥｉの読込（ステップＳ２４０）、電圧上昇推移判定（ステップＳ２４５）を繰り返し行う。これにより、燃料電池１００がモーター１７０等の負荷と電気的に遮断された負荷遮断状況において、背圧弁１４３を上記した機械的全閉開度から１ステップ数に相当する開度ずつ開弁する逐次開弁がなされ（ステップＳ２３５）、この逐次開弁がなされるごとに、ＯＣＶＭＥｉが計測される（ステップＳ２４０）。このＯＣＶＭＥｉは、燃料電池１００が負荷遮断状況にあることから、カソードに透過した水素がカソードの酸素により酸化されたことに伴う電圧となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
制御部２００は、ステップＳ２４５にて、背圧弁１４３の１ステップ数に相当する開度ずつの逐次開弁に伴ってＯＣＶＭＥｉが電圧上昇に推移したと肯定判定すると、この肯定判定を下した際の逐次開弁時のステップＳ２３５での積算開弁ステップ数に対応する開度、或いは、肯定判定を下す一つ前の逐次開弁時のステップＳ２３５での積算開弁ステップ数に対応する開度を、当量比１相当の背圧弁開弁開度Ｘｂとして記憶する（ステップＳ２５０）。そして、この背圧弁開弁開度Ｘｂを背圧弁１４３にて維持したまま、所定時間に亘って燃料電池１００に空気を継続供給し（ステップＳ２５５）、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ２５５での空気供給の際、制御部２００は、水素ガスについてもステップＳ２１５での供給量でガス供給を継続する。以下、ステップＳ２３５〜Ｓ２５０に到る処理で起きる現象について、図面を用いて説明する。図６は当量比１相当の背圧弁開弁開度Ｘｂおよび逐次開弁ステップ数と燃料電池１００のカソードにおける酸素供給量との関係を概略的に示す説明図、図７は背圧弁１４３の逐次開弁に伴うＯＣＶＭＥｉの挙動を概略的に示す説明図である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
そして、開度Ｘａ以上となるようにある程度のステップ数だけ逐次開弁の実行回数（ステップ数Ｓｉ）が増えると、供給増加酸素量が透過水素の総てを酸化させる事のできる当量比１相当の酸素量に達し、これ以降においては、ＯＣＶは、図６に示すように、逐次開弁の継続に伴って上昇に転じる。ＯＣＶが上昇に転じたタイミングでの開度Ｘｂは、透過水素の総てを酸化させる事のできる当量比１相当の酸素量の供給を起こすことから、反応場的全閉開度と称される。図６に示すところの開度Ｘｂは、図５の開度設定処理におけるステップＳ２５０の当量比１相当の背圧弁開弁開度Ｘｂに相当する。ところで、逐次開弁は、１ステップ数に相当する開度ずつ背圧弁１４３を開弁させるが、開弁後の開度がＯＣＶの上昇推移をもたらすタイミングでの開度Ｘｂと完全に一致することも有り得るほか、図６に概略的に示すように、開度ＸｂがＳｉ回目の逐次開弁の開度とＳｉ＋１回目の逐次開弁の開度に挟まれることも有り得る。こうしたことを考慮して、ステップＳ２５０では、既述したように、ＯＣＶが上昇に転じたと肯定判定した際の逐次開弁時の積算開弁ステップ数（Ｓｉ＋１）に対応する開度、或いは、肯定判定を下す一つ前の逐次開弁時の積算開弁ステップ数（Ｓｉ）に対応する開度を、当量比１相当の背圧弁開弁開度Ｘｂとして記憶する。記憶された背圧弁開弁開度Ｘｂは、以下に説明する間欠運電モードの制御において、必要に応じて背圧弁１４３の制御に用いられる。ステップＳ２５０では、この背圧弁開弁開度Ｘｂと共に、背圧弁開弁開度Ｘｂが得られた際のＯＣＶＭＥ０についても、このＯＣＶＭＥ０を対比基準開回路電圧ＯＣＶｓとして、背圧弁開弁開度Ｘｂと共に記憶する。なお、積算開弁ステップ数（Ｓｉ＋１）に対応する開度と、これより一つ前の積算開弁ステップ数（Ｓｉ）に対応する開度とは、１ステップ数分の開度の差だけ相違するが、その相違開度は小さいので、上記のいずれか開度を記憶するようにした。こうして記憶した当量比１相当の背圧弁開弁開度Ｘｂは、課題を解決するための手段における「調整基準開度」に相当する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
ステップＳ１１５にて反応場的全閉開度が記憶されていると肯定判定すると、制御部２００は、記憶済み反応場的全閉開度の学習設定処理を実行する（ステップＳ３００）。図８は反応場的全閉開度の学習設定処理を示すフローチャートである。この記憶済み反応場的全閉開度の学習設定処理では、まず、制御部２００は、学習実行スパンを設定するためのカウンタｎを値１だけインクリメントし（ステップＳ３０２）、インクリメント後のカウンタｎが学習実行スパン規定カウンタ値Ｍｎに達したか否かを判定する（ステップＳ３０４）。ここで否定判定すると、現時点では、記憶済み反応場的全閉開度の学習設定のタイミングではないとして、ステップＳ１２０に移行する。その一方、ステップＳ３０４で肯定判定すると、記憶済み反応場的全閉開度を学習設定すべく、既述したステップＳ２００と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバーター１０４（図１参照）にてモーター１７０等の各種負荷との電気的な接続を遮断して、燃料電池１００を負荷遮断状況とする（ステップＳ３０５）。続いて、制御部２００は、反応場的全閉開度の設定処理におけるステップＳ２５０で記憶した背圧弁開弁開度Ｘｂと、この背圧弁開弁開度Ｘｂが得られた際のＯＣＶＭＥ０たる対比基準開回路電圧ＯＣＶｓを読み込み（ステップＳ３１０）、背圧弁１４３の開度を背圧弁開弁開度Ｘｂに設定する（ステップＳ３２０）。この際、制御部２００は、現時点における背圧弁１４３のステッピングモーターを背圧弁開弁開度Ｘｂに対応するステップまで駆動する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
次いで、制御部２００は、背圧弁開弁開度Ｘｂに設定した際の燃料電池１００のＯＣＶＸｂを電圧センサー１０２（図１）から読み込み（ステップＳ３３０）、このＯＣＶＸｂと対比基準開回路電圧ＯＣＶｓの差分電圧の絶対値を所定の閾値電圧βと対比する（ステップＳ３４０）。この閾値電圧βは、所定期間において背圧弁１４３に許容される駆動状況差異によって生じるガス供給のズレを見越して設定されている。そして、ステップＳ３４０にて、上記の差分電圧の絶対値が閾値電圧β以下であると肯定判定すると、背圧弁開弁開度Ｘｂにズレはないのでその学習は無用であるとして、後述のステップＳ３７０に移行する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
その一方、ステップＳ３４０にて上記の差分電圧の絶対値が閾値電圧βより大きくＣＶＸｂが対比基準開回路電圧ＯＣＶｓより閾値電圧βを越えて大きいと判定すると、制御部２００は、何らかの原因により背圧弁１４３の有効断面積が増して開き過ぎであるとして、背圧弁開弁開度Ｘｂを１ステップ減じた開度に更新して記憶して（ステップＳ３５０）する。また、ステップＳ３４０にて上記の差分電圧の絶対値が閾値電圧βより大きくＣＶＸｂが対比基準開回路電圧ＯＣＶｓより閾値電圧βを越えて小さいと判定すると、制御部２００は、何らかの原因により背圧弁１４３の有効断面積が減じて閉まり過ぎであるとして、背圧弁開弁開度Ｘｂを１ステップ加算した開度に更新して記憶する（ステップＳ３６０）。つまり、ステップＳ３５０とステップＳ３６０により、制御部２００は、記憶済みの背圧弁開弁開度Ｘｂに設定した際のＯＣＶＸｂと対比基準開回路電圧ＯＣＶｓとの差分電圧が小さくなる側に、記憶済みの背圧弁開弁開度Ｘｂを補正し、補正後の開度を新たな背圧弁開弁開度Ｘｂとして更新して記憶する。ステップＳ３５０とステップＳ３６０による新たな背圧弁開弁開度Ｘｂの更新記憶、およびステップＳ３４０での肯定判定を経た開度維持に続いて、制御部２００は、カウンタｎに値０をセットしてこれをクリアし（ステップＳ３７０）、後述のステップＳ１２０に移行する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
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【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2016096088.tif 000003
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2016096088.tif 000004