(57)【要約】【課題】燃料ガスの供給状態を変化させる開閉弁と、この開閉弁の下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、を有する燃料電池システムにおいて、開閉弁からの燃料供給量増大時における圧力センサの検出精度低下を抑制する。【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へと流す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、燃料供給流路３１内の開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサ４３と、圧力センサ４３で検出した圧力値に基づいて開閉弁３５を制御する制御手段４と、を備える燃料電池システム１である。制御手段４は、開閉弁３５から燃料電池１０への燃料ガス供給量が増大した場合に、開閉弁３５の駆動周期を長くする。【選択図】図１
2008218034.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流す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、前記燃料供給流路内の前記開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力値に基づいて前記開閉弁を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、前記開閉弁から前記燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下である場合に、前記開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、前記開閉弁から前記燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超える場合に、前記開閉弁の開閉動作を前記第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で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、前記燃料電池における発電量が所定の閾値以下である場合に、前記開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、前記前記燃料電池における発電量が所定の閾値を超える場合に、前記開閉弁の開閉動作を前記第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御するものである、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値以下である場合に、前記開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、前記開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値を超える場合に、前記開閉弁の開閉動作を前記第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御するものである、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記開閉弁は、インジェクタである、
請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
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流す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、前記燃料供給流路内の前記開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力値に基づいて前記開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記開閉弁から前記燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下である場合に、前記開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、前記開閉弁から前記燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超える場合に、前記開閉弁の開閉動作を前記第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御する工程を含む、
燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、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おり、燃料供給流路には、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力を一定の値まで低減させる調圧弁（レギュレータ）が設けられるのが一般的である。
【０００３】
また、現在においては、燃料ガスの供給状態（供給量・供給圧力等）を変化させる開閉弁を燃料供給流路に設けることにより、システムの運転状態に応じて燃料ガスの供給状態を変化させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−３０２５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、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、開閉弁の下流側に圧力センサを配置し、この圧力センサを用いて、開閉弁の閉鎖時における開閉弁下流側の圧力を検出し、この検出値に基づいて開閉弁の開閉動作を制御していた。かかる従来の燃料電池システムにおいては、例えばトラクションモータ等の負荷装置からの発電要求が大きくなること等に起因して開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が多くなると、開閉弁下流側における燃料ガスの圧力脈動が収束し難くなり、この結果、圧力センサによる圧力値の検出精度が低下してしまう、という問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料ガスの供給状態を変化させる開閉弁と、この開閉弁の下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、を有する燃料電池システムにおいて、開閉弁からの燃料供給量増大時における圧力センサの検出精度低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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流す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、燃料供給流路内の開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力値に基づいて開閉弁を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、開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下である場合に、開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超える場合に、開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御するものである。
【０００７】
前記燃料電池システムにおいて、燃料電池における発電量が所定の閾値以下である場合に、（開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下であるとして）開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、燃料電池における発電量が所定の閾値を超える場合に、（開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超えるものとして）開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御する制御手段を採用することができる。
【０００８】
また、前記燃料電池システムにおいて、開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値以下である場合に、（開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下であるとして）開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値を超える場合に、（開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超えるものとして）開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御する制御手段を採用してもよい。
【０００９】
また、本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、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流す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、燃料供給流路内の開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力値に基づいて開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下である場合に、開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超える場合に、開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御する工程を含むものである。
【００１０】
かかる構成及び方法を採用すると、例えば燃料電池における発電量が大きいことや開閉弁の上流側と下流側との圧力差が大きいことに起因して、開閉弁から燃料電池への燃料ガス供給量が増大した場合に、開閉弁の駆動周期を長くすることができる。従って、開閉弁から燃料電池への燃料ガス供給量が増大した場合において、開閉弁の開閉動作に起因する開閉弁下流側の燃料ガスの脈動を抑制して、圧力センサによる燃料ガス圧力値の検出精度を向上させることができる。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。
【００１１】
また、前記燃料電池システムにおいて、インジェクタを開閉弁として採用することができる。インジェクタとは、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。所定の制御部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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料ガスの供給状態を変化させる開閉弁と、この開閉弁の下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、を有する燃料電池システムにおいて、開閉弁からの燃料供給量増大時における圧力センサの検出精度低下を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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〜図４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。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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２０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。
【００１７】
水素ガス配管系３は、高圧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。
【００１８】
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Ａ１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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。本実施形態においては、インジェクタ３５の弁体は電磁駆動装置である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。
【００２１】
インジェクタ３５は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ３５のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側（燃料電池１０側）に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。なお、インジェクタ３５の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ３５下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３５上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ３５を調圧弁（減圧弁、レギュレータ）と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ３５の上流ガス圧の調圧量（減圧量）を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。
【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（燃料オフガス）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。なお、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。
【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、水素ポンプ３９、冷却ポンプのモータ等）、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の発電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、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：Ｂ４）。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。
【００３０】
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：Ｂ５）。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。
【００３１】
また、制御装置４は、燃料電池１０の発電状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に応じて、インジェクタ３５の駆動周期を設定する（駆動周期設定機能：Ｂ６）。ここで、駆動周期とは、インジェクタ３５の開閉駆動の周期、すなわち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。
【００３２】
本実施形態における制御装置４は、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値以下である場合に、図３（Ａ）に示すように、インジェクタ３５の駆動周期を比較的短い値Ｔ0（第１の駆動周期）に設定する。また、制御装置４は、燃料電池の発電電流値が所定の閾値を超える場合に、図４（Ａ）に示すように、インジェクタ３５の駆動周期をＴ0より長い値Ｔ1（第２の駆動周期）設定することとしている。
【００３３】
インジェクタ３５の駆動周期を比較的短いＴ0に設定することにより高い応答性を実現させることができるが、燃料電池１０の発電電流値が上昇することに起因してインジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が増大すると、図３（Ａ）に示すように、インジェクタ３５の駆動周期Ｔ0における閉鎖（ＯＦＦ）時間の割合が小さくなる。すると、図３（Ｂ）に示すように、インジェクタ３５の閉鎖時において、インジェクタ３５下流側に圧力脈動が発生する。このようにインジェクタ３５下流側に圧力脈動が発生すると、二次側圧力センサ４３での検出値（Ｐ0、Ｐ0´、Ｐ0″：図３（Ｂ））がばらついてしまう。二次側圧力センサ４３は、通常、インジェクタ３５の閉鎖時における下流側の圧力値を検出するためである。
【００３４】
このような問題を解決するため、本実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超えた場合には、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が所定の閾値を超えたものとして、図４（Ａ）に示すように、インジェクタ３５の駆動周期をＴ1（＞Ｔ0）に設定することにより、インジェクタ３５の駆動周期Ｔ1における閉鎖(ＯＦＦ)時間の割合を大きくしている。これにより、図４（Ｂ）に示すように、インジェクタ３５下流側の圧力脈動を収束させることができ、二次側圧力センサ４３での検出値（Ｐ1：図４（Ｂ））のばらつきを少なくする（検出精度を向上させる）ことができる。
【００３５】
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、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：Ｂ７）。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：Ｂ８）。
【００３６】
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。すなわち、制御装置４は、インジェクタ３５のフィードバック制御を実現させる。
【００３７】
続いて、図５のフローチャート等を用いて、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。
【００３８】
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燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超えた場合に、インジェクタ３５の駆動周期を変更する。
【００３９】
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）。また、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に供給され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：Ｓ２）。
【００４０】
また、制御装置４は、電流検出工程Ｓ１で検出した燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（電流値判定工程：Ｓ３）。そして、制御装置４は、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値以下であると判定した場合に、インジェクタ３５の駆動周期（Ｔ0）を特に変更することなく、二次側圧力センサ４３を用いてインジェクタ３５下流側における水素ガスの圧力値（二次側圧力）を検出する（二次側圧力検出工程：Ｓ５）。その後、制御装置４は、二次側圧力検出工程Ｓ５で検出した二次側圧力を用いて、インジェクタ３５のフィードバック制御を実現させる（インジェクタ制御工程：Ｓ６）。
【００４１】
一方、制御装置４は、電流値判定工程Ｓ３において、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超えるものと判定した場合に、インジェクタ３５の駆動周期をＴ0からＴ1に変更し（駆動周期変更工程：Ｓ４）、その後、二次側圧力センサ４３を用いてインジェクタ３５下流側における水素ガスの圧力値（二次側圧力）を検出する（二次側圧力検出工程：Ｓ５）。駆動周期変更工程Ｓ４を経ることによりインジェクタ３５の駆動周期がＴ1に変更されているため、二次側圧力検出工程Ｓ５において、圧力脈動が収束した状態で二次側圧力の検出を行うことができる（図４（Ｂ））。その後、制御装置４は、二次側圧力検出工程Ｓ５で検出した二次側圧力を用いて、インジェクタ３５のフィードバック制御を実現させる（インジェクタ制御工程：Ｓ６）。
【００４２】
インジェクタ制御工程Ｓ６について具体的に説明する。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流量（水素消費量）を算出する。また、制御装置４は、目標圧力値算出工程Ｓ２で算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ４３による検出圧力値と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する。そして、制御装置４は、算出した水素消費量とフィードバック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。
【００４３】
また、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の上流側の水素ガスの圧力値と、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。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。
【００４４】
また、制御装置４は、一次側圧力センサ４１による検出圧力値と、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し、この無効噴射時間と、インジェクタ３５の基本噴射時間と、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。その後、制御装置４は、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。以上の工程群を繰り返して調圧を行うことにより、インジェクタ３５の下流側の水素ガスの圧力値を目標圧力値に近付けることができる。
【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から燃料電池１０への水素ガスの供給量が増大した場合（燃料電池１０における発電電流値が所定の閾値を超える場合）に、インジェクタ３５の駆動周期を長くすることができる。従って、トラクションモータ１２等の負荷装置からの発電要求が大きいこと等に起因して燃料電池１０への水素ガスの供給量が増大した場合においても、インジェクタ３５の開閉動作に起因するインジェクタ下流側の圧力脈動を抑制して、二次側圧力センサ４３による圧力値の検出精度を向上させることができる。
【００４６】
なお、以上の実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超える場合に、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が所定の閾値を超えるものとしてインジェクタ３５の駆動周期を長くした例を示したが、燃料電池１０への水素ガスの供給量を検出し、この検出した供給量が所定の閾値を超える場合にインジェクタ３５の駆動周期を長くすることもできる。また、アクセル開度の検出値等に基づいて、燃料電池１０に対する発電要求を算出し、この算出した発電要求が所定の閾値を超える場合に、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が所定の閾値を超えるものとしてインジェクタ３５の駆動周期を長くしてもよい。
【００４７】
また、以上の実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超える場合にインジェクタ３５の駆動周期を長くした例を示したが、燃料電池１０の発電状態を示す他の物理量（燃料電池１０の発電時の電圧値や電力値、燃料電池１０の温度等）を検出し、この検出した物理量が所定の閾値を超える場合に、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が所定の閾値を超えるものとしてインジェクタ３５の駆動周期を長くすることもできる。また、インジェクタ３５の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値を超える場合においても、インジェクタ３５の駆動周期を長くすることもできる。
【００４８】
また、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、例えば、図６に示すように、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、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超える場合にインジェクタ３５の駆動周期を長くすることができる。
【００４９】
また、以上の実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値に基づいて水素消費量及び目標圧力値を設定した例を示したが、燃料電池１０の運転状態を示す他の物理量（燃料電池１０の発電電圧値や発電電力値、燃料電池１０の温度等）を検出し、この検出した物理量に応じて水素消費量及び目標圧力値を設定してもよい。また、燃料電池１０が停止状態にあるか、起動時の運転状態にあるか、間欠運転に入る直前の運転状態にあるか、間欠運転から回復した直後の運転状態にあるか、通常運転状態にあるか等の運転状態を制御装置４が判定し、これら運転状態に応じて水素消費量等を設定することもできる。
【００５０】
また、以上の実施形態においては、本発明における開閉弁としてインジェクタ３５を採用した例を示したが、開閉弁は燃料供給流路（水素供給流路３１）の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するものであればよく、インジェクタ３５に限られるものではない。
【００５１】
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、排気と排水との双方を実現させる排気排水弁３７を循環流路３２に設けた例を示したが、気液分離器３６で回収した水分を外部に排出する排水弁と、循環流路３２内のガスを外部に排出するための排気弁と、を別々に設け、制御装置４で排気弁を制御することもできる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【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発電電流値が所定の閾値を超える場合における各種情報の時間履歴を示すタイムチャートであり、（Ａ）は第１の駆動周期でのインジェクタの開閉動作を示すもの、（Ｂ）はインジェクタ下流側における燃料ガスの圧力値を示すものである。
【図４】図１に示した燃料電池システムの発電電流値が所定の閾値を超える場合における各種情報の時間履歴を示すタイムチャートであり、（Ａ）は第２の駆動周期でのインジェクタの開閉動作を示すもの、（Ｂ）はインジェクタ下流側における燃料ガスの圧力値を示すものである。
【図５】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。
【図６】図１に示した燃料電池システムの変形例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
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）、３５…インジェクタ（開閉弁）、４３…二次側圧力センサ。
【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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