(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のカソード極に加圧されたエアを供給するコンプレッサと、
燃料電池のアノード極に水素を供給する水素供給手段と、
燃料電池の運転状態に応じて前記コンプレッサを制御してカソード極の圧力を調整する制御装置と、
前記カソード極のエア圧力を基準圧として印加され、このエア圧力に基づいて前記アノード極への供給圧力を調整するレギュレータとを有する燃料電池の反応ガス供給装置において、
前記レギュレータに印加するエア圧力のエア流路からエアを排出することにより、前記レギュレータに印加される基準圧を調整可能な圧力調整器を設け、
前記圧力調整器開度のフィードバック制御量は、前記燃料電池の目標発電量に応じて定まるアノード極目標圧力と、検出されたアノード極の圧力とに応じて算出されることを特徴とする燃料電池の反応ガス供給装置。
【請求項２】
前記レギュレータは、前記大気圧を基準として、印加される調整圧に対する出口圧を所定値に調整するものであり、
前記圧力調整器開度のフィードフォワード制御量は、大気圧に応じて算出されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の反応ガス供給装置。
【請求項３】
前記水素供給手段は、前記アノード極から排出される水素をエゼクタを介して再度アノード極に供給させる循環流路を備え、
前記エゼクタは、水素供給流路の径が多段に切り換わるものであり、
前記圧力調整器開度のフィードフォワード制御量は、前記エゼクタの前記水素供給流路の径に応じて、算出されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の反応ガス供給装置。
【請求項４】
前記エア流路には、前記圧力調整器の上流側であって、前記レギュレータとの分岐よりも上流側にオリフィスを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池の反応ガス供給装置。
【請求項５】
前記圧力調整器は、前記レギュレータに供給するエアを排出する流通孔を開閉可能な弁体を備え、
該弁体は、前記流通孔の閉方向に縮径してなる形状であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池の反応ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のカソード入口圧力を基準圧として印加し、燃料電池のアノード供給圧力を調整するレギュレータを有する燃料電池の反応ガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車等に搭載される燃料電池システムの一例としては、酸化剤ガスを燃料電池のカソード極に供給するとともに、燃料ガスを燃料電池のアノード極に供給して、これらのガスの電気化学反応により発電出力を得るシステムが知られている。
ところで、燃料電池で発電をさせる際に、アノード極とカソード極との圧力の差分（極間差圧）を一定以内の範囲に保持する必要がある。そこで、燃料電池のカソード入口圧力を基準圧として印加し、燃料電池のアノード供給圧力を調整するレギュレータを有するシステムがある。例えば、特許文献１には、アノード極に印加する圧力をレギュレータを介して自動的に調整可能とするために、カソード極に印加する圧力を制御装置で制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３７３６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両の運転状態には、全負荷に出力を供給する全負荷出力状態やアイドル停止状態などの様々の状態がある。この車両の運転状態に応じて、燃料電池に要求される発電電力は変動し、それに伴い必要とされる反応ガスの圧力も変動する。しかしながら、単にレギュレータで機械的に制御するのみでは、全発電領域において、アノード圧をカソード圧に対する最適な値（目標値）に迅速に制御することが困難であり、応答性の面で問題がある。また、従来の技術においては、レギュレータとしてメカニカルバルブを用いており、その応答特性に応じたアノード圧に調整される。このため、発電に要求されるガス量が変動する過渡状態ではメカニカルバルブの応答遅れが生じて、レギュレータで調整されるアノード圧が目標値からずれてしまい、目標値に調整する制御を行うことが困難となるという問題がある。
本発明は、様々な運転状態に対応可能とし、要求出力に対する応答性を高めることができる燃料電池の反応ガス供給装置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】
【０００４】
請求項１に係る発明は、燃料電池のカソード極に加圧されたエアを供給するコンプレッサと、燃料電池のアノード極に水素を供給する水素供給手段（例えば、実施の形態における高圧水素タンク３０）と、燃料電池の運転状態に応じて前記コンプレッサを制御してカソード極の圧力を調整する制御装置（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ１０）と、前記カソード極のエア圧力を基準圧として印加され、このエア圧力に基づいて前記アノード極への供給圧力を調整するレギュレータとを有する燃料電池の反応ガス供給装置において、前記レギュレータに印加するエア圧力のエア流路からエアを排出することにより、前記レギュレータに印加される基準圧を調整可能な圧力調整器（例えば、実施の形態におけるエアインジェクタ３６、電磁弁５０）を設け、前記圧力調整器開度のフィードバック制御量は、前記燃料電池の目標発電量に応じて定まるアノード極目標圧力と、検出されたアノード極の圧力とに応じて算出されることを特徴とする。
【０００５】
この発明によれば、前記燃料電池の運転状態が変動して前記燃料電池のエア圧力が一時的に増大することに伴ってエア流路に流入するエア流量が急激に上昇する場合であっても、前記圧力調整器を作動させて前記エア流路からエアを排出し、前記基準圧を適正な値に調整することにより、燃料電池のアノード極に供給するガスの圧力を目標値に調整（一致）させることができる。
また、前記検出されたアノード極の圧力が前記アノード極目標圧力と略一致するように、前記レギュレータに印加される調整圧を適正に調整することにより、燃料電池のアノード極に供給するガスの圧力を目標値に調整（一致）させることができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記レギュレータは、前記大気圧を基準として、印加される調整圧に対する出口圧を所定値に調整するものであり、前記圧力調整器開度のフィードフォワード制御量は、大気圧に応じて算出される（例えば、実施の形態におけるステップＳ２４、Ｓ２６、Ｓ２８）ことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、前記レギュレータは、大気圧が変動した場合であっても前記出口圧を所定値に調整することができるとともに、前記圧力調整器開度のフィードフォワード制御量を大気圧に応じて算出し、前記レギュレータに印加される調整圧を適正に調整することにより、燃料電池のアノード極に供給するガスの圧力を目標値に調整（一致）させることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記水素供給手段は、前記アノード極から排出される水素をエゼクタを介して再度アノード極に供給させる循環流路を備え、前記エゼクタは、水素供給流路の径が多段に切り換わるものであり、前記圧力調整器開度のフィードフォワード制御量は、前記エゼクタの前記水素供給流路の径に応じて、算出される（例えば、実施の形態におけるステップＳ２２）ことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記エゼクタを介して循環する水素の量を、前記径を切り換えることで適正な量に調整することができるとともに、前記圧力調整器開度のフィードフォワード制御量を前記径に応じて算出し、前記エゼクタの切換えられた径に応じて前記レギュレータに印加される調整圧を適正に調整することにより、燃料電池のアノード極に供給するガスの圧力を目標値に調整（一致）させることができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものであって、前記エア流路には、前記圧力調整器の上流側であって、前記レギュレータとの分岐よりも上流側にオリフィス（例えば、実施の形態におけるオリフィス３４）を、前記圧力調整器に近接するように設けたことを特徴とする。
この発明によれば、前記オリフィスを圧力調整器の上流側であって、前記レギュレータとの分岐よりも上流側に設けることで、前記圧力調整器からのエアの排出量に対して、前記圧力調整器に流入してくるエア量を抑制することで、前記エア流路の経路の長さに関わらず、圧力調整の安定化を図ることができ、さらに、前記エア量の変動に対する前記圧力調整器の応答性を高めることができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のものであって、前記圧力調整器は、前記レギュレータに供給するエアを排出する流通孔（例えば、実施の形態における流通孔３３）を開閉可能な弁体（例えば、実施の形態における弁体２７）を備え、該弁体は、前記流通孔の閉方向に縮径してなる形状であることを特徴とする。
この発明によれば、前記弁体が前記流通孔の閉方向に縮径してなる形状であるため、前記弁体を前記流通孔の閉方向に移動させて前記流通孔を閉塞させる際の発生音を低減することができ、また、前記弁体を前記流通孔の開方向または閉方向に移動させることにより、前記弁体と前記流通孔との間隔を一義的に設定することができるため、圧力調整を一義的に調整することができ、圧力調整を高い精度で行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、燃料電池の運転状態が変動した場合であっても、前記基準圧を適正な値に調整することが可能となり、要求出力に対する応答性を高めることができる。
また、前記レギュレータに印加される調整圧を適正に調整することができる。
請求項２に係る発明によれば、大気圧が変動した場合であっても前記出口圧を所定値に調整することができるとともに、前記レギュレータに印加される調整圧を適正に調整することができる。
請求項３に係る発明によれば、エゼクタを介して循環する水素の量を適正な量に調整することができるとともに、前記エゼクタの切換えられた径に応じて前記レギュレータに印加される調整圧を適正に調整することができる。
請求項４に係る発明によれば、前記圧力調整器からのエアの排出量に対して、前記圧力調整器に流入してくるエア量を抑制することで、前記エア流路の経路の長さに関わらず、圧力調整の安定化を図ることができ、さらに、前記エア量の変動に対する前記圧力調整器の応答性を高めることができる。
請求項５に係る発明によれば、前記弁体を前記流通孔の閉方向に移動させて前記流通孔を閉塞させる際の発生音を低減することができ、圧力調整を高い精度で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池の反応ガス供給装置について実施の形態を説明する。
図１は、この発明の一実施の形態における燃料電池の反応ガス供給装置の構成を示すブロック図である。燃料電池１は、固体高分子電解質膜の両側にアノード極とカソード極が設けられ各電極の外側に反応ガスを供給するためのガス通路が設けられてなるセルを多数積層して構成されている。
この燃料電池１は、アノード極に燃料ガスとしての水素ガスが供給され、カソード極に酸化剤ガスとしての空気が供給されて発電を行う。
【００１５】
空気はエアコンプレッサ２によって加圧され、カソード加湿器３で加湿されて燃料電池１のカソード極に供給され、この空気中の酸素が酸化剤として供された後、燃料電池１から空気オフガスとして排出され、圧力制御弁４を介して大気に放出される。ＥＣＵ１０は、燃料電池１に要求されている出力（以下、要求出力）に応じて、エアコンプレッサ２を駆動して所定量の空気を燃料電池１に供給するとともに、圧力制御弁４を制御してカソード極での空気の供給圧を燃料電池１の要求出力に応じた圧力に調整する。
【００１６】
一方、高圧水素タンク３０から放出された水素ガスはレギュレータ５により減圧された後、エゼクタ６を通り、アノード加湿器７で加湿されて燃料電池１のアノード極に供給される。この水素ガスは発電に供された後、燃料電池１から水素オフガスとして排出され、水素オフガス回収路１１を通ってエゼクタ６に吸引され、前記高圧水素タンクから供給される水素ガスと合流し再び燃料電池１に供給され循環するようになっている。
【００１７】
レギュレータ５は、例えば空気式の比例圧力制御弁（図２参照）からなり、エアコンプレッサ２から供給される空気の圧力を信号圧として空気信号導入路１５を介して入力され、レギュレータ５出口の水素ガスの圧力が前記信号圧に応じた所定圧力範囲となるように減圧制御する。本実施の形態においては、大気圧を基準として、信号圧の所定倍（例えば３倍）の圧力をレギュレータ５出口の圧力となるように制御している。
【００１８】
このレギュレータ５について図２の概略断面図を参照して説明する。
レギュレータ５のボディ２１の内部空間は調圧ダイヤフラム２２ａ、２２ｂ（２２）によって上下に仕切られていて、ダイヤフラム２２ａよりも上側の空間は信号圧室２３になっていて、ダイヤフラム２２ｂよりも下側の空間は水素ガス通路２４になっている。信号圧室２３は空気導入孔２５を備えた密閉空間になっていて、コンプレッサ２で加圧された空気が空気信号導入路１５を介して空気導入孔２５から信号圧室２３に導入される。
【００１９】
ダイヤフラム２２ｂの下面にはステム２６が取り付けられており、ステム２６には、水素ガス通路２４内のバルブシート部２８に対して上側から着座離反可能な弁体２７が設けられている。そして、信号圧室２３には、弁体２７をバルブシート部２８から離間する方向に付勢するバイアス設定用スプリング（弾性体）２９が設けられている。
また、ボディ２１には、弁体２７が配置されている側の水素ガス通路２４ａに連通する水素ガス入口３１と、弁体２７が配置されていない側の水素ガス通路２４ｂに連通する水素ガス出口３２が設けられていて、水素ガス入口３１、水素ガス出口３２は水素供給管１３に接続されている。
【００２０】
このように構成されたレギュレータ５では、上向きに作用する第２の推力が下向きに作用する第１の推力よりも小さいときにはダイヤフラム２２ａ、２２ｂに下向きの力が作用し、弁体２７をバルブシート部２８から離間させる方向（すなわち、開弁方向）へ押動する。これにより、バルブシート部２８に形成された流通孔３３が弁体２７から開放されるため、水素供給管１３を流通する水素ガスは、レギュレータ５内を流通可能となる。一方、第２の推力が第１の推力よりも大きくなったときにはダイヤフラム２２に上向きの力が作用し、弁体２７をバルブシート部２８に接近する方向（すなわち、閉弁方向）へ押動する。これにより、バルブシート部２８に形成された流通孔３３が弁体２７により閉塞されるため、水素供給管１３を流通する水素ガスは、レギュレータ５内を流通不能となる。
【００２１】
また、エゼクタ６は、水素供給流路の径が多段に切り換わるものであり、具体的には、径の異なる複数のノズルを備えたスライド部材がスライドすることにより、ノズルのいずれかが水素ガス供給流路に接続される。これにより、エゼクタ６に供給されるガス（この場合は水素ガス）の流量が制御される。
【００２２】
また、レギュレータ５に接続された空気信号導入路１５には、レギュレータ５の上流側にオリフィス３４やレギュレータ圧力センサ３５が設けられている。オリフィス３４やレギュレータ圧力センサ３５の下流側でエア流路３９が分岐して、このエア流路３９にエアインジェクタ３６が設けられている。
そして、ＥＣＵ１０は、図示しないバッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センサ３８、大気圧センサ３７、アノード入口圧センサ４２、カソード入口圧センサ４３、レギュレータ圧力センサ３５に接続され、これらのセンサの検出値に基づいて、エアインジェクタ３６の開度を調整するようにしている。
【００２３】
なお、水素オフガス回収路１１は電磁駆動式のパージ弁８を介して水素オフガス排出路１２に接続されている。このパージ弁８は、燃料電池１のアノード極側に水が溜まらないように排水するなどの作用がある。
【００２４】
そして、燃料電池１の入口ガス圧力を以下のように目標値に制御する。すなわち、アノード入口圧（アノード入口圧センサ４２で検出される圧力）を目標値にするために、エゼクタ６での圧力損失分を考慮してレギュレータ５の出口圧を設定する。本実施の形態のように、エゼクタ６が多段方式（ノズル径を切り換える方式）になっている場合は、切り換えた径に応じて圧力損失を考慮した補正を行う。そして、レギュレータ５の特性に応じてレギュレータ５の信号圧（パイロット圧ＰＲＥＧ）を設定し、レギュレータ５の実際のパイロット圧ＰＲＥＧが該調整圧になるように、エアインジェクタ３６から排出するエアの量を調整する。
【００２５】
上記のように構成された燃料電池の反応ガス供給装置の動作について説明する。図３〜図５は反応ガス供給装置の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１２で、アイドルストップ要求があるかどうか、換言すれば、車両がアイドル状態で発電要求がない時にコンプレッサ２の停止要求があるかどうかを判定し、判定結果がＹＥＳの場合はステップＳ１４に進み、判定結果がＮＯの場合はステップＳ１６に進む。
ステップＳ１４では、水素圧力基準値ＰＨＢＳをアイドルストップ専用値ＰＨＳＴＰに設定して、ステップＳ１８に進む。このように、アイドルストップ時には水素圧力基準値ＰＨＳＴＰを特別な値に持ち替える。
【００２６】
一方、ステップＳ１６では、テーブル１（図６参照）に従って、目標発電電流ＩＦＣＴＡＲから目標アノード圧力ベース値ＰＨＢＳを算出する。図６は、目標発電電流ＩＦＣＴＡＲと目標アノード圧ベース値ＰＨＢＳの関係を示すグラフ図である。同図に示すように、発電性能を向上させるため、目標発電電流ＩＦＣＴＡＲが高くなるとそれに伴い目標アノード圧ベース値ＰＨＢＳも高くなるように設定する。
【００２７】
ステップＳ１８では、目標アノード圧ベース値ＰＨＢＳと実際に検出されたカソード圧力値ＰＡの差が、基準範囲ΔＰ１以下になるように目標アノード圧ベース値ＰＨＢＳを制限して（リミットをかけて）、その値を新たに目標アノード圧ベース値ＰＨＢＳに設定する。
ステップＳ２０では、目標アノード圧ベース値ＰＨＢＳと冷却水圧力値ＰＷとの差が、ΔＰ２以下になるように目標アノード圧ベース値ＰＨＢＳを制限して（リミットをかけて）、その値を目標アノード圧ＰＨＴＡＲに設定する。
これらステップＳ１８、Ｓ２０の処理を行うことにより、燃料電池１の固体高分子電解質膜を極間差圧の変動から保護している。
【００２８】
ステップＳ２２では、マップ１（図７参照）に従って、ステップＳ２０で求めた目標アノード圧ＰＨＴＡＲと発電電流ＩＦＣとから目標信号圧ベース値ＰＲＥＧＢＳを算出する。図７は、目標アノード圧ＰＨＴＡＲと目標信号圧ベース値ＰＲＥＧＢＳと、発電電流ＩＦＣの関係を示すグラフ図である。同図に示すように、目標アノード圧ＰＨＴＡＲが高くなるとそれに伴い目標信号圧ベース値ＰＲＥＧＢＳも高くなる。さらに、発電電流ＩＦＣが大きくなると、それに伴い目標アノード圧ＰＨＴＡＲに対する目標信号圧ベース値ＰＲＥＧＢＳも高くなる。このような関係になるのは、発電電流に応じたエゼクタ６の圧力損失を加味して目標信号圧ベース値を設定しているためである。
本実施の形態においては、運転状態（発電状態）に応じて、エゼクタ６のノズル（図示せず）の径を切り換える。すなわち、発電電流が大きくなるにつれて、径の大きなノズルに切り換える。上述したマップ１は、多段に切り換わるエゼクタ６の径のうちの一つの径に対するマップであり、エゼクタ６のそれぞれの径に対応するマップを有している。このようにすることで、エゼクタ６の径が切り換わって、それに応じてアノード圧の圧損が変わっても、この圧損の変動を加味した適正な制御を行うことができる。
【００２９】
ステップＳ２４では、テーブル２（図８参照）に従って、大気圧ＰＯに基づいて補正係数ＫＰＲＥＧＰＯを算出する。図８は大気圧ＰＯと補正係数ＫＰＲＥＧＰＯとの関係を示すグラフ図である。同図に示すように、大気圧ＰＯの低い高地では補正係数ＫＰＲＥＧＰＯが高くなり、大気圧ＰＯの高い低地では補正係数ＫＰＲＥＧＰＯが低くなるように設定している。
【００３０】
ステップＳ２６では、目標信号圧ベース値ＰＲＥＧＢＳに補正係数ＫＰＲＥＧＰＯを乗じた値をレギュレータ５入口の目標圧力ＰＲＥＧＴＡＲとして設定する。
レギュレータ５は、大気圧ＰＯを基準に出口圧を所定値に調整する機能を有する調整弁であるが、燃料電池１のアノード入口圧力の目標値は、絶対圧で設定される。
よって、大気圧の変動を加味した目標圧力ＰＲＥＧＴＡＲを変更することで、大気圧が低下しても、前記レギュレータ５に印加される調整圧を適正に調整することにより、アノード極の入口圧（絶対圧）を目標値に調整することができる。
【００３１】
ステップＳ２８では、マップ２（図９参照）に従って、目標信号圧ＰＲＥＧＴＡＲと信号元圧（カソード圧）ＰＡからインジェクタベース指令値ＴＩＢＳを算出する。図９は目標信号圧ＰＲＥＧＴＡＲとインジェクタベース指令値ＴＩＢＳと、信号圧元圧ＰＡとの関係を示すグラフ図である。同図に示すように、インジェクタベース指令値ＴＩＢＳと目標信号圧ＰＲＥＧＴＡＲとは反比例する。また、信号圧元圧ＰＡが大きい程、目標信号圧ＰＲＥＧＴＡＲに対するインジェクタベース指令値ＴＩＢＳの値は大きくなる。このように算出された指令値ＴＩＢＳが、インジェクタ３６の単位周期（例えば３０ｍｓｅｃ）毎の開弁時間となる。
【００３２】
ステップＳ３０では、テーブル３（図１０参照）に従って、大気圧ＰＯから補正係数ＫＴＩＰＯを算出する。図１０は大気圧ＰＯと補正係数ＫＴＩＰＯとの関係を示すグラフ図である。同図に示すように、大気圧ＰＯの低い高地では補正係数ＫＴＩＰＯが高くなり、大気圧ＰＯの高い低地では補正係数ＫＴＩＰＯが低くなるように設定している。
【００３３】
ステップＳ３２では、目標アノード圧ＰＨＴＡＲと、アノード入口圧センサ４２で検出された実際のアノード圧力ＰＨとの差分からフィードバック係数を算出する。ステップＳ３４では、ＰＩＤ制御により、アノード圧力フィードバック補正量ＴＩＰＨを算出する。これらステップＳ３２、３４の処理によりアノード入口圧のフィードバック制御を行うことができる。
このように、フィードバック制御を行うことにより、検出されたアノード入口圧ＰＨが目標アノード圧ＰＨＴＡＲと略一致するように、レギュレータ５に印加される調整圧を適正に調整することができる。
【００３４】
また、フィードバック制御としては、ステップＳ３２、３４の制御に換えて、目標信号圧と実際の信号圧との差分からフィードバック係数を算出し、ＰＩＤ制御によりアノード圧フィードバック補正量ＴＩＰＨを算出するようにしてもよい。
【００３５】
ステップＳ３６で、バッテリ電圧センサ３８で検出される電圧ＶＩＮＪから無効時間ＴＩＶを算出する。これにより、バッテリの電圧に応じてインジェクタ３６の弁体のリフト量が変動した場合でも、適正な制御を行うことができる。
ステップＳ３８では、基本値ＴＩＢＳに補正係数ＫＴＩＰＯをかけて、その値に補正値ＴＩＰＨを加算して、フィードフォワード基本値ＴＩＣＭＤＴＭＰとする。
これにより、フィードバック制御量の基本値ＴＩＢＳを大気圧に応じた適正な値にすることができる。
そして、ステップＳ４０で、ＴＩＣＭＤＴＭＰに無効時間ＴＩＶを加算して、インジェクタ指令値ＴＩＣＭＤを算出する。
このようにすることで、レギュレータ５に対する基準圧を適正な値に調整することが可能となり、要求出力に対する応答性を高めることができる。
【００３６】
また、レギュレータ５に印加される基準圧を調整する手段として、エアインジェクタ３６に換えて電磁弁を用いることもできる。これについて、図１１〜図１３を用いて説明する。図１１は図１に示すレギュレータに印加される基準圧を調整可能な電磁弁の断面図である。同図に示すように、電磁弁５０ａのバルブシート２８には流通孔３３が形成され、該流通孔３３に対向するように、バルブ５３ａが配置される。さらに、このバルブ５３ａの後端にプランジャ５２が形成されていて、このプランジャ５２の外側前方にソレノイドコイル５１が配設されている。プランジャ５２は図示しないスプリングにより、前記バルブ５３ａが流通孔３３を閉塞する方向に付勢されている。また、ソレノイドコイル５１は、前記空気信号導入路１５内に空気が導入されると、通電されるように制御される。
【００３７】
従って、ソレノイドコイル５１に通電のない状態では、前記リターンスプリングの弾性力によってバルブ５３ａが流通孔３３に接するため、電磁弁５０ａでのエアの流通が遮断される。また、ソレノイドコイル５１に通電があると、前記リターンスプリングの弾性力に抗してプランジャ５２がソレノイドコイル５１側に変位してバルブ５３ａの先端部が流通孔３３から離間するため、電磁弁５０ａでの水素ガスの流通が許容される。
この電磁弁５０ａは、図１２に示すように、所定間隔でＯＮ、ＯＦＦ制御される。このＯＮ、ＯＦＦ制御のデューティー比は、ＥＣＵ１０により燃料電池１上流側のアノード極圧や信号圧、または両者の圧を監視することで制御される。これにより、電磁弁５０ａの開弁時間が設定される。このようにすると、簡易な制御構成で、信号圧をコントロールすることが可能となる。
【００３８】
また、オリフィス３４をエアインジェクタ３６に近接するようにエアインジェクタ３６の上流側に設けることで、前記エアインジェクタ３６からのエアの排出量に対して、前記エアインジェクタ３６に流入してくるエア量を抑制することで、空気信号導入路１５の経路の長さに関わらず、圧力調整の安定化を図ることができ、さらに、前記エア量の変動に対する前記圧力調整器の応答性を高めることができる。
【００３９】
また、図１３は図１に示すレギュレータに印加される基準圧を調整可能な他の電磁弁の断面図である。同図に示す電磁弁５０ｂは、上述の電磁弁５０ｂに対して、ニードル５３ｂが流通孔３３の閉方向に縮径してなる形状である点で異なっている。このようにすると、ニードル５３ｂを流通孔３３の閉方向に移動させて流通孔３３を閉塞させる際の発生音を低減することができる。また、ニードル５３ｂを流通孔３３の開方向または閉方向に移動させることにより、ニードル５３ｂと流通孔３３との間隔を一義的に設定することができるため、圧力調整を一義的に調整することができ、圧力調整を高い精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における燃料電池の反応ガス供給装置のブロック図である。
【図２】図１に示すレギュレータの断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池の反応ガス供給装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す燃料電池の反応ガス供給装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す燃料電池の反応ガス供給装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】目標発電電流と目標アノード圧ベース値の関係を示すグラフ図である。
【図７】目標アノード圧と目標信号圧ベース値と、発電電流の関係を示すグラフ図である。
【図８】大気圧と補正係数との関係を示すグラフ図である。
【図９】目標信号圧とインジェクタベース指令値と、信号圧元圧との関係を示すグラフ図である。
【図１０】大気圧と補正係数との関係を示すグラフ図である。
【図１１】図１に示すレギュレータに印加される基準圧を調整可能な電磁弁の断面図である。
【図１２】電磁弁のＯＮ、ＯＦＦ制御の時間変化を示すグラフ図である。
【図１３】図１に示すレギュレータに印加される基準圧を調整可能な電磁弁の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  燃料電池
２  コンプレッサ
５  レギュレータ
６  エゼクタ
１０  ＥＣＵ
３０  水素タンク
３５  レギュレータ圧力センサ
３６  エアインジェクタ（圧力調整器）
３７  大気圧センサ
３９  エア流路
４２  アノード入口圧センサ
４３  カソード入口圧センサ
５０（５０ａ、５０ｂ）  電磁弁（圧力調整器）
【図１】
0004647236.tif 000002
【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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【図１３】
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