(57)【要約】【課題】燃料電池の運転状態に応じて燃料ガスの供給圧力を適切に変化させることが可能であり、経年変化や固体差の影響を極力抑えた良好な圧力応答性を確保する。【解決手段】ステップＳ１で検出したＦＣ電流からインジェクタ３５の基本噴射時間を求め、このＦＣ電流に基づく基本噴射時間に所定の補正係数Ｋを乗じて補正（学習）したものを改めて基本噴射時間と再定義して、最終的に求めるべき噴射時間のフィードフォワード項（Ｆ／Ｆ項）を求める（ステップＳ５）。この補正係数Ｋは、システム起動時に燃料電池１０のアノード側におけるＦＣ入口圧力を所定の目標圧まで加圧し、ＦＣ入口圧力が当該目標圧に達する迄のインジェクタ３５の総駆動時間Ｔinjと総噴射量Ｑとの関係から、インジェクタ３５の単位駆動時間当たりの流量特性を求めることにより設定し、システム起動時に毎回更新する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、この燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するガス状態可変供給装置と、該ガス状態可変供給装置を前記燃料電池の運転状態に応じて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、
前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を学習し、該学習の結果に基づき前記ガス状態可変供給装置の駆動パラメータを設定する学習手段を備えると共に、
前記学習手段は、少なくとも、前記ガス状態可変供給装置による所定値以上のガス供給変化に基づく第１の値と、前記ガス状態可変供給装置の作動指令値に基づく第２の値とを用いて、前記駆動特性を学習する燃料電池システム。
【請求項２】
前記学習手段は、学習する前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を当該ガス状態可変供給装置の上流圧に応じて補正する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記学習手段は、学習する前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を前記燃料ガスの温度に応じて補正する請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ガス状態可変供給装置は、その上流側と下流側とを連通する内部流路と、該内部流路内に移動可能に配設されその移動位置に応じて前記内部流路の開口状態を変更可能な弁体と、電磁駆動力により前記弁体を駆動する弁体駆動部と、を備えてなるインジェクタである請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記作動指令値は、前記インジェクタの噴射時間を制御する指令値である請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記インジェクタの噴射時間は、前記燃料電池の発電電流から求められる基本噴射時間をフィードフォワード項として含み、
前記学習手段は、前記フィードフォワード項に前記学習の結果を反映させる請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記ガス供給変化は、前記ガス状態可変供給装置の下流圧の上昇である請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、この燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するガス状態可変供給装置と、該ガス状態可変供給装置を前記燃料電池の運転状態に応じて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、
前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を学習し、該学習の結果に基づき前記ガス状態可変供給装置の駆動パラメータを設定する学習手段を備えると共に、
前記学習手段は、互いに異なる駆動条件で前記ガス状態可変供給装置を駆動させ、これら駆動条件での燃料ガス供給回数から、前記ガス状態可変供給装置の無効供給時間を学習する燃料電池システム。
【請求項９】
前記無効供給時間は、前記ガス状態可変供給装置が前記制御手段から駆動制御信号を受けてから実際にガス供給を開始するまでに要する時間である請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記互いに異なる駆動条件は、前記ガス状態可変供給装置の下流圧の上昇幅と、前記ガス状態可変供給装置による燃料ガスの１供給回数当たりの供給時間のうち、少なくとも一方である請求項８又は９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記学習手段は、前記燃料電池の起動時に学習を行う請求項１から１０のいずれか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、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】
そして、燃料供給流路上に設けられて燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を調整する圧力調整弁として、酸化ガスを圧力源とした印加圧力を作用させることにより、燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を調整可能にした可変調圧弁を備えた燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１５００９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載されているような可変調圧弁によれば、運転状況に応じて燃料ガスの供給圧力を変化させることが可能となる。しかしながら、このような可変調圧弁であっても、経年変化や固体差の影響を受けることは避けられず、調圧精度や圧力応答性の低下を招くことがある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の運転状態に応じて燃料ガスの供給圧力を適切に変化させることが可能であり、経年変化や固体差の影響を極力抑えた良好な圧力応答性を確保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、この燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、この燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するガス状態可変供給装置と、該ガス状態可変供給装置を前記燃料電池の運転状態に応じて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、前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を学習し、該学習の結果に基づき前記ガス状態可変供給装置の駆動パラメータを設定する学習手段を備えると共に、前記学習手段は、少なくとも、前記ガス状態可変供給装置による所定値以上のガス供給変化に基づく第１の値と、前記ガス状態可変供給装置の作動指令値に基づく第２の値とを用いて、前記駆動特性を学習する。
【０００７】
前記学習手段は、学習する前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を当該ガス状態可変供給装置の上流圧に応じて補正してもよい。
【０００８】
前記学習手段は、学習する前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を前記燃料ガスの温度に応じて補正してもよい。
【０００９】
前記ガス状態可変供給装置として、その上流側と下流側とを連通する内部流路と、該内部流路内に移動可能に配設されその移動位置に応じて前記内部流路の開口状態を変更可能な弁体と、電磁駆動力により前記弁体を駆動する弁体駆動部と、を備えてなるインジェクタを採用してもよい。
【００１０】
前記作動指令値としては、前記インジェクタの噴射時間を制御する指令値を採用することができる。
【００１１】
前記インジェクタの噴射時間は、前記燃料電池の発電電流から求められる基本噴射時間をフィードフォワード項として含み、前記学習手段は、前記フィードフォワード項に前記学習の結果を反映させてもよい。
【００１２】
前記ガス供給変化は、前記ガス状態可変供給装置の下流圧の上昇としてもよい。
【００１３】
本発明に係る他の燃料電池システムは、燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、この燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するガス状態可変供給装置と、該ガス状態可変供給装置を前記燃料電池の運転状態に応じて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、前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を学習し、該学習の結果に基づき前記ガス状態可変供給装置の駆動パラメータを設定する学習手段を備えると共に、前記学習手段は、互いに異なる駆動条件で前記ガス状態可変供給装置を駆動させ、これら駆動条件での燃料ガス供給回数から、前記ガス状態可変供給装置の無効供給時間を学習する。
【００１４】
前記無効供給時間とは、前記ガス状態可変供給装置が前記制御手段から駆動制御信号を受けてから実際にガス供給を開始するまでに要する時間をいう。
【００１５】
前記互いに異なる駆動条件は、前記ガス状態可変供給装置の下流圧の上昇幅と、前記ガス状態可変供給装置による燃料ガスの１供給回数当たりの供給時間のうち、少なくとも一方とすることができる。
【００１６】
以上の燃料電池システムにおいて、前記学習手段は、前記燃料電池の起動時に学習を行ってもよい。
【００１７】
これらの構成によれば、ガス状態可変供給装置の経年変化や個体差による駆動特性あるいは無効供給時間のばらつきを学習し、その学習結果を反映させたガス状態可変供給装置の駆動制御が可能となる。なお、「ガス状態」とは、ガスの状態（流量、圧力、温度、モル濃度等）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。
【００１８】
ガス状態可変供給装置は、電磁駆動方式のインジェクタでもよいし、例えばエア圧やモータによってダイヤフラムを介して弁体が駆動されるダイヤフラム式のレギュレータのような可変調圧レギュレータでもよい。
【００１９】
ガス状態可変供給装置の駆動特性とは、例えば燃料電池の入口側ガス状態（ガス状態可変供給装置の二次側ガス状態）と入口側目標ガス状態（ガス状態可変供給装置の二次側目標ガス状態）との関係、燃料電池の入口側ガス状態（ガス状態可変供給装置の二次側ガス状態）と発電電流との関係、ガス状態可変供給装置の一次側ガス状態と二次側ガス状態との関係、ガス状態可変供給装置の一次側ガス状態と燃料電池の発電電流との関係等である。
【００２０】
ガス状態可変供給装置の駆動パラメータとは、例えばガス状態可変供給装置が上記電磁駆動方式のインジェクタである場合には、噴射量、噴射時間、デューティ比、駆動周波数、駆動パルス等であり、また、ガス状態可変供給装置が上記ダイヤフラム式のレギュレータである場合には、ダイヤフラムを介して弁体を開方向又は閉方向に付勢する印加圧力（例えば、流体圧やバネ圧）等がある。
【００２１】
上記燃料電池システムのうち、学習するガス状態可変供給装置の駆動特性を当該ガス状態可変供給装置の上流圧あるいは温度に応じて補正する構成によれば、高精度の学習が可能となる。
【００２２】
上記燃料電池システムのうち、インジェクタの噴射時間に含まれるフィードフォワード項に学習の結果を反映させる構成によれば、インジェクタの応答性の更なる向上を図ることが可能となる。
【００２３】
上記燃料電池システムのうち、燃料電池の起動時（システム起動時）に学習を行う構成によれば、燃料電池による燃料ガス消費のない状態、言い換えれば、外乱の少ない状態にて、高精度の学習が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ガス状態可変供給装置の経年変化や個体差によらない良好な応答性を有する燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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（移動体）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。まず、図１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。
【００２６】
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（燃料供給系）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（制御手段、学習手段）４等を備えている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。水素ガス配管系３は、本発明における燃料供給系の一実施形態である。
【００３０】
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。
【００３１】
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（ガス状態可変供給装置）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。
【００３２】
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ヤ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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等のガス状態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。
【００３６】
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、多段階、連続的（無段階）、又はリニア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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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よりも下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３５よりも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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、排出流路３８内のガスは、希釈器４０によって希釈されて排気流路２３内のガスと合流するようになっている。
【００４３】
制御装置４は、車両に設けられた加速操作装置（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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
具体的には、図２のフローチャートに示すように、制御装置４は、燃料電池１０の発電電流（以下、ＦＣ電流）を電流センサ１３で検出し（ステップＳ１）、例えば図３に示すマップ、つまり、ステップＳ１で検出したＦＣ電流と、燃料電池１０に対する要求出力に対応して設定される燃料電池１０の入口側目標圧力（以下、ＦＣ入口目標圧力）との関係を表わすマップを用いて、ステップＳ１で検出したＦＣ電流からＦＣ入口目標圧力を求める（ステップＳ３）。
【００４７】
次に、制御装置４は、例えば図４に示すマップ、つまり、ＦＣ電流とインジェクタ３５の基本噴射時間との関係を表わすマップを用いて、まず、ステップＳ１で検出したＦＣ電流からインジェクタ３５の基本噴射時間を求め、しかる後に、このＦＣ電流に基づく基本噴射時間に所定の補正係数Ｋを乗じて補正（学習）したものを改めて基本噴射時間と再定義して、最終的に求めるべき噴射時間のフィードフォワード項（以下、Ｆ／Ｆ項）を求める（ステップＳ５）。
【００４８】
この補正係数Ｋは、図５に示すように、システム起動時に燃料電池１０のアノード側におけるＦＣ入口圧力を所定の目標圧まで加圧（起動時加圧）し、ＦＣ入口圧力が当該目標圧に達する迄のインジェクタ３５の総駆動時間Ｔinjと総噴射量Ｑとの関係から、インジェクタ３５の単位駆動時間当たりの流量特性を求めることによって設定されるものであり、システム起動時に毎回更新される。
【００４９】
具体的には、まず、例えば図６に示すマップ、つまり、起動時加圧の開始から目標圧に達するまでの圧力上昇幅ΔＰと、インジェクタ３５の総噴射量Ｑとの関係を表すマップを用いて、上記加圧時における圧力上昇幅ΔＰ（所定値以上のガス供給変化）から総噴射量Ｑ（第１の値）を求める。次に、この求めた総噴射量Ｑをインジェクタ３５の総駆動時間Ｔinj（第２の値）で除すことにより、インジェクタ３５の流量特性Ｃinj（＝総噴射量Ｑ／総駆動時間Ｔinj）を求める。
【００５０】
次に、この求めた流量特性Ｃinjと、燃料電池システム１の出荷時等に予め初期設定されている基本流量特性Ｃinj＿baseとを用いて、当該インジェクタ３５に固有の流量特性比を求める。そして、この流量特性比を上記Ｆ／Ｆ項を求める際の補正係数Ｋ（＝流量特性Ｃinj／基本流量特性Ｃinj＿base）として用い、Ｆ／Ｆ項（＝補正係数Ｋ×ＦＣ電流に基づく基本噴射時間）を求める。
【００５１】
次に、制御装置４は、図２のステップＳ３で求めたＦＣ入口目標圧力と、二次側圧力センサ４３で検出した現在の燃料電池１０の入口側圧力（以下、ＦＣ入口圧力）との偏差（以下、ＦＣ入口圧力偏差）を求め（ステップＳ７）、このＦＣ入口圧力偏差を補正（低減）するための補正値として、インジェクタ噴射時間のフィードバック項（以下、Ｆ／Ｂ項）を求める（ステップＳ９）。
【００５２】
次に、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Ｔｖを算出する（ステップＳ１１）。無効噴射時間Ｔｖ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。
【００５３】
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Ｔｖ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Ｔｖを算出して更新することとしている。
【００５４】
次に、制御装置４は、ステップＳ３で求めたインジェクタ３５のＦ／Ｆ項に、ステップＳ９で求めたＦ／Ｂ項と、ステップＳ１１で求めた無効噴射時間Ｔｖとを加算することにより、インジェクタ３５の噴射時間（噴射量）を求める（ステップＳ１３）。
【００５５】
そして、制御装置４は、かかるインジェクタ噴射時間を実現させるための制御信号をインジェクタ３５に出力することにより、インジェクタ３５の噴射時間及び噴射時期を制御し、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。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１によれば、インジェクタ３５の噴射時間を求めるにあたって、基本噴射時間であるＦ／Ｆ項をＦ／Ｂ項と無効噴射時間Ｔｖとで補正しているので、Ｆ／Ｆ項だけから噴射時間を求める場合に比して、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を精度良く、しかも、応答性良く補正することが可能である。
【００５７】
しかも、本実施形態のＦ／Ｆ項は、ＦＣ電流に基づく基本噴射時間をそのままＦ／Ｆ項とするのではなく、このＦＣ電流に基づく基本噴射時間を、システム起動時にＦＣ入口圧力が所定の目標圧に達する迄のインジェクタ３５の総駆動時間Ｔinjと総噴射量Ｑとの関係から求められて毎回更新される補正係数Ｋ（インジェクタ３５の単位駆動時間当たりの流量特性）を用いて補正し、これをＦ／Ｆ項としている。
【００５８】
すなわち、本実施形態では、毎システム起動時にＦ／Ｆ項の補正係数Ｋを求めることにより、インジェクタ３５の経年変化や個体差による流量特性を学習し、その学習結果をＦ／Ｆ項に反映させているので、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力は、インジェクタ３５の経年変化や個体差によるばらつきの影響が抑制されたものとなり、精度良く、しかも、応答性の良い制御が可能である。
【００５９】
また、本実施形態では、燃料電池１０による水素ガス消費のない状態、言い換えれば、外乱の少ないシステム起動時に、インジェクタ３５の経年変化や個体差による流量特性を学習するようにしているので、高精度の学習が可能となっている。
【００６０】
図７は、ＦＣ入口圧力の目標圧に対する実際のＦＣ入口圧力の追従性を比較した結果の一例であり、実線はＦＣ入口圧力の目標圧、破線はＦＣ電流に基づく基本噴射時間に補正係数Ｋを乗じてＦ／Ｆ項とした本発明の一実施例、一点鎖線はＦＣ電流に基づく基本噴射時間をそのままＦ／Ｆ項とした一比較例である。同図より、本実施例の目標圧に対するＦＣ入口圧力の追従性は、比較例よりも格段に優れていることがわかる。
【００６１】
なお、上記補正係数Ｋは、一次側圧力センサ４１で検出したインジェクタ３５の一次圧（上流圧）に応じて補正することとしてもよい。例えば、インジェクタ３５の一次圧が相対的に高い場合は、相対的に低い場合と比較して、同じ総噴射量Ｑでも総駆動時間Ｔinjは短くなるので、みかけ上の流量特性Ｃinj（＝総噴射量Ｑ／総駆動時間Ｔinj）は実際よりも大きくなる。そこで、インジェクタ３５の一次圧が高いほど補正係数Ｋが小さくなるように補正する。
【００６２】
また、上記補正係数Ｋは、温度センサ４２で検出したインジェクタ３５の一次側のガス温度に応じて補正することとしてもよい。例えば、インジェクタ３５の一次側のガス温度が相対的に高い場合は、相対的に低い場合と比較して、体積流量的には同じ総噴射量Ｑでも水素ガスの質量流量は減少するので、みかけ上の流量特性Ｃinj（＝総噴射量Ｑ／総駆動時間Ｔinj）は実際よりも大きくなる。
【００６３】
そこで、インジェクタ３５の一次側のガス温度が高いほど補正係数Ｋが小さくなるように補正する。なお、インジェクタ３５の一次側のガス温度に代えて、燃料電池１０または燃料電池１０を冷却する冷媒温度等を用いて補正係数Ｋの補正を行ってもよい。
【００６４】
ところで、上記のようなインジェクタ３５を水素供給流路３１に備えた燃料電池システム１においては、インジェクタ３５の噴射時間を用いて水素ガスの流量計測を行うことが可能である。かかる場合において、インジェクタ３５の無効噴射時間Ｔｖに、例えば経年変化や固体差によるばらつきがあると、このばらつきがインジェクタ３５の噴射時間の精度に影響し、流量計測の精度が低下してしまう。
【００６５】
よって、インジェクタ３５による水素ガスの流量計測を高精度に行えるようにするには、インジェクタ３５の経年変化や固体差によるばらつきの影響を抑制するべく、インジェクタ３５の無効噴射時間Ｔｖを毎システム起動時に、当該インジェクタ３５の実情に合わせて更新（学習）できるようにしておくことが好ましい。以下、無効噴射時間Ｔｖの一学習例について、図面を参照しながら説明する。
【００６６】
まず、図８および図９に示すように、システム起動時に燃料電池１０のアノード側におけるＦＣ入口圧力が所定の圧力上昇幅ΔＰとなるように、インジェクタ３５を互いに異なる駆動条件、つまり、１噴射（１供給回数）当たりの駆動時間（供給時間）Ｔａ，Ｔｂ（ただし、Ｔａ≠Ｔｂ）にて、２回にわたって加圧し（起動時加圧）、各回の加圧時における噴射回数Ｎａ，Ｎｂ（燃料ガス供給回数）を求める。
【００６７】
このとき、圧力上昇幅ΔＰと総噴射量Ｑとの間には、例えば上記図６のマップに示すように、一意の関係があるので、圧力上昇幅ΔＰが同一であれば、総噴射量Ｑも同一である。つまり、１回目の加圧時におけるインジェクタ３５の総噴射量Ｑ１と２回目の加圧時におけるインジェクタ３５の総噴射量Ｑ２とは同一であり、総噴射量Ｑ１＝総噴射量Ｑ２となる。
【００６８】
また、各回における加圧時の総噴射量Ｑ１，Ｑ２は、総噴射量Ｑ１＝噴射回数Ｎａ×（駆動時間Ｔａ−無効噴射時間Ｔｖ）であり、また、総噴射量Ｑ２＝噴射回数Ｎｂ×（駆動時間Ｔｂ−無効噴射時間Ｔｖ）である。
【００６９】
よって、総噴射量Ｑ１＝噴射回数Ｎａ・（駆動時間Ｔａ−無効噴射時間Ｔｖ）＝総噴射量Ｑ２＝噴射回数Ｎｂ・（駆動時間Ｔｂ−無効噴射時間Ｔｖ）であり、この式を整理して無効噴射時間Ｔｖ（無効供給時間）を求めると、無効噴射時間Ｔｖ＝（噴射回数Ｎｂ・駆動時間Ｔｂ−噴射回数Ｎａ・駆動時間Ｔａ）／（噴射回数Ｎｂ−噴射回数Ｎａ）となる。
【００７０】
制御装置４は、以上のようにしてシステム起動時に求めた無効噴射時間Ｔｖを、図２のステップＳ３で求めたインジェクタ３５のＦ／Ｆ項と、ステップＳ９で求めたＦ／Ｂ項とに加算することにより、インジェクタ３５の噴射時間を求め、かかる噴射時間を実現させるための制御信号をインジェクタ３５に出力することにより、インジェクタ３５の噴射時間及び噴射時期を制御する。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１は、インジェクタ３５の無効噴射時間Ｔｖとして、システム起動時に燃料電池１０のアノード側におけるＦＣ入口圧力が所定の圧力上昇幅ΔＰとなるように、インジェクタ３５を互いに異なる１噴射当たりの駆動時間Ｔａ，Ｔｂ（Ｔａ≠Ｔｂ）で加圧したときの噴射回数Ｎａ，Ｎｂより求めた無効噴射時間Ｔｖを採用している。
【００７２】
すなわち、本実施形態では、毎システム起動時に無効噴射時間Ｔｖを更新することにより、インジェクタ３５の経年変化や個体差による無効噴射時間Ｔｖのばらつきを学習し、その学習結果をインジェクタ３５の噴射時間に反映させているので、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力は、インジェクタ３５の経年変化や個体差によるばらつきの影響が抑制され、精度良く、しかも、応答性良く制御される。
【００７３】
よって、インジェクタ３５を用いた水素供給流路３１における流量計測時においても、インジェクタ３５の経年変化や個体差によるばらつきの影響が抑制されることになるので、精度良く、しかも、応答性良く、インジェクタ３５による水素ガスの流量計測を行うことが可能となる。
【００７４】
また、本実施形態では、燃料電池１０による水素ガス消費のない状態、言い換えれば、外乱の少ないシステム起動時に、インジェクタ３５の経年変化や個体差による無効噴射時間Ｔｖの学習を実施しているので、高精度の学習が可能となっている。
【００７５】
なお、上記実施形態では、１回目と２回目の加圧時における圧力上昇幅ΔＰを同一に設定したが、必ずしも同一に設定する必要はない。
【００７６】
また、上記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】
【００７７】
【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におけるインジェクタ噴射時間の演算過程を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２に示したフローチャートのステップＳ３の処理に用いられるマップの一例である。
【図４】図２に示したフローチャートのステップＳ５の処理に用いられるマップの一例である。
【図５】図２に示したフローチャートのステップＳ５の処理に用いられる他のマップの一例である。
【図６】図２に示したフローチャートのステップＳ５の処理に用いられるさらに他のマップの一例である。
【図７】ＦＣ入口圧力の目標圧に対する実際のＦＣ入口圧力の追従性について、本発明の一実施例と一比較例とを比較した結果を示す図である。
【図８】図２に示したフローチャートのステップＳ１１の処理に用いられるマップの一例である。
【図９】図８に示した駆動時間Ａ，Ｂの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…燃料電池システム、３…水素ガス配管系（燃料供給系）、４…制御装置（制御手段、学習手段）、１０…燃料電池、３１…水素供給流路（燃料供給流路）、３５…インジェクタ（ガス状態可変供給装置）、４１…一次側圧力センサ、４２…温度センサ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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