(57)【要約】【課題】負荷要求が急激に変化した場合においても燃料ガスの供給圧力を迅速に変化させることができ、高い発電応答性を有する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１０と、燃料電池１０に燃料ガスを供給するための燃料供給系３と、燃料供給系３の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するインジェクタ３５と、インジェクタ３５を駆動制御する制御手段４と、を備え、燃料電池１０で発生した電力を負荷装置１２に供給する燃料電池システム１である。制御手段４は、負荷装置１２から燃料電池１０への負荷要求に応じてインジェクタ３５の噴射流量を補正する。【選択図】図１
2007165163.tif 000002
【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インジェクタと、このインジェクタを駆動制御する制御手段と、を備え、前記燃料電池で発生した電力を負荷装置に供給する燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記負荷装置から前記燃料電池への負荷要求に応じて前記インジェクタの噴射流量を補正する燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記負荷要求の変化を推定するとともに、前記負荷要求の変化に基づいて前記インジェクタの噴射流量を補正する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムと、前記燃料電池システムで発生した電力の供給を受ける負荷装置としての駆動装置と、を備え、前記駆動装置の駆動力によって移動する移動体であって、
前記制御手段は、前記燃料電池への負荷要求としての前記移動体の移動要求に基づいて前記インジェクタの噴射流量を補正する移動体。
【請求項４】
前記駆動装置の駆動力を調整するための操作部材を備え、
前記制御手段は、前記操作部材の操作量を前記移動要求として前記インジェクタの噴射流量を補正する請求項３に記載の移動体。
【請求項５】
前記駆動装置の駆動力を調整するための操作部材を備え、
前記制御手段は、前記操作部材の操作量の変化速度を前記移動要求として前記インジェクタの噴射流量を補正する請求項３に記載の移動体。
【請求項６】
前記駆動装置の駆動力を調整するための操作部材を備え、
前記制御手段は、前記操作部材の操作量の変化加速度を前記移動要求として前記インジェクタの噴射流量を補正する請求項３に記載の移動体。
【請求項７】
前記駆動装置の駆動力を調整するための操作部材を備え、
前記制御手段は、前記操作部材の操作量に係る物理量、前記駆動装置の消費電力、前記駆動装置の駆動力の少なくとも何れか一つに基づいて前記移動要求を推定する請求項３に記載の移動体。
【請求項８】
前記制御手段は、前記移動体の位置情報に基づいて前記移動要求を推定する請求項３に記載の移動体。
【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移動体に関する。
【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】
ところで、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力がきわめて高い場合には、こ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）が燃料供給流路に設けられるのが一般的である。現在においては、燃料ガスの供給圧力を例えば２段階に変化させる機械式の可変調圧弁（可変レギュレータ）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圧力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２００４−１３９９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１に記載されているような従来の機械式の可変調圧弁は、その構造上、燃料ガスの供給圧力を迅速に変化させることが困難である（すなわち応答性が低い）上に、目標圧力を多段階にわたって変化させるような高精度な調圧が不可能であった。特に、燃料電池で発生した電力の供給を受ける負荷装置からの負荷要求が急激に変化したような場合には、従来の可変調整弁を用いて燃料ガスの供給圧力を適切に変化させることができず、燃料電池の発電応答性に改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、負荷要求が急激に変化した場合においても燃料ガスの供給圧力を迅速に変化させることができ、高い発電応答性を有する燃料電池システム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】
【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インジェクタと、このインジェクタを駆動制御する制御手段と、を備え、燃料電池で発生した電力を負荷装置に供給する燃料電池システムであって、制御手段は、負荷装置から燃料電池への負荷要求に応じてインジェクタの噴射流量を補正するものである。
【０００７】
かかる構成によれば、負荷装置から燃料電池への負荷要求（発電要求）に応じてインジェクタの噴射流量を補正することができるので、例えば負荷要求が急増又は急減する場合においても燃料ガスの供給圧力を迅速に変化させることができ、発電応答性を向上させることが可能となる。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。
【０００８】
前記燃料電池システムにおいて、制御手段は、負荷要求の変化を推定するとともに、負荷要求の変化に基づいてインジェクタの噴射流量を補正するものであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る移動体は、前記燃料電池システムと、前記燃料電池システムで発生した電力の供給を受ける負荷装置としての駆動装置と、を備え、駆動装置の駆動力によって移動する移動体であって、制御手段は、燃料電池への負荷要求としての移動体の移動要求に基づいてインジェクタの噴射流量を補正するものである。
【００１０】
かかる構成によれば、移動体の移動要求（例えば操作部材であるアクセルの操作量）に応じてインジェクタの噴射流量を補正することができる燃料電池システムを備えるので、優れた応答性を有する移動体を提供することができる。ここで、移動とは、例えば路面に対する移動を意味し、加速や減速を伴った移動が含まれる。また、「移動要求」とは、例えば移動体の加速要求や減速要求を意味する。
【００１１】
前記移動体において、駆動装置の駆動力を調整するための操作部材を備え、制御手段は、操作部材の操作量を移動要求としてインジェクタの噴射流量を補正することができる。また、制御手段は、操作部材の操作量の変化速度又は変化加速度を移動要求としてインジェクタの噴射流量を補正してもよい。さらに、制御手段は、操作部材の操作量に係る物理量、駆動装置の消費電力、駆動装置の駆動力の少なくとも何れか一つに基づいて移動要求を推定することもできる。
【００１２】
また、前記移動体において、制御手段は、移動体の位置情報に基づいて移動要求を推定することもできる。例えば、制御手段は、移動体の走行位置情報を検出し、移動体が登り坂（又は下り坂）を走行中である旨の位置情報を得た場合に、移動要求が増大（又は低減）する旨を推定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷要求が急激に変化した場合においても燃料ガスの供給圧力を迅速に変化させることができる高い発電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】
【００１４】
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。
【００１５】
まず、図１及び図２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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
なお、燃料電池１０で発生した電力が供給される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は、本発明における負荷装置に相当する。また、トラクションモータ１２は、燃料電池車両を駆動する（加速させる）ものであり、本発明における駆動装置に相当する。トラクションモータ１２の駆動力は、図示されていない燃料電池車両のアクセルの操作量によって調整される。すなわち、アクセルは、本発明における操作部材の一実施形態である。
【００１９】
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２１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。
【００２０】
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。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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。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。
【００２７】
制御装置４は、車両に設けられたアクセルの操作量を検出し、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。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。
【００２８】
具体的には、制御装置４は、図２に示すように、アクセルセンサで検出したアクセル操作量に基づいて、燃料電池１０の発電電流値を算出する（電流算出機能：Ｂ１）。本実施形態においては、アクセル操作量と燃料電池１０の発電電流値との関係を表す特定のマップを用いて発電電流値を算出している。
【００２９】
また、制御装置４は、燃料電池１０の発電電流値に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの流量（以下「水素消費量」という）を算出する（燃料消費量算出機能：Ｂ２）。本実施形態においては、発電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水素消費量を算出している。また、制御装置４は、燃料電池１０の発電電流値に基づいて、燃料電池１０に供給される水素ガスのインジェクタ３５下流位置における目標圧力値を算出する（目標圧力値算出機能：Ｂ３）。本実施形態においては、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目標圧力値を算出している。
【００３０】
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：Ｂ４）。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制御等の目標追従型制御則を用いてフィードバック補正流量を算出している。
【００３１】
また、制御装置４は、アクセルセンサで検出したアクセル操作量に基づいてフィードフォワード補正流量を設定する（フィードフォワード補正流量算出機能：Ｂ５）。フィードフォワード補正流量は、アクセル操作量に対応する水素ガス流量の変動分である。本実施形態においては、アクセル操作量とフィードフォワード補正流量との関係を表す特定のマップを用いてフィードフォワード補正流量を設定している。アクセルセンサで検出したアクセル操作量は、本発明における負荷要求及び移動要求の一例である。
【００３２】
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：Ｂ６）。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静的流量を算出している。また、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態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：Ｂ７）。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無効噴射時間を算出している。
【００３３】
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、フィードフォワード補正流量と、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：Ｂ８）。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インジェクタ３５の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：Ｂ９）。ここで、駆動周期とは、インジェクタ３５の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。
【００３４】
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、目標圧力値に検出圧力値を追従させるようなフィードバック制御を行うとともに、移動要求（アクセル操作量）に対応するフィードフォワード補正流量を設定してインジェクタ３５の噴射流量を適切に補正することができる。
【００３５】
続いて、図３のフローチャート及び図４のタイムチャートを用いて、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。
【００３６】
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、制御装置４は、燃料電池１０から引き出すべき電力を演算し、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負荷要求（アクセル操作量）が急激に変化する場合に、インジェクタ３５を適切に制御する。
【００３７】
すなわち、まず、燃料電池システム１の制御装置４は、アクセルセンサを用いてアクセル操作量を検出する（アクセル操作量検出工程：Ｓ１）。次いで、制御装置４は、検出したアクセル操作量に基づいて燃料電池１０から引き出すべき電力の電流値（発電電流値）を算出する（電流算出工程：Ｓ２）。次いで、制御装置４は、算出した燃料電池１０の発電電流値に基づいて、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（燃料消費量算出工程：Ｓ３）。
【００３８】
次いで、制御装置４は、算出した燃料電池１０の発電電流値に基づいて、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：Ｓ４）。また、制御装置４は、二次側圧力センサ４３を用いてインジェクタ３５の下流位置の圧力値を検出する（圧力値検出工程：Ｓ５）。そして、制御装置４は、目標圧力値算出工程Ｓ４で算出した目標圧力値と、圧力値検出工程Ｓ５で検出した圧力値（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工程：Ｓ６）。また、制御装置４は、検出したアクセル操作量に対応するフィードフォワード補正流量を算出する（フィードフォワード補正流量算出工程：Ｓ７）。
【００３９】
次いで、制御装置４は、燃料消費量算出工程Ｓ３で算出した燃料消費量と、フィードバック補正流量算出工程Ｓ６で算出したフィードバック補正流量と、フィードフォワード補正流量算出工程Ｓ７で算出したフィードフォワード補正流量と、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（噴射流量算出工程：Ｓ８）。
【００４０】
次いで、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の上流の水素ガスの圧力と、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（静的流量算出工程：Ｓ９）。そして、制御装置４は、噴射流量算出工程Ｓ８で算出したインジェクタ３５の噴射流量を、静的流量算出工程Ｓ９で算出した静的流量で除した値に、インジェクタ３５の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（基本噴射時間算出工程：Ｓ１０）。
【００４１】
次いで、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の上流の水素ガスの圧力と、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する（無効噴射時間算出工程：Ｓ１１）。そして、制御装置４は、基本噴射時間算出工程Ｓ１０で算出したインジェクタ３５の基本噴射時間と、無効噴射時間算出工程Ｓ１１で算出した無効噴射時間と、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（総噴射時間算出工程：Ｓ１２）。
【００４２】
その後、制御装置４は、総噴射時間算出工程Ｓ１２で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。
【００４３】
図４（ａ）のタイムチャートは、アクセル操作量の時間履歴を示すものであり、図４（ｂ）のタイムチャートは、燃料電池システムの燃料電池に供給される水素ガスの圧力値の時間履歴を示すものである。
【００４４】
アクセル操作量Ａ1での運転状態から急にアクセルを踏み込んで短時間（Ｔ1〜Ｔ2）でアクセル操作量をＡ2まで増大させるような場合には、通常のフィードバック制御のみを採用すると、図４（ｂ）に破線で示すように、アクセル操作量の変化に水素ガスの圧力の変化が追従できず、実際の圧力値が目標圧力値に到達するまでに時間遅れが生じる。これに対して、本実施形態に係る燃料電池システム１においては、通常のフィードバック制御に加えて、アクセル操作量に対応したフィードフォワード補正を行うため、図４（ｂ）に一点鎖線で示すように、実際の圧力値を目標圧力値に速やかに追従させることができることとなる。
【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、アクセル操作量（負荷要求）に応じてインジェクタ３５の噴射流量を補正することができるので、アクセル操作量が急増又は急減する場合においても水素ガスの供給圧力を迅速に変化させることができ、発電応答性を向上させることが可能となる。
【００４６】
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池車両は、アクセル操作量（移動要求）に応じてインジェクタ３５の噴射流量を補正することができる燃料電池システム１を備えるので、優れた応答性を有するものとなる。
【００４７】
なお、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５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インジェクタ３５の作動状態を制御することにより、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
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。
【００４９】
また、以上の実施形態においては、水素ガス配管系３の水素供給流路３１のインジェクタ３５の下流位置に二次側圧力センサ４３を配置し、この位置における圧力を調整する（所定の目標圧力値に近付ける）ようにインジェクタ３５の噴射時間を設定した例を示したが、二次側圧力センサの位置はこれに限られるものではない。
【００５０】
例えば、燃料電池１０の水素ガス入口近傍位置（水素供給流路３１上）や、燃料電池１０の水素ガス出口近傍位置（循環流路３２上）や、水素ポンプ３９の出口近傍位置（循環流路３２上）に二次側圧力センサを配置することもできる。かかる場合には、二次側圧力センサの各位置における目標圧力値を記録したマップを予め作成しておき、このマップに記録した目標圧力値と、二次側圧力センサで検出した圧力値（検出圧力値）と、に基づいてフィードバック補正流量を算出するようにする。
【００５１】
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。
【００５２】
また、以上の実施形態においては、燃料電池車両のアクセル操作量を検出し、このアクセル操作量に基づいて燃料電池１０の発電電流値を算出し、この電流値に基づいて目標圧力値や水素ガスの水素消費量を算出してインジェクタ３５の噴射時間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の発電時の電圧値や電力値、燃料電池１０の温度等）をアクセル操作量に基づいて算出し、この算出した物理量に応じてインジェクタ３５の噴射時間を設定することもできる。
【００５３】
また、以上の実施形態においては、負荷要求及び移動要求としてアクセル操作量を採用した例を示したが、アクセル操作量の変化速度（単位時間当たりの変化量）や変化加速度（単位時間当たりの変化速度）を負荷要求及び移動要求として採用し、これらアクセル操作量の変化速度・変化加速度に基づいてインジェクタ３５の噴射流量を補正することもできる。かかる場合には、アクセル操作量の変化速度（又は変化加速度）とフィードフォワード補正流量との関係を表す特定のマップを用いることができる。
【００５４】
また、以上の実施形態においては、負荷要求としてのアクセル操作量を検出し、このアクセル操作量に基づいてインジェクタ３５の噴射流量を補正した例を示したが、アクセル操作量の変化速度や変化加速度を算出して変化の態様を推定し、この推定したアクセル操作量の変化に基づいてインジェクタ３５の噴射流量を補正してもよい。
【００５５】
また、以上の実施形態においては、移動要求としてのアクセル操作量を検出し、このアクセル操作量に基づいてインジェクタ３５の噴射流量を補正した例を示したが、アクセル操作量に係る物理量と、駆動装置であるトラクションモータ１２の消費電力と、トラクションモータ１２の駆動トルク（駆動力）と、の少なくとも何れか一つに基づいて移動要求を推定し、この推定した移動要求に基づいてインジェクタ３５の噴射流量を補正することもできる。
【００５６】
また、以上の実施形態においては、移動要求としてのアクセル操作量を検出し、このアクセル操作量に基づいてインジェクタ３５の噴射流量を補正した例を示したが、移動体である燃料電池車両の位置情報に基づいて移動要求を推定し、この推定した移動要求に基づいてインジェクタ３５の噴射流量を補正することもできる。例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）等を用いて燃料電池車両の走行位置情報を検出し、燃料電池車両が登り坂（下り坂）を走行中である旨の位置情報を得た場合に、移動要求であるアクセル操作量が増大（低減）することを推定し、この推定に基づいてインジェクタ３５の噴射流量を補正することができる。
【００５７】
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】
【００５８】
【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運転方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】（ａ）はアクセル操作量の時間履歴を説明するためのタイムチャートであり、（ｂ）は燃料電池システムの燃料電池に供給される水素ガスの圧力値の時間履歴を説明するためのタイムチャートである。
【図５】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】
【００５９】
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）、１０…燃料電池、１２…トラクションモータ（負荷装置、駆動装置）、３５…インジェクタ
【図１】
2007165163.tif 000003
【図２】
2007165163.tif 000004
【図３】
2007165163.tif 000005
【図４】
2007165163.tif 000006
【図５】
2007165163.tif 000007