(57)【要約】【課題】  コストを抑制しつつ、圧力センサの誤差を適切に把握することができる燃料電池システム、圧力センサの誤差検出方法および圧力センサの補正方法を提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、燃料電池の発電電流を検出する電流センサと、前記燃料電池に水素を含有する燃料ガスを供給する配管に配置された圧力センサと、前記圧力センサの所定時間前後の出力差分と前記発電電流とに基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の発電電流を検出する電流センサと、
前記燃料電池に水素を含有する燃料ガスを供給する配管に配置された圧力センサと、
前記圧力センサの所定時間前後の出力差分と前記発電電流とに基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記検出手段は、前記発電電流と前記出力差分との間の予め得られた相関関係に基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記検出手段は、前記電流センサが検出する発電電流の積分値と、前記圧力センサの所定時間前後の出力差分の積分値と、に基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記検出手段は、前記圧力センサが配置されている配管内の水素分圧が前記燃料電池の発電時よりも低い状態で、参照値を用いて前記圧力センサの誤差を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記検出手段は、前記圧力センサが配置されている配管内が大気圧になった状態で、大気圧を参照値として用いることによって前記圧力センサの誤差を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記圧力センサとして、第１圧力センサおよび第２圧力センサが設けられ、
前記第１圧力センサは、前記燃料ガスが前記燃料電池に供給される配管の高圧領域に配置され、前記第２圧力センサは、前記配管の低圧領域に配置され、
前記検出手段は、前記第１圧力センサが配置されている配管内の水素分圧が前記燃流電池の発電時よりも低い状態で、前記第２圧力センサの出力値を参照値として用いることによって前記第１圧力センサの誤差を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池の発電電流と、前記燃料電池に水素を含有する燃料ガスを供給する配管に配置された圧力センサの所定時間前後の出力差分とに基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出することを特徴とする圧力センサの誤差検出方法。
【請求項８】
請求項７記載の圧力センサの誤差検出方法によって検出された圧力センサの検出誤差に基づいて前記圧力センサを補正することを特徴とする圧力センサの補正方法。
【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、圧力センサの誤差検出方法および圧力センサの補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいては、水素タンク等の燃料ガス供給源からの燃料ガスの供給圧力を適切に制御できることが要求されている。例えば、特許文献１は、インジェクタの目標噴射量から求めた推定圧力とガス供給系における検出圧力との偏差に基づいて、インジェクタにおける目標噴射量を補正する燃料電池システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６５２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、圧力センサの誤差発生対策がなされていない。また、圧力センサの誤差発生対策を行おうとすると、コストが大幅に増加するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、コストを抑制しつつ、圧力センサの誤差を適切に把握することができる燃料電池システム、圧力センサの誤差検出方法および圧力センサの補正方法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】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池の発電電流を検出する電流センサと、前記燃料電池に水素を含有する燃料ガスを供給する配管に配置された圧力センサと、前記圧力センサの所定時間前後の出力差分と前記発電電流とに基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。本発明に係る燃料電池システムによれば、コストを抑制しつつ、圧力センサの誤差を適切に把握することができる。
【０００８】
前記検出手段は、前記発電電流と前記出力差分との間の予め得られた相関関係に基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出してもよい。前記検出手段は、前記電流センサが検出する発電電流の積分値と、前記圧力センサの所定時間前後の出力差分の積分値と、に基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出してもよい。前記検出手段は、前記圧力センサが配置されている配管内の水素分圧が前記燃料電池の発電時よりも低い状態で、参照値を用いて前記圧力センサの誤差を検出してもよい。
【０００９】
前記検出手段は、前記圧力センサが配置されている配管内が大気圧になった状態で、大気圧を参照値として用いることによって前記圧力センサの誤差を検出してもよい。前記圧力センサとして、第１圧力センサおよび第２圧力センサが設けられ、前記第１圧力センサは、前記燃料ガスが前記燃料電池に供給される配管の高圧領域に配置され、前記第２圧力センサは、前記配管の低圧領域に配置され、前記検出手段は、前記第１圧力センサが配置されている配管内の水素分圧が前記燃流電池の発電時よりも低い状態で、前記第２圧力センサの出力値を参照値として用いることによって前記第１圧力センサの誤差を検出してもよい。
【００１０】
本発明に係る圧力センサの誤差検出方法は、燃料電池の発電電流と、前記燃料電池に水素を含有する燃料ガスを供給する配管に配置された圧力センサの所定時間前後の出力差分とに基づいて、前記圧力センサの検出誤差を検出することを特徴とする。本発明に係る圧力センサの誤差検出方法によれば、コストを抑制しつつ、圧力センサの誤差を適切に把握することができる。また本発明に係る圧力センサの補正方法は、上記圧力センサの誤差検出方法によって検出された圧力センサの検出誤差に基づいて圧力センサを補正することを特徴とする。この方法によれば、コストを抑制しつつ、圧力センサの誤差を適切に把握して圧力センサを補正することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システム、圧力センサの誤差補正方法および圧力センサの補正方法によれば、コストを抑制しつつ、圧力センサの誤差を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】圧力センサの詳細を説明するための断面図である。
【図３】発電電流と圧力センサの出力との関係を示す図である。
【図４】発電電流の積分値と圧力センサの出力差分の積分値との関係を表す図である。
【図５】フローチャートの一例である。
【図６】フローチャートの一例である。
【図７】フローチャートの一例である。
【図８】圧力センサのオフセットを説明するための図である。
【図９】第２実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１０】フローチャートの一例である。
【図１１】フローチャートの一例である。
【図１２】図１０および図１１のフローチャートで実行されるロジックの動作概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る燃料電池システム１００の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料ガス供給源１０、主止弁２１、減圧弁２２、流量調整弁２３、高圧センサ３１、中圧センサ３２、低圧センサ３３、電流センサ３４、警告灯３５、燃料電池スタック４０、循環ポンプ５１、パージ制御弁５２、カソードポンプ６０、制御部７０などを備える。
【００１５】
燃料ガス供給源１０は、水素を含有する高圧の燃料ガスを供給するための装置であり、一例として高圧水素タンクである。主止弁２１は、燃料ガス供給源１０から燃料電池スタック４０へと連通する燃料ガス供給配管の開閉を行う電磁式開閉弁であり、制御部７０からの指示に従って当該開閉を行う。減圧弁２２は、燃料ガス供給源１０から供給される燃料ガスの圧力を低い圧力に調整するための弁であり、制御部７０からの指示に従って燃料ガスの圧力を所定圧に調整する。流量調整弁２３は、燃料電池スタック４０の燃料ガス入口に供給される燃料ガス流量を調整する弁であり、制御部７０からの指示に従って燃料ガス流量を調整する。燃料電池システム１００の各弁の配置箇所によれば、燃料電池スタック４０の通常発電時において、主止弁２１と減圧弁２２との間の燃料ガス圧力が高圧となり、減圧弁２２と流量調整弁２３との間の燃料ガス圧力が中圧となり、流量調整弁２３と燃料電池スタック４０との間の燃料ガス圧力が低圧となる。
【００１６】
高圧センサ３１は、主止弁２１から減圧弁２２までの燃料ガスの圧力を検出する圧力センサであり、検出結果を制御部７０に送る。中圧センサ３２は、減圧弁２２から流量調整弁２３までの燃料ガスの圧力を検出する圧力センサであり、検出結果を制御部７０に送る。低圧センサ３３は、流量調整弁２３から燃料電池スタック４０の燃料ガス入口に供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力センサであり、検出結果を制御部７０に送る。電流センサ３４は、燃料電池スタック４０の発電電流を検出する電流計であり、検出結果を制御部７０に送る。警告灯３５は、制御部７０の指示に従って点灯する。
【００１７】
燃料電池スタック４０は、電解質膜がアノードとカソードとに挟持された構成を有するセルが複数積層された構成を有する。燃料電池の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として固体高分子形燃料電池を用いる。燃料電池スタック４０の燃料ガス出口から排出される燃料ガスは、燃料ガス循環系（循環配管）に設けられた循環ポンプ５１によって燃料ガス入口に送られる。それにより、燃料ガスは燃料電池スタック４０のアノードを経由するように循環する。パージ制御弁５２は、燃料ガス循環系のガスをパージするための弁であり、制御部７０の指示に従って燃料ガス循環系の大気に通じる配管の開閉を行う。カソードポンプ６０は、酸素を含有する酸化剤ガスを燃料電池スタック４０のカソードに供給するためのポンプであり、制御部７０の指示に従って、酸化剤ガスの供給量を制御する。
【００１８】
制御部７０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。制御部７０は、高圧センサ３１、中圧センサ３２、低圧センサ３３および電流センサ３４の検出結果に応じて、燃料電池システム１００の各部を制御する。
【００１９】
図２は、高圧センサ３１、中圧センサ３２および低圧センサ３３の詳細を説明するための断面図である。これらの圧力センサは、金属ステム１１０、ハウジング１２０、ネジ部材１３０、コネクタターミナル１４０、コネクタケース１７０などから構成される。図２においては、コネクタケース１７０が上方に、ハウジング１２０が下方に位置しているが、圧力センサの使用時には、特に方向性はない。以下では、コネクタケース１７０側を圧力センサの上側、ハウジング１２０側を圧力センサの下側として説明する。
【００２０】
圧力センサのハウジング１２０は、配管に直接的に取り付けられる略円筒状の部材であり、その下方の外周には、配管への取り付けに用いられるネジ部１２１が形成されている。ハウジング１２０の内部は、上方から下方にかけて、３段階に内径が細くなる構造を有している。以下では、最も内径の大きい部分を、回路収納部１２２といい、２番目に内径の大きい中間部分を、ステム収納部１２３という。また、最も内径の小さい下方部分を、気体導入流路１２４という。ステム収納部１２３の内面には、ネジ部材１３０を取り付けるためのネジ山１２５が形成されている。ハウジング１２０は、例えば、耐食性と高強度を合わせもつ炭素鋼（例えばＳ１５Ｃ等）に耐食性を上げる亜鉛メッキを施したものや、耐食性を有するＸＭ７、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０により形成することができる。
【００２１】
ネジ部材１３０は、金属ステム１１０の外周を覆う略円筒状の部材である。ネジ部材１３０は、例えば、炭素鋼によって形成されている。ネジ部材１３０の下方の外周には、前述したステム収納部１２３への取り付けに用いられるネジ山１３１が形成されている。金属ステム１１０は、そのフランジ部１１３がネジ部材１３０の下面とステム収納部１２３の底面との間に狭持されることで、ハウジング１２０内に固定される。こうして、金属ステム１１０がハウジング１２０内に固定されると、金属ステム１１０の穴部１１１が、ハウジング１２０内の気体導入流路１２４と連通する。
【００２２】
ネジ部材１３０の上部は、椀状に形成されている。この椀状部分の底面には、セラミック基板１５０が接着されている。このセラミック基板１５０は、金属ステム１１０の上面に接着されたセンサ基板１１４とボンディングワイヤ１５１とによって電気的に接続されている。セラミック基板１５０には、センサ基板１１４から入力される信号に対して所定の信号処理を加えるためのＩＣチップ１５２が実装されている。また、セラミック基板１５０には、ＩＣチップ１５２と導通するピン１５３が立設されている。
【００２３】
コネクタターミナル１６０は、金属端子１６２を樹脂にインサート成形して構成された部材である。このコネクタターミナル１６０は、ネジ部材１３０の椀状部分の上部に嵌め込まれる。金属端子１６２は、レーザ溶接等によって、セラミック基板１５０上に設けられたピン１５３に接合されている。なお、金属端子１６２は、図２では１本だけ示しているが、センサ基板１１４やセラミック基板１５０への電源供給に用いられる端子や、信号出力に用いられる端子、接地のために用いられる端子など、複数本が設けられている。
【００２４】
コネクタケース１７０は、金属端子１６２の周囲を囲む部材である。コネクタケース１７０は、Ｏリング１８０を介してハウジング１２０の上端の開口部に挿入される。このとき、ハウジング１２０の上端が内側にかしめられ、コネクタケース１７０は、ハウジング１２０の上部に一体的に固定される。
【００２５】
以上のように構成された圧力センサでは、ハウジング１２０に設けられた気体導入流路１２４を通じて、金属ステム１１０の穴部１１１に、燃料ガスが導入される。それにより、燃料ガスの圧力によってダイアフラム（隔壁）１１２が変形する。ダイアフラム１１２が変形すると、その上面に接着されたセンサ基板１１４に実装されている歪みゲージ１１６も変形する。それにより、歪みゲージ１１６からは、変形度合いに応じた電気信号が出力され、センサ基板１１４、セラミック基板１５０、および、金属端子１６２を通じて、電気信号が制御部７０に送られる。制御部７０は、圧力センサから送られてくる電気信号に応じて、燃料ガスの圧力を検出する。
【００２６】
しかしながら、水素分子は、非常に小さいため、わずかの物理的空隙に対しても浸透する。この浸透速度は、水素分圧が大きいほど大きくなる。そこで、圧力センサには、水素脆化を引き起こさず、緻密な欠陥がない表面構成が容易であることが要求されている。また、検出圧力感度および応答性の観点から、圧力センサのダイアフラム１１２は、極力薄いことが要求されている。これらの特性を得るために、金メッキ技術を用いることが考えられるが、コストの大幅増をもたらすことになる。
【００２７】
そこで、本実施形態においては、一般的な圧力センサを用いつつ、燃料電池スタック４０の発電電流と、圧力センサの所定時間前後の出力差分とに基づいて、圧力センサの経時変化を検出する。それにより、コストを抑制しつつ、圧力センサの誤差を適切に把握する。以下、当該技術について説明する。
【００２８】
上述したように、本実施形態で用いる圧力センサは、ピエゾ方式を採用している。この場合、水素は、ダイアフラム１１２によって流出が抑制されている。実験解析結果によると、ダイアフラム１１２近傍の水素に起因して、圧力センサの出力が変化している。この変化は、水素圧が大きいほど顕著になる。また、この変化は、数分といった短時間で急激に収束する現象ではなく、数百時間オーダのきわめて緩慢な現象である。
【００２９】
燃料電池スタック４０の発電電流は、基本的に、ファラディ定数と消費水素流量とにより一義的に定まる。したがって、発電電流は、圧力センサを通過する水素の流量と等価とみなすことができる。なお、実装置においては、圧力センサのアノード極からカソード極へ隔壁膜を経由して透過する水素が存在するが、本実施形態における圧力センサの検出精度からすると、無視可能な程度である。
【００３０】
ここで、流体の入口圧力と出口圧力との比が、比熱比で決定される「臨界圧力比」を境として、流体の速度は一定速度（音速）になることが知られている。具体的には、水素比熱比＝１．４とした場合、臨界圧力比（出口圧／入口圧）≒０．５３となる。このことは、水素出口圧を１ＭＰａと仮定した場合、水素タンク圧≒２ＭＰａまで出口速度が音速になることを意味している。したがって、例えば水素タンクを７０ＭＰａで充填した場合、水素タンクの燃料を消費しきるまでの大部分の間、一定速度で水素が流れることになる。したがって、高い精度で圧力センサの誤差を把握するための充分な時間を確保できる。また、連続の式から、流量＝流体密度×流出面積×流体速度の関係が得られる。なお、流出面積および流体速度は一定である。流体密度は、流体圧力の関数である。したがって、前提としている条件域での一定時間内の圧力変化は、流量変化の関数として扱うことができる。以上のことから、水素消費流量と等価な発電電流ＦＣｉと、圧力センサの所定時間前後の出力差分ｄＰｈとの間には、一定の関係が存在する。この関係を予め取得しておくことによって、発電電流ＦＣｉに応じて、圧力センサの誤差を検出し、出力を補正することができる。
【００３１】
例えば、発電電流ＦＣｉと初期の（正常時の）圧力センサの出力差分ｄＰｈとの間の関係を基準値として取得しておいてもよい。この場合、発電電流ＦＣｉと出力差分ｄＰｈとの関係が基準値から乖離した場合に、当該乖離度に応じて圧力センサの誤差を検出し、出力を補正することができる。圧力センサの出力差分ｄＰｈを検出する際の時間間隔は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては１秒程度である。
【００３２】
なお、燃料ガスの圧力は、発電電流ＦＣｉと無関係に変動することがある。この場合、発電電流ＦＣｉと出力差分ｄＰｈとの関係に応じて圧力センサの誤差を検出することが困難な場合が生じる。例えば、固体高分子形燃料電池においては、発電に伴って生成する水が燃料電池スタック４０内の燃料ガス流路に滞留する場合がある。この滞留がある限度を超えると、燃料電池スタック４０の発電が阻害されるだけではなく、燃料電池スタック４０の損傷の原因となる。そこで、適宜、ある制御指標に基づいて「パージ制御」と称する排水操作が行われる。この際、燃料電池スタック４０の発電電流ＦＣｉに関わらず、圧力センサに出力差分ｄＰｈが生じてしまう。また、水素タンクから供給される水素量を適正値に制御するために制御弁が設けられているが、この制御弁として、コスト上の理由からオン／オフ弁が多用される。この弁が動作する結果、発電電流ＦＣｉとは無関係に出力差分ｄＰｈが生じる原因となる。
【００３３】
図３は、発電電流ＦＣｉと圧力センサの出力との関係を示す図である。図３において、横軸は経過時間を示し、縦軸は発電電流ＦＣｉおよび圧力センサの出力を示す。図３に示すように、圧力センサの出力差分ｄＰｈが発電電流ＦＣｉと無関係に変動する場合がある。このような出力差分ｄＰｈを、適当な制御則を以って採取対象から除外することも可能であるが、煩雑な制御を頻繁に実行する必要が生じる。この場合、ＣＰＵ資源を大量に消費することとなる。そこで、出力差分ｄＰｈが急激には劣化方向に移行しないことに着目し、発電電流ＦＣｉの積分値および出力差分ｄＰｈの積分値を用いることによって、急激な圧力変化の影響を抑制することができる。例えば、発電電流ＦＣｉの積分値で５００００Ａ相当時間経過ごとに、発電電流ＦＣｉと圧力センサの出力差分との関係を検出することによって、圧力センサの誤差の検出精度を向上させることができる。
【００３４】
図４は、発電電流ＦＣｉの積分値と出力差分ｄＰｈの積分値との関係を表す図である。図４において、横軸は発電電流ＦＣｉの積分値を示し、縦軸は圧力センサの出力差分ｄＰｈの積分値を示す。図４に示すように、発電電流ＦＣｉの積分値と出力差分ｄＰｈの積分値との間には、精度の高い一定の相関関係（線形関係）が得られる。したがって、発電電流ＦＣｉの積分値および出力差分ｄＰｈの積分値を用いることによって、圧力センサの誤差の検出精度を向上させることができる。
【００３５】
以下、発電電流ＦＣｉの積分値および出力差分ｄＰｈの積分値を用いた具体的な処理について説明する。図５は、発電電流ＦＣｉの積分値を得る際に実行されるフローチャートの一例である。図５のフローチャートは、周期的（例えば１秒ごと）に実行される。図５に示すように、制御部７０は、電流センサ３４から、燃料電池スタック４０の発電電流ＦＣｉを受け取る（ステップＳ１）。次に、制御部７０は、フラグＦＬＧが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ２）。フラグＦＬＧは、圧力センサの補正制御が実行中であるか否かを識別するためのフラグである。本実施形態においては、補正制御の実行中はフラグＦＬＧ＝１であり、補正制御の待機中はフラグＦＬＧ＝０である。
【００３６】
ステップＳ２において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部７０は、ステップＳ１で検出した発電電流ＦＣｉを発電電流積分値ΣＦＣｉに足し合わせることによって得られた値を新たな発電電流積分値ΣＦＣｉとして更新する（ステップＳ３）。ステップＳ２において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、発電電流積分値ΣＦＣｉをゼロにリセットする（ステップＳ４）。ステップＳ３またはステップＳ４の実行後、図５のフローチャートは終了する。
【００３７】
図６は、出力差分ｄＰｈの積分値を得る際に実行されるフローチャートの一例である。図６のフローチャートは、周期的に（例えば１秒ごと）に実行される。図６に示すように、制御部７０は、高圧センサ３１から、計測値Ｐｈを受け取る（ステップＳ１１）。次に、制御部７０は、計測値Ｐｈを補正し、当該補正値Ｐｈ［ｎ］を記憶する（ステップＳ１２）。なお、補正値Ｐｈ［ｎ］は、計測値Ｐｈと補正係数ＫＰｈとを掛け合わせることによって得られる。補正係数ＫＰｈの算出方法については図７のフローチャートで説明する。また、「ｎ」は、今回のフローチャート実行時のことを意味し、前回のフローチャート実行時は「ｎ−１」で表される。
【００３８】
次に、制御部７０は、今回の補正値Ｐｈ［ｎ］から前回の補正値Ｐｈ［ｎ−１］を差し引くことによって、高圧センサ３１の出力差分ｄＰｈを算出する（ステップＳ１３）。次に、制御部７０は、フラグＦＬＧが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部７０は、ステップＳ１３で算出した出力差分ｄＰｈを出力差分ｄＰｈの積分値ΣｄＰｈに足し合わせることによって得られた値を新たな積分値ΣｄＰｈとして更新する（ステップＳ１５）。ステップＳ１４において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、積分値ΣｄＰｈをゼロにリセットする（ステップＳ２６）。ステップＳ１５またはステップＳ１６の実行後、図６のフローチャートは終了する。
【００３９】
図７は、積分値ΣＦＣｉおよび積分値ΣｄＰｈを用いて補正係数ＫＰｈを算出する際に実行されるフローチャートの一例である。図７のフローチャートは、周期的に（例えば１分ごと）に実行される。図７に示すように、制御部７０は、積分値ΣＦＣｉが判定値ΣＦＣｉ＿ｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。判定値ΣＦＣｉ＿ｒｅｆは、補正制御の実行の可否を判定するための値であり、例えば５００００程度である。
【００４０】
ステップＳ２１で「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、フラグＦＬＧに「１」を代入する（ステップＳ２２）。次に、制御部７０は、積分値ΣｄＰｈの絶対値が判定値ΣｄＰｈ＿ｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。判定値ΣｄＰｈ＿ｒｅｆは、補正要否の可否を判定するための値であり、例えば予め取得しておいた基準値に対する３％増に対応する値である。次に、制御部７０は、積分値ΣｄＰｈが判定値ΣｄＰｈ＿ｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。
【００４１】
ステップＳ２４において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、補正係数ＫＰｈから補正幅ｄＫＰｈを差し引くことによって得られる値を補正係数ＫＰｈとして更新する（ステップＳ２５）。ステップＳ２４において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部７０は、補正係数ＫＰｈに補正幅ｄＫＰｈを足し合わせることによって得られる値を補正係数ＫＰｈとして更新する（ステップＳ２６）。なお、補正幅ｄＫＰｈは、補正係数ＫＰｈを徐々に増減させるための値であり、例えば、０．２％×（ΣｄＰｈ＿ｒｅｆ／１．０３）である。
【００４２】
ステップＳ２５の実行後またはステップＳ２６の実行後、制御部７０は、補正係数ＫＰｈの絶対値が異常判定値ＫＰｈ＿ｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。異常判定値ＫＰｈ＿ｒｅｆは、補正係数の大幅な増減を抑制するために設定された判定値であり、例えば２０％程度に対応する値である。ステップＳ２７において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、フラグＦＬＧに「０」を代入する（ステップＳ２８）。ステップＳ２７において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部７０は、警告灯３５に点灯を指示する（ステップＳ２９）。ステップＳ２８の実行後またはステップＳ２９の実行後、フローチャートの実行が終了する。なお、ステップＳ２１またはステップＳ２３において「Ｎｏ」と判定された場合、他のステップが実行されることなくフローチャートの実行が終了する。
【００４３】
図５〜図７のフローチャートによれば、発電電流ＦＣｉの積分値および圧力センサの出力差分ｄＰｈに基づいて、圧力センサの誤差を検出し、出力を補正することができる。なお、図５〜図７のフローチャートでは、高圧センサ３１を対象にしたが、他の圧力センサにも適用することができる。
【００４４】
本実施形態によれば、発電電流ＦＣｉおよび圧力センサの出力差分ｄＰｈに基づいて、圧力センサの誤差を検出することができる。本実施形態は、一般的な圧力センサに適用することができるため、水素対策がなされた高額な圧力センサを用いなくてもよい。それにより、コストを抑制することができる。
【００４５】
なお、圧力センサの出力には、オフセットが生じるおそれがある。図８は、圧力センサのオフセットを説明するための図である。図８においては、積分値を用いている。図８に示すように、発電電流ＦＣｉと圧力センサの出力差分ｄＰｈとの間に、一定の相関関係が維持されながらも、オフセットが生じることがある。このオフセットは、発電電流ＦＣｉと出力差分ｄＰｈとの関係を得るだけでは、検出困難である。
【００４６】
そこで、燃料ガス供給源１０から燃料電池スタック４０に燃料ガスが供給される通常発電時よりも低い水素分圧（例えば１．５ａｔｍよりも低い圧力）の条件下において、大気圧を参照することによって、各圧力センサの出力を補正してもよい。例えば、主止弁２１を「閉」にし、減圧弁２２、流量調整弁２３およびパージ制御弁５２を「開」にすると、系の容積で決まる所定時間後に、主止弁２１よりも下流側の燃料ガス流路がパージされる。この場合、高圧センサ３１、中圧センサ３２および低圧センサ３３の検出圧力は、大気圧となるはずである。そこで、高圧センサ３１、中圧センサ３２および低圧センサ３３の検出圧力が大気圧からずれている場合には、当該ずれ量がオフセットであると検出することができる。このずれ量を相殺するように各圧力センサの出力を補正することによって、オフセットを補正することができる。
【００４７】
ただし、大気圧は、燃料電池スタック４０の設置場所の温度、日々の天候などに左右されるため、必ずしも適正にオフセットを補正できない場合が生じ得る。そこで、水素の影響が抑制された低圧センサ３３の出力を参照することによって、高圧センサ３１および中圧センサ３２の出力を補正してもよい。
【００４８】
（第２実施形態）
第１実施形態においては、オフセットを補正する例について述べたが、燃料ガス流路のパージの際にのみオフセットを補正した場合、補正機会が限定されることになる。この場合、充分な補正ができない可能性もある。そこで、本実施形態においては、燃料ガス流路のパージ以外の場合においてもオフセットを補正できる構成について説明する。具体的には、本実施形態においては、高圧センサ３１が計測対象とする流路の燃料ガス圧力を、中圧センサ３２または低圧センサ３３を用いて適宜計測することによって、高圧センサ３１３の出力を補正する。
【００４９】
図９は、第２実施形態に係る燃料電池システム１００ａの全体構成を示すブロック図である。図９に示すように、燃料電池システム１００ａが図１の燃料電池システム１００と異なる点は、減圧弁２２と並列に切替弁２４が設けられ、高圧センサ３１が切替弁２４に接続されている点である。
【００５０】
切替弁２４は、経路切替弁であり、主止弁２１と減圧弁２２との間の配管と高圧センサ３１とを接続する第１経路と、減圧弁２２と中圧センサ３２との間の配管と高圧センサ３１とを接続する第２経路と、を切り替える。第１経路が開通すると、高圧センサ３１は、主止弁２１と減圧弁２２との間の燃料ガスの圧力を検出する。第２経路が開通すると、高圧センサ３１は、減圧弁２２によって減圧された燃料ガスの圧力を検出する。すなわち、第２経路が開通すると、高圧センサ３１は、中圧センサ３２と同じ圧力を検出することになる。この構成においては、高圧センサ３１が計測対象とする流路の燃料ガス圧力を、中圧センサ３２を用いて計測することによって、高圧センサ３１の出力のオフセットを補正することができる。
【００５１】
以下、中圧センサ３２の出力を用いた高圧センサ３１のオフセット補正の具体的な処理について説明する。図１０は、オフセット補正を実行するか否かを判定する際に実行されるフローチャートの一例である。図１０のフローチャートは、周期的（例えば１分ごと）に実行される。図１０に示すように、制御部７０は、フラグＦＬＧ＿ｏｆｓが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。フラグＦＬＧ＿ｏｆｓは、オフセット補正の実行を許可するか否かを識別するためのフラグである。本実施形態においては、オフセット補正の実行が許可される場合にはフラグＦＬＧ＿ｏｆｓ＝１であり、オフセット補正の実行が禁止される場合にはフラグＦＬＧ＿ｏｆｓ＝０である。
【００５２】
ステップＳ３１において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、オフセット補正の判定圧力の基本値Ｐｒｅｆ＿ｂａｓｅからヒステリシスｈｉｓを差し引くことによって得られる値をオフセット補正の判定圧力Ｐｒｅｆに設定する（ステップＳ３２）。基本値Ｐｒｅｆ＿ｂａｓｅは、中圧センサ３２の計測可能最大圧力近傍の値であり、一例として８ＭＰａである。ヒステリシスｈｉｓは、フラグＦＬＧ＿ｏｆｓのチャタリングを防止するためのヒステリシスであり、一例として１ＭＰａである。ステップＳ３１において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部７０は、基本値Ｐｒｅｆ＿ｂａｓｅを判定圧力Ｐｒｅｆに設定する（ステップＳ３３）。
【００５３】
ステップＳ３２の実行後またはステップＳ３３の実行後、制御部７０は、移動平均値Ｐｈ＿ｓが判定圧力Ｐｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。移動平均値Ｐｈ＿ｓは、高圧センサ３１の出力に基づく圧力の移動平均値であり、例えば、Ｐｈ＿ｓ＝（１５／１６）×Ｐｈ＿ｓ＋（１／１６）×Ｐｈ＿ｓ＿ｎで表される。なお、Ｐｈ＿ｓ＿ｎは、高圧センサ３１の最新の検出圧力値である。
【００５４】
ステップＳ３４において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、フラグＦＬＧ＿ｏｆｓに「１」を代入する（ステップＳ３５）。ステップＳ３４において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部７０は、フラグＦＬＧ＿ｏｆｓに「０」を代入する（ステップＳ３６）。ステップＳ３５の実行後またはステップＳ３６の実行後、フローチャートの実行が終了する。
【００５５】
図１１は、オフセット補正が許可されてオフセット補正がなされる際に実行されるフローチャートの一例である。図１１のフローチャートは、周期的（例えば１秒ごと）に実行される。図１１に示すように、制御部７０は、フラグＦＬＧ＿ｏｆｓが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。ステップＳ４１において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、計測経路を切り替える（ステップＳ４２）。具体的には、制御部７０は、切替弁２４の開通経路が第１経路から第２経路に切り替わるように、切替弁２４を制御する。
【００５６】
次に、制御部７０は、移動平均値Ｐｈ＿ｓから移動平均値Ｐｌ＿ｓを差し引いた値が判定圧力差Ｐｏｆｓ＿ｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４３）。移動平均値Ｐｌ＿ｓは、基準センサ出力に基づく圧力の移動平均値である。本実施形態においては、基準センサとして中圧センサ３２を用いることができる。また、移動平均値Ｐｌ＿ｓは、一例として、（１５／１６）×Ｐｌ＿ｓ＋（１／１６）×Ｐｌ＿ｓ＿ｎとして表すことができる。Ｐｌ＿ｓ＿ｎは、中圧センサ３２の最新の検出圧力値である。また、判定圧力差Ｐｏｆｓ＿ｒｅｆは、補正要否を判定するための圧力差であり、一例として０．２ＭＰａである。すなわち、判定圧力差Ｐｏｆｓ＿ｒｅｆは、高圧センサ３１の検出圧力値と中圧センサ３２の検出圧力値との間に所定の差が生じていることを確認するためのしきい値である。
【００５７】
ステップＳ４３において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０は、補正値Ｐｏｆｓを下記式（１）に従って算出する（ステップＳ４４）。
Ｐｏｆｓ＝Ｐｏｆｓ＋（Ｐｈ＿ｓ−Ｐｌ＿ｓ）／ｋ  （１）
ここで、補正値Ｐｏｆｓは、高圧センサ３１の出力を補正した値である。「ｋ」は、補正ゲインであり、センサ重畳ノイズなどに起因する誤補正防止のために設定されている。「ｋ」は、一例として１００である。ステップＳ４４の実行後、またはステップＳ４３において「Ｎｏ」と判定された後、制御部７０は、計測経路を元に戻す（ステップＳ４５）。具体的には、制御部７０は、切替弁２４の開通経路が第２経路から第１経路に切り替わるように、切替弁２４を制御する。その後、フローチャートの実行が終了する。
【００５８】
図１２は、図１０および図１１のフローチャートで実行されるロジックの動作概念図である。図１２において、横軸は経過時間を示し、上側のグラフの縦軸は圧力を示し、下側のグラフの縦軸は補正値を示す。上側のグラフにおいては、高圧センサ３１の検出圧力値、中圧センサ３２の検出圧力値、および判定圧力Ｐｒｅｆが描かれている。下側のグラフにおいては、瞬時補正値および最終補正値が描かれている。瞬時補正値とは、上記式（１）の（Ｐｈ＿ｓ−Ｐｌ＿ｓ）／ｋである。最終補正値とは、瞬時補正値を積分して得られる（上記式（１）によって得られる）補正値Ｐｏｆｓのことである。
【００５９】
図１２に示すように、中圧センサ３２の計測可能最大圧力を超えない所定の範囲において、オフセット補正が許可される（ステップＳ３４およびステップＳ３５が対応する）。オフセット補正が許可されると、高圧センサ３１の検出圧力値と中圧センサ３２の検出圧力値との差が所定値を超えた場合に、瞬時補正値が得られ、超えていない場合には瞬時補正値はゼロとなる（ステップＳ４３およびステップＳ４４が対応する）。高圧センサ３１の検出圧力値と中圧センサ３２の検出圧力値との差が所定値を超えた場合には、瞬時補正値が積分され、最終補正値が得られる（ステップＳ４４が対応する）。
【００６０】
本実施形態によれば、中圧センサ３２の検出圧力値を用いて高圧センサ３１のオフセットを補正することができる。また、高圧センサ３１のオフセット補正の機会がパージ制御実行時に限定されないため、オフセット補正の機会が増大する。なお、燃料電池システム１００ａにおいては、切替弁２４の作動により、一瞬、高圧側（燃料ガス供給源１０側）の圧力が減圧側に作用し、減圧制御性が損なわれるが、高圧センサ３１および中圧センサ３２の重複する計測範囲の関係上、双方の圧力差が小さい領域でのみの補正となる。したがって、制御上の支障は無視することができる。
【００６１】
図１０および図１１のフローチャートにおいては、中圧センサ３２の出力値を用いて高圧センサ３１のオフセットを補正したが、それに限られない。例えば、低圧センサ３３の出力値を用いて高圧センサ３１のオフセットを補正してもよく、または、低圧センサ３３の出力値を用いて中圧センサ３２のオフセットを補正してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０  燃料ガス供給源
２１  主止弁
２２  減圧弁
２３  流量調整弁
２４  切替弁
３１  高圧センサ
３２  中圧センサ
３３  低圧センサ
３４  電流センサ
３５  警告灯
４０  燃料電池スタック
５１  循環ポンプ
５２  パージ制御弁
６０  カソードポンプ
７０  制御部
１００  燃料電池システム
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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