(57)【要約】【課題】インジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、制御値を算出する際に用いられる制御値演算関数の学習の実行タイミングを適正化する。【解決手段】燃料電池に通じる燃料ガス供給流路に、燃料電池側に燃料ガスを供給するインジェクタを備えた燃料電池システムであって、燃料電池の運転状態に基づいて所定の制御値演算関数を用いて制御値を算出し、当該制御値に基づいてインジェクタの駆動を制御する制御手段と、インジェクタの制御値演算関数を学習する学習手段と、を有する。インジェクタは、所定の駆動周期で駆動して燃料電池側に燃料ガスを供給する。制御値演算関数の学習は、前記インジェクタの駆動周期毎に、所定の条件を満たしたときに行われる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に通じる燃料ガス供給流路に、燃料電池側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムであって、
燃料電池の運転状態に基づいて所定の制御値演算関数を用いて制御値を算出し、当該制御値に基づいて燃料ガス供給装置の駆動を制御する制御手段と、
燃料ガス供給装置の前記制御値演算関数を学習する学習手段と、を有し、
前記燃料ガス供給装置は、所定の駆動周期で駆動して燃料電池側に燃料ガスを供給し、
前記制御値演算関数の学習は、前記燃料ガス供給装置の駆動周期毎に、所定の条件を満たしたときに行われることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃料ガス供給装置の駆動周期よりも短い制御周期で燃料ガス供給装置と制御信号を通信しており、
前記制御値演算関数の学習は、前記駆動周期の切り替わりタイミングと一致する前記制御周期の制御信号通信タイミング、或いは前記駆動周期の切り替わりタイミングに最も近い前記制御周期の制御信号通信タイミングにおける、燃料ガスの供給状態或いは燃料電池の運転状態に関する値を用いて行われることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御値演算関数の学習は、前記燃料電池の燃料ガス消費流量に対応する複数の学習領域毎に行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御値演算関数の学習は、ＰＩ制御における積分項の更新演算であり、
当該積分項の更新演算は、少なくとも燃料ガス供給装置の駆動周期に対する出力時間の割合であるディーティー比が所定の閾値以上の場合に禁止されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス供給装置は、燃料電池側に燃料ガスを供給するインジェクタであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システムを備えた移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に通じる燃料ガス供給流路に、燃料電池側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システム、及び当該燃料電池システムを備えた移動体に関する。
【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燃料電池に燃料ガスを流すための燃料ガス供給流路が設けられ、この燃料ガス供給流路には、例えば燃料電池側に所望の流量及び圧力の燃料ガスを供給するインジェクタが設けられている。
【０００３】
上記インジェクタの駆動は、燃料電池システムの制御装置により厳格に制御されている。制御装置は、燃料電池の運転状態に基づいて、所定の制御演算則の制御値演算関数を用いて燃料噴出時間などの制御値を算出し、その制御値に基づいてインジェクタの駆動を制御している。この制御には、例えばＰＩ制御などのフィードバック制御が多く用いられている。
【０００４】
例えば上記ＰＩ制御で制御値を算出する場合には、例えばインジェクタの二次側目標圧力と燃料電池の発電電流のとの関係を示すマップなどの複数の制御値演算関数が用いられている。しかしながら、これらの制御値演算関数は、例えば燃料電池の運転状態やインジェクタなどの経年変化や個体差により変動するものであるため、これらの制御値演算関数を適宜学習し、更新することが求められている。そして、通常、制御値演算関数を学習する場合には、現状の運転状態を示す数値を取得し、それを用いて学習する必要があるため、例えばそのときの運転状態が一時的に不安定な状態にあるようなときは、学習に適さない。このため、制御値演算関数の学習を、定常状態となる予め定められた所定の条件が揃った場合に行うことが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６５１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、通常、上記学習は、一定条件のもと、制御装置からインジェクタに制御信号が送られる最短の制御周期毎に行われている。このため、条件さえ揃っていれば、インジェクタの駆動周期よりも短いタイミングで学習が行われてしまう。駆動周期より短いタイミングで学習が行われると、次の駆動に反映されないものが生じるため、その学習が無駄になることがある。また、学習回数が無駄に多くなると、演算誤差等により、中には精度の低い学習が行われる恐れがある。この結果、インジェクタの制御の精度が低下する恐れもある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、インジェクタなどの燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムにおいて、制御値を算出する際に用いられるマップなどの制御値演算関数の学習の実行タイミングを適正化することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための本発明は、燃料電池に通じる燃料ガス供給流路に、燃料電池側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムであって、燃料電池の運転状態に基づいて所定の制御値演算関数を用いて制御値を算出し、当該制御値に基づいて燃料ガス供給装置の駆動を制御する制御手段と、燃料ガス供給装置の前記制御値演算関数を学習する学習手段と、を有し、前記燃料ガス供給装置は、所定の駆動周期で駆動して燃料電池側に燃料ガスを供給し、前記制御値演算関数の学習は、前記燃料ガス供給装置の駆動周期毎に、所定の条件を満たしたときに行われることを特徴とする。
【０００９】
なお、「燃料ガス供給装置」には、例えば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面積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、を備えてなる電磁駆動方式のインジェクタや、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などが含まれる。
【００１０】
また、「制御値演算関数」には、制御値の算出に必要な演算式や関係式が含まれ、例えば燃料電池の入口側ガス状態（燃料ガス供給装置の二次側ガス状態）と入口側目標ガス状態（燃料ガス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（燃料ガス供給装置の二次側ガス状態）と発電電流との関係、燃料ガス供給装置の一次側ガス状態と二次側ガス状態との関係、燃料ガス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などを表す関係式や、制御則の演算式などが含まれる。
【００１１】
また、「制御値演算関数の学習」には、制御値演算関数自体の更新のみならず、制御値演算関数の再演算により算出値を更新することも含まれる。
【００１２】
また、「制御値」には、例えば燃料ガス供給装置が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、デューティー比、駆動周波数、駆動パルス等が含まれ、また、燃料ガス供給装置が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）等が含まれる。
【００１３】
本発明によれば、制御値演算関数の学習が、一定の条件の下、燃料ガス供給装置の駆動周期毎に行われるので、無駄な学習がなくなり、制御値演算関数の学習の実行タイミングが適正化される。また、これによって、より精度の高い学習が可能になり、燃料ガス供給装置の制御精度も向上する。
【００１４】
前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記燃料ガス供給装置の駆動周期よりも短い制御周期で燃料ガス供給装置と制御信号を通信しており、前記制御値演算関数の学習は、前記駆動周期の切り替わりタイミングと一致する前記制御周期の制御信号通信タイミング、或いは前記駆動周期の切り替わりタイミングに最も近い前記制御周期の制御信号通信タイミングにおける、燃料ガスの供給状態或いは燃料電池の運転状態に関する値を用いて行われるようにしてもよい。かかる場合、駆動周期内のほぼ一定のタイミングでの値を用いて制御値演算関数の学習が行われるので、安定した精度の高い学習が可能になる。
【００１５】
また、前記制御値演算関数の学習は、少なくとも燃料ガス供給装置の駆動周期に対する出力時間の割合であるディーティー比が所定の閾値以上の場合に禁止されるようにしてもよい。これにより、燃料ガス供給装置が不安定の運転状態のときに制御値演算関数が学習されることを防止できる。
【００１６】
前記制御値演算関数の学習は、前記燃料電池の燃料ガス消費流量に対応する複数の学習領域毎に行われるようにしてもよい。これによれば、燃料電池の実際の燃料ガス消費量に応じて学習を行うので、学習を安定的に高い精度で行うことができる。
【００１７】
前記燃料ガス供給装置は、燃料電池側に燃料ガスを供給するインジェクタであってもよい。
【００１８】
また、別の観点による本発明によれば、上記燃料電池システムを備えた移動体が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃料ガス供給装置の制御値を算出する際に用いられる制御値演算関数の学習の実行タイミングが適正化されるので、無駄な学習がなくなり、より高い精度の学習が可能になる。この結果、燃料ガス供給装置のより高い精度の制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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、燃料電池システム１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。
【００２１】
先ず、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。
【００２２】
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に空気などの酸化ガス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（制御手段、学習手段）４等を備えている。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ガス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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。インジェクタ３５の弁体は例えば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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
次に、制御装置４のインジェクタ３５を制御するための機能について説明する。
【００３６】
例えば制御装置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（例えば制御周期）毎に水素消費量を算出して更新する。
【００３７】
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の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、図３に示すような燃料電池１０の電流値（ＦＣ電流）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（圧力調整が要求される位置である圧力調整位置）における目標圧力値を算出して更新する。
【００３８】
また、制御装置４は、図２に示すように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（圧力調整位置）の圧力値（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（圧力差低減補正流量）である。
【００３９】
本実施形態においては、ＰＩ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。具体的には、制御装置４は、目標圧力値と検出圧力値との偏差（ｅ）に比例ゲイン（ＫP）を乗じることにより比例型フィードバック補正流量（比例項：Ｐ＝ＫP×ｅ）を算出するとともに、偏差の時間積分値（∫（ｅ）ｄｔ）に積分ゲイン（ＫI）を乗じることにより積分型フィードバック補正流量（積分項：Ｉ＝ＫI×∫（ｅ）ｄｔ）を算出し、これらを加算した値を含むフィードバック補正流量を算出している。
【００４０】
制御装置４は、例えばインジェクタ噴出時間を算出する際に用いられる制御値演算関数を学習させる学習機能（学習機能：Ｂ０）を有している。制御装置４は、例えばインジェクタ３５の駆動周期毎に、所定の条件を満たしているときに学習を行い、学習を行う場合には、例えば所定のタイミングの燃料電池１０の電流値などの検出値を用いて学習値を算出し、その後その学習値を用いて所定のタイミングで制御値演算関数を更新する。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。本実施形態においては、制御装置４により駆動周期を一定の値に設定している。
【００４１】
本実施の形態では、例えば制御値演算関数としての上記フィードバック補正流量の演算式に学習値を加える補正（学習）を行う。制御装置４は、例えば図４に示すマップ、つまり、ＦＣ電流（水素消費量）と学習値との関係を表わすマップを用いて、電流センサ１３により検出したＦＣ電流から、インジェクタ３５の経年変化や個体差による流量ばらつき等を考慮したフィードバック補正流量の学習値を求める。
【００４２】
この図４に示すマップでは、一定の水素消費量ゾーン（図４中の破線で区切られた１〜６の領域）毎に学習値が切り替わる。つまり、燃料電池１０の水素消費量に対応する複数の学習領域毎に学習値が切り替わるようになっている。
【００４３】
また、図２に示すように制御装置４は、前回算出した目標圧力値と今回算出した目標圧力値との偏差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機能：Ｂ４）。フィードフォワード補正流量は、目標圧力値の変動に起因する水素ガス流量の変動分（圧力差対応補正流量）である。本実施形態においては、目標圧力値の偏差とフィードフォワード補正流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎にフィードフォワード補正流量を算出して更新する。
【００４４】
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：Ｂ５）。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。
【００４５】
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：Ｂ６）。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。
【００４６】
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：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：Ｂ８）。
【００４７】
次に、上記制御装置４のインジェクタ３５の駆動制御について説明する。図５は、かかる駆動制御のフローチャートを示す。
【００４８】
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おいて燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を高精度に制御する。
【００４９】
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）。次いで、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量（水素消費量）を算出する（燃料消費量算出工程：Ｓ２）。
【００５０】
次いで、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、インジェクタ３５下流位置（圧力調整位置）におけ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：Ｓ３）。そして、制御装置４は、前回算出した目標圧力値と、今回算出した目標圧力値との偏差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：Ｓ４）。
【００５１】
次いで、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下流位置（圧力調整位置）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Ｓ３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）。
【００５２】
次いで、制御装置４は、燃料消費流量算出工程Ｓ２で算出した水素消費量と、フィードフォワード補正流量算出工程Ｓ４で算出したフィードフォワード補正流量と、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：Ｓ７）。
【００５３】
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：Ｓ８）。そして、制御装置４は、噴射流量算出工程Ｓ７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Ｓ８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：Ｓ９）。
【００５４】
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：Ｓ１０）。そして、制御装置４は、基本噴射時間算出工程Ｓ９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Ｓ１０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：Ｓ１１）。
【００５５】
その後、制御装置４は、総噴射時間算出工程Ｓ１１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のガス噴射時間と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。
【００５６】
次に、制御装置４の学習機能Ｂ０について説明する。
【００５７】
例えば図６に示すように制御装置４が制御信号を発信する制御周期Ｔｃに対し、インジェクタ３５の駆動周期Ｔは、長くなっている。制御装置４は、このインジェクタ３５の駆動周期Ｔ毎に、所定の条件を満たした場合に学習を行う。例えば各駆動周期Ｔの学習は、駆動周期Ｔの切り替わりタイミングと一致する制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミング、或いは駆動周期Ｔの切り替わりタイミングに最も近い制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミングで実行される。また、以下の示す各駆動周期Ｔの学習を行うための演算は、その駆動周期Ｔの切り替わりタイミングと一致する制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミング、或いは駆動周期Ｔの切り替わりタイミングに最も近い制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミングのときの検出値を用いて行われる。
【００５８】
以下、図７を参照しながら、インジェクタ噴射時間を算出するためのフィードバック補正流量値の学習動作について説明する。
【００５９】
まず、制御装置４は、燃料電池１０の発電電流値（ＦＣ電流値）を電流センサ１３で検出し（ステップＳ２０）、例えば図８に示すマップ、つまり、ＦＣ電流値に対応する燃料電池１０の水素消費量と、インジェクタ３５の一次圧（上流圧）と、所定の水素消費量範囲毎に設定された学習ゾーンとの関係を示すマップを用いて、燃料電池１０の水素消費量から学習すべき学習ゾーンを求める（ステップＳ２１）。
【００６０】
なお、本実施形態では、図８に示すように水素消費量毎、言い換えれば、ＦＣ電流毎に破線で区切られた６つの学習ゾーンが設定されている。
【００６１】
次に、図９に示すように電流センサ１３で検出したＦＣ電流の変化値が所定値以下であるかを判断する（ステップＳ２２）。このＦＣ電流の変化値が所定値を超えている場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、ステップＳ２０に戻り、所定値以下である場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、現在の電流ゾーンに入って所定時間経過したかを判断する（ステップＳ２３）。これらステップＳ２２、Ｓ２３では、現在の電流ゾーンに入ってからの電流変化値と経過時間とにより、定常状態であるか否かを判断している。
【００６２】
現在の電流ゾーンに入ってから所定時間が経過していない場合には（ステップＳ２３：ＮＯ）、ステップＳ２０に戻り、所定時間が経過している場合には（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、図５のステップＳ６と同様にして求められるＦＣ入口圧力偏差（目標圧力値と検出圧力値の偏差）が所定値以下であるかを判断する（ステップＳ２４、図１０）。このステップＳ２４の処理は、後述するステップＳ２７でＦＣ入口圧力偏差に基づき設定される学習値が適切な範囲となり得るか、つまり、学習に適した学習可能な状態であるかを判断している。
【００６３】
学習可能な状態でない場合には（ステップＳ２４：ＮＯ）、ステップＳ２０に戻り、学習可能な状態である場合には（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、図５のステップＳ６と同様にして求められるインジェクタ噴射時間のフィードバック補正流量値（Ｆ／Ｂ値）の前回値と今回値を積算する（ステップＳ２５）。
【００６４】
次に、この積算回数が所定回数以上であるかを判断し（ステップＳ２６）、所定回数未満である場合には（ステップＳ２６：ＮＯ）、ステップＳ２０に戻り、所定回数以上である場合には（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ２５で積算したインジェクタ噴射時間のＦ／Ｂ値を積算回数で除算して平均値を求め、例えばこのＦ／Ｂ値の平均値をステップＳ２１で求めた学習ゾーンにおける現在の学習値とする（ステップＳ２７、図１１）。
【００６５】
制御装置４は、以上の処理を経て、インジェクタ噴射時間を算出するためのフィードバック補正流量値が学習される。この学習が学習ゾーン１〜６の全てについて行われると、図４に示すようなマップが得られる。この学習結果は、インジェクタ噴射時間の算出の際のフィードバック補正流量算出機能Ｂ３に反映され、インジェクタ３５の制御値である噴射時間の設定に反映される。
【００６６】
また、学習値の更新タイミングは、図６に示すように同一学習ゾーンの状態が所定時間（７５０ｍｓ）経過した後であって、駆動周期Ｔの切り替わりタイミングと一致する制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミング、或いは駆動周期Ｔの切り替わりタイミングに最も近い制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミングに行われる。
【００６７】
以上の実施の形態によれば、インジェクタ噴射時間を算出するためのフィードバック補正流量値の学習が、一定の条件の下、インジェクタ３５の駆動周期Ｔ毎に行われるので、無駄な学習がなくなり、フィードバック補正流量値の学習実行タイミングが適正化される。また、これによって、より精度の高い学習が可能になり、インジェクタ３５の制御精度も向上する。
【００６８】
また、フィードバック補正流量値の学習は、駆動周期Ｔの切り替わりタイミングと一致する制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミング、或いは駆動周期Ｔの切り替わりタイミングに最も近い制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミングで実行され、またそのタイミングの検出値を用いて学習の演算が行われる。このため、駆動周期Ｔ内のほぼ一定のタイミングでの検出値を用いて、学習が行われるので、安定した精度の高い学習を行うことができる。
【００６９】
以上の実施の形態では、学習される制御値演算関数がフィードバック補正流量値を算出するものであったが、上述の燃料電池１０の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式、燃料電池１０の電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップ、目標圧力値の偏差とフィードフォワード補正流量との関係を表す特定の演算式、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、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などの演算式やマップであってもよい。また、フィードバック補正流量値を算出する演算式の比例項の比例ゲインＫPや積分項の積分ゲインＫIなどの定数であってもよい。
【００７０】
以上の実施の形態では、制御値演算関数の学習が、現状の演算式に補正を加えるものであったが、本発明は、上記ＰＩ制御の積分項Ｉの更新演算にも適用できる。
【００７１】
この場合の学習である積分項Ｉの更新演算は、上記実施の形態と同様に図１２に示すようにインジェクタ３５の駆動周期Ｔ毎に、一定の条件を満たしている場合に行われる。例えば各駆動周期Ｔで積分項Ｉの更新演算を行うか否かの判定（更新演算実行判定）は、駆動周期Ｔの切り替わりタイミングと一致する制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミング、或いは駆動周期Ｔの切り替わりタイミングに最も近い制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミングで行われる。また、積分項Ｉの演算に用いられる値は、その制御周期Ｔｃの制御信号通信時であって、駆動周期Ｔの切り替わりタイミングと一致するタイミング、或いは駆動周期Ｔの切り替わりタイミングに最も近いタイミングのものが用いられる。
【００７２】
次に、図１３を参照しながらインジェクタ制御に係わるフィードバック補正流量の積分項Ｉの更新演算を許可する条件について説明する。
【００７３】
同図はＦＣ電流値、ガス噴射指令時間、インジェクタ二次圧指令値、及びインジェクタ駆動周期のタイミングチャートを示している。それぞれの時刻ｔ３〜ｔ１は、インジェクタ噴射タイミングを示している。ＦＣ電流値Ｉ３〜Ｉ１は、それぞれのインジェクタ噴射タイミングにおいて電流センサ１３により検出される電流値である。ガス噴射指令時間τ３〜τ１は、それぞれのインジェクタ噴射タイミングにおいてインジェクタ３５から燃料ガスが噴射される時間を示す。インジェクタ二次圧指令値lo＿ref3〜lo＿ref1は、それぞれのインジェクタ噴射タイミングにおけるインジェクタ二次圧の目標値である。インジェクタ駆動周期Ｔは、インジェクタ３４のガス噴射間隔を示す。Duty3〜Duty1は、各駆動周期Ｔにおける駆動周期に対する出力時間の割合であるデューティー比である。インジェクタ駆動周期Ｔ３は、時刻ｔ３と時刻ｔ２との時間間隔を示しており、ガス噴射指令時間τ３は、インジェクタ駆動周期Ｔ３中にガス噴射する時間を示している。同様に、インジェクタ駆動周期Ｔ２は、時刻ｔ２と時刻ｔ１との時間間隔を示しており、ガス噴射指令時間τ２は、インジェクタ駆動周期Ｔ２中にガス噴射する時間を示している。
【００７４】
本実施形態では、次の条件（１）〜（４）の全てが満たされることを条件として、フィードバック補正流量算出機能Ｂ３による積分項Ｉの更新演算を許可するものとする。
（１）インジェクタ３５が安定してガス噴射していること。
（２）インジェクタ二次圧指令値の時間変化量が所定の閾値未満であること。
（３）ＦＣ電流の時間変化量が所定の閾値未満であること。
（４）インジェクタ３５の駆動周期Ｔに対する出力時間（インジェクタ３５がＯＮの状態の時間）Ｔｏの割合であるデューティー比が閾値未満であること。
一方、上記（１）〜（４）のうち何れかの条件が満たされない場合には、フィードバック補正流量算出機能Ｂ３による積分項の更新演算を禁止する。
【００７５】
ここで、条件（１）が成立するためには、それぞれのインジェクタ噴射時間がゼロでないこと、つまり、（１Ａ）式が成立する必要がある。
τ１＞０  ａｎｄ  τ２＞０  ａｎｄ  τ３＞０  …（１Ａ）
（１Ａ）式が成立する場合には、インジェクタ噴射安定フラグはオンとなる。一方、τ１、τ２、τ３の何れか一つがゼロである場合、つまり（１Ａ）式が成立しない場合には、インジェクタ噴射安定フラグはオフになる。
【００７６】
条件（２）が成立するためには、インジェクタ二次圧指令値の時間変化量が所定の閾値未満であること、つまり、以下の（２Ａ）、（２Ｂ）式の全てが成立する必要がある。
Δlo＿ref3＝│lo＿ref3-lo＿ref2│/Ｔ３≦２０Ｐａ／ｓ  …（２Ａ）
Δlo＿ref2＝│lo＿ref2-lo＿ref1│/Ｔ２≦２０Ｐａ／ｓ  …（２Ｂ）
（２Ａ）〜（２Ｂ）式の全てが成立する場合には、インジェクタ二次圧安定フラグはオンになる。一方、（２Ａ）、（２Ｂ）式のうち何れか一つでも成立しない場合には、インジェクタ二次圧安定フラグはオフになる。
【００７７】
条件（３）が成立するためには、ＦＣ電流の時間変化量が所定の閾値未満であること、つまり、以下の（３Ａ）、（３Ｂ）式の全てが成立する必要がある。
ΔＩ３＝│Ｉ３−Ｉ２│/Ｔ３≦３０ｍＡ／ｓ  …（３Ａ）
ΔＩ２＝│Ｉ２−Ｉ１│/Ｔ２≦３０ｍＡ／ｓ  …（３Ｂ）
（３Ａ）〜（３Ｂ）式の全てが成立する場合には、ＦＣ電流安定フラグはオンになる。
一方、（３Ａ）、（３Ｂ）式のうち何れか一つでも成立しない場合には、ＦＣ電流安定フラグはオフになる。
【００７８】
条件（４）が成立するためには、インジェクタ３５のディーティー比が閾値未満であること、つまり、以下の（４Ａ）〜（４Ｃ）式の全てが成立する必要がある。
Ｄｕｔｙ１≦７５％  …（４Ａ）
Ｄｕｔｙ２≦７５％  …（４Ｂ）
Ｄｕｔｙ３≦７５％  …（４Ｃ）
（４Ａ）〜（４Ｃ）式の全てが成立する場合には、指令圧追従可能フラグはオンになる。一方、（４Ａ）〜（４Ｃ）式のうち何れか一つでも成立しない場合には、指令圧追従フラグはオフになる。
【００７９】
インジェクタ噴射安定フラグ、インジェクタ二次圧安定フラグ、ＦＣ電流安定フラグ、及び指令圧追従可能フラグの全てがオンになるときに積分許可フラグはオンになり、フィードバック補正流量算出機能Ｂ３による積分項の更新演算が許可される。一方、インジェクタ噴射安定フラグ、インジェクタ二次圧安定フラグ、ＦＣ電流安定フラグ、及び指令圧追従可能フラグの何れかがオフになるときに積分許可フラグはオフになり、フィードバック補正流量算出機能Ｂ３による積分項の更新演算が禁止される。
【００８０】
図１２に示すように各駆動周期Ｔ毎に積分項Ｉの更新演算実行判定が行われ、許可されると、駆動周期Ｔの切り替わりタイミングの検出値を用いて、積分項Ｉの更新演算が行われ、その新しい積分項Ｉの値が次の駆動周期Ｔの駆動に反映される。また、禁止の場合には、前の駆動周期の積分項Ｉの値が維持される。
【００８１】
以上の実施の形態によれば、インジェクタ噴射時間を算出するためのフィードバック補正流量の積分項Ｉの更新演算（学習）が、一定の条件の下、インジェクタ３５の駆動周期Ｔ毎に行われるので、無駄な学習がなくなり、積分項Ｉの学習実行タイミングが適正化される。また、これによって、より精度の高い学習が可能になり、インジェクタ３５の制御精度も向上する。
【００８２】
また、積分項Ｉの学習は、駆動周期Ｔの切り替わりタイミングと一致する制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミング、或いは駆動周期Ｔの切り替わりタイミングに最も近い制御周期Ｔｃの制御信号通信タイミングにおける検出値を用いて行われている。このため、駆動周期Ｔ内のほぼ一定のタイミングでの検出値を用いて、学習が行われるので、安定した精度の高い学習を行うことができる。
【００８３】
さらに、積分項Ｉの更新演算は、少なくともインジェクタ３５の駆動周期Ｔに対する出力時間の割合であるディーティー比が所定の閾値以上の場合に禁止されるので、インジェクタ３５が高負荷でなく、指令追従が可能で安定して運転されているときに、積分項Ｉの更新演算を行うので、制御誤差を低減できる。
【００８４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８５】
例えば以上の実施の形態では、算出される制御値がインジェクタ３５の噴出時間であったが、噴射量、デューティー比、駆動周波数、駆動パルスなどの他の制御値であってもよい。また、制御対象である燃料ガス供給装置がインジェクタ３５であったが、レギュレータ３４などの他の燃料ガス供給装置であってもよい。
【００８６】
さらに、以上の実施の形態では、燃料電池車両に搭載する燃料電池システムについて説明したが、燃料電池システムは、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に搭載するものであってもよい。また、燃料電池システムは、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たものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】燃料電池システムの構成の概略を示す説明図である。
【図２】インジェクタ制御の機能ブロック図である。
【図３】ＦＣ電流と目標圧力の関係を示すマップである。
【図４】ＦＣ電流（水素消費量）と学習値の関係を示すマップである。
【図５】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】学習実行タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】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８】水素消費量に対応する学習ゾーンを示すマップである。
【図９】学習可能な状態を示すＦＣ電流と経過時間のマップである。
【図１０】ＦＣ入力圧力の変動を示すグラフである。
【図１１】学習時に算出したＦ／Ｂ値の変動を示すグラフである。
【図１２】積分項の更新演算実行判定タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１３】ＦＣ電流値、ガス噴射指令時間、インジェクタ二次圧指令値、インジェクタ駆動周期、及びインジェクタデューティー比のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
１  燃料電池システム
４  制御装置
１０  燃料電池
３１  水素供給流路
３５  インジェクタ
【図１】
2009135029.tif 000003
【図２】
2009135029.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009135029.tif 000006
【図５】
2009135029.tif 000007
【図６】
2009135029.tif 000008
【図７】
2009135029.tif 000009
【図８】
2009135029.tif 000010
【図９】
2009135029.tif 000011
【図１０】
2009135029.tif 000012
【図１１】
2009135029.tif 000013
【図１２】
2009135029.tif 000014
【図１３】
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