(57)【要約】【課題】バルブの初期化に伴い発生する音が周囲に騒音として感じられることを抑制できる燃料電池システム。【解決手段】燃料電池システム（１）は、酸化ガス配管系（３）に制御弁（１６，１８）を備え、制御弁（１６，１８）を制御装置（７）で制御する。制御装置（７）は、燃料電池システム１の運転停止指令から運転終了までの間に、制御弁（１６，１８）を初期化する。制御弁（１６，１８）の初期化は、エア流量が所定値以下になった場合に許可される。初期化後の制御弁（１６，１８）の開度を制御装置（７）に記憶し、燃料電池システム（１）の次の運転開始時に、この記憶した開度を制御弁（１６，１８）の制御上の初期値として用いる。また、制御弁（１６，１８）の初期化中は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（６１、６５）の運転を継続しておく。【選択図】図３
2009117169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
当該燃料電池システムに関連する流体が流れる流体回路と、
前記流体回路に設けられたバルブと、
前記バルブを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、当該燃料電池システムの運転停止指令から運転終了までの間に、前記バルブを初期化する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記流体回路を流れる流体の流量が所定値以下になった場合、前記バルブの初期化を許可する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
負荷に対し燃料電池と並列に接続された第１の蓄電装置と、
前記第１の蓄電装置と前記負荷との間に設けられた第１の電圧変換器と、を備え、
前記バルブは、前記第１の電圧変化器よりも前記第１の蓄電装置側に接続されており、
前記制御装置は、前記運転停止指令後も前記第１の電圧変換器の運転を継続し、その継続状態で前記バルブを初期化する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１の電圧変化器に対し、第２の電圧変換器を介して前記第１の蓄電装置と並列に接続された第２の蓄電装置を備え、
前記第２の電圧変換器及び前記第２の蓄電装置は、前記第１の電圧変換器及び前記第１の蓄電装置よりも低い電圧用のものであり、
前記バルブは、前記第２の電圧変換器よりも前記第２の蓄電装置側に接続され、
前記制御装置は、前記運転停止指令後も前記第２の電圧変換器の運転を継続し、その継続状態で前記バルブを初期化する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記バルブの初期化後の開度を記憶し、当該燃料電池システムの次の運転開始時に、この記憶した開度を前記バルブの制御上の初期値として用いる、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、当該燃料電池システムの運転開始時に前記バルブを初期化することを禁止する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記バルブは、弁体と、当該弁体を移動させるステップモータと、を備え、
前記制御装置は、前記ステップモータを一方向に回転させることにより、前記バルブを初期化する、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記流体回路は、燃料電池から酸化オフガスを排出するための排出路を備えており、
前記バルブは、前記排出路に設けられた調圧弁である、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記流体回路は、
燃料電池に酸化ガスを供給するための供給路と、
燃料電池から酸化オフガスを排出するための排出路と、
前記燃料電池をバイパスするように前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス流路と、を備え、
前記バルブは、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁である、請求項１ないし７のいずれか一項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、燃料電池システムに関し、特に燃料電池システムの運転に用いられるバルブの初期化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（例えば水素ガス）と酸化ガス（例えば空気）との電気化学反応により、電力を発生する。燃料電池システムでは、所定圧及び所定流量の燃料ガス及び酸化ガスを燃料電池に供給するために各種の制御弁が用いられている。また、燃料電池の運転温度を制御するために、燃料電池への冷却水の流量を制御する制御弁が用いられている。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料電池から排出された酸化オフガスを圧力調整する調圧弁を備えている。調圧弁は、モータ駆動式であり、モータによりその開度を調整されることで、燃料電池に供給される酸化ガスの供給圧を調整する。そして、調圧弁の脱調による酸化ガスの調圧不良を防止するために、調圧弁を初期化し、制御上の全閉位置と実際の全閉位置とを整合させるようにしている。この初期化の方法としては、調圧弁の閉方向動作を機械的に規制する方法が用いられ、初期化を実行するタイミングとしては、エアコンプレッサが駆動停止中のアイドルストップ処理（いわゆる間欠運転）の実行中とされている。
【特許文献１】特開２００６−３３１８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように調圧弁を初期化する方法では、閉方向動作の機械的な規制として、例えば弁体等の突き当てが行われる。しかし、アイドルストップ処理の実行中は、エアコンプレッサ等が停止しているため、比較的低騒音環境下にある。そのため、突き当てに伴う衝撃音が目立ち、周囲に不快感を与えてしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、バルブの初期化に伴い発生する音が周囲に騒音として感じられることを抑制できる燃料電池システムをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムに関連する流体が流れる流体回路と、流体回路に設けられたバルブと、バルブを制御する制御装置と、を備える。そして、制御装置は、燃料電池システムの運転停止指令から運転終了までの間に、バルブを初期化するものである。
【０００７】
本発明によれば、バルブの初期化に伴って発生した音が、運転停止指令から運転終了までの間の燃料電池システムの運転中に発する他の音と混合される。この運転中の期間は、燃料電池システムの運転開始時、間欠運転中及び運転終了後に比べて、燃料電池システムの運転音が大きい。したがって、初期化に伴うバルブの発生音が周囲に騒音として感じられることを抑制できる。
【０００８】
好ましくは、制御装置は、流体回路を流れる流体の流量が所定値以下になった場合に、バルブの初期化を許可するとよい。
【０００９】
こうすることで、バルブに作用する流体の力を低減した状態でバルブの初期化を行うことができる。
【００１０】
好ましくは、燃料電池システムは、負荷に対し燃料電池と並列に接続された第１の蓄電装置と、第１の蓄電装置と負荷との間に設けられた第１の電圧変換器と、を備えるとよい。そして、バルブは、第１の電圧変化器よりも第１の蓄電装置側に接続されており、制御装置は、運転停止指令後も第１の電圧変換器の運転を継続し、その継続状態でバルブを初期化するとよい。
【００１１】
こうすることで、運転停止指令後に第１の電圧変換器の運転を継続するため、燃料電池からの電力でバルブを初期化できる。これにより、第１の蓄電装置からの電力の持ち出しを抑制できるので、第１の蓄電装置の蓄電容量不足のためにバルブを初期化できないという事態を回避できる。
【００１２】
より好ましくは、燃料電池システムは、第１の電圧変化器に対し、第２の電圧変換器を介して第１の蓄電装置と並列に接続された第２の蓄電装置を備え、第２の電圧変換器及び第２の蓄電装置は、第１の電圧変換器及び第１の蓄電装置よりも低い電圧用のものであるとよい。そして、バルブは、第２の電圧変換器よりも第２の蓄電装置側に接続され、制御装置は、運転停止指令後も第２の電圧変換器の運転を継続し、その継続状態でバルブを初期化するとよい。
【００１３】
こうすることで、低電圧用のバルブに適したシステム構成において、バルブを初期化する場合に、高電圧用の第１の蓄電装置及び低電圧用の第２の蓄電装置の両方から電力を供給できる。これにより、低電圧用の第２の蓄電装置のみからの電力の持ち出しを抑制できるので、第２の蓄電装置の蓄電容量不足のためにバルブを初期化できないという事態を回避できる。
【００１４】
好ましくは、制御装置は、バルブの初期化後の開度を記憶し、燃料電池システムの次の運転開始時に、この記憶した開度をバルブの制御上の初期値として用いるとよい。
【００１５】
これにより、燃料電池システムの次の運転開始時から、バルブを高精度に制御できる。
【００１６】
好ましくは、制御装置は、燃料電池システムの運転開始時にバルブを初期化することを禁止するとよい。
【００１７】
こうすることで、燃料電池システムの運転の始動時間を短縮できる。また、特に運転開始時は燃料電池システムの運転音が比較的静かなため、この静かなときにバルブの初期化に伴う音が目立つことを抑制できる。
【００１８】
好ましくは、バルブは、弁体と、弁体を移動させるステップモータとを備え、制御装置は、ステップモータを一方向に回転させることにより、バルブを初期化するとよい。
【００１９】
こうすることで、ステップモータの脱調を回復でき、弁体の制御上の移動位置と実際の移動位置とを精度良く整合させることができる。
【００２０】
好ましくは、流体回路は、燃料電池から酸化オフガスを排出するための排出路を備え、バルブは、排出路に設けられた調圧弁であるとよい。
【００２１】
好ましくは、流体回路は、燃料電池に酸化ガスを供給するための供給路と、燃料電池から酸化オフガスを排出するための排出路と、燃料電池をバイパスするように供給路と排出路とを接続するバイパス流路と、を備えるとよい。この場合、バルブは、バイパス流路に設けられたバイパス弁であるとよい。
【発明の効果】
【００２２】
上記した本発明の燃料電池システムによれば、バルブの初期化に伴って発生する音が周囲に大きな騒音として感じられることを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
【００２４】
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池２、酸化ガス配管系３、燃料ガス配管系４、冷媒配管系５、電力系６、及び、制御装置７を備える。酸化ガス配管系３、燃料ガス配管系４及び冷媒配管系５が、燃料電池システム１に関連する流体回路となっている。燃料電池システム１は、車両１００に搭載することができるが、もちろん車両１００のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源にも適用可能である。
【００２５】
燃料電池２は、多数の単セルを積層したスタック構造を備える。固体高分子電解質型の単セルは、電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有する。一方のセパレータの酸化ガス流路２ａに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路２ｂに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により、燃料電池２は電力を発生すると共に発熱する。固体高分子電解質型の燃料電池２の温度は、およそ６０〜８０℃となる。
【００２６】
酸化ガス配管系３は、供給路１１及び排出路１２を有する。供給路１１には、酸化ガス流路２ａに供給される酸化ガスが流れる。排出路１２には、酸化ガス流路２ａから排出された酸化オフガスが流れる。コンプレッサ１４は、供給路１１に設けられ、エアフィルタ１３を介して酸化ガスとしての外気を取り込み、燃料電池２に圧送する。圧送される酸化ガスは、加湿器１５によって酸化オフガスとの間で水分交換がなされ、適度に加湿される。コンプレッサ１４の回転数は、回転数センサＲ１によって検出される。また、コンプレッサ１４が取り込む外気の流量又はコンプレッサ１４が圧送する外気の流量（以下、いずれも「エア流量」と総称する。）は、供給路１１又はエアフィルタ１３に設置されるエアフローメータ（流量計）Ｆ１によって検出される。
【００２７】
エア調圧弁１６は、排出路１２においてカソード出口付近に配設され、燃料電池２への酸化ガスの供給圧を調圧する。エア調圧弁１６は、例えばステップモータを駆動源とする制御弁であり、制御装置７からの指令により開度を任意に設定される。バイパス路１７は、酸化ガスが燃料電池２をバイパスして流れるように、供給路１１と排出路１２とを接続する。バイパス路１７は、加湿器１５の上流側の接続点Ｂで供給路１１に接続されると共に、加湿器１５の下流側の接続部Ｃで排出路１２に接続される。酸化オフガスは、図示省略したマフラーを経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
【００２８】
バイパス弁１８は、バイパス通路１７に設けられる。バイパス弁１８は、例えばステップモータを駆動源とする制御弁であり、制御装置７からの指令により開度を任意に設定される。バイパス弁１８の開弁により、コンプレッサ１４から吐出された酸化ガスの一部がバイパス路１７へと分流され、バイパス弁１８を通ってマフラーへと導かれる。このバイパスされる酸化ガスによって、低効率運転時に排出路１２へと排出されるいわゆるポンピング水素を希釈できる。
【００２９】
燃料ガス配管系４は、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に給排する。燃料ガス配管系４は、水素供給源２１、供給路２２、循環路２３、水素ポンプ２４及びパージ路２５を有する。水素ガスは、元弁２６を開くことで水素供給源２１から供給路２２に流出し、レギュレータ２７及び遮断弁２８を経て燃料ガス流路２ｂに供給される。その後、水素ガスは、燃料ガス流路２ｂから水素オフガスとして循環路２３に排出される。水素オフガスは、循環路２３と供給路２２との合流点Ａに水素ポンプ２４によって戻され、再び燃料ガス流路２ｂに供給される。また、水素オフガスの一部は、パージ弁３３の適宜の開弁により、循環路２３からパージ路２５へと排出され、図示省略した水素希釈器を経て外部に排出される。
【００３０】
冷媒配管系５は、冷媒流路４１、冷却ポンプ４２、ラジエータ４３、バイパス流路４４及び切替え弁４５を有する。冷媒流路４１は、燃料電池２内の冷却流路２ｃに連通しており、燃料電池２とラジエータ４３との間で冷媒（例えば冷却水）を循環する。冷却ポンプ４２は、冷媒を冷却流路２ｃに圧送する。ラジエータ４３は、燃料電池２から排出された冷媒を冷却する。バイパス流路４４は、冷媒がラジエータ４３をバイパスして流れるように、冷媒流路４１に接続される。
【００３１】
切替え弁４５は、ラジエータ４３とバイパス流路４４との間で冷媒の通流を設定する制御弁である。切替え弁４５は、三方弁構造を有し、例えばステップモータを駆動源とするロータリバルブからなる。切替え弁４５は、制御装置７からの指令により、ラジエータ４３及びバイパス流路４４に対する開度を任意に設定される。例えば、切替え弁４５がバイパス流路４４側に切り替えられたときには、ラジエータ４３による放熱効果を受けない冷媒が燃料電池２に流入する。
【００３２】
電力系６は、システム１の電力を充放電するものであり、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、蓄電装置６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５及び蓄電装置６６を備える。トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４は、車両１００の主動力源を構成し、車輪１０１Ｌ，１０１Ｒに連結される。
【００３３】
高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器（第１の電圧変換器）である。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、蓄電装置６２から入力された直流電圧を調整してインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。これらの機能により、蓄電装置６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００３４】
蓄電装置６２（第１の蓄電装置）は、高電圧の蓄電装置として機能する充放電可能な二次電池である。蓄電装置６２は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池であるが、二次電池以外のキャパシタを用いてもよい。蓄電装置６２は、トラクションモータ６４に対し高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を介して燃料電池２と並列に接続される。なお、蓄電装置６２とトラクションモータ６４との間に高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を設ける構成に代えて、燃料電池２とトラクションモータ６４との間に高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を設けてもよい。
【００３５】
高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１と燃料電池２との間には、燃料電池２の運転に供せられる各種の高圧補機が接続されている。本実施形態の高圧補機は、高電圧（例えば１２Ｖよりも高い電圧）用の補機であり、例えば、エアコンプレッサ１４、水素ポンプ２４及び冷却ポンプ４２が高圧補機に該当する。高圧補機（１４，２４，４２）への電力は、図示省略したインバータにより交流電力に変換されて供給される。
【００３６】
低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５（第２の電圧変換器）は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１と蓄電装置６２との間に接続され、高電圧回路側の直流電力の一部を降圧して低電圧回路側へと供給する。降圧された直流電力は、一部が低電圧バッテリとして機能する蓄電装置６６（第２の蓄電装置）に充電され、残りが低圧補機６７を駆動するための電力として用いられる。低圧補機６７は、低電圧（例えば１２Ｖ）で駆動する各種機器であり、上記の高電圧補機（エアコンプレッサ５、冷却ポンプ１０及び水素ポンプ２６）とは異なるものである。低圧補機６７としては、例えば、エア調圧弁１６、バイパス弁１８、元弁２６及び切替え弁４５のほか、車両１００用の補機などが該当する。低圧補機６７は、蓄電装置６６から電力供給されることによっても駆動し得る。
【００３７】
制御装置７は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、システム１を統括制御する。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、後述する制御弁の初期化など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御装置７は、圧力センサ、エアフローメータＦ１及び回転数センサＲ１などの各種センサからの検出信号を入力し、各構成要素（コンプレッサ１４、エア調圧弁１６、バイパス弁１８、パージ弁３３、冷却ポンプ４２及び切替え弁４５など）に制御信号を出力する。なお、図１では、制御装置７から各構成要素への制御信号は一部のみをあらわした。
【００３８】
次に、制御弁の初期化について詳述する。
【００３９】
上記したように、本実施形態では、制御弁として、エア調圧弁１６、バイパス弁１８及び切替え弁４５が設けられている。エア調圧弁１６は酸化ガスの圧力を制御し、バイパス弁１８は燃料電池２及びバイパス流路１７への酸化ガスの流量を制御し、切替え弁４５はラジエータ４３への冷媒の流量を制御する。これら制御弁は、いずれも駆動源として、制御装置７により制御されるステップモータを有している。そして、ステップモータによって、弁座に対する弁体の位置が制御され、バルブ開度が制御される。
【００４０】
制御弁の初期化とは、ステップモータの初期化を意味する。ステップモータは、正逆方向に回転可能に構成されており、制御装置７からの指令によるパルス数に応じて所定量だけ回転する。ステッピングモータへのパルス数の制御により、弁体が目標とする位置に移動する。ところが、弁体の実際の移動位置が、ステップモータの脱調によって、制御装置７により指令された制御上の目標位置からずれてしまうことがある。これを回復するために、本実施形態では、ステップモータの初期化が実行される。
【００４１】
初期化の方法は、基本的に、ステップモータを所定の位置まで一方向に回転させ、その位置を基準位置（初期値）としてステップモータに設定することで行う。この基準位置は、弁体の任意位置でもよいが、弁体が弁座に当接する全閉位置又は弁体が弁座から最も離間する全開位置とするとよい。エア調圧弁１６及びバイパス弁１８について一例を説明すると、これらのステップモータを初期化する場合には、先ず、ステップモータを一方向に回転させて、弁体を全閉位置まで移動させ、弁座に突き当てる。次いで、この全閉位置でのバルブ開度を制御弁の制御上の全閉開度（初期値）としてステップモータに設定する。これにより、初期化が完了する。なお、ステップモータの初期化は、ゼロ点調整、リセット又は位置学習と換言されることもある。
【００４２】
ここで、初期化において弁体を弁座に突き当てる際には、その突き当てのために必要な理論的なパルス数（ステップ数）よりも多いパルス数を、ステップモータに印加することが望ましい。これは、ステップモータが脱調していると、理論的なパルス数では弁体が弁座に突き当たらない場合もあり、多めのパルス数を印加することで弁体を弁座に確実に突き当てるようにするためである。なお、初期化において弁体を全開位置に移動させる場合は、弁体の移動が全開位置で規制されるようにするとよい。例えば、ステップモータの回転により弁体と共に移動する部位と、全開位置でこの部位に突き当てられるストッパとをエア調圧弁１６及びバイパス弁１８に設ければよい。
【００４３】
図２を参照して、切替え弁４５の初期化についても一例を説明する。
切替え弁４５は、温度制御にセンシティブな燃料電池２に精度良く対応できるようロータリバルブからなる。切替え弁４５の弁体５１０は、バイパス流路４４、ラジエータ４３側の流路２２０、及び燃料電池２側の流路２３０の合流点に位置する。弁体５１０は、ステップモータ５２０からの動力がギヤ列５３０，５４０を介して入力され、それにより回転する。ステップモータ５２０へのパルス数の制御により、弁体５１０の開口部５７０を目標とする位置（ラジエータ４３及びバイパス流路４４に対する目標開度）に移動させることができる。
【００４４】
弁体５１０は、ロッド５８０を介してファイナルギヤ５４０に連結されており、その両方向への回転の終端位置が位置規制機構５５０によって規制されるように構成されている。位置規制機構５５０は、ベース７１０と、二つのストッパ７２０，７３０と、二つのストッパ７２０，７３０を摺動可能に挿通する二つの規制溝７４０，７５０と、を備える。ベース７１０には、ロッド５８０を挿通させるための貫通孔が形成されていると共に、二つのストッパ７２０，７３０が立設されている。二つの規制溝７４０，７５０は、ファイナルギヤ５４０の中心を挟んで対向しており、この中心を曲率中心とする円弧の溝としてファイナルギヤ５４０に貫通形成されている。
【００４５】
弁体５１０が一方向に最大限回転すると、ストッパ７２０が規制溝７４０の端に突き当たり、また、弁体５１０が逆方向に最大限回転すると、ストッパ７３０が規制溝７５０の端に突き当たる。これにより、いずれの場合も終端位置に規制される。切替え弁４５を初期化する場合には、例えば、ストッパ７２０又は７３０が規制溝７４０又は７５０に突き当たった位置を基準位置（初期値）としてステップモータ５２０に設定すればよい。なお、弁体５１０の位置が規制される二つの終端位置は、それぞれ、ラジエータ４３側に全開となる位置と、バイパス流路４４側に全開となる位置であるとよい。また、上記同様に、初期化の際にステップモータ５２０に印加するパルス数は、突き当てのために必要な理論的なパルス数よりも多いことが好ましい。
【００４６】
図３を参照して、制御弁の初期化のフローについて、エア調圧弁１６及びバイパス弁１８を例に説明する。
【００４７】
エア調圧弁１６及びバイパス弁１８の初期化は、燃料電池システム１の運転停止指令から運転終了までの間に実行される。具体的には、例えば運転者によってイグニッションスイッチがＯＦＦ操作されると、燃料電池システム１の運転停止が指令される（ステップＳ１）。このとき、制御装置７は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の運転を継続する。一方で、制御装置７は、燃料電池２への酸化ガス及び水素ガスの供給を停止するべく、コンプレッサ１４や水素ポンプ２４に駆動停止の信号を出力する（ステップＳ２）。これにより、コンプレッサ１４や水素ポンプ２４の回転数が徐々に減少していく。
【００４８】
エアフローメータＦ１により検出されるエア流量が所定値（例えば１００Ｌ/ｍｉｎ）以下になったところで（ステップＳ３；ＹＥＳ）、制御装置７はエア調圧弁１６及びバイパス弁１８の初期化を許可し、これを実行する（ステップＳ４）。上述のとおり、エア調圧弁１６及びバイパス弁１８の初期化は、ステップモータを一方向に回転させることで、弁体を弁座に突き当てたり、あるいは、弁体と共に移動する部位をストッパに突き当てたりすることにより行われる。なお、エア調圧弁１６及びバイパス弁１８の初期化は同時に開始されるとよい。
【００４９】
初期化後、制御装置７は、その終了時の弁開度（例えば全閉又は全開の開度）にエア調圧弁１６及びバイパス弁１８を制御し、その弁開度を制御装置７におけるＲＡＭ等に記憶する（ステップＳ５）。ここで、記憶された弁開度は、燃料電池システム１の次回の運転開始時に、エア調圧弁１６及びバイパス弁１８の初期値として用いられることになる。
【００５０】
ステップＳ５の後、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の運転が停止される（ステップＳ６）。その後、制御装置７の電源がＯＦＦされ、燃料電池システム１の運転が完全に終了する（ステップＳ７）。そして、燃料電池システム１は次のシステム運転の開始（イグニッションスイッチのＯＮ操作）を待つことになる。
【００５１】
以上説明した本実施形態の作用効果を述べる。
先ず、本実施形態によれば、制御弁（エア調圧弁１６、バイパス弁１８及び切替え弁４５）を初期化するので、ステップモータの脱調によるバルブ開度の実際値と制御値とのズレを解消できる。これにより、燃料電池２に対する酸化ガスの供給量及び供給圧を高精度に制御することができる。
【００５２】
一方で、制御弁を初期化すると、初期化に伴って音（突当て音）が発生する。
本実施形態と異なり、燃料電池システム１の運転開始時に初期化を行うと、この突当て音が比較的大きな音として運転者等の周囲に感じられてしまう。これは、運転開始時では、コンプレッサ１４が駆動されていないなど、燃料電池システム１の他の運転音が存在しないか又は小さいからである。
また、運転開始時の初期化は電力系６にも支障をきたすおそれがある。具体的には、運転開始時に初期化を行う際に、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５が起動されていないと、制御弁の初期化のための電力は低圧用の蓄電装置６６からひかれることになる。しかし、蓄電装置６６の蓄電量が十分でないと、いわゆるバッテリあがりの状態となり、制御弁を初期化できないという事態が生じ得る。
【００５３】
さらに、本実施形態と異なり、燃料電池システム１の運転終了後に初期化を行おうとすると、上記同様に燃料電池システム１の他の運転音が存在しないために、突当て音が比較的大きな音として感じられてしまう。また、制御装置７を一時的に立ち上げる必要があるばかりか、上記同様に、いわゆるバッテリあがりの状態となるおそれもある。
【００５４】
また、本実施形態と異なり、燃料電池２が要求出力に応じて発電している通常運転時（システム停止指令前）に初期化を行えば、コンプレッサ１４が駆動中のため、その駆動音と混合される突当て音は、それほど目立たず、大きな音として感じられることはない。しかし、通常運転時では、要求出力に応じて制御弁の開度を随時制御している状態であるので、制御弁の初期化を行うことはそもそも適当ではない。
【００５５】
これらに対し、本実施形態では、燃料電池システム１の運転停止指令（ステップＳ１）から運転終了（ステップＳ７）までの間に初期化が実行される。この期間の場合、運転開始時及び運転終了後に比べると、燃料電池システム１の運転音が大きい。したがって、突当て音がそれほど目立たないため、突当て音が周囲に騒音として感じられることを抑制できる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、コンプレッサ１４の停止指令の直後に初期化を実行するのではなく、エア流量が所定値以下になってから初期化を実行している（ステップＳ３；ＹＥＳ）。これにより、エア調圧弁１６及びバイパス弁１８に作用する酸化ガス圧を低減した状態で、これらの初期化を行うことができる。これにより、初期化の際の弁体の移動をスムーズに行うことができ、初期化を良好に行うことができる。
【００５７】
さらに、電力系６に着目すれば、本実施形態では、制御弁の初期化が完了するまで、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の運転の運転を継続している（参照：ステップＳ１〜ステップＳ６）。これにより、低圧補機６７としての制御弁の初期化に用いる電力を、低圧側の蓄電装置６６のみならず、高圧側の蓄電装置６２からも供給できる。また、燃料電池２が発電中であればその電力を、さらにはトラクションモータ６４が回生電力を発生している場合にはその電力を、制御弁の初期化に用いることが可能となる。したがって、初期化の際に、蓄電装置６６のみからの電力の持ち出しを抑制でき、蓄電装置６６がいわゆるバッテリあがりの状態となることを回避できる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１の次の運転開始時に、初期化後に記憶した開度を制御弁の制御上の初期値として用いている（参照：ステップＳ５）。したがって、燃料電池システム１の次の運転開始時から、制御弁を高精度に制御できると共に、燃料電池システム１の運転の始動時間を短縮できる。なお、次の運転開始時に制御弁を初期化する必要がないので、運転開始時に制御弁の初期化を禁止するとよい。
【００５９】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【００６０】
＜変形例１＞
制御弁の初期化を開始するタイミングとして、エア流量が所定値以下になったときとしたが（ステップＳ３）、これに代えて、回転数センサＲ１によって検出されるコンプレッサ１４の回転数が所定値以下になったときとしてもよい。
【００６１】
＜変形例２＞
図３では、エア調圧弁１６及びバイパス弁１８を例に説明したが、エア調圧弁１６及びバイパス弁１８を初期化する際に、切替え弁４５もこれらと同時に初期化してもよい。あるいは、図３と同様のシーケンスで、切替え弁４５の初期化を実行してもよい。例えば、図３のステップＳ３におけるエア流量に代えて、冷媒流量を用いてもよいし、冷却ポンプ４２の回転数を用いてもよい。
【００６２】
＜変形例３＞
燃料ガス配管系４がステップモータ付きの制御弁を有する場合には、図３と同様のシーケンスでその制御弁の初期化を実行してもよい。この場合には、図３のステップＳ３におけるエア流量に代えて、水素ポンプ２４の回転数又は水素ガスの流量（供給流量あるいは循環流量）を用いてもよい。
【００６３】
＜変形例４＞
燃料電池システム１の運転停止指令（ステップＳ１）から運転終了（ステップＳ７）までの間に掃気運転を行う場合には、その掃気運転中に制御弁を初期化してもよい。掃気運転とは、燃料電池２内の特に電解質膜を乾燥させるために行う運転であり、例えば、燃料電池２への水素ガスの供給を停止した状態で燃料電池２に酸化ガス又は不活性ガスを供給し、燃料電池２に残る水分を酸化ガスで持ち去ることで行われる。
【００６４】
＜変形例５＞
制御弁の初期化の際のステップモータの回転速度が、システム運転時に比べて遅くなるように、制御弁のステップモータを制御してもよい。こうすることで、ステップモータはゆっくりとしたステップ送りとなるので、その分、速度エネルギーが低下した状態で突き当てが行われる。これにより、突き当てに伴う衝撃音が低減されるようになる。
【００６５】
＜変形例６＞
制御弁の初期化後、次のシステム運転の開始までに、弁体を基準位置から所望の位置に移動させてもよい。例えばエア調圧弁１６及びバイパス弁１８の弁体を、初期化で使用した全閉位置から、全開位置に移動させてもよい。こうすることで、システム運転の停止時にエア調圧弁１６及びバイパス弁１８で水分が凍結したとしても、次のシステム運転の時にこれらが開弁しないことによる不具合を回避できる。
【００６６】
＜変形例７＞
制御弁として、エア調圧弁１６、バイパス弁１８及び切替え弁４５を例に説明したが、もちろんこれらに限るものではない。燃料電池システム１に用いられる制御弁であれば、上記の初期化を実行することができる。また、制御弁として、駆動源にステップモータを使用したものについて説明したが、これ以外を駆動源とする制御弁、例えば圧電素子や磁歪素子などの電気・磁気力によって駆動される制御弁についても上記の初期化を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明の制御弁を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の制御弁の初期化の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１：燃料電池システム、２：燃料電池、３：酸化ガス配管系、４：燃料ガス配管系、５：冷媒配管系、７：制御装置、１１：供給路、１２：排出路、１６：エア調圧弁、１７：バイパス流路、１８：バイパス弁、４５：切替え弁、６１：高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（第１の電圧変換器）、６２：蓄電装置（第１の蓄電装置）、６４：トラクションモータ（負荷）、６５：低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２の電圧変換器）、６６：蓄電装置（第２の蓄電装置）、５１０：弁体、５２０：ステップモータ
【図１】
2009117169.tif 000003
【図２】
2009117169.tif 000004
【図３】
2009117169.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月16日(2009.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
当該燃料電池システムに関連する流体が流れる流体回路と、
前記流体回路に設けられたバルブと、
前記バルブを制御する制御装置と、
負荷に対し燃料電池と並列に接続された第１の蓄電装置と、
前記第１の蓄電装置と前記負荷との間に設けられた第１の電圧変換器と、を備え、
前記バルブは、前記第１の電圧変化器よりも前記第１の蓄電装置側に接続されており、
前記制御装置は、当該燃料電池システムの運転停止指令から運転終了までの間に、前記第１の電圧変換器の運転を継続した状態で前記バルブを初期化する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記流体回路を流れる流体の流量が所定値以下になった場合、前記バルブの初期化を許可する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１の電圧変化器に対し、第２の電圧変換器を介して前記第１の蓄電装置と並列に接続された第２の蓄電装置を備え、
前記第２の電圧変換器及び前記第２の蓄電装置は、前記第１の電圧変換器及び前記第１の蓄電装置よりも低い電圧用のものであり、
前記バルブは、前記第２の電圧変換器よりも前記第２の蓄電装置側に接続され、
前記制御装置は、前記運転停止指令後も前記第２の電圧変換器の運転を継続し、その継続状態で前記バルブを初期化する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記バルブの初期化後の開度を記憶し、当該燃料電池システムの次の運転開始時に、この記憶した開度を前記バルブの制御上の初期値として用いる、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置は、当該燃料電池システムの運転開始時に前記バルブを初期化することを禁止する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記バルブは、弁体と、当該弁体を移動させるステップモータと、を備え、
前記制御装置は、前記ステップモータを一方向に回転させることにより、前記バルブを初期化する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記流体回路は、燃料電池から酸化オフガスを排出するための排出路を備えており、
前記バルブは、前記排出路に設けられた調圧弁である、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記流体回路は、
燃料電池に酸化ガスを供給するための供給路と、
燃料電池から酸化オフガスを排出するための排出路と、
前記燃料電池をバイパスするように前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス流路と、を備え、
前記バルブは、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁である、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムに関連する流体が流れる流体回路と、流体回路に設けられたバルブと、バルブを制御する制御装置と、負荷に対し燃料電池と並列に接続された第１の蓄電装置と、第１の蓄電装置と負荷との間に設けられた第１の電圧変換器と、を備える。そして、バルブは、第１の電圧変化器よりも第１の蓄電装置側に接続されており、制御装置は、燃料電池システムの運転停止指令から運転終了までの間に、第１の電圧変換器の運転を継続した状態でバルブを初期化するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明によれば、バルブの初期化に伴って発生した音が、運転停止指令から運転終了までの間の燃料電池システムの運転中に発する他の音と混合される。この運転中の期間は、燃料電池システムの運転開始時、間欠運転中及び運転終了後に比べて、燃料電池システムの運転音が大きい。したがって、初期化に伴うバルブの発生音が周囲に騒音として感じられることを抑制できる。また、運転停止指令後に第１の電圧変換器の運転を継続するため、燃料電池からの電力でバルブを初期化できる。これにより、第１の蓄電装置からの電力の持ち出しを抑制できるので、第１の蓄電装置の蓄電容量不足のためにバルブを初期化できないという事態を回避できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2009117169.tif 000006