JP2006331862A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】空気調圧弁の制御精度を向上し、空気の調圧不良を回避する。
【解決手段】アイドルストップ処理を実行している際、コントローラ２２が、全閉制限手段により制限されるまで空気調圧弁６の開度を閉方向に制御し、その時に開度センサ１１により検出された空気調圧弁６の開度を制御上の全閉位置として設定する。これにより、燃料電池システムのオペレーションに影響を及ぼすことなく、始動時から温度が変化した運転状態において空気調圧弁６の制御上の全閉位置を再学習することにより、空気調圧弁６の制御精度を向上し、空気の調圧不良を回避することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤ガスの圧力を制御する圧力調整弁を備える燃料電池システムに関する。

内燃機関の電子制御式スロットル弁（以下、スロットル弁と略記）では、温度等の環境変化によってスロットル弁の開度を検出する開度センサに検出誤差が発生した場合、スロットル弁の実際の全閉及び全開位置と制御上の全閉及び全開位置との間にずれが生じることによって、実際の全閉位置以上にスロットル弁を閉めようとモータにトルクを加わえたり、実際の全開位置以上にスロットル弁を開こうとモータを駆動したりする結果、モータやその駆動回路が焼損してしまうことがある。

このような背景から、従来のスロットル弁では、内燃機関の運転が停止した際、スロットル弁を全閉及び全開状態に駆動し、スロットル弁の全閉及び全開位置を学習し、この学習頻度を高くすることにより、上記のような不具合が発生することを抑制している（例えば、特許文献１参照）。また、従来のスロットル弁では、実際の全閉位置よりも所定角度開側に制御上の全閉位置、また実際の全開位置よりも所定角度閉側に制御上の全開位置を設定することにより、開度センサに多少の検出誤差が生じた場合であっても、上記のような不具合が発生することを抑制している。
特開２００１−３２９８６７号公報

しかしながら、従来のスロットル弁を燃料電池の空気極に供給される空気の圧力を制御する空気調圧弁に適用した場合には、以下のようの問題が生じる。なお、スロットル弁を燃料電池の空気調圧弁として用いる場合、全開位置付近では単位角度誤差あたりの空気圧力への影響は少なく問題が発生しにくいが、全閉位置付近では単位角度誤差あたりの空気圧力への影響は大きいため問題が発生しやすい。そこで以下では特に全閉位置付近における問題点について述べる。

一般に、燃料電池システムが運転を停止した瞬間は、システム全体が暖かいために、開度センサも暖かくなる。このため、燃料電池システムが運転を停止した瞬間に開度センサの検出結果に基づいて学習された全閉位置は冷間始動時に大きな誤差を有することがあり、制御上の全閉位置が実際の全閉位置よりも閉側にずれた場合、実際の全閉位置以上にスロットル弁を閉めようとする制御が働いてしまう。また逆に、制御上の全閉位置が実際の全閉位置よりも開側にずれた場合には、スロットル弁を微小開度にして使用することができなくなる。なお、制御上の全閉位置を実際の全閉位置から所定角度開側に設定することにより、実際の全閉位置以上にスロットル弁を閉めようとする制御が働いてしまうことは回避できるが、スロットル弁を微小開度にして使用することがよりできなくなってしまう。

一般的な燃料電池システムは、高効率化や内部の湿度保持のために、必要最小限の空気流量を燃料電池に供給する構成になっているが、燃料電池に供給される空気は所定圧力まで昇圧させる必要があるために、空気調圧弁の開度は全閉位置に近い微小開度であることが要求される。従って、上記のように微小開度付近における使用が困難であると、空気を所定圧力まで昇圧することができず、その結果、燃料極側に供給されるガスとの間の差圧が大きくなり、燃料電池が破損する可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、空気調圧弁の制御精度を向上し、空気の調圧不良を回避することが可能な燃料電池システムを提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、アイドルストップ処理を実行している際に、全閉位置制限手段により制限されるまで圧力調整弁の開度を閉方向に制御し、その時に弁開度検出手段により検出された開度を制御上の全閉位置として設定する。

本発明に係る燃料電池システムによれば、アイドルストップ処理を実行している際に圧力調整弁の全閉位置を学習するので、燃料電池システムのオペレーションに影響を及ぼすことなく、始動時から温度が変化した運転状態において圧力調整弁の全閉位置を再学習することにより、圧力調整弁の制御精度を向上し、空気の調圧不良を回避することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成及びその動作について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の実施形態となる燃料電池システムは、車両の動力源として使用され、図１に示すように、燃料極１及び空気極２にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスとしての水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池３を備える。なお、燃料電池３の内部には、燃料電池３を冷却するための熱媒体が流れる熱媒体流路４が形成されている。また、燃料極１及び空気極２における電気化学反応及び燃料電池３全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。

〔燃料極〕 Ｈ₂ → ２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- …（１）
〔空気極〕 1/2 Ｏ₂ ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ₂ ＋1/2 Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）
〔空気系の構成〕
上記燃料電池システムは、空気極２に空気を圧送するコンプレッサ５と、空気極２から排出された空気を圧力調整した後に系外に排出する空気調圧弁６とを備え、空気調圧弁６はモータ７により駆動される。また、空気調圧弁６は、図２に示すように、全閉位置においてバルブ６ａがこれ以上閉まらないようにバルブ６ａの閉方向動作を機械的に規制する全閉制限手段６ｂと、全開位置においてバルブ６ａがこれ以上開かないようにバルブ６ａの開方向動作を機械的に規制する全開制限手段６ｃとを備える。空気調圧弁６の開度を調整することにより空気極２に供給される空気の圧力を調整することができる。

〔制御系の構成〕
上記燃料電池システムは、空気極２に供給される空気の圧力Ｐを検出する圧力センサ８と、空気極２に供給される空気の温度Ｔａを検出する温度センサ９と、燃料電池システムの外気温度Ｔｃを検出する温度センサ１０と、空気調圧弁６の開度Ａを検出する開度センサ１１と、開度センサ１１の温度Ｔｔを検出する温度センサ１２と、熱媒体流路４に供給される熱媒体の温度Ｔｈを検出する温度センサ１３とを備える。なお、この実施形態では、圧力センサ８は、燃料電池３の上流側に設けたが、燃料電池３の内部や空気排出路の空気調圧弁６上流側等の位置に設けてもよい。

また、上記燃料電池システムは、燃料電池３が発電した余剰電力を蓄えると共に、燃料電池１の発電電力が要求電力に満たない場合に電力を供給する二次電池１４と、車両を駆動するモータ１５と燃料電池３及び二次電池１４間や燃料電池３と二次電池１４間における電力のやり取りを制御する電力制御装置１６と、二次電池１４の電力残量ＳＯＣを検出する二次電池残量センサ１７と、燃料電池３に対する要求駆動力Ａｃを検出するアクセルペダル踏み込み量センサ等の要求駆動力検出センサ１８と、車両の車速Ｖｓを検出する車速センサ１９と、車両に設けられたオーディオスイッチのオン／オフ状態を検出するオーディオスイッチセンサ２０と、車両に設けられたラジエタファンの駆動状態を検出するラジエタファン駆動センサ２１とを備える。

また、上記燃料電池システムは、上記複数のセンサの検出結果を参照して、コンプレッサ５の回転数制御やモータ７の駆動力制御等、燃料電池システム全体の動作を制御するコントローラ２２とを備える。なお、この実施形態では、コントローラ２２は、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサにより構成され、ＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶された制御プログラムを実行することにより、図３に示す調圧不良警告手段３１，アイドルストップ手段３２，及び全閉位置再学習手段３３の機能を実現する。

そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、コントローラ２２が以下に示す調圧不良警告処理，アイドルストップ処理，及び全閉位置再学習処理を実行することにより、空気調圧弁６の制御精度を向上し、空気の調圧不良を回避する。以下、調圧不良警告処理，アイドルストップ処理，及び全閉位置再学習処理を実行する際のコントローラ２２の動作について説明する。

［調圧不良警告処理］
始めに、図４に示すフローチャートを参照して、調圧不良警告処理を実行する際のコントローラ２２の動作について説明する。なお、調圧不良警告処理を実行する際、コントローラ２２は、ＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶された制御プログラムを実行することにより、調圧不良警告手段３１として機能する。

図４に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、調圧不良警告処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この警告処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

ステップＳ１の処理では、コントローラ２２が、空気極２に供給する空気の圧力目標値ＴＰと前回の調圧不良警告処理における圧力目標値ＴＰｐを読み込み、圧力目標値ＴＰと圧力目標値ＴＰｐの差分値の絶対値（｜ＴＰｐ−ＴＰ｜）を算出する。そして、コントローラ２２は、算出された絶対値が所定値ＴＰＳＬ以上であるか否かを判別し、判別の結果、絶対値が所定値ＴＰＳＬ以上である場合、圧力目標値が変化し、燃料電池３の運転状態は今後運転圧力が上昇又は減少する過渡運転状態にあると判断し、過渡運転状態における空気調圧弁６の開度異常を判定するために調圧不良警告処理をステップＳ６の処理に進める。一方、絶対値が所定値ＴＰＳＰ以上でない場合には、コントローラ２２は、圧力目標値は変化していないと判断し、燃料電池３の定常運転状態における空気調圧弁６の開度異常を判定するために調圧不良警告処理をステップＳ２の処理に進める。

ステップＳ２の処理では、コントローラ２２が、空気極２に供給される空気の圧力を検出する圧力センサ８の出力値を読み込むことにより実際に空気極２に供給されている空気の圧力値Ｐを検出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、この警告処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、コントローラ２２が、空気の圧力目標値ＴＰと実際に空気極２に供給されている空気の圧力値Ｐの差分値（ＴＰ−Ｐ）を算出し、算出された差分値が所定値ＰＳＬ以下であるか否かを判別する。すなわち、コントローラ２２は、図５に示すように、圧力目標値ＴＰが実際の圧力値Ｐより所定値ＰＳＬ以上大きいか否かを判別する。そして、判別の結果、差分値が所定値ＰＳＬ以下である場合、コントローラ２２は、空気極２に供給される空気の圧力が圧力目標値通りに上がっていると判断し、調圧不良警告処理をステップＳ１３の処理に進める。一方、差分値が所定値ＰＳＬ以下でない場合には、コントローラ２２は、空気極２に供給される空気の圧力が圧力目標値通りに上がっていないと判断し、調圧不良警告処理をステップＳ４の処理に進める。

ステップＳ４の処理では、コントローラ２２が、空気調圧弁６の目標開度ＴＧＴＶ０が空気調圧弁６の全閉リミット値ＬＣＴＶ０になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、目標開度ＴＧＴＶ０が全閉リミット値ＬＣＴＶ０になっていない場合、コントローラ２２は、空気極２に供給される空気の圧力は空気調圧弁６が開いているために上がりきってなく、一般的なフィードバック制御によって圧力を制御していれば、空気調圧弁６の開度が閉方向に制御されて空気の圧力が上がると判断し、調圧不良警告処理をステップＳ１３の処理に進める。一方、目標開度ＴＧＴＶ０が全閉リミット値ＬＣＴＶ０になっている場合には、コントローラ２２は、全閉リミットＬＣＴＶ０が実際の全閉位置から開方向にずれている可能性があると判断し、調圧不良警告処理をステップＳ５の処理に進める。

ステップＳ５の処理では、コントローラ２２が、空気極２に供給される空気の圧力に異常がある（調圧不良）と判定し、空気極２に供給される空気の圧力に異常があることを示す調圧不良フラグＦＬＧＴＶ０を１に設定する。なお、調圧不良フラグＦＬＧＴＶ０は、システム起動時は０に設定されているものとする。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、この警告処理はステップＳ１３の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、コントローラ２２が、空気の圧力目標値ＴＰと前回の調圧不良警告処理における圧力目標値ＴＰｐの差分値（Ｔｐ−ＴＰｐ）を算出し、算出された差分値が所定値ＤＴＰ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、差分値が所定値ＤＴＰ以上でない場合、コントローラ２２は、燃料電池３の運転状態は過渡運転状態ではあるが減圧運転状態であると判断し、調圧不良警告処理をステップＳ１３の処理に進める。一方、差分値が所定値ＤＴＰ以上である場合には、コントローラ２２は、燃料電池３の運転状態は昇圧運転状態であると判断し、調圧不良警告処理をステップＳ７の処理に進める。

ステップＳ７の処理では、コントローラ２２が、時間を計測するタイマーを始動する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、この警告処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、コントローラ２２が、空気極２に供給される空気の圧力を検出する圧力センサ８の出力値Ｐを読み込むことにより実際に空気極２に供給されている空気の圧力値Ｐを検出する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、この警告処理はステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９の処理では、コントローラ２２が、圧力目標値ＴＰと実際に空気極２に供給されている空気の圧力値Ｐの差分の絶対値（｜ＴＰ−Ｐ｜）を算出し、算出された絶対値が所定値ＴＰＳＬ以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、絶対値が所定値ＴＰＳＬ以下である場合、コントローラ２２は、実際の空気の圧力値Ｐが長時間要さずに圧力目標値ＴＰに達し、圧力異常はなく空気調圧弁６の開度に異常は見られないと判断し、調圧不良警告処理をステップＳ１２の処理に進める。一方、絶対値が所定値ＴＰＳＬ以下でない場合には、コントローラ２２は調圧不良警告処理をステップＳ１０の処理に進める。

ステップＳ１０の処理では、コントローラ２２が、タイマーの計時時間Ｔが所定時間ＴＳＬ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、計時時間Ｔが所定時間ＴＳＬ以上でない場合、コントローラ２２は調圧不良警告処理をステップＳ８の処理に戻す。一方、計時時間Ｔが所定時間ＴＳＬ以上である場合には、コントローラ２２は調圧不良警告処理をステップＳ１１の処理に進める。

ステップＳ１１の処理では、コントローラ２２が、図６に示すように、空気極２に供給される空気の圧力に異常がある（調圧不良）と判定し、調圧不良フラグＦＬＧＴＶ０を１に設定する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、この警告処理はステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ１２の処理では、コントローラ２２が、タイマーの作動を停止し、タイマーの計時時間Ｔを０にリセットする。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、この警告処理はステップＳ１３の処理に進む。

ステップＳ１３の処理では、コントローラ２２が、前回の調圧不良警告処理における圧力目標値ＴＰｐを現在の圧力目標値ＴＰに置き換え、圧力目標値ＴＰｐを記憶する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、一連の調圧不良警告処理は終了する。

［アイドルストップ処理］
次に、図７に示すフローチャートを参照して、アイドルストップ処理を実行する際のコントローラ２２の動作について説明する。なお、アイドルストップ処理を実行する際、コントローラ２２は、ＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶された制御プログラムを実行することにより、アイドルストップ手段３２として機能する。

図７に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、アイドルストップ処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、アイドルストップ処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

ステップＳ２１の処理では、コントローラ２２が、燃料電池３に供給される熱媒体の温度Ｔｈ，出力要求値Ａｃ，調圧不良フラグＦＬＧＴＶ０の値，学習中フラグＦＬＧＬＮＧの値，車速Ｃｓ，オーディオスイッチセンサ２０の出力値Ｒｓ，及びラジエタファン駆動センサ２１の出力値Ｒｆを読み込む。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、アイドルストップ処理はステップＳ２２の処理に進む。

ステップＳ２２の処理では、コントローラ２２が、調圧不良フラグＦＬＧＴＶ０が１であり、且つ、二次電池１４の電力の残量ＳＯＣが所定値ＳＬＳＯＣ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、調圧不良フラグＦＬＧＴＶ０が１であり、且つ、二次電池１４の電力の残量ＳＯＣが所定値ＳＬＳＯＣ以上である場合、コントローラ２２は、ステップＳ２３の処理として、熱媒体温度の判定閾値ＳＬＴｈ及び出力要求値の判定閾値ＳＬＡｃをそれぞれ閾値ＳＬＴｈ２及び閾値ＳＬＡｃ２に設定すると共に、アイドルストップ中の不足電力を二次電池１４の電力により補う制御を行うように設定した後、アイドルストップ処理をステップＳ２７の処理に進める。なお、閾値ＳＬＴｈ２は、後述する閾値ＳＬＴｈ１よりも小さい値であり、閾値ＳＬＡｃ２は、後述するＳＬＡｃ１よりも大きい値である。一方、調圧不良フラグＦＬＧＴＶ０が１でない、又は、二次電池１４の電力の残量ＳＯＣが所定値ＳＬＳＯＣ以上でない場合には、コントローラ２２はアイドルストップ処理をステップＳ２４の処理に進める。

ステップＳ２４の処理では、コントローラ２２は、空気調圧弁６の全閉位置を学習中であることを示す学習中フラグＦＬＧＬＮＧが１であり、且つ、二次電池１４の電力の残量ＳＯＣが所定値ＳＬＳＯＣ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、学習中フラグＦＬＧＬＮＧが１であり、且つ、二次電池１４の電力の残量ＳＯＣが所定値ＳＬＳＯＣ以上である場合、コントローラ２２は、ステップＳ２５の処理として、車速Ｖｓが所定速度ＳＬＶｓ以上、又は、オーディオスイッチがオン状態（ＲｓＯＮ）、又は、ラジエタファンが駆動しているか（ＲｆＯＮ）を判別し、少なくとも一つの条件が満たされている場合、アイドルストップ処理をステップＳ２３の処理に進める。一方、いずれの条件も満たされていない場合、コントローラ２２はアイドルストップ処理をステップＳ２６の処理に進める。一方、学習中フラグＦＬＧＬＮＧが１でない、又は、二次電池１４の電力の残量ＳＯＣが所定値ＳＬＳＯＣ以上でない場合には、コントローラ２２はアイドルストップ処理をステップＳ２４の処理からステップＳ２６の処理に進める。

ステップＳ２６の処理では、コントローラ２２が、熱媒体温度の判定閾値ＳＬＴｈ及び出力要求値の判定閾値ＳＬＡｃをそれぞれ閾値ＳＬＴｈ１及び閾値ＳＬＡｃ１に設定する。これにより、ステップＳ２６の処理は完了し、アイドルストップ処理はステップＳ２７の処理に進む。

ステップＳ２７の処理では、コントローラ２２が、現在の熱媒体の温度Ｔｈが判定閾値ＳＬＴｈ以上であり、且つ、出力要求値Ａｃが判定閾値ＳＬＡｃ以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、現在の熱媒体の温度Ｔｈが判定閾値ＳＬＴｈ以上であり、且つ、出力要求値Ａｃが判定閾値ＳＬＡｃ以下である場合、コントローラ２２は、ステップＳ２８の処理として、アイドルストップを実行すべく、アイドルストップフラグＦＬＧＩＳＰを１に設定し、コンプレッサ５を停止する等のアイドルストップ処理を実行した後、一連のアイドルストップ処理を終了する。

一方、現在の熱媒体の温度Ｔｈが判定閾値ＳＬＴｈ以上でない、又は、出力要求値Ａｃが判定閾値ＳＬＡｃ以下でない場合には、コントローラ２２は、ステップＳ２９の処理として、アイドルストップの実行を禁止すべく、アイドルストップフラグＦＬＧＩＳＰを０に設定して運転を継続させると共に、学習中フラグＦＬＧＬＮＧを０に設定し、タイマーの値を０にリセットした後、一連のアイドルストップ処理を終了する。

［全閉位置再学習処理］
次に、図８に示すフローチャートを参照して、全閉位置再学習処理を実行する際のコントローラ２２の動作について説明する。なお、全閉位置再学習処理を実行する際、コントローラ２２は、ＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶された制御プログラムを実行することにより、全閉位置再学習手段３３として機能する。

図８に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、全閉位置再学習処理はステップＳ３１の処理に進む。なお、全閉位置再学習処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

ステップＳ３１の処理では、コントローラ２２が、アイドルストップフラグＦＬＧＩＳＰの値を読み込む。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、全閉位置再学習処理はステップＳ３２の処理に進む。

ステップＳ３２の処理では、コントローラ２２が、アイドルストップフラグＦＬＧＩＳＰの値が１であるか否かを判別する。そして、判別の結果、アイドルストップフラグＦＬＧＩＳＰの値が１でない場合、コントローラ２２は、燃料電池３はアイドルストップ中でないと判断し、一連の全閉位置再学習処理を終了する。一方、アイドルストップフラグＦＬＧＩＳＰの値が１である場合には、コントローラ２２は、燃料電池３はアイドルストップ中であると判断し、全閉位置再学習処理をステップＳ３３の処理に進める。

ステップＳ３３の処理では、コントローラ２２が、温度センサ１２を介して開度センサ１１の温度Ｔｔを検出し、温度Ｔｔと前回の全閉位置再学習処理における開度センサ１１の温度Ｔｔｏｌｄの差分の絶対値（｜Ｔｔ−Ｔｔｏｌｄ｜）が所定値ＳＬＴｔ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、絶対値が所定値ＳＬＴｔ以上でない場合、コントローラ２２は、空気調圧弁６の全閉位置を学習する必要はないと判断し、一連の全閉位置再学習処理を終了する。一方、絶対値が所定値ＳＬＴｔ以上である場合には、コントローラ２２は全閉位置再学習処理をステップＳ３４の処理に進める。

ステップＳ３４の処理では、コントローラ２２が、学習中フラグＦＬＧＬＮＧの値が０であるか否かを判別する。そして、判別の結果、学習中フラグＦＬＧＬＮＧの値が０である場合、コントローラ２２は、燃料電池３のアイドルストップの許可がおりたばかりであると判断し、ステップＳ３５の処理として、空気調圧弁６を全開状態にし、学習中フラグＦＬＧＬＮＧを１に設定し、タイマーをスタートさせた後、全閉位置再学習処理をステップＳ３６の処理に進める。一方、学習中フラグＦＬＧＬＮＧの値が０でない場合には、コントローラ２２は全閉位置再学習処理をステップＳ３６の処理に進める。

ステップＳ３６の処理では、コントローラ２２が、タイマーの計時時間Ｔが所定時間ＳＬＴ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、計時時間Ｔが所定時間ＳＬＴ以上である場合、コントローラ２２は、空気調圧弁６が全閉状態になってから所定時間が経過していないために空気調圧弁６は安定した全閉位置になっていないと判断し、一連の全閉位置再学習処理を終了する。一方、計時時間Ｔが所定時間ＳＬＴ以上でない場合には、コントローラ２２は、空気調圧弁６は安定した全閉位置になっていると判断し、全閉位置再学習処理をステップＳ３７の処理に進める。

ステップＳ３７の処理では、コントローラ２２が、タイマーの作動を停止し、タイマーの計時時間Ｔを０にリセットする。これにより、ステップＳ３７の処理は完了し、全閉位置再学習処理はステップＳ３８の処理に進む。

ステップＳ３８の処理では、コントローラ２２が、開度センサ１１と温度センサ１２の出力値Ａ，Ｔｔを読み込むことにより、空気調圧弁６の開度Ａと開度センサ１１の温度Ｔｔを検出する。これにより、ステップＳ３８の処理は完了し、全閉位置再学習処理はステップＳ３９の処理に進む。

ステップＳ３９の処理では、コントローラ２２が、空気調圧弁６の開度Ａを全閉位置の学習位置ＬＮＧＡに設定すると共に、開度センサ１１の温度Ｔを次回の全閉位置再学習処理における温度Ｔｔｏｌｄに設定する。また、コントローラ２２は、全閉位置の学習が完了したために空気の圧力異常は解消されると判断し、圧力異常フラグＦＬＧＴＶ０を０に設定した後、一連の全閉位置再学習処理を終了する。

〔まとめ〕
従来の内燃機関の電子制御式スロットル弁（以下、スロットル弁と略記）を燃料電池システムの空気調圧弁として利用した場合、燃料電池システムが運転を停止した瞬間に学習された全閉位置が冷間始動時に大きな誤差を有することがある。そして、図９に示すように制御上の全閉位置が実際の全閉位置よりも閉側にずれた場合、実際の全閉位置以上にスロットル弁を閉めようとする制御が働いてしまう。また逆に、図１０に示すように制御上の全閉位置が実際の全閉位置よりも開側にずれた場合には、スロットル弁を微小開度にして使用することができなくなる。

一般的な燃料電池システムは、高効率化や内部の湿度保持のために、必要最小限の空気流量を燃料電池に供給する構成になっているが、燃料電池に供給される空気は所定圧力まで昇圧させる必要があるために、空気調圧弁の開度は全閉位置に近い微小開度であることが要求される。従って、上記のように微小開度付近における使用が困難であると、空気を所定圧力まで昇圧することができず、その結果、燃料極側に供給されるガスとの間の差圧が大きくなり、燃料電池が破損する可能性がある。

これに対して、本発明の実施形態となる燃料電池システムでは、アイドルストップ処理を実行している際、コントローラ２２が、全閉制限手段６ｂにより制限されるまで空気調圧弁６の開度を閉方向に制御し、その時に開度センサ１１により検出された空気調圧弁６の開度を制御上の全閉位置として設定する。すなわち、本発明の実施形態となる燃料電池システムは、アイドルストップ処理を実行している際に空気調圧弁６の制御上の全閉位置を学習するので、燃料電池システムのオペレーションに影響を及ぼすことなく、始動時から温度が変化した運転状態において空気調圧弁６の制御上の全閉位置を再学習することにより、空気調圧弁６の制御精度を向上し、空気の調圧不良を回避することができる。

また、本発明の実施形態となる燃料電池システムでは、アイドルストップ処理を実行する条件が解除された場合であっても、空気調圧弁６の制御上の全閉位置を学習している場合、アイドルストップ処理を継続するので、空気調圧弁６の制御上の全閉位置を再学習する機会を増やし、頻度の高い再学習処理により空気の調圧不良になりにく信頼性の高いシステムを構築することができる。なお、再学習処理には多くの時間を要さないので、再学習の機会が増えることによって車両の運転性に影響を及ぼすことは少ない。

また、本発明の実施形態となる燃料電池システムは、アイドルストップ処理を継続ことにより、モータ１５への電力供給量が不足する場合、電力の不足分を二次電池１４から供給するので、電力要求に速やかに対応することができ、運転性が悪化することを回避できる。また、本発明の実施形態となる燃料電池システムは、二次電池１４の電力残量ＳＯＣに基づいて、アイドルストップ処理を継続して再学習処理を完了させるか、又は、再学習処理が完了していない状態でアイドルストップ処理を中止するかを判断するので、二次電池１４の電力残量ＳＯＣが少ないのにも係わらず電力の不足分を二次電池１４から供給することにより運転性が悪化することを回避できる。

また、本発明の実施形態となる燃料電池システムは、空気の調圧不良が発生している場合、アイドルストップ処理を実行する条件を緩和してアイドルストップ処理を実行する頻度を高める。空気の調圧不良が発生している時は空気調圧弁６の全閉位置のずれはじめと捕らえることができるので、このようにアイドルストップ処理を実行する頻度を高めることにより、再学習処理を迅速に実施し、調圧不良に伴いシステムが停止することを回避できる。

また、本発明の実施形態となる燃料電池システムは、再学習処理中の開度センサ１１の温度と現在の開度センサ１１の温度の差が所定値以上である場合、アイドルストップ処理を実行する条件を緩和するので、開度センサ１１の温度が低く、全閉位置のずれが生じにくい条件において再学習処理を無理に実行することを回避し、安定した運転を確保することができる。

また、本発明の実施形態となる燃料電池システムは、燃料電池３に対する出力要求値Ａｃが所定値より大きい時でもアイドルストップ処理の実行を許可する場合、二次電池１４の電力残量に応じてアイドルストップ処理を実行する条件の緩和の可否を決定するので、二次電池１４の電力残量ＳＯＣが少ないのにも係わらず出力要求値Ａｃが多い時にアイドルストップ処理を実行することにより、例えば車両を駆動するモータ１５への電力量が減少し、車両が減速してしまうことを回避できる。

また、本発明の実施形態となる燃料電池システムは、システム作動音が所定値より大きい時でもアイドルストップ処理の実行を許可する場合、車速、ラジエタの作動状態、及びオーディオの作動状態のうちの少なくとも一つに応じて、アイドルストップ処理を実行する条件の緩和の可否を決定するので、運転者が意図しない条件でコンプレッサ５の作動音が停止したり発生する場合であっても、音の変化は運転者にわかりにくいので、運転者に違和感を与えることなく再学習処理を実行することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、上記実施形態では、アイドルストップ処理を継続させることが困難なほど電力要求値が高かったり熱媒体温度が高い場合、アイドルストップ処理を中止したが、再学習処理を短時間で終了できる場合には、電力要求値が高い場合であっても、再学習処理が完了するまでアイドルストップ処理を継続してもよい。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成を示す模式図である。 図１に示す空気調圧弁の内部構成を示す図である。 本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態となる調圧不良警告処理の流れを示すフローチャート図である。 圧力目標値が実際の圧力値より大きい状態を示す図である。 圧力目標値，調圧異常がない時の圧力値，及び調圧異常がある時の圧力値を示す図である。 本発明の実施形態となるアイドルストップ処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の実施形態となる全閉位置再学習処理の流れを示すフローチャート図である。 制御上の全閉リミットが実際の全閉位置よりも閉側にずれた空気調圧弁の状態を示す図である。 制御上の全閉リミットが実際の全閉位置よりも開側にずれた空気調圧弁の状態を示す図である。

符号の説明

１：燃料極
２：空気極
３：燃料電池
４：熱媒体流路
５：コンプレッサ
６：空気調圧弁
７，１５：モータ
８：圧力センサ
９，１０，１２，１３：温度センサ
１１：開度センサ
１４：二次電池
１６：電力制御装置
１７：二次電池残量センサ
１８：要求駆動力検出センサ
１９：車速センサ
２０：オーディオスイッチセンサ
２１：ラジエタファン駆動センサ
２２：コントローラ

Claims (8)

1. 燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
   前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力を調整する圧力調整弁と、
   前記圧力調整弁の開度を検出する弁開度検出手段と、
   前記圧力調整弁の閉方向の動きを制限する全閉位置制限手段と、
   所定運転条件に応じて前記酸化剤ガス供給手段の動作を停止するアイドルストップ処理を実行するアイドルストップ手段と、
   前記アイドルストップ手段がアイドルストップ処理を実行している際、全閉位置制限手段により制限されるまで前記圧力調整弁の開度を閉方向に制御し、その時に弁開度検出手段により検出された開度を制御上の全閉位置として設定する全閉位置再学習手段と
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記アイドルストップ手段は、前記アイドルストップ処理を実行する条件が解除された場合であっても、前記全閉位置再学習手段が動作中である場合、アイドルストップ処理を継続させることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池が発電した電力を蓄電する二次電池を備え、
   前記アイドルストップ手段は、前記アイドルストップ処理を継続して実行することにより、前記燃料電池の負荷に対する電力供給量が不足する場合、電力の不足分を二次電池から供給することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記アイドルストップ手段は、前記二次電池の電力残量に基づいて、前記アイドルストップ処理を継続して前記全閉位置再学習手段の動作を完了させるか、又は、全閉位置再学習手段の動作が完了していない状態でアイドルストップ処理を中止するかを判断することを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記圧力調整弁による酸化剤ガスの調圧不良を警告する調圧不良警告手段を備え、
   前記アイドルストップ手段は、前記調圧不良警告手段が酸化剤ガスの調圧不良を警告している場合、前記所定運転条件を緩和してアイドルストップ処理を実行する頻度を高めるアイドルストップ許可条件緩和手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項５に記載の燃料電池システムであって、
   前記弁開度検出手段の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記アイドルストップ許可条件緩和手段は、前記全閉位置再学習手段が動作している際の前記弁開度検出手段の温度と現在の弁開度検出手段の温度の差が所定値以上である場合、前記所定運転条件を緩和することを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池が発電した電力を蓄電する二次電池を備え、
   前記アイドルストップ手段は、前記アイドルストップ許可条件緩和手段が前記所定運転条件を緩和することにより前記燃料電池に対する出力要求値が所定値より大きい時でもアイドルストップ処理の実行を許可する場合、二次電池の電力残量に応じて所定運転条件の緩和の可否を決定することを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項５乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記アイドルストップ手段は、前記アイドルストップ許可条件緩和手段が前記所定運転条件を緩和することによりシステム作動音が所定値より大きい時でもアイドルストップ処理の実行を許可する場合、車速、ラジエタの作動状態、及びオーディオの作動状態のうちの少なくとも一つに応じて所定運転条件の緩和の可否を決定することを特徴とする燃料電池システム。

Images