JP2008165983A - 燃料電池状態モニタ装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境温度が変動しても、安定して検出誤差を少なくすることができる、燃料電池状態モニタ装置及び方法を提供する。
【解決手段】 燃料電池（１）の環境温度（Ｔ_fc）を検出する温度検出手段（１１）、燃料電池（１）の所定の状態を示す状態値（Ｖ_n）を検出する状態値検出手段（１２）、検出された環境温度（Ｔ_fc）に基づいて温度依存性のある状態値（Ｖ_n）に対応する校正値を決定する校正値決定手段（２）、及び決定された校正値に基づいて状態値を補正する補正手段（２）を備える。メモリ（２４）に格納された基準となる校正値が適切に温度補償される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に燃料電池スタックのセル電圧補正方法の改良に関する。

電気自動車等に搭載される燃料電池システムでは、動力源である燃料電池スタックを構成している各セルが正しく発電していることを要する。従来、各セルが適正に発電していることを監視するためのモニタ装置が開発されていた。

例えば、特開２００３−２４３０１５号公報には、セルごとにローカルコントローラを装備し、各セルの状態信号を順次転送することにより、配線や回路構成の簡素化を図った電池状態モニタ装置が記載されている（特許文献１）。各セルの状態信号をモニタするチャンネルごとの電圧値が正しければ、全てのセルの動作状態を確実に把握することができていた。
特開２００３−２４３０１５号公報

しかし、上記のようなモニタ装置を用いた場合、セル毎の電圧を検出する、モニタ装置の各チャネル間にはバラツキを生ずるものであり、各チャネルで検出された電圧を校正するための補正が必要となることが普通である。チャネル毎のバラツキはチャネル毎に特有のものであるため、読み出された電圧に対し、個々のチャネルの特性に応じた校正値をメモリ等から読み取って補正する必要がある。この校正値は通常室温における校正値である。

ところが、図６に示すように、チャネル毎で検出される電圧値は温度依存性が大きく、燃料電池の環境温度が室温から外れれば外れるほど各チャネルで検出される電圧値が変動する。このため、環境温度が室温の場合には校正値を用いて電圧値を正しく補正することで検出誤差を少なくすることができたとしても、室温以外の環境温度ではセルの電圧値の検出誤差が必ずしも小さいものではなくなる。つまり、図６に示されるように、校正値を定めた基準となる温度（室温２５℃）から外れた高温や低温の環境温度では、校正値を用いたとしても検出誤差が増えてしまうのである。

特に、燃料電池は電気化学反応を生じる過程で発熱するものであり、日常的な使用環境においても環境温度は大きく変動する。したがって、室温におけるセル電圧の校正値をそのまま用いていたのでは正しいセル電圧値の補正が行えない場合の方が多くなっていた。

そこで本発明は、環境温度が変動しても、安定して検出誤差を少なくすることができる、燃料電池状態モニタ装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池の所定の状態を示す状態値に基づいて燃料電池の状態をモニタする燃料電池状態モニタ装置であって、燃料電池の環境温度に基づき決定された校正値に基づいて、温度依存性のある状態値を補正することを特徴とする燃料電池状態モニタ装置である。

また本発明は、燃料電池の環境温度を検出する温度検出手段と、燃料電池の所定の状態を示す状態値を検出する状態値検出手段と、検出された環境温度に基づいて状態値に対応する校正値を決定する校正値決定手段と、決定された校正値に基づいて状態値を補正する補正手段と、を備えた燃料電池状態モニタ装置でもある。

さらに本発明は、燃料電池の環境温度を検出する温度検出センサと、燃料電池の所定の状態を示す状態値を検出する状態値検出センサと、検出された環境温度に基づいて状態値に対応する校正値を決定し、決定された校正値に基づいて状態値を補正する制御装置と、を備えた燃料電池状態モニタ装置でもある。

さらにまた本発明は、燃料電池の環境温度を検出するステップと、燃料電池の所定の状態を示す状態値を検出するステップと、検出された環境温度に基づいて状態値に対応する校正値を決定するステップと、決定された校正値に基づいて温度依存性のある状態値を補正するステップと、を備えた燃料電池の状態モニタ方法でもある。

これら本発明によれば、当初、状態値を校正するための校正値が所定の温度（例えば室温）に対して設定されていたとしても、状態値に温度依存性があると、燃料電池の環境温度がこの所定の温度以外の温度になった場合に当該校正値では正しく状態値を校正できなくなる。この点、本発明によれば、上記校正値が環境温度に合わせて決定されるので、すなわち状態値の温度特性に合わせて決定されるので、モニタ装置のチャネルによって検出されるような状態値に温度依存性があったとしても、状態値に対する最適な校正が行える。

ここで「所定の状態値」は、燃料電池に関する温度依存性のある物理値であり、例えば電圧値、電力値、電流値、圧力等が挙げられる。状態値が電圧値である場合、本発明は、燃料電池の環境温度を検出する温度検出手段と、燃料電池を構成する単位セルの電圧値を検出する電圧値検出手段と、検出された環境温度に基づいて電圧値に対応する校正値を決定する校正値決定手段と、決定された校正値に基づいて電圧値を補正する補正手段と、を備えることになる。

ここで、本発明において、所定の温度における状態値に対応する基準校正値が格納されたメモリを備え、環境温度に基づき、状態値の温度依存性を考慮して基準校正値を温度補償した補償校正値が演算され、基準校正値に代えて補償校正値が状態値の補正に用いられることは好ましい。当該構成によれば、メモリには基準となる所定の温度（例えば室温）における基準校正値が格納されているものであっても、環境温度に基づいてこの基準校正値が温度補償され補償校正値に更新されるので、電圧値の検出誤差を最小にすることができる。ここで、補正校正値を温度補償した補償校正値を新たな校正値としてメモリに格納し、校正値の更新処理を行ってもよいが、更新処理を行わずに演算された補償校正値を都度出力するようにしてもよい。

ここで、本発明において、前回状態値の補正が実行された時の環境温度と今回検出された環境温度との差に基づいて、今回の状態値を補正するかが決定されることは好ましい。上記構成によれば、燃料電池の環境温度が絶えず変動する時に、その変動の度合いが例えば一定量より大きい場合にのみ校正値の温度補償が行われる。このため、環境温度の変化が少ないにも拘わらず校正値の温度補償が実行されるという無駄な処理を回避可能である。つまり、実質的にシステム運転に影響のある程度に環境温度が変化した場合にのみ本発明の校正値の温度補償を行うよう制御することが可能である。

例えば本発明は、燃料電池は、複数の単位セルから構成されており、燃料電池システムの起動時に、複数の単位セルから検出される電圧値を状態値として、複数の単位セルのそれぞれについての電圧値が補正されるものである。この構成によれば、起動時に環境温度が測定され、電圧値が補正されるので、システムの起動当初から検出誤差の少ない電圧値を出力可能である。

以上本発明によれば、燃料電池の環境温度に基づいて決定された校正値に基づいて、温度依存性のある状態値が補正される。すなわち、校正値が所定の温度に対してのみ設定されていたとしても、燃料電池の環境温度がこの所定の温度以外の温度になった場合に上記校正値が環境温度に合わせて再決定されるので、状態値に温度依存性があったとしても、常に状態値に対する最適な校正が行える。

次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施形態は、移動体である電気自動車に搭載する燃料電池システムに本発明の状態モニタ方法を適用したものである。

以下の実施形態では、燃料電池スタックの各セルとそのセルの電圧を検出するモニタ装置のチャネルとが一対一に対応するものとして説明してあるが、複数のセルに対して電圧値を検出するチャネルが設けられたり、とびとびにサンプリングされたセルに対して電圧値を検出するチャネルが設けられたりするシステムであってもよい。

図１に本燃料電池システム１のシステム全体図を示す。図１に示すように、本燃料電池システムは、燃料電池スタック１、燃料電池状態モニタ装置２、燃料電池制御部３、及びガス供給系４を備えて構成されている。

燃料電池スタック１は、一つひとつに起電力を生じ所定の電圧値Ｖ₁〜Ｖ_Nを発生するセルＣ₁〜Ｃ_N（Ｎは任意の自然数）が積層（スタック）されて構成されている。セルＣ_n（１≦ｎ≦Ｎ）の各々は、発電体であるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を、水素ガス流路、空気流路、冷却液流路が設けられた一対のセパレータで挟み込んで構成されている。ＭＥＡは、高分子電解質膜等をアノード及びカソードの二つの電極で狭み込んだ構造体である。アノードにはアノード用触媒層が多孔質支持層上に設けられ、カソードにはカソード用触媒層が多孔質支持層上に設けられている。燃料電池は水の電気分解の逆反応を起こすものであるために、アノード側には燃料ガスである水素ガスが供給され、カソード側には酸化ガスである空気が供給される。アノード側では式（１）のような反応を、カソード側では式（２）のような反応を生じさせて電流を発生させる。

Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）、

２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（２）。
運転時には、各セルＣ_nにおける上式に対応する電気化学反応によって、一定のセル電圧がアノード−カソード間に生ずる。各セルＣ_nは、直列接続されているため、燃料電池スタック１の出力端子には所定の高圧電圧（例えば約５００Ｖ）が発生するようになっている。

電圧センサ１０は、本発明に係る状態値として各セルＣ_nにおいて発電されるセル電圧値Ｖ_n（１≦ｎ≦Ｎ）をそれぞれ検出し、検出信号Ｓｖとして燃料電池状態モニタ装置２に供給するものである。

冷却液流路１１は、燃料電池スタック１における電気化学反応に伴う熱を奪うものであり、燃料電池スタック内では冷却液を各セルに分流して各セルを冷却させ、各セルからの冷却液を集合させて排出する流路である。冷却液流路１１は図示しないラジエタによって冷却され、冷却液ポンプで強制循環されるようになっている。

冷却液流路１１の燃料電池スタック１出口には、本発明の環境温度を検出する温度センサ１２が設けられている。冷却液は各セルの熱を奪って排出されるものであるため、燃料電池スタック１の出口付近の冷却液温度はセルの温度とほぼ等しくなっている。従って、この温度センサ１２で検出される温度が燃料電池スタックの環境温度となるのである。

ガス供給系４は、この燃料電池スタック１の各セルのアノード側に燃料ガスである水素ガスを供給し、上式（１）の反応を生じさせ、その排気ガスを燃料オフガスとして排出するように構成されている。また、燃料電池スタック１の各セルのカソード側に酸化ガスである空気を供給し、上式（２）の反応を生じさせ、その排気ガスを酸化オフガスとして排出するようになっている。

具体的に、ガス供給系４は、燃料ガスの供給側では、燃料ガス源である水素タンクや各種遮断弁、調整弁、気液分離器、水素ポンプ、パージ遮断弁等を備える。また、酸化ガスの供給側では、コンプレッサや加湿器等を備えている。燃料オフガスは、酸化オフガスによって酸化レベル以下に水素ガス濃度が下がるように希釈され、排出されるようになっている。

その他、当該燃料電池システムには、冷却液を循環させて燃料電池スタック１内を冷却する冷却系、燃料電池スタック１の発電電力を充電したり負荷に供給したりする電力系が備えられている。

燃料電池状態モニタ装置２は、コンピュータ装置としての構成を備え、内部バス２０、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３、ＥＥＰＲＯＭ２４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）回路２５及び２６を備えている。ＣＰＵ２１は本発明に係る制御装置であり、ＲＯＭ２３に格納された制御プログラムを順次読み出して実行することにより、本装置を本発明に係る状態モニタ方法を実施させるものである。ＲＡＭ２２はＣＰＵ２１の処理実行時における記憶領域として利用され、ＲＯＭ２３は本発明に係る状態モニタ方法に関する制御プログラムの格納領域を提供している。インターフェース回路２５及び２６は、アウトプットとして機能する場合にはＣＰＵ２１から供給されたデータをラッチして電力増幅して外部にパラレル／シリアルで供給し、インプットとして機能する場合には外部から受信したデータをラッチし、適当なタイミングでそのデータを内部バス２０に出力するものである。ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）２４は、本発明に係る状態値に相当するセル電圧値に対し、分解能（精度）に対応させた校正値を格納するものである。このＥＥＰＲＯＭは、データを電気的に消去（書き換え）できるＲＯＭであって、電源を切ってもデータは消えない。データの消去には読み出し電圧より高い電圧が必要だが、ＥＥＰＲＯＭ内部で電源電圧を昇圧しているため、基板に実装したままデータを消去して書き換えることができるものである。

ここで「校正値」とは、あるチャネルに対して一つ格納される値である。チャネル毎に検出される電圧値にバラツキがあるので、それを正しい電圧値に補正するための値である。本来、燃料電池に含まれる各セルの電圧を検出する温度センサ等は総て同一の規格で製造されるものであり、同一のガスが供給されるのであれば、同一の電圧値が検出されるはずである。しかし、実際には、温度センサ等はチャネル毎のバラツキが大きく、同一のガス量が供給されていても検出される電圧値にバラツキが生ずる。このため、チャネル毎に特定される校正値を用いる。各チャネルで測定されたセル電圧の検出値をＥＥＰＲＯＭ２４に入力して、その検出値を正しい電圧値に補償するための校正値を読み出すよう構成することで検出電圧を補正し、検出される電圧値の精度を高めることができる。例えば、あるセルＣｘに対応するチャネルにおいて、室温において実際の起電力より０．２Ｖ低いセル電圧が観測される傾向が把握されている場合に校正値として＋０．２Ｖが格納される。そして、そのセルＣｘに対応するチャネルついて検出されたセル電圧値が１．０Ｖであったときには、校正値として＋０．２Ｖが加算され、補正された電圧値として１．２Ｖが出力される。燃料電池スタックには数百チャンネルものセンサが含まれているので、ＥＥＰＲＯＭ２４内にはチャネル毎に校正値が格納される。

ここで、当初、ＥＥＰＲＯＭ２４に格納される校正値は、基準となる温度、例えば室温における各チャネル毎の校正値である。一般に、各チャネルで検出されるセル電圧値には温度依存性があるため、この校正値は基準となる温度、例えば室温においてセル電圧値の誤差を最小とするような値となっている。本発明は、室温における基準校正値に基づきながらも、室温以外の環境温度に対応させて基準校正値を修正するものである。

図４にＥＥＰＲＯＭ２４のメモリマップを示す。図４は、６４ＫバイトＲＯＭに校正値を格納した例であり、校正値が００００番地から７ＦＦＦまでの下位３２Ｋバイトの校正値領域に、そのミラー値が８０００番地からＦＦＦＦまでの上位３２Ｋバイトのミラー値領域に格納されている。校正値領域及びミラー領域には、チャネル毎に校正値が分割されて格納されている。ここで、「ミラー値」とは、校正値のビット反転をした値である。当該ＥＥＰＲＯＭ２４には、校正値領域に格納された各校正値に対応させて、それらのミラー値がミラー値領域に格納されている。例えば、あるチャネルのある校正値に対応するミラー値が、その校正値の格納アドレスに８０００Ｈを加算したアドレスに格納されている。図４に示すメモリマップ上では、１０００番地に格納された校正値が１０１０１Ｂであった場合に、そのビット反転値であるミラー値０１０１０Ｂが、９０００番地に格納されている。このミラー値はミラーチェックのために設けられている。

ここで「ミラーチェック」とは、ＥＥＰＲＯＭから読み出した校正値が正しいかを判定する処理である。燃料電池システムは、高温、多湿、静電気や電磁波等に曝される環境であり、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ装置からデータを読み取る際にビットエラー等が発生することがありうる。このようなビットエラーによる異常な値に基づいて燃料電池システムを制御することはできないため、ミラーチェックを行う。ミラー値とは、校正値の冗長データとなっており、あるセル電圧値に対応して所定の校正値を取得する際、ＣＰＵ２１は、ＥＥＰＲＯＭ２４から校正値とそれに対応するミラー値とをそれぞれ読み出し、両者が正しくビット反転の関係になっているかを判定するために用いる。いずれかのアドレスから読み取られるデータにビットエラーが発生する可能性は、低いながらも一定の割合であり得るが、異なるアドレスに格納された校正値とそのミラー値との読み出し時に共に同様のビットエラーが発生する確率は極めて低く、実質起こりえないと判断してよい。このため校正値とそのミラー値とがビット反転の関係になっていなかった場合にのみ、ビットエラーが発生したものとして、その値の取り扱いを異ならせれば、メモリ読み出しエラーによる異常値を排除可能なのである。なお、ＥＥＰＲＯＭからのデータ読み取りの正確性を判定する技術には当該ミラーチェックのみならず多種多様なものがあり、その方法に特に限定はされない。

燃料電池制御部３は、上記燃料電池状態モニタ装置２とは独立して動作するコンピュータ装置であり、燃料電池状態モニタ装置２が、校正されたセル電圧値の補正値Ｄｃを入力して、その補正値Ｄｃに対応させてシステムに必要な各種制御を行うものである。例えば燃料電池制御部３は、ガス供給系４のコンプレッサやモータといった補機類４１の動作を制御したり、燃料ガス系や酸化ガス系のガス流通を制御する制御弁類４２の開閉を制御したりするものである。その制御方法は、公知の燃料電池システムの制御方法に基づく。例えば、セル電圧の補正値Ｄｃが示すセル電圧に対応した補機類４１や制御弁類４２を制御して、燃料電池スタック１の運転を適性に継続させるものである。

その他、制御系としては、図示しない電力制御部や走行制御部が存在する。電力制御部は、燃料電池スタック１による発電と回生電力の蓄電池への充電等を管理する。走行制御部は、燃料電池制御部３に制御により維持される発電電力を利用したモータ駆動が制御される。

次に、本発明の燃料電池の状態モニタ方法を説明する。
セル毎のバラツキの影響を緩和するため、本実施形態では、燃料電池スタック１の各チャネルにおいて測定されたセル電圧値Ｖ_nは、検出されたセル電圧に対応する校正値がＥＥＰＲＯＭ２４から読み出され利用されることによって、正確な電圧値との検出誤差が少なくなるように構成されている。すなわち、燃料電池スタック１の環境温度Ｔ_fcに基づいて決定された校正値に基づいて、セル電圧値Ｖ_nを補正するものである。具体的には、燃料電池状態モニタ装置２が電圧センサ１０で検出された電圧値Ｖ_nに対応する校正値をＥＥＰＲＯＭ２４から読み出し、燃料電池スタック１の環境温度を検出する温度センサ１２によって検出された環境温度Ｔ_fcに基づいてこれを温度補償し、温度補償された校正値が、補正されたセル電圧値Ｖ_nとして出力される。

以下、図２及び図３のフローチャートに基づいて本実施形態の具体的動作を説明する。図２に示すフローチャートは、本発明に係る温度補償をするタイミングを規定するもので、起動時には、総てのセルについて室温で決定された基準校正値を、起動時の温度に基づき温度補償した校正値で更新し、運転時には一定の温度変化が生じた場合に同様の校正値更新をするものである。このフローチャートは定期的に実施されるものである。

キーを運転者が廻す等によって入力される車両点火ＩＧ信号等を参照し、起動時に相当するか否かが判定される（Ｓ１）。起動時、すなわち燃料電池システムの運転が指示された直後と判定される場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、温度センサ１２からの検出信号が燃料電池制御部３に入力され、現時点の環境温度Ｔ_fcが燃料電池状態モニタ装置２に入力される（Ｓ２）。ＥＥＰＲＯＭ２４には、室温で決定されたセル電圧値の基準校正値が格納されているため、以下、環境温度Ｔ_fcに基づき、これら基準校正値を、チャネルで検出されるセル電圧値Ｖ_nの温度依存性を考慮して温度補償する。

セル番号を特定するためのカウンタｎが「１」にセットされ（Ｓ３）、セル番号ｎ＝１のセルから順に温度補償が実行される（Ｓ４）。すなわち、室温Ｔｒにおいて決定された基準校正値ＣＲ_n（Ｔｒ）に、環境温度Ｔ_fcにおける変動分（Ｔ_fc）を加え、温度補償された補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）が計算され、この環境温度Ｔ_fcで参照すべき校正値として更新される。

図５に示すように、室温Ｔｒで測定され決定された基準校正値ＣＲ_n（Ｔｒ）が破線で示すように直線的な温度に依存したずれ量を示すものとする。この場合、室温Ｔｒにおける校正値からの最大変動量ｆ（Ｔ_fc）はｋを最大変動量の傾きとして｜ｋ（Ｔ_fc-Ｔｒ）｜で示される。従って、温度補償された補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）は、
ＣＲ_n（Ｔ_fc）＝ＣＲ_n（Ｔｒ）±ｆ（Ｔ_fc）（＝｜ｋ（Ｔ_fc-Ｔｒ）｜）
となる。最大変動量を加算するか減算するかは、校正値の正負に応じる。補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）は、ＥＥＰＲＯＭ２４の基準校正値に上書きされるものでもよく、ＥＥＰＲＯＭ内の他の領域に格納されるものでもよい。またＲＡＭ２２に別途格納されるものでもよい。

温度補償された補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）が算出されたら、それに対応するミラー値／ＣＲ_n（Ｔ_fc）も演算され、当該補償校正値に対応づけられて上記所定領域に格納される（Ｓ５）。すなわち演算された補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）のビット反転が演算され、ミラー値とされる。

以上でｎ番目のチャネルについての基準校正値の更新が終了するので、セルカウンタｎを一つ増加させる（Ｓ６）。そしてセルカウンタｎがセル数の最大数Ｎを超えていない限り（Ｓ７：ＮＯ）、新たなセルについての校正値の温度補償が繰り返される（Ｓ４〜Ｓ６）。チャネル数の最大数Ｎに達したら（Ｓ７：ＹＥＳ）、校正値の更新処理は終了する。

以上で起動時の環境温度Ｔ_fcに応じた最適な校正値が得られるので、電圧センサ１０で検出されるセル電圧値Ｖ_nが、それを最小の検出誤差とする温度補償された補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）によって補正され、誤差の少ない補正後のセル電圧値が出力される。

始動後の運転期間中、定期的に図２のフローチャートが実施される。運転中の実施では、起動時には相当しないので（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ８が実行される。温度センサ１２で検出された新たな環境温度Ｔ_fc’が燃料電池制御部３経由で入力される（Ｓ８）。そして、起動時（前回）の環境温度Ｔ_fcと新たな環境温度Ｔ_fc’とが比較され、両者の差｜Ｔ_fc―Ｔ_fc’｜が所定量Ｔｃより大きいか否かが検査される（Ｓ９）。前回と今回の環境温度の差がＴｃ以下であるということは（Ｓ９：ＹＥＳ）、前回からあまり大きく燃料電池スタック１の温度が変化していないということであり、前回温度補償した補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）を利用しても正確な電圧検出が可能であることを意味しているので、新たな温度補償は行わない。しかし、前回と今回の環境温度の差がＴｃより大きい場合は（Ｓ９：ＮＯ）、前回から大きく燃料電池スタック１の温度が変化したことを意味している。そこで、新たな環境温度Ｔ_fc’における校正値の温度補償を実行すべく、総てのセルについての新たな補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc’）とそのミラー値／ＣＲ_n（Ｔ_fc’）が更新されていく（Ｓ３〜Ｓ７）。これらの処理で、校正値が環境温度に応じた最適値に更新される。

図３に、温度補償された補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）に基づくセル電圧値Ｖ_nの電圧値補正・異常判定処理を示す。図３のフローチャートは、システム始動時を含め、運転条件が変わった場合や温度条件が大きく変わった場合等に実施される。

まず、燃料電池スタック１中の多数のチャネルから一つを特定するためのカウンタｎに１がセットされる（Ｓ１１）。次いでｎ番目のセルＣ_nに設けられた電圧センサからのセル電圧値Ｖ_nが読み取られる（Ｓ１２）。このセル電圧値Ｖ_nは、セルＣ_nに設けられた電圧センサにより検出されたセル電圧値の相対値である検出信号Ｓｖが必要に応じてＡ／Ｄ変換されてインターフェース回路２５経由で取り込まれるものである。次に、当該セルに対応する補償校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）が読み取られる（Ｓ１３）。ＥＥＰＲＯＭ２４内で校正値を環境温度Ｔ_fcに従って逐次書き換えていく場合にはＥＥＰＲＯＭの所定領域から、また補償校正値がＲＡＭ２２に別途格納される場合にはＲＡＭの該当領域から読み取られる。同様にして、その校正値に対応するミラー値／ＣＲ_n（Ｔ_fc）が読み取られる（Ｓ１４）。

次いでミラーチェックが実施される（Ｓ１５）。ミラーチェックは、校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）とミラー値／ＣＲ_n（Ｔ_fc）とが正しくビット反転の関係になっているかを判定するものである。ミラーチェックの方法に限定はないが、例えば校正値とミラー値とを加算して、全ビットが“１”になっているか等のチェックをビット論理チェックが行われる。校正値とミラー値との関係が正確なビット反転になっていない場合、校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）またはそのミラー値／ＣＲ_n（Ｔ_fc）のいずれかにビットエラーが発生していると考えられるので、その場合には校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）が異常値であると判定できることになる。

この判定の結果、校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）が正常値であると判定された場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、この校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）に基づいてセル電圧値Ｖ_nが補正され、検出誤差が補正されたセル電圧値として燃料電池制御部に送信される（Ｓ１７）。一方、校正値ＣＲ_n（Ｔ_fc）が異常値であると判定された場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、安全のためにシステム全体の停止処理を実行させる（Ｓ１８）。

この電圧補正が終了したら、カウンタｎを一つ増加させる（Ｓ２０）。そのカウンタｎがセル数Ｎを超えない限り（Ｓ２１：ＮＯ）、次のセルＣ_n（前回のものから一つ上の番号のセル）に対応するチャネルついて、セル電圧値Ｖの読み取りから補正までの処理が実施される（Ｓ１２〜Ｓ２０）。カウンタｎの値がＮを超えた場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、処理を終了させる。

以上、本実施形態によれば、チャネル毎の校正値が所定の温度（例えば室温）に対してのみ設定されていたとしても、燃料電池スタック１の環境温度Ｔ_fcが室温以外の温度になった場合に校正値が環境温度に合わせて決定されるので、セル電圧値に温度依存性があるにも拘わらず、正確なセル電圧値を出力可能である。

また本実施形態によれば、前回の環境温度Ｔ_fcと今回検出された環境温度Ｔ_fc’との差に基づいて、今回の状態値を補正するかが決定されるので、燃料電池スタック１の環境温度が絶えず変動するに拘わらずその変動量が一定量Ｔｃより大きい場合にのみ校正値の温度補償が行われる。このため、環境温度の変化が少ないにも拘わらず校正値の温度補償が実行されるという無駄な処理を回避可能である。

上記実施形態では、当該燃料電池システムが電気自動車に搭載され電気自動車の少なくとも起動時を含む運転条件の変化に対応して実施されるので、起動時などに適切に燃料電池の状態のモニタが行える。

また上記実施形態では、校正値の判断がミラーチェック、すなわち、読み出された状態値に対応する校正値とこの状態値に対応する校正値の検証値（ミラー値）とを照合することにより実施されるので、正確にビットエラーを検出し、異常値であることを確実に判定できる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、校正値の温度補償は、基準校正値からの変動分を加減算していたが、これに限定されず、制御対象となる状態値の温度依存特性に応じて温度補償方法を変更することが可能である。

また、上記実施形態では、環境温度として燃料電池スタック１の冷却液出口温度を参照していたが、それ以外の温度を参照しても無論よい。

また、上記実施形態では、起動時に総てのセルの総てチャネルについて校正値の温度補償を実施していたが、これに限定されない。例えば、燃料電池システムの環境温度をシステム停止時にも保持記憶するように構成し、起動時に前回停止時の環境温度から変化があったかを判定し、環境温度の差が一定量より大きい場合には、チャネルで検出された電圧値の温度補償を実行するように構成してもよい。

例えば、上記実施形態では、電気自動車に当該燃料電池状態モニタ装置を適用したが、それに限定されず、他の移動体、例えば船舶、飛行体等に当該発明を適用してもよい。どのような環境温度であっても状態値の検出誤差を些少にすることができるという作用効果を奏することができる。

本発明の状態モニタ装置を含む燃料電池システムのブロック図 本燃料電池状態モニタ方法の校正値の温度補償処理を説明するフローチャート 本燃料電池状態モニタ方法の異常検出処理を説明するフローチャート 本実施形態におけるＥＥＰＲＯＭのメモリマップ例 セル電圧の検出誤差の従来法と本発明との比較図 校正の有無におけるセル電圧検出誤差の温度特性図

符号の説明

１…燃料電池スタック、２…燃料電池状態モニタ装置、３…燃料電池制御部、４…ガス供給系、１０…電圧センサ（温度検出手段）、１２…温度センサ（温度検出手段）、２１…ＣＰＵ（制御装置）、２４…ＥＥＰＲＯＭ（メモリ）、Ｃ_n…セル（チャネル）、ＣＲ_n…校正値、Ｖ_n…セル電圧値（状態値）

Claims (8)

1. 燃料電池の所定の状態を示す状態値に基づいて燃料電池の状態をモニタする燃料電池状態モニタ装置であって、
   該燃料電池の環境温度に基づき決定された校正値に基づいて、温度依存性のある該状態値を補正することを特徴とする燃料電池状態モニタ装置。
2. 燃料電池の環境温度を検出する温度検出手段と、
   該燃料電池の所定の状態を示す状態値を検出する状態値検出手段と、
   検出された該環境温度に基づいて温度依存性のある該状態値に対応する校正値を決定する校正値決定手段と、
   決定された該校正値に基づいて該状態値を補正する補正手段と、を備えた燃料電池状態モニタ装置。
3. 燃料電池の環境温度を検出する温度検出センサと、
   該燃料電池の所定の状態を示す状態値を検出する状態値検出センサと、
   検出された該環境温度に基づいて温度依存性のある該状態値に対応する校正値を決定し、決定された該校正値に基づいて該状態値を補正する制御装置と、を備えた燃料電池状態モニタ装置。
4. 所定の温度における前記状態値に対応する基準校正値が格納されたメモリを備え、
   前記環境温度に基づき、前記状態値の温度依存性を考慮して当該基準校正値を温度補償した補償校正値が演算され、前記基準校正値に代えて当該補償校正値が前記状態値の補正に用いられる、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池状態モニタ装置。
5. 前回前記状態値の補正が実行された時の環境温度と今回検出された環境温度との差に基づいて、今回の前記状態値を補正するかが決定される、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池状態モニタ装置。
6. 前記燃料電池は、複数の単位セルから構成されており、
   当該燃料電池システムの起動時に、複数の前記単位セルから検出される電圧値を前記状態値として、複数の前記単位セルのそれぞれについての電圧値が補正される、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池状態モニタ装置。
7. 燃料電池の環境温度を検出する温度検出手段と、
   該燃料電池を構成する単位セルの電圧値を検出する電圧値検出手段と、
   検出された該環境温度に基づいて該電圧値に対応する校正値を決定する校正値決定手段と、
   決定された該校正値に基づいて該電圧値を補正する補正手段と、を備えた燃料電池状態モニタ装置。
8. 燃料電池の環境温度を検出するステップと、
   該燃料電池の所定の状態を示す状態値を検出するステップと、
   検出された該環境温度に基づいて該状態値に対応する校正値を決定するステップと、
   決定された該校正値に基づいて該状態値を補正するステップと、を備えた燃料電池の状態モニタ方法。

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