JP4136770B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の電流検出器のオフセット補正値を決定する燃料電池システム、並びに燃料電池システムにおけるにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、電流センサには入力信号を０とした場合にも現れるオフセット電流が存在し、このオフセット電流は経年変化によって変動（ドリフト）する。さらに燃料電池用電流センサは、運転時に高温となる燃料電池に備えられ、高温下にて使用されるため温度に起因する温度ドリフトも発生する。ここで、燃料電池システム全体の電力収支精度は燃料電池用電流センサの性能に大きく左右される。例えば、燃料電池が３５０Ａ（アンペア）にて発電している際には、約１％の誤差に当たる３Ａの誤差によって約１ｋＷの電力収支のずれとして現れる。したがって、燃料電池システム全体の電力収支精度を向上させることは重要な課題である。
【０００３】
燃料電池の目標発電電力を正確に算出する技術として、複数の電流センサ、電圧センサを用いて機器毎の消費電力誤差や配線抵抗による消費電力誤差を無視することを可能にするための技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３１１０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記技術では、電流センサの精度、特性変動等については考慮されておらず、依然として、電流センサのゼロ点変動（ゼロドリフト）に起因する計測誤差は解消されていない。この結果、発電電力の目標値と実値との間に誤差が生じ、燃料電池システム全体の電力収支精度の向上を図ることができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムにおける燃料電池の電流検出器の測定精度を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池システムを提供する。本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、出力端子を有する燃料電池と、前記燃料電池の出力端子に接続されている電圧変換器と、前記電圧変換器を介して前記燃料電池に対して並列接続されている電力を充放電可能な蓄電手段と、前記燃料電池の電流値を検出する電流検出器と、前記電圧変換器によって前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記電流検出器のオフセット補正値を決定するオフセット補正値決定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムによれば、電圧変換器によって燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、電流検出器のオフセット補正値を決定するので、電流検出器のゼロ点変動の補正（オフセット補正）を正確に行うことができる。したがって、燃料電池システムにおける燃料電池の電流検出器の測定精度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは移動体に搭載されており、前記オフセット補正値決定手段は、前記移動体において前記燃料電池による発電が要求されない時期に、前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記オフセット補正値を決定しても良い。かかる場合には、移動体の運転状態に影響を与えることなくオフセット補正値を決定することができる。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池による発電が要求されない時期は、燃料電池システムの起動前、移動体の回生運転中、燃料電池システムの間欠運転中および燃料電池システムの停止後の少なくともいずれか１つの時期であっても良い。これらの時期は、燃料電池からの電力供給が不要な時期であると共に、移動体の運転中に定期的に現れる時期であるため、常に最新のオフセット補正値を得ることができる。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは移動体に搭載されており、前記オフセット補正値決定手段は、前記電流検出器の温度が所定温度以上の場合、前記電流検出器の温度上昇率が所定値以上の場合、あるいは、前記電流検出器の補正から所定時間経過後に、前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記オフセット補正値を決定しても良い。かかる場合には、温度ドリフトを適切に補正することができると共に、時間経過に伴うドリフトを適切に補正することができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記移動体の要求電力が前記蓄電手段の電力供給可能量より多い場合には、前記オフセット補正値決定手段は、前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とせず、前記オフセット補正値を決定しなくても良い。かかる場合には、移動体の運転状態に影響を与える事態を回避することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様は、燃料電池の出力端子に接続されている電圧変換器を介して燃料電池に対して並列接続されている蓄電手段を備えた燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法を提供する。本発明の第２の態様に係る燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法は、前記電圧変換器によって前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記電流検出器のオフセット補正値を決定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の態様に係る燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法によれば、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムと同様の作用効果を得ることができる。また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法は、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムと同様にして種々の態様にて実現され得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ実施例に基づいて、本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法について説明する。
【００１６】
図１および図２を参照して実施例に係る燃料電池システムを搭載した移動体（車両）の概略構成および簡単な動作について説明する。図１は実施例に係る燃料電池システムを搭載した車両の概略構成を示す説明図である。図２は燃料電池２１のＩ−Ｖ特性マップの一例を示す説明図である。
【００１７】
燃料電池搭載車両１０は、電源システムとしての燃料電池システム２０および二次電池３０、燃料電池システムおよび二次電池３０から得た電力を駆動力に変換して出力する駆動用モータ（電動機）４０、駆動用モータ４０によって駆動される車輪５０、車両１０の動作を制御する制御ユニット６０を備えている。本実施例における車両全体の最大供給電力は、燃料電池２１および二次電池３０の合計電力であり、例えば、最大電力の８０％が燃料電池２１によって供給され、残りの２０％が二次電池３０によって供給される。
【００１８】
燃料電池システム２０は、水素ガス（水素含有ガス）を燃料として消費し、電力を発生する燃料電池２１、燃料電池２１に供給する水素を蓄える高圧水素ボンベ２３、燃料電池２１に対して空気を供給する空気ポンプ２４を備えている。燃料電池２１は、例えば、固体高分子膜を備える固体高分子型の燃料電池であり、本実施例における最大電圧は、約４００Ｖ程度である。
【００１９】
燃料電池２１と高圧水素ボンベ２３とは水素供給管２３１によって接続されており、水素供給管２３１には水素圧力を燃料電池２１への供給圧力へと減圧する減圧弁２３２が配置されている。燃料電池２１と空気ポンプ２４とは空気供給管２４１を介して接続されている。また、燃料電池２１に供給された空気は排気管２４２を介して大気中へと排出される。
【００２０】
燃料電池２１には、燃料電池２１の温度を検出するための温度センサ６１が備えられている。この温度センサ６１は、燃料電池２１の外壁面に直接備えられていても良く、あるいは、燃料電池用熱交換器（図示せず）の冷却液入り口と冷却液出口のいずれか一方または双方に備えられても良い。
【００２１】
駆動用モータ４０は、例えば、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータとを備える。駆動用モータ４０と燃料電池２１とは、インバータ４１および電力供給線４１１を介して接続されている。インバータ４１は、燃料電池２１から供給される直流電流を交流電流に変換して駆動用モータ４０に供給すると共に、制御ユニット６０からの制御信号を受けて駆動用モータ４０の動作を制御する。電力供給線４１１には、燃料電池２１停止時における逆電流を防止するためのダイオード４１２、燃料電池２１の電流値を検出する燃料電池電流センサ４１３、燃料電池２１の電圧値を検出する燃料電池電圧センサ４１４がそれぞれ配置されている。電力供給線４１１には、この他に、高圧補機４２、モータ電流センサ４１５が配置されている。
【００２２】
駆動用モータ４０は、ロータに備えられた永久磁石による磁界とステータの三相コイルによって形成される磁界との相互作用によって回転して必要な駆動力をギヤ機構４５を介して車輪５０に出力する。車速の減速要求（制動要求）が発生した場合には、ロータを外力によって駆動させることにより、駆動用モータ４０は、これら磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生成させる発電ブレーキとして機能させられる。
【００２３】
二次電池３０は、電力の蓄積および電力の放出が可能な電池であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）３１を介して電力供給線４１１（燃料電池２１の出力端子）に対して並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、駆動用モータ４０に対して二次電池３０の電力を供給する際に、制御ユニット６０からの制御信号に従って二次電池３０の出力電圧を必要な電圧値まで昇圧させる。二次電池３０には、二次電池３０の残存電池容量ＳＯＣを検出するＳＯＣセンサ３２が接続されている。二次電池３０とＤＣ／ＤＣコンバータ３１とを結ぶ電力供給線３１１には、二次電池３０の電流値を検出する二次電池電流センサ３１２、二次電池３０の電圧値を検出する二次電池電圧センサ３１３がそれぞれ配置されている。
【００２４】
車両１０には、この他に、車両駐車時に、車両１０を始動・停止させるためのスイッチ（イグニションスイッチ）５１が備えられている。
【００２５】
制御ユニット６０は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等を備え、車両１０の運転状態に応じて車両１０の動作を制御する。制御ユニット６０には、各電流センサ４１３、３１２、４１５から検出された電流値、ＳＯＣセンサ３２によって検出されたＳＯＣ値、スイッチ５１におけるイグニッションポジションを示すイグニションポジション信号、温度センサ６１により検出された温度値がそれぞれ入力される。制御ユニット６０は、燃料電池電流センサ４１３によって検出された電流値に対して、後述する処理によって求められたオフセット補正値を用いて０点補正処理を実行した値を燃料電池２１の電流値として用いる。制御ユニット６０は、制御信号線を介して空気ポンプ２４、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、インバータ４１、高圧補機４２と接続されており、これら各機器に対して制御信号を出力して、車両１０の運転状態を制御する。
【００２６】
以上の構成を備える車両１０の基本的動作について簡単に説明する。制御ユニット６０は、図示しないアクセルポジションセンサから入力された要求入力に応じて、必要な供給電力量を決定する。なお、燃料電池２１によって生成した電力によって、二次電池３０を充電する場合には、要求入力に対応する供給電力量に対して二次電池３０に蓄電される電力量を加えた電力量が必要な供給電力量となる。
【００２７】
制御ユニット６０は、決定した供給電力量に対する燃料電池２１と二次電池３０の分担率を決定する。分担率は、例えば、ＳＯＣセンサ３２によって検出されたＳＯＣ値を参照して決定され、ＳＯＣ値が低い（電池容量が小さい）場合には、燃料電池２１によって必要な供給電力量の全てが供給され、ＳＯＣ値が高い（電池容量が大きい）場合には、必要な供給電力量に応じて燃料電池２１および二次電池３０、または二次電池３０のみにて電力が供給される。
【００２８】
制御ユニット６０による燃料電池２１の供給電力量（発電量）の制御は、燃料電池電流センサ４１３および燃料電池電圧センサ４１４からの検出値を用い、空気ポンプ２４を駆動制御することによって実行される。燃料電池２１の出力電圧（出力端子電圧）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１によって調整される。ここで、燃料電池２１の電圧Ｖと電流Ｉとの間には図２に示す関係が成立することが知られている。したがって、例えば、燃料電池２１からの電力供給の停止（電力供給線４１１上の電流＝０Ａ）は、燃料電池２１の運転を停止しない場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１によって燃料電池２１の出力端子電圧をＯＣＶ（開放端電圧）＝４００Ｖに設定することによって実現される。本実施例では、電力供給線４１１にダイオード４１２が配置されているので、燃料電池２１の出力端子電圧をＯＣＶとしても、電力供給線４１１から燃料電池２１への逆電流の発生は防止される。
【００２９】
燃料電池２１と共に二次電池３０によっても電力が供給される場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１によって、二次電池３０の電圧値が燃料電池２１の出力端子電圧値まで昇圧される。また、要求電力が二次電池３０の供給可能電力量よりも少ない場合には、制御ユニット６０は、燃料電池２１の運転を停止し（間欠運転）、二次電池３０のみによって全電力量を供給する。なお、ここで説明した車両１０の基本的動作（燃料電池２１および二次電池３０の動作）は、あくまでも一例に過ぎず、その目的、様々な条件によって変動し得ることは言うまでもない。
【００３０】
燃料電池２１および／または二次電池３０からの供給電力（直流電流）は、電力供給線４１１を通じてインバータ４１に供給され、制御ユニット６０は、インバータ４１を介して駆動用モータ４０を駆動制御し、要求された駆動力を車輪５０に対して出力させる。
【００３１】
図３〜図５を参照して本実施例に係る燃料電池システム搭載車両１０における燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理について説明する。図３は本実施例に係る燃料電池搭載車両１０において所定の間隔で実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。図４本実施例に係る燃料電池搭載車両１０において所定の条件が発生した際に実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。図５は燃料電池２１の運転状態と燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正のタイミングを示す説明図である。
【００３２】
先ず、図３に示す所定間隔で定期的に実行されるオフセット補正値決定処理について説明する。このオフセット補正値決定処理は、図５に示すように、燃料電池２１による電力供給が不要な時期（タイミング）に実行される。具体的には、燃料電池２１の始動要求前（燃料電池システム２０の起動前）、間欠運転時、回生運転時、燃料電池２１の停止要求後（燃料電池システム２０の停止後）に実行される。
【００３３】
本処理ルーチンは所定時間間隔毎に繰り返し実行される。制御ユニット６０は、燃料電池システム２０の起動前であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。具体的には、使用者（運転者）がスイッチ５１をオンしていないか、あるいは、始動位置に切り換えていないか否かによって判定される。制御ユニット６０は、燃料電池システム２０が起動されていると判定した場合には（ステップＳ１００：Ｎｏ）、車両１０が回生運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【００３４】
例えば、回生運転中であることを示すフラグがオンされているか否かに基づいて判定される。回生運転を実行するか否かは、例えば、アクセルペダルの踏み込み量が０であるか、ブレーキペダルが踏み込まれているか、二次電池３０に電力を蓄えることができるか（ＳＯＣ値が小さいか）といった判定要素に基づいて決定される。制御ユニット６０は、車両１０が回生運転中ではないと判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、燃料電池２１が間欠運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。
【００３５】
例えば、間欠運転中であることを示すフラグがオンされているか否かに基づいて判定される。燃料電池２１の間欠運転（運転休止）は、例えば、車両１０に対する要求出力が低く、二次電池３０のみによって要求出力を実現するために必要な電力を供給できる場合に実行される。また、信号待ち等で車両１０が停止し、駆動用モータ４０を駆動する必要がなく、二次電池３０によって高圧補機４２を駆動することができる場合に実行される。
【００３６】
制御ユニット６０は、燃料電池２１が間欠運転中ではないと判定した場合には（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、燃料電池システム２０が運転終了されたか否かを判定する（ステップＳ１３０）。具体的には、使用者（運転者）がスイッチ５１をオフしたか否かによって判定される。本実施例に係る燃料電池システム２０では、燃料電池システム２０の運転停止後、燃料電池２１内に残存する水素を消費するための水素消費制御が実行される。かかる水素消費制御では、残留水素のみを用いて発電を制御するためより高い制御精度が要求され、出力される電流値も２０Ａ以下となる。一方、燃料電池電流センサ４１３のオフセットは、例えば、約１８Ａ程度であることから、燃料電池システム２０の停止時にはオフセット補正が要求される。
【００３７】
制御ユニット６０は、燃料電池システム２０が運転終了されていないと判定した場合には（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、以上判定した各条件では、燃料電池２１の運転は停止されず、燃料電池電流センサ４１３を流れる電流値を０とすることができないため、本処理ルーチンを終了する。
【００３８】
一方、制御ユニット６０は、燃料電池システム２０が起動されていないと判定した場合（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、車両１０が回生運転中であると判定した場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、燃料電池２１が間欠運転中であると判定した場合（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、燃料電池システム２０が運転終了されたと判定した場合（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介して燃料電池２１の出力端子電圧＝ＯＣＶ（４００Ｖ）に設定する（ステップＳ１４０）。この結果、燃料電池２１が運転状態から停止された場合であっても直ちに電力供給線４１１を流れる電流値を確実に０Ａとすることができる。
【００３９】
制御ユニット６０は、燃料電池電流センサ４１３から電流値Ａｄを取得し（ステップＳ１５０）、ドリフト量をキャンセル（０点補正）するためのオフセット補正値Ａｃを以下の式を用いて決定して（ステップＳ１６０）本処理ルーチンを終了する。
【００４０】
オフセット補正値Ａｃ＝Ａｄ
【００４１】
オフセット補正値Ａｃの決定は、例えば、電流値Ａｄのサンプリングを２ｍｓｅｃ毎に１００回実行し、各回毎に得られたオフセット補正値Ａｃの平均値を取ることによって実行される。決定されたオフセット補正値Ａｃは、ＲＡＭ等の記憶装置に最新の値が残るように記憶される。制御ユニット６０は、次回の燃料電池システム２０の運転時には、最新のオフセット補正値Ａｃを用いて０点補正を実行する。具体的には、制御ユニット６０は、燃料電池電流センサ４１３の測定値に対して最新のオフセット補正値Ａｃを適用して、燃料電池電流センサ４１３から得られた実測電流値を補正し、正確な燃料電流値に基づいて燃料電池２１の運転制御を実行する。
【００４２】
次に図４を参照して、所定の条件が発生した際に実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理について説明する。本補正値決定処理は、燃料電池電流センサ４１３に温度ドリフトが発生する可能性が高い条件、および先の定期的な補正値決定処理から所定時間経過した際に、燃料電池２１の運転状態にかかわらず、強制的に実行される点で、既述の補正値決定処理とは異なる。
【００４３】
制御ユニット６０は、燃料電池２１の温度Ｔfcが所定温度Ｔfcrefより高くなった場合、燃料電池電流センサ４１３の温度上昇率Ｔcが所定上昇率Ｔcrefより高くなった場合、先の補正値決定処理からの経過時間Ｔimeが所定時間Ｔimerefを経過した場合に、本処理ルーチンを開始する。燃料電池２１の温度は温度センサ６１によって検出され、燃料電池電流センサ４１３は燃料電池２１の外壁またはその近傍に備えられているので燃料電池電流センサ４１３の温度上昇率もまた温度センサ６１の検出値に基づいて算出される。なお、燃料電池２１の温度に代えて燃料電池電流センサ４１３の温度であっても良く、また、燃料電池電流センサ４１３の温度上昇率に代えて燃料電池２１の温度上昇率であっても良いことは言うまでもない。いずれにしても、燃料電池電流センサ４１３の温度変化を検出することができればよい。
【００４４】
本処理ルーチンは、通常の燃料電池運転処理ルーチンに割り込む形で実行される。本処理ルーチンが開始されると、制御ユニット６０は、車両１０に対する要求出力が二次電池３０によって出力可能な出力値であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。具体的には、本実施例では、要求出力を駆動用モータ４０にて出力するために必要な電力が最大供給電力量の２０％以下であるか否かが判定される。この判定は、車両１０対する要求出力が二次電池３０によって出力可能な出力値を超えている場合には、燃料電池２１からの電力供給の停止に伴う出力低下が発生し、ドライバビリティを損なうことから、かかる条件下における燃料電池電流センサ４１３の補正処理を回避するために実行される。
【００４５】
制御ユニット６０は、車両１０に対する要求出力が二次電池３０によって出力可能な出力値であると判定した場合には（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、ＳＯＣ値が所定のＳＯＣrefよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２０）。すなわち、実際に二次電池３０が電力供給可能な状態にあるか否かが判定される。
【００４６】
制御ユニット６０は、ＳＯＣ値が所定のＳＯＣrefよりも大きいと判定した場合には（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介して燃料電池２１の出力端子電圧＝ＯＣＶ（４００Ｖ）に設定する（ステップＳ２３０）。この結果、燃料電池２１が運転状態にあっても直ちに電力供給線４１１を流れる電流値が０Ａとされ、燃料電池電流センサ４１３の補正を実行することができる。
【００４７】
制御ユニット６０は、燃料電池電流センサ４１３から電流値Ａｄを取得し（ステップＳ２４０）、０点補正のためのオフセット補正値Ａｃを決定して（ステップＳ２５０）本処理ルーチンを終了する。このオフセット補正値Ａｃの決定処理は、図３を用いて説明したステップＳ１５０、Ｓ１６０における処理と同様なので詳細な説明については省略する。
【００４８】
以上説明したように、本実施例に係る燃料電池システムを搭載した車両１０によれば、燃料電池２１の出力端子電圧をＯＣＶとし、燃料電池電流センサ４１３を流れる電流値を確実に０Ａとした後に燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値を決定するので、正確に燃料電池電流センサ４１３の０点補正（オフセット補正）を実行することができる。したがって、燃料電池電流センサ４１３の測定精度を向上させることが可能となり、これに伴い燃料電池システム全体の電力収支精度の向上を図ることができる。例えば、燃料電池２１が３００Ｖの電圧を出力している場合には、１０Ａの測定誤差によって６ｋｗ程度の電力損失が発生するが、この電力損失を防止（燃費を向上）することができる。
【００４９】
本実施例によれば、燃料電池２１が電力を供給しなくても良いタイミングにて燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正が繰り返し実行されるので、常に変動するドリフト量に対して常に最新のオフセット補正値を得ることができる。したがって、燃料電池電流センサ４１３の測定精度を常に高いレベルに維持することが可能となり、燃料電池システム全体の電力収支精度もまた高いレベルにて維持することができる。
【００５０】
本実施例によれば、温度ドリフトが発生しやすい条件下においては、燃料電池２１の運転状態にかかわらず燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値を決定するためのオフセット補正処理を実行する。温度ドリフトは、経年変化に伴うドリフトよりも比較的大きなドリフトをもたらすので、燃料電池システム全体の電力収支精度に与える影響の度合いも高い。これに対して、本実施例によれば、温度ドリフトに伴う０点変動（ゼロドリフト）を適切に補正することができるので、温度ドリフトに関わらず燃料電池電流センサ４１３の測定精度を高いレベルに維持することが可能となり、燃料電池システム全体の電力収支精度もまた高いレベルにて維持することができる。
【００５１】
本実施例によれば、燃料電池システム２０がスイッチ５１を介することなく運転停止された場合であっても、比較的影響の大きな温度ドリフトに対するオフセット補正値を得ることができるので水素消費制御を高い精度にて実行することができる。図３に示す定期的な処理ルーチンによる燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正は、燃料電池システム２０がスイッチ５１を介して運転停止された場合には実行されるが、燃料電池システム２０がスイッチ５１を介することなく運転停止された場合には実行されない。ここで、燃料電池システム２０における水素消費制御は燃料電池システム２０の運転停止後に必ず実行されることが好ましい。したがって、温度ドリフト発生条件下にてオフセット補正を実行することによって、燃料電池システム２０がどのように停止したかにかかわらず、水素消費制御を高い精度にて実行することができる。
【００５２】
・その他の実施例：
上記実施例では、二次電池３０を用いているが、この他にも、例えば、キャパシタ等の蓄電手段を備えてもよい。かかる場合にも、電力の蓄電・放電を実行することができる点に変わりないからである。
【００５３】
上記実施例では、燃料電池２１に対して直接備えられた温度センサ６１によって燃料電池２１の温度を検出しているが、燃料電池２１を冷却する冷却液温度を計測する温度センサを用いても良い。さらに、燃料電池２１の温度は、燃料電池２１の温度と予め対応付けておくことにより外気温度等を用いても良い
【００５４】
上記実施例では燃料電池２１の燃料として高圧水素タンク２３に充填されている水素を用いたが、改質器によって得られる水素含有ガス（改質ガス）を用いても良い。
【００５５】
また、上記実施例に係る装置、方法は、コンピュータプログラムまたはコンピュータプログラムを記録した記録媒体（電気的、磁気的、光学的記録媒体）としても実現され得る。
【００５６】
上記実施例では、燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正について説明しているが、同様にしてモータ電流センサ４１５のオフセット補正を実行してもよい。かかる場合には、駆動モータ４０の制御を精度の高い電流値に基づいて実行することができる。
【００５７】
以上、いくつかの実施例に基づき本発明に係る燃料電池システム、燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る燃料電池システムを搭載した車両の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池のＩ−Ｖ特性マップの一例を示す説明図である。
【図３】本実施例に係る燃料電池搭載車両１０において所定の間隔で実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本実施例に係る燃料電池搭載車両１０において所定の条件が発生した際に実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】燃料電池２１の運転状態と燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正のタイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…車両
２０…燃料電池システム
２１…燃料電池
２３…高圧水素タンク
２３１…水素供給管
２３２…減圧弁
２４…空気ポンプ
２４１…空気供給管
２４２…排気管
３０…二次電池
３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
３１１…電力供給線
３１２…二次電池電流センサ
３１３…二次電池電圧センサ
３２…ＳＯＣセンサ
４０…駆動用モータ
４１…インバータ
４１１…電力供給線
４１２…ダイオード
４１３…燃料電池電流センサ
４１４…燃料電池電圧センサ
４１５…モータ電流センサ
４２…高圧補機
４５…ギヤ機構
５０…車輪
５１…スイッチ（イグニションスイッチ）
６０…制御ユニット
６１…温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の電流検出器のオフセット補正値を決定する燃料電池システム、並びに燃料電池システムにおけるにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、電流センサには入力信号を０とした場合にも現れるオフセット電流が存在し、このオフセット電流は経年変化によって変動（ドリフト）する。さらに燃料電池用電流センサは、運転時に高温となる燃料電池に備えられ、高温下にて使用されるため温度に起因する温度ドリフトも発生する。ここで、燃料電池システム全体の電力収支精度は燃料電池用電流センサの性能に大きく左右される。例えば、燃料電池が３５０Ａ（アンペア）にて発電している際には、約１％の誤差に当たる３Ａの誤差によって約１ｋＷの電力収支のずれとして現れる。したがって、燃料電池システム全体の電力収支精度を向上させることは重要な課題である。
【０００３】
燃料電池の目標発電電力を正確に算出する技術として、複数の電流センサ、電圧センサを用いて機器毎の消費電力誤差や配線抵抗による消費電力誤差を無視することを可能にするための技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３１１０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記技術では、電流センサの精度、特性変動等については考慮されておらず、依然として、電流センサのゼロ点変動（ゼロドリフト）に起因する計測誤差は解消されていない。この結果、発電電力の目標値と実値との間に誤差が生じ、燃料電池システム全体の電力収支精度の向上を図ることができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムにおける燃料電池の電流検出器の測定精度を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池システムを提供する。本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、出力端子を有する燃料電池と、前記燃料電池の出力端子に接続されている電圧変換器と、前記電圧変換器を介して前記燃料電池に対して並列接続されている電力を充放電可能な蓄電手段と、前記燃料電池の電流値を検出する電流検出器と、前記電圧変換器によって前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記電流検出器のオフセット補正値を決定するオフセット補正値決定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムによれば、電圧変換器によって燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、電流検出器のオフセット補正値を決定するので、電流検出器のゼロ点変動の補正（オフセット補正）を正確に行うことができる。したがって、燃料電池システムにおける燃料電池の電流検出器の測定精度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは移動体に搭載されており、前記オフセット補正値決定手段は、前記移動体において前記燃料電池による発電が要求されない時期に、前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記オフセット補正値を決定しても良い。かかる場合には、移動体の運転状態に影響を与えることなくオフセット補正値を決定することができる。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池による発電が要求されない時期は、燃料電池システムの起動前、移動体の回生運転中、燃料電池システムの間欠運転中および燃料電池システムの停止後の少なくともいずれか１つの時期であっても良い。これらの時期は、燃料電池からの電力供給が不要な時期であると共に、移動体の運転中に定期的に現れる時期であるため、常に最新のオフセット補正値を得ることができる。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは移動体に搭載されており、前記オフセット補正値決定手段は、前記電流検出器の温度が所定温度以上の場合、前記電流検出器の温度上昇率が所定値以上の場合、あるいは、前記電流検出器の補正から所定時間経過後に、前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記オフセット補正値を決定しても良い。かかる場合には、温度ドリフトを適切に補正することができると共に、時間経過に伴うドリフトを適切に補正することができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記移動体の要求電力が前記蓄電手段の電力供給可能量より多い場合には、前記オフセット補正値決定手段は、前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とせず、前記オフセット補正値を決定しなくても良い。かかる場合には、移動体の運転状態に影響を与える事態を回避することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様は、燃料電池の出力端子に接続されている電圧変換器を介して燃料電池に対して並列接続されている蓄電手段を備えた燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法を提供する。本発明の第２の態様に係る燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法は、前記電圧変換器によって前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記電流検出器のオフセット補正値を決定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の態様に係る燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法によれば、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムと同様の作用効果を得ることができる。また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法は、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムと同様にして種々の態様にて実現され得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ実施例に基づいて、本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法について説明する。
【００１６】
図１および図２を参照して実施例に係る燃料電池システムを搭載した移動体（車両）の概略構成および簡単な動作について説明する。図１は実施例に係る燃料電池システムを搭載した車両の概略構成を示す説明図である。図２は燃料電池２１のＩ−Ｖ特性マップの一例を示す説明図である。
【００１７】
燃料電池搭載車両１０は、電源システムとしての燃料電池システム２０および二次電池３０、燃料電池システムおよび二次電池３０から得た電力を駆動力に変換して出力する駆動用モータ（電動機）４０、駆動用モータ４０によって駆動される車輪５０、車両１０の動作を制御する制御ユニット６０を備えている。本実施例における車両全体の最大供給電力は、燃料電池２１および二次電池３０の合計電力であり、例えば、最大電力の８０％が燃料電池２１によって供給され、残りの２０％が二次電池３０によって供給される。
【００１８】
燃料電池システム２０は、水素ガス（水素含有ガス）を燃料として消費し、電力を発生する燃料電池２１、燃料電池２１に供給する水素を蓄える高圧水素ボンベ２３、燃料電池２１に対して空気を供給する空気ポンプ２４を備えている。燃料電池２１は、例えば、固体高分子膜を備える固体高分子型の燃料電池であり、本実施例における最大電圧は、約４００Ｖ程度である。
【００１９】
燃料電池２１と高圧水素ボンベ２３とは水素供給管２３１によって接続されており、水素供給管２３１には水素圧力を燃料電池２１への供給圧力へと減圧する減圧弁２３２が配置されている。燃料電池２１と空気ポンプ２４とは空気供給管２４１を介して接続されている。また、燃料電池２１に供給された空気は排気管２４２を介して大気中へと排出される。
【００２０】
燃料電池２１には、燃料電池２１の温度を検出するための温度センサ６１が備えられている。この温度センサ６１は、燃料電池２１の外壁面に直接備えられていても良く、あるいは、燃料電池用熱交換器（図示せず）の冷却液入り口と冷却液出口のいずれか一方または双方に備えられても良い。
【００２１】
駆動用モータ４０は、例えば、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータとを備える。駆動用モータ４０と燃料電池２１とは、インバータ４１および電力供給線４１１を介して接続されている。インバータ４１は、燃料電池２１から供給される直流電流を交流電流に変換して駆動用モータ４０に供給すると共に、制御ユニット６０からの制御信号を受けて駆動用モータ４０の動作を制御する。電力供給線４１１には、燃料電池２１停止時における逆電流を防止するためのダイオード４１２、燃料電池２１の電流値を検出する燃料電池電流センサ４１３、燃料電池２１の電圧値を検出する燃料電池電圧センサ４１４がそれぞれ配置されている。電力供給線４１１には、この他に、高圧補機４２、モータ電流センサ４１５が配置されている。
【００２２】
駆動用モータ４０は、ロータに備えられた永久磁石による磁界とステータの三相コイルによって形成される磁界との相互作用によって回転して必要な駆動力をギヤ機構４５を介して車輪５０に出力する。車速の減速要求（制動要求）が発生した場合には、ロータを外力によって駆動させることにより、駆動用モータ４０は、これら磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生成させる発電ブレーキとして機能させられる。
【００２３】
二次電池３０は、電力の蓄積および電力の放出が可能な電池であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）３１を介して電力供給線４１１（燃料電池２１の出力端子）に対して並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、駆動用モータ４０に対して二次電池３０の電力を供給する際に、制御ユニット６０からの制御信号に従って二次電池３０の出力電圧を必要な電圧値まで昇圧させる。二次電池３０には、二次電池３０の残存電池容量ＳＯＣを検出するＳＯＣセンサ３２が接続されている。二次電池３０とＤＣ／ＤＣコンバータ３１とを結ぶ電力供給線３１１には、二次電池３０の電流値を検出する二次電池電流センサ３１２、二次電池３０の電圧値を検出する二次電池電圧センサ３１３がそれぞれ配置されている。
【００２４】
車両１０には、この他に、車両駐車時に、車両１０を始動・停止させるためのスイッチ（イグニションスイッチ）５１が備えられている。
【００２５】
制御ユニット６０は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等を備え、車両１０の運転状態に応じて車両１０の動作を制御する。制御ユニット６０には、各電流センサ４１３、３１２、４１５から検出された電流値、ＳＯＣセンサ３２によって検出されたＳＯＣ値、スイッチ５１におけるイグニッションポジションを示すイグニションポジション信号、温度センサ６１により検出された温度値がそれぞれ入力される。制御ユニット６０は、燃料電池電流センサ４１３によって検出された電流値に対して、後述する処理によって求められたオフセット補正値を用いて０点補正処理を実行した値を燃料電池２１の電流値として用いる。制御ユニット６０は、制御信号線を介して空気ポンプ２４、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、インバータ４１、高圧補機４２と接続されており、これら各機器に対して制御信号を出力して、車両１０の運転状態を制御する。
【００２６】
以上の構成を備える車両１０の基本的動作について簡単に説明する。制御ユニット６０は、図示しないアクセルポジションセンサから入力された要求入力に応じて、必要な供給電力量を決定する。なお、燃料電池２１によって生成した電力によって、二次電池３０を充電する場合には、要求入力に対応する供給電力量に対して二次電池３０に蓄電される電力量を加えた電力量が必要な供給電力量となる。
【００２７】
制御ユニット６０は、決定した供給電力量に対する燃料電池２１と二次電池３０の分担率を決定する。分担率は、例えば、ＳＯＣセンサ３２によって検出されたＳＯＣ値を参照して決定され、ＳＯＣ値が低い（電池容量が小さい）場合には、燃料電池２１によって必要な供給電力量の全てが供給され、ＳＯＣ値が高い（電池容量が大きい）場合には、必要な供給電力量に応じて燃料電池２１および二次電池３０、または二次電池３０のみにて電力が供給される。
【００２８】
制御ユニット６０による燃料電池２１の供給電力量（発電量）の制御は、燃料電池電流センサ４１３および燃料電池電圧センサ４１４からの検出値を用い、空気ポンプ２４を駆動制御することによって実行される。燃料電池２１の出力電圧（出力端子電圧）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１によって調整される。ここで、燃料電池２１の電圧Ｖと電流Ｉとの間には図２に示す関係が成立することが知られている。したがって、例えば、燃料電池２１からの電力供給の停止（電力供給線４１１上の電流＝０Ａ）は、燃料電池２１の運転を停止しない場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１によって燃料電池２１の出力端子電圧をＯＣＶ（開放端電圧）＝４００Ｖに設定することによって実現される。本実施例では、電力供給線４１１にダイオード４１２が配置されているので、燃料電池２１の出力端子電圧をＯＣＶとしても、電力供給線４１１から燃料電池２１への逆電流の発生は防止される。
【００２９】
燃料電池２１と共に二次電池３０によっても電力が供給される場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１によって、二次電池３０の電圧値が燃料電池２１の出力端子電圧値まで昇圧される。また、要求電力が二次電池３０の供給可能電力量よりも少ない場合には、制御ユニット６０は、燃料電池２１の運転を停止し（間欠運転）、二次電池３０のみによって全電力量を供給する。なお、ここで説明した車両１０の基本的動作（燃料電池２１および二次電池３０の動作）は、あくまでも一例に過ぎず、その目的、様々な条件によって変動し得ることは言うまでもない。
【００３０】
燃料電池２１および／または二次電池３０からの供給電力（直流電流）は、電力供給線４１１を通じてインバータ４１に供給され、制御ユニット６０は、インバータ４１を介して駆動用モータ４０を駆動制御し、要求された駆動力を車輪５０に対して出力させる。
【００３１】
図３〜図５を参照して本実施例に係る燃料電池システム搭載車両１０における燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理について説明する。図３は本実施例に係る燃料電池搭載車両１０において所定の間隔で実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。図４本実施例に係る燃料電池搭載車両１０において所定の条件が発生した際に実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。図５は燃料電池２１の運転状態と燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正のタイミングを示す説明図である。
【００３２】
先ず、図３に示す所定間隔で定期的に実行されるオフセット補正値決定処理について説明する。このオフセット補正値決定処理は、図５に示すように、燃料電池２１による電力供給が不要な時期（タイミング）に実行される。具体的には、燃料電池２１の始動要求前（燃料電池システム２０の起動前）、間欠運転時、回生運転時、燃料電池２１の停止要求後（燃料電池システム２０の停止後）に実行される。
【００３３】
本処理ルーチンは所定時間間隔毎に繰り返し実行される。制御ユニット６０は、燃料電池システム２０の起動前であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。具体的には、使用者（運転者）がスイッチ５１をオンしていないか、あるいは、始動位置に切り換えていないか否かによって判定される。制御ユニット６０は、燃料電池システム２０が起動されていると判定した場合には（ステップＳ１００：Ｎｏ）、車両１０が回生運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【００３４】
例えば、回生運転中であることを示すフラグがオンされているか否かに基づいて判定される。回生運転を実行するか否かは、例えば、アクセルペダルの踏み込み量が０であるか、ブレーキペダルが踏み込まれているか、二次電池３０に電力を蓄えることができるか（ＳＯＣ値が小さいか）といった判定要素に基づいて決定される。制御ユニット６０は、車両１０が回生運転中ではないと判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、燃料電池２１が間欠運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。
【００３５】
例えば、間欠運転中であることを示すフラグがオンされているか否かに基づいて判定される。燃料電池２１の間欠運転（運転休止）は、例えば、車両１０に対する要求出力が低く、二次電池３０のみによって要求出力を実現するために必要な電力を供給できる場合に実行される。また、信号待ち等で車両１０が停止し、駆動用モータ４０を駆動する必要がなく、二次電池３０によって高圧補機４２を駆動することができる場合に実行される。
【００３６】
制御ユニット６０は、燃料電池２１が間欠運転中ではないと判定した場合には（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、燃料電池システム２０が運転終了されたか否かを判定する（ステップＳ１３０）。具体的には、使用者（運転者）がスイッチ５１をオフしたか否かによって判定される。本実施例に係る燃料電池システム２０では、燃料電池システム２０の運転停止後、燃料電池２１内に残存する水素を消費するための水素消費制御が実行される。かかる水素消費制御では、残留水素のみを用いて発電を制御するためより高い制御精度が要求され、出力される電流値も２０Ａ以下となる。一方、燃料電池電流センサ４１３のオフセットは、例えば、約１８Ａ程度であることから、燃料電池システム２０の停止時にはオフセット補正が要求される。
【００３７】
制御ユニット６０は、燃料電池システム２０が運転終了されていないと判定した場合には（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、以上判定した各条件では、燃料電池２１の運転は停止されず、燃料電池電流センサ４１３を流れる電流値を０とすることができないため、本処理ルーチンを終了する。
【００３８】
一方、制御ユニット６０は、燃料電池システム２０が起動されていないと判定した場合（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、車両１０が回生運転中であると判定した場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、燃料電池２１が間欠運転中であると判定した場合（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、燃料電池システム２０が運転終了されたと判定した場合（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介して燃料電池２１の出力端子電圧＝ＯＣＶ（４００Ｖ）に設定する（ステップＳ１４０）。この結果、燃料電池２１が運転状態から停止された場合であっても直ちに電力供給線４１１を流れる電流値を確実に０Ａとすることができる。
【００３９】
制御ユニット６０は、燃料電池電流センサ４１３から電流値Ａｄを取得し（ステップＳ１５０）、ドリフト量をキャンセル（０点補正）するためのオフセット補正値Ａｃを以下の式を用いて決定して（ステップＳ１６０）本処理ルーチンを終了する。
【００４０】
オフセット補正値Ａｃ＝Ａｄ
【００４１】
オフセット補正値Ａｃの決定は、例えば、電流値Ａｄのサンプリングを２ｍｓｅｃ毎に１００回実行し、各回毎に得られたオフセット補正値Ａｃの平均値を取ることによって実行される。決定されたオフセット補正値Ａｃは、ＲＡＭ等の記憶装置に最新の値が残るように記憶される。制御ユニット６０は、次回の燃料電池システム２０の運転時には、最新のオフセット補正値Ａｃを用いて０点補正を実行する。具体的には、制御ユニット６０は、燃料電池電流センサ４１３の測定値に対して最新のオフセット補正値Ａｃを適用して、燃料電池電流センサ４１３から得られた実測電流値を補正し、正確な燃料電流値に基づいて燃料電池２１の運転制御を実行する。
【００４２】
次に図４を参照して、所定の条件が発生した際に実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理について説明する。本補正値決定処理は、燃料電池電流センサ４１３に温度ドリフトが発生する可能性が高い条件、および先の定期的な補正値決定処理から所定時間経過した際に、燃料電池２１の運転状態にかかわらず、強制的に実行される点で、既述の補正値決定処理とは異なる。
【００４３】
制御ユニット６０は、燃料電池２１の温度Ｔfcが所定温度Ｔfcrefより高くなった場合、燃料電池電流センサ４１３の温度上昇率Ｔcが所定上昇率Ｔcrefより高くなった場合、先の補正値決定処理からの経過時間Ｔimeが所定時間Ｔimerefを経過した場合に、本処理ルーチンを開始する。燃料電池２１の温度は温度センサ６１によって検出され、燃料電池電流センサ４１３は燃料電池２１の外壁またはその近傍に備えられているので燃料電池電流センサ４１３の温度上昇率もまた温度センサ６１の検出値に基づいて算出される。なお、燃料電池２１の温度に代えて燃料電池電流センサ４１３の温度であっても良く、また、燃料電池電流センサ４１３の温度上昇率に代えて燃料電池２１の温度上昇率であっても良いことは言うまでもない。いずれにしても、燃料電池電流センサ４１３の温度変化を検出することができればよい。
【００４４】
本処理ルーチンは、通常の燃料電池運転処理ルーチンに割り込む形で実行される。本処理ルーチンが開始されると、制御ユニット６０は、車両１０に対する要求出力が二次電池３０によって出力可能な出力値であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。具体的には、本実施例では、要求出力を駆動用モータ４０にて出力するために必要な電力が最大供給電力量の２０％以下であるか否かが判定される。この判定は、車両１０対する要求出力が二次電池３０によって出力可能な出力値を超えている場合には、燃料電池２１からの電力供給の停止に伴う出力低下が発生し、ドライバビリティを損なうことから、かかる条件下における燃料電池電流センサ４１３の補正処理を回避するために実行される。
【００４５】
制御ユニット６０は、車両１０に対する要求出力が二次電池３０によって出力可能な出力値であると判定した場合には（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、ＳＯＣ値が所定のＳＯＣrefよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２０）。すなわち、実際に二次電池３０が電力供給可能な状態にあるか否かが判定される。
【００４６】
制御ユニット６０は、ＳＯＣ値が所定のＳＯＣrefよりも大きいと判定した場合には（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介して燃料電池２１の出力端子電圧＝ＯＣＶ（４００Ｖ）に設定する（ステップＳ２３０）。この結果、燃料電池２１が運転状態にあっても直ちに電力供給線４１１を流れる電流値が０Ａとされ、燃料電池電流センサ４１３の補正を実行することができる。
【００４７】
制御ユニット６０は、燃料電池電流センサ４１３から電流値Ａｄを取得し（ステップＳ２４０）、０点補正のためのオフセット補正値Ａｃを決定して（ステップＳ２５０）本処理ルーチンを終了する。このオフセット補正値Ａｃの決定処理は、図３を用いて説明したステップＳ１５０、Ｓ１６０における処理と同様なので詳細な説明については省略する。
【００４８】
以上説明したように、本実施例に係る燃料電池システムを搭載した車両１０によれば、燃料電池２１の出力端子電圧をＯＣＶとし、燃料電池電流センサ４１３を流れる電流値を確実に０Ａとした後に燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値を決定するので、正確に燃料電池電流センサ４１３の０点補正（オフセット補正）を実行することができる。したがって、燃料電池電流センサ４１３の測定精度を向上させることが可能となり、これに伴い燃料電池システム全体の電力収支精度の向上を図ることができる。例えば、燃料電池２１が３００Ｖの電圧を出力している場合には、１０Ａの測定誤差によって６ｋｗ程度の電力損失が発生するが、この電力損失を防止（燃費を向上）することができる。
【００４９】
本実施例によれば、燃料電池２１が電力を供給しなくても良いタイミングにて燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正が繰り返し実行されるので、常に変動するドリフト量に対して常に最新のオフセット補正値を得ることができる。したがって、燃料電池電流センサ４１３の測定精度を常に高いレベルに維持することが可能となり、燃料電池システム全体の電力収支精度もまた高いレベルにて維持することができる。
【００５０】
本実施例によれば、温度ドリフトが発生しやすい条件下においては、燃料電池２１の運転状態にかかわらず燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値を決定するためのオフセット補正処理を実行する。温度ドリフトは、経年変化に伴うドリフトよりも比較的大きなドリフトをもたらすので、燃料電池システム全体の電力収支精度に与える影響の度合いも高い。これに対して、本実施例によれば、温度ドリフトに伴う０点変動（ゼロドリフト）を適切に補正することができるので、温度ドリフトに関わらず燃料電池電流センサ４１３の測定精度を高いレベルに維持することが可能となり、燃料電池システム全体の電力収支精度もまた高いレベルにて維持することができる。
【００５１】
本実施例によれば、燃料電池システム２０がスイッチ５１を介することなく運転停止された場合であっても、比較的影響の大きな温度ドリフトに対するオフセット補正値を得ることができるので水素消費制御を高い精度にて実行することができる。図３に示す定期的な処理ルーチンによる燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正は、燃料電池システム２０がスイッチ５１を介して運転停止された場合には実行されるが、燃料電池システム２０がスイッチ５１を介することなく運転停止された場合には実行されない。ここで、燃料電池システム２０における水素消費制御は燃料電池システム２０の運転停止後に必ず実行されることが好ましい。したがって、温度ドリフト発生条件下にてオフセット補正を実行することによって、燃料電池システム２０がどのように停止したかにかかわらず、水素消費制御を高い精度にて実行することができる。
【００５２】
・その他の実施例：
上記実施例では、二次電池３０を用いているが、この他にも、例えば、キャパシタ等の蓄電手段を備えてもよい。かかる場合にも、電力の蓄電・放電を実行することができる点に変わりないからである。
【００５３】
上記実施例では、燃料電池２１に対して直接備えられた温度センサ６１によって燃料電池２１の温度を検出しているが、燃料電池２１を冷却する冷却液温度を計測する温度センサを用いても良い。さらに、燃料電池２１の温度は、燃料電池２１の温度と予め対応付けておくことにより外気温度等を用いても良い
【００５４】
上記実施例では燃料電池２１の燃料として高圧水素タンク２３に充填されている水素を用いたが、改質器によって得られる水素含有ガス（改質ガス）を用いても良い。
【００５５】
また、上記実施例に係る装置、方法は、コンピュータプログラムまたはコンピュータプログラムを記録した記録媒体（電気的、磁気的、光学的記録媒体）としても実現され得る。
【００５６】
上記実施例では、燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正について説明しているが、同様にしてモータ電流センサ４１５のオフセット補正を実行してもよい。かかる場合には、駆動モータ４０の制御を精度の高い電流値に基づいて実行することができる。
【００５７】
以上、いくつかの実施例に基づき本発明に係る燃料電池システム、燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る燃料電池システムを搭載した車両の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池のＩ−Ｖ特性マップの一例を示す説明図である。
【図３】本実施例に係る燃料電池搭載車両１０において所定の間隔で実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本実施例に係る燃料電池搭載車両１０において所定の条件が発生した際に実行される燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正値決定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】燃料電池２１の運転状態と燃料電池電流センサ４１３のオフセット補正のタイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…車両
２０…燃料電池システム
２１…燃料電池
２３…高圧水素タンク
２３１…水素供給管
２３２…減圧弁
２４…空気ポンプ
２４１…空気供給管
２４２…排気管
３０…二次電池
３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
３１１…電力供給線
３１２…二次電池電流センサ
３１３…二次電池電圧センサ
３２…ＳＯＣセンサ
４０…駆動用モータ
４１…インバータ
４１１…電力供給線
４１２…ダイオード
４１３…燃料電池電流センサ
４１４…燃料電池電圧センサ
４１５…モータ電流センサ
４２…高圧補機
４５…ギヤ機構
５０…車輪
５１…スイッチ（イグニションスイッチ）
６０…制御ユニット
６１…温度センサ
Claims (8)
- 燃料電池システムであって、
出力端子を有する燃料電池と、
前記燃料電池の出力端子に接続されている電圧変換器と、
前記電圧変換器を介して前記燃料電池に対して並列接続されている電力を充放電可能な蓄電手段と、
前記燃料電池の電流値を検出する電流検出器と、
前記燃料電池による発電が要求されない時期に、前記電圧変換器によって前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記電流検出器のオフセット補正値を決定するオフセット補正値決定手段とを備える燃料電池システム。 - 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは移動体に搭載されている燃料電池システム。 - 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池による発電が要求されない時期は、燃料電池システムの起動前、移動体の回生運転中および燃料電池システムの停止後の少なくともいずれか１つの時期である燃料電池システム。 - 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池による発電が要求されない時期は、燃料電池システムの起動前、燃料電池システムの間欠運転中および燃料電池システムの停止後の少なくともいずれか１つの時期である燃料電池システム。 - 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは移動体に搭載されており、
前記オフセット補正値決定手段は、前記電流検出器の温度が所定温度以上の場合、前記電流検出器の温度上昇率が所定値以上の場合、あるいは、前記電流検出器の補正から所定時間経過後に、前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、前記オフセット補正値を決定する燃料電池システム。 - 請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記移動体の要求電力が前記蓄電手段の電力供給可能量より多い場合には、前記オフセット補正値決定手段は、前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とせず、前記オフセット補正値を決定しない燃料電池システム。 - 燃料電池の出力端子に接続されている電圧変換器を介して燃料電池に対して並列接続されている蓄電手段を備えた燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法であって、
前記燃料電池による発電が要求されない時期に、前記電圧変換器によって前記燃料電池の出力端子電圧を開放端電圧とし、
前記電流検出器のオフセット補正値を決定する
燃料電池システムにおける電流検出器のオフセット補正値決定方法。 - 燃料電池システムであって、
出力端子を有する燃料電池と、
前記燃料電池の出力端子に接続されている電圧変換器と、
前記電圧変換器を介して前記燃料電池に対して並列接続されている電力を充放電可能な蓄電手段と、
前記燃料電池の電流値を検出する電流検出器と、
前記燃料電池の起動前に、前記電流検出器のオフセット補正値を決定するオフセット補正値決定手段とを備える燃料電池システム。
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