JP5088609B2

JP5088609B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP5088609B2
Application number: JP2007140869A
Authority: JP
Inventors: 統將石河
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-05-28
Also published as: JP2008293919A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来より、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供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられている。そして、現在においては、電磁駆動式の開閉弁（例えばインジェクタ）を燃料供給流路に設けることにより、システムの運転状態に応じて燃料ガスの供給圧力を変化させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２７５３００号公報

ところで、近年においては、燃料供給流路における燃料ガスの実際の圧力値と目標圧力値との偏差を算出し、この偏差と特定のフィードバックゲイン（比例ゲインや積分ゲイン）とを用いたフィードバック制御により開閉弁の作動状態を調整する技術の開発が進められている。そして、このようなフィードバック制御において、燃料電池の発電量（例えば発電電流値）に応じて比例ゲインを設定する技術が提案されている。

しかし、燃料電池の発電量に応じてフィードバック用の比例ゲインを設定すると、燃料ガスの実際の圧力値が目標圧力値に収束するまでに比較的長い時間を要してしまう、という問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料供給流路に設けた開閉弁のフィードバック制御を行う燃料電池システムにおいて、燃料供給流路における燃料ガスの実際の圧力値が目標圧力値に収束するまでの時間を短縮することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと供給するための燃料供給流路と、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料供給流路に戻すための循環流路と、燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、燃料供給流路の所定位置に配置された圧力センサと、開閉弁を所定の駆動周期で駆動制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、制御手段は、所定位置における目標圧力値と圧力センサで検出された検出圧力値との偏差に、次の関係式「Ｋ_P＝ｋ×Ｖ×６０×１０００／Ｔ」（但し、前記関係式において、Ｋ_P(NL/min)は比例ゲインを、ｋは単位変換係数を、Ｖ(L)は燃料循環系体積を、Ｔ(ms)は開閉弁の駆動周期を、各々意味する）に基づいて算出した比例ゲインＫ_Pを乗じることにより圧力差低減補正流量を算出し、この圧力差低減補正流量に基づいて開閉弁の作動状態を設定するものである。

かかる構成を採用すると、目標圧力値と検出圧力値（実際の圧力値）との偏差を低減させるように開閉弁の作動状態を設定して、検出圧力値を目標圧力値に近付けることができる。この際、開閉弁の駆動周期を考慮した特定の関係式を用いて比例ゲインを算出し、この算出した比例ゲインに基づいて開閉弁のフィードバック制御を行うことができる。従って、燃料供給流路における燃料ガスの実際の圧力値が目標圧力値に収束するまでの時間を短縮することが可能となる。

なお、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度等で表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及びガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。また、「燃料循環系」とは、燃料供給流路の一部（循環流路との合流点から下流側の部分）と、燃料電池内の燃料ガス流路と、循環流路と、によって構成される空間を意味する。

前記燃料電池システムにおいて、燃料供給源と開閉弁との間にレギュレータを配置することもできる。

このようにすると、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力が高い場合においても、この供給圧力をレギュレータで低減させることができるので、開閉弁の上流側圧力を低減させることができる。従って、開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因して開閉弁の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。この結果、開閉弁の応答性の低下を抑制することができる。

また、前記燃料電池システムにおいて、開閉弁を、燃料供給流路と循環流路との合流部より上流側に配置することが好ましい。

このようにすると、燃料供給流路内を流れる燃料ガスと、循環流路内を流れる燃料オフガスと、の合流圧の影響を抑制することが可能となる。また、循環流路内に残存する水分の凍結等に起因して循環流路内のガス流れが滞った場合においても、その凍結の影響を受けることなく燃料ガスの供給圧力の調整を行うことが可能となる。

また、前記燃料電池システムにおいて、インジェクタを開閉弁として採用することができる。

インジェクタとは、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状態（ガス流量やガス圧力）を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。所定の制御部がインジェクタの弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することにより、燃料ガスの流量や圧力を制御することが可能となる。

本発明によれば、燃料供給流路に設けた開閉弁のフィードバック制御を行う燃料電池システムにおいて、燃料供給流路における燃料ガスの実際の圧力値が目標圧力値に収束するまでの時間を短縮することが可能となる。

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、本発明を燃料電池車両（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こととする。

まず、図１及び図２を用いて、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。

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に酸化ガスとしての空気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４等を備えている。

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。

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２０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。

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。水素ガス配管系３は、本発明における燃料供給系の一実施形態である。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。

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。

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。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。

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。

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。

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（パージ）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。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。なお、水素供給流路３１の合流点Ａ１から下流側の部分と、燃料電池１０のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環流路３２と、によって、本発明における燃料循環系が構成されることとなる。

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や水素ポンプ３９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。

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。

具体的には、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の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。

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、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（所定位置）における目標圧力値を算出して更新することとしている。

また、制御装置４は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ４３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。

本実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いて、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こととしている。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（Ｋ_P）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＝Ｋ_P×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（Ｋ_I）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＝Ｋ_I×∫（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。

本実施形態において、制御装置４は、比例型フィードバック補正流量の算出に用いられる比例ゲインＫ_P(NL/min)の値を、以下の関係式に基づいて設定する。
Ｋ_P＝ｋ×Ｖ×６０×１０００／Ｔ
但し、前記関係式において、ｋ（＝１／１０１．３）は、単位変換係数を意味する。また、前記関係式において、Ｖ(L)は、燃料循環系体積（水素供給流路３１の合流点Ａ１から下流側の部分と、燃料電池１０のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環流路３２と、から構成される空間の体積）を意味する。また、前記関係式において、Ｔ(ms)は、インジェクタ３５の駆動周期（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。かかる関係式によって設定される比例ゲインＫ_Pを採用することにより、インジェクタ３５の一の駆動周期で、検出圧力値を目標圧力値に収束させる（偏差ｅを略零にする）ことが可能となる。

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：Ｂ４）。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こととしている。

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：Ｂ５）。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こととしている。

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、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：Ｂ６）。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：Ｂ７）。

そして、制御装置４は、以上の手順を経て算出したインジェクタ３５の総噴射時間を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ３５のガス噴射時間及び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。

続いて、図３のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の運転方法について説明する。

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圧力を高精度に制御する。

すなわち、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）。

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下流の所定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）。また、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下流の所定位置における圧力値を検出する（圧力値検出工程：Ｓ４）。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Ｓ４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：Ｓ５）。なお、制御装置４は、フィードバック補正流量算出工程Ｓ６において、前記した関係式を用いて、比例型フィードバック補正流量を算出するための比例ゲインＫ_Pを設定する。

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、フィードバック補正流量算出工程Ｓ５で算出したフィードバック補正流量と、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（噴射流量算出工程：Ｓ６）。

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、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：Ｓ７）。そして、制御装置４は、噴射流量算出工程Ｓ６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Ｓ７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：Ｓ８）。

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、印加電圧と、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：Ｓ９）。そして、制御装置４は、基本噴射時間算出工程Ｓ８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Ｓ９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：Ｓ１０）。

その後、制御装置４は、総噴射時間算出工程Ｓ１０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のガス噴射時間及び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。

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、目標圧力値と検出圧力値（実際の圧力値）との偏差を低減させるようにインジェクタ３５の作動状態を設定して、検出圧力値を目標圧力値に近付けることができる。この際、インジェクタ３５の駆動周期を考慮した特定の関係式を用いて比例ゲインＫ_Pを算出し、この算出した比例ゲインＫ_Pに基づいてインジェクタ３５のフィードバック制御を行うことができる。従って、水素供給流路３１における燃料ガスの実際の圧力値が目標圧力値に収束するまでの時間を短縮することが可能となる。

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、水素タンク３０とインジェクタ３５との間にレギュレータ３４を配置しているため、水素供給源３０から供給される水素ガスの圧力が高い場合においても、この圧力をレギュレータ３４で低減させることができる。従って、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。この結果、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。

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、インジェクタ３５を、水素供給流路３１と循環流路３２との合流部Ａ１より上流側に配置しているため、水素供給流路３１内を流れる水素ガスと、循環流路３２内を流れる水素オフガスと、の合流圧の影響を抑制することが可能となる。また、循環流路３２内に残存する水分の凍結等に起因して循環流路３２内のガス流れが滞った場合においても、その凍結の影響を受けることなく水素ガスの供給圧力の調整を行うことが可能となる。

なお、以上の実施形態においては、循環流路３２に水素ポンプ３９を設けた例を示したが、水素ポンプ３９に代えてエジェクタを採用してもよい。また、以上の実施形態においては、排気と排水との双方を実現させる排気排水弁３７を循環流路３２に設けた例を示したが、気液分離器３６で回収した水分を外部に排出する排水弁と、循環流路３２内のガスを外部に排出するための排気弁と、を別々に設け、制御装置４で排気弁を制御することもできる。

また、以上の実施形態においては、水素供給流路３１に遮断弁３３及びレギュレータ３４を設けた例を示したが、インジェクタ３５は、可変調圧弁としての機能を果たすとともに、水素ガスの供給を遮断する遮断弁としての機能をも果たすため、必ずしも遮断弁３３やレギュレータ３４を設けなくてもよい。従って、インジェクタ３５を採用すると遮断弁３３やレギュレータ３４を省くことができるため、システムの小型化及び低廉化が可能となる。

また、以上の実施形態においては、燃料電池１０の発電時の電流値を検出し、この電流値に基づいて目標圧力値や水素ガスの消費量を算出してインジェクタ３５の作動状態（噴射時間）を設定した例を示したが、燃料電池１０の運転状態を示す他の物理量（燃料電池１０の発電時の電圧値や電力値、燃料電池１０の温度等）を検出し、この検出した物理量に基づいて目標圧力値や水素ガスの消費量を算出することもできる。

また、以上の実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いてフィードバック補正流量を算出した例を示したが、他の目標追従型制御則（例えばＰＩＤ型フィードバック制御則）を用いてフィードバック補正流量を算出することもできる。

また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、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てもよい。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図１に示した燃料電池システムの制御装置の制御態様を説明するための制御ブロック図である。図１に示した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。

符号の説明

１…燃料電池システム、４…制御装置（制御手段）、１０…燃料電池、３０…水素タンク（燃料供給源）、３１…水素供給流路（燃料供給流路）、３２…循環流路、３４…レギュレータ、３５…インジェクタ（開閉弁）、４３…二次側圧力センサ、Ａ１…（燃料供給流路と循環流路との）合流部。

Claims

燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと供給するための燃料供給流路と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記燃料供給流路に戻すための循環流路と、前記燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するインジェクタと、前記燃料供給流路の所定位置に配置された圧力センサと、前記インジェクタを所定の駆動周期で駆動制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記所定位置における目標圧力値と前記圧力センサで検出された検出圧力値との偏差に、次の関係式
Ｋ_P＝ｋ×Ｖ×６０×１０００／Ｔ
（但し、前記関係式において、Ｋ_P(NL/min)は比例ゲインを、ｋは単位変換係数を、Ｖ(L)は燃料循環系体積を、Ｔ(ms)はインジェクタの駆動周期を、各々意味する）に基づいて算出した比例ゲインＫ_Pを乗じることにより圧力差低減補正流量を算出し、この圧力差低減補正流量に基づいて前記インジェクタの作動状態を設定することにより、前記インジェクタの一の駆動周期で前記検出圧力値を前記目標圧力値に収束させるものである、
燃料電池システム。
前記燃料供給源と前記インジェクタとの間に配置されたレギュレータを備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。
前記インジェクタは、前記燃料供給流路と前記循環流路との合流部より上流側に配置されてなるものである、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。