JP5764874B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池に対する反応ガスの供給量を制御する方法 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池に関する。

燃料電池システムは、外部負荷からの要求電力に応じて、燃料電池に反応ガスを供給して発電させる。燃料電池システムでは、燃料電池の発電効率を向上させるためにも、反応ガスの供給量が適切に制御されることが望ましい。これまで、反応ガスの圧力を計測し、その計測値に基づいて、反応ガスの供給量を制御する技術が提案されてきた（下記特許文献１等）。しかし、反応ガスの圧力の計測値は、圧力を計測するための圧力センサ等の設置領域における反応ガスの流れの変化などの影響を受けて変動してしまうため、反応ガスの供給量の制御に適切に反映されない場合があった。

特開２００９−１２３５９２号公報 特開２００６−０９９９９３号公報

本発明は、反応ガスの圧力の計測値に基づいて、燃料電池への反応ガスの供給量を適切に制御できる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応ガス供給部による反応ガスの供給量を制御する制御部と、を備え、前記反応ガス供給部は、前記燃料電池に接続された反応ガスのためのガス配管と、前記ガス配管に設けられ、前記制御部によって開閉動作が制御される開閉弁と、前記開閉弁の下流側に設けられた下流側圧力計測部と、を備え、前記反応ガス供給部は、前記開閉弁を開弁して反応ガスを噴射させた後に前記開閉弁を閉じる開閉動作を繰り返すことによって、反応ガスを前記ガス配管を介して前記燃料電池に供給し、前記制御部は、前記開閉弁からの反応ガスの噴射によって増大した前記下流側圧力計測部による計測値である開弁後圧力計測値の変化に基づいて、前記開閉弁から所望の量の反応ガスが流出する目標流量到達タイミングを予測し、前記目標流量到達タイミングで前記開閉弁を閉じる、燃料電池システム。
この燃料電池システムでは、開閉弁の下流側の圧力の計測値が、開閉弁からの反応ガスの噴射に伴って増大した後に、その計測値の変化に基づいて予測した目標流量到達タイミングで開閉弁を閉じる。開弁後圧力計測値は、比較的安定した値として取得することができるため、この燃料電池システムによれば、より適切な反応ガスの供給量の制御が可能である。

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池システムであって、前記反応ガス供給部は、前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部であり、前記開閉弁は、インジェクタを含む、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、アノードガスをインジェクタを介して燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、アノードガスの供給量を適切に制御することができる。

［適用例３］
適用例１または２記載の燃料電池システムであって、前記反応ガス供給部は、前記開閉弁の上流側に設けられた上流側圧力計測部を備え、前記制御部は、前記開弁後圧力計測値の変化に基づき、前記開閉弁の開弁後に前記開閉弁の下流側における反応ガスの圧力が目標圧力値に到達するタイミングを、前記目標流量到達タイミングとして予測し、前記開閉弁が開いた後に、前記上流側圧力計測部が計測する反応ガスの圧力の計測値が高いほど、前記目標圧力値が大きくなるように補正する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、開閉弁の上流側と下流側における反応ガスの圧力の計測値に基づいて、開閉弁の閉弁タイミングを決定するための閾値である目標圧力値を取得するため、より適切な反応ガスの供給量の制御が可能である。

［適用例４］
適用例１〜３のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、開弁後圧力計測値は、前記開閉弁の開弁直後に圧力が急上昇する第１の期間と、前記第１の期間の後に圧力が緩慢に上昇する第２の期間とにわたって略逆Ｌ字形の圧力上昇を示し、前記制御部は、前記第２の期間における前記開弁後圧力計測値の変化に基づいて、前記開閉弁から所望の流量の反応ガスが流出する目標流量到達タイミングを予測する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、より適切な時間帯に取得した圧力の計測値に基づいて、反応ガスの供給量を制御することが可能である。

［適用例５］
適用例１〜４のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、さらに、前記制御部は、前記開閉弁の開弁時間と、前記開閉弁から流出可能な反応ガスの量との間の対応関係を予め有しており、前記開弁後圧力計測値の単位時間あたりの増加量が小さくなるほど、前記開弁時間に対する前記開閉弁から流出可能な反応ガスの量が小さくなるように、前記対応関係を補正し、補正後の前記対応関係を用いて、前記開閉弁から所望の流量の反応ガスが流出させるための前記開閉弁の開弁時間を設定する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、開閉弁の開弁時間と開閉弁から流出可能な反応ガスの量との間の対応関係が、開閉弁の経年劣化などのために変化してしまった場合であっても、開弁後圧力計測値の変化に基づいて、適宜、その対応関係を補正できる。従って、適切な反応ガスの供給量の制御が継続的に可能となる。

［適用例６］
燃料電池と、前記燃料電池に接続された反応ガスのためのガス配管と、前記ガス配管に設けられた開閉弁とを備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給される反応ガスの供給量を制御する方法であって、
（ａ）前記開閉弁を開弁して反応ガスを噴射させることによって、反応ガスを前記ガス配管を介して前記燃料電池に供給する工程と、
（ｂ）前記開閉弁からの反応ガスの噴射によって増大した、前記開閉弁の下流側の圧力の計測値である開弁後圧力計測値の変化に基づいて、前記開閉弁から所望の量の反応ガスが流出する目標流量到達タイミングを予測し、前記目標流量到達タイミングで前記開閉弁を閉じる工程と、
を備える、方法。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムおよびその制御方法、それらのシステムまたは制御方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。

燃料電池システムの構成を示す概略図。 第１のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャート。 インジェクタの駆動周期を説明するための説明図と、駆動周期決定用マップの一例を示す模式図。 インジェクタの開弁時間を決定するためのマップを説明するための説明図。 インジェクタの開閉に伴う二次圧の実測値の変化を説明するための説明図。 第２のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャート。 目標圧力値の補正処理の処理手順を示すフローチャート。 目標圧力値の補正処理における処理内容を説明するための説明図。 補正値取得用マップの例を示す模式図。 インジェクタの閉弁タイミングを決定するための判定処理を説明するための模式図。 第２実施例における第１のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャート。 開弁時間決定マップの補正処理を説明するための模式図。 第３実施例における第１のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャート。 第３実施例における第２のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャート。 第３実施例における第１と第２のインジェクタ制御処理におけるシステム異常の検出処理を説明するための模式図。 第４実施例としてのインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャート。 参考例として、二次圧の計測部の設置位置について説明するための説明図。

A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す概略図である。この燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、アノードガス供給部２０と、アノードガス循環排出部３０と、カソードガス供給部４０と、カソードガス排出部５０と、制御部６０と、外気温検出部７２と、電流測定部７４とを備える。燃料電池１０は、反応ガスとして水素（アノードガス）と酸素（カソードガス）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。なお、燃料電池１０としては、固体高分子型燃料電池に限らず、種々のタイプの燃料電池を採用することが可能である。

制御部６０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部６０は、外部負荷（図示せず）からの要求を受け付け、その要求に応じて、以下に説明する燃料電池システム１００の各構成部を制御し、燃料電池１０に発電させる。

アノードガス供給部２０は、水素タンク２１と、開閉弁２２と、レギュレータ２３と、２つの圧力計測部２４ｕ，２４ｄと、インジェクタ２５と、水素供給配管２６とを備える。水素タンク２１は、水素供給配管２６を介して燃料電池１０のアノード側と接続されており、タンク内に充填された水素を燃料電池１０に供給する。なお、燃料電池システム１００は、水素タンク２１に換えて、炭化水素系の燃料を改質して水素を生成する改質部を、水素の供給源として備えているものとしても良い。

開閉弁２２と、レギュレータ２３と、上流側圧力計測部２４ｕと、インジェクタ２５と、下流側圧力計測部２４ｄとは、水素供給配管２６に、上流側（水素タンク２１側）から、この順序で設けられている。ここで、水素供給配管２６において、レギュレータ２３とインジェクタ２５との間の部位を「上流側配管２６ｕ」と呼び、インジェクタ２５の下流側の部位を「下流側配管２６ｄ」と呼ぶ。

開閉弁２２は、制御部６０からの指令により開閉し、水素タンク２１から上流側配管２６ｕへの水素の流入を制御する。レギュレータ２３は、上流側配管２６ｕ内における水素の圧力を、制御部６０からの指令に応じて調整するための減圧弁である。上流側圧力計測部２４ｕは、上流側配管２６ｕ内の水素の圧力を計測し、その計測結果を制御部６０へと送信する。以後、本明細書では、上流側配管２６ｕ内の水素の圧力を「一次圧」とも呼ぶ。なお、上流側配管２６ｕには、配管内の水素の温度を測定する温度計測部が設けられているものとしても良い。

インジェクタ２５は、制御部６０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部６０は、インジェクタ２５の駆動周期や開弁時間によって、下流側配管２６ｄへと流入する水素量を制御することができる。この制御処理については後述する。下流側圧力計測部２４ｄは、下流側配管２６ｄ内における水素の圧力を計測し、その計測結果を制御部６０へと送信する。以後、本明細書では、下流側配管２６ｄ内の水素の圧力を「二次圧」とも呼ぶ。

アノードガス循環排出部３０は、アノードガス排出用配管３１と、気液分離部３２と、水素循環用配管３３と、循環用ポンプ３４と、アノード排水用配管３５と、開閉弁３６とを備える。アノードガス排出用配管３１は、燃料電池１０のアノード側の出口と気液分離部３２とを接続しており、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素や窒素など）を含むアノード排ガスを気液分離部３２へと誘導する。

気液分離部３２は、水素循環用配管３３と、アノード排水用配管３５とに接続されている。気液分離部３２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、水素循環用配管３３へと誘導し、水分についてはアノード排水用配管３５へと誘導する。水素循環用配管３３には、循環用ポンプ３４が設けられており、その下流端は、水素供給配管２６の下流側配管２６ｄに接続されている。この構成により、気液分離部３２において分離された気体成分は、水素供給配管２６へと循環する。

アノード排水用配管３５は、気液分離部３２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。開閉弁３６は、アノード排水用配管３５に設けられており、制御部６０からの指令に応じて開閉する。なお、開閉弁３６は、燃料電池システム１００の運転中には、通常、閉じられており、所定の排水タイミングや、アノード排ガスに含まれる不活性ガスの排出タイミングで開かれる。

カソードガス供給部４０は、エアコンプレッサ４１と、酸素供給配管４２と、開閉弁４３とを備える。エアコンプレッサ４１は、酸素供給配管４２を介して燃料電池１０のカソード側と接続されており、制御部６０の指令により、燃料電池１０に高圧空気を出力する。開閉弁４３は、酸素供給配管４２に設けられ、酸素供給配管４２における高圧空気の流れに応じて開閉する。具体的には、開閉弁４３は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ４１から所定の圧力を有する空気が酸素供給配管４２に供給されたときに開く。

なお、酸素供給配管４２には、配管内の圧力や温度を計測する圧力計測部や温度計測部が設けられているものとしても良い。また、カソードガス供給部４０には、エアコンプレッサ４１から出力された空気を加湿するための加湿部が設けられるものとしても良い。

カソードガス排出部５０は、酸素排出配管５１と、調圧弁５２とを備える。酸素排出配管５１は、燃料電池１０のカソード側に接続されており、カソード側の排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。調圧弁５２は、酸素排出配管５１に設けられている。制御部６０は、調圧弁５２の開度を制御することによって、燃料電池１０のカソード側の圧力を制御する。

なお、調圧弁５２と燃料電池１０との間には、燃料電池１０の背圧を計測するための圧力計測部や、カソード排ガスの温度を計測する温度検出部が設けられているものとしても良い。また、酸素排出配管５１の調圧弁５２より下流側には、アノード排水用配管３５が接続されるものとしても良い。この場合には、酸素排出配管５１から、カソード排ガスとともに、アノード側の排水および排ガスが排出される。

外気温検出部７２は、外気の温度を検出し、制御部６０へと送信する。また、電流測定部７４は、燃料電池１０が出力する電流値を計測し、制御部６０へと送信する。制御部６０は、外気温検出部７２や電流測定部７４による計測結果を燃料電池システム１００の制御に反映させる。

ここで、本実施例の燃料電池システム１００では、下流側圧力計測部２４ｄが取得する二次圧の実測値に基づいて、燃料電池１０への水素の供給量を制御する。しかし、下流側圧力計測部２４ｄは、インジェクタ２５の噴射口近傍に設けられており、その計測値は、配管内における実際の水素の圧力に加えて、インジェクタ２５の開閉に伴う水素の流れの変化によっても変動する。そこで、制御部６０は、以下に説明する第１と第２のインジェクタ制御処理によって、そうした水素の流れの変化に伴って変動する圧力計測値に基づき、インジェクタ２５を制御し、燃料電池１０への水素の供給量を適切に制御する。

図２は、制御部６０が実行する第１のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、制御部６０は、外部負荷の要求電力量に応じて、燃料電池１０に出力させるべき電流値を決定する。以後、この電流値を「目標電流値」と呼ぶ。なお、制御部６０は、予め準備されたマップや演算式によって目標電流値を決定するものとしても良い。ステップＳ２０では、制御部６０は、目標電流値に基づいてインジェクタ２５の駆動周期を決定する。

図３（Ａ）は、インジェクタ２５の駆動周期を説明するための説明図である。図３（Ａ）は、インジェクタ２５の駆動信号の一例を、横軸を時間とし、縦軸をインジェクタ２５に対する開閉指示（指令）とするグラフによって模式的に示している。この駆動信号の例では、時刻ｔ₀において開弁指令がなされ、時刻ｔ₁において閉弁指令がなされている。また、時刻ｔ₂おいて、再び開弁指令がなされている。

この開弁指令時刻ｔ₀から次の開弁指令時刻ｔ₂までの時間Ｔが、インジェクタ２５の駆動周期である。即ち、インジェクタ２５の駆動周期Ｔは、インジェクタ２５を開弁させるタイミングの周期であり、インジェクタ２５の開弁時間Ｔ_ON（時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの間）と、それに続く閉弁時間Ｔ_OFF（時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの間）との合計である。制御部６０は、予め準備されたマップを用いて、この駆動周期Ｔを決定する。

図３（Ｂ）は、ステップＳ２０において、制御部６０がインジェクタ２５の駆動周期Ｔを決定するために用いる駆動周期決定用マップ６１の一例を示す模式図である。この駆動周期決定用マップ６１は、横軸を目標電流値とし、縦軸をインジェクタ２５の駆動周期とするグラフによって表され、目標電流値Ｉ_tの増加に対して、駆動周期Ｔの値が略階段状に増加するように設定されている。なお、駆動周期決定用マップ６１は、目標電流値Ｉ_tと駆動周期Ｔとが他の対応関係を有するように設定されているものとしても良い。

ステップＳ３０（図２）では、制御部６０は、目標電流値に基づいて、水素の追加供給により到達すべき二次圧の圧力値（以後、「目標圧力値」と呼ぶ）を決定する。具体的には、制御部６０は、予め準備された目標電流値と目標圧力値との対応関係を表すマップや演算式を用いて、目標圧力値を決定する。なお、この目標圧力値には、二次圧と燃料電池１０のアノードにおける実際の圧力との間の差が反映されるものとしても良い。また、目標圧力値は、燃料電池１０の運転温度に応じて補正されるものとしても良い。

ステップＳ４０では、制御部６０は、下流側圧力計測部２４ｄによって、インジェクタ２５が開弁する前の二次圧を計測する。ステップＳ５０では、制御部６０は、この計測値を用いて、以下に説明する処理により、インジェクタ２５の開弁時間を決定する。

図４は、インジェクタ２５の開弁時間を決定するためのマップを説明するための説明図である。図４（Ａ）は、ステップＳ５０において用いられるインジェクタ２５の開弁時間を決定するためのマップの一例を示すグラフである。図４（Ａ）の紙面上段には、インジェクタ２５に噴射させる水素量（「噴射水素量」とも呼ぶ）を決定するための水素量決定マップ６２ａが、横軸を噴射水素量とし、縦軸を目標圧力値と二次圧の実測値との差とするグラフとして図示してある。また、図４（Ａ）の紙面下段には、インジェクタ２５の開弁時間Ｔ_ONを決定するための開弁時間決定マップ６２ｂが、横軸を噴射水素量とし、縦軸をインジェクタ２５の開弁時間とするグラフとして図示してある。

ステップＳ５０では、制御部６０は、これらの２つのマップ６２ａ，６２ｂを用いて、インジェクタ２５の開弁時間Ｔ_ONを決定する。具体的には、ステップＳ３０で決定された目標圧力値と、ステップＳ４０において取得された二次圧の実測値との間の差Ｐ_difを算出し、その差Ｐ_difと、水素量決定マップ６２ａとを用いて、インジェクタ２５に噴射させる水素量Ｑ_Iを決定する。また、制御部６０は、水素量決定マップ６２ａから取得された噴射水素量Ｑ_Iと、開弁時間決定マップ６２ｂとを用いて、インジェクタ２５の開弁時間Ｔ_ONを決定する。

図４（Ｂ）は、インジェクタの開弁時間と、インジェクタから流出する水素量との関係を示すグラフである。通常、インジェクタでは、開弁指令を受けてから弁体が駆動を開始するまでの応答遅れの時間や、弁体が駆動を開始してから完全に開弁するまでの弁体の移動時間が経過した後（時刻ｔ_ls以後）は、流出する水素量が開弁時間に比例して増大する。しかし、開弁時間がある一定の時刻ｔ_leを経過してしまうと、次の開弁タイミングの到達により、その線形関係が崩れてしまう。従って、上記の開弁時間決定マップ６２ｂでは、インジェクタ２５の開弁時間Ｔ_ONが、水素の流量をより制御しやすい時刻ｔ_lsから時刻ｔ_leの間の時間となるように、実験等によって予め設定されていることが好ましい。

なお、制御部６０は、これらの２つのマップ６２ａ，６２ｂを予め連結した単一のマップを有しており、目標圧力値と二次圧の実測値との差Ｐ_difからインジェクタ２５の開弁時間Ｔ_ONを直接的に決定するものとしても良い。また、ステップＳ５０において決定される水素の流量Ｑ_Iやインジェクタ２５の開弁時間Ｔ_ONは、燃料電池１０の運転温度や、配管内の水素の温度に応じて補正されるものとしても良い。

ステップＳ６０では、制御部６０は、ステップＳ２０で決定された駆動周期Ｔと、ステップＳ５０において決定された開弁時間Ｔ_ONとの組み合わせに基づいて、第２のインジェクタ制御処理へと移行するか否かの判定を実行する。具体的な判定の内容については、後述する。

ステップＳ６０において、第２のインジェクタ制御処理へと移行しなかった場合には、制御部６０は、ここまでの処理で決定された駆動周期Ｔと開弁時間Ｔ_ONによって、インジェクタ２５の開弁（ステップＳ７０）と閉弁（ステップＳ８０）とを実行する。そして、燃料電池システム１００の運転が停止されるまで、ステップＳ１０からの処理が繰り返され、燃料電池１０に水素が供給される。

図５は、インジェクタ２５の開閉に伴う二次圧の実測値の変化を説明するための説明図である。図５（Ａ）には、インジェクタ２５に対する駆動信号が、図３（Ａ）と同様なグラフとして図示してある。なお、図５（Ａ）には、比較例として駆動周期Ｔに対して開弁時間Ｔ_ONが比較的長く設定された場合（時刻ｔ₁と時刻ｔ₂の間の時刻ｔ_2aにおいて閉弁指令がなされる場合）を一点鎖線で図示してある。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の駆動信号によってインジェクタ２５が駆動した場合に、下流側圧力計測部２４ｄによって取得される二次圧の計測値の時間変化の一例を示すグラフである。なお、図５（Ｂ）のグラフは、時間軸が図５（Ａ）のグラフと対応するように図示されている。また、駆動周期Ｔに対して開弁時間Ｔ_ONが比較的長く設定された比較例における二次圧の計測値の時間変化を一点鎖線によって図示してある。

前記したとおり、下流側圧力計測部２４ｄは、インジェクタ２５の出口近傍に設けられているため、インジェクタ２５の開閉に伴う水素の流れの変化によって、その計測値が変動してしまう。具体的には、インジェクタ２５の開弁したときには、水素の噴射流によって、下流側圧力計測部２４ｄの計測値は、著しい変化率で略階段状（略逆Ｌ字状）に上昇する。

また、インジェクタ２５が閉弁したときには、水素の噴射流の停止により、下流側圧力計測部２４ｄの計測値は、著しい変化率で略階段状（略Ｌ字状）に下降する。なお、インジェクタ２５の応答遅れなどのために、その計測値の上昇または下降のタイミングは、開弁指令または閉弁指令のタイミングより遅れたタイミングとなる。

ここで、上述した第１のインジェクタ制御処理（図２）では、インジェクタ２５が閉弁しているとき（時刻ｔ₁〜ｔ₂）の二次圧の計測値に基づいて、次に開弁したときのインジェクタ２５の開弁時間Ｔ_ONを決定している（ステップＳ３０〜Ｓ５０）。しかし、インジェクタ２５の閉弁に伴って二次圧の計測値が下降した直後には、その計測値が特に安定しない時間帯がある。これは、水素噴流の慣性力のために、一時的に圧力計測値が低下したり、配管壁面からの水素噴流の跳ね返りのために、一時的に圧力計測値が上昇するためである。

従って、閉弁時間Ｔ_OFFが短い場合には、下流側配管２６ｄ内の圧力が不安定な状態のときに、二次圧が計測されてしまう可能性がある。例えば、図５（Ａ），（Ｂ）において示した比較例では、インジェクタ２５に開弁指令がなされた時刻ｔ₂の直前に二次圧の計測値が著しく低下しており、このときの計測値に基づいて、開弁時間Ｔ_ONが決定されてしまう可能性がある。

このように、インジェクタの駆動周期Ｔに対して開弁時間Ｔ_ONが長い場合には、安定した二次圧の計測値を取得するための十分な時間を確保することが困難となる場合がある。そこで、第１のインジェクタ制御処理では、ステップＳ６０の判定処理を実行し、所定の場合には、第１のインジェクタ制御処理から第２のインジェクタ制御処理へと移行することにより、適切な水素の供給量の制御を可能とする。具体的には、制御部６０は、インジェクタ２５の駆動周期Ｔに対する開弁時間Ｔ_ONの比率が所定の値（例えば８５％）より大きい場合に、第１のインジェクタ制御処理から第２のインジェクタ制御処理へと移行する（ステップＳ６０）。

図６は、制御部６０が実行する第２のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。制御部６０は、ステップＳ１１０において、二次圧の計測を開始し、ステップＳ１２０において、インジェクタ２５に開弁させる。即ち、制御部６０は、インジェクタ２５の開弁前後にわたる二次圧の変化を計測する。

ステップＳ１３０では、第１のインジェクタ制御処理（図２）のステップＳ３０において決定された目標圧力値の補正処理を実行する。ここで、第１のインジェクタ制御処理において決定された目標圧力値は、二次圧の計測値が比較的低いインジェクタ２５の閉弁時を基準として決定された値である。そこで、第２のインジェクタ制御処理では、この補正処理によって、目標圧力値を、インジェクタ２５の開弁後における二次圧の計測値が比較的高い状態を基準とする値へと補正する。

図７は、ステップＳ１３０において実行される目標圧力値の補正処理の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ２００〜Ｓ２３０は、目標圧力値を補正するための補正値が取得可能な状態となるまで待機するための処理である。即ち、ステップＳ２００〜Ｓ２３０では、インジェクタ２５の開弁後に二次圧の計測値が略階段状に増大したことが検出されるまで処理をループする。具体的には、以下のように処理が実行される。

図８（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、ステップＳ２００〜Ｓ２２０における処理の内容を説明するための説明図である。図８（Ａ）〜（Ｃ）には、ステップＳ２００〜Ｓ２２０において、制御部６０が取得するグラフが図示されている。なお、これらのグラフで示されている時刻ｔ₀は、インジェクタ２５に開弁指令がなされた時刻であり、時刻ｔ_cは、これらのグラフを生成する処理が実行されている現在時刻である。

ステップＳ２００では、制御部６０は、下流側圧力計測部２４ｄから取得した計測値を時系列でプロットし、二次圧の計測値の時間変化を示すグラフを取得する（図８（Ａ））。ステップＳ２１０では、制御部６０は、ステップＳ２００で取得したグラフに対して、移動平均などの平滑化処理を実行することによって、測定値の偏差が丸められた直線グラフを取得する（図８（Ｂ））。なお、図８（Ｂ）には、平滑化処理される前のグラフを破線で図示してある。

ステップＳ２２０では、制御部６０は、ステップＳ２１０で取得したグラフを微分して、当該グラフの微分値の時間変化を示すグラフを取得する（図８（Ｃ））。制御部６０は、このグラフから、微分値が変化した時刻を取得する。具体的には、インジェクタ２５の開弁によって二次圧の計測値が増大しはじめた第１の変化点時刻ｔ_f1と、二次圧の計測値が略階段状に励起した第２の変化点時刻ｔ_f2とを取得することができる。

ステップＳ２２０において、第２の時刻ｔ_f2がまだ取得できなかった場合には、制御部６０は、まだ二次圧の計測値が略階段状に増大していないため、補正値の取得ができないものとして、ステップＳ２００からの処理を繰り返す（ステップＳ２３０）。また、ステップＳ２２０において、第２の時刻ｔ_f2が取得できたときには、制御部６０は、補正値の取得が可能なものとして、補正値を取得するためのステップＳ２４０以降の処理を実行する。

即ち、制御部６０は、二次圧の時間変化を示すグラフにおいて、インジェクタ２５が開弁して二次圧の計測値が増加し始めた後に、当該グラフの勾配が示す変化率が、第１の値から第２の値へと変化する時刻を検出する。そして、そのグラフが屈曲している時刻を検出した場合に、ステップＳ２４０以降の補正値を取得するための処理を開始する。

ステップＳ２４０では、制御部６０は、上流側圧力計測部２４ｕから一次圧の計測値を取得する。ステップＳ２５０では、この一次圧の計測値に基づいて、目標圧力値を補正するための補正値を取得する。

図９（Ａ）は、ステップＳ２５０において、目標圧力値の補正値を取得するために用いられる補正値取得用マップ６３Ｐの一例を示す模式図である。図９（Ａ）には、この補正値取得用マップ６３Ｐが、横軸を一次圧の圧力値とし、縦軸を補正値とするグラフとして図示されている。

本実施例の補正値取得用マップ６３Ｐは、一次圧が高いほど補正値が高くなる下に凸の曲線グラフとして表されている。補正値取得用マップ６３Ｐは、実験等によって得られた一次圧と補正値との間の対応関係に基づいて予め設定されたものである。制御部６０は、このマップ６３Ｐを用いて、ステップＳ２４０で取得した一次圧の計測値Ｐｕに対する補正値Ｐｃを取得する。

図９（Ｂ），（Ｃ）は、補正値取得用マップの他の例を説明するための説明図である。補正値取得用マップとしては、上記の一次圧の測定値Ｐｕに基づいて補正値Ｐｃを取得するマップ６３Ｐ以外に、次のようなマップを設定することも可能である。

図９（Ｂ）には、外気温検出部７２によって検出された外気温の測定値Ｔ_aに基づいて補正値を取得可能なマップ６３Ｔを、図９（Ａ）と同様なグラフにより示してある。配管内の水素の温度は、外気温の上昇に応じて高くなるため、本実施例のように、水素の圧力に基づいてその供給量を制御する場合には、外気温が高いほど補正値Ｐｃが線形的に低くなるように、マップが設定される。

図９（Ｃ）には、電流測定部７４によって検出された燃料電池１０が出力する電流値Ｉ_FCに基づいて補正値Ｐｃを取得可能なマップ６３Ｉを、図９（Ａ）と同様なグラフにより示してある。この補正値取得用マップ６３Ｉでは、検出された電流値Ｉ_FCと補正値との間の関係が上に凸の曲線グラフとして表されるように設定されている。なお、制御部６０は、これらの３つのマップ６３Ｐ，６３Ｔ，６３Ｉによって得られる値を組み合わせて、目標圧力値の補正値を算出するものとしても良い。

ステップＳ２６０では、制御部６０は、目標圧力値に補正値Ｐｃを加算し、補正後目標圧力値Ｐｃｔを取得する。そして、制御部６０は、第２のインジェクタ制御処理（図６）へと戻り、ステップＳ１４０において、二次圧の計測値が、補正後目標圧力値Ｐｃｔに到達しているか否かの判定を実行する。

図１０（Ａ）は、ステップＳ１４０における判定処理を説明するための模式図である。図１０（Ａ）には、平滑化された二次圧の時間変化を示す図８（Ｂ）と同様なグラフが図示されている。なお、図１０（Ａ）のグラフには、便宜上、補正前の目標圧力値Ｐｔを一点鎖線で図示し、補正後目標圧力値Ｐｃｔを二点鎖線で図示してある。

ステップＳ１４０の判定処理では、二次圧の計測値の偏差を丸めるために、現在時刻における二次圧の計測値と、過去に取得した二次圧の計測値とを用いて、移動平均などの平滑化処理によって、図に示すグラフを取得する。そして、当該グラフから、現在時刻ｔｃにおける二次圧の近似値Ｐａを取得し、補正後目標圧力値Ｐｃｔと比較する。

二次圧の近似値Ｐａが、補正後目標圧力値Ｐｃｔ以上である場合には、制御部６０は、インジェクタ２５を閉弁させる（図６のステップＳ１５０）。また、二次圧の近似値Ｐａが、補正後目標圧力値Ｐｃｔより小さい場合には、ステップＳ１３０からの処理を繰り返す。なお、この場合には、ステップＳ１３０の補正値取得処理を省略してステップＳ１４０の判定処理が繰り返されるものとしても良い。また、制御部６０は、駆動周期Ｔに対して予め開弁時間Ｔ_ONの限界値を有しており、開弁時間Ｔ_ONがその限界値に到達したときには、インジェクタ２５を閉弁するものとしても良い。

図１０（Ｂ）は、ステップＳ１４０における判定処理の他の例を説明するための模式図である。図１０（Ｂ）には、図１０（Ａ）と同様な、平滑化された二次圧の測定値の時間変化を示すグラフが図示されている。ここで、インジェクタ２５の開弁後に略階段状に増大した後（時刻ｔ_f2以降）の二次圧の計測値は、経過時間にほぼ比例して増大する傾向にある。従って、制御部６０は、その計測値の時間に対する近似的な増加率を求めた後に、その増加率に基づいて、補正後目標圧力値Ｐｃｔに到達する時刻ｔ_tを算出し、その時刻ｔ_tをインジェクタ２５の閉弁タイミングとして決定するものとしても良い。

即ち、この例では、インジェクタ２５の開弁後の下流側圧力計測部２４ｄによる圧力計測値は、開弁直後に圧力が急上昇する第１の期間と、第１の期間の後に圧力が緩慢に上昇する第２の期間とにわたって略逆Ｌ字形の圧力上昇を示している。そして、制御部６０は、第２の期間における下流側圧力計測部２４ｄによる圧力計測値の変化に基づいて、インジェクタ２５から所望の流量の反応ガスが流出する目標流量到達タイミングを予測し、決定している。

このように、本実施例の燃料電池システム１００では、制御部６０は、インジェクタ２５の閉弁後に二次圧の測定が正確に実行できない可能性がある場合には、インジェクタ２５の閉弁前の二次圧の測定値に基づいて、インジェクタ２５の閉弁タイミングを決定する。従って、インジェクタ２５の閉弁後における不正確な二次圧の測定結果に基づいて、水素の供給量が制御されてしまうことを抑制できる。

ここで、インジェクタ２５の閉弁後における二次圧の計測を正確にするために、駆動周期Ｔに対する開弁時間Ｔ_ONの比率が所定の値より小さくなるように、開弁時間を常に短く制御する方法がある。しかし、この方法の場合には、その短い開弁時間Ｔ_ONの間において水素の供給量を確保するために、インジェクタ２５が大型化してしまう可能性がある。しかし、本実施例の第２のインジェクタ制御処理では、閉弁時間Ｔ_OFを短縮することができるため、水素の供給量を確保のためのインジェクタ２５の大型化を回避できる。

B．第２実施例：
図１１は本発明の第２実施例としての第１のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。図１１は、ステップＳ６５とステップＳ８５とが追加されている点以外は、図２とほぼ同じである。なお、第２実施例における燃料電池システムの構成および第２のインジェクタ制御処理の処理手順は、第１実施例と同じである（図１，図６）。

第２実施例における第１のインジェクタ制御処理では、インジェクタ２５の開弁前から、下流側圧力計測部２４ｄによる二次圧の計測を開始する（ステップＳ６５）。そして、ステップＳ８０におけるインジェクタ２５の閉弁後に、ステップＳ６５〜Ｓ８０の間に下流側圧力計測部２４ｄによって取得された二次圧の時間変化に基づき、ステップＳ５０において用いる開弁時間決定マップ６２ｂの補正処理を実行する（ステップＳ８５）。

図１２は、ステップＳ８５における開弁時間決定マップ６２ｂの補正処理を説明するための模式図である。図１２（Ａ）には、ステップＳ６５〜Ｓ８０の間に取得された二次圧の時間変化を示すグラフが図示されている。なお、このグラフは、図８や図１０で説明したのと同様な処理によって平滑化されている。

制御部６０は、このグラフの時刻ｔ_f1から時刻ｔ_f2の間における勾配から、時刻ｔ_f1から時刻ｔ_f2の間における単位時間あたりの二次圧の増加量（以後、「第１の二次圧増加率α」と呼ぶ）を取得する。ここで、この第１の二次圧増加率αは、インジェクタ２５の静的流量と比例関係にあり、インジェクタ２５の静的流量の低下に伴い、その値が小さくなる。なお、「インジェクタ２５の静的流量」とは、インジェクタ２５を全開させたときにインジェクタ２５が噴射可能な単位時間あたりの水素量を意味する。

インジェクタ２５の静的流量は、インジェクタ２５の経年劣化や、噴射する水素の温度上昇に伴って低下する傾向を有する。このインジェクタ２５の静的流量が変化すると、インジェクタ２５の開弁時間に対する水素の流出量が変化する。従って、第１の二次圧増加率αが変化している場合には、インジェクタ２５の静的流量が変化しているため、その変化に応じて、開弁時間決定マップ６２ｂが補正されることが好ましい。

図１２（Ｂ）は、開弁時間決定マップ６２ｂの補正を示す模式図である。図１２（Ｂ）には、補正前の開弁時間決定マップ６２ｂを表すグラフが破線で図示され、補正後の開弁時間決定マップ６２ｂを表すグラフが実線で図示されている。制御部６０は、第１の二次圧増加率αの変化に応じて、開弁時間決定マップ６２ｂを表すグラフの勾配を変更する。即ち、この補正処理によって、制御部６０は、インジェクタ２５の静的流量が低下している場合には、それに応じて、インジェクタ２５に流出させる所望の水素量を得るための開弁時間が長くなるように調整する。

図１２（Ｃ）は、ステップＳ８５における開弁時間決定マップ６２ｂの補正処理における他の補正方法を説明するための説明図である。図１２（Ｃ）には、図１２（Ａ）と同様な二次圧の時間変化を示すグラフが図示されている。ステップＳ８５の補正処理は、時刻ｔ_f2以降の単位時間あたりの二次圧の増加量（以後、「第２の二次圧増加率β」と呼ぶ）に基づいて実行することも可能である。この第２の二次圧増加率βも、インジェクタ２５の静的流量の変化に応じて変化する。

ただし、第２の二次圧増加率βは、インジェクタ２５が開弁している間に燃料電池１０において消費される水素量が大きくなるほど低下する傾向を有する。従って、この第２の二次圧増加率βに基づいて開弁時間決定マップ６２ｂの補正を実行する場合には、燃料電池１０が出力した電流量から、時刻ｔ_f2以降に消費された水素量を算出し、その水素の消費量に応じて、その補正量を調整することが好ましい。

このように、第２実施例の燃料電池システムによれば、インジェクタ２５の開弁後の水素の噴射によって増大した二次圧の計測値に基づいて、開弁時間決定マップ６２ｂが補正され、所望の水素流量を得るためのインジェクタ２５の開弁時間が調整される。従って、より適切な水素供給量の制御が可能となる。なお、ステップＳ８５の補正処理と同様な補正処理を、第２のインジェクタ制御処理におけるインジェクタ２５の閉弁後に実行するものとしても良い。

C．第３実施例：
図１３，図１４はそれぞれ、本発明の第３実施例としての第１と第２のインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。図１３は、ステップＳ７５が追加されている点以外は、図１１とほぼ同じである。図１４は、ステップＳ１３５が追加されている点以外は、図６とほぼ同じである。なお、第３実施例における燃料電池システムの構成は、第２実施例の構成と同様である（図１）。

第３実施例の燃料電池システムでは、制御部６０は、ステップＳ７５，Ｓ１３５において、インジェクタ２５の開弁後に取得した二次圧の測定値に基づいて、システムの異常を検出する。なお、制御部６０は、ステップＳ７５とステップＳ１３５とでは、それぞれ同様な処理を実行する。

図１５は、ステップＳ７５およびステップＳ１３５において実行されるシステム異常の検出処理を説明するための模式図である。図１５には、図１０（Ａ）と同様な二次圧の時間変化を示すグラフが図示されている。ステップＳ７５，Ｓ１３５では、制御部６０は、時刻ｔ_f1における二次圧の圧力値Ｐ₀と、現在時刻ｔｃにおける二次圧の計測値の近似値Ｐａとの間の差Ｐｉを取得する。そして、その差Ｐｉが所定の閾値より高い場合には、システム内に異常が発生していると判定し、インジェクタ２５を直ちに閉弁するとともに、システムの運転を停止する。

なお、ステップＳ７５，Ｓ１３５においては、具体的には、以下のようなシステム異常を検出可能である。即ち、下流側配管２６ｄに入り込んだ異物や配管内の水分の凍結によって、下流側配管２６ｄが閉塞してしまっている配管異常や、レギュレータ２３の劣化により一次圧が著しく増大してしまっている調圧異常などである。これらの異常の場合には、いずれもインジェクタ２５の開弁により二次圧が通常時よりも上昇する。

このように、第３実施例の燃料電池システムによれば、インジェクタ２５の開弁によって二次圧が異常に上昇している場合には、直ちにインジェクタ２５を閉弁する。従って、システム異常によって適切な水素供給量の制御が困難な状態のまま、水素の供給が継続されてしまうことを回避することができる。

D．第４実施例：
図１６は、本発明の第４実施例としてのインジェクタ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。図１６は、ステップＳ１０〜Ｓ３０，Ｓ９０が、第１実施例の第１のインジェクタ制御処理（図２）の処理と同様であり、ステップＳ１１０〜Ｓ１５０が、第１実施例の第２のインジェクタ制御処理（図６）と同様である。なお、第４実施例の燃料電池システムの構成は、第１実施例の燃料電池システム１００とほぼ同じである（図１）。

第４実施例のインジェクタ制御処理では、ステップＳ３０において目標圧力値を決定した後には、第１実施例の第２のインジェクタ制御処理と同様な処理（ステップＳ１１０〜Ｓ１５０）によって、インジェクタ２５を制御する。そして、システムの運転が停止されるまで、ステップＳ１０からの処理が繰り返される（ステップＳ９０）。

即ち、第３実施例のインジェクタ制御処理によれば、インジェクタ２５の閉弁タイミングは、インジェクタ２５の閉弁時における二次圧に関わらず、インジェクタ２５の開弁後の水素の噴射により増大した二次圧の計測値に基づいて決定される。このようなインジェクタ２５の制御処理であっても、水素の供給量を適切に制御することが可能である。ただし、第１実施例では、インジェクタ２５の閉弁時間を十分に確保できる場合には、燃料電池１０のアノードにおける圧力に比較的近いインジェクタ２５の閉弁時の二次圧に基づいて、より適切な制御が可能である。そのため、この点において、第１実施例の構成が好ましい。

E．参考例：
図１７は、本発明の参考例として、二次圧を計測するための計測部の設置位置について説明するための説明図である。図１７（Ａ）は、参考例としての燃料電池システム１００ａの一部を示す概略図である。この燃料電池システム１００ａは、２つの異なる位置に設けられた圧力計測部２４ｄＡ，２４ｄＢが追加されている点以外は、図１で説明した燃料電池システム１００の構成とほぼ同じである。なお、図１７（Ａ）では、便宜上、燃料電池１０と、アノードガス供給部２０およびアノードガス循環排出部３０以外の図示は省略されている。

ここで、インジェクタ２５の出口の最も近い位置に設けられた下流側圧力計測部２４ｄを、以後、「第１の二次圧計測部２４ｄ」と呼ぶ。また、下流側配管２６ｄと水素循環用配管３３との合流部の上流側に設けられた圧力計測部２４ｄＡを「第２の二次圧計測部２４ｄＡ」と呼ぶ。下流側配管２６ｄと水素循環用配管３３との合流部の下流側であって、燃料電池１０のアノード入口の近傍に設けられた圧力計測部２４ｄＢを「第３の二次圧計測部２４ｄＢ」と呼ぶ。

図１７（Ｂ）は、インジェクタ２５の１駆動周期にわたる二次圧の測定値の時間変化を示すグラフである。第１ないし第３のグラフＰｄ，ＰｄＡ，ＰｄＢはそれぞれ、第１ないし第３の二次圧計測部２４ｄ，２４ｄＡ，２４ｄＢによって取得された計測値をプロットして取得されたものである。

一般に、燃料電池に対する水素の供給量制御では、燃料電池により近い位置における二次圧を計測し、その計測値をフィードバックさせることが好ましい。これは、燃料電池に近い位置の計測値ほど、燃料電池のアノードにおける圧力が、より反映された値となるためである。

ここで、第３の二次圧計測部２４ｄＢは、燃料電池１０に最も近い位置に設けられており、燃料電池１０のアノード側における圧力がより反映された計測値の取得が可能である。しかし、第３の二次圧計測部２４ｄＢは、燃料電池１０から逆流する水分に曝されやすい位置に設けられているため、劣化や凍結を生じやすい。

また、第３の二次圧計測部２４ｄＢによる圧力の計測値は、循環用ポンプ３４が出力するガス（「循環ガス」とも呼ぶ）の流れの影響を受け、他の二次圧計測部２４ｄ，２４ｄＡによる計測値より不安定になりやすい傾向にある。さらに、上記実施例で説明した水素の供給量の制御処理である第１と第２のインジェクタ制御処理では、インジェクタ２５の開弁に伴う略階段状の二次圧の増大を検出し、その増大した後の比較的安定的な二次圧の計測値を用いている。しかし、第３の二次圧計測部２４ｄＢでは、その略階段状の二次圧の増大の検出が困難である。

一方、第２の二次圧計測部２４ｄＡは、第１の二次圧計測部２４ｄより、燃料電池１０に近い位置に設けられている。インジェクタ２５の閉弁時における計測値は特に、第２の二次圧計測部２４ｄＡの計測値の方が、第１の二次圧計測部２４ｄの計測値より、第３の二次圧計測部２４ｄＢの計測値に近い。また、第２の二次圧計測部２４ｄＡは、第１の二次圧計測部２４ｄと同様に、インジェクタ２５の開弁に伴う略階段状の圧力の増大を検出することが容易な位置に設けられている。

従って、第２の二次圧計測部２４ｄＡの計測値を用いて、上記実施例で説明したのと同様な水素の供給量の制御を実行することも可能である。しかし、第２の二次圧計測部２４ｄＡは、水素循環用配管３３の出口に近い位置に形成されているため、循環ガスに含まれる水分に曝されやすく、劣化や凍結を生じる可能性が高い。

このように、上記実施例で説明した水素の供給量制御を実行する場合には、二次圧の計測部は、第１の二次圧計測部２４ｄと同様な位置に設けられていることが好ましい。即ち、二次圧の計測部は、インジェクタ２５の開弁に伴って略階段状に増大する圧力値の検出が容易な位置であって、燃料電池１０のアノードの入口や、水素循環用配管３３の出口から離れた位置に設けられていることが好ましい。

F．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

F1．変形例１：
上記実施例において、水素供給配管２６には、制御部６０によって制御されるインジェクタ２５が設けられていた。しかし、水素供給配管２６には、インジェクタ２５に換えて、制御部６０によって開閉が制御される開閉弁が設けられるものとしても良い。ただし、インジェクタ２５であれば、より精度の高い水素の供給量制御が可能である。

F2．変形例２：
上記実施例において、制御部６０は、第１と第２のインジェクタ制御処理を実行することにより、水素の供給量を制御していた。しかし、制御部６０は、カソードガス供給部４０が、アノードガス供給部２０と同様な構成を有している場合には、第１と第２のインジェクタ制御処理と同様な処理によって、酸素の供給量を制御するものとしても良い。

F3．変形例３：
上記実施例では、制御部６０は、予め準備されたマップ６１，６２ａ，６２ｂ，６３Ｐを用いて水素の供給量制御を実行していた。しかし、制御部６０は、マップ６１，６２ａ，６２ｂ，６３Ｐに換えて、同様な結果を算出可能な演算式などを用いて水素の供給量制御を実行するものとしても良い。

F4．変形例４：
上記実施例では、第２のインジェクタ制御処理において実行される目標圧力値の補正処理（図７）において、第２の変化点時刻ｔ_f2を検出するための処理が実行されていた（ステップＳ２００〜Ｓ２３０）。しかし、これらの処理は省略されるものとしても良い。この場合には、制御部６０は、インジェクタ２５の開弁後から、予め規定された時間経過した後に、ステップＳ２４０以降の処理を実行するものとしても良い。なお、この場合の予め規定された時間は、第２の変化点時刻ｔ_f2を十分に経過することが可能であることが好ましい。また、インジェクタ２５の開弁直後において圧力が急上昇する第１の期間から、圧力が緩慢に上昇する第２の期間へと移行した直後には、計測値が不安定となる時間帯があるため、その時間帯を経過した後であることが、より好ましい。

F5．変形例５：
上記実施例において、制御部６０は、移動平均などの処理によって平滑化された二次圧の時間変化を示すグラフを取得していた。しかし、制御部６０は、他の方法により、図８（Ｂ）や図１０、図１２、図１５に示されたような直線グラフを取得するものとしても良い。例えば、開弁直後において圧力が急上昇する第１の期間と、第１の期間に続く圧力が緩慢に上昇する第２の期間において、それぞれ２点以上の計測値を取得し、それぞれの期間において一次関数のグラフを取得するものとしても良い。

F6．変形例６：
上記第１実施例では、インジェクタ２５の閉弁時間が十分に確保できないときに、第１のインジェクタ制御処理から第２のインジェクタ制御処理へと移行していた（図２のステップＳ６０）。しかし、第１のインジェクタ制御処理から第２のインジェクタ制御処理への移行（切り替え）は、他の条件によって適宜実行されるものとしても良い。例えば、外部負荷から所定の発電要求があった場合に、第２のインジェクタ制御処理が実行されるものとしても良い。

ここで、燃料電池１０の暖気のために、燃料電池１０に発電効率の低い運転を継続させ、燃料電池１０の発熱量を増大させるために、燃料電池１０の運転が停止してしまう限界値近傍の低流量での反応ガスの供給が実行される場合がある。この場合には、反応ガスの供給量は、より高い精度で、即応的に制御されることが好ましい。第２のインジェクタ制御処理では、インジェクタ２５から水素が噴出している最中における下流側圧力計測部２４ｄの計測値に基づき、インジェクタ２５の閉弁タイミングを決定しており、より即応的にインジェクタ２５が制御されている。従って、上記の燃料電池１０の暖機運転を実行する場合には、第２のインジェクタ制御処理によって、水素が供給されることが好ましい。

F7．変形例７：
上記第２実施例では、第１のインジェクタ制御処理において、第１実施例と同様に、所定の場合には、第２のインジェクタ制御処理へと移行していた（ステップＳ６０）。しかし、第２実施例における第１のインジェクタ制御処理では、ステップＳ６０の判定処理を省略して、第２のインジェクタ制御処理への移行がなされないものとしても良い。この場合であっても、ステップＳ６５〜Ｓ８５の処理によって、インジェクタ２５の開弁後に増大した二次圧の計測値に基づいて、インジェクタ２５の開弁時間が調整される。

１０…燃料電池
２０…アノードガス供給部
２１…水素タンク
２２…開閉弁
２３…レギュレータ
２４ｄ…下流側圧力計測部
２４ｕ…上流側圧力計測部
２５…インジェクタ
２６…水素供給配管
２６ｄ…下流側配管
２６ｕ…上流側配管
３０…アノードガス循環排出部
３１…アノードガス排出用配管
３２…気液分離部
３３…水素循環用配管
３４…循環用ポンプ
３５…アノード排水用配管
３６…開閉弁
４０…カソードガス供給部
４１…エアコンプレッサ
４２…酸素供給配管
４３…開閉弁
５０…カソードガス排出部
５１…酸素排出配管
５２…調圧弁
６０…制御部
６１…駆動周期決定用マップ
６２ａ…水素量決定マップ
６２ｂ…開弁時間決定マップ
６３Ｐ，６３Ｔ，６３Ｉ…補正値取得用マップ
７２…外気温検出部
７４…電流測定部
１００…燃料電池システム

Claims (6)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
   前記反応ガス供給部による反応ガスの供給量を制御する制御部と、
   を備え、
   前記反応ガス供給部は、
   前記燃料電池に接続された反応ガスのためのガス配管と、
   前記ガス配管に設けられ、前記制御部によって開閉動作が制御される開閉弁と、
   前記開閉弁の下流側に設けられた下流側圧力計測部と、
   を備え、
   前記反応ガス供給部は、前記開閉弁を開弁して反応ガスを噴射させた後に前記開閉弁を閉じる開閉動作を繰り返すことによって、反応ガスを前記ガス配管を介して前記燃料電池に供給し、
   前記制御部は、前記開閉弁を開く前に取得した前記下流側圧力計測部の計測値である開弁前圧力計測値に基づいて決定した前記開閉弁が開弁している期間である開弁時間を用いて、前記開閉弁が開閉するタイミングを表す開閉周期を決定し、前記開閉周期に基づいて前記開閉弁を開閉する第１制御を実行し、
   前記制御部は、前記開閉周期において前記開閉弁が閉じている期間である閉弁時間が所定の時間より短くなる場合には、前記開閉周期に基づいて前記開閉弁を開いた後、前記開閉弁が開かれている間に、前記開閉弁からの反応ガスの噴射によって増大した前記下流側圧力計測部による計測値である開弁後圧力計測値を取得し、前記開弁後圧力計測値に基づいて決定したタイミングで、開かれている前記開閉弁を閉じる第２制御を実行する、燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
   前記反応ガス供給部は、前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部であり、
   前記開閉弁は、インジェクタを含む、燃料電池システム。
3. 請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
   前記反応ガス供給部は、前記開閉弁の上流側に設けられた上流側圧力計測部を備え、
   前記制御部は、前記第２制御において、前記開弁後圧力計測値の変化に基づき、前記開閉弁の開弁後に前記開閉弁の下流側における反応ガスの圧力が目標圧力値に到達するタイミングを予測して、前記予測されたタイミングで前記開閉弁を閉じ、
   前記開閉弁が開いた後に、前記上流側圧力計測部が計測する反応ガスの圧力の計測値が高いほど、前記目標圧力値が大きくなるように補正する、燃料電池システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
   前記第２制御において、開弁後圧力計測値は、前記開閉弁の開弁直後に圧力が急上昇する第１の期間と、前記第１の期間の後に圧力が緩慢に上昇する第２の期間とにわたって略逆Ｌ字形の圧力上昇を示し、
   前記制御部は、前記第２制御において、前記第２の期間における前記開弁後圧力計測値の変化に基づいて、前記開閉弁から所望の流量の反応ガスが流出する目標流量到達タイミングを予測し、前記目標流量到達タイミングで前記開閉弁を閉じる、燃料電池システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記制御部は、前記開閉弁の開弁時間と、前記開閉弁から流出可能な反応ガスの量との間の対応関係を予め有しており、
   前記開弁後圧力計測値の単位時間あたりの増加量が小さくなるほど、前記開弁時間に対する前記開閉弁から流出可能な反応ガスの量が小さくなるように、前記対応関係を補正し、補正後の前記対応関係を用いて、前記第１制御における前記開閉弁の開弁時間を設定する、燃料電池システム。
6. 燃料電池と、前記燃料電池に接続された反応ガスのためのガス配管と、前記ガス配管に設けられた開閉弁とを備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給される反応ガスの供給量を制御する方法であって、
   前記開閉弁を開弁して反応ガスを噴射させた後に前記開閉弁を閉じる開閉動作を繰り返すことによって、反応ガスを前記ガス配管を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給工程を備え、
   前記反応ガス供給工程は、
   前記開閉弁を開く前に取得した前記開閉弁の下流側の圧力の計測値である開弁前圧力計測値に基づいて決定した前記開閉弁が開いている期間である開弁時間を用いて、前記開閉弁が開閉するタイミングを表す開閉周期を決定し、前記開閉周期に基づいて前記開閉弁を開閉する第１供給工程と、
   前記開閉周期において前記開閉弁が閉じている期間である閉弁時間が所定の時間より短くなる場合に、前記開閉周期に基づいて前記開閉弁を開いた後、前記開閉弁が開かれている間に、前記開閉弁からの反応ガスの噴射によって増大した、前記開閉弁の下流側の圧力の計測値である開弁後圧力計測値を取得し、前記開弁後圧力計測値に基づいて決定したタイミングで、開かれている前記開閉弁を閉じる第２供給工程と、
   を含む、方法。

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