JP6512187B2

JP6512187B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP6512187B2
Application number: JP2016142885A
Authority: JP
Inventors: 富夫山中; 智隆石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: US20180026288A1; CN107645005A; CN107645005B; US10431834B2; JP2018014228A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムには、ステッピングモータによって駆動され、そのステップ数に応じて反応ガスが通る流路の開度を調整する弁を備えたものがある。

特許第５８２２０２４号公報

特許文献１の燃料電池システムでは、脱調している可能性のある弁体の位置を修正するために、燃料電池による発電を開始する前に、設定されたステップ数を用いて弁体の位置を弁座に向けて移動させる。しかし、このような燃料電池システムでは、設定されたステップ数が大きい場合、弁体の位置を弁体が弁座に押し当てられた位置に移動させるために必要なステップ数より弁体を移動させるステップ数が大きくなることによって、ステップ数の処理に要する時間が長くなることがある。また、設定されたステップ数が小さい場合、弁体の位置を弁体が弁座に押し当てられた位置まで移動させられない虞がある。このような課題を解決するために、弁体の位置を修正するために弁体の位置を弁体が弁座に押し当てられた位置に移動させるステップ数を、過不足の少ないステップ数にできる技術が望まれていた。

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、以下の形態として実現することが可能である。
［形態１］燃料電池システムであって、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池が出力する電圧を測定する電圧センサと、前記反応ガスを圧縮して送るコンプレッサと、一方の端部が前記コンプレッサと接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを大気へ排出する第１流路と、前記第１流路から分岐して前記燃料電池と接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを、前記燃料電池に送る第２流路と、前記第１流路と前記第２流路とが分岐している分岐位置に配され、前記コンプレッサから送られてくる前記反応ガスのうち、前記第１流路のうち前記分岐位置から下流側である第１の側に分流する量と、前記第２流路の側である第２の側に分流する量と、を調整できる分流弁と、前記分流弁における弁体は、前記弁体を駆動するステッピングモータのステップ数に応じて、前記第１の側を開き前記第２の側を閉じている第１の位置と、前記第１の側を閉じ前記第２の側を開いている第２の位置と、の間を移動可能に構成され、前記電圧センサにより測定された前記電圧を用いて、前記分流弁における前記弁体の開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池に発電させないときは、前記弁体を前記第１の位置に配置し、前記燃料電池に発電させるとき、前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる第１のステップ数の分だけ前記弁体を移動させるとともに、前記第１の位置から前記第２の位置に向けて前記弁体の移動を開始させてから前記電圧センサにより測定された前記電圧が前記燃料電池の発電が開始されたと判断される予め設定された値を超えるまでにかかった第２のステップ数に基づいて前記弁体をさらに前記第２の位置に向けて追加移動させる、燃料電池システム。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池が出力する電圧を測定する電圧センサと、前記反応ガスを圧縮して送るコンプレッサと、一方の端部が前記コンプレッサと接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを大気へ排出する第１流路と、前記第１流路から分岐して前記燃料電池と接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを、前記燃料電池に送る第２流路と、前記第１流路と前記第２流路とが分岐している分岐位置に配され、前記コンプレッサから送られてくる前記反応ガスのうち、前記第１流路のうち前記分岐位置から下流側である第１の側に分流する量と、前記第２流路の側である第２の側に分流する量と、を調整できる分流弁と、前記分流弁における弁体は、前記弁体を駆動するステッピングモータのステップ数に応じて、前記第１の側を開き前記第２の側を閉じている第１の位置と、前記第１の側を閉じ前記第２の側を開いている第２の位置と、の間を移動可能に構成され、前記電圧センサにより測定された前記電圧を用いて、前記分流弁における前記弁体の開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池に発電させないときは、前記弁体を前記第１の位置に配置し、前記燃料電池に発電させるとき、前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる第１のステップ数の分だけ前記弁体を移動させるとともに、前記第１の位置から前記第２の位置に向けて前記弁体の移動を開始させてから前記電圧センサにより測定された前記電圧が設定された値を超えるまでにかかった第２のステップ数に基づいて前記弁体をさらに前記第２の位置に向けて追加移動させる。このような態様とすれば、燃料電池の電圧が設定された値（燃料電池の発電が開始されたと判断される値）を超えるまで第２の側が閉じられていて燃料電池に反応ガスが送られていなかったとみなされることによって、第１のステップ数のうち第２のステップ数の分だけ弁体は第２の位置に向けて移動していないとみなすことができる。このため、第１のステップ数に加えて第２のステップ数の分だけ弁体を第２の位置に向けて追加移動させることによって、弁体の位置を弁体が弁座に押し当てられる位置（第２の位置）まで移動させることができる。よって、弁体の位置を修正するために弁体の位置を弁体が弁座に押し当てられた位置に移動させるステップ数を、過不足の少ないステップ数にできる。

（２）上記形態における燃料電池システムにおいて、さらに、一方の端部が前記燃料電池と接続するとともに他方の端部が前記第１の側における前記第１流路と接続し、前記燃料電池からの排ガスを前記第１流路に送るための第３流路を備え、前記第３流路は、前記第３流路を開閉できる調圧弁を有し、前記制御部は、さらに、前記調圧弁を制御し、前記燃料電池に発電させないときは、前記弁体を前記第１の位置に配置するとともに前記調圧弁を閉じさせており、前記燃料電池に発電させるとき、前記調圧弁を開かせてから、前記第１のステップ数の分だけ前記弁体を移動させるとともに、前記第２のステップ数に基づいて前記弁体をさらに前記第２の位置に向けて追加移動させる。このような態様とすれば、調圧弁を開かせてから弁体を第１の位置から第２の位置に移動させ始めるため、燃料電池に発電を開始させるとき燃料電池内が負圧であった場合に、弁体が第１の位置から移動できないことを防止できる。

（３）上記形態における燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記追加移動させているときに前記弁体を前記第１の位置に向けて移動させる要求があった場合、前記追加移動を中断させ、中断させられたときの前記弁体の中断位置と前記第２のステップ数のうち前記弁体を移動させていない残りのステップ数とを記憶してから前記弁体を前記第１の位置に向けて移動させ、前記要求がなくなったのち、前記中断位置に前記弁体を移動させてから前記残りのステップ数だけ前記弁体を前記第２の位置に向けて移動させる。このような態様とすれば、弁体の追加移動が中断されても、中断位置からの残りのステップ数が記憶されていることから、ステップ数を再計算することなく、弁体を中断位置から第２の位置に向けて移動させることができる。また、追加移動の中断後に中断位置から再度第２のステップ数の分だけ弁体を追加移動させる態様と比べて、追加移動におけるステップ数が不要に増加することを防止できる。よって、不要に増加したステップ数のために、弁体が第２の位置に不要に押し当てられることを防止できる。

本発明の形態は、燃料電池システムに限るものではなく、例えば、電力を動力源とする車両および船舶などに搭載される燃料電池システム、車両そのもの、船舶そのものなどの種々の形態に適用することも可能である。また、これらを実現するコンピュータプログラムなどの態様で実現することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

燃料電池システムの構成を示した説明図である。分流弁の詳細構成を示した説明図である。燃料電池による発電と弁体の位置変動との関係を示した説明図である。燃料電池システムが実行する第１移動処理を示すフローである。燃料電池システムが実行する第２移動処理を示すフローである。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１０の構成を示した説明図である。燃料電池システム１０は、モーターで駆動する車両の電源として搭載される。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、吸気流路２００と、コンプレッサ３００と、第１流路４００と、分流弁４５０と、第２流路５００と、第３流路６００と、ＦＤＣ−ＥＣＵ７００と、ＦＣ−ＥＣＵ８００とを備える。

燃料電池１００は、単セルを複数積層させたスタック構造を有している。各単セルは、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。燃料電池１００は、水素ガスおよび空気の供給を受けて、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。

燃料電池１００は、電圧センサ１１０を有する。電圧センサ１１０は、燃料電池１００の出力電圧ＶＦを検出するセンサである。電圧センサ１１０は、検出した燃料電池１００の出力電圧ＶＦを示す信号を、ＦＤＣ−ＥＣＵ７００に対して出力する。

吸気流路２００は、一方の端部がコンプレッサ３００と接続している。吸気流路２００は、大気からコンプレッサ３００に空気を送るための流路である。吸気流路２００は、エアクリーナ２１０と、外気温センサ２２０と、エアフロメータ２３０と、大気圧センサ２４０とを備える。

エアクリーナ２１０は、吸気流路２００に空気が流れる時に、空気中の塵埃を除去する。外気温センサ２２０は、大気から取り込まれる空気の温度を取得する。エアフロメータ２３０は、大気から取り込まれた空気の流量を測定する。大気圧センサ２４０は、大気圧を測定する。

コンプレッサ３００は、大気から取り込まれた空気を圧縮して第１流路４００に送る。コンプレッサ３００は、圧縮した空気を、第１前流路４００ａおよび第２流路５００を介して燃料電池１００に送る。

第１流路４００は、一方の端部がコンプレッサ３００と接続し、コンプレッサ３００から送られてくる空気を大気へ排出する流路である。第１流路４００は、第１前流路４００ａと第１後流路４００ｂとを有する。第１前流路４００ａは、第１流路４００のうち、一方の端部がコンプレッサ３００と接続し、他方の端部が分流弁４５０と接続している部分である。第１後流路４００ｂは、一方の端部が分流弁４５０と接続し、コンプレッサ３００から送られてくる空気を大気へ排出する部分である。

また、第１流路４００は、インタークーラ４１０と、温度センサ４２０と、圧力センサ４３０と、マフラー４８０とを備える。

インタークーラ４１０は、コンプレッサ３００によって圧縮された空気を冷却する。温度センサ４２０は、コンプレッサ３００から送られてくる空気の温度を検出する。

圧力センサ４３０は、空気が送られる向きにおいて、コンプレッサ３００より下流側であるとともに分流弁４５０より上流側の位置に配される。圧力センサ４３０は、コンプレッサ３００によって圧縮された空気の圧力を測定する。

マフラー４８０は、第３流路６００と第１後流路４００ｂとが接続している接続位置より下流側に配される。マフラー４８０は、空気を大気に排出する際に発生する排気音を低減する。

分流弁４５０は、第１流路４００から第２流路５００が分岐している分岐位置に配される。分流弁４５０は、コンプレッサ３００から圧縮されて送られてくる空気のうち、第１後流路４００ｂの側に分流する量と、分岐位置から第２流路５００の側に分流する量と、を調整できる。

第２流路５００は、分流弁４５０を介して、第１流路４００から分岐して燃料電池１００と接続し、コンプレッサ３００から送られてくる空気を燃料電池１００に送る流路である。

第３流路６００は、一方の端部が燃料電池１００と接続するとともに他方の端部が第１後流路４００ｂと接続している。第３流路６００は、燃料電池１００からの排ガスである空気を第１後流路４００ｂに送る流路である。第３流路６００は、第３前流路６００ａと、調圧弁６１０と、第３後流路６００ｂとを有する。

第３前流路６００ａは、第３流路６００のうち、上流側において燃料電池１００と接続している部分である。第３前流路６００ａは、下流端において調圧弁６１０を介して第３後流路６００ｂと接続する。第３後流路６００ｂは、第３流路６００のうち、下流側において第１後流路４００ｂと接続する部分である。

調圧弁６１０は、第３流路６００のうち第３前流路６００ａと第３後流路６００ｂとの間に配される。調圧弁６１０は、第３流路６００を開閉できる。調圧弁６１０は、燃料電池１００から第１流路４００へ送られる排ガスの量を調整できる電磁駆動式の調圧弁である。

ＦＤＣ−ＥＣＵ７００は、燃料電池コンバータ（図示しない）の動作を制御する高電圧ユニット制御部である。ＦＤＣ−ＥＣＵ７００は、燃料電池１００の出力電圧ＶＦを示す信号を、電圧センサ１１０から受信する。ＦＤＣ−ＥＣＵ７００は、受信した出力電圧ＶＦを示す信号を、ＦＣ−ＥＣＵ８００に出力する。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、燃料電池システム１０に備えられた各種センサから出力される信号を受信するとともに、燃料電池システム１０の各部（分流弁４５０と調圧弁６１０とを含む）の動作を制御する制御部である。ＦＣ−ＥＣＵ８００は、ＣＰＵおよびＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータから構成されている。ＦＣ−ＥＣＵ８００は、電圧センサ１１０により測定された燃料電池１００の出力電圧ＶＦを用いて、分流弁４５０における弁体４６４の開度を制御する。

図２は、分流弁４５０の詳細構成を示した説明図である。分流弁４５０は、弁箱４５２と、ステッピングモータ４６０と、弁棒４６２と、弁体４６４とを有する。弁箱４５２は、第１前流路４００ａと、第１後流路４００ｂと、第２流路５００とを接続する位置に配され、弁棒４６２および弁体４６４が内側に配置される箱状部材である。

弁箱４５２は、第１の弁座４５４と、第２の弁座４５６とを備える。第１の弁座４５４は、弁箱４５２と第２流路５００とが接続している位置における開口を取り囲む部分である。第２の弁座４５６は、弁箱４５２と第１後流路４００ｂとが接続している位置における開口を取り囲む部分である。

ステッピングモータ４６０は、弁棒４６２を回転させるトルクを発生させる。弁体４６４は、弁棒４６２のうちステッピングモータ４６０と接続した側とは反対側の端部に配される。弁体４６４の位置は、ステッピングモータ４６０のステップ数に応じて調整される。

弁体４６４は、円板状の部材である。弁体４６４は、弁箱４５２と第２流路５００とが接続している位置における開口および弁箱４５２と第１後流路４００ｂとが接続している位置における開口より大きい断面積を有する。ステッピングモータ４６０によって調整される弁体４６４の位置は、第１の弁座４５４に押し当たる位置から第２の弁座４５６に押し当たる位置までの範囲Ｄ内である。

弁体４６４が第１の弁座４５４に押し当たっているとき、弁体４６４は第２流路５００の側を閉じているとともに第１後流路４００ｂの側を開いている。本実施形態では、このときの弁体４６４の位置を「第１の位置」とする。弁体４６４が第２の弁座４５６に押しあたっているとき、弁体４６４は第２流路５００の側を開いているとともに第１後流路４００ｂを閉じている。本実施形態では、このときの弁体４６４の位置を「第２の位置」とする。

すなわち、弁体４６４は、ステッピングモータ４６０のステップ数に応じて、第１の位置と第２の位置との間を移動可能である。本実施形態では、弁体４６４の位置が第２の位置に近いほど開度が大きいとする。

ＦＣ−ＥＣＵ８００は、燃料電池１００に発電させないとき、弁体４６４を第１の位置に配置するとともに調圧弁６１０を閉じさせている。ＦＣ−ＥＣＵ８００は、燃料電池１００に発電させるとき、調圧弁６１０を開かせてから、第１の位置から第２の位置に移動させる第１のステップ数の分だけ弁体４６４を移動させる。また、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、第１の位置から第２の位置に向けて弁体４６４の移動を開始させてから電圧センサ１１０が測定する燃料電池１００の出力電圧ＶＦが設定された電圧Ｖ１を超えるまでにかかった第２のステップ数の分だけ弁体４６４を、第１のステップ数に加えて、さらに第２の位置に向けて追加移動させる。燃料電池１００に発電させるとき、ＦＣ−ＥＣＵ８００がこのような制御を行う理由を以下に説明する。

図３は、燃料電池１００による発電と弁体４６４の位置変動との関係を示した説明図である。図３のグラフにおける実線ＶＦは、電圧センサ１１０が測定する燃料電池１００の出力電圧ＶＦを示す。図３のグラフにおける実線ＰＣは、ＦＣ−ＥＣＵ８００が認識している弁体４６４の開度を示す。図３のグラフにおける一点鎖線ＰＦは、弁体４６４の実際の開度を示す。

図３のグラフは、横軸に時間をとる。図３のグラフにおいて、実線ＶＦについては、縦軸に電圧をとる。図３のグラフにおいて、実線ＰＣおよび一点鎖線ＰＦについては、縦軸に弁体４６４の開度をとる。

タイミングｔ０からタイミングｔ１までの間において、弁体４６４の開度は、弁体４６４が第１の位置にあることを示す開度Ｐ０である。このとき、弁体４６４は、第２流路５００の側を閉じているとともに第１後流路４００ｂを開いている状態である。また、調圧弁６１０も閉じられているため、燃料電池１００に空気が送られないことから、燃料電池１００は発電できない。そのため、燃料電池１００から出力される電圧はＶ０（＝ゼロ）のまま変化しない。

タイミングｔ１において、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、調圧弁６１０を開かせてから、弁体４６４に、弁体の開度が開度Ｐ１になるステップ数だけ移動するよう指示する。そして、タイミングｔ２において、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４の開度は開度Ｐ１になったと認識している。

しかし、タイミングｔ２において、弁体４６４の実際の開度はＰ０のままである。すなわち、脱調が生じている。弁体４６４が第１の弁座４５４から離れようとするとき、指示されたステップ数の初めから第２の位置に向けて移動できない場合があるからである。例えば、（１）密閉性を高めるために第１の弁座４５４と接触する弁体４６４の面と第１の弁座４５４とのうちいずれか一方にゴムシール部材が配されていることによってゴムシール部材の貼り付きのために、弁体４６４が第１の弁座４５４から離れられずに弁体４６４の開度が開度Ｐ０から開度Ｐ１にできなかった場合、（２）第１の位置にある弁体４６４を境界とした弁箱４５２と第２流路５００との間における圧力差によって、弁体４６４が第１の弁座４５４から離れられずに弁体４６４の開度を開度Ｐ０から開度Ｐ１にできなかった場合、等である。

尚、本実施形態では、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、調圧弁６１０を開かせてから、弁体４６４に、弁体の開度が開度Ｐ１になるステップ数だけ移動するよう指示しているため、（２）のような理由によって、弁体４６４が第１の位置から移動できないことを防止できる。このため、図３における脱調は、（１）の理由によるものとする。

タイミングｔ３において、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４に、開度Ｐ１から弁体４６４が第２の位置にあることを示す開度Ｐ３になるステップ数だけ移動するよう指示する。そして、タイミングｔ５において、ＦＣ−ＥＣＵ８００が認識している弁体４６４の開度は、開度Ｐ３である。

一方、タイミングｔ５における弁体４６４の実際の開度は、開度Ｐ２（開度Ｐ３より小さい）である。ＦＣ−ＥＣＵ８００が、弁体４６４に、開度Ｐ１から弁体４６４が第２の位置にあることを示す開度Ｐ３になるステップ数だけ移動するよう指示したため、弁体４６４は、ゴムシール部材の貼り付きを引き剥がして第２の位置に向けて移動できたからである。しかし、ゴムシール部材の引き剥がしにステップ数を消費したことから、タイミングｔ５における弁体４６４の実際の開度は、開度Ｐ３より小さい開度Ｐ２である。

ＦＣ−ＥＣＵ８００が弁体４６４の開度を開度Ｐ０から開度Ｐ３にする（弁体４６４を第１の位置から第２の位置に移動させる）ときに指示するステップ数の合計を第１のステップ数とする。ここでいう第１のステップ数とは、弁体４６４が第１の弁座４５４から離れようとするとき、弁体４６４が第１の弁座４５４から離れられない状態でステップ数が消費されることなく第２の位置に向けて弁体４６４が移動できる状態において、弁体４６４を第１の位置から第２の位置に移動させるステップ数のことである。このため、弁体４６４が第１の弁座４５４から離れようとするときに弁体４６４が第１の弁座４５４から離れられない状態においてステップ数が消費されるような状況である場合、ＦＣ−ＥＣＵ８００が第１のステップ数の分だけ弁体４６４に移動するよう指示したとしても、弁体４６４は、第１の位置から第２の位置まで到達できない。例えば、一点鎖線ＰＦのタイミングｔ５における開度Ｐ２の状態は、そのような状況である。

弁体４６４が第１の弁座４５４から実際に離れ始めたことによって、タイミングｔ４において、電圧センサ１１０が測定する燃料電池１００の出力電圧ＶＦは電圧Ｖ１となる。ここでいう電圧Ｖ１は、燃料電池１００の発電が開始されたと判断される値である。本実施形態では、電圧Ｖ１として設定される電圧は、燃料電池１００の発電が定常状態となってから、燃料電池システム１０が搭載された車両において使用される電圧動作範囲の下限値である。他の実施形態では、電圧Ｖ１として設定される電圧は、燃料電池１００の発電が定常状態となったときにおける電圧Ｖ２の１割にあたる電圧の値であってもよい。

ＦＣ−ＥＣＵ８００が第１の位置から第２の位置に向けて弁体４６４に移動を開始させてから電圧センサ１１０が測定する燃料電池１００の電圧が電圧Ｖ１を超えるまでにかかったステップ数を第２のステップ数ＡＤとする。第２のステップ数ＡＤは、電圧センサ１１０から出力される燃料電池１００の出力電圧ＶＦが電圧Ｖ１であることを示す信号の出力タイミングに基づいて、ＦＣ−ＥＣＵ８００が算出する。本実施形態では、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、ＦＣ−ＥＣＵ８００が信号を電圧センサ１１０から受信する際に生じる時間的なずれ（電圧センサ１１０におけるデジタル信号への変換ラグ、電圧センサ１１０から出力されてＦＤＣ−ＥＣＵ７００を介してＦＣ−ＥＣＵ８００に受信されるまでのラグ）を考慮して、第２のステップ数ＡＤを算出する。

タイミングｔ５において、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４に、第２のステップ数ＡＤの分だけ第２の位置に向けて追加移動するよう指示する。このとき、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４は開度Ｐ３であると認識していることから、タイミングｔ５からタイミングｔ６の間において、弁体４６４が第２の弁座４５６に複数回押し当たったと認識する。タイミングｔ６において、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４の開度は開度Ｐ３であると認識している。

一方、タイミングｔ５において、弁体４６４の実際の開度は開度Ｐ２である。このため、タイミングｔ５からタイミングｔ６の間において、弁体４６４は第２のステップ数ＡＤの分だけ第２の位置に向けて移動する。タイミングｔ６において、弁体４６４の実際の開度は開度Ｐ３となる。

第２のステップ数ＡＤは、第１のステップ数のうち第１の位置から第２の位置に向けて弁体４６４の移動を開始させてから電圧センサ１１０が測定する燃料電池１００の出力電圧ＶＦが電圧Ｖ１を超えるまでにかかったステップ数である。そして、電圧Ｖ１は、燃料電池１００の発電が開始されたと判断される値である。すなわち、弁体４６４の移動が開始されてから電圧Ｖ１を超えるまで第２流路５００の側が閉じられていて燃料電池１００に空気が送られていなかったとみなすことができる。よって、第１のステップ数のうち第２のステップ数ＡＤの分だけ弁体４６４は第２の位置に向けて移動していないとみなすことができる。

このため、第１のステップ数に加えて第２のステップ数ＡＤの分だけ弁体４６４を第２の位置に向けて追加移動させることによって、弁体４６４の位置を弁体４６４が第２の弁座４５６に押し当てられる位置（第２の位置）まで追加移動させることができる。図３においては、一点鎖線ＰＦのタイミングｔ５からタイミングｔ６の間における開度Ｐ２から開度Ｐ３への変動が、追加移動している状態を示している。よって、燃料電池システム１０では、ＦＣ−ＥＣＵ８００が認識している弁体４６４の開度と、弁体４６４の実際の開度と、を第２の位置において一致させることができる。

図４は、燃料電池システム１０が実行する第１移動処理を示すフローである。燃料電池システム１０は、燃料電池システム１０が稼動しているとともに燃料電池１００が発電を行っていない間、第１移動処理を定期的に実行する。燃料電池１００が発電を行っていない状態とは、弁体４６４を第１の位置に配置されるとともに調圧弁６１０が閉じていることによって、燃料電池１００に空気が送られていない状態のことである。

第１移動処理が開始されると、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、燃料電池１００を発電させる要求があったか否か判断する（ステップＳ１００）。要求がなかった場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、図４の第１移動処理は終了される。

要求があった場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、調圧弁６１０を開かせてから、弁体４６４を第１のステップ数の分だけ移動させる（ステップＳ１１０）。弁体４６４を第１のステップ数の分だけ移動させている間に、弁体４６４が第１の弁座４５４から離れ始めることによって電圧センサ１１０が測定する出力電圧ＶＦが電圧Ｖ１を超える。そして、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、電圧センサ１１０から出力される燃料電池１００の出力電圧ＶＦが電圧Ｖ１であることを示す信号の出力タイミングに基づいて、第２のステップ数ＡＤを算出する（ステップＳ１２０）。

第２のステップ数ＡＤを算出した後（ステップＳ１２０）、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４を第２のステップ数ＡＤの分だけ追加移動させる（ステップＳ１３０）。その後、図４の第１移動処理は終了される。

以上説明した実施形態によれば、燃料電池１００の電圧が設定された値（燃料電池１００の発電が開始されたと判断される値）を超えるまで第２流路５００が閉じられていて燃料電池１００に空気が送られていなかったとみなされることによって、第１のステップ数のうち第２のステップ数ＡＤの分だけ弁体４６４は第２の位置に向けて移動していないとみなすことができる。このため、第１のステップ数に加えて第２のステップ数ＡＤの分だけ弁体４６４を第２の位置に向けて追加移動させることによって、弁体４６４の位置を弁体４６４が第２の弁座４５６に押し当てられる位置（第２の位置）まで移動させることができる。よって、弁体４６４の位置を修正するために弁体４６４の位置を弁体４６４が第２の弁座４５６に押し当てられた位置に移動させるステップ数を、過不足の少ないステップ数にできる。

また、説明した実施形態によれば、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、燃料電池１００に発電させるとき、調圧弁６１０を開かせてから、第１のステップ数の分だけ弁体４６４を移動させる。よって、調圧弁６１０を開いてから弁体４６４を第１の位置から第２の位置に移動させ始めるため、燃料電池１００に発電を開始させるとき燃料電池１００内が負圧であった場合に、弁体４６４が第１の位置から移動できないことを防止できる。

燃料電池１００に発電を開始させるとき燃料電池１００内が負圧である場合とは、燃料電池１００が発電している状態から発電していない状態（燃料電池１００に空気が送られない状態）に移行したとき、燃料電池１００内に残された空気中の酸素が水素と反応して水となることによって燃料電池１００内の圧力が第１流路４００（第３前流路６００ａを含む）の側における圧力と比べて下がる場合が考えられる。

Ｂ．第２実施形態：
図５は、第２実施形態である燃料電池システム１０ａが実行する第２移動処理を示すフローである。燃料電池システム１０ａは、第１実施形態における燃料電池システム１０が実行する第１移動処理に加え、第２移動処理を実行する点を除き、第１実施形態における燃料電池システム１０と同様の構成および機能を有する。

燃料電池システム１０ａは、弁体４６４が第２のステップ数ＡＤの分だけ第２の位置に向けて追加移動している間、第２移動処理を定期的に実行する。

第２移動処理が開始されると、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４を第１の位置に向けて移動させる要求があったか否か判断する（ステップＳ２００）。要求がなかった場合（ステップＳ２００：ＮＯ）、図５の第２移動処理は終了される。追加移動している間において弁体４６４を第１の位置に向けて移動させる要求とは、例えば、弁体４６４が第２流路５００の側を開いているとともに第１後流路４００ｂの側も開いている状態、すなわち、コンプレッサ３００から圧縮されて送られてくる空気を、第２流路５００の側と第１後流路４００ｂの側との両方に分流させる状態にする分流要求がある。このとき、弁体４６４は、第１の位置と第２の位置との間に移動させられる。

要求があった場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４の追加移動を中断させる（ステップＳ２１０）。弁体４６４の追加移動を中断させてから、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、弁体４６４が追加移動を中断した中断位置と第２のステップ数ＡＤのうち弁体４６４を移動させていない残りのステップ数を記憶する（ステップＳ２２０）。このとき、弁体４６４が追加移動を中断した位置は、第１の位置から追加移動が中断されるまでＦＣ−ＥＣＵ８００が弁体４６４に第１の位置から第２の位置に向けて移動するよう指示したステップ数の積算値に対応した弁体４６４の位置である。

中断位置と残りのステップ数を記憶したのち、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、第１の位置に向けて移動させる要求がなくなるまで、弁体４６４を第１の位置に向けて移動させる（ステップＳ２３０）。

第１の位置に向けて移動させる要求がなくなったのち、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、中断位置に弁体４６４を移動させてから第２のステップ数ＡＤのうち弁体４６４を移動させていない残りのステップ数だけ弁体４６４を第２の位置に向けて移動させる（ステップＳ２４０）。その後、図５の第２移動処理は終了される。

ここでいう「第１の位置に向けて移動させる要求がなくなったのち」とは、第１の位置に向けて移動させる要求がなくなると同時に、という場合だけでなく、第１の位置に向けて移動させる要求がなくなってから、要求によって到達した位置に一定時間留まったのち、という場合も含む。一定時間留まる例としては、分流要求の結果、第１の位置と第２の位置との間に移動させられた弁体４６４が一定時間その位置に留まる場合がある。

このため、弁体４６４の追加移動が中断されても、中断位置からの残りのステップ数が記憶されていることから、ステップ数を再計算することなく、弁体４６４を中断位置から第２の位置に向けて移動させることができる。また、追加移動の中断後に中断位置から再度第２のステップ数ＡＤの分だけ弁体４６４を追加移動させる態様と比べて、追加移動におけるステップ数が不要に増加することを防止できる。よって、不要に増加したステップ数のために、弁体４６４が第２の弁座４５６に不要に押し当てられることを防止できる。

Ｃ．変形例：
第１実施形態では、コンプレッサ３００は、空気を送るコンプレッサ（エアコンプレッサ）であったが、本発明はこれに限られない。例えば、コンプレッサ３００は、酸素を含んだガスを送るコンプレッサであればよい。

第１実施形態では、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、燃料電池１００に発電させるとき、調圧弁６１０を開かせてから、第１のステップ数の分だけ弁体４６４を移動させていたが、本発明はこれに限られない。例えば、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、燃料電池１００に発電させるとき、調圧弁６１０を開かせることなく、第１のステップ数の分だけ弁体４６４を移動させてもよい。この場合、弁体４６４が第１の弁座４５４から離れようとするとき、指示されたステップ数の初めから第２の位置に向けて移動できる程度に、ステッピングモータ４６０のトルクが大きい方が好ましい。

第１実施形態では、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、第２のステップ数ＡＤの分だけ弁体４６４をさらに第２の位置に向けて追加移動させていたが、本発明はこれに限られない。例えば、ＦＣ−ＥＣＵ８００は、第２のステップ数ＡＤを設定された割合だけ割増したステップ数の分だけ弁体４６４をさらに第２の位置に向けて追加移動させてもよいし、第２のステップ数ＡＤを設定された割合だけ割引したステップ数の分だけ弁体４６４をさらに第２の位置に向けて追加移動させてもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池システム
１０ａ…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…電圧センサ
２００…吸気流路
２１０…エアクリーナ
２２０…外気温センサ
２３０…エアフロメータ
２４０…大気圧センサ
３００…コンプレッサ
４００…第１流路
４００ａ…第１前流路
４００ｂ…第１後流路
４１０…インタークーラ
４２０…温度センサ
４３０…圧力センサ
４５０…分流弁
４５２…弁箱
４５４…第１の弁座
４５６…第２の弁座
４６０…ステッピングモータ
４６２…弁棒
４６４…弁体
４８０…マフラー
５００…第２流路
６００…第３流路
６００ａ…第３前流路
６００ｂ…第３後流路
６１０…調圧弁
７００…ＦＤＣ−ＥＣＵ
８００…ＦＣ−ＥＣＵ

Claims

燃料電池システムであって、
反応ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池が出力する電圧を測定する電圧センサと、
前記反応ガスを圧縮して送るコンプレッサと、
一方の端部が前記コンプレッサと接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを大気へ排出する第１流路と、
前記第１流路から分岐して前記燃料電池と接続し、前記コンプレッサから圧縮されて送られてくる前記反応ガスを、前記燃料電池に送る第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路とが分岐している分岐位置に配され、前記コンプレッサから送られてくる前記反応ガスのうち、前記第１流路のうち前記分岐位置から下流側である第１の側に分流する量と、前記第２流路の側である第２の側に分流する量と、を調整できる分流弁と、
前記分流弁における弁体は、前記弁体を駆動するステッピングモータのステップ数に応じて、前記第１の側を開き前記第２の側を閉じている第１の位置と、前記第１の側を閉じ前記第２の側を開いている第２の位置と、の間を移動可能に構成され、
前記電圧センサにより測定された前記電圧を用いて、前記分流弁における前記弁体の開度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池に発電させないときは、前記弁体を前記第１の位置に配置し、
前記燃料電池に発電させるとき、前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる第１のステップ数の分だけ前記弁体を移動させるとともに、前記第１の位置から前記第２の位置に向けて前記弁体の移動を開始させてから前記電圧センサにより測定された前記電圧が前記燃料電池の発電が開始されたと判断される予め設定された値を超えるまでにかかった第２のステップ数に基づいて前記弁体をさらに前記第２の位置に向けて追加移動させる、燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
一方の端部が前記燃料電池と接続するとともに他方の端部が前記第１の側における前記第１流路と接続し、前記燃料電池からの排ガスを前記第１流路に送るための第３流路を備え、
前記第３流路は、前記第３流路を開閉できる調圧弁を有し、
前記制御部は、
さらに、前記調圧弁を制御し、
前記燃料電池に発電させないときは、前記弁体を前記第１の位置に配置するとともに前記調圧弁を閉じさせており、
前記燃料電池に発電させるとき、前記調圧弁を開かせてから、前記第１のステップ数の分だけ前記弁体を移動させるとともに、前記第２のステップ数に基づいて前記弁体をさらに前記第２の位置に向けて追加移動させる、燃料電池システム。
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記追加移動させているときに前記弁体を前記第１の位置に向けて移動させる要求があった場合、前記追加移動を中断させ、中断させられたときの前記弁体の中断位置と前記第２のステップ数のうち前記弁体を移動させていない残りのステップ数とを記憶してから前記弁体を前記第１の位置に向けて移動させ、前記要求がなくなったのち、前記中断位置に前記弁体を移動させてから前記残りのステップ数だけ前記弁体を前記第２の位置に向けて移動させる、燃料電池システム。