JP7059685B2 - 制御装置、制御方法、およびコンピュータプログラム - Google Patents

制御装置、制御方法、およびコンピュータプログラム Download PDF

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Description

本発明は、制御対象装置を制御する制御装置に関する。
燃料電池システムには、燃料電池の発電に関わる様々な装置が用いられる。具体的には、反応ガスの供給に用いられる装置、オフガスの排出に用いられる装置、冷却媒体の循環に用いられる装置などが挙げられる。例えば、反応ガスの供給に用いられる装置としては、燃料ガスとしての水素ガスを噴射するインジェクタなどが該当する。水素ガスの供給経路および排出経路に存在する弁の開度を一定としたままインジェクタにおける水素ガスの噴射量を制御すると、アノード側の圧力を調整することができる。水素ガスの噴射量が変化する際には、アノード側圧力が過渡状態から非過渡状態へと移行する。このような状態の変化は、アノード側圧力に限らず、燃料電池の発電に関わる装置の動作によって変化し得る任意の制御量において共通する。特許文献１には、過渡状態であるか否かを判定する方法として、燃料電池スタックに対する要求出力（目標値）と現在の出力（制御量）との差分値を算出し、かかる差分値が閾値以上である場合に燃料電池スタックが過渡運転状態であると判定する方法が開示されている。
特開２００７－１２５４８号公報
しかし、特許文献１の燃料電池システムでは、要求出力が変化している最中に、瞬間的にかかる変化の度合いが変わった場合、例えば、燃料電池システムが搭載された車両の運転者が、急加速中にアクセルペダルの踏み込み量を若干緩めた場合などには、要求出力が瞬間的に下がって現在の出力との差分が閾値以下になり、過渡状態ではないと誤判定するおそれがある。
過渡状態であるか否かを誤判定するという問題は、上述のアノード側圧力や、冷却水の流量など、燃料電池の発電に関わる装置の動作によって変化し得る任意の制御量について共通する。さらには、燃料電池の発電に関わる装置に限らず、任意の種類の制御対象装置の動作により変化し得る任意の種類の制御量の状態についても共通する。このため、制御対象装置の動作によって変化し得る制御量が過渡状態であるか否かを誤判定することを抑制可能な技術が望まれている。
本発明は、上述の課題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］制御対象装置を制御するための制御装置であって、前記制御対象装置の動作に応じて変化し得る制御量の目標値であって、予め定められた演算周期毎の目標値を取得する目標値取得部と、取得された前記目標値を用いて前記制御対象装置を制御する制御部と、前記目標値の時間的変化を鈍化させた目標なまし値を算出する目標なまし値算出部と、前記目標値と前記目標なまし値との差分である第１差分を算出し、算出された前記第１差分が予め定められた第１閾値以上の場合に、前記制御量は過渡状態であると判断し、該第１差分が前記第１閾値よりも小さい場合に、前記制御量は、非過渡状態であると判断する状態判断部と、を備え、さらに、前記制御量の測定値を取得する測定値取得部と、前記制御対象装置の動作状態を判定する異常判定部と、を備え、前記異常判定部は、前記目標値と、取得された前記測定値との差分である第２差分を算出し、算出された前記第２差分が第２閾値よりも小さい場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し、算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し、算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は非過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態であると判定する、制御装置。
（１）本発明の一形態によれば、制御対象装置を制御するための制御装置が提供される。この制御装置は、前記制御対象装置の動作に応じて変化し得る制御量の目標値であって、予め定められた演算周期毎の目標値を取得する目標値取得部と；取得された前記目標値を用いて前記制御対象装置を制御する制御部と；前記目標値の時間的変化を鈍化させた目標なまし値を算出する目標なまし値算出部と；前記目標値と前記目標なまし値との差分である第１差分を算出し、算出された前記第１差分が予め定められた第１閾値以上の場合に、前記制御量は過渡状態であると判断し、該第１差分が前記第１閾値よりも小さい場合に、前記制御量は、非過渡状態であると判断する状態判断部と；を備える。
この形態の制御装置によれば、目標値を用いて目標なまし値が算出され、かかる目標なまし値と目標値との差分である第１差分が第１閾値以上の場合に過渡状態であると判断し、第１閾値よりも小さい場合に非過渡状態であると判断されるので、従来技術のように目標値と制御量を比較する構成に比べて過渡状態であるか否かの誤判定を抑制できる。すなわち、目標なまし値は目標値の時間的変化を鈍化させた値であるので、目標値の変化度合いが短時間の間に急激に変わってから再び元に戻った場合にかかる急激な変化を大きな変化として表れにくくでき、過渡状態であるにも関わらず非過渡状態であると誤判定することを抑制できる。
（２）上記形態の制御装置において、さらに；前記制御量の測定値を取得する測定値取得部と；前記制御対象装置の動作状態を判定する異常判定部と；を備え；前記異常判定部は；前記目標値と、取得された前記測定値との差分である第２差分を算出し；算出された前記第２差分が第２閾値よりも小さい場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し；算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し；算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は非過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態であると判定してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、第２差分が第２閾値よりも小さい場合に、動作状態を異常状態ではないと判定し、第２差分が第２閾値以上であり、且つ、制御量は過渡状態であると判断されている場合に、動作状態を異常状態ではないと判定し、第２差分が第２閾値以上であり、且つ、制御量は非過渡状態であると判断されている場合に、動作状態を異常状態であると判定するので、異常状態であるか否かを精度良く判定できる。
（３）上記形態の制御装置において、前記目標なまし値は、前記目標なまし値と前記目標値との差分である前記第１差分が、前記制御対象装置が応答性能の上限で動作した場合の前記制御量と前記目標値との差分以上となる値であってもよい。この形態の制御装置によれば、目標なまし値は、目標なまし値と目標値との差分である第１差分が、制御対象装置が応答性能の上限で動作した場合の制御量と目標値との差分以上となる値であるので、制御量が実際には過渡状態であるにも関わらずに非過渡状態であると誤判定することを抑制できる。
（４）上記形態の制御装置において、前記目標なまし値算出部は、前記演算周期毎に、下記式（１）に示す演算式を用いて、前記目標なまし値を算出し；Ｙ（ｎ＋１）＝Ｙ（ｎ）＋［Ｔｇ－Ｙ（ｎ）］／Ｋ ・・・（１）；前記式（１）において、Ｙ（ｎ＋１）は今回の演算周期における前記目標なまし値を示し、Ｙ（ｎ）は１つ前の演算周期における前記目標なまし値を示し、Ｔｇは今回の演算周期における前記目標値を示し、Ｋは定数であってもよい。この形態の制御装置によれば、目標なまし値を簡易に算出できる。
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、制御装置および制御対象装置を備えるシステム、かかるシステムとしての燃料電池システム、燃料電池システムを搭載した車両、制御方法、かかる制御方法を実現するためのコンピュータプログラム、かかるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体等の形態で実現することができる。
本発明の一実施形態としての制御装置を備える燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 状態判断処理の手順を示すフローチャートである。 目標値および目標なまし値の時間的変化を示す説明図である。 異常状態判定処理の手順を示すフローチャートである。 なまし定数Ｋの算出方法を説明するための説明図である。 なまし定数Ｋの算出方法を説明するための説明図である。 図６に示す目標値と上限時間的変化と時間的変化とを抜き出して示す説明図である。 図６に示す目標値と上限時間的変化と時間的変化とを抜き出して示す説明図である。
Ａ．実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としての制御装置８００を備える燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、車両の駆動部７００に電力を供給するシステムとして車両に搭載されている。
駆動部７００は、燃料電池システム１０から供給される電力により前輪７５１、７５２に動力を与える。なお、前輪７５１、７５２に加えて図示しない後輪に動力を与えてもよい。駆動部７００は、トランスアクスル７２０と、２つのモータジェネレータ７１１、７１２と、２つのドライブシャフト７４１、７４２とを備える。トランスアクスル７２０は、ギア７２１と、回転軸７２２、７２３と、プロペラシャフト７２４と、ディファレンシャルギア７２５とを備える。２つのモータジェネレータ７１１、７１２は、燃料電池システム１０から供給される電力により駆動し、また、減速時には、回生電力を発生させて燃料電池システム１０に供給する。モータジェネレータ７１１は、回転軸７２２を介してギア７２１と接続されている。同様に、モータジェネレータ７１２は、回転軸７２３を介してギア７２１と接続されている。ギア７２１は、各回転軸７２２、７２３から伝達される駆動力を、プロペラシャフト７２４の回転に変換する。ディファレンシャルギア７２５は、プロペラシャフト７２４と、ドライブシャフト７４１、７４２とに接続されている。ディファレンシャルギア７２５は、プロペラシャフト７２４の回転を、ドライブシャフト７４１、７４２の回転に変換する。ドライブシャフト７４１は前輪７５１に接続されている。同様に、ドライブシャフト７４２は前輪７５２に接続されている。このように、本実施形態では、燃料電池システム１０（後述の２つの燃料電池サブシステム１０Ａ、１０Ｂ）から供給される電力を、モータジェネレータ７１１、７１２により駆動力に変換して前輪７５１、７５２に伝えている。
燃料電池システム１０は、第１燃料電池サブシステム１０Ａと、第２燃料電池サブシステム１０Ｂと、制御装置８００とを備える。第１燃料電池サブシステム１０Ａおよび第２燃料電池サブシステム１０Ｂは、図示しない主制御装置により制御される。主制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶装置とを備えるマイクロコンピュータからなるＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成され、メインＥＣＵとも呼ばれる。
第１燃料電池サブシステム１０Ａおよび第２燃料電池サブシステム１０Ｂは、互いに同一の構成を備える。このため、以下では、第１燃料電池サブシステム１０Ａについて詳細に説明し、第２燃料電池サブシステム１０Ｂについての詳細な説明は省略する。第２燃料電池サブシステム１０Ｂの各構成要素には、第１燃料電池サブシステム１０Ａにおいて対応する構成要素の符号の末尾の「Ａ」を「Ｂ」に代えた符号を付している。
第１燃料電池サブシステム１０Ａは、燃料電池１００Ａと、水素給排系３００Ａと、空気給排系４００Ａと、冷却系５００Ａと、電源回路６００Ａと、二次電池６４０Ａとを備える。
燃料電池１００Ａは、第１燃料電池サブシステム１０Ａにおける電力の供給源であり、固体高分子型燃料電池により構成されている。燃料電池１００Ａは、燃料ガスとしての水素と、酸化ガスとしての酸素との電気化学反応によって発電する。燃料電池１００Ａは、固体高分子型燃料電池に代えて、固体酸化物型燃料電池等の他の任意のタイプの燃料電池により構成されてもよい。燃料電池１００Ａは、図示しない複数の単セルが積層されたスタック構造を有する。各単セルは、電解質膜の両面に電極を配置した構成の膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを有する。燃料電池１００Ａを構成する各単セルには、電解質膜を介して、水素が供給されるアノードと、空気が供給されるカソードとが形成されている。
水素給排系３００Ａは、燃料電池１００Ａに水素を供給し、また、燃料電池１００Ａから排出されるアノードオフガスを外部に排出する。水素給排系３００Ａは、タンク３９０Ａと、主止弁３９５Ａと、水素供給路３１０Ａと、減圧弁３２０Ａと、インジェクタ３３０Ａと、圧力センサ３４０Ａと、アノードオフガス排出路３６０Ａと、気液分離器３７０Ａと、循環流路３８５Ａと、循環ポンプ３８０Ａと、パージ弁３７５Ａと、排気排水路３７８Ａとを備える。
タンク３９０Ａは、水素を高圧で貯蔵する。タンク３９０Ａは、主止弁３９５Ａを介して水素供給路３１０Ａに接続されている。なお、第１燃料電池サブシステム１０Ａにおいて、複数のタンク３９０Ａがそれぞれ水素供給路３１０Ａに接続された構成としてもよい。水素供給路３１０Ａは、タンク３９０Ａの水素を燃料電池１００Ａに供給するためのガス流路を構成している。燃料電池システム１０では、第１燃料電池サブシステム１０Ａの水素供給路３１０Ａと、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの水素供給路３１０Ｂとは、連通路３１２により互いに連通している。したがって、燃料電池１００Ａには、第１燃料電池サブシステム１０Ａのタンク３９０Ａと、第２燃料電池サブシステム１０Ｂのタンク３９０Ｂとから水素が供給される。主止弁３９５Ａは、水素タンク３９０Ａからの水素の供給と遮断とを制御する。減圧弁３２０Ａは、水素供給路３１０Ａにおいて、主止弁３９５Ａとインジェクタ３３０Ａとの間に配置されている。減圧弁３２０Ａは、タンク３９０Ａ側の高い圧力（一次圧力）を、予め設定されている低い圧力（二次圧力）に減圧する。インジェクタ３３０Ａは、水素供給路３１０Ａに配置され、減圧弁３２０Ａにより減圧後の水素ガスを、制御装置８００からの指示に応じた流量となるように噴射する。圧力センサ３４０Ａは、水素供給路３１０Ａにおいてインジェクタ３３０Ａの下流側であって燃料電池１００Ａの近傍に配置され、水素供給路３１０Ａの圧力を検出する。第１燃料電池サブシステム１０Ａでは、圧力センサ３４０Ａにより検出される圧力は、アノード側圧力として扱われる。アノードオフガス排出路３６０Ａは、燃料電池１００Ａから排出されたアノードオフガスを気液分離器３７０Ａに送る。気液分離器３７０Ａは、燃料電池１００Ａから排出された液水混じりのアノードオフガスから、液水および窒素ガス等の不純物ガスを分離する。循環流路３８５Ａは、気液分離器３７０Ａと水素供給路３１０Ａとを接続する。この接続箇所は、インジェクタ３３０Ａと圧力センサ３４０Ａとの間に位置する。循環ポンプ３８０Ａは、循環流路３８５Ａに配置され、液水および窒素ガス等の不純物ガスを分離後のアノードオフガス、すなわち電気化学反応に用いられなかった水素を含むガスを、水素供給路３１０Ａへと送る。パージ弁３７５Ａは、気液分離器３７０Ａと排気排水路３７８Ａとに接続され、気液分離器３７０Ａと排気排水路３７８Ａとの連通および遮断を制御する。パージ弁３７５Ａが開くことにより、気液分離器３７０Ａによって分離された液水および不純物ガスは、排気排水路３７８Ａおよび空気排出路４２０Ａを介して外部へと排出される。
空気給排系４００Ａは、酸化ガスとしての酸素を含む空気を燃料電池１００Ａに供給し、また、燃料電池１００Ａから排出されるカソードオフガスを外部に排出する。空気給排系４００Ａは、空気供給路４１０Ａと、エアコンプレッサ４４０Ａと、空気排出路４２０Ａと、バイパス路４３０Ａと、分流弁４５０Ａと、調圧弁４６０Ａとを備える。
空気供給路４１０Ａは、燃料電池１００Ａへと供給される空気の流路を構成している。空気供給路４１０Ａには、エアコンプレッサ４４０Ａや図示しないセンサおよびインタークーラ等が配置されている。エアコンプレッサ４４０Ａは、空気供給路４１０Ａに配置され、空気を圧縮して燃料電池１００Ａのカソードへと送出する。上述の図示しないセンサ等とは、例えば、外気温を検出する温度センサ、大気圧を検出する大気圧センサ、空気の流量を検出するエアフローメータ、エアコンプレッサ４４０Ａから送出される空気の圧力を検出する圧力センサ、燃料電池１００Ａのカソードに供給される空気の温度を検出する温度センサ等が該当する。空気排出路４２０Ａは、燃料電池１００Ａから排出されるカソードオフガスである空気とバイパス路４３０Ａに分流された空気とを、マフラ４７０Ａを介して外部へ排出する。バイパス路４３０Ａは、空気供給路４１０Ａと空気排出路４２０Ａとを連通する。分流弁４５０Ａは、空気供給路４１０Ａに配置されてバイパス路４３０Ａと接続され、燃料電池１００Ａおよびバイパス路４３０Ａへの空気の流量を調節する。調圧弁４６０Ａは、空気排出路４２０Ａにおいてバイパス路４３０Ａとの接続部位よりも燃料電池１００Ａ側に配置されている。調圧弁４６０Ａは、カソードの圧力を調整する。
冷却系５００Ａは、燃料電池１００Ａを含む循環路に冷媒を流すことにより、燃料電池１００Ａの温度を調整する。冷却系５００Ａは、冷媒供給路５２０Ａと、冷媒排出路５３０Ａと、ラジエータ５１０Ａと、バイパス路５４０Ａと、三方弁５６０Ａと、冷媒ポンプ５５０Ａとを備える。冷媒供給路５２０Ａは、冷媒としての冷却水を燃料電池１００Ａに供給する。なお、冷却水に代えて、エチレングリコール等の不凍液や空気等を用いてもよい。冷媒排出路５３０Ａは、燃料電池１００Ａから排出された冷媒をラジエータ５１０Ａへと送る。ラジエータ５１０Ａは、冷媒を放熱する。バイパス路５４０Ａは、冷媒供給路５２０Ａと冷媒排出路５３０Ａとを連通する。三方弁５６０Ａは、ラジエータ５１０Ａとバイパス路５４０Ａへの冷媒の流量を調整する。冷媒ポンプ５５０Ａは、冷媒供給路５２０Ａに配置され、冷媒を循環させる。また、冷却系５００Ａは、図示しないイオン交換器や、冷媒の温度を検出する図示しない温度センサ等を備える。
電源回路６００Ａは、図示しない昇圧コンバータ、昇圧および降圧コンバータ、インバータ等を含み、燃料電池１００Ａと、モータジェネレータ７１１と、二次電池６４０Ａとにそれぞれ電気的に接続されている。電源回路６００Ａは、第１燃料電池サブシステム１０Ａから出力される電力をモータジェネレータ７１１に供給する。また、電源回路６００Ａは、二次電池６４０Ａの放電により得られる電力をモータジェネレータ７１１に供給する。また、電源回路６００Ａは、モータジェネレータ７１１から出力される回生電力および第１燃料電池サブシステム１０Ａから出力される電力を、二次電池６４０Ａに供給する。
制御装置８００は、制御対象装置であるインジェクタ３３０Ａおよびインジェクタ３３０Ｂを制御する。制御装置８００は、図示しない主制御装置と同様にＥＣＵにより構成されている。なお、制御装置８００を、主制御装置の一部として構成してもよい。制御装置８００は、目標値取得部８１０と、制御部８２０と、目標なまし値算出部８３０と、状態特定部８４０と、異常判定部８５０と、測定値取得部８６０とを備える。目標値取得部８１０と、制御部８２０と、目標なまし値算出部８３０と、状態特定部８４０と、異常判定部８５０と、測定値取得部８６０とは、いずれも制御装置８００が有する図示しないＣＰＵが記憶装置に予め記憶されている制御プログラムを実行することにより機能する機能部として構成されている。
目標値取得部８１０は、主制御装置から、予め定められた演算周期毎にアノード側圧力の目標値（以下、単に「目標値」とも呼ぶ）を取得する。主制御装置は、燃料電池システム１０への要求出力に応じて各燃料電池サブシステム１０Ａ、１０Ｂのアノード側圧力の目標値を演算周期毎に算出している。燃料電池システム１０への要求出力は、例えば、車両の運転者によるアクセルペダルの踏み込み量が増加した場合等に増加する。そして、この場合、目標値は増加することとなる。なお、各燃料電池サブシステム１０Ａ、１０Ｂに制御装置（以下、「ＦＣ制御装置」と呼ぶ）を設け、かかるＦＣ制御装置が各燃料電池サブシステム１０Ａ、１０Ｂのアノード側圧力の目標値を演算周期毎に算出してもよい。かかる構成においては、ＦＣ制御装置は、主制御装置から各燃料電池サブシステム１０Ａ、１０Ｂへの要求電力の値を演算周期毎に取得し、かかる要求電力の値に基づき目標値を算出してもよい。そして、目標値取得部８１０は、各ＦＣ制御装置から目標値を取得してもよい。
制御部８２０は、目標値取得部８１０により取得された目標値と、圧力センサ３４０Ａにより測定されるアノード側圧力の実測値とを用いてインジェクタ３３０Ａをフィードバック制御する。同様に、制御部８２０は、目標値取得部８１０により取得された目標値と、圧力センサ３４０Ｂにより測定されるアノード側圧力の実測値とを用いてインジェクタ３３０Ｂを制御する。インジェクタ３３０Ａの制御とインジェクタ３３０Ｂの制御とは互いに同様であるので、以後、インジェクタ３３０Ａの制御を代表して説明し、インジェクタ３３０Ｂの制御についての説明は省略する。目標なまし値算出部８３０は、目標なまし値を算出する。目標なまし値とは、目標値の時間的変化を鈍化させた値を意味する。目標なまし値の詳細については後述する。
状態特定部８４０は、後述の状態判断処理を実行してアノード側圧力の状態を特定する。「アノード側圧力の状態」には、過渡状態と非過渡状態とが含まれる。本実施形態において、「過渡状態」とは、或る非過渡状態から別の非過渡状態に変化するときの状態であって、その時間的変化と目標値の時間的変化との差が大きい状態を意味する。本実施形態において、「非過渡状態」とは、アノード側圧力が一定である状態と、或る非過渡状態から他の非過渡状態に変化するときの状態であって、その時間的変化と目標値の時間的変化との差が小さい状態とを含む。本実施形態において、過渡状態における目標値の時間的変化は、インジェクタ３３０Ａがその応答性能の上限速度で動作した場合のアノード側圧力の時間的変化（以下、「上限時間的変化」と呼ぶ）よりも大きい。「インジェクタ３３０Ａの応答性能の上限速度」とは、制御部８２０からの指示に応じてインジェクタ３３０Ａが水素ガスの噴射量を変化させる際の最大の時間変化率を意味する。制御部８２０から指示された目標値を実現するために上限時間的変化が必要である場合、インジェクタ３３０Ａの噴射量を変化させることにより、かかる指示を実現することができる。これに対して、制御部８２０から指示された目標値を実現するために、上限時間的変化よりも大きな時間的変化が必要である場合、インジェクタ３３０Ａの噴射量を変化させても、かかる指示を実現することができない。したがって、本実施形態における「過渡状態」とは、目標値の時間的変化が、インジェクタ３３０Ａの噴射量の変化により追従可能な程度を超えている状態ということができる。
異常判定部８５０は、後述の異常状態判定処理を実行して、インジェクタ３３０Ａの動作状態が異常状態であるか否かを判定する。測定値取得部８６０は、圧力センサ３４０Ａ、３４０Ｂによるアノード側圧力の測定値を取得する。
上述の構成を有する燃料電池システム１０では、アノード側圧力の状態を判断するために、後述の状態判断処理が実行される。かかる状態判断処理が実行されることにより、アノード側圧力が過渡状態であるか否かを誤判定することが抑制される。また、燃料電池システム１０では、インジェクタ３３０Ａの動作状態が異常状態であるか否かを判定するために、後述の異常状態判定処理が実行される。かかる異常状態判定処理では、状態判断処理により特定されたアノード側圧力の状態を考慮して異常状態であるか否かが判定される。
Ａ２．状態判断処理：
図２は、状態判断処理の手順を示すフローチャートである。車両の図示しないスタータスイッチが押されて燃料電池システム１０が起動すると、制御装置８００により状態判断処理が実行される。
目標値取得部８１０は、主制御部から目標値を取得する（ステップＳ１０５）。目標なまし値算出部８３０は、ステップＳ１０５で取得された目標値を用いて目標なまし値を算出する（ステップＳ１１０）。具体的には、目標なまし値算出部８３０は、下記式（１）により目標なまし値を算出する。
Ｙ（ｎ＋１）＝Ｙ（ｎ）＋［Ｔｇ－Ｙ（ｎ）］／Ｋ ・・・（１）
上記式（１）において、Ｙ（ｎ＋１）は今回（第ｎ＋１回目）の演算周期における目標なまし値、すなわち、ステップＳ１１０における算出対象を示し、Ｙ（ｎ）は１つ前（第ｎ回目）の演算周期における目標なまし値を示し、Ｔｇは目標値を示し、Ｋは定数である。定数Ｋは、なまし定数とも呼ばれ、本実施形態では、時定数を演算周期で割って得られる値である。上記式（１）は、目標値と前回の目標なまし値との差分に対していわゆる一次遅れ処理を行い、得られた値に前回の目標なまし値を足し合わせることを意味する。一次遅れ処理は、一般に、演算周期をＴとし、時定数をｔとした場合には、入力信号（目標値）Ｘに対して下記式（２）の演算を行うことによって一次遅れ信号Ｘｄを求める処理を意味する。
Ｘｄ＝Ｘ｛１－ＥＸＰ（－Ｔ／ｔ）｝ ・・・（２）
ここで、｛１－ＥＸＰ（－Ｔ／ｔ）｝はＴ／ｔが１より十分に小さい場合にＴ／ｔと等しいとみなすことができる。このため、上記（２）の演算とは、ｔ／ＴをＫ（なまし定数）とした場合に、目標値と前回の目標なまし値との差分（［Ｔｇ－Ｙ（ｎ）］）をなまし定数Ｋで割る演算を意味する。
図３は、目標値および目標なまし値の時間的変化を示す説明図である。図３において、横軸は時刻を示し、縦軸はアノード側圧力を示す。また、図３において、太い実線の時間的変化ｙ１は目標値の時間的変化を示し、細い実線の時間的変化ｙ２は目標なまし値の時間的変化を示す。なお、時刻ｔ０において、アノード側圧力は圧力Ｐ０で非過渡状態であるものとする。なお、図３では、インジェクタ３３０Ａの動作状態が異常状態である場合の、圧力センサ３４０Ａによるアノード側圧力の実測値の時間的変化ｍ１を破線で示している。
目標値は、時刻ｔ０から増加し、時刻ｔ１からｔ２まで減少に転じ、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで再び増加し、アノード側圧力が最終目標圧力Ｐｔｇに達した時刻ｔ３以降変化していない。このような目標値の時間的変化ｙ１は、例えば、以下のような状況において生じ得る。主制御装置は、要求出力から求められるアノード側圧力が圧力Ｐ０よりも大きな圧力Ｐｔｇである場合、演算周期毎に目標値を少しずつ増加させていく。しかし、時刻ｔ１において、運転者がアクセルペダルの踏み込み量を減らした等の理由により要求出力が減少すると、目標値は減少する。しかし、時刻ｔ２において再びアクセルペダルの踏み込み量が増加に転じ、要求出力から求められるアノード側圧力が再び圧力Ｐｔｇに設定されると、主制御装置は、演算周期毎に目標値を再び少しずつ増加させていく。その後、アノード側圧力が圧力Ｐｔｇに達すると、主制御装置は、目標値を圧力Ｐｔｇで維持するようにする。このような状況において、目標値の時間的変化ｙ１は起こり得る。
図３に示すように、目標値の時間的変化ｙ１を時間的に鈍化させた目標なまし値の時間的変化ｙ２では、時刻ｔ０から次第に増加し、時刻ｔ２を越えて若干減少するものの直ぐに再び増加に転じ、時刻ｔ５に圧力Ｐｔｇに達する。時刻ｔ５以降、圧力Ｐｔｇが維持されている。上述のように、目標値は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に一時的に減少している。しかし、目標なまし値では、かかる減少変化が時間的に鈍化されて小さな変化として現れるに過ぎない。
各時刻における目標なまし値（時間的変化ｙ２の値）は、目標値（時間的変化ｙ１の値）よりも小さい。したがって、目標なまし値が圧力Ｐｔｇに達する時刻ｔ５は、目標値が圧力Ｐｔｇに達する時刻ｔ３よりも後となっている。また、最終的な目標値である圧力Ｐｔｇに近い状況では、目標値と目標なまし値との差分（以下、「第１差分」と呼ぶ）Δｙは、時間の経過とともに次第に小さくなっている。そして、時刻ｔ５において、第１差分Δｙは０（ゼロ）となる。本実施形態では、目標値と目標なまし値との関係が上述のような関係となるように、式（１）におけるなまし定数Ｋを設定している。なまし定数Ｋの設定方法については、後述する。
図２に示すように、状態特定部８４０は、目標値と目標なまし値との差分（第１差分）を算出する（ステップＳ１１５）。状態特定部８４０は、ステップＳ１１５で算出された第１差分が第１閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０における第１閾値の設定方法については、後述する。状態特定部８４０は、第１差分が第１閾値以下であると判定された場合に（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、アノード側圧力は非過渡状態であると判断する（ステップＳ１２５）。これに対して、状態特定部８４０は、第１差分が第１閾値以下でない、すなわち、第１閾値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、アノード側圧力は過渡状態であると判断する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０の実行後、ステップＳ１０５に戻る。なお、ステップＳ１２５、Ｓ１３０の判断結果は、制御装置８００が備える図示しない記憶装置に記憶される。
Ａ３．異常状態判定処理：
図４は、異常状態判定処理の手順を示すフローチャートである。車両の図示しないスタータスイッチが押されて燃料電池システム１０が起動すると、異常判定部８５０により異常状態判定処理が実行される。
異常判定部８５０は、圧力センサ３４０Ａによる検出結果からアノード側圧力の実測値（以下、単に「圧力実測値」と呼ぶ）を取得する（ステップＳ２０５）。異常判定部８５０は、主制御装置から目標値を取得する（ステップＳ２１０）。異常判定部８５０は、ステップＳ２１０で取得された目標値とステップＳ２０５で取得された圧力実測値との差分（以下、「第２差分」と呼ぶ）を算出する（ステップＳ２１５）。
異常判定部８５０は、第２差分が第２閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。第２差分が閾値以上でない、すなわち、第２差分が第２閾値よりも小さいと判定された場合（ステップＳ２２０：ＮＯ）、異常判定部８５０は、アノード側圧力は異常状態ではないと判定する（ステップＳ２２５）。本実施形態では、ステップＳ２２５の実行とは、すなわち、正常状態であると判定することを意味する。
第２差分が第２閾値以上であると判定された場合（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）、異常判定部８５０は、アノード側圧力が過渡状態であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。このステップＳ２３０は、制御装置８００に記憶されている上述の状態判断処理の結果に基づき実行される。アノード側圧力が過渡状態であると判定された場合（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、上述のステップＳ２２５が実行される。すなわち、アノード側圧力は異常状態でないと判定される。これに対して、アノード側圧力が過渡状態でないと判定された場合（ステップＳ２３０：ＮＯ）、異常判定部８５０は、インジェクタ３３０Ａの動作状態は異常状態である判定する（ステップＳ２３５）。
第２閾値が第１閾値よりも大きな値に設定されている場合には、第１閾値以下に設定されている場合に比べて、正常状態から異常状態に実際に変化してから異常状態であると判定されるまでに長時間を要してしまう。他方、第２閾値が第１閾値よりも小さな値に設定されている場合には、第１差分Δｙが第１閾値に達して非過渡状態であると判定された際に、仮にアノード側圧力の実測値が未だ最終目標圧力Ｐｔｇに達していない場合には、最終目標圧力Ｐｔｇに向かってアノード側圧力が正常に変化（増加）しているにも関わらず実測値と最終目標圧力Ｐｔｇとの差分が第２閾値以上であるために異常状態であると誤判定するおそれがある。そこで、本実施形態では、第２閾値は、第１閾値と等しい値に設定されている。但し、第２閾値を第１閾値とは異なる値に設定してもよい。
例えば、図３に示す時刻ｔ４において、第１差分Δｙが、第１閾値Ｔｈ１に達した場合、アノード側圧力は非過渡状態であると判定される。したがって、時刻ｔ４以降において、第２差分が第２閾値以上となった場合には、インジェクタ３３０Ａの動作状態は異常状態であると判定される。例えば、図３に示すように、インジェクタ３３０Ａの故障等により、時刻ｔ６から圧力Ｐｔｇと圧力実測値ｍ１との差分である第２差分ΔＰが次第に増加して、第２差分ΔＰが第２閾値Ｔｈ２に達した時刻ｔ７以降では、インジェクタ３３０Ａの動作状態は異常状態であると判定されることになる。
Ａ４．なまし定数Ｋおよび第１閾値の設定方法：
図５および図６は、上述のなまし定数Ｋの算出方法を説明するための説明図である。図５および図６の横軸および縦軸は、図３の横軸および縦軸と同じであるので、その説明を省略する。なまし定数Ｋおよび第１閾値は、予め机上で算出されて制御装置８００に設定されている。本実施形態では、なまし定数Ｋは、以下の手順により設定されている。ただし、かかる設定方法はあくまでも一例であり、実機を用いて実験を行って適切な値を求めて設定してよい。
まず、インジェクタ３３０Ａの応答性能の上限で動作した場合のアノード側圧力の時間的変化（以下、「上限時間的変化」と呼ぶ）Ｒ１を特定する。上限時間的変化Ｒ１は、例えば、目標値が瞬時に最終目標圧力に上昇した場合に得られる実際のアノード側圧力の時間的変化として特定される。目標値が瞬時に最終目標圧力に上昇する場合としては、例えば、インジェクタ３３０Ａの応答性能の上限で動作させるために意図的に目標値を瞬時に上昇させる場合が想定される。このようにインジェクタ３３０Ａの応答性能の上限で動作させる場合としては、例えば、圧力変化を用いて短時間でアノード側を排水掃気する場合や、水素不足による発電不良が疑われる場合や、アクセルペダルの踏み込み量が最大であるために最大の電力出力を短時間で実現する場合などが該当する。
図５の例では、時刻ｔ１０に、圧力Ｐ０から最終目標圧力Ｐｔｇに上昇するような目標値Ｓ１が設定された場合の実際のアノード側圧力の時間的変化（上限時間的変化Ｒ１）が描かれている。このような上限時間的変化Ｒ１は、予め実験等により求められている。上限時間的変化Ｒ１では、時刻ｔ１０において圧力Ｐ０から上昇を開始し、時刻ｔ１４において最終目標圧力Ｐｔｇに達している。しかし、製品ばらつき等により、最終目標圧力Ｐｔｇに達する時刻にはばらつきが存在し、図５に示す時刻ｔ１４から時刻ｔ１６までの時間的ずれｄｔａが予想されている。
次に、上限時間的変化Ｒ１に上記式（１）を適用して目標なまし値を算出する。このとき、上記なまし定数Ｋのうち、時定数ｔを変化させて複数の目標なまし値の時間的変化、すなわち、演算周期毎の目標なまし値を算出する。図６の例では、４つの目標なまし値の時間的変化ｙｃ１～ｙｃ４が描かれている。目標なまし値の時間的変化ｙｃ１～ｙｃ４のうち、時間的変化ｙｃ１は時定数ｔが最も大きい場合の時間的変化を示し、時間的変化ｙｃ２は時定数ｔが２番目に大きい場合の時間的変化を示し、時間的変化ｙｃ３は時定数ｔが３番目に大きい場合の時間的変化を示し、時間的変化ｙｃ４は時定数ｔが最も小さい場合の時間的変化を、それぞれ示す。
次に、算出された目標なまし値の時間的変化のうち、最終目標圧力Ｐｔｇに達する時刻が、時刻ｔ１４から時刻ｔ１６までの間となる目標なまし値の時間的変化を特定する。図６の例では、時間的変化ｙｃ１における最終目標圧力Ｐｔｇに達する時刻は、時刻ｔ１６よりも遅い。また、時間的変化ｙｃ４における最終目標圧力Ｐｔｇに達する時刻は、時刻ｔ１４よりも早い。これに対して、２つの時間的変化ｙｃ２、ｙｃ３における最終目標圧力Ｐｔｇに達する時刻は、時刻ｔ１４から時刻ｔ１６までの間の時刻である。このため、２つの目標なまし値の時間的変化ｙｃ２、ｙｃ３が特定される。なお、このように、最終目標圧力Ｐｔｇに達する時刻が時刻ｔ１４から時刻ｔ１６までの間の時刻である時間的変化ｙｃ２、ｙｃ３では、各演算周期において、上限時間的変化Ｒ１よりも小さな値となっている。
次に、特定された目標なまし値の時間的変化ｙｃ２、ｙｃ３のうち、上限時間的変化Ｒ１との差が最も大きな時間的変化が特定され、かかる時間的変化を算出した際に用いられた時定数ｔから求められるなまし定数Ｋが、上述のステップＳ１１０において目標なまし値を算出する際に用いられる。図６の例では、２つの目標なまし値の時間的変化ｙｃ２、ｙｃ３のうち、時間的変化ｙｃ２が上限時間的変化Ｒ１との差が最も大きい。このため、目標なまし値の時間的変化ｙｃ２を算出した際に用いられた時定数ｔを用いて算出されるなまし定数Ｋが、目標なまし値を算出する際に用いられるなまし定数Ｋとして設定される。
上述のように、４つの目標なまし値の時間的変化のうち、最終目標圧力Ｐｔｇに達する時刻が時刻ｔ１６よりも遅い時間的変化ｙｃ１を除く理由について、図７を用いて説明する。
図７は、図６に示す目標値Ｓ１と上限時間的変化Ｒ１と時間的変化ｙｃ１とを抜き出して示す説明図である。
仮に、ステップＳ１０５において、目標値として目標値Ｓ１が取得された場合、インジェクタ３３０Ａは応答性能の上限で動作し、そのときのアノード側圧力の時間的変化は、上限時間的変化Ｒ１となる。ここで、ステップＳ１１０で得られる目標なまし値が時間的変化ｙｃ１であった場合、目標値と目標なまし値との差分である第１差分Δｙが第１閾値Ｔｈ１に達する時刻は、時刻ｔ１５となる。この時刻ｔ１５は、最終目標圧力Ｐｔｇから第１閾値Ｔｈ１だけ低い圧力Ｐ３に達する時刻である。ここで、アノード側圧力の実測値の変化は、上限時間的変化Ｒ１であるため、圧力Ｐ３に達する時刻ｔ１２は、上述の時刻ｔ１５に比べて早い。したがって、時刻ｔ１２には、実際には非過渡状態であると判断すべきである。しかし、時間的変化ｙｃ１によれば、時刻ｔ１２よりも非常に遅い時刻ｔ１５まで待たないと非過渡状態であると判断できない。このため、例えば、時刻ｔ１２の直後にインジェクタ３３０Ａの故障等により、アノード側圧力の実測値が圧力Ｐｔｇから大きく外れたとしても、過渡状態であると判断されているため、異常状態判定処理のステップＳ２２５が実行されて異常状態ではないと誤判定されてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、実際には非過渡状態であるにも関わらず過渡状態であると判断する期間が長くなる時間的変化ｙｃ１を除外するようにしている。
また、４つの目標なまし値の時間的変化のうち、最終目標圧力Ｐｔｇに達する時刻が時刻ｔ１４よりも早い時間的変化ｙｃ４を除く理由について、図８を用いて説明する。なお、図６に示すように、時間的変化ｙｃ４では、各演算周期において上限時間的変化Ｒ１よりも大きな値となっている。
図８は、図６に示す目標値Ｓ１と上限時間的変化Ｒ１と時間的変化ｙｃ４とを抜き出して示す説明図である。
仮に、ステップＳ１０５において、目標値として目標値Ｓ１が取得された場合、インジェクタ３３０Ａは応答性能の上限で動作し、そのときのアノード側圧力の時間的変化は、上限時間的変化Ｒ１となる。ここで、ステップＳ１１０で得られる目標なまし値が時間的変化ｙｃ４であった場合、目標値と目標なまし値との差分である第１差分Δｙが第１閾値Ｔｈ１に達する時刻は、時刻ｔ１１となる。この時刻ｔ１１は、最終目標圧力Ｐｔｇから第１閾値Ｔｈ１だけ低い圧力Ｐ３に達する時刻である。ここで、アノード側圧力の実測値の変化は、上限時間的変化Ｒ１であるため、圧力Ｐ３に達する時刻ｔ１２は、上述の時刻ｔ１１に比べて遅い。時刻ｔ１１には、実際には、過渡状態であると判定すべきである。しかし、時間的変化ｙｃ４によれば、時刻ｔ１１に達すると非過渡状態であると誤判定されてしまう。しかし、時刻ｔ１１では、実際には過渡状態であるので、最終目標圧力Ｐｔｇとアノード側圧力の実測値との差分は未だ大きい。このため、時刻ｔ１１～ｔ１２の間には、異常状態判定処理のステップＳ２３５が実行されて異常状態であると誤判定されてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、実際には過渡状態であるにも関わらず非過渡状態であると判断されることを避けるため、時間的変化ｙｃ４を除外するようにしている。
次に、第１閾値の設定方法について説明する。第１閾値をより小さな値に設定するほど、非過渡状態であると判断するタイミングが遅くなる。その結果、実際には既に過渡状態から非過渡状態に変化しているにもかかわらず過渡状態であると判断するおそれがある。この場合、実際には異常状態であるにも関わらず正常状態であると誤判定するおそれがある。他方、第１閾値をより大きな値に設定するほど、第１閾値と同じ値である第２閾値の値も大きな値となる。このため、異常状態が発生して測定値が最終目標圧力Ｐｔｇから大きくずれるまで異常状態であると判定できない。そこで、過渡状態から非過渡状態に変化したことを判断するタイミングの遅延と、インジェクタ３３０Ａの動作状態が異常状態であると判定するタイミングの遅延とを鑑みて、適切な値を設定することができる。
以上説明した実施形態の制御装置８００によれば、目標値を用いて目標なまし値が算出され、かかる目標なまし値と目標値との差分である第１差分Δｙが第１閾値Ｔｈ１以上の場合に過渡状態であると判断し、第１閾値Ｔｈ１よりも小さい場合に非過渡状態であると判断されるので、従来技術のように目標値と制御量を比較する構成に比べて過渡状態であるか否かの誤判定を抑制できる。すなわち、目標なまし値は目標値の時間的変化を鈍化させた値であるので、目標値の変化が短時間の間に急激に変わって再び元に戻った場合にかかる急激な変化を大きな変化として表れにくくでき、過渡状態であるにも関わらず非過渡状態であると誤判定することを抑制できる。加えて、目標なまし値は、目標なまし値と目標値との差分である第１差分が、制御対象装置が応答性能の上限で動作した場合の制御量と目標値との差分以上となる値であるので、制御量が実際には過渡状態であるにも関わらずに非過渡状態であると誤判定することを抑制できる。
また、第２差分が第２閾値よりも小さい場合に、動作状態を異常状態ではないと判定し、第２差分が第２閾値以上であり、且つ、制御量は過渡状態であると判断されている場合に、動作状態を異常状態ではないと判定し、第２差分が第２閾値以上であり、且つ、制御量は非過渡状態であると判断されている場合に、動作状態を異常状態であると判定するので、異常状態であるか否かを精度良く判定できる。
また、時定数ｔを調整することにより目標なまし値の時間的変化の程度（緩慢さ）を調整することができる。したがって、製品ばらつき等により制御対象装置の応答性能の上限にばらつきが生じるような場合であっても、時定数ｔを調整することにより、適切な目標なまし値を算出できる。
Ｂ．その他の実施形態：
Ｂ１．その他の実施形態１：
上記実施形態では、目標なまし値を求める際に、目標値と前回の目標なまし値との差分に対していわゆる一次遅れ処理を行っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、一次遅れ処理を実行した後に、さらにもう１回一次遅れ処理を行う二次遅れ処理を実行してもよい。すなわち、目標値と前回の目標なまし値との差分に対していわゆる一次遅れ処理を行って得られた値を、新たな前回の目標なまし値とし、目標値と新たな前回の目標なまし値との差分に対してさらに一次遅れ処理を実行してもよい。また、例えば、目標値と前回の目標なまし値との差分に対していわゆる移動平均の算出処理を行ってもよい。移動平均としては、単純移動平均や、加重移動平均や、指数移動平均等の任意の手法を採用してもよい。また、例えば、目標値と前回の目標なまし値との差分に対してレート処理を実行してもよい。レート処理とは、差分値に対して上限値と下限値とのうちの少なくとも一方の限界値を予め設定しておき、差分値が限界値を超える場合には、差分値を限界値に置き換える処理を意味する。上述のような二次遅れ処理、移動平均の算出処理、レート処理を行った場合も、一次遅れ処理を行った場合と同様に、かかる処理結果を目標値と置き換えた場合に、目標値の時間的変化を鈍化できる。
Ｂ２．その他の実施形態２：
上記実施形態の異常状態判定処理において、カソード側圧力の実測値が第２閾値以上であり、且つ、過渡状態ではないと判定された場合にインジェクタ３３０Ａの動作状態が異常状態であると判定されていたが、本発明はこれに限定されない。この場合に、水素給排系３００Ａが異常状態であると判定されてもよい。かかる構成では、インジェクタ３３０Ａ、タンク３９０Ａおよび３９０Ｂ、主止弁３９５Ａおよび３９５Ｂ、減圧弁３２０Ａ、圧力センサ３４０Ａ、気液分離器３７０Ａ、循環ポンプ３８０Ａ、水素供給路３１０Ａ、アノードオフガス排出路３６０Ａ、循環流路３８５Ａ、連通路３１２のいずれか１つ以上の異常が発生したものと判定できる。
Ｂ３．その他の実施形態３：
上記実施形態において、状態判断処理により過渡状態または非過渡状態であると特定される対象（以下、「状態判断対象」と呼ぶ）は、アノード側圧力であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、状態判断対象は、カソード側圧力であってもよい。かかる構成においては、空気供給路４１０Ａまたは空気排出路４２０Ａに設けられた圧力センサの実測値と目標値との差分が第２閾値以上となり且つ過渡状態ではない場合に、空気給排系４００Ａの異常状態、すなわち、エアコンプレッサ４４０Ａ、分流弁４５０Ａ、調圧弁４６０Ａ、空気供給路４１０Ａ、空気排出路４２０Ａのいずれか１つ以上の要素に異常が発生していると判定してもよい。また、例えば、状態判断対象は、カソード側の空気の供給流量であってもよい。かかる構成においては、空気供給路４１０Ａにおけるエアコンプレッサ４４０Ａの下流側にマスフローメータを配置し、かかるマスフローメータの実測値が第２閾値以上となり且つ過渡状態ではない場合に、エアコンプレッサ４４０Ａの動作状態が異常状態であると判定してもよい。また、例えば、状態判断対象は、燃料電池１００Ａの温度であってもよい。かかる構成においては、冷媒供給路５２０Ａにおける燃料電池１００Ａの近傍に温度センサを設け、かかる温度センサにより測定される温度を燃料電池１００Ａの温度として測定する。そして、温度センサの実測値が第２閾値以上となり且つ過渡状態ではない場合に、冷却系５００Ａの異常状態、すなわち、冷媒ポンプ５５０Ａ、ラジエータ５１０Ａ、三方弁５６０Ａ、冷媒供給路５２０Ａ、冷媒排出路５３０Ａ、バイパス路５４０Ａのいずれか１つ以上の要素に異常が発生していると判定してもよい。また、例えば、状態判断対象は、燃料電池１００Ａの出力電流値であってもよい。かかる構成においては、電源回路６００Ａに電流センサを設け、かかる電流センサの実測値が第２閾値以上となり且つ過渡状態ではない場合に、燃料電池１００Ａおよび電源回路６００Ａのうちの少なくとも一方が異常状態であると判定してもよい。このように、燃料電池システム１０における様々な制御対象装置（インジェクタ３３０Ａ、エアコンプレッサ４４０Ａ、冷媒ポンプ５５０Ａ、電源回路６００Ａ等）の動作に応じて変化し得る任意の制御量を、状態判断対象としてもよい。
また、制御対象装置は、燃料電池システム１０に含まれる要素であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、内燃機関を備える車両において、内燃機関を冷却するための冷媒の循環用のポンプを制御対象装置としてもよい。かかる構成においては、内燃機関の温度、すなわち、冷媒の温度が状態判断対象とされ、冷媒の温度が第２閾値以上となり且つ過渡状態ではない場合に、冷媒の循環用ポンプの動作状態が異常であると判定してもよい。また、制御対象装置は、車両に搭載されるものに限らず、車両以外の任意の移動体に搭載されるもの、或いは、土地や建物に固定設置されるものであってもよい。例えば、家屋や工場等において電力供給源として固定設置されて用いられる燃料電池システムの構成要素であってもよい。
Ｂ４．その他の実施形態４：
上記実施形態において、目標値は、圧力Ｐ０から最終目標圧力Ｐｔｇへと増加していたが、減少する場合であってもよい。かかる構成においては、各時刻における目標なまし値は、目標値よりも大きくなる。しかし、かかる構成においても、目標値と目標なまし値との差分は、目標値と上限時間的変化との差分以上となる。すなわち、一般には、目標なまし値算出部８３０は、目標値の時間的変化を鈍化させた目標なまし値であって、目標なまし値と目標値との差分が、制御対象装置が応答性能の上限で動作した場合の制御量の値と目標値との差分以上である目標なまし値を、算出してもよい。また、図６および図８に示す時間的変化ｙｃ４のように、目標なまし値と目標値との差分が、制御対象装置が応答性能の上限で動作した場合の制御量の値と目標値との差分よりも小さな値となるように目標なまし値を算出してもよい。かかる構成においても、図３に示す時刻ｔ１からｔ２における時間的変化ｙ１が発生した場合に、かかる時間的変化を鈍化でき、過渡状態であるにも関わらず非過渡状態であると誤判定することを抑制できる。
Ｂ５．その他の実施形態５：
上記異常状態判定処理の結果、異常状態であると判定された場合、以下のような処理を実行してもよい。例えば、インジェクタ３３０Ａの噴射量を増減してもよい。また、循環ポンプ３８０Ａによるガスの流量を増減してもよい。燃料電池１００Ａにおける発電量を減らすように要求出力を低減させてもよい。また、パージ弁３７５Ａを開くことを抑制して、アノードオフガスの排出を抑制してもよい。これらの処理では、制御部８２０は、制御対象装置に対して、正常状態において送信する信号とは異なる特別な信号を送信する。特別な信号とは、例えば、正常状態におけるフィードバック制御によりアノード側圧力と目標値との差分に応じて定められる水素の噴射期間や噴射デューティ値とは異なる噴射時間や噴射デューティ値を含む信号などが該当する。
Ｂ６．その他の実施形態６：
上記実施形態において、状態判断処理の結果、すなわち、過渡状態である或いは非過渡状態であると判断されて結果は、異常状態判定処理に用いられていたが、本発明はこれに限定されない。異常状態判定処理に代えて、または、異常状態判定処理に加えて、他の任意の処理に用いられてもよい。例えば、状態判断処理の結果を画像や音声により運転者に伝える処理に用いられてもよい。
Ｂ７．その他の実施形態７：
上記実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、目標値取得部８１０、制御部８２０、目標なまし値算出部８３０、状態特定部８４０、異常判定部８５０のうちの少なくとも１つの機能部を、集積回路、ディスクリート回路、またはそれらの回路を組み合わせたモジュールにより実現してもよい。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ－ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。
本発明は、上述の実施形態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中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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…第１燃料電池サブシステム
１０Ｂ…第２燃料電池サブシステム
１００Ａ、１００Ｂ…燃料電池
３００Ａ、３００Ｂ…水素給排系
３１０Ａ、３１０Ｂ…水素供給路
３１２…連通路
３２０Ａ、３２０Ｂ…減圧弁
３３０Ａ、３３０Ｂ…インジェクタ
３４０Ａ、３４０Ｂ…圧力センサ
３６０Ａ、３６０Ｂ…アノードオフガス排出路
３７０Ａ、３７０Ｂ…気液分離器
３７５Ａ、３７５Ｂ…パージ弁
３７８Ａ、３７８Ｂ…排気排水路
３８０Ａ、３８０Ｂ…循環ポンプ
３８５Ａ、３８５Ｂ…循環流路
３９０Ａ、３９０Ｂ…タンク
３９５Ａ、３９５Ｂ…主止弁
４００Ａ、４００Ｂ…空気給排系
４１０Ａ、４１０Ｂ…空気供給路
４２０Ａ、４２０Ｂ…空気排出路
４３０Ａ、４３０Ｂ…バイパス路
４４０Ａ、４４０Ｂ…エアコンプレッサ
４５０Ａ、４５０Ｂ…分流弁
４６０Ａ、４６０Ｂ…調圧弁
４７０Ａ、４７０Ｂ…マフラ
５００Ａ、５００Ｂ…冷却系
５１０Ａ、５１０Ｂ…ラジエータ
５２０Ａ、５２０Ｂ…冷媒供給路
５３０Ａ、５３０Ｂ…冷媒排出路
５４０Ａ、５４０Ｂ…バイパス路
５５０Ａ、５５０Ｂ…冷媒ポンプ
５６０Ａ、５６０Ｂ…三方弁
６００Ａ、６００Ｂ…電源回路
６４０Ａ、６４０Ｂ…二次電池
７００…駆動部
７１１、７１２…モータジェネレータ
７２０…トランスアクスル
７２１…ギア
７２２、７２３…回転軸
７２４…プロペラシャフト
７２５…ディファレンシャルギア
７４１、７４２…ドライブシャフト
７５１、７５２…前輪
８００…制御装置
８１０…目標値取得部
８２０…制御部
８３０…目標なまし値算出部
８４０…状態特定部
８５０…異常判定部
８６０…測定値取得部
ΔＰ…第２差分
ｄｔａ…時間的ずれ
Ｐ０、Ｐ３…圧力
Ｐｔｇ…最終目標圧力
Ｒ１…上限時間的変化
Ｓ１…目標値
Ｔｈ１…第１閾値
Ｔｈ２…第２閾値
ｍ１…圧力実測値の時間的変化
ｙｃ１～ｙｃ４…目標なまし値の時間的変化
ｔ０、ｔ１～ｔ１６…時刻
Δｙ…第１差分
ｙ１…目標値の時間的変化
ｙ２…目標なまし値の時間的変化

Claims (5)

  1. 制御対象装置を制御するための制御装置であって、
    前記制御対象装置の動作に応じて変化し得る制御量の目標値であって、予め定められた演算周期毎の目標値を取得する目標値取得部と、
    取得された前記目標値を用いて前記制御対象装置を制御する制御部と、
    前記目標値の時間的変化を鈍化させた目標なまし値を算出する目標なまし値算出部と、
    前記目標値と前記目標なまし値との差分である第１差分を算出し、算出された前記第１差分が予め定められた第１閾値以上の場合に、前記制御量は過渡状態であると判断し、該第１差分が前記第１閾値よりも小さい場合に、前記制御量は、非過渡状態であると判断する状態判断部と、
    を備え、
    さらに、
    前記制御量の測定値を取得する測定値取得部と、
    前記制御対象装置の動作状態を判定する異常判定部と、
    を備え、
    前記異常判定部は、
    前記目標値と、取得された前記測定値との差分である第２差分を算出し、
    算出された前記第２差分が第２閾値よりも小さい場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し、
    算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し、
    算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は非過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態であると判定する、制御装置。
  2. 請求項１に記載の制御装置において、
    前記目標なまし値は、前記目標なまし値と前記目標値との差分である前記第１差分が、前記制御対象装置が応答性能の上限で動作した場合の前記制御量と前記目標値との差分以上となる値である、制御装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
    前記目標なまし値算出部は、前記演算周期毎に、下記式（１）に示す演算式を用いて、前記目標なまし値を算出し、
    Ｙ（ｎ＋１）＝Ｙ（ｎ）＋［Ｔｇ－Ｙ（ｎ）］／Ｋ ・・・（１）
    前記式（１）において、Ｙ（ｎ＋１）は今回の演算周期における前記目標なまし値を示し、Ｙ（ｎ）は１つ前の演算周期における前記目標なまし値を示し、Ｔｇは今回の演算周期における前記目標値を示し、Ｋは定数である、制御装置。
  4. 制御対象装置を制御する制御方法であって、
    前記制御対象装置の動作に応じて変化し得る制御量の目標値であって、予め定められた演算周期毎の目標値を取得する工程と、
    取得された前記目標値を用いて前記制御対象装置を制御する工程と、
    前記目標値の時間的変化を鈍化させた目標なまし値を算出する工程と、
    前記目標値と前記目標なまし値との差分である第１差分を算出し、算出された前記第１差分が予め定められた第１閾値以上の場合に、前記制御量は過渡状態であると判断し、該第１差分が前記第１閾値よりも小さい場合に、前記制御量は、非過渡状態であると判断する工程と、
    を備え、
    さらに、
    前記制御量の測定値を取得する工程と、
    前記制御対象装置の動作状態を判定する異常判定工程と、
    を備え、
    前記異常判定工程は、
    前記目標値と、取得された前記測定値との差分である第２差分を算出し、
    算出された前記第２差分が第２閾値よりも小さい場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し、
    算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し、
    算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は非過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態であると判定する工程を含む、制御方法。
  5. 制御対象装置を制御するためのコンピュータプログラムであって、
    前記制御対象装置の動作に応じて変化し得る制御量の目標値であって、予め定められた演算周期毎の目標値を取得する機能と、
    取得された前記目標値を用いて前記制御対象装置を制御する機能と、
    前記目標値の時間的変化を鈍化させた目標なまし値を算出する機能と、
    前記目標値と前記目標なまし値との差分である第１差分を算出し、算出された前記第１差分が予め定められた第１閾値以上の場合に、前記制御量は過渡状態であると判断し、該第１差分が前記第１閾値よりも小さい場合に、前記制御量は、非過渡状態であると判断する機能と、
    をコンピュータに実現させ、
    さらに、
    前記制御量の測定値を取得する機能と、
    前記制御対象装置の動作状態を判定する異常判定機能と、
    を前記コンピュータに実現させ、
    前記異常判定機能は、
    前記目標値と、取得された前記測定値との差分である第２差分を算出し、
    算出された前記第２差分が第２閾値よりも小さい場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し、
    算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態ではないと判定し、
    算出された前記第２差分が前記第２閾値以上であり、且つ、前記制御量は非過渡状態であると判断されている場合に、前記動作状態を異常状態であると判定する機能を含む、コンピュータプログラム。
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