JP7452515B2 - 燃料電池の燃料ガス供給システムおよびその制御方法 - Google Patents

燃料電池の燃料ガス供給システムおよびその制御方法 Download PDF

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Description

本明細書に開示する技術は、燃料電池の燃料ガス供給システムおよびその制御方法に関する。
特許文献１には、燃料電池スタックと、燃料電池スタックの燃料ガス入口に供給路を介して燃料を供給するインジェクタと、燃料電池スタックの燃料ガス出口から排出路を介して燃料オフガス等を排出する排出弁と、を備えた燃料電池システムが開示されている。特許文献１の技術では、燃料電池システムが備える燃料ガス供給システムの全体をモデル化することで、複数の状態量の各々を推定するとともに目標値に制御している。そのため、複数の状態量の各々を目標値に制御するための手段が、複数部品の動作の組み合わせで実現される構造になっている。例えば、水素分圧および燃料電池スタック入口圧力を含む２つ以上の状態量を制御するために、インジェクタおよび排出弁を含む２つ以上の部品の動作を制御している。
特開２０２０－１４５１８１号公報
特許文献１の技術では、インジェクタや排出弁の仕様変更、配管形状変更など、燃料ガス供給システムの一部の特性が変化すると、燃料ガス供給システム全体のモデルを見直す必要がある。すなわち、燃料ガス供給システム全体の制御ロジックに対して、大規模な動作適合を再度行う必要がある。燃料ガス供給システムを他用途に展開する場合など、燃料ガス供給システムの一部の特性を変更する必要がある場合に、多大な開発工数が必要になってしまう。
本明細書に開示する燃料電池の燃料ガス供給システムは、燃料電池スタックの燃料ガス入口に供給路を介して接続されているインジェクタを備える。インジェクタは燃料ガスを供給する。燃料ガス供給システムは、供給路の圧力である入口圧力を取得する入口圧力取得部を備える。燃料ガス供給システムは、燃料電池スタックの燃料ガス出口に排出路を介して接続されている排出弁を備える。燃料ガス供給システムは、排出路における燃料オフガスの水素分圧を取得する水素分圧取得部を備える。燃料ガス供給システムは、制御部を備える。制御部は、燃料電池スタックに対する要求負荷に基づいて、水素分圧に対応する第１上限値及び第１下限値を特定し、インジェクタが駆動している状態において、水素分圧が第１上限値以上となる場合に、インジェクタの駆動を停止させ、インジェクタが停止している状態において、水素分圧が第１下限値以下となる場合に、インジェクタの駆動を開始させるように構成されている。制御部は、燃料電池スタックに対する要求負荷に基づいて、入口圧力に対応する第２上限値及び第２下限値を特定し、排出弁が閉弁している状態において、入口圧力が第２上限値以上となる場合に、排出弁を開弁させ、排出弁が開弁している状態において、入口圧力が第２下限値以下となる場合に、排出弁を閉弁させるように構成されている。
上記の構成によれば、排出路の水素分圧という１つの状態量を第１上限値と第１下限値との間に制御するために、インジェクタの１つの部品の動作を制御している。また、供給路の入口圧力という１つの状態量を第２上限値と第２下限値との間に制御するために、排出弁の１つの部品の動作を制御している。すなわち、１つの状態量の目標値への制御を、１つの部品の動作で実現することができる。そして、それぞれの状態量の制御を、互いに独立させることができる。従って、燃料ガス供給システムの一部の特性が変化する場合（例：インジェクタを変更する場合）においても、変化した特性に関連する１つの状態量についてのみ、動作適合を行えばよい。これにより、燃料ガス供給システムの一部の特性を変更する場合に、開発工数を大幅に抑制することが可能となる。
燃料ガス供給システムは、排出路と供給路とを接続している循環路をさらに備えていてもよい。燃料ガス供給システムは、循環路上に配置されており、燃料オフガスを供給路へ送出するポンプをさらに備えていてもよい。燃料ガス供給システムは、ポンプの入口における入口水素濃度を取得する入口水素濃度取得部をさらに備えていてもよい。燃料ガス供給システムは、ポンプの吐出流量を取得する流量取得部をさらに備えていてもよい。制御部は、燃料電池スタックに対する要求負荷に基づいて、ポンプから吐出される水素の目標流量値を特定し、入口水素濃度および吐出流量に基づいて、ポンプから吐出される水素の現在流量値を算出し、現在流量値が目標流量値に近づくようにポンプを制御するように構成されていてもよい。この構成によれば、水素の現在流量値という１つの状態量を目標流量値に近づくように制御することを、ポンプの１つの部品の動作で実現することが可能となる。
制御部は、目標流量値と現在流量値との偏差を低減させるようにポンプの回転数をフィードバック制御してもよい。これにより、現在流量値を目標流量値に近づける制御を、適切に実行することが可能となる。
燃料ガス供給システムは、排出路に設けられており、燃料オフガスに含まれている液水を分離して貯留する気液分離器をさらに備えていてもよい。制御部は、気液分離器に貯留される液水が所定量に到達することに応じて、排出弁を開弁して液水を外部へ排出してもよい。これにより、燃料オフガスに含まれている液水を、外部へ排出することが可能となる。
燃料ガス供給システムは、水素分圧に応じたインジェクタの制御の第１のフィードバックゲインを演算する第１の学習モデルを有する第１の機械学習部を備えていてもよい。第１の機械学習部は、インジェクタの操作量と水素分圧の変動量との相関を教師データとして第１の学習モデルを更新してもよい。制御部は、第１の学習モデルによって決定された第１のフィードバックゲインに基づいてインジェクタを制御してもよい。これにより、煩雑な作業を要することなく、第１のフィードバックゲインを適切に調整することができる。インジェクタによる水素分圧の制御において、オーバーシュートの抑制や応答速度の向上を実現することが可能となる。
燃料ガス供給システムは、入口圧力に応じた排出弁の制御の第２のフィードバックゲインを演算する第２の学習モデルを有する第２の機械学習部を備えていてもよい。第２の機械学習部は、排出弁の操作量と入口圧力の変動量との相関を教師データとして第２の学習モデルを更新してもよい。制御部は、第２の学習モデルによって決定された第２のフィードバックゲインに基づいて排出弁を制御してもよい。これにより、煩雑な作業を要することなく、第２のフィードバックゲインを適切に調整することができる。排出弁による入口圧力の制御において、オーバーシュートの抑制や応答速度の向上を実現することが可能となる。
燃料電池システム１の概略構成図である。 燃料ガス供給システム３の動作の一例を示すタイムチャートである。
＜燃料電池システム１の構成＞
図１を参照して、燃料電池システム１について説明する。燃料電池システム１は、例えば、燃料電池自動車に搭載される。燃料電池システム１は、燃料電池スタック２、燃料ガス供給システム３、空気供給システム４、を備えている。
燃料電池スタック２は、水素と酸素の化学反応によって電力を発電する装置である。水素と酸素が化学反応することによって水が生成される。燃料電池スタック２は複数の単セル（図示省略）を備えている。各単セルは、燃料極と空気極を備えており、燃料極に燃料ガス（水素ガス）が供給され、空気極に酸素を含む空気が供給されることによって発電する。燃料電池スタック２で発電された電力は、例えば、燃料電池自動車の走行用モータに供給される。燃料電池スタック２での発電に使用されなかった未反応の燃料ガス（以下では、「燃料オフガス」と記載する）は、燃料電池スタック２から排出される。燃料オフガスには、発電時に生成された水が蒸気の状態で含まれている。
燃料ガス供給システム３は、燃料ガスを燃料電池スタック２に供給する装置である。燃料ガス供給システム３は、燃料タンク１０、インジェクタ２０、気液分離器５０、ポンプ５４、流量計５５、ＥＣＵ１００（Electronic Control Unitの略）、を主に備えている。
燃料タンク１０には、燃料電池スタック２に供給される燃料ガス（本実施例では水素ガス）が貯蔵されている。燃料タンク１０には、第１燃料供給路１２の上流端部が接続されている。第１燃料供給路１２の下流端部は、インジェクタ２０に接続されている。第１燃料供給路１２には、上流側から下流側に向けて順に、主止弁１４、及び、減圧弁１６が設けられている。主止弁１４は、第１燃料供給路１２を開閉する。主止弁１４が開弁すると、燃料タンク１０から燃料電池スタック２に燃料ガスが供給される。減圧弁１６は、第１燃料供給路１２を流れる燃料ガスの圧力を調整する。減圧弁１６は、第１燃料供給路１２を通じて燃料電池スタック２に供給される燃料ガスの圧力を減圧することができる。
インジェクタ２０は、燃料電池スタック２に供給される燃料ガスの圧力及び流量を調整する。インジェクタ２０には、第２燃料供給路２２の上流端部が接続されている。第２燃料供給路２２の下流端部は、燃料電池スタック２の燃料ガス入口２ａに接続されている。インジェクタ２０は、ＥＣＵ１００から入力される制御信号ＩＳによって、開閉状態が制御される。インジェクタ２０の開度及び開弁時間の調整によって、燃料ガスの圧力及び流量が調整される。インジェクタ２０は、例えば電磁弁である。
第２燃料供給路２２には、圧力センサ２４が設けられている。圧力センサ２４は、第２燃料供給路２２内の燃料ガスの圧力である入口圧力ＩＰを測定する。測定された入口圧力ＩＰは、ＥＣＵ１００に入力される。
燃料電池スタック２の燃料ガス出口２ｂには、排ガス路４２の上流端部が接続されている。排ガス路４２の下流端部は、気液分離器５０に接続されている。燃料オフガスは、排ガス路４２を通って、気液分離器５０に供給される。気液分離器５０は、排ガス路４２から気液分離器５０内に導入された燃料オフガスに含まれている水を分離して貯留する。気液分離器５０内に導入された燃料オフガスに含まれている水蒸気が冷やされ、気液分離器５０内に凝縮水（液水）が貯留される。
気液分離器５０には、排気排水路５６の上流端部が接続されている。排気排水路５６には、排気排水弁５８が設けられている。換言すると、排気排水弁５８は、排ガス路４２および排気排水路５６を介して燃料ガス出口２ｂに接続されている。排気排水路５６の下流端部は外部に開放されている。排気排水弁５８は、ＥＣＵ１００から入力される制御信号ＶＳによって、開閉状態が制御される。排気排水弁５８が開弁すると、気液分離器５０内の不要なガス（主に窒素ガス）、及び、液水が外部へ流れる。
ガス循環路５２の上流端部は気液分離器５０に接続されており、下流端部は第２燃料供給路２２に接続されている。換言すると、ガス循環路５２は、排ガス路４２と第２燃料供給路２２とを接続している。ガス循環路５２上には、ポンプ５４および流量計５５が配置されている。ポンプ５４は、気液分離器５０内の燃料オフガスを、第２燃料供給路２２に送出する。第２燃料供給路２２に送出された燃料オフガスは、再び燃料電池スタック２に供給される。ポンプ５４は、ＥＣＵ１００から入力される制御信号ＰＳによって回転数が制御される。１回転あたりの吐出量は既知であるため、回転数を制御することで吐出流量を制御することができる。
流量計５５は、ポンプ５４の吐出流量ＤＲを測定する。測定された吐出流量ＤＲは、ＥＣＵ１００に入力される。
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ１０２と、を備えている。ＥＣＵ１００は、燃料電池スタック２に要求される負荷（要求負荷）を特定し、要求電流が得られるように、インジェクタ２０、排気排水弁５８、ポンプ５４などの各部の動作を制御する。
またＥＣＵ１００は、水素分圧取得部および入口水素濃度取得部として機能する。水素分圧取得部は、排ガス路４２における燃料オフガスの水素分圧ＨＰを推定する部位である。入口水素濃度取得部は、ポンプ５４の入口における入口水素濃度ＨＣを推定する部位である。水素分圧ＨＰおよび入口水素濃度ＨＣの推定処理は、例えば、要求負荷、燃料電池スタック２によって発電されている実際の電力、入口圧力ＩＰや吐出流量ＤＲの測定値、などの各種の情報に基づいて実行することができる。水素分圧ＨＰおよび入口水素濃度ＨＣを推定することにより、これらの値を測定するための実センサを不要とすることができる。従って、燃料ガス供給システム３のコスト低減を図ることができる。また、実センサの寿命や故障等により異常な値が測定されてしまうと、後述する必要要件を守ることができなくなる懸念があるが、推定値を用いることでこの問題を回避することができる。これらの推定処理を実行するための具体的な方法は、特に限定されない。例えば、特開２０２０－１４５１８１号公報および米国特許出願公開第２０２０－０２５１７６０号明細書に記載された方法を採用することができる。特開２０２０－１４５１８１号公報および米国特許出願公開第２０２０－０２５１７６０号明細書の内容全体が、参照により本明細書に援用される。
空気供給システム４は、空気を燃料電池スタック２に供給する装置である。空気供給システム４は、コンプレッサ６２を備えている。コンプレッサ６２は、空気供給路６０上に配置されている。空気供給路６０の上流端部は外部に開放されている。空気供給路６０の下流端部は、燃料電池スタック２に接続されている。コンプレッサ６２は、空気供給路６０に導入された空気を燃料電池スタック２に圧送する。また、燃料電池スタック２には、空気排出路６４の上流端部が接続されている。空気排出路６４の上流端部は外部に開放されている。燃料電池スタック２での発電に使用されなかった空気は、空気排出路６４を通って、外部に放出される。
＜燃料ガス供給システム３の制御の概要＞
本明細書の燃料ガス供給システム３の制御方法では、一つの状態量の制御を一つのシステム部品の操作量で実現するという「シングルインプット－シングルアウトプット構造」を、互いに独立するように複数備えることを特徴としている。そして本明細書の技術では、シングルインプット－シングルアウトプット構造で制御する状態量を決定するために、燃料ガス供給システム３で満たすべき必要要件を３つ特定した。そして、３つの必要要件を用いて、３つの状態量および３つの操作量を特定した。これにより、３つのシングルインプット－シングルアウトプット構造を用いて、燃料ガス供給システム３を制御することが可能となった。以下に具体的に説明する。
第１の必要要件は、燃料電池スタック２の劣化を回避するために必要な水素量を供給することである。そのために、排ガス路４２の水素分圧ＨＰという状態量を、下限値を下回らないように制御する必要がある。そして、インジェクタ２０の開閉状態を、水素分圧ＨＰを制御するための操作量とした。排ガス路４２は、燃料ガス供給路の中で最も水素分圧が低くなるポイントである。このポイントにおける水素分圧ＨＰを下限値以上に維持することで、燃料電池スタック２の劣化を防止することが可能となる。
第２の必要要件は、燃料ガス供給システム３の圧力が、水素系制御上限圧力を超えないことである。そのために、第２燃料供給路２２の燃料ガスの入口圧力ＩＰという状態量を、上限値を上回らないように制御する必要がある。そして、排気排水弁５８の開閉状態を、入口圧力ＩＰを制御するための操作量とした。
第３の必要要件は、スタック積層方向への水素分配ばらつきを均一化することで、スタック奥側にも水素供給することである。そのために、水素の現在流量値ＣＦという状態量を、目標流量値ＴＦに制御する必要がある。そして、ポンプ５４の回転数ＲＴを、水素の現在流量値ＣＦを制御するための操作量とした。
＜燃料ガス供給システム３の動作例＞
図２のタイムチャートを参照して、ＥＣＵ１００によって制御される燃料ガス供給システム３の動作例について説明する。図２では、時刻ｔ１までの第１期間Ｐ１では、通常負荷状態である。時刻ｔ１からｔ２までの第２期間Ｐ２では、例えばユーザによって操作されるアクセル開度が大きくなることで、高負荷状態である。時刻ｔ２以降の第３期間Ｐ３では、通常負荷状態に戻っている。
第１に、インジェクタ２０による水素分圧ＨＰの制御を説明する。ＥＣＵ１００は、燃料電池スタック２に対する現在の要求負荷を特定し、現在の要求負荷に対応する目標水素分圧を要求水素分圧として特定する。要求水素分圧は、排ガス路４２における水素分圧の要求値である。次いで、ＥＣＵ１００は、要求水素分圧に基づいて、水素分圧の第１下限値ＬＬ１および第１上限値ＵＬ１を算出する。水素分圧ＨＰが第１下限値ＬＬ１を下回ると燃料電池スタック２に劣化が発生するため、第１下限値ＬＬ１は必達要件である。第１上限値ＵＬ１は、第１下限値ＬＬ１に所定のマージン量を加算した値である。
そしてＥＣＵ１００は、前述した水素分圧取得部として機能することで、水素分圧ＨＰを推定する。そして推定した水素分圧ＨＰが、第１上限値ＵＬ１と第１下限値ＬＬ１との範囲に収まるように、フィードバック制御を行う。具体的に説明する。第１期間Ｐ１において、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２０が駆動している状態（すなわち開状態）において、水素分圧ＨＰが第１上限値ＵＬ１以上となる場合に、インジェクタ２０の駆動を停止させる（すなわち閉状態にする）（矢印Ａ１参照）。これにより、燃料電池スタック２に供給される水素の量が減少して、水素分圧ＨＰが低下する。また、インジェクタ２０が停止している状態（すなわち閉状態）において、水素分圧ＨＰが第１下限値ＬＬ１以下となる場合に、インジェクタ２０の駆動を開始させる（すなわち開状態にする）（矢印Ａ２参照）。これにより、燃料電池スタック２に供給される水素の量が増加して、水素分圧ＨＰが上昇する。
時刻ｔ１において高負荷状態へ移行すると、第１下限値ＬＬ１および第１上限値ＵＬ１が上昇する。よってＥＣＵ１００は、水素分圧ＨＰが上昇して第１上限値ＵＬ１に到達するまで、インジェクタ２０を開状態に維持する（領域Ｒ１参照）。時刻ｔ２において通常負荷状態へ移行すると、第１下限値ＬＬ１および第１上限値ＵＬ１が低下する。よってＥＣＵ１００は、水素分圧ＨＰが低下して第１下限値ＬＬ１に到達するまで、インジェクタ２０を閉状態に維持する（領域Ｒ２参照）。
第２に、排気排水弁５８による入口圧力ＩＰの制御を説明する。ＥＣＵ１００は、燃料電池スタック２に対する要求負荷に基づいて、入口圧力ＩＰの第２下限値ＬＬ２および第２上限値ＵＬ２を算出する。入口圧力ＩＰが第２上限値ＵＬ２を上回ると故障のおそれがあるため、第２上限値ＵＬ２は必達要件である。第２下限値ＬＬ２は、第２上限値ＵＬ２から所定のマージン量を減算した値である。なおマージン量が大きいと目標値からの乖離が大きくなり、小さいと排気排水弁５８の開閉頻度が増え部品耐久性が悪化する。従って、マージン量は、目標値からの乖離量と開閉頻度とのバランスが取れるように、適宜定めればよい。
そしてＥＣＵ１００は、入口圧力ＩＰが第２上限値ＵＬ２と第２下限値ＬＬ２との範囲に収まるように、フィードバック制御を行う。具体的に説明する。第１期間Ｐ１において、ＥＣＵ１００は、排気排水弁５８が閉弁している状態において、入口圧力ＩＰが第２上限値ＵＬ２以上となる場合に、排気排水弁５８を開弁させる（矢印Ａ３参照）。これにより、入口圧力ＩＰが低下する。また、排気排水弁５８が開弁している状態において、入口圧力ＩＰが第２下限値ＬＬ２以下となる場合に、排気排水弁５８を閉弁させる（矢印Ａ４参照）。これにより、入口圧力ＩＰが上昇する。
時刻ｔ１において高負荷状態へ移行すると、第２下限値ＬＬ２および第２上限値ＵＬ２が上昇する。よってＥＣＵ１００は、入口圧力ＩＰが上昇して第２上限値ＵＬ２に到達するまで、排気排水弁５８を閉状態に維持する（領域Ｒ３参照）。時刻ｔ２において通常負荷状態へ移行すると、第２下限値ＬＬ２および第２上限値ＵＬ２が低下する。よってＥＣＵ１００は、入口圧力ＩＰが低下して第２下限値ＬＬ２に到達するまで、排気排水弁５８を開状態に維持する（領域Ｒ４参照）。
なお、排気排水弁５８が開弁する場合は、入口圧力ＩＰが第２上限値ＵＬ２以上となる場合に限られない。例えばＥＣＵ１００は、気液分離器５０に貯留される液水が所定量に到達することに応じて、排気排水弁５８を開弁して液水を外部へ排出する制御を行ってもよい。
第３に、ポンプ５４による水素の現在流量値ＣＦの制御を説明する。ＥＣＵ１００は、燃料電池スタック２に対する要求負荷に基づいて、ポンプ５４から吐出される水素の目標流量値ＴＦを演算する。例えば、燃料電池スタック２が発電した電流値や、燃料電池スタック２の温度に基づいて演算してもよい。
ＥＣＵ１００は、前述した入口水素濃度取得部として機能することで、入口水素濃度ＨＣを推定する。またＥＣＵ１００は、ポンプ５４の吐出流量ＤＲの計測値を、流量計５５から取得する。そして、入口水素濃度ＨＣおよび吐出流量ＤＲに基づいて、ポンプ５４から吐出される水素の現在流量値ＣＦを算出する。水素の現在流量値ＣＦは、単位時間当たりの水素供給量を表す値である。
そしてＥＣＵ１００は、水素の現在流量値ＣＦが、目標流量値ＴＦに近づくようにポンプ５４を制御する。これにより図２に示すように、点線で示す目標流量値ＴＦに対して、実線で示す現在流量値ＣＦを追従させることができる。制御方法は様々であって良い。例えば、目標流量値ＴＦと現在流量値ＣＦとの偏差を目標変数とし、ポンプ５４の回転数ＲＴを操作変数としたフィードバック制御を実行してもよい。フィードバック制御には、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御、Ｐ制御、Ｉ制御など、各種の制御方法を用いることができる。
＜効果＞
従来の燃料ガス供給システムでは、複数の状態量の制御を複数のシステム部品の操作量で実現するという、「マルチインプット－マルチアウトプット構造」が用いられていた。この場合、燃料ガス供給システムの一部の特性変更（例：バルブ・ポンプ等の駆動部品の変更、配管形状変更、など）が発生すると、燃料ガス供給システム全体のモデルを見直す必要がある。そのため、例えば、乗用車用の燃料ガス供給システムを、他用途（例：バス、トラック、電車、船舶、定置発電機など）に適用する際に、燃料ガス供給システムの試作機を作成し、システム全体の適合評価を行う必要があった。開発工数や開発期間が増大したり、開発コストが上昇する問題があった。
そこで本明細書の燃料ガス供給システム３では、（１）水素分圧ＨＰをインジェクタ２０の開閉状態で制御する、（２）入口圧力ＩＰを排気排水弁５８の開閉状態で制御する、（３）水素の現在流量値ＣＦをポンプ５４の回転数ＲＴで制御する、という３つのシングルインプット－シングルアウトプット構造を、互いに独立するように備えている。これにより、燃料ガス供給システムの一部の特性を変更する場合においても、変更した特性に関連する１つの状態量についてのみ、動作適合を行えばよくなる。例えば、インジェクタ２０を変更する場合には、水素分圧ＨＰが第１上限値ＵＬ１と第１下限値ＬＬ１との範囲に収まるように、インジェクタ２０の動作適合のみを行えばよい。この場合、入口圧力ＩＰの制御に用いられる排気排水弁５８については、動作適合は不要である。以上により、燃料ガス供給システム３を他用途に展開する場合に、開発工数を大幅に抑制することが可能となる。
実施例２では、実施例１の燃料ガス供給システム３に対して、さらに第１および第２の機械学習部を備える構成について説明する。実施例１の燃料ガス供給システム３と同様の部位については同様の符号を付すことで、説明を省略する。
メモリ１０２には、第１および第２のプログラム、第１および第２の学習モデルが記憶されている。第１および第２のプログラムは、ＣＰＵ１０１で実行されることによって、ＣＰＵ１０１を第１および第２の機械学習部として機能させる。
第１の学習モデルは、水素分圧ＨＰに応じたインジェクタ２０の制御の第１のフィードバックゲインを演算するためのモデルである。第１の機械学習部は、インジェクタ２０の操作量と水素分圧ＨＰの変動量との相関を教師データとして第１の学習モデルを更新する。そしてＥＣＵ１００は、第１の学習モデルによって決定された第１のフィードバックゲインに基づいてインジェクタ２０を制御する。例えば、第１のフィードバックゲインが大きくなるほど、インジェクタ２０の開度を大きくしてもよい。これにより、煩雑な作業を要することなく、第１のフィードバックゲインを適切に調整することができる。インジェクタ２０による水素分圧ＨＰの制御において、オーバーシュートの抑制や応答速度の向上を実現することが可能となる。
第２の学習モデルは、入口圧力ＩＰに応じた排気排水弁５８の制御の第２のフィードバックゲインを演算するためのモデルである。第２の機械学習部は、排気排水弁５８の操作量と入口圧力ＩＰの変動量との相関を教師データとして第２の学習モデルを更新する。そしてＥＣＵ１００は、第２の学習モデルによって決定された第２のフィードバックゲインに基づいて排気排水弁５８を制御する。例えば、第２のフィードバックゲインが大きくなるほど、排気排水弁５８の開度を大きくしてもよい。これにより、煩雑な作業を要することなく、第２のフィードバックゲインを適切に調整することができる。排気排水弁５８による入口圧力ＩＰの制御において、オーバーシュートの抑制や応答速度の向上を実現することが可能となる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
＜変形例＞
インジェクタ２０、排気排水弁５８、ポンプ５４の制御は、フィードバック制御に限られず、様々な制御方法を用いることができる。例えば、フィードフォワード制御、モデル予測制御（ＭＰＣ）など各種の制御方法を用いてもよいし、複数の制御方法を組み合わせてもよい。
水素分圧ＨＰおよび入口水素濃度ＨＣは、推定値に限られず、センサにより取得される実測値であってもよい。また入口水素濃度ＨＣは、水素分圧ＨＰから算出される値であってもよい。また吐出流量ＤＲは、流量計５５による実測値に限られない。例えば、ポンプ５４の容積と回転数から推定される値であってもよい。
圧力センサ２４は入口圧力取得部の一例である。排ガス路４２および排気排水路５６は排出路の一例である。排気排水弁５８は排出弁の一例である。流量計５５は流量取得部の一例である。
１：燃料電池システム ２：燃料電池スタック ２ａ：燃料ガス入口 ２ｂ：燃料ガス出口 ３：燃料ガス供給システム ４：空気供給システム ２０：インジェクタ ２２：第２燃料供給路 ２４：圧力センサ ４２：排ガス路 ５０：気液分離器 ５２：ガス循環路 ５４：ポンプ ５５：流量計 ５８：排気排水弁 １００：ＥＣＵ ＤＲ：吐出流量 ＨＣ：入口水素濃度 ＨＰ：水素分圧 ＩＰ：入口圧力

Claims (7)

  1. 燃料電池の燃料ガス供給システムであって、
    燃料電池スタックの燃料ガス入口に供給路を介して接続されているインジェクタであって、燃料ガスを供給する前記インジェクタと、
    前記供給路の圧力である入口圧力を取得する入口圧力取得部と、
    前記燃料電池スタックの燃料ガス出口に排出路を介して接続されている排出弁と、
    前記排出路における燃料オフガスの水素分圧を取得する水素分圧取得部と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記燃料電池スタックに対する要求負荷に基づいて、前記水素分圧に対応する第１上限値及び第１下限値を特定し、
    前記インジェクタが駆動している状態において、前記水素分圧が前記第１上限値以上となる場合に、前記インジェクタの駆動を停止させ、
    前記インジェクタが停止している状態において、前記水素分圧が前記第１下限値以下となる場合に、前記インジェクタの駆動を開始させるように構成されており、
    前記制御部は、
    前記燃料電池スタックに対する要求負荷に基づいて、前記入口圧力に対応する第２上限値及び第２下限値を特定し、
    前記排出弁が閉弁している状態において、前記入口圧力が前記第２上限値以上となる場合に、前記排出弁を開弁させ、
    前記排出弁が開弁している状態において、前記入口圧力が前記第２下限値以下となる場合に、前記排出弁を閉弁させるように構成されている、
    燃料電池の燃料ガス供給システム。
  2. 前記排出路と前記供給路とを接続している循環路と、
    前記循環路上に配置されており、前記燃料オフガスを前記供給路へ送出するポンプと、
    前記ポンプの入口における入口水素濃度を取得する入口水素濃度取得部と、
    前記ポンプの吐出流量を取得する流量取得部と、
    をさらに備えており、
    前記制御部は、
    前記燃料電池スタックに対する要求負荷に基づいて、前記ポンプから吐出される水素の目標流量値を特定し、
    前記入口水素濃度および前記吐出流量に基づいて、前記ポンプから吐出される水素の現在流量値を算出し、
    前記現在流量値が前記目標流量値に近づくように前記ポンプを制御するように構成されている、
    請求項１に記載の燃料電池の燃料ガス供給システム。
  3. 前記制御部は、前記目標流量値と前記現在流量値との偏差を低減させるように前記ポンプの回転数をフィードバック制御する、請求項２に記載の燃料電池の燃料ガス供給システム。
  4. 前記排出路に設けられており、前記燃料オフガスに含まれている液水を分離して貯留する気液分離器をさらに備えており、
    前記制御部は、前記気液分離器に貯留される前記液水が所定量に到達することに応じて、前記排出弁を開弁して前記液水を外部へ排出する、請求項１～３の何れか１項に記載の燃料電池の燃料ガス供給システム。
  5. 前記水素分圧に応じた前記インジェクタの制御の第１のフィードバックゲインを演算する第１の学習モデルを有する第１の機械学習部を備え、
    前記第１の機械学習部は、前記インジェクタの操作量と前記水素分圧の変動量との相関を教師データとして前記第１の学習モデルを更新し、
    前記制御部は、前記第１の学習モデルによって決定された前記第１のフィードバックゲインに基づいて前記インジェクタを制御する、請求項１～４の何れか１項に記載の燃料電池の燃料ガス供給システム。
  6. 前記入口圧力に応じた前記排出弁の制御の第２のフィードバックゲインを演算する第２の学習モデルを有する第２の機械学習部を備え、
    前記第２の機械学習部は、前記排出弁の操作量と前記入口圧力の変動量との相関を教師データとして前記第２の学習モデルを更新し、
    前記制御部は、前記第２の学習モデルによって決定された前記第２のフィードバックゲインに基づいて前記排出弁を制御する、請求項１～５の何れか１項に記載の燃料電池の燃料ガス供給システム。
  7. 燃料電池スタックの燃料ガス入口に供給路を介して接続されているインジェクタであって、燃料ガスを供給する前記インジェクタと、
    前記供給路の圧力である入口圧力を取得する入口圧力取得部と、
    前記燃料電池スタックの燃料ガス出口に排出路を介して接続されている排出弁と、
    前記排出路における燃料オフガスの水素分圧を取得する水素分圧取得部と、
    を備える燃料電池の燃料ガス供給システムの制御方法であって、
    前記燃料電池スタックに対する要求負荷に基づいて、前記水素分圧に対応する第１上限値及び第１下限値を特定し、
    前記インジェクタが駆動している状態において、前記水素分圧が前記第１上限値以上となる場合に、前記インジェクタの駆動を停止させ、
    前記インジェクタが停止している状態において、前記水素分圧が前記第１下限値以下となる場合に、前記インジェクタの駆動を開始させ、
    前記燃料電池スタックに対する要求負荷に基づいて、前記入口圧力に対応する第２上限値及び第２下限値を特定し、
    前記排出弁が閉弁している状態において、前記入口圧力が前記第２上限値以上となる場合に、前記排出弁を開弁させ、
    前記排出弁が開弁している状態において、前記入口圧力が前記第２下限値以下となる場合に、前記排出弁を閉弁させる、
    燃料電池の燃料ガス供給システムの制御方法。
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