JP7779796B2 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム

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Description

本明細書に開示の技術は、燃料電池システムに関する。
特許文献１には、車両のブレーキ液の油圧を制御するソレノイドバルブが開示されている。ソレノイドバルブを制御する制御回路は、ソレノイドバルブを駆動する電流値として初期駆動量を記憶している。制御回路は、ソレノイドバルブの上流側と下流側の差圧に応じて、初期駆動量を記憶している。ソレノイドバルブを動作させるときに、制御回路は、最初に初期駆動量の電流をソレノイドバルブに流す。
ソレノイドバルブの特性には、個体ばらつきが存在する。また、ソレノイドバルブの特性は、温度や経時変化等によって変化する。特許文献１では、ソレノイドバルブの特性のばらつきに対して、制御回路が初期駆動量を修正する。具体的には、制御回路は、まず、ブレーキ圧を目標圧力（すなわち、一定値）に制御する。ブレーキ圧を目標圧力に制御している状態では、ソレノイドバルブに流れる電流もほぼ一定値となる。この状態において、制御回路は、ブレーキ圧の差圧とソレノイドバルブに流れる電流を測定する。そして、測定した電流に基づいて、記憶している初期駆動量を修正する。このようにソレノイドバルブの特性に応じて初期駆動量を修正することで、ブレーキ圧をより正確に制御することが可能となる。
特開２０１２－０９１５７７号公報
特許文献１の技術では、ブレーキ圧とソレノイドバルブに流れる電流を略一定に制御している状態で、ブレーキ圧の差圧と電流を検出する。しかしながら、ソレノイドバルブの特性は、ソレノイドバルブに流れる電流が変化している動的状態においては、ソレノイドバルブに流れる電流が一定である静的状態とは異なる。特許文献１の技術では、ソレノイドバルブに流れる電流が変化している状態におけるソレノイドバルブの特性（以下、動的特性という場合がある）を正確に学習することができない。本明細書では、燃料電池システムに用いられるソレノイドバルブの動的特性を学習できる技術を提案する。
本明細書が開示する燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給路と、前記水素ガス供給路の開度を変更するソレノイドバルブと、前記水素ガス供給路のうちの前記ソレノイドバルブから前記燃料電池までの下流側供給路内の圧力を検出する圧力センサと、前記ソレノイドバルブを制御する制御回路、を有する。前記制御回路が、前記ソレノイドバルブの通電電流を第１スイープ速度で変化させながら前記通電電流と前記圧力を複数点で検出して記憶するステップと、前記通電電流を前記第１スイープ速度とは異なる第２スイープ速度で変化させながら前記通電電流と前記圧力を複数点で検出して記憶するステップ、を実行する。
なお、第１スイープ速度と第２スイープ速度は、正の値（すなわち、通電電流を増加させる値）であってもよいし、負の値（すなわち、通電電流を減少させる値）であってもよい。また、第１スイープ速度が正の値で第２スイープ速度が負の値であってもよい。この場合、第１スイープ速度の絶対値と第２スイープ速度の絶対値が同じであってもよい。
また、前記制御回路は、「前記ソレノイドバルブの通電電流を第１スイープ速度で変化させながら前記通電電流と前記圧力を複数点で検出するステップ」と「前記通電電流を前記第１スイープ速度とは異なる第２スイープ速度で変化させながら前記通電電流と前記圧力を複数点で検出するステップ」のいずれを先に実施してもよい。
この燃料電池システムでは、制御回路が、ソレノイドバルブの通電電流を第１スイープ速度で変化させながら通電電流と圧力を複数点で検出することで、第１スイープ速度におけるソレノイドバルブの動的特性を学習する。また、制御回路が、ソレノイドバルブの通電電流を第１スイープ速度とは異なる第２スイープ速度で変化させながら通電電流と圧力を複数点で検出することで、第２スイープ速度におけるソレノイドバルブの動的特性を学習する。このように、この燃料電池システムでは、ソレノイドバルブの動的特性をスイープ速度ごとに学習できる。
燃料電池システムのブロック図。 スイープ速度ごとのＬＳＶの動的特性を示すグラフ。 学習処理を示すフローチャート。 ＬＳＶ電流の増加時の動的特性の測定を示すグラフ。 ＬＳＶ電流の減少時の動的特性の測定を示すグラフ。
本明細書が開示する一例の燃料電池システムでは、前記制御回路が、前記通電電流を前記第１スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが閉じている状態から前記通電電流を前記第１スイープ速度で増加させてもよい。また、前記制御回路が、前記通電電流を前記第２スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが閉じている状態から前記通電電流を前記第２スイープ速度で増加させてもよい。
この構成によれば、通電電流を増加させるときのソレノイドバルブの動的特性を、異なるスイープ速度で学習できる。
本明細書が開示する一例の燃料電池システムでは、前記制御回路が、前記通電電流を前記第１スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが開いている状態から前記通電電流を前記第１スイープ速度で減少させてもよい。また、前記制御回路が、前記通電電流を前記第２スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが開いている状態から前記通電電流を前記第２スイープ速度で減少させてもよい。
この構成によれば、通電電流を減少させるときのソレノイドバルブの動的特性を、異なるスイープ速度で学習できる。
本明細書が開示する一例の燃料電池システムでは、前記第１スイープ速度が前記通電電流を増加させる正の値であってもよく、前記第２スイープ速度が前記通電電流を減少させる負の値であってもよい。前記制御回路が、前記通電電流を前記第１スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが閉じている状態から前記通電電流を前記第１スイープ速度で増加させてもよい。前記制御回路が、前記通電電流を前記第２スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが開いている状態から前記通電電流を前記第２スイープ速度で減少させてもよい。
この構成によれば、通電電流を増加させるときのソレノイドバルブの動的特性と、通電電流を減少させるときのソレノイドバルブの動的特性を学習できる。
図１に示す実施形態の燃料電池システム１０は、電動車両に搭載されている。電動車両はモータ７６を有している。モータ７６は、燃料電池システム１０で発電された電力を用いて動作することにより、車両の駆動輪を回転させる。
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２０と、酸素ガス供給装置３０と、水素ガス供給装置４０を有している。燃料電池スタック２０は、複数の燃料電池の積層体である。酸素ガス供給装置３０は、燃料電池スタック２０内を通過するように配設された酸素ガス供給路３２を有している。酸素ガス供給路３２によって燃料電池スタック２０に酸素ガスが供給される。水素ガス供給装置４０は、燃料電池スタック２０内を通過するように配設された水素ガス供給路４２を有している。水素ガス供給路４２によって燃料電池スタック２０に水素ガスが供給される。燃料電池スタック２０内で、酸素ガス供給路３２によって供給される酸素ガスと水素ガス供給路４２によって供給される水素ガスが反応する。これによって、燃料電池スタック２０で発電が行われる。
燃料電池スタック２０には、バッテリ７０、モータ駆動回路７２、及び、補機駆動回路７４が電気的に接続されている。燃料電池スタック２０の出力電流がバッテリ７０に供給されると、バッテリ７０が充電される。モータ駆動回路７２は、燃料電池スタック２０またはバッテリ７０から電力の供給を受けて動作する。モータ駆動回路７２は、燃料電池スタック２０またはバッテリ７０から供給される直流電圧を交流電圧に変換してモータ７６に供給することによって、モータ７６を動作させる。補機駆動回路７４は、燃料電池スタック２０またはバッテリ７０から電力の供給を受けて動作する。補機駆動回路７４は、燃料電池スタック２０またはバッテリ７０から供給される直流電圧をより低電圧に変換して補機７８に供給することによって、補機７８を動作させる。
水素ガス供給装置４０は、水素ガス供給源４４、リニアソレノイドバルブ４６（以下、ＬＳＶ（Linear Solenoid Valve）４６という）、制御回路４８、エジェクタ５０、気液分離装置５２、圧力センサ５４、及び、排気弁５６を有している。
水素ガス供給源４４は、水素ガス供給路４２の上流端に接続されている。水素ガス供給源４４は、例えば、水素ガスタンク等によって構成されている。水素ガス供給源４４は、水素ガス供給路４２に高圧の水素ガスを供給する。
ＬＳＶ４６とエジェクタ５０は、水素ガス供給路４２に設置されている。エジェクタ５０はＬＳＶ４６よりも下流側で水素ガス供給路４２に設置されている。また、エジェクタ５０よりも下流側では、水素ガス供給路４２が燃料電池スタック２０内部を通っている。水素ガス供給源４４から供給される水素ガスは、ＬＳＶ４６、エジェクタ５０、燃料電池スタック２０を順に通過する。以下では、水素ガス供給路４２のＬＳＶ４６よりも上流側の部分を、供給路４２ａという。また、以下では、水素ガス供給路４２のＬＳＶ４６とエジェクタ５０の間の部分を、供給路４２ｂという。また、以下では、水素ガス供給路４２のエジェクタ５０と燃料電池スタック２０の間の部分を、供給路４２ｃという。また、以下では、水素ガス供給路４２の燃料電池スタック２０よりも下流側の部分を、供給路４２ｄという。
ＬＳＶ４６は、水素ガス供給路４２を開閉する弁である。ＬＳＶ４６には、制御回路４８が電気的に接続されている。制御回路４８は、ＬＳＶ４６に流れる電流（以下、ＬＳＶ電流Ｉという）を制御する。ＬＳＶ４６の開度は、ＬＳＶ電流Ｉに応じて変化する。ＬＳＶ電流Ｉが流れていない状態では、ＬＳＶ４６は閉じている。ＬＳＶ電流Ｉが高くなるほど、ＬＳＶ４６の開度が大きくなる。ＬＳＶ４６が開いている状態では、供給路４２ａからＬＳＶ４６を通って供給路４２ｂへ水素ガスが流れる。
エジェクタ５０には、オフガス循環路５８が接続されている。オフガス循環路５８には、燃料電池スタック２０を通過した後の水素ガスであるオフガスが流れる。オフガス循環路５８からエジェクタ５０にオフガスが供給される。エジェクタ５０は、供給路４２ｂから供給される水素ガスにオフガスを添加して供給路４２ｃへ噴射する。
エジェクタ５０から供給路４２ｃに噴射された水素ガスは、燃料電池スタック２０内に流入する。燃料電池スタック２０内で、水素ガスが酸素ガスを反応する。燃料電池スタック２０を通過した水素ガス（すなわち、オフガス）は、燃料電池スタック２０から供給路４２ｄへ流れる。
気液分離装置５２は、供給路４２ｄの下流端に接続されている。また、気液分離装置５２には、オフガス循環路５８と排出路６０が接続されている。気液分離装置５２は、供給路４２ｄから供給されるオフガスから水分を除去する。気液分離装置５２は、水分と余剰のオフガスを、排出路６０を介して燃料電池システム１０の外部へ排出する。また、気液分離装置５２は、水分が除去されたオフガスをオフガス循環路５８へ供給する。したがって、上述したように、オフガス循環路５８からエジェクタ５０へオフガスが供給される。
供給路４２ｃには、分岐路６２が接続されている。分岐路６２には、圧力センサ５４と排気弁５６が設けられている。排気弁５６が開くと、分岐路６２が外部（すなわち、大気）に接続される。排気弁５６が閉じていると、分岐路６２内の水素ガスの圧力は供給路４２ｃ内の水素ガスの圧力と等しい。圧力センサ５４は、分岐路６２内の圧力を検出する。排気弁５６が閉じている状態では、圧力センサ５４で検出される圧力は、供給路４２ｃ内の圧力と等しい。
燃料電池システム１０で発電を実行するときには、制御回路４８がＬＳＶ４６を所定の開度で開く。このため、水素ガス供給路４２によって燃料電池スタック２０に水素ガスが供給される。また、酸素ガス供給路３２によって燃料電池スタック２０に酸素ガスが供給される。燃料電池スタック２０の内部で水素ガスと酸素ガスが反応し、電力が生成される。燃料電池スタック２０で生成された電力は、バッテリ７０、モータ駆動回路７２、または、補機駆動回路７４に必要に応じて供給される。
図２は、ＬＳＶ４６の動的特性を示している。図２の横軸はＬＳＶ電流Ｉを示しており、図２の縦軸は供給路４２ｃ内の圧力Ｐを示している。なお、圧力Ｐは、排気弁５６が閉じている状態で圧力センサ５４によって検出される圧力と等しい。図２の動的特性Ｃｉ１は、ＬＳＶ電流Ｉをスイープ速度Ｖ１（Ａ／ｓｅｃ）で増加させるときのＬＳＶ４６の動的特性を示している。図２の動的特性Ｃｄ１は、ＬＳＶ電流Ｉをスイープ速度－Ｖ１（Ａ／ｓｅｃ）で減少させるときのＬＳＶ４６の動的特性を示している。なお、スイープ速度Ｖ１の絶対値とスイープ速度－Ｖ１の絶対値は等しい。図２に示すように、ＬＳＶ４６では、ＬＳＶ電流Ｉが増加するときの動的特性Ｃｉ１と、ＬＳＶ電流Ｉが減少するときの動的特性Ｃｄ１が異なる。すなわち、ＬＳＶ４６は、ヒステリシス特性を有する。
まず、動的特性Ｃｉ１について説明する。ＬＳＶ電流Ｉがゼロの状態では、ＬＳＶ４６は全閉状態であり、水素ガス供給路４２に水素ガスが流れない。この状態では、圧力Ｐは最小値ＰＬとなる。ＬＳＶ電流Ｉを増加させる場合において、ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉａ未満では、ＬＳＶ４６が全閉状態に維持され、圧力Ｐは最小値ＰＬに維持される。ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉａまで増加すると、ＬＳＶ４６が開き始め、圧力Ｐが上昇を開始する。以下では、圧力Ｐが上昇を開始するときの電流Ｉａを、立ち上がり電流Ｉａという場合がある。ＬＳＶ電流Ｉが立ち上がり電流Ｉａを超えると、ＬＳＶ電流Ｉが増加するのに従ってＬＳＶ４６の開度が大きくなって圧力Ｐが上昇する。ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉｂまで増加すると、ＬＳＶ４６が全開状態となり、圧力Ｐが最大値ＰＨとなる。ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉｂより高くなっても、圧力Ｐは最大値ＰＨから上昇しない。
次に、動的特性Ｃｄ１について説明する。ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉｂよりも高い状態では、ＬＳＶ４６は全開状態であり、圧力Ｐは最大値ＰＨである。ＬＳＶ電流Ｉを減少させる場合においては、ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉｂまで減少しても、ＬＳＶ４６は全開状態を維持する。ＬＳＶ電流Ｉを減少させる場合においては、ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉｂよりも低い電流Ｉｃまで減少すると、ＬＳＶ４６が閉じ始め、圧力Ｐが低下を開始する。以下では、圧力Ｐが低下を開始するときの電流Ｉｃを、立ち下がり電流Ｉｃという場合がある。ＬＳＶ電流Ｉが立ち下がり電流Ｉｃを下回ると、ＬＳＶ電流Ｉが減少するのに従ってＬＳＶ４６の開度が小さくなって圧力Ｐが低下する。ＬＳＶ電流Ｉを減少させる場合においては、ＬＳＶ電流Ｉが立ち上がり電流Ｉａよりも小さい電流Ｉｄまで減少すると、ＬＳＶ４６が全閉状態となり、圧力Ｐが最小値ＰＬとなる。
また、図２の動的特性Ｃｉ２～Ｃｉ４は、動的特性Ｃｉ１のスイープ速度Ｖ１とは異なるスイープ速度でＬＳＶ電流Ｉを増加させるときのＬＳＶ４６の動的特性を示している。動的特性Ｃｉ２はスイープ速度Ｖ２でＬＳＶ電流Ｉを増加させる場合の動的特性であり、動的特性Ｃｉ３はスイープ速度Ｖ３でＬＳＶ電流Ｉを増加させる場合の動的特性であり、動的特性Ｃｉ４はスイープ速度Ｖ４でＬＳＶ電流Ｉを増加させる場合の動的特性である。スイープ速度Ｖ１～Ｖ４は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４の関係を満たす。図２に示すように、スイープ速度が速くなるほど、グラフが右側にシフトし、圧力Ｐを上昇させるのに必要なＬＳＶ電流Ｉが高くなる。例えば、スイープ速度が速くなるほど、立ち上がり電流Ｉａが高くなる。このように、ＬＳＶ電流Ｉが増加するときのＬＳＶ４６の動的特性は、スイープ速度に応じて変化する。
また、図２の動的特性Ｃｄ２～Ｃｄ４は、動的特性Ｃｄ１のスイープ速度－Ｖ１とは異なるスイープ速度でＬＳＶ電流Ｉを減少させるときのＬＳＶ４６の動的特性を示している。動的特性Ｃｄ２はスイープ速度－Ｖ２でＬＳＶ電流Ｉを減少させる場合の動的特性であり、動的特性Ｃｄ３はスイープ速度－Ｖ３でＬＳＶ電流Ｉを減少させる場合の動的特性であり、動的特性Ｃｄ４はスイープ速度－Ｖ４でＬＳＶ電流Ｉを減少させる場合の動的特性である。スイープ速度－Ｖ１～－Ｖ４は、－Ｖ４＜－Ｖ３＜－Ｖ２＜－Ｖ１の関係を満たす。すなわち、スイープ速度－Ｖ１はスイープ速度－Ｖ１～－Ｖ４の中で最も遅い減少速度でＬＳＶ電流Ｉを減少させることを意味し、スイープ速度－Ｖ４はスイープ速度－Ｖ１～－Ｖ４の中で最も速い減少速度でＬＳＶ電流Ｉを減少させることを意味する。図２に示すように、ＬＳＶ電流Ｉの減少速度が速くなるほど、グラフが左側にシフトし、圧力Ｐを低下させるのに必要なＬＳＶ電流Ｉが低くなる。例えば、ＬＳＶ電流Ｉの減少速度が速くなるほど、立ち下がり電流Ｉｃが低くなる。このように、ＬＳＶ電流Ｉが減少するときのＬＳＶ４６の動的特性は、スイープ速度に応じて変化する。
また、ＬＳＶ４６の動的特性には、製造誤差や経時変化等の影響によって個体ばらつきが存在する。制御回路４８は、ＬＳＶ４６の動的特性を測定して記憶する学習処理を実行する。以下に、制御回路４８が実行する学習処理について説明する。なお、以下の学習処理の実施中において、排気弁５６は閉じている。したがって、学習処理の実施中において、圧力センサ５４で供給路４２ｃ内の圧力Ｐが検出される。
図３は、学習処理を示している。制御回路４８は、学習処理を未実施の場合に、学習処理を実施する。制御回路４８が学習処理を実行することで、製造誤差によってＬＳＶ４６の動的特性が設計値からずれている場合でも、ＬＳＶ４６の動的特性を特定することができる。また、学習処理を実施済みの場合でも、制御回路４８が、図３に示す学習処理を定期的に実行してもよい。制御回路４８が学習処理を定期的に実行することで、ＬＳＶ４６の動的特性に経時変化が生じても、ＬＳＶ４６の動的特性を正確に特定することができる。
ステップＳ２では、制御回路４８は、図４、５に示されるように、ＬＳＶ電流Ｉの使用可能範囲を等間隔で分割することによって測定領域Ｒを設定する。
次に、制御回路４８は、ステップＳ４～Ｓ１２を繰り返し実行する。ステップＳ４では、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉのスイープ速度Ｖを選択する。ここでは、制御回路４８は、予め決められた複数の正のスイープ速度（例えば、スイープ速度Ｖ１～Ｖ４）の中から１つのスイープ速度を選択する。
ステップＳ６では、制御回路４８は、直前のステップＳ４で選択したスイープ速度ＶでＬＳＶ電流Ｉを増加させながら、ＬＳＶ４６の動的特性を測定する。より詳細には、制御回路４８は、ステップＳ４で選択したスイープ速度ＶでＬＳＶ電流Ｉを増加させながら、圧力センサ５４で検出される圧力Ｐをモニタする。このとき、制御回路４８は、ステップＳ２で設定した各測定領域ＲにおいてＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐを測定して記憶する。図４は、スイープ速度ＶにてステップＳ６を実行するときのＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐの変化を示している。図４に示すように、ＬＳＶ電流Ｉの使用可能範囲が等分された各範囲が、測定領域Ｒとして設定されている。図４に示すように、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを０Ａからスイープ速度Ｖで増加させる。制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉが各測定領域Ｒ内の値のときに、ＬＳＶ電流Ｉとそのときの圧力Ｐを測定して記憶する。例えば、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉが各測定領域Ｒの中央の値になったときに、そのときのＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐを測定して記憶してもよい。また、制御回路４８が、１つの測定領域Ｒ内で複数回ＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐを測定し、それらの平均値または中央値をその測定領域ＲにおけるＬＳＶ電流Ｉ及び圧力Ｐとして記憶してもよい。このように制御回路４８が各測定領域ＲにおいてＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐを記憶することで、制御回路４８が図４に示す各座標点Ｕを記憶する。制御回路４８は、各座標点Ｕに基づいて、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときのＬＳＶ４６の動的特性Ｃｉを特定する。例えば、制御回路４８は、各座標点Ｕを直線または曲線で接続することで、ＬＳＶ４６の動的特性Ｃｉを特定してもよい。また、制御回路４８は、各座標点Ｕから近似曲線を算出することで、ＬＳＶ４６の動的特性Ｃｉを特定してもよい。
なお、ステップＳ６において圧力Ｐが最小値ＰＬよりも大きい間は、燃料電池スタック２０に水素が供給される。制御回路４８は、ステップＳ６では、燃料電池スタック２０へ水素が供給されるのに合わせて、酸素ガス供給装置３０によって燃料電池スタック２０に酸素を供給する。したがって、燃料電池スタック２０で発電が行われる。燃料電池スタック２０で生成された電力は、バッテリ７０に供給される。したがって、バッテリ７０が充電される。なお、モータ７６または補機７８で電力需要がある場合には、燃料電池スタック２０で生成された電力をモータ７６または補機７８に供給してもよい。
ステップＳ８では、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉのスイープ速度Ｖを選択する。ここでは、制御回路４８は、予め決められた複数の負のスイープ速度（例えば、スイープ速度－Ｖ１～－Ｖ４）の中から１つのスイープ速度を選択する。
ステップＳ１０では、制御回路４８は、直前のステップＳ８で選択したスイープ速度ＶでＬＳＶ電流Ｉを減少させながら、ＬＳＶ４６の動的特性を測定する。より詳細には、制御回路４８は、ステップＳ８で選択したスイープ速度ＶでＬＳＶ電流Ｉを減少させながら、圧力センサ５４で検出される圧力Ｐをモニタする。このとき、制御回路４８は、ステップＳ２で設定した各測定領域ＲにおいてＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐを測定して記憶する。図５は、スイープ速度Ｖ（例えば、スイープ速度－Ｖ１、－Ｖ２、－Ｖ３、または、－Ｖ４）にてステップＳ１０を実行するときのＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐの変化を示している。図５に示すように、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを最大値からスイープ速度Ｖで減少させる。制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉが各測定領域Ｒ内の値のときに、ＬＳＶ電流Ｉとその時の圧力Ｐを測定して記憶する。このように制御回路４８が各測定領域ＲにおけるＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐを記憶することで、制御回路４８が図５に示す各座標点Ｕを記憶する。制御回路４８は、各座標点Ｕに基づいて、ＬＳＶ電流Ｉを減少させるときのＬＳＶ４６の動的特性Ｃｄを特定する。
なお、ステップＳ１０において圧力Ｐが最小値ＰＬよりも大きい間は、燃料電池スタック２０に水素が供給される。制御回路４８は、ステップＳ１０では、燃料電池スタック２０へ水素が供給されるのに合わせて、酸素ガス供給装置３０によって燃料電池スタック２０に酸素を供給する。したがって、燃料電池スタック２０で発電が行われる。燃料電池スタック２０で生成された電力は、バッテリ７０等に供給される。
ステップＳ１２では、制御回路４８は、予め決められた複数のスイープ速度（例えば、スイープ速度Ｖ１～Ｖ４及び－Ｖ１～－Ｖ４）の全てに対してＬＳＶ電流Ｉの変化時の動的特性を測定したか否かを判定する。ＬＳＶ電流Ｉの変化時の動的特性の測定を行っていないスイープ速度が残っている場合（すなわち、ステップＳ１２でＮＯの場合）には、制御回路４８は、ステップＳ４～Ｓ１２を再度実行する。二回目以降のステップＳ４では、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉの増加時の動的特性の測定が完了していないスイープ速度の中から１つのスイープ速度を選択する。また、二回目以降のステップＳ８では、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉの減少時の動的特性の測定が完了していないスイープ速度の中から１つのスイープ速度を選択する。したがって、制御回路４８は、ステップＳ４～Ｓ１２を複数回繰り返すことで、予め決められた正のスイープ速度（例えば、スイープ速度Ｖ１～Ｖ４）と負のスイープ速度（例えば、スイープ速度－Ｖ１～－Ｖ４）の全てに対してＬＳＶ電流Ｉの変化時の動的特性を測定する。例えば、図２の動的特性Ｃｉ１～Ｃｉ４及びＣｄ１～Ｃｄ４の実測値が、制御回路４８で測定されて記憶される。
以上の学習処理を制御回路４８が実行することによって、制御回路４８が、複数のスイープ速度におけるＬＳＶ電流Ｉの増加時の動的特性、及び、複数のスイープ速度におけるＬＳＶ電流Ｉの減少時の動的特性を記憶した状態となる。制御回路４８は、学習処理後は、記憶している動的特性に応じてＬＳＶ４６を制御する。例えば、車両の走行中に、制御回路４８には、燃料電池スタック２０の目標発電量に応じて、圧力Ｐの目標値が入力される。すると、制御回路４８は、圧力Ｐの目標値と現在の圧力Ｐに応じて、スイープ速度を算出する。さらに、制御回路４８は、算出したスイープ速度に基づいて、記憶している動的特性（例えば、Ｃｉ１～Ｃｉ４、Ｃｄ１～Ｃｄ４）の中から適切な１つの動的特性を選択する。例えば、算出したスイープ速度が正の値の場合には、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときの動的特性Ｃｉの中からそのスイープ速度に応じた１つの動的特性を選択する。また、算出したスイープ速度が負の値の場合には、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを減少させるときの動的特性Ｃｄの中からそのスイープ速度に応じた１つの動的特性を選択する。制御回路４８は、動的特性を選択すると、選択した動的特性と圧力Ｐの目標値に基づいてＬＳＶ電流Ｉの目標値を算出する。その後、制御回路４８は、算出したスイープ速度でＬＳＶ電流Ｉを目標値まで変化させる。制御回路４８が記憶している動的特性が学習処理で実測した動的特性であるので、上記のように制御回路４８がＬＳＶ電流Ｉを制御することで、圧力Ｐを目標値に正確に制御することができる。また、学習処理において動的特性がスイープ速度ごとに測定されているので、制御回路４８は、スイープ速度による動的特性の変化に追随させてＬＳＶ電流Ｉを制御することができる。例えば、圧力Ｐを上昇させるときに、スイープ速度が速い場合の動的特性とスイープ速度が遅い場合の動的特性の差の影響を受けることなく、圧力Ｐを正確に制御することができる。また、圧力Ｐを低下させるときに、スイープ速度が速い場合の動的特性とスイープ速度が遅い場合の動的特性の差の影響を受けることなく、圧力Ｐを正確に制御することができる。また、圧力Ｐを変化させるときに、圧力Ｐを上昇させるときの動的特性と圧力Ｐを低下させるときの動的特性の差の影響（すなわち、ヒステリシス特性の影響）を受けることなく、圧力Ｐを正確に制御することができる。このように、実施形態の燃料電池システム１０によれば、燃料電池スタック２０に供給される水素ガスの圧力Ｐを従来よりも正確に制御することができる。
なお、上述した実施形態では、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときの動的特性とＬＳＶ電流Ｉを減少させるときの動的特性を交互に測定した。しかしながら、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときの複数の動的特性を測定した後に、ＬＳＶ電流Ｉを減少させるときの複数の動的特性を測定してもよい。
また、上述した実施形態では、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときに複数のスイープ速度において動的特性を測定するとともにＬＳＶ電流Ｉを減少させるときに複数のスイープ速度において動的特性を測定した。しかしながら、他の実施形態においては、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときに複数のスイープ速度において動的特性を測定し、ＬＳＶ電流Ｉを減少させるときには動的特性を測定しなくてもよい。この構成でも、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときに圧力Ｐを正確に制御できる。また、さらに他の実施形態においては、ＬＳＶ電流Ｉを減少させるときに複数のスイープ速度において動的特性を測定し、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときには動的特性を測定しなくてもよい。この構成でも、ＬＳＶ電流Ｉを減少させるときに圧力Ｐを正確に制御できる。また、さらに他の実施形態においては、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときに１つのスイープ速度において動的特性を測定するとともにＬＳＶ電流Ｉを減少させるとき１つのスイープ速度で動的特性を測定してもよい。この場合、ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときのスイープ速度（すなわち、正のスイープ速度）の絶対値とＬＳＶ電流Ｉを減少させるときのスイープ速度（すなわち、負のスイープ速度）の絶対値が等しくてもよい。この構成でも、ヒステリシス特性の影響を受けずに圧力Ｐを制御できる。
なお、上述した実施形態では、ＬＳＶ４６の制御について説明したが、ＬＳＶ４６の代わりに他のソレノイドバルブ（例えば、ロータリーソレノイドバルブ等）を使用してもよい。
また、上述した実施形態では、電動車両に搭載されている燃料電池システムについて説明したが、定置型等のその他の燃料電池システムに本明細書に開示の技術を適用してもよい。
また、上述した実施形態において、動的特性の測定時にＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐを測定する測定点は、３つ以上であることが好ましく、５つ以上であることがより好ましい。
ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときの複数の動的特性に着目した場合、実施形態のスイープ速度Ｖ１は第１スイープ速度の一例であり、実施形態のスイープ速度Ｖ２～Ｖ４は第２スイープ速度の一例である。ＬＳＶ電流Ｉを減少させるときの複数の動的特性に着目した場合、実施形態のスイープ速度－Ｖ１は第１スイープ速度の一例であり、実施形態のスイープ速度－Ｖ２～－Ｖ４は第２スイープ速度の一例である。ＬＳＶ電流Ｉを増加させるときの動的特性とＬＳＶ電流Ｉを減少させるときの動的特性に着目した場合、実施形態のスイープ速度Ｖ１は第１スイープ速度の一例であり、実施形態のスイープ速度－Ｖ１～－Ｖ４は第２スイープ速度の一例である。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
１０ ：燃料電池システム
２０ ：燃料電池スタック
３２ ：酸素ガス供給路
４２ ：水素ガス供給路
４６ ：リニアソレノイドバルブ
４８ ：制御回路
５４ ：圧力センサ

Claims (2)

  1. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給路と、
    前記水素ガス供給路の開度を変更するソレノイドバルブと、
    前記水素ガス供給路のうちの前記ソレノイドバルブから前記燃料電池までの下流側供給路内の圧力を検出する圧力センサと、
    前記ソレノイドバルブを制御する制御回路、
    を有し、
    前記制御回路が、
    前記ソレノイドバルブの通電電流を第１スイープ速度で変化させながら前記通電電流と前記圧力を複数点で検出して記憶するステップと、
    前記通電電流を前記第１スイープ速度とは異なる第２スイープ速度で変化させながら前記通電電流と前記圧力を複数点で検出して記憶するステップ、
    を実行し、
    前記制御回路が、前記通電電流を前記第１スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが閉じている状態から前記通電電流を前記第１スイープ速度で増加させ、
    前記制御回路が、前記通電電流を前記第２スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが閉じている状態から前記通電電流を前記第２スイープ速度で増加させる、
    燃料電池システム。
  2. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    前記燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給路と、
    前記水素ガス供給路の開度を変更するソレノイドバルブと、
    前記水素ガス供給路のうちの前記ソレノイドバルブから前記燃料電池までの下流側供給路内の圧力を検出する圧力センサと、
    前記ソレノイドバルブを制御する制御回路、
    を有し、
    前記制御回路が、
    前記ソレノイドバルブの通電電流を第１スイープ速度で変化させながら前記通電電流と前記圧力を複数点で検出して記憶するステップと、
    前記通電電流を前記第１スイープ速度とは異なる第２スイープ速度で変化させながら前記通電電流と前記圧力を複数点で検出して記憶するステップ、
    を実行し、
    前記制御回路が、前記通電電流を前記第１スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが開いている状態から前記通電電流を前記第１スイープ速度で減少させ、
    前記制御回路が、前記通電電流を前記第２スイープ速度で変化させるステップでは、前記ソレノイドバルブが開いている状態から前記通電電流を前記第２スイープ速度で減少させる、
    燃料電池システム。
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