JP7841928B2 - 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。これに対し、特許文献１では、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、ブレーキ圧を目標圧力に制御している状態において、ソレノイドバルブに流れる電流値を測定する。そして、測定した電流値に基づいて、記憶している初期駆動量を修正する。
特開２０１２－０９１５７７号公報
特許文献１の技術では、ブレーキ圧を目標圧力に制御している状態においてソレノイドバルブの適切な電流値を測定し、初期駆動量を修正する。適切な初期駆動量は差圧によって異なるので、差圧ごとに適切な電流値を測定して初期駆動量を修正必要がある。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特性をより容易に学習できる技術を提案する。
（形態１）
本明細書が開示する形態１の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が閉じている状態から前記ソレノイドバルブの通電電流を増加させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち上がりを検出するとともに前記圧力の立ち上がり時の前記通電電流である立ち上がり電流を検出するステップと、前記立ち上がり電流に基づいて前記通電電流が増加するときの前記通電電流と前記圧力の関係である増加特性を算出するステップ、を実行する。
この燃料電池システムでは、ソレノイドバルブの立ち上がり電流を検出する。立ち上がり電流を検出すれば、ソレノイドバルブが開くときの通電電流と圧力の関係である増加特性を比較的高精度に算出することができる。このように、この燃料電池システムによれば、容易に増加特性を算出できる。
燃料電池システムのブロック図。 ＬＳＶのヒステリシス特性を示すグラフ。 ＬＳＶの増加特性の補正を示すグラフ。 ＬＳＶの減少特性の補正を示すグラフ。 実施例１の学習処理を示すフローチャート。 実施例２の学習処理を示すフローチャート。 スイープ速度ごとのＬＳＶの増加特性の補正を示すグラフ。 スイープ速度ごとのＬＳＶの減少特性の補正を示すグラフ。
（形態２）
形態１の燃料電池システムでは、前記制御回路が、前記ソレノイドバルブの標準増加特性を記憶しており、前記立ち上がり電流に基づいて前記標準増加特性を補正することによって前記増加特性を算出してもよい。
この構成によれば、高い精度で増加特性を算出できる。
（形態３）
形態１または２の燃料電池システムでは、制御回路が、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減少させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち下がりを検出するとともに前記圧力の立ち下がり時の前記通電電流である立ち下がり電流を検出するステップと、前記立ち下がり電流に基づいて前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である減少特性を算出するステップ、を実行してもよい。
この構成によれば、立ち下がり電流に基づいて、容易に減少特性を算出できる。また、ソレノイドバルブはヒステリシス特性を有している場合があり、増加特性と減少特性が異なる場合がある。この構成によれば、増加特性と減少特性のそれぞれを算出することができる。
（形態４）
形態３の燃料電池システムでは、前記制御回路が、前記ソレノイドバルブの標準減少特性を記憶しており、前記立ち下がり電流に基づいて前記標準減少特性を補正することによって前記減少特性を算出してもよい。
この構成によれば、高い精度で減少特性を算出できる。
（形態５）
形態１～４のいずれかの燃料電池システムでは、前記下流側供給路内の水素ガスを外部へ排出する排気弁をさらに有していてもよい。前記制御回路が、前記排気弁を閉じた状態で前記立ち上がり電流を検出する前記ステップを実行してもよい。
この構成によれば、増加特性をより正確に算出できる。
（形態６）
形態１～５のいずれかの燃料電池システムは、バッテリをさらに有していてもよい。この場合、前記立ち上がり電流を検出する前記ステップにおいて前記燃料電池で生成された電力によって前記バッテリを充電してもよい。
この構成によれば、電力需要が存在しない場合でも、燃料電池に水素ガスを供給して発電を行いながら立ち上がり電流を検出することができる。
（形態７）
形態１～６のいずれかの燃料電池システムでは、前記立ち上がり電流を検出する前記ステップが、第１スイープ速度で前記通電電流を増加さているときの前記立ち上がり電流である第１立ち上がり電流を検出するステップと、第２スイープ速度で前記通電電流を増加さているときの前記立ち上がり電流である第２立ち上がり電流を検出するステップ、を有していてもよい。この場合、前記増加特性を算出する前記ステップが、前記第１スイープ速度における前記増加特性である第１増加特性を前記第１立ち上がり電流に基づいて算出するステップと、前記第２スイープ速度における前記増加特性である第２増加特性を前記第２立ち上がり電流に基づいて算出するステップ、を有していてもよい。
この構成によれば、通電電流を増加させるスイープ速度によって増加特性が異なる場合でも、スイープ速度ごとに増加特性を算出できる。
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に示すように、ＬＳＶ４６は、ヒステリシス特性を有する。すなわち、ＬＳＶ４６では、ＬＳＶ電流Ｉが増加するときの増加特性Ｃｉ１と、ＬＳＶ電流Ｉが減少するときの減少特性Ｃｄ１が異なる。
まず、ＬＳＶ電流Ｉを増加させる場合（すなわち、増加特性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Ｉａ１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Ｉａ１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ＬＳＶ電流Ｉを、立ち上がり電流という場合がある。ＬＳＶ電流Ｉが立ち上がり電流Ｉａ１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が増加する。ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉｂ１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Ｉｂ１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、ＬＳＶ電流Ｉを減少させる場合（すなわち、減少特性Ｃｄ１）について説明する。ＬＳＶ電流Ｉが電流Ｉｂ１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Ｉｂ１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Ｉｂ１よりも低い電流Ｉｃ１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ＬＳＶ電流Ｉを、立ち下がり電流とうい場合がある。ＬＳＶ電流Ｉが立ち下がり電流Ｉｃ１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が減少する。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Ｉａ１よりも小さい電流Ｉｄ１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。
以上に説明したように、ＬＳＶ４６は、ＬＳＶ電流Ｉが増加するときとＬＳＶ電流Ｉが減少するときとで異なる特性を有している。
制御回路４８は、図３に示す標準増加特性Ｃｉ２と、図４に示す標準減少特性Ｃｄ２を記憶している。標準増加特性Ｃｉ２はＬＳＶ４６の設計上の増加特性であり、標準減少特性Ｃｄ２はＬＳＶ４６の設計上の減少特性である。ＬＳＶ４６の実際の増加特性Ｃｉ１及び減少特性Ｃｄ１は、製造ばらつきや経時変化等の影響によって、標準増加特性Ｃｉ２及び標準減少特性Ｃｄ２からずれている。したがって、制御回路４８は、標準増加特性Ｃｉ２及び標準減少特性Ｃｄ２を修正して、実際の増加特性Ｃｉ１及び減少特性Ｃｄ１により近い補正増加特性Ｃｉ３及び補正減少特性Ｃｄ３を算出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の実施例を説明する。なお、以下の各実施例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、各実施例の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５は、実施例１の学習処理を示している。制御回路４８には、外部から必要に応じて発電要求が入力される。例えば、モータ７６または補機７８が動作している場合や、バッテリ７０の残量が基準値を下回ったときに、制御回路４８に発電要求が入力される。制御回路４８は、ステップＳ２を定期的に実行し、発電要求が入力されているか否かをチェックする。制御回路４８は、発電要求を受信すると、ステップＳ２でＹＥＳと判定し、ステップＳ４を実行する。
ステップＳ４では、制御回路４８は、学習処理を実施済みであるか否かを判定する。学習処理が実施されていない場合には、制御回路４８は、ステップＳ４でＮＯと判定してステップＳ６を実行する。
ステップＳ６では、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを０Ａから徐々に増加させながら、圧力センサ５４で検出される圧力Ｐをモニタする。制御回路４８は、ステップＳ６の実行中に、ステップＳ８で圧力Ｐが最小値ＰＬから上昇したか否かを判定する。制御回路４８は、圧力Ｐが最小値ＰＬから上昇するまで、ステップＳ８を繰り返す。制御回路４８は、圧力Ｐが最小値ＰＬから上昇すると、ステップＳ８でＹＥＳと判定する。すると、ステップＳ１０において、制御回路４８は、圧力Ｐが最小値ＰＬから上昇したタイミングにおけるＬＳＶ電流Ｉを立ち上がり電流Ｉａ１として記憶する。
例えば、ステップＳ６では、図３の矢印１００に示すように、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを０Ａから徐々に増加させる。ＬＳＶ電流Ｉが低い間は、圧力センサ５４で検出される圧力Ｐは最小値ＰＬから上昇しない。ＬＳＶ電流ＩがＬＳＶ４６の実際の立ち上がり電流Ｉａ１まで上昇すると、圧力Ｐが上昇を開始する。したがって、制御回路４８は、圧力Ｐが上昇を開始したタイミングにおいてステップＳ８でＹＥＳと判定し、ステップＳ１０で立ち上がり電流Ｉａ１記憶する。図３に示すように、多くの場合、ステップＳ１０で検出される立ち上がり電流Ｉａ１は、標準増加特性Ｃｉ２の立ち上がり電流Ｉａ２とは一致しない。
次に、ステップＳ１２において、制御回路４８は、検出された立ち上がり電流Ｉａ１に基づいて標準増加特性Ｃｉ２を補正する。これによって、制御回路４８は、補正増加特性Ｃｉ３を算出する。一例では、図３に示すように、制御回路４８は、立ち上がり電流Ｉａ１と立ち上がり電流Ｉａ２の差ΔＩａ（＝Ｉａ１－Ｉａ２）を算出し、標準増加特性Ｃｉ２の各座標点のＬＳＶ電流Ｉの値に差ΔＩａを加算することによって補正増加特性Ｃｉ３を算出する。すなわち、制御回路４８は、標準増加特性Ｃｉ２をＬＳＶ電流Ｉの軸方向に差ΔＩａだけシフトすることで、補正増加特性Ｃｉ３を算出する。このように補正増加特性Ｃｉ３を算出すると、補正増加特性Ｃｉ３における立ち上がり電流が、ＬＳＶ４６の実際の立ち上がり電流Ｉａ１と一致する。また、このように補正増加特性Ｃｉ３を算出すると、補正増加特性Ｃｉ３を、ＬＳＶ４６の実際の増加特性Ｃｉ１に対して比較的高い精度で合わせることができる。なお、他の例では、立ち上がり電流Ｉａ１と立ち上がり電流Ｉａ２の比Ｘ（＝Ｉａ１／Ｉａ２）を算出し、標準増加特性Ｃｉ２の各座標点のＬＳＶ電流Ｉの値に比Ｘを乗算することによって補正増加特性Ｃｉ３を算出してもよい。このように補正増加特性Ｃｉ３を算出する場合でも、補正増加特性Ｃｉ３を、ＬＳＶ４６の実際の増加特性Ｃｉ１に対して比較的高い精度で合わせることができる。
次に、ステップＳ１４において、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを制御して圧力Ｐを目標値に制御する。ここでは、制御回路４８は、補正増加特性Ｃｉ３に基づいてＬＳＶ電流Ｉを制御することができる。これによって、燃料電池スタック２０に適切な圧力で水素ガスが供給され、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、モータ駆動回路７２、または、補機駆動回路７４に供給される。
燃料電池スタック２０で発電が開始されると、制御回路４８は、ステップＳ１６を繰り返し実行して、外部から発電停止要求が入力されたか否かをチェックする。制御回路４８は、発電停止要求を受信すると、ステップＳ１６でＹＥＳと判定し、ステップＳ１８を実行する。
ステップＳ１８では、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを最大値から徐々に減少させながら、圧力センサ５４で検出される圧力Ｐをモニタする。制御回路４８は、ステップＳ１８の実行中に、ステップＳ２０で圧力Ｐが最大値ＰＨから低下したか否かを判定する。制御回路４８は、圧力Ｐが最大値ＰＨから低下するまで、ステップＳ２０を繰り返す。制御回路４８は、圧力Ｐが最大値ＰＨから低下すると、ステップＳ２０でＹＥＳと判定する。すると、ステップＳ２２において、制御回路４８は、圧力Ｐが最大値ＰＨから減少したタイミングにおけるＬＳＶ電流Ｉを立ち下がり電流Ｉｃ１として記憶する。
例えば、ステップＳ１８では、図４の矢印１０２に示すように、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを最大値から徐々に減少させる。ＬＳＶ電流Ｉが高い間は、圧力センサ５４で検出される圧力Ｐは最大値ＰＨから低下しない。ＬＳＶ電流ＩがＬＳＶ４６の実際の立ち下がり電流Ｉｃ１まで低下すると、圧力Ｐが低下を開始する。したがって、制御回路４８は、圧力Ｐが低下を開始したタイミングにおいてステップＳ２０でＹＥＳと判定し、ステップＳ２２で立ち下がり電流Ｉｃ１を記憶する。図４に示すように、多くの場合、ステップＳ２２で検出される立ち下がり電流Ｉｃ１は、標準減少特性Ｃｄ２の立ち下がり電流Ｉｃ２とは一致しない。
次に、ステップＳ２４において、制御回路４８は、検出された立ち下がり電流Ｉｃ１に基づいて標準減少特性Ｃｄ２を補正する。これによって、制御回路４８は、補正減少特性Ｃｄ３を算出する。一例では、図４に示すように、制御回路４８は、立ち下がり電流Ｉｃ１と立ち下がり電流Ｉｃ２の差ΔＩｃ（＝Ｉｃ１－Ｉｃ２）を算出し、標準減少特性Ｃｄ２の各座標点のＬＳＶ電流Ｉの値に差ΔＩｃを加算することによって補正減少特性Ｃｄ３を算出する。すなわち、制御回路４８は、標準減少特性Ｃｄ２をＬＳＶ電流Ｉの軸方向に差ΔＩｃだけシフトすることで、補正減少特性Ｃｄ３を算出する。このように補正減少特性Ｃｄ３を算出すると、補正減少特性Ｃｄ３における立ち下がり電流が、ＬＳＶ４６の実際の立ち下がり電流Ｉｃ１と一致する。また、このように補正減少特性Ｃｄ３を算出すると、補正減少特性Ｃｄ３を、ＬＳＶ４６の実際の減少特性Ｃｄ１に対して比較的高い精度で合わせることができる。なお、他の例では、立ち下がり電流Ｉｃ１と立ち下がり電流Ｉｃ２の比Ｘ（＝Ｉｃ１／Ｉｃ２）を算出し、標準減少特性Ｃｄ２の各座標点のＬＳＶ電流Ｉの値に比Ｘを乗算することによって補正減少特性Ｃｄ３を算出してもよい。このように補正減少特性Ｃｄ３を算出する場合でも、補正減少特性Ｃｄ３を、ＬＳＶ４６の実際の減少特性Ｃｄ１に対して比較的高い精度で合わせることができる。
次に、ステップＳ２６で、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉを０Ａまで低下させ、ＬＳＶ４６を全閉する。これによって、燃料電池スタック２０への水素ガスの供給が停止し、燃料電池スタック２０による発電が停止する。
以上のように、ステップＳ６～Ｓ２４の学習処理によって、補正増加特性Ｃｉ３と補正減少特性Ｃｄ３が算出される。学習処理の実施後に発電要求が発生した場合には、制御回路４８は、ステップＳ４でＹＥＳと判定し、ステップＳ３０において学習処理を伴わないで発電を実施する。ここでは、制御回路４８は、補正増加特性Ｃｉ３と補正減少特性Ｃｄ３に基づいてＬＳＶ電流Ｉを制御する。このため、圧力Ｐを正確に制御することができる。
以上に説明したように、実施例１では、制御回路４８が標準増加特性Ｃｉ２を記憶しており、実測した立ち上がり電流Ｉａ１に基づいて標準増加特性Ｃｉ２を補正することで、補正増加特性Ｃｉ３を算出する。この方法によれば、ＬＳＶ４６の実際の増加特性Ｃｉ１に近い補正増加特性Ｃｉ３を算出することができる。また、この方法によれば、複数点でＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐの相関関係を実測する必要が無く、容易に補正増加特性Ｃｉ３を算出できる。
また、実施例１では、制御回路４８が標準減少特性Ｃｄ２を記憶しており、実測した立ち下がり電流Ｉｃ１に基づいて標準減少特性Ｃｄ２を補正することで、補正減少特性Ｃｄ３を算出する。この方法によれば、ＬＳＶ４６の実際の減少特性Ｃｄ１に近い補正減少特性Ｃｄ３を算出することができる。また、この方法によれば、複数点でＬＳＶ電流Ｉと圧力Ｐの相関関係を実測する必要がなく、容易に補正減少特性Ｃｄ３を算出できる。
また、実施例１では、増加特性と減少特性を独立して補正する。上述したように、ＬＳＶ４６はヒステリシス特性を有しており、増加特性と減少特性が異なる。したがって、実施例１のように増加特性と減少特性を独立して補正することで、これらを適切に補正することができる。
図６は、実施例２の学習処理を示している。実施例２の学習処理は、発電要求の有無にかかわらず実施される。ステップＳ４では、制御回路４８は、学習処理を実施済みであるか否かを判定する。学習処理を実施済みの場合には、制御回路４８は、ステップＳ４でＹＥＳと判定し、図６の処理を終了する。学習処理が実施されていない場合には、制御回路４８は、ステップＳ４でＮＯと判定してステップＳ６～Ｓ１２を実行する。実施例２のステップＳ６～Ｓ１２は、実施例１のステップＳ６～Ｓ１２と等しい。したがって、実施例２のステップＳ６～Ｓ１２において、補正増加特性Ｃｉ３が算出される。すなわち、実施例１と同様にして、制御回路４８は、立ち上がり電流Ｉａ１を実測し、立ち上がり電流Ｉａ１に基づいて標準増加特性Ｃｉ２を補正することによって補正増加特性Ｃｉ３を算出する。なお、ステップＳ６～Ｓ１２でＬＳＶ電流Ｉを増加させると、発電要求が無いにもかかわらず燃料電池スタック２０の出力電流が増加する。ここでは、燃料電池スタック２０の出力電流をバッテリ７０に供給することによって、バッテリ７０を充電する。
次に、制御回路４８は、ステップＳ１８～２６を実行する。実施例２のステップＳ１８～２６は、実施例１のステップＳ１８～２６と等しい。したがって、実施例２のステップＳ１８～Ｓ２６において、補正減少特性Ｃｄ３が算出される。すなわち、実施例１と同様にして、制御回路４８は、立ち下がり電流Ｉｃ１を実測し、立ち下がり電流Ｉｃ１に基づいて標準減少特性Ｃｄ２を補正することによって補正減少特性Ｃｄ３を算出する。
以上に説明したように、実施例２の構成によれば、発電要求が無い場合でも、学習処理を実行できる。学習処理後は、制御回路４８は、補正増加特性Ｃｉ３及び補正減少特性Ｃｄ３に基づいてＬＳＶ４６を制御する。
立ち上がり電流Ｉａ１が、ＬＳＶ電流Ｉのスイープ速度（すなわち、ＬＳＶ電流Ｉを変化させる速度）が速いほど高くなる場合がある。例えば、図７に示すように、スイープ速度が遅い場合に低い立ち上がり電流Ｉａ１－１となり、スイープ速度が中程度の場合に中程度の立ち上がり電流Ｉａ１－２となり、スイープ速度が速い場合に高い立ち上がり電流Ｉａ１－３となる場合がある。また、立ち下がり電流Ｉｃ１が、ＬＳＶ電流Ｉのスイープ速度が速いほど低くなる場合がある。例えば、図８に示すように、スイープ速度が遅い場合に高い立ち下がり電流Ｉｃ１－１となり、スイープ速度が中程度の場合に中程度の立ち下がり電流Ｉｃ１－２となり、スイープ速度が速い場合に低い立ち下がり電流Ｉｃ１－３となる場合がある。実施例３では、このようなＬＳＶ４６を使用する場合に、ＬＳＶ電流Ｉのスイープ速度ごとに増加特性と減少特性を補正する。
実施例３では、制御回路４８は、学習処理を複数回繰り返し実行する。なお、各学習処理は、実施例１のように発電要求に応じて実行されてもよいし、実施例２のように発電要求にかかわらず実行されてもよい。
最初の学習処理では、制御回路４８は、遅いスイープ速度（例えば、０．０１Ａ／ｓｅｃ）でＬＳＶ電流Ｉを上昇させながら、立ち上がり電流Ｉａ１－１を検出する。制御回路４８は、立ち上がり電流Ｉａ１－１を検出すると、立ち上がり電流Ｉａ１－１に基づいて標準増加特性Ｃｉ２を補正することで、補正増加特性Ｃｉ３－１を算出する。制御回路４８は、遅いスイープ速度における補正増加特性として、算出した補正増加特性Ｃｉ３－１を記憶する。また、最初の学習処理では、制御回路４８は、遅いスイープ速度でＬＳＶ電流Ｉを低下させながら、立ち下がり電流Ｉｃ１－１を検出する。制御回路４８は、立ち下がり電流Ｉｃ１－１を検出すると、立ち下がり電流Ｉｃ１－１に基づいて標準減少特性Ｃｄ２を補正することで、補正減少特性Ｃｄ３－１を算出する。制御回路４８は、遅いスイープ速度における補正減少特性として、算出した補正減少特性Ｃｄ３－１を記憶する。
２回目の学習処理では、制御回路４８は、中程度のスイープ速度（例えば、０．０５Ａ／ｓｅｃ）でＬＳＶ電流Ｉを上昇させながら、立ち上がり電流Ｉａ１－２を検出する。制御回路４８は、立ち上がり電流Ｉａ１－２を検出すると、立ち上がり電流Ｉａ１－２に基づいて標準増加特性Ｃｉ２を補正することで、補正増加特性Ｃｉ３－２を算出する。制御回路４８は、中程度のスイープ速度における補正増加特性として、算出した補正増加特性Ｃｉ３－２を記憶する。また、２回目の学習処理では、制御回路４８は、中程度のスイープ速度でＬＳＶ電流Ｉを低下させながら、立ち下がり電流Ｉｃ１－２を検出する。制御回路４８は、立ち下がり電流Ｉｃ１－２を検出すると、立ち下がり電流Ｉｃ１－２に基づいて標準減少特性Ｃｄ２を補正することで、補正減少特性Ｃｄ３－２を算出する。制御回路４８は、中程度のスイープ速度における補正減少特性として、算出した補正減少特性Ｃｄ３－２を記憶する。
３回目の学習処理では、制御回路４８は、速いスイープ速度（例えば、０．１Ａ／ｓｅｃ）でＬＳＶ電流Ｉを上昇させながら、立ち上がり電流Ｉａ１－３を検出する。制御回路４８は、立ち上がり電流Ｉａ１－３を検出すると、立ち上がり電流Ｉａ１－３に基づいて標準増加特性Ｃｉ２を補正することで、補正増加特性Ｃｉ３－３を算出する。制御回路４８は、速いスイープ速度における補正増加特性として、算出した補正増加特性Ｃｉ３－３を記憶する。また、３回目の学習処理では、制御回路４８は、速いスイープ速度でＬＳＶ電流Ｉを低下させながら、立ち下がり電流Ｉｃ１－３を検出する。制御回路４８は、立ち下がり電流Ｉｃ１－３を検出すると、立ち下がり電流Ｉｃ１－３に基づいて標準減少特性Ｃｄ２を補正することで、補正減少特性Ｃｄ３－３を算出する。制御回路４８は、速いスイープ速度における補正減少特性として、算出した補正減少特性Ｃｄ３－３を記憶する。
以上に説明したように、実施例３では、制御回路４８は、スイープ速度ごとに補正増加特性と補正減少特性を算出する。学習処理が完了した後においては、制御回路４８は、ＬＳＶ電流Ｉのスイープ速度に応じて補正増加特性と補正減少特性を選択し、選択した補正増加特性と補正減少特性に応じてＬＳＶ電流Ｉを制御する。したがって、圧力Ｐを正確に制御することができる。
なお、上述した実施例１～３では、増加特性と減少特性の両方を補正した。しかしながら、増加特性と減少特性のいずれか一方のみを補正してもよい。
また、上述した実施例１～３では、学習処理を未実施の場合に、学習処理を実施した。しかしながら、学習処理を実施済みの場合であっても、定期的に学習処理を実施してもよい。定期的に学習処理を実施することで、ＬＳＶ４６の特性の経時変化に合わせて補正増加特性及び補正減少特性を算出することができる。
また、上述した実施例１～３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、上述した実施例では、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、上述した実施例では、立ち上がり電流に基づいて標準増加特性を補正することによって、補正増加特性を算出した。しかしながら、立ち上がり電流に基づく他の算出方法によってＬＳＶの増加特性を算出してもよい。例えば、立ち上がり電流の座標点から所定の関数に従って圧力Ｐが上昇するようにグラフを描くことで増加特性を算出してもよい。また、上述した実施例では、立ち下がり電流に基づいて標準減少特性を補正することによって、補正減少特性を算出した。しかしながら、立ち下がり電流に基づく他の算出方法によってＬＳＶの減少特性を算出してもよい。例えば、立ち下がり電流の座標点から所定の関数に従って圧力Ｐが減少するようにグラフを描くことで減少特性を算出してもよい。
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
５６ ：排気弁

Claims (12)

  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の通電電流を増加させるときの前記通電電流と前記圧力の関係である標準増加特性を記憶しており、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が閉じている状態から前記ソレノイドバルブの前記通電電流を増加させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち上がりを検出し、前記圧力の立ち上がり時の前記通電電流である立ち上がり電流を検出するステップと、
    検出された前記立ち上がり電流から前記標準増加特性の立ち上がり電流を減算した値を前記標準増加特性の電流値に加算することによって、前記通電電流が増加するときの前記通電電流と前記圧力の関係である増加特性を算出するステップ、
    を実行す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の通電電流を増加させるときの前記通電電流と前記圧力の関係である標準増加特性を記憶しており、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が閉じている状態から前記ソレノイドバルブの前記通電電流を増加させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち上がりを検出し、前記圧力の立ち上がり時の前記通電電流である立ち上がり電流を検出するステップと、
    検出された前記立ち上がり電流を前記標準増加特性の立ち上がり電流で除算した値を前記標準増加特性の電流値に乗算することによって、前記通電電流が増加するときの前記通電電流と前記圧力の関係である増加特性を算出するステップ、
    を実行する燃料電池システム。
  3. 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が閉じている状態から前記ソレノイドバルブの通電電流を増加させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち上がりを検出し、前記圧力の立ち上がり時の前記通電電流である立ち上がり電流を検出するステップと、
    前記立ち上がり電流の座標点から所定の関数に従って前記圧力が上昇するようにグラフを描くことで、前記通電電流が増加するときの前記通電電流と前記圧力の関係である増加特性を算出するステップ、
    を実行する燃料電池システム。
  4. 前記制御回路が、
    前記ソレノイドバルブの前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である標準減少特性を記憶しており、
    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減少させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち下がりを検出し、前記圧力の立ち下がり時の前記通電電流である立ち下がり電流を検出するステップと、
    検出された前記立ち下がり電流から前記標準減少特性の立ち下がり電流を減算した値を前記標準減少特性の電流値に加算することによって、前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である減少特性を算出するステップ、
    を実行する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  5. 前記制御回路が、
    前記ソレノイドバルブの前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である標準減少特性を記憶しており、
    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減少させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち下がりを検出し、前記圧力の立ち下がり時の前記通電電流である立ち下がり電流を検出するステップと、
    検出された前記立ち下がり電流を前記標準減少特性の立ち下がり電流で除算した値を前記標準減少特性の電流値に乗算することによって、前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である減少特性を算出するステップ、
    を実行する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  6. 前記制御回路が、
    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減少させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち下がりを検出し、前記圧力の立ち下がり時の前記通電電流である立ち下がり電流を検出するステップと、
    前記立ち下がり電流の座標点から特定の関数に従って前記圧力が減少するようにグラフを描くことで、前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である減少特性を算出するステップ、
    を実行する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  7. 前記下流側供給路内の水素ガスを外部へ排出する排気弁をさらに有し、
    前記制御回路が、前記排気弁を閉じた状態で前記立ち上がり電流を検出する前記ステップを実行する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  8. バッテリをさらに有し、
    前記立ち上がり電流を検出する前記ステップにおいて前記燃料電池で生成された電力によって前記バッテリを充電する請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  9. 前記立ち上がり電流を検出する前記ステップが、第１スイープ速度で前記通電電流を増加させているときの前記立ち上がり電流である第１立ち上がり電流を検出するステップと、第２スイープ速度で前記通電電流を増加させているときの前記立ち上がり電流である第２立ち上がり電流を検出するステップ、を有し、
    前記増加特性を算出する前記ステップが、前記第１スイープ速度における前記増加特性である第１増加特性を前記第１立ち上がり電流に基づいて算出するステップと、前記第２スイープ速度における前記増加特性である第２増加特性を前記第２立ち上がり電流に基づいて算出するステップ、を有する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  10. 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の通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である標準減少特性を記憶しており、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が開いている状態から前記ソレノイドバルブの前記通電電流を減少させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち下がりを検出し、前記圧力の立ち下がり時の前記通電電流である立ち下がり電流を検出するステップと、
    検出された前記立ち下がり電流から前記標準減少特性の立ち下がり電流を減算した値を前記標準減少特性の電流値に加算することによって、前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である減少特性を算出するステップ、
    を実行する燃料電池システム。
  11. 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の通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である標準減少特性を記憶しており、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が開いている状態から前記ソレノイドバルブの前記通電電流を減少させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち下がりを検出し、前記圧力の立ち下がり時の前記通電電流である立ち下がり電流を検出するステップと、
    検出された前記立ち下がり電流を前記標準減少特性の立ち下がり電流で除算した値を前記標準減少特性の電流値に乗算することによって、前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である減少特性を算出するステップ、
    を実行する燃料電池システム。
  12. 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が開いている状態から前記ソレノイドバルブの通電電流を減少させるときに前記圧力センサで検出される前記圧力の立ち下がりを検出し、前記圧力の立ち下がり時の前記通電電流である立ち下がり電流を検出するステップと、
    前記立ち下がり電流の座標点から特定の関数に従って前記圧力が減少するようにグラフを描くことで、前記通電電流が減少するときの前記通電電流と前記圧力の関係である減少特性を算出するステップ、
    を実行する燃料電池システム。


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