WO2007142246A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2007142246A1
WO2007142246A1 PCT/JP2007/061395 JP2007061395W WO2007142246A1 WO 2007142246 A1 WO2007142246 A1 WO 2007142246A1 JP 2007061395 W JP2007061395 W JP 2007061395W WO 2007142246 A1 WO2007142246 A1 WO 2007142246A1
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gas
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gas state
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Kenji Umayahara
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power upon receiving a supply of a reaction gas (a fuel gas and an oxidizing gas).
  • a reaction gas a fuel gas and an oxidizing gas
  • a fuel cell system equipped with a fuel cell that generates power by receiving supply of reaction gas has been proposed and put into practical use.
  • a fuel cell system is provided with a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source such as a hydrogen tank to the fuel cell.
  • a pressure regulating valve that is provided on the fuel supply flow path and adjusts the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell, it is supplied to the fuel cell by applying an applied pressure using an oxidizing gas as a pressure source.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to appropriately change the supply pressure of the fuel gas in accordance with the operating state of the fuel cell.
  • the purpose is to secure a good pressure response with minimal effects of crystallization and differences in solids.
  • a fuel cell system includes a fuel cell, a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel cell, and a gas state upstream of the fuel supply system.
  • a fuel cell system comprising: a gas state variable supply device that supplies to the downstream side; and a control unit that drives and controls the gas state variable supply device according to an operation state of the fuel cell, wherein the gas state variable supply device And learning means for setting a drive parameter of the gas state variable supply device based on the learning result, and the learning means is at least a predetermined value or more by the gas state variable supply device.
  • the drive characteristic is learned using the first value based on the gas supply change and the second value based on the operation command value of the gas state variable supply device.
  • the learning means may correct the driving characteristic of the gas state variable supply device to be learned according to the upstream pressure of the gas state variable supply device.
  • the learning means may correct the driving characteristic of the gas state variable supply device to be learned according to the temperature of the fuel gas.
  • an internal flow path that communicates the upstream side and the downstream side, and an opening state of the internal flow path that is movably disposed in the internal flow path is changed according to the movement position.
  • An injector comprising: a possible valve body; and a valve body drive unit that drives the valve body by electromagnetic driving force may be employed.
  • a command value for controlling the injection time of the injector can be adopted.
  • the injection time of the injector may include a basic injection time obtained from the generated current of the fuel cell as a feedforward term, and the learning unit may reflect the learning result in the feedforward term.
  • the gas supply change is caused by an increase in downstream pressure of the gas state variable supply device. Good.
  • Another fuel cell system includes a fuel cell, a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel cell, and a gas state on the upstream side of the fuel supply system, which is adjusted and supplied to the downstream side.
  • a fuel cell system comprising: a gas state variable supply device; and a control unit that drives and controls the gas state variable supply device according to an operation state of the fuel cell, wherein the drive characteristic of the gas state variable supply device
  • learning means for setting the driving parameters of the gas state variable supply device based on the learning result, and the learning means drives the gas state variable supply device under different driving conditions. From the number of times of fuel gas supply under these driving conditions, the invalid supply time of the gas state variable supply device is learned.
  • the invalid supply time is a time required from when the gas state variable supply device receives a drive control signal from the control means to when gas supply is actually started.
  • the different driving conditions may be at least one of an increase in downstream pressure of the gas state variable supply device and a supply time per one supply of fuel gas by the gas state variable supply device.
  • the learning means may perform learning when the fuel cell is started.
  • Gas state means a gas state (flow rate, pressure, temperature, molar concentration, etc.), and particularly includes at least one of gas flow rate and gas pressure.
  • the gas state variable supply device may be an electromagnetically driven injector, or a variable pressure regulator such as a diaphragm type regulator where the valve body is driven via a diaphragm by air pressure or motor, for example. But you can. ''
  • the drive characteristics of the variable gas state supply device include, for example, the gas state on the inlet side of the fuel cell Relationship between (secondary gas state of gas state variable supply device) and inlet side target gas state (secondary target gas state of gas state variable supply device), fuel cell inlet side gas state (gas state variable) The relationship between the secondary gas state of the supply device) and the generated current, the relationship between the primary gas state and the secondary gas state of the gas state variable supply device, the primary gas state of the supply device and the fuel cell The relationship with the generated current.
  • the drive parameters of the gas state variable supply device are, for example, the injection amount, the injection time, the duty ratio, the drive frequency, the drive pulse, etc. when the gas state variable supply device is the above-mentioned electromagnetic drive type injector.
  • an applied pressure for example, fluid pressure or panel pressure
  • the configuration in which the drive characteristics of the gas state variable supply device to be learned are corrected according to the upstream pressure or temperature of the gas state variable supply device enables highly accurate learning.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows the injection time for the fuel cell system shown in Figure 1. It is a flowchart for demonstrating a calculation process.
  • FIG. 3 is an example of a map used for the process of step S 3 in the flowchart shown in FIG.
  • FIG. 4 is an example of a map used for the process of step S5 of the flowchart shown in FIG.
  • FIG. 5 is an example of another map used for the process of step S 5 of the flowchart shown in FIG.
  • FIG. 6 is an example of still another map used for the process of step S5 in the flowchart shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a result of comparing one example of the present invention and one comparative example regarding the followability of the actual FC inlet pressure with respect to the target FC inlet pressure.
  • FIG. 8 is an example of a map used for the process of step S 11 in the flowchart shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the drive times A and B shown in FIG.
  • the fuel cell system 1 includes a fuel cell 10 that generates electric power upon receiving supply of reaction gas (oxidized gas and fuel gas), and includes a fuel cell 10.
  • Oxidizing gas piping system that supplies air as oxidizing gas (fuel supply system) 2
  • Hydrogen gas piping system that supplies hydrogen gas as fuel gas to the fuel cell 10 3
  • Control device that controls the entire system (control) Means, learning hand 4) etc.
  • the fuel cell 10 has a stack structure in which a required number of unit cells that generate power upon supply of reaction gas are stacked, and the power generated by the fuel cell 10 is PCU (Power Control Unit) 1 1 To be supplied.
  • P C U 1 1 includes a chamber and a DC-DC converter disposed between the fuel cell 10 and the traction module 1 2. Further, the fuel cell 10 is provided with a current sensor 13 for detecting a current during power generation.
  • the oxidizing gas piping system 2 includes an air supply channel 21 for supplying the oxidizing gas (air) humidified by the humidifier 20 to the fuel cell 10, and humidifying the oxidized off-gas discharged from the fuel cell 10.
  • the air supply passage 21 is a compressor that takes in the oxidizing gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 20.
  • the hydrogen gas piping system 3 includes a hydrogen tank 30 as a fuel supply source that stores high-pressure (eg, 70 MPa) hydrogen gas, and a fuel cell 10 for supplying the hydrogen gas from the hydrogen tank 30 to the fuel cell 10.
  • Hydrogen supply flow path 31 as a fuel supply flow path, and a circulation flow path for returning the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen supply flow path 31
  • the hydrogen gas piping system 3 is an embodiment of the fuel supply system in the present invention.
  • a reformer that generates a hydrogen rich reformed gas from a hydrocarbon-based fuel, and a high pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high pressure state.
  • a tank having a hydrogen storage alloy may be employed as a fuel supply source.
  • the hydrogen supply flow path 3 1 includes a shut-off valve 3 3 that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 30, a regulator 4 that adjusts the pressure of the hydrogen gas, and an injector (gas state variable) 3) and 5 are provided.
  • a primary-side pressure sensor 41 and a temperature sensor 42 that detect the pressure and temperature of the hydrogen gas in the hydrogen supply flow path 31 are provided. Further, on the downstream side of the injector 35 and upstream of the junction of the hydrogen supply flow path 3 1 and the circulation flow path 3 2, the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen supply flow path 31 is detected. A side pressure sensor 43 is provided.
  • Regiyure Ichiyu 34 is a device that regulates the upstream pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure.
  • a mechanical pressure reducing valve for reducing the primary pressure is employed as the Regiyu Ichibu 34.
  • the mechanical pressure reducing valve has a structure in which a back pressure chamber and a pressure regulating chamber are formed with a diaphragm therebetween, and the primary pressure is set to a predetermined pressure in the pressure regulating chamber by the back pressure in the back pressure chamber. It is possible to adopt a known configuration in which the pressure is reduced to a secondary pressure.
  • the upstream pressure of the injector 35 can be effectively reduced by arranging two legules 34 on the upstream side of the injector 35. . For this reason, it is possible to increase the degree of freedom in designing the mechanical structure of the injector 35 (valve body, housing, flow path, driving device, etc.).
  • the valve body of the injector 35 is difficult to move due to an increase in the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the injector 35. It can be suppressed. Therefore, it is possible to widen the adjustable pressure width of the downstream pressure of the injector 35, and to suppress a decrease in responsiveness of the injector 35.
  • the injector 35 is an electromagnetically driven type capable of adjusting the gas state such as gas flow rate and gas pressure by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with electromagnetic driving force and separating it from the valve seat. Open / close valve.
  • the injector 35 includes a valve seat having an injection hole for injecting gaseous fuel such as hydrogen gas, a nozzle body that supplies and guides the gaseous fuel to the injection hole, and a shaft with respect to the nozzle body. And a valve body that is accommodated and held so as to be movable in the linear direction (gas flow direction) and opens and closes the injection hole.
  • the valve body of the injector 35 is driven by a solenoid that is an electromagnetic drive device, and the opening area of the injection hole is set in two stages by turning on and off the pulsed excitation current supplied to the solenoid. Multi-stage, continuous (stepless), or linear can be switched.
  • the injector 35 is a valve (valve body and valve seat) that opens and closes directly with an electromagnetic driving force, and has a high responsiveness because its driving cycle can be controlled to a highly responsive region.
  • Injector 35 is configured to change at least one of the opening area (opening) and the opening time of the valve provided in the gas flow path of injector 35 in order to supply the required gas flow rate downstream. Adjust the gas flow rate (or hydrogen molar concentration) supplied to the downstream side (fuel cell 10 side).
  • the gas flow rate is adjusted by opening and closing the valve body of the injector 35, and the gas pressure supplied downstream from the injector 35 is reduced from the gas pressure upstream from the injector 35.
  • Evening 35 can be interpreted as a pressure-regulating valve (pressure-reducing valve, Regiyure Ichiba).
  • pressure-reducing valve pressure-reducing valve, Regiyure Ichiba
  • the injector 35 is disposed upstream of the junction A 1 between the hydrogen supply flow path 31 and the circulation flow path 32.
  • the hydrogen gas supplied from each hydrogen tank 30 joins.
  • An injector 35 is arranged downstream of the minute (hydrogen gas confluence A 2).
  • An exhaust flow path 3 8 is connected to the circulation flow path 3 2 via a gas-liquid separator 3 6 and an exhaust drain valve 3 7.
  • the gas-liquid separator 36 recovers moisture from the hydrogen off gas.
  • the exhaust drain valve 3 7 is activated by a command from the control device 4 to discharge moisture recovered by the gas-liquid separator 36 and hydrogen off-gas containing impurities in the circulation channel 3 2 to the outside. (Purge).
  • the circulation channel 3 2 is provided with a hydrogen pump 39 that pressurizes the hydrogen off-gas in the circulation channel 32 and sends it to the hydrogen supply channel 31 side.
  • the gas in the exhaust flow path 38 is diluted by the diluter 40 and merges with the gas in the exhaust flow path 23.
  • the control device 4 detects an operation amount of an acceleration operation device (accelerator, etc.) provided in the vehicle, and provides control information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a load device such as the traction motor 12). In response, the operation of various devices in the system is controlled.
  • the load device refers to the auxiliary equipment required to operate the fuel cell 10 (for example, compressor 24, hydrogen pump 39, cooling pump motor etc.), vehicle
  • a generic term for power consumption devices including air conditioners (air conditioners), lighting, audio, etc. used in various devices (transmissions, wheel control devices, steering devices, suspension devices, etc.) It is a thing.
  • the control device 4 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system is equipped with a CPU, ROM, RAM, HD D, input / output interface, display, and the like. Various control programs recorded in ROM are read and executed by the CPU, and various controls are performed. Operation is realized.
  • FC current The generated current of the battery 10 (hereinafter referred to as FC current) is detected by the current sensor 13 (step S 1), for example, the map shown in FIG. 3, that is, the FC current detected in step S 1 and the fuel cell 10
  • FC inlet target pressure is calculated from the FC current detected in step S1, using a map that shows the relationship with the inlet target pressure (hereinafter referred to as FC inlet target pressure) of the fuel cell 10 set corresponding to the required output. (Step S3).
  • the control device 4 uses, for example, a map shown in FIG. 4, that is, a map showing the relationship between the FC current and the basic injection time of the injector 35, and first, the FC current detected in step S1. From this, the basic injection time of the injector evening 35 is obtained, and after that, the basic injection time based on this FC current multiplied by a predetermined correction factor K is corrected (learned) and redefined as the basic injection time.
  • the feed-forward term (hereinafter referred to as FZ F term) of the injection time that should be calculated is determined (step S5).
  • this correction factor K is used to pressurize the FC inlet pressure on the anode side of the fuel cell 10 to a predetermined target pressure at system startup (pressurization at startup). It is set by determining the flow rate characteristics per unit drive time of the injector 35 from the relationship between the total drive time Tin j of the injector 35 and the total injection amount Q, and every time the system is started. Updated.
  • the map shown in FIG. 6, that is, the relationship between the pressure increase ⁇ ⁇ ⁇ from the start of start-up pressurization until the target pressure is reached, and the total injection amount Q of the injector 35 is expressed.
  • the map find the total injection amount Q (first value) from the pressure increase range ⁇ ⁇ (gas supply change above a specified value) during pressurization.
  • the control device 4 compares the FC inlet target pressure obtained in step S3 of FIG. 2 and the current inlet pressure of the fuel cell 10 detected by the secondary pressure sensor 43 (hereinafter referred to as FC inlet pressure). Obtain the deviation (hereinafter referred to as FC inlet pressure deviation) (Step S7), and obtain the feedback term (hereinafter referred to as FZB term) of the injection time as a correction value to correct (reduce) this FC inlet pressure deviation ( Step S 9).
  • the control device 4 calculates the invalid injection time T V of the injector 35 based on the gas state upstream of the injector 35 (pressure and temperature of hydrogen gas) and the applied voltage (step S11).
  • the invalid injection time Tv means the time required from when the injector 35 receives the control signal from the control device 4 until the actual injection is started.
  • the invalid injection time TV for each calculation cycle of the control device 4 using a specific map representing the relationship between the pressure and temperature of the hydrogen gas upstream of the injector 35, the applied voltage, and the invalid injection time Tv. Is calculated and updated.
  • control device 4 adds the FZB term obtained in step S9 and the invalid injection time Tv obtained in step S11 to the F / F term of the injector 35 obtained in step S3.
  • the injection time (injection amount) of the injector 35 is obtained (step S13).
  • control device 4 outputs a control signal for realizing the injector injection time to the injector 35, thereby injecting the injector 35. Control the injection time and injection timing, and adjust the flow rate and pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 10.
  • the F / F term which is the basic injection time
  • the FZB term and the invalid injection time Tv it is possible to correct the flow rate and pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 with higher accuracy and more responsiveness than when the injection time is obtained only from the FZF term.
  • the basic injection time based on the FC current is not changed to the FZF term, but the basic injection time based on the FC current is set to a predetermined FC inlet pressure when the system is started. Compensation using the correction coefficient K (flow rate characteristics per unit drive time of the injector 35) obtained from the relationship between the total drive time Tinj of the injector 35 and the total injection amount Q until the target pressure is reached.
  • K flow rate characteristics per unit drive time of the injector 35
  • the flow rate characteristic due to the secular change and individual difference of the injector 35 is learned by obtaining the correction coefficient K of the FZF term at each system startup, and the learning result is reflected in the FZF term.
  • the flow rate and pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 are suppressed by the influence of the aging of the injector 35 and variations due to individual differences, and can be controlled with high accuracy and responsiveness. .
  • the fuel cell 10 does not consume hydrogen gas, in other words, when the system starts with little disturbance, the flow characteristics due to secular change and individual differences of the injector 35 are learned. High-precision learning is possible.
  • Figure 7 shows an example of the results of comparing the actual FC inlet pressure following the FC inlet pressure target pressure.
  • the solid line is the FC inlet pressure target pressure
  • the dashed line is the basic injection time based on FC current.
  • the one-dot chain line is a comparative example in which the basic injection time based on FC current is the F / F term. From the figure, it can be seen that the followability of the FC inlet pressure with respect to the target pressure in this example is much superior to the comparative example.
  • the correction coefficient K may be corrected according to the gas temperature on the primary side of the injector 35 detected by the temperature sensor 42.
  • the mass flow rate of hydrogen gas decreases even with the same total injection amount Q in terms of volumetric flow rate compared to the case where the gas temperature is relatively low.
  • correction is performed so that the correction coefficient K decreases as the gas temperature on the primary side of the injector 35 increases.
  • the correction coefficient K may be corrected using the fuel cell 10 or the temperature of the refrigerant that cools the fuel cell 10 instead of the gas temperature on the primary side of the injector 35.
  • the flow rate of hydrogen gas can be measured with high accuracy using the injector 35.
  • the invalid injection time Tv of the injector 35 can be updated (learned) according to the actual situation of the injector 35 every time the system is started in order to suppress the influence of variability due to aging of the injector 35 and individual differences. It is preferable to keep it.
  • a learning example of the invalid injection time Tv will be described with reference to the drawings.
  • the injector 35 is driven at different driving conditions, that is, so that the FC inlet pressure on the anode side of the fuel cell 10 becomes a predetermined pressure increase width ⁇ P when the system is started.
  • 1 injection (1 supply count) Drive time per supply (supply time) Ta, Tb (Ta ⁇ Tb), pressurize twice (startup pressurization), and pressurize each time
  • the number of injections N a, Nb (fuel gas supply times) is calculated.
  • the pressure increase width ⁇ and the total injection amount Q, for example, as shown in the map of FIG. 6 above.
  • the injection quantity Q is also the same.
  • the total injection amount Q 1 of the injection evening 35 at the first pressurization is the same as the total injection amount Q 2 of the injection evening 35 at the second pressurization
  • the total injection amount Q l total injection
  • the quantity is Q 2.
  • the invalid injection time Tv (injection number Nb 'drive time Tb—injection number N a' drive time Ta) / (injection number Nb —Number of injections N a)
  • the control device 4 calculates the invalid injection time TV obtained at the time of system startup as described above, the F / F term of the injector 35 obtained in step S3 of FIG. By adding to the F / B term obtained in step S9, the injection time of the injector 35 is obtained, and a control signal for realizing such injection time is output to the injector 35, so that the injector 35 Control injection time and injection timing.
  • the FC inlet pressure on the anode side of the fuel cell 10 is a predetermined pressure increase width ⁇ at the time of system startup as the invalid injection time T v of the injector 35.
  • the number of injections N a and N b when the pressurization times T a and T b (T a ⁇ T b) are pressurized with different injection times 35 and 5 are different. Adopted.
  • the flow rate and pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 are controlled by the aging of the injector 35 and variations due to individual differences, and the accuracy is high. It is controlled with good responsiveness.
  • the pressure increase width ⁇ P at the time of the first and second pressurization is set to be the same, but it is not always necessary to set the same.
  • an example in which the fuel cell system according to the present invention is mounted on a fuel cell vehicle has been shown. Such a fuel cell system can also be mounted. Further, the fuel cell system according to the present invention may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for buildings (houses, buildings, etc.).

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Abstract

　本発明は、ステップＳ１で検出したＦＣ電流からインジェクタ３５の基本噴射時間を求め、このＦＣ電流に基づく基本噴射時間に所定の補正係数Ｋを乗じて補正（学習）したものを改めて基本噴射時間と再定義して、最終的に求めるべき噴射時間のフィードフォワード項（Ｆ／Ｆ項）を求める（ステップＳ５）。この補正係数Ｋは、システム起動時に燃料電池１０のアノード側におけるＦＣ入口圧力を所定の目標圧まで加圧し、ＦＣ入口圧力が当該目標圧に達する迄のインジェクタ３５の総駆動時間Ｔinjと総噴射量Ｑとの関係から、インジェクタ３５の単位駆動時間当たりの流量特性を求めることにより設定し、システム起動時に毎回更新する。

Description

明細書 燃料電池システム
技術分野
本発明は、 反応ガス （燃料ガス及び酸化ガス） の供給を受けて発電を行う 燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。 背景技術
現在、 反応ガス （燃料ガス及び酸化ガス） の供給を受けて発電を行う燃料 電池を備えた燃料電池システムが提案され、 実用化されている。 かかる燃料 電池システムには、 水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃 料電池へと流すための燃料供給流路が設けられている。
そして、 燃料供給流路上に設けられて燃料電池に供給される燃料ガスの圧 力を調整する圧力調整弁として、 酸化ガスを圧力源とした印加圧力を作用さ せることにより、 燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を調整可能にした可 変調圧弁を備えた燃料電池システムが知られている （例えば、 特開 2 0 0 5 - 1 5 0 0 9 0号公報参照）。 発明の開示
前記、 特開 2 0 0 5— 1 5 0 0 9 0号公報に記載されているような可変調 圧弁によれば、 運転状況に応じて燃料ガスの供給圧力を変化させることが可 能となる。 しかしながら、 このような可変調圧弁であっても、 経年変化や固 体差の影響を受けることは避けられず、 調圧精度や圧力応答性の低下を招く ことがある。
本発明は、 かかる事情に鑑みてなされたものであり、 燃料電池の運転状態 に応じて燃料ガスの供給圧力を適切に変化させることが可能であり、 経年変 化や固体差の影響を極力抑えた良好な圧力応答性を確保することを目的とす る。
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、 この燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、 この燃料供給系の 上流側のガス状態を調整して下流側に供給するガス状態可変供給装置と、 該 ガス状態可変供給装置を前記燃料電池の運転状態に応じて駆動制御する制御 手段と、 を備える燃料電池システムであって、 前記ガス状態可変供給装置の 駆動特性を学習し、 該学習の結果に基づき前記ガス状態可変供給装置の駆動 パラメータを設定する学習手段を備えると共に、 前記学習手段は、 少なくと も、 前記ガス状態可変供給装置による所定値以上のガス供給変化に基づく第 1の値と、 前記ガス状態可変供給装置の作動指令値に基づく第 2の値とを用 いて、 前記駆動特性を学習する。
前記学習手段は、 学習する前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を当該ガ ス状態可変供給装置の上流圧に応じて補正してもよい。
前記学習手段は、 学習する前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を前記燃 料ガスの温度に応じて補正してもよい。
前記ガス状態可変供給装置として、 その上流側と下流側とを連通する内部 流路と、 該内部流路内に移動可能に配設されその移動位置に応じて前記内部 流路の開口状態を変更可能な弁体と、 電磁駆動力により前記弁体を駆動する 弁体駆動部と、 を備えてなるインジェクタを採用してもよい。
前記作動指令値としては、 前記ィンジェクタの噴射時間を制御する指令値 を採用することができる。
前記インジェクタの噴射時間は、 前記燃料電池の発電電流から求められる 基本噴射時間をフィードフォワード項として含み、 前記学習手段は、 前記フ イードフォヮ一ド項に前記学習の結果を反映させてもよい。
前記ガス供給変化は、 前記ガス状態可変供給装置の下流圧の上昇としても よい。
本発明に係る他の燃料電池システムは、 燃料電池と、 この燃料電池に燃料 ガスを供給するための燃料供給系と、 この燃料供給系の上流側のガス状態を 調整して下流側に供給するガス状態可変供給装置と、 該ガス状態可変供給装 置を前記燃料電池の運転状態に応じて駆動制御する制御手段と、 を備える燃 料電池システムであって、 前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を学習し、 該学習の結果に基づき前記ガス状態可変供給装置の駆動パラメ一夕を設定す る学習手段を備えると共に、 前記学習手段は、 互いに異なる駆動条件で前記 ガス状態可変供給装置を駆動させ、 これら駆動条件での燃料ガス供給回数か ら、 前記ガス状態可変供給装置の無効供給時間を学習する。
前記無効供給時間とは、 前記ガス状態可変供給装置が前記制御手段から駆 動制御信号を受けてから実際にガス供給を開始するまでに要する時間をいう。 前記互いに異なる駆動条件は、 前記ガス状態可変供給装置の下流圧の上昇 幅と、 前記ガス状態可変供給装置による燃料ガスの 1供給回数当たりの供給 時間のうち、 少なくとも一方とすることができる。
以上の燃料電池システムにおいて、 前記学習手段は、 前記燃料電池の起動 時に学習を行ってもよい。
これらの構成によれば、 ガス状態可変供給装置の経年変化や個体差による 駆動特性あるいは無効供給時間のばらつきを学習し、 その学習結果を反映さ せたガス状態可変供給装置の駆動制御が可能となる。なお、「ガス状態」とは、 ガスの状態 （流量、 圧力、 温度、 モル濃度等） を意味し、 特にガス流量及び ガス圧力の少なくとも一方を含む。
ガス状態可変供給装置は、 電磁駆動方式のインジェクタでもよいし、 例え ばエア圧やモー夕によってダイヤフラムを介して弁体が駆動されるダイヤフ ラム式のレギユレ一夕のような可変調圧レギユレ一夕でもよい。 ' ガス状態可変供給装置の駆動特性とは、 例えば燃料電池の入口側ガス状態 (ガス状態可変供給装置の二次側ガス状態） と入口側目標ガス状態 （ガス状 態可変供給装置の二次側目標ガス状態） との関係、 燃料電池の入口側ガス状 態 （ガス状態可変供給装置の二次側ガス状態） と発電電流との関係、 ガス状 態可変供給装置の一次側ガス状態と二次側ガス状態との関係、 ガス状態可変 供給装置の一次側ガス状態と燃料電池の発電電流との関係等である。
ガス状態可変供給装置の駆動パラメ一夕とは、 例えばガス状態可変供給装 置が上記電磁駆動方式のインジェク夕である場合には、 噴射量、 噴射時間、 デューティ比、 駆動周波数、 駆動パルス等であり、 また、 ガス状態可変供給 装置が上記ダイヤフラム式のレギユレ一夕である場合には、 ダイヤフラムを 介して弁体を開方向又は閉方向に付勢する印加圧力 （例えば、 流体圧やパネ 圧） 等がある。
上記燃料電池システムのうち、 学習するガス状態可変供給装置の駆動特性 を当該ガス状態可変供給装置の上流圧あるいは温度に応じて補正する構成に よれば、 高精度の学習が可能となる。
上記燃料電池システムのうち、 インジェクタの噴射時間に含まれるフィー ドフォワード項に学習の結果を反映させる構成によれば、 インジェク夕の応 答性の更なる向上を図ることが可能となる。
上記燃料電池システムのうち、 燃料電池の起動時 （システム起動時） に学 習を行う構成によれば、 燃料電池による燃料ガス消費のない状態、 言い換え れば、 外乱の少ない状態にて、 高精度の学習が可能となる。
本発明によれば、 ガス状態可変供給装置の経年変化や個体差によらない良 好な応答性を有する燃料電池システムを提供することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 図 2は、 図 1に示した燃料電池システムにおけるインジェク夕噴射時間の 演算過程を説明するためのフローチャートである。
図 3は、 図 2に示したフローチャートのステップ S 3の処理に用いられる マップの一例である。
図 4は、 図 2に示したフローチャートのステップ S 5の処理に用いられる マップの一例である。
図 5は、 図 2に示したフローチャートのステップ S 5の処理に用いられる 他のマップの一例である。
図 6は、 図 2に示したフローチャートのステップ S 5の処理に用いられる さらに他のマップの一例である。
図 7は、 F C入口圧力の目標圧に対する実際の F C入口圧力の追従性につ いて、 本発明の一実施例と一比較例とを比較した結果を示す図である。 図 8は、 図 2に示したフローチャートのステップ S 1 1の処理に用いられ るマップの一例である。
図 9は、 図 8に示した駆動時間 A， Bの一例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して、 本発明の実施形態に係る燃料電池システム 1につ いて説明する。 本実施形態においては、 本発明を燃料電池車両 （移動体） の 車載発電システムに適用した例について説明することとする。 まず、 図 1を 用いて、 本発明の実施形態に係る燃料電池システム 1の構成について説明す る。
本実施形態に係る燃料電池システム 1は、図 1に示すように、反応ガス（酸 化ガス及び燃料ガス） の供給を受けて電力を発生する燃料電池 1 0を備える とともに、 燃料電池 1 0に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系 (燃料供給系） 2、 燃料電池 1 0に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水 素ガス配管系 3、 システム全体を統合制御する制御装置 （制御手段、 学習手 段） 4等を備えている。
燃料電池 1 0は、 反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層し て構成したスタック構造を有している燃料電池 1 0により発生した電力は、 P C U (Power Control Unit) 1 1に供給される。 P C U 1 1は、 燃料電池 1 0とトラクションモ一夕 1 2との間に配置されるィンバ一夕や D C - D C コンバータ等を備えている。 また、 燃料電池 1 0には、 発電中の電流を検出 する電流センサ 1 3が取り付けられている。
酸化ガス配管系 2は、 加湿器 2 0により加湿された酸化ガス （空気） を燃 料電池 1 0に供給する空気供給流路 2 1と、 燃料電池 1 0から排出された酸 化オフガスを加湿器 2 0に導く空気排出流路 2 2と、 加湿器 2 0から外部に 酸化オフガスを導くための排気流路 2 3と、 を備えている。 空気供給流路 2 1には、 大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器 2 0に圧送するコンプレッサ
2 4が設けられている。
水素ガス配管系 3は、 高圧 （例えば 7 0 M P a ) の水素ガスを貯留した燃 料供給源としての水素タンク 3 0と、 水素タンク 3 0の水素ガスを燃料電池 1 0に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路 3 1と、 燃料電池 1 0から排出された水素オフガスを水素供給流路 3 1に戻すための循環流路
3 2と、 を備えている。 水素ガス配管系 3は、 本発明における燃料供給系の 一実施形態である。
なお、 水素タンク 3 0に代えて、 炭化水素系の燃料から水素リツチな改質 ガスを生成する改質器と、 この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして 蓄圧する高圧ガスタンクと、 を燃料供給源として採用することもできる。 ま た、 水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。 水素供給流路 3 1には、 水素タンク 3 0からの水素ガスの供給を遮断又は 許容する遮断弁 3 3と、 水素ガスの圧力を調整するレギユレ一夕 3 4と、 ィ ンジェクタ （ガス状態可変供給装置） 3 5と、 が設けられている。 また、 ィ ンジェクタ 3 5の上流側には、 水素供給流路 3 1内の水素ガスの圧力及び温 度を検出する一次側圧力センサ 4 1及び温度センサ 4 2が設けられている。 また、 インジェクタ 3 5の下流側であって水素供給流路 3 1と循環流路 3 2 との合流部の上流側には、 水素供給流路 3 1内の水素ガスの圧力を検出する 二次側圧力センサ 4 3が設けられている。
レギユレ一夕 3 4は、 その上流側圧力 （一次圧） を、 予め設定した二次圧 に調圧する装置である。 本実施形態においては、 一次圧を減圧する機械式の 減圧弁をレギユレ一夕 3 4として採用している。 機械式の減圧弁の構成とし ては、 背圧室と調圧室とがダイヤフラムを隔てて形成された筐体を有し、 背 圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする 公知の構成を採用することができる。
本実施形態においては、 図 1に示すように、 インジェク夕 3 5の上流側に レギユレ一夕 3 4を 2個配置することにより、 インジェクタ 3 5の上流側圧 力を効果的に低減させることができる。 このため、 インジェクタ 3 5の機械 的構造 （弁体、 筐体、 流路、 駆動装置等） の設計自由度を高めることができ る。
また、 インジェクタ 3 5の上流側圧力を低減させることができるので、 ィ ンジェクタ 3 5の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジ ェクタ 3 5の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。 従って、 インジェクタ 3 5の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、 インジェクタ 3 5の応答性の低下を抑制することができる。
インジェクタ 3 5は、 弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動 して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧等のガス状態を調整す ることが可能な電磁駆動式の開閉弁である。 インジェクタ 3 5は、 水素ガス 等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、 その気体燃 料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、 このノズルボディに対して軸 線方向 (気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、 を備えている。
本実施形態においては、 インジェク夕 3 5の弁体は電磁駆動装置であるソ レノィドにより駆動され、 このソレノィドに給電されるパルス状励磁電流の オン ·オフにより、 噴射孔の開口面積を 2段階、 多段階、 連続的 （無段階)、 又はリニアに切り替えることができるようになつている。 制御装置 4から出 力される制御信号によってインジェク夕 3 5のガス噴射時間及びガス噴射時 期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。 インジェクタ 3 5は、 弁 （弁体及び弁座） を電磁駆動力で直接開閉駆動す るものであり、 その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、 高い 応答性を有する。
インジェクタ 3 5は、 その下流に要求されるガス流量を供給するために、 インジェクタ 3 5のガス流路に設けられた弁体の開口面積 （開度） 及び開放 時間の少なくとも一方を変更することにより、 下流側 （燃料電池 1 0側） に 供給されるガス流量 （又は水素モル濃度） を調整する。
なお、 インジェクタ 3 5の弁体の開閉によりガス流量が調整されるととも に、 インジェクタ 3 5よりも下流に供給されるガス圧力がインジェクタ 3 5 よりも上流のガス圧力より減圧されるため、 インジェク夕 3 5を調圧弁 （減 圧弁、 レギユレ一夕） と解釈することもできる。 また、 本実施形態では、 ガ ス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェク 夕 3 5の上流ガス圧の調圧量 （減圧量） を変化させることが可能な可変調圧 弁と解釈することもできる。
なお、 本実施形態においては、 図 1に示すように、 水素供給流路 3 1と循 環流路 3 2との合流部 A 1より上流側にィンジェクタ 3 5を配置している。 また、 図 1に破線で示すように、 燃料供給源として複数の水素タンク 3 0を 採用する場合には、 各水素タンク 3 0から供給される水素ガスが合流する部 分 （水素ガス合流部 A 2 ) よりも下流側にインジェク夕 3 5を配置するよう にする。
循環流路 3 2には、 気液分離器 3 6及び排気排水弁 3 7を介して、 排出流 路 3 8が接続されている。 気液分離器 3 6は、 水素オフガスから水分を回収 するものである。 排気排水弁 3 7は、 制御装置 4からの指令によって作動す ることにより、 気液分離器 3 6で回収した水分と、 循環流路 3 2内の不純物 を含む水素オフガスと、 を外部に排出 （パージ） するものである。
また、 循環流路 3 2には、 循環流路 3 2内の水素オフガスを加圧して水素 供給流路 3 1側へ送り出す水素ポンプ 3 9が設けられている。 なお、 排出流 路 3 8内のガスは、 希釈器 4 0によって希釈されて排気流路 2 3内のガスと 合流するようになっている。
制御装置 4は、 車両に設けられた加速操作装置 (アクセル等) の操作量を 検出し、 加速要求値 （例えばトラクシヨンモータ 1 2等の負荷装置からの要 求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。 なお、 負荷装置とは、 トラクシヨンモ一夕 1 2のほかに、 燃料電池 1 0を 作動させるために必要な補機装置 （例えばコンプレッサ 2 4、 水素ポンプ 3 9、 冷却ポンプのモー夕等)、 車両の走行に関与する各種装置（変速機、 車輪 制御装置、 操舵装置、 懸架装置等） で使用されるァクチユエ一夕、 乗員空間 の空調装置（エアコン）、 照明、 オーディオ等を含む電力消費装置を総称した ものである。
制御装置 4は、 図示していないコンピュータシステムによって構成されて いる。 かかるコンピュータシステムは、 C P U、 R O M, R AM, HD D , 入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、 R OMに記 録された各種制御プログラムを C P Uが読み込んで実行することにより、 各 種制御動作が実現されるようになっている。
具体的には、 図 2のフローチャートに示すように、 制御装置 4は、 燃料電 池 1 0の発電電流 （以下、 F C電流） を電流センサ 1 3で検出し （ステップ S 1 )、例えば図 3に示すマップ、 つまり、 ステップ S 1で検出した F C電流 と、 燃料電池 1 0に対する要求出力に対応して設定される燃料電池 1 0の入 口側目標圧力（以下、 F C入口目標圧力）との関係を表わすマップを用いて、 ステップ S 1で検出した F C電流から F C入口目標圧力を求める （ステップ S 3 )。
次に、 制御装置 4は、 例えば図 4に示すマップ、 つまり、 F C電流とイン ジェクタ 3 5の基本噴射時間との関係を表わすマップを用いて、 まず、 ステ ップ S 1で検出した F C電流からインジェク夕 3 5の基本噴射時間を求め、 しかる後に、 この F C電流に基づく基本噴射時間に所定の補正係数 Kを乗じ て補正 （学習） したものを改めて基本噴射時間と再定義して、 最終的に求め るべき噴射時間のフィードフォワード項 （以下、 FZ F項） を求める （ステ ップ S 5 )。
この補正係数 Kは、 図 5に示すように、 システム起動時に燃料電池 1 0の アノード側における F C入口圧力を所定の目標圧まで加圧（起動時加圧）し、 F C入口圧力が当該目標圧に達する迄のインジヱクタ 3 5の総駆動時間 Tin j と総噴射量 Qとの関係から、 インジェクタ 3 5の単位駆動時間当たりの流 量特性を求めることによって設定されるものであり、 システム起動時に毎回 更新される。
具体的には、 まず、 例えば図 6に示すマップ、 つまり、 起動時加圧の開始 から目標圧に達するまでの圧力上昇幅 Δ Ρと、 インジェク夕 3 5の総噴射量 Qとの関係を表すマップを用いて、 上記加圧時における圧力上昇幅 Δ Ρ (所 定値以上のガス供給変化） から総噴射量 Q (第 1の値） を求める。 次に、 こ の求めた総噴射量 Qをインジェクタ 3 5の総駆動時間 Tin]' (第 2の値） で除 すことにより、 インジェクタ 3 5の流量特性 Cinj (=総噴射量 QZ総駆動時 間 Tinj) を求める。 次に、 この求めた流量特性 Cinjと、燃料電池システム 1の出荷時等に予め 初期設定されている基本流量特性 Cinj— base とを用いて、 当該インジェク 夕 35に固有の流量特性比を求める。 そして、 この流量特性比を上記 F/F 項を求める際の補正係数 K (=流量特性 CinjZ基本流量特性 Cinj__base) として用い、 FZF項 （=補正係数 KXFC電流に基づく基本噴射時間） を 求める。
次に、 制御装置 4は、 図 2のステップ S 3で求めた FC入口目標圧力と、 二次側圧力センサ 43で検出した現在の燃料電池 10の入口側圧力 （以下、 FC入口圧力）との偏差（以下、 FC入口圧力偏差）を求め（ステップ S 7)、 この FC入口圧力偏差を補正 （低減） するための補正値として、 インジェク 夕噴射時間のフィードバック項（以下、 FZB項）を求める（ステップ S 9)。 次に、 制御装置 4は、 インジェクタ 35の上流のガス状態 （水素ガスの圧 力及び温度） 及び印加電圧に基づいて、 インジェクタ 35の無効噴射時間 T Vを算出する （ステップ S 11)。無効噴射時間 Tvとは、 インジェク夕 35 が制御装置 4から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する 時間を意味する。
本実施形態においては、 ィンジェクタ 35の上流側の水素ガスの圧力及び 温度と印加電圧と無効噴射時間 Tvとの関係を表す特定のマップを用いて、 制御装置 4の演算周期毎に無効噴射時間 T Vを算出して更新することとして いる。
次に、 制御装置 4は、 ステップ S 3で求めたインジェクタ 35の F/F項 に、 ステップ S 9で求めた FZB項と、 ステップ S 11で求めた無効噴射時 間 Tvとを加算することにより、 インジェク夕 35の噴射時間 （噴射量） を 求める （ステップ S 13)。
そして、 制御装置 4は、 かかるインジェクタ噴射時間を実現させるための 制御信号をインジェクタ 35に出力することにより、 インジェク夕 35の噴 射時間及び噴射時期を制御し、 燃料電池 10に供給される水素ガスの流量及 び圧力を調整する。
以上説明したように、 本実施形態の燃料電池システム 1によれば、 インジ ェクタ 35の噴射時間を求めるにあたって、 基本噴射時間である F/F項を FZB項と無効噴射時間 Tvとで補正しているので、 FZF項だけから噴射 時間を求める場合に比して、 燃料電池 10に供給される水素ガスの流量及び 圧力を精度良く、 しかも、 応答性良く補正することが可能である。
しかも、 本実施形態の F/F項は、 FC電流に基づく基本噴射時間をその まま FZF項とするのではなく、 この FC電流に基づく基本噴射時間を、 シ ステム起動時に FC入口圧力が所定の目標圧に達する迄のインジェクタ 35 の総駆動時間 Tinj と総噴射量 Qとの関係から求められて毎回更新される補 正係数 K (インジェクタ 35の単位駆動時間当たりの流量特性） を用いて補 正し、 これを F/F項としている。
すなわち、 本実施形態では、 毎システム起動時に FZF項の補正係数 Kを 求めることにより、 インジェク夕 35の経年変化や個体差による流量特性を 学習し、 その学習結果を FZF項に反映させているので、 燃料電池 10に供 給される水素ガスの流量及び圧力は、 インジェクタ 35の経年変化や個体差 によるばらつきの影響が抑制されたものとなり、 精度良く、 しかも、 応答性 の良い制御が可能である。
また、 本実施形態では、 燃料電池 10による水素ガス消費のない状態、 言 い換えれば、 外乱の少ないシステム起動時に、 インジェクタ 35の経年変化 や個体差による流量特性を学習するようにしているので、 高精度の学習が可 能となっている。
図 7は、 F C入口圧力の目標圧に対する実際の F C入口圧力の追従性を比 較した結果の一例であり、 実線は FC入口圧力の目標圧、 破線は FC電流に 基づく基本噴射時間に補正係数 Kを乗じて F/F項とした本発明の一実施例、 一点鎖線は F C電流に基づく基本噴射時間をそのまま F / F項とした一比較 例である。 同図より、 本実施例の目標圧に対する F C入口圧力の追従性は、 比較例よりも格段に優れていることがわかる。
なお、 上記補正係数 Kは、 一次側圧力センサ 4 1で検出したインジェクタ 3 5の一次圧 （上流圧） に応じて補正することとしてもよい。 例えば、 イン ジェク夕 3 5の一次圧が相対的に高い場合は、相対的に低い場合と比較して、 同じ総噴射量 Qでも総駆動時間 Tinjは短くなるので、みかけ上の流量特性 C inj (=総噴射量 Q/総駆動時間 Tinj) は実際よりも大きくなる。 そこで、 ィ ンジェクタ 3 5の一次圧が高いほど補正係数 Kが小さくなるように補正する。 また、 上記補正係数 Kは、 温度センサ 4 2で検出したインジェク夕 3 5の 一次側のガス温度に応じて補正することとしてもよい。 例えば、 インジェク 夕 3 5の一次側のガス温度が相対的に高い場合は、 相対的に低い場合と比較 して、 体積流量的には同じ総噴射量 Qでも水素ガスの質量流量は減少するの で、 みかけ上の流量特性 Cinj (=総噴射量 QZ総駆動時間 Tinj) は実際より も大きくなる。
そこで、 インジェク夕 3 5の一次側のガス温度が高いほど補正係数 Kが小 さくなるように補正する。 なお、 インジェク夕 3 5の一次側のガス温度に代 えて、 燃料電池 1 0または燃料電池 1 0を冷却する冷媒温度等を用いて補正 係数 Kの補正を行ってもよい。
ところで、 上記のようなインジェクタ 3 5を水素供給流路 3 1に備えた燃 料電池システム 1においては、 インジェクタ 3 5の噴射時間を用いて水素ガ スの流量計測を行うことが可能である。 かかる場合において、 インジェク夕 3 5の無効噴射時間 T vに、 例えば経年変化や固体差によるばらつきがある と、 このばらつきがインジェク夕 3 5の噴射時間の精度に影響し、 流量計測 の精度が低下してしまう。
よって、 インジェクタ 3 5による水素ガスの流量計測を高精度に行えるよ うにするには、 インジェクタ 35の経年変化や固体差によるばらつきの影響 を抑制するべく、 インジェクタ 35の無効噴射時間 Tvを毎システム起動時 に、 当該インジェクタ 35の実情に合わせて更新 （学習） できるようにして おくことが好ましい。 以下、 無効噴射時間 Tvの一学習例について、 図面を 参照しながら説明する。
まず、 図 8および図 9に示すように、 システム起動時に燃料電池 10のァ ノード側における F C入口圧力が所定の圧力上昇幅 Δ Pとなるように、 イン ジェク夕 35を互いに異なる駆動条件、 つまり、 1噴射 （1供給回数） 当た りの駆動時間 （供給時間） Ta， Tb (ただし、 Ta≠Tb) にて、 2回に わたって加圧し（起動時加圧）、各回の加圧時における噴射回数 N a, Nb (燃 料ガス供給回数） を求める。
このとき、 圧力上昇幅 ΔΡと総噴射量 Qとの間には、 例えば上記図 6のマ ップに示すように、一意の関係があるので、圧力上昇幅△ Pが同一であれば、 総噴射量 Qも同一である。 つまり、 1回目の加圧時におけるインジェク夕 3 5の総噴射量 Q 1と 2回目の加圧時におけるインジェク夕 35の総噴射量 Q 2とは同一であり、 総噴射量 Q l=総噴射量 Q 2となる。
また、 各回における加圧時の総噴射量 Q 1， Q2は、 総噴射量 Ql=噴射 回数 NaX (駆動時間 T a—無効噴射诗間 Tv) であり、 また、 総噴射量 Q 2=噴射回数NbX (駆動時間 Tb—無効噴射時間 Tv) である。
よって、総噴射量 Q 1 =噴射回数 N a · (駆動時間 T a一無効噴射時間 T v) =総噴射量 Q 2 =噴射回数 N b · (駆動時間 T b一無効噴射時間 T V)であ.り、 この式を整理して無効噴射時間 Tv (無効供給時間） を求めると、 無効噴射 時間 Tv= (噴射回数 Nb '駆動時間 Tb—噴射回数 N a '駆動時間 Ta) / (噴射回数 Nb—噴射回数 N a) となる。
制御装置 4は、 以上のようにしてシステム起動時に求めた無効噴射時間 T Vを、 図 2のステップ S 3で求めたインジェクタ 35の F/F項と、 ステツ プ S 9で求めた F /B項とに加算することにより、 インジェクタ 3 5の噴射 時間を求め、 かかる噴射時間を実現させるための制御信号をインジェクタ 3 5に出力することにより、 インジェクタ 3 5の噴射時間及び噴射時期を制御 する。
以上説明したように、 本実施形態の燃料電池システム 1は、 インジェクタ 3 5の無効噴射時間 T vとして、 システム起動時に燃料電池 1 0のアノード 側における F C入口圧力が所定の圧力上昇幅△ Ρとなるように、 ィンジェク 夕 3 5を互いに異なる 1噴射当たりの駆動時間 T a， T b (T a≠T b ) で 加圧したときの噴射回数 N a， N bより求めた無効噴射時間 T Vを採用して いる。
すなわち、 本実施形態では、 毎システム起動時に無効噴射時間 T vを更新 することにより、 インジェクタ 3 5の経年変化や個体差による無効噴射時間 T vのばらつきを学習し、 その学習結果をインジェクタ 3 5の噴射時間に反 映させているので、 燃料電池 1 0に供給される水素ガスの流量及び圧力は、 インジェクタ 3 5の経年変化や個体差によるばらつきの影響が抑制され、 精 度良く、 しかも、 応答性良く制御される。
よって、 インジェク夕 3 5を用いた水素供給流路 3 1における流量計測時 においても、 インジェク夕 3 5の経年変化や個体差によるばらつきの影響が 抑制されることになるので、 精度良く、 しかも、 応答性良く、 インジェクタ 3 5による水素ガスの流量計測を行うことが可能となる。
また、 本実施形態では、 燃料電池 1 0による水素ガス消費のない状態、 言 い換えれば、 外乱の少ないシステム起動時に、 インジェクタ 3 5の経年変化 や個体差による無効噴射時間 T vの学習を実施しているので、 高精度の学習 が可能となっている。
なお、 上記実施形態では、 1回目と 2回目の加圧時における圧力上昇幅△ Pを同一に設定したが、 必ずしも同一に設定する必要はない。 また、 上記実施形態においては、 本発明に係る燃料電池システムを燃料電 池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（口ポット、 船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。 また、 本発明に係る燃料電池システムを、 建物 （住宅、 ビル等） 用の発電設 備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。

Claims

請求の範囲
1 . 燃料電池と、 この燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、 この燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するガス状態 可変供給装置と、 該ガス状態可変供給装置を前記燃料電池の運転状態に応じ て駆動制御する制御手段と、 を備える燃料電池システムであって、
前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を学習し、 該学習の結果に基づき前 記ガス状態可変供給装置の駆動パラメ一夕を設定する学習手段を備えると 共に、 前記学習手段は、 少なくとも、 前記ガス状態可変供給装置による所定 値以上のガス供給変化に基づく第 1の値と、 前記ガス状態可変供給装置の作 動指令値に基づく第 2の値とを用いて、 前記駆動特性を学習する燃料電池シ ステム。
2 . 請求項 1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記学習手段は、 学習する前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を当該ガ ス状態可変供給装置の上流圧に応じて補正する燃料電池システム。
3 . 請求項 1又は 2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記学習手段は、 学習する前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を前記燃 料ガスの温度に応じて補正する燃料電池システム。
4 . 請求項 1から 3のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、 前記ガス状態可変供給装置は、 その上流側と下流側とを連通する内部流路 と、 該内部流路内に移動可能に配設されその移動位置に応じて前記内部流路 の開口状態を変更可能な弁体と、 電磁駆動力により前記弁体を駆動する弁体 駆動部と、 を備えてなるインジェク夕である燃料電池システム。
5 . 請求項 4に記載の燃料電池システムにおいて、
前記作動指令値は、 前記インジェクタの噴射時間を制御する指令値である 燃料電池システム。
6 . 請求項 5に記載の燃料電池システムにおいて、
前記インジェク夕の噴射時間は、 前記燃料電池の発電電流から求められる 基本噴射時間をフィードフォワード項として含み、
前記学習手段は、 前記フィ一ドフォヮード項に前記学習の結果を反映させ る燃料電池システム。
7 . 請求項 1から 6のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、 前記ガス供給変化は、 前記ガス状態可変供給装置の下流圧の上昇である燃 料電池システム。
8 . 燃料電池と、 この燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、 この燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するガス状態 可変供給装置と、 該ガス状態可変供給装置を前記燃料電池の運転状態に応じ て駆動制御する制御手段と、 を備える燃料電池システムであって、
前記ガス状態可変供給装置の駆動特性を学習し、 該学習の結果に基づき前 記ガス状態可変供給装置の駆動パラメ一夕を設定する学習手段を備えると 共に、 前記学習手段は、 互いに異なる駆動条件で前記ガス状態可変供給装置 を駆動させ、 これら駆動条件での燃料ガス供給回数から、 前記ガス状態可変 供給装置の無効供給時間を学習する燃料電池システム。
9 . 請求項 8に記載の燃料電池システムにおいて、
前記無効供給時間は、 前記ガス状態可変供給装置が前記制御手段から駆動 制御信号を受けてから実際にガス供給を開始するまでに要する時間である 燃料電池システム。
1 0 . 請求項 8又は 9に記載の燃料電池システムにおいて、
前記互いに異なる駆動条件は、 前記ガス状態可変供給装置の下流圧の上昇 幅と、 前記ガス状態可変供給装置による燃料ガスの 1供給回数当たりの供給 時間のうち、 少なくとも一方である燃料電池システム。
1 1 . 請求項 1から 1 0のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、 前記学習手段は、 前記燃料電池の起動時に学習を行う燃料電池システム。
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