WO2008072643A1

WO2008072643A1 - 燃料電池システム及び燃料電池車両

Info

Publication number: WO2008072643A1
Application number: PCT/JP2007/073892
Authority: WO
Inventors: Koji Katano
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2008-06-19
Also published as: US7910257B2; KR20090082271A; CN101490882B; DE112007002654B4; KR101088782B1; JP4756476B2; CN101490882A; US20100239935A1; DE112007002654T5; JP2008146923A

Abstract

本発明の燃料電池システムは、燃料電池１０と、燃料電池１０に燃料ガスを供給するための燃料供給系３と、弁体を電磁駆動力で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、燃料供給系３の上流側のガス状態を調整して下流側に噴射するインジェクタ３５と、インジェクタ３５の作動を制御する制御装置４と、を備える。制御装置４は、燃料電池１０に対する要求発電量が所定発電量以下の場合に、インジェクタ３５を所定噴射流量以下の噴射流量で噴射させると共に、当該噴射流量と前記要求発電量とに応じて、インジェクタ３５の駆動周波数を設定する。

Description

明細書燃料電池システム及ぴ燃料電池車両

技術分野

本発明は、燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系にインジエタタを備えた燃料電池システム及び燃料電池車両に関する。背景技術

近年、燃料電池システムの燃料供給流路にインジヱクタを配置し、このィンジクタの作動状態を制御することにより、燃料供給流路内の燃料ガスの供給圧力を調整する技術が提案されている（例えば、特開 2 0 0 5— 3 0 2 5 6 3号公報参照）。インジヱクタは、弁体を電磁駆動力で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、ガス状態（ガス流量やガス圧力）を調整できるものであり、制御装置が弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御する。発明の開示

上記の燃料電池システムにおいては、ィンジヱクタを駆動することにより、燃料供給流路中の燃料ガスに脈動が生じることがある。そして、その脈動に起因する振動、インジェクタの駆動に伴い自ら発生する振動（例えば、弁体が弁座に衝突したときの振動）、およびこれら振動に起因する騒音ゃィンジェクタが自ら発生する騒音（例えば、弁体が弁座に衝突したときの騒音）力直接あるいは燃料ガス供給流路を面成する配管を介して他所へと伝播することがある。

このような現象は、例えば車載時におけるアイドル運転中等のように、燃料電池に対する要求発電量が他の運転状態と比較して低い場合（低負荷運転 2

の場合）、さらに言い換えれば、他の運転状態と比較して補機類の動作音が小さく静粛性の高い状況下においては特に、商品性に影響することがある。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、インジェクタ駆動に伴レ、発生する脈動を低減して該脈動に起因する騒音の発生を抑制することができる燃料電池システムおよび燃料電池車両を提供することを目的としている。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、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、弁体を電磁駆動力で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、前記燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に噴射するインジェクタと、前記ィンジェクタの作動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池に対する要求発電量が所定発電量以下の場合に、前記ィンジェクタを所定嘖射流量以下の噴射流量で噴射させると共に、当該噴射流量と前記要求発電量とに応じて、前記インジェクタの駆動周波数を設定するものである。かかる構成によれば、ィンジェクタからの一噴射当たりの噴射流量が所定噴射流量以下に低く抑えられるので、脈動およびそれに起因する騒音の発生を抑制することができる。

また、噴射流量が所定噴射流量以下に低く抑えられるだけでなく、当該噴射流量の低減に伴い、インジェクタの駆動周波数が設定（変更）されるので、単位時間当たりのィンジヱクタからの総噴射流量を要求噴射流量に一致あるいは近づけることが可能となり、応答性の低下を抑制することができる。なお、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度等で表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及ぴガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。

本発明の燃料電池システムにおいて、前記所定噴射流量以下の噴射流量は、例えば前記弁体の開閉応答時間に基づき設定される最小噴射時間での噴射流量であってもよい。この最小噴射時間は、インジヱクタの嘖射流量精度が十分に保証される噴射時間の最小値として、インジクタの個体差や経年変化等を含む諸特性に応じて予め設定されるものであり、例えば、インジェクタの噴射時間と噴射流量とが比例（線形）関係となる噴射時間帯の最小値を採用することができる。

この構成によれば、ィンジヱクタの噴射流量を低く抑えつつも安定的に駆動させ得て、当該駆動に伴う脈動およぴ騷音の発生を極力抑制することがでさる。

本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記所定噴射流量以下の噴射流量で前記インジヱクタを噴射させているときに、当該インジヱクタに対する単位時間当たりの要求噴射流量に増量の必要が生じた場合には、前記駆動周波数をそれまでもよりも高くしてもよい。

この構成によれば、例えばィンジ工クタからの一噴射当たりの噴射流量が所定噴射流量以下に低く抑えられていたのでは、単位時間当たりの要求噴射流量を確保できない場合等、インジェクタの噴射流量に変化を加えたい場合には、インジェクタの駆動周波数をそれまでよりも高くすることにより、単位時間当たりの嘖射回数を増やすこと、言い換えれば、 D u t y (=—噴射当たりの噴射時間/駆動周期）を上げることが可能となり、総噴射流量を增加させて応答性低下を抑制することができる。

本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記駆動周波数の変化速度に対して制限を設けてもよい。

この構成よれば、急激な駆動周波数の変化によって生じる不定期な噴射による脈動および耳障りな騒音（例えば、不定間隔での騒音発生）の発生を抑制することができる。

本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記インジェクタに対する単位時間当たりの要求噴射流量の変化量が大きいほど、前記駆動周波数の変化速度に対する制限を小さくしてもよい。

ィンジ工クタに対する単位時間当たりの要求噴射流量の変化量が大きい場合に駆動周波数の変化速度に対する制限を大きくすると、不定期な噴射による脈動および騒音の発生抑制に対しては有効であるが、応答性の低下を招来しかねない。これに対し、上記構成によれば、不定期な噴射による脈動およぴ騷音の発生抑制と、応答性の低下抑制と、の両立を図ることができる。本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記駆動周波数にゼロよりも大なる下限駆動周波数を設けてもよい。

この構成によれば、インジェクタの噴射回数、言い換えれば、 D u t yが過度に減少することが抑制されるので、インジヱクタからの単位時間当たりの噴射流量に増量要求があった場合でも、応答性低下を抑制することができる。

本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記燃料電池に対する要求発電量が所定発電量以下の場合には、前記駆動周波数に所定の上限駆動周波数を設け、前記インジェクタに対する単位時間当たりの要求噴射流量を前記上限駆動周波数で実現できない場合には、当該ィンジェクタの一噴射当たりの噴射流量を増量してもよい。

インジェクタの噴射流量を低く抑えても駆動周波数が高ければ、噴射流量を増やした場合と同様に、脈動および振動による騒音は大きくなる。よって、上記構成によれば、一噴射当たりの噴射流量を増量することによる騒音の発生と上限駆動周波数を設け？)ことによる騒音の抑制とを、騷音抑制方向にパランスさせることにより、トータルでの騒音を低くすることできる。

本発明の燃料電池システムにおいて、複数の燃料供給源を備え、前記制御装置は、前記燃料電池に対する要求発電量が所定発電量以下の場合には、前記複数の燃料供給源のうち前記ィンジェクタの一次側圧力が最低となる燃料供給源から当該インヱクタに燃料ガスを供給してもよい。例えば車载時のアイドル運転中のような低負荷（低要求発電量)運転時は、補機類の動作音が小さくなる結果、インジヱクタの駆動に伴い発生する騒音が目立つようになるが、上記構成によれば、インジェクタの一次側圧力を低くすることにより、弁体の弁座への衝突速度を遅くし、かかる衝突に伴う騷音を低減することができる。

本発明の燃料電池車両は、上記！/、ずれかの構成からなる燃料電池システムを備えた燃料電池車両である。そして、この燃料電池車両において、前記燃料電池に対する要求発電量が所定発電量以下の場合とは、例えばアイドル運転中の場合である。

アイドル運転中のような低負荷（低要求発電量）運転時は、補機類の動作音が小さいために、インジヱクタの駆動に伴い発生する騒音が搭乗者に目立つようになるが、上記構成によれば、インジヱクタからの一噴射当たりの噴射流量が所定噴射流量以下に低く抑えられるので、脈動おょぴそれに起因する騒音の発生を抑制することができる。よって、燃料電池車両の搭乗者に不快感を与えることが少ない。

本発明によれば、インジェクタを駆動させることにより発生する脈動ひいては該脈動に起因する騒音の発生を抑制することができる。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の運転方法を説明するためのフローチャートである。図 3は、図 1に示したインジ工クタの最小噴射時間を説明するための図である。

図 4は、同インジェクタに係る基本制御パターンの一例と、同基本制御パターンで制御されている状態から要求噴射流量が増量した場合と減量した場合の制御パターンを説明するためのタイムチャートである

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。

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）の供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃科電池 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 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（燃料供給系） 3、システム全体を統合制御する制御装置 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とトラクションモータ 1 2との間に配置されるインパータゃ 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。

酸ィ匕ガス配管系 2は、加湿器 2 0により加湿された酸ィ匕ガス（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から外部に酸ィ匕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、大気中の酸ィ匕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ッ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ータ 3 4と、ィンジェクタ 3 5と、が設けられている。また、インジェクタ 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カセンサ 4 1及ぴ温度センサ 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。

レギユレータ 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ュレータ 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ア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^ P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、ィンジェクタ 3 5の上流側にレギユレータ 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。これにより、インジェクタ 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。ィンジェクタ 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。インジヱクタ 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、その気体燃料を嘖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、インジヱクタ 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（開口状態）を 2段階以上の多段階又は無段階に切り替えることができるようになつている。そして、制御装置 4から出力される制御信号によって、インジヱクタ 3 5のガス嘖射時間及びガス噴射時期が制御される。

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より上流側にインジェクタ 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 ) よりも下流側にィンジェクタ 3 5を配置するようにする。

循環流路 3 2には、本気液分離器 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（燃料オフガス）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、排気排水弁 3 7及ぴ出流路 3 8を介して排出される水素オフガスは、希釈器 4 0 によって希釈されて排気流路 2 3内の酸化オフガスと合流するようになっている。

制御装置 4は、燃料電池車両 Sに設けられた加速用の操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばラクシヨンモータ 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、トラクションモータ 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、冷却ポンプのモータ等）、燃料電池車両 S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ータ、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 OM, R AM, HD D、入出力インタフェース及ぴ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つている。

続いて、図 2のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム 1の運転方法について説明する。

燃料電池システム 1の制御装置 4は、ステップ S 1の要求噴射流量算出ェ程において、インジェクタ 3 5に対する要求噴射流量を算出する。具体的には、まず、電流センサ 1 3を用いて燃料電池 1 0の発電時における電流値を検出し、この電流値に基づいて、燃料電池 1 0で消費される水素ガスの量（水素消費量）を算出する。次に、電流センサ 1 3で検出した電流値に基づいて、インジェクタ 3 5の下流位置（圧力調整位置）における水素ガスの目標圧力値を算出し、前回算出した目標圧力値と、今回算出した目標圧力値と、の偏差に対応するフィードフォワード補正流量を算出する。このフィードフォワード補正流量は、目標圧力値の変動に起因する水素ガス流量の変動分（圧力差対応捕正流量）でさらに、二次側圧力センサ 4 3を用いてインジヱクタ 3 5の下流位置（圧力調整位置）の圧力値を検出し、この検出圧力値と上記目標圧力値との偏差に基づ！/、てフィードパック補正流量を算出する。このフィードパック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量（圧力差低減補正流量）である。

そして、電流センサ 1 3の検出電流値に基づき算出された水素消費量及ぴフィードフォワード補正流量と、二次側圧力センサ 4 3の検出圧力値に基づき算出されたフィードバック補正流量と、を加算することにより、インジヱクタ 3 5に対する要求噴射流量を算出する。

ここで、一次側圧力センサ 4 1で検出したインジェクタ 3 5の上流の水素ガスの圧力と、温度センサ 4 2で検出したインジ工クタ 3 5の上流の水素ガスの温度と、に基づいてインジェクタ 3 5の上流の静的流量を算出し、上記要求噴射流量をこの静的流量で除算することにより、当該要求噴射流量を温度補正及び圧力補正してもよい。

次に、制御装置 4は、ステップ S 3の低負荷運転判定において、本実施形態では二通り用意されたィンジェクタ制御パターンのうち、いずれか一方の制御パターンを燃料電池 1 0の運転状態に応じて選択する。

具体的には、アイドル運転中等のように燃料電池 1 0に対する要求発電量が所定発電量以下の低負荷運転状態である場合、すなわち本実施形態では、ステップ S 3の判定結果が「Y E S」の場合には、ステップ S 5の駆動周波数算出工程において、まず、インジヱクタ 3 5からの一噴射当たりの噴射流量が常に最小噴射時間での噴射流量となるように、一噴射当たりの噴射時間を設定（固定）する。

次に、インジヱクタ 3 5がこの最小噴射時間でのみ噴射することとした場合に、ステップ S 1で求めた要求噴射流量を実現することのできる D u t y (=最小噴射時間/インジェクタの駆動周期）を算出し、この D u t yに基づいて可変に設定されることとなる駆動周波数を算出する。

上記最小噴射時間は、ィンジェクタ 3 5の噴射流量精度が十分に保証される噴射時間の最小値として、ィンジェクタ 3 5の個体差や経年変化等を含む諸特性に応じて予め設定されるものであり、例えば図 3に示すように、インジェクタ 3 5の噴射時間 tと噴射流量 Qとが比例（線形）関係となる噴射時間帯の最小値 t minを採用することができる。

なお、時間 t 0〜 t 1間は無効噴射時間であり、インジェクタ 3 5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。

また、この最小噴射時間は、制御装置 4からインジェクタ 3 5に対して開指令が与えられてから弁体が全開状態となるまでの時間と、この全開状態での噴射流量が安定するまでの時間と、を加算することにより予め設定しておくことが可能である他、実験あるいはシミュレーシヨン等によっても設定することが可能である。

他方、燃料電池 1 0が上記所定の低負荷運転以外の運転状態である場合、つまり、ステップ S 3の判定結果が「N O」の場合には、ステップ S 1 1の噴射時間算出工程において、ステップ S 1で求めた要求噴射流量を満たすィンジェクタ 3 5の総噴射時間を算出し、この総噴射時間'と予め一定の値に設定されている不変の駆動周波数とから一噴射当たりの噴射時間を算出する。しかる後、制御装置 4は、ステップ S 7において、ステップ S 5の駆動周波数算出工程で算出したインジェクタ 3 5の駆動周波数と予め一定の値に設定されている最小噴射時間とに係る制御信号を、当該インジェクタ 3 5に対して出力することにより、あるいは、ステップ S 1 3において、ステップ S 1 1の噴射時間算出工程で算出したインジヱクタ 3 5の一噴射当たりの噴射時間と予め設定されている不変の駆動周波数とに係る制御信号を、当該インジェクタ 3 5に対して出力することにより、インジェクタ 3 5のガス噴射時間及ぴガス噴射時期を制御して、燃料電池 1 0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、本実施形態に係る燃料電池システム 1を搭載した燃料電池車両 Sによれば、例えばアイドル運転中のような低負荷（低要求発電量）運転時は、コンプレッサ 2 4や水素ポンプ 3 9等の補機類の動作音が小さいために騷音が搭乗者に目立つようになるところ、インジェクタ 3 5からの一噴射当たりの噴射流量が最小噴射時間に対応する噴射流量に設定されて低く抑えられているので、インジェクタ 3 5の脈動おょぴそれに起因する騷音の発生を抑制することが可能となり、搭乗者に与える不快感が解消あるいは軽減される。

しかも、インジェクタ 3 5の噴射流量が最小噴射時間に対応する噴射流量に設定されて低く抑えられているだけでなく、当該噴射流量の低減に伴ってィンジェクタ 3 5の駆動周波数が可変に制御されるので、単位時間当たりのインジェクタ 3 5からの総噴射流量を要求噴射流量に一致あるいは近づけることが可能となり、応答性の低下を抑制することできる。

なお、以上の実施形態において、制御装置 4は、最小噴射時間でインジェクタ 3 5を噴射させているときに、インジェクタ 3 5に対する単位時間当たりの要求嘖射流量に増量の必要が生じた場合には、図 4に示すように、可変とされている駆動周波数をそれまでもよりも高くしてもよい。

つまり、図 4の上段のタイムチャートに示すように、インジェクタ 3 5の作動が所定の駆動周波数（= 1ノ駆動周期丁0 = 1 (t 4- t 1)) の下、最小噴射時間 t O (= t 2- t 1 = t 6- t 4) で繰り返し噴射する基本制御パターンで制御されている場合において、要求噴射流量に増量の必要が生じたときは、同図の中段のタイムチャートに示すように、駆動周波数（= 1 駆動周期 T 1 = 1/ (t 3- t 1)) をそれまでの駆動周波数よりも高くする（駆動周期 T 1を短くする）。

これにより、駆動周波数変更後の Du t y (= t 0/T 1) は、それまでの基本制御パターンでの Du t y (= t 0/T0) よりも大きくなる、言い換えれば、例えば時間 t 1〜 t 4までの単位時間当たりの噴射回数が増えるので、総噴射流量が増加する。：

したがって、例えばアイドル運転中に運転者から加速要求があった場合のように、それまでの最小噴射時間での噴射流量では新たな要求嘖射流量に対応できなくなる等、インジェクタ 35の噴射流量に変化を加えたい場合でも、単位時間当たりの総噴射流量を増加させることが可能になるので、応答性の低下を抑制することができる。

他方、インジェクタ 35が基本制御パターンで制御されている場合において、上記とは逆に、要求噴射流量に減量の必要が生じたときは、同図の下段のタイムチヤ一トに示すように、駆動周波数（= 1 /駆動周期 T 2 = 1 / ( t 7— t 1)) をそれまでの駆動周波数よりも低く（駆動周期 T 2を長く）することにより、駆動周波数変更後の Du t y (= t 0/T 2) を、それまでの基本制御パターンでの Du t y (= t 0/T 0) よりも小さくしてもよレヽ。また、制御装置 4は、最小噴射時間でインジェクタ 35を噴射させているときに、可変に制御される駆動周波数の変化速度に制限を設けてもよい。この構成によれば、急激な駆動周波数の変化によって生じる不定期な噴射による脈動および耳障りな騒音（例えば、不定間隔での騒音発生）の発生を抑制することができる。この場合においては更に、インジェクタ 3 5に対する単位時間当たりの要求噴射流量の変化量が大きいほど、駆動周波数の変化速度に対する制限を小さくしてもよい。

すなわち、ィンジェクタ 3 5に対する単位時間当たりの要求噴射流量の変化量が大きい場合に駆動周波数の変化速度に設ける制限を大きくすると、不定期な噴射による脈動およぴ騒音の発生抑制に対しては有効であるが、応答性が低下しかねないが、上記構成によれば、不定期な噴射による脈動おょぴ騒音の発生抑制と、応答性の低下抑制と、の両立を図ることができる。また、制御装置 4は、前記駆動周波数にゼロよりも大なる下限駆動周波数を設けてもよい。この構成によれば、インジヱクタ 3 5の噴射回数、言い換えれば、 D u t yが過度に減少することが抑制されるので、インジヱクタ 3 5からの単位時間当たりの噴射流量に増量要求があった場合でも、応答性の低下を抑制することができる。

制御装置 4は、燃料電池 1 0に対する要求発電量が所定発電量以下の場合には、インジェクタ 3 5の駆動周波数に所定の上限駆動周波数を設け、この上限駆動周波数では当該インジェクタ 3 5に対する単位時間当たりの要求噴射流量を実現できない場合には、一噴射当たりの噴射流量を増量するようにしてもよい。

すなわち、インジェクタ 3 5の噴射流量を低く抑えても駆動周波数が高ければ、噴射流量を増やした場合と同様に、脈動および振動による騒音は大きくなるので、上記の構成とすることにより、一噴射当たりの噴射流量を増量することによる騒音の発生と上限駆動周波数を設けることによる騷音の抑制とを、騒音抑制方向にバランスさせることにより、トータルでの騒音を低くすることできる。

さらに、本実施形態の燃料電池システム 1のように、複数の水素タンク 3 0を備えている場合において、燃料電池 1 0に対する要求発電量が所定発電量以下のときには、制御装置 4は、複数の水素タンク 3 0のうちインジェクタ 3 5の一次側圧力が最低となる水素タンク 3 0からインジェクタ 3 5に燃料ガスを供給するようにしてもよい。

例えば車載時のアイドル運転中のような低負荷 (低要求発電量)運転時は、補機類の動作音が小さくなるので、インジェクタ 3 5の駆動に伴い発生する騒音が搭乗者に目立つようになるが、上記構成によれば、インジェクタ 3 5 の一次側圧力を低くすることにより、弁体の弁座への衝突速度が遅くなるので、力かる衝突に伴う騒音を低減することができる。よって、搭乗者に与える不快感が解消あるいは減少する。

また、以上の各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 Sに搭載した例を示したが、燃料電池車両 S以外の各種移動体（口ボット、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、

前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、

弁体を電磁駆動力で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、前記燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に噴射するィンジェクタと、

前記インジェクタの作動を制御する制御装置と、を備え、

前記制御装置は、前記燃料電池に対する要求発電量が所定発電量以下の場合に、前記インジヱクタを所定噴射流量以下の噴射流量で噴射させると共に、当該噴射流量と前記要求発電量とに応じて、前記ィンジェクタの駆動周波数を設定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、

前記所定噴射流量以下の噴射流量は、前記弁体の開閉応答時間に基づき設定される最小噴射時間での噴射流量である燃料電池システム。 ·

3 . 請求項 2に記載の燃料電池システムにおいて、

前記制御装置は、前記所定噴射流量以下の噴射流量で前記ィンジェクタを噴射させているときに、当該ィンジェクタに対する単位時間当たりの要求噴射流量に増量の必要が生じた場合には、.前記駆動周波数をそれまでよりも高く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、前記制御装置は、前記駆動周波数の変化速度に対して制限を設け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、

前記制御装置は、前記インジクタに対する単位時間当たりの要求噴射流量の変化量が大きいほど、前記駆動周波数の変化速度に対する制限を小さくする燃料電池システム。

6 . 請求項 5に記載の燃科電池システムにおいて、

前記制御装置は、前記駆動周波数にゼロよりも大なる下限駆動周波数を設け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、前記制御装置は、前記燃料電池に対する要求発電量が所定発電量以下の場合には、前記駆動周波数に所定の上限駆動周波数を設け、前記インジェクタに対する単位時間当たりの要求嘖射流量を前記上限駆動周波数で実現できない場合には、当該インジクタの一噴射当たりの噴射流量を増量する燃料電池システム。

8 . 請求項 1から 7のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、複数の燃料供給源を備え、

前記制御装置は、前記燃料電池に対する要求発電量が所定発電量以下の場合には、前記複数の燃料供給源のうち前記ィンジェクタの一次側圧力が最低となる燃料供給源から当該ィンジェクタに燃料ガスを供給する燃料電池システム。

9 . 請求項 1カゝら 8の何れかに記載の燃料電池システムを備えた燃料電池車両。

1 0 . 請求項 9に記載の燃料電池車両において、

前記燃料電池に対する要求発電量が所定発電量以下の場合とは、アイドル. 運転中の場合である燃料電池車両。