JP5076472B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、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供給流路に可変ガス供給装置を備えた燃料電池システムに関する。

従来より、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。また、近年においては、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に、機械式可変レギュレータやインジェクタ等の可変ガス供給装置を設けることにより、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力をシステムの運転状態に応じて変化させることを可能にした燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）
特開２００５−３０２５６３号公報

このような可変ガス供給装置を備えた燃料電池システムにおいては、燃料電池に供給される燃料ガスの状態量（圧力、流量等）を逐次変化させることが可能になる一方で、可変ガス供給装置に経年変化や故障等の異常が生じると、下流側へのガス供給状態量を高精度に制御することができなくなることから、当該異常を運転中に判定できる技術が必要となる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、可変ガス供給装置の異常を運転中に判定することを可能にした燃料電池システムの提供を目的とする。

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、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための供給流路と、この供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置と、前記可変ガス供給装置に対するガス供給指令量をＰＩ制御する制御部と、前記可変ガス供給装置の異常を判定する異常判定部と、を備えてなる燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記ＰＩ制御における補正項の一部として、Ｉ項を前記燃料電池の運転状態が安定している場合にのみ積算してなる学習項を用い、前記異常判定部は、前記学習項の値が所定範囲外となったときに、前記可変ガス供給装置が異常と判定するものである。

この学習項は、ＰＩ制御におけるＩ項を積算して得られるもの、言い換えれば、当該ＰＩ制御による制御目標値（例えば、可変ガス供給装置の二次側（下流側、燃料電池側）における調圧目標値）と実際の検出圧力値との偏差の積分値（＝Ｉ項）を所定条件下で積算して得られるものであるから、可変ガス供給装置に異常がある場合には、制御目標値と検出圧力値との偏差が、正常である場合に比して設計誤差等の許容範囲を超える程に大きくなり、その影響は当該学習項にも及ぶことになる。したがって、当該学習項に基づいて可変ガス供給装置の異常を判定することが可能となる。

前記燃料電池システムにおいて、前記異常判定部は、前記燃料電池の運転状態が安定している場合にのみ、前記学習項に基づく異常判定を実施するものでもよい。

この構成によれば、学習項に基づく異常判定の実施が、燃料電池の運転状態がＩ項の学習に適した状態（学習許可条件を満たしている状態）に限定される、すなわち、燃料電池の運転状態が安定している場合に限定されるので、異常の判定精度が向上する。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記異常判定部は、前記学習項の値が所定範囲外となったときに、前記可変ガス供給装置が異常と判定するものでもよい。

かかる構成においては、可変ガス供給装置が正常である場合における異常との誤判定を抑制して、判定精度のさらなる向上を図るべく、前記学習項の値が所定範囲外となった状態が所定時間継続した場合に、前記可変ガス供給装置が異常と判定するものでもよい。

前記燃料電池システムにおいて、前記学習項は、前記燃料電池での燃料ガス消費量と、前記燃料電池内でのアノード極側からカソード極側へのクロスリーク量と、前記ＰＩ制御に用いられるＰ項と、を加えて求められる前記燃料電池へのガス供給要求量毎に別々に設定され且つ更新されるものでもよい。

ＰＩ制御において補正項の一部をなすＩ項は、制御目標値と実際の検出値との偏差の時間的累積値（あるいは、この時間的累積値に関連する値）であるのに対し、このＩ項と共にＰＩ制御において補正項を構成する学習項は、当該Ｉ項のガス供給要求量毎の累積値（あるいは、この累積値に関連する値）を記憶したものであるから、ガス供給要求量の急変に伴い制御目標値が急変した場合であっても、時間的累積値であるＩ項のみによる補正の応答遅れを、Ｉ項の累積値である学習項によって迅速に補うことが可能となり、追従性の向上を図ることができる。

なお、前記燃料電池へのガス供給要求量は、前記燃料電池での燃料ガス消費量と、前記燃料電池内でのアノード極側からカソード極側へのクロスリーク量と、前記可変ガス供給装置の下流側における目標圧力値の変動に基づき算出することも可能である。

前記燃料電池システムにおいて、前記可変ガス供給装置は、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電磁駆動式の開閉弁（例えば、インジェクタ）であってもよい。

本発明によれば、可変ガス供給装置を備えた燃料電池システムにおいて、運転中に可変ガス供給装置の異常を判定することができる。

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が、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、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。

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１０を備えるとともに、燃料電池１０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１０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（制御部、異常判定部）４等を備えている。

燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて電気化学反応により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１０により発生した電力は、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１に供給される。ＰＣＵ１１は、燃料電池１０とトラクションモータ１２との間に配置されるインバータやＤＣ‐ＤＣコンバータ等を備えている。また、燃料電池１０には、発電中の電流を検出する電流センサ１３が取り付けられている。

酸化ガス配管系２は、加湿器２０により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池１０に供給する空気供給流路２１と、燃料電池１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に導く空気排出流路２２と、加湿器２１から外部に酸化オフガスを導くための排気流路２３と、を備えている。空気供給流路２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４が設けられている。

水素ガス配管系３は、高圧（例えば７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池１０に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路（供給流路）３１と、燃料電池１０から排出された水素オフガスを水素供給流路３１に戻すための循環流路（オフガス流路）３２と、を備えている。

なお、水素タンク３０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３１には、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３３と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３４と、インジェクタ（可変ガス供給装置）３５と、が設けられている。また、インジェクタ３５の上流側には、水素供給流路３１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４１及び温度センサ４２が設けられている。

さらに、インジェクタ３５の下流側であって水素供給流路３１と循環流路３２との合流部の上流側には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ４３及び水素供給流路３１内が所定の作動圧に達した際に開放されるリリーフ弁４４が設けられている。

レギュレータ３４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３４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筺体を有し、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。

インジェクタ３５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。インジェクタ３５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、インジェクタ３５の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイ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、多段階又は無段階に切り替えることができるようになっている。

なお、インジェクタ３５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３５の下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３５の上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ３５を調圧弁（減圧弁、レギュレータ）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タ３５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。

以上のとおり、インジェクタ３５は、水素供給流路３１の上流側のガス状態（ガス流量、水素モル濃度、ガス圧力）を調整して下流側に供給するものであり、本発明における可変ガス供給装置に相当する。

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３１と循環流路３２との合流部Ａ１より上流側にインジェクタ３５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３０を採用する場合には、各水素タンク３０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Ａ２）よりも下流側にインジェクタ３５を配置するようにする。

循環流路３２には、気液分離器３６及び排気排水弁３７を介して、排出流路３８が接続されている。気液分離器３６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３７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３６で回収した水分と、循環流路３２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３２には、循環流路３２内の水素オフガスを加圧して水素供給流路３１側へ送り出す水素ポンプ３９が設けられている。なお、排気排水弁３７及び排出流路３８を介して排出される水素オフガスは、希釈器４０によって希釈されて排気流路３２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、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（例えばトラクションモータ１２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１２のほかに、燃料電池１０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２４、水素ポンプ３９、冷却ポンプのモータ等）、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）で使用されるアクチュエータ、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、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、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、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで所望の演算を実行することにより、後述するフィードバック制御やパージ制御など種々の処理や制御を行う。

具体的には、制御装置４は、図２に示すように、電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電電流値に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの流量（以下「水素消費量」という）を算出する（燃料消費量算出機能：Ｂ１）。本実施形態においては、発電電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に水素消費量を算出し更新することとしている。

また、制御装置４は、燃料電池１０の発電電流値に基づいて、燃料電池１０に供給される水素ガスのインジェクタ３５の下流位置における目標圧力値を算出する（目標圧力値算出機能：Ｂ２）。本実施形態においては、発電電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に目標圧力値を算出している。

また、制御装置４は、算出した目標圧力値と、圧力センサ４３で検出したインジェクタ３５の下流位置の圧力値（検出圧力値）と、の偏差を算出する（圧力差算出機能：Ｂ３）。そして、制御装置４は、算出した偏差を低減させるために、フィードバック補正流量としてのＰ項（比例項）の算出（Ｐ項算出機能：Ｂ４）及びＩ項（積分項）の算出（Ｉ項算出機能：Ｂ５）を行う。

本実施形態のＩ項算出機能Ｂ５では、圧力差算出機能Ｂ３で算出された偏差ΔＰに対して百分率で対応付けられたフィードバック値（以下、ＦＢ値Δ％）
を所定のマップ等を用いて求め（図３の実線）、更にこのＦＢ値Δ％を時間で
積分して得られる時間的累積値∫Δ％ｄｔ（図３の破線）をＩ項とする。この
ように、本実施形態においては、目標追従型のＰＩ制御を用いてフィードバック補正流量（補正項）を算出している。

また、制御装置４は、燃料電池１０の運転状態が所定の条件（学習許可条件）を満たした場合にのみ、Ｉ項算出機能Ｂ５で算出したＩ項を、燃料電池１０へのガス供給要求量であるインジェクタ３５への噴射要求流量毎に別々に積算することにより、当該Ｉ項の学習値としてメモリ等に更新可能に記憶される学習項を算出する（学習項算出機能：Ｂ５１）。この学習項は、Ｉ項と共にＰＩ制御における補正項を構成する。

本実施形態の学習項算出機能Ｂ５１では、燃料電池１０の運転状態が所定の学習許可条件を満たす場合にのみ、図４の横軸で表されるインジェクタ３５の噴射要求流量を所定流量毎に破線で区切ってなる学習ゾーンＡ〜Ｆ毎にＩ項を積算してメモリに記憶しておき、これら学習ゾーンＡ〜Ｆ毎に算出された積算値（図４中のドット）間を内挿あるいは外挿等を用いて補間することにより、噴射要求流量毎の学習項を求める。

なお、学習項は、学習ゾーンＡ〜Ｆ毎に算出されたＩ項の積算値を図４に示すように各学習ゾーンＡ〜Ｆ間で補間することに変えて、各学習ゾーンＡ〜Ｆ内で一定の値となるように設定してもよい。

また、所定の学習許可条件とは、例えば燃料電池１０の発電電流に基づいて設定される条件をいうものであり、本実施形態では、燃料電池１０の発電電流が、後述する無効噴射時間の影響が相対的に小さくなる所定の発電電流値よりも大きい場合であって、更に当該発電電流の変化が所定の範囲内で安定している場合に、当該学習許可条件を満たしていると判断する。

学習項の値は、インジェクタ３５の設計値を１００％として、この設計値に正負両方の値を取り得るＩ項の積算値を加えることにより算出され、当該値が、図４の第１異常閾値（例えば、１４０％）と第２異常閾値（例えば、６０％）とで上下限が規定される所定の正常範囲（設計誤差許容範囲）から外れた場合、言い換えれば、Ｉ項の積算値が所定の正常範囲（例えば、±４０％内の範囲）から外れた場合に、インジェクタ３５が異常であると判定される。

そして、制御装置４は、上記水素消費量と燃料電池１０内で生じるクロスリーク量との加算値に上記Ｐ項を加算することにより、インジェクタ３５への噴射要求流量を求める一方で、上記Ｉ項とその学習項とを１つの積分項として統合するべく両者を加算し（積分項統合機能：Ｂ５２）、この加算値を上記インジェクタ３５への噴射要求流量に乗じることにより、インジェクタ３５の噴射流量を算出する（噴射流量算出機能：Ｂ７）。

ここで、インジェクタ３５の下流位置において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し（フィードフォワード補正流量算出機能）、このフィードフォワード補正流量を前記加算値（＝水素消費量＋クロスリーク量＋Ｐ項）に加算し、この加算値に上記Ｉ項を乗じることにより、インジェクタ３５の噴射流量を算出するようにしてもよい。

かかる場合におけるフィードフィードフォワード補正流量は、目標圧力値の変化に起因する水素ガス流量の変動分（目標圧変動補正流量）であり、例えば、目標圧力値の偏差とフィードフォワード補正流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に更新するものである。

クロスリーク量は、燃料電池１０内の燃料ガス流路（アノード極側）から電解質膜を介して酸化ガス流路（カソード極側）へと透過する水素ガスの量であり、本実施形態ではインジェクタ３５の下流位置における水素ガスの圧力値（圧力センサ４３での検出圧力値）に基づいて算出する（クロスリーク量算出機能：Ｂ６）。具体的には、インジェクタ３５の下流位置における水素ガスの圧力値とクロスリーク量との関係を表す特定のマップを用いて、クロスリーク量を算出している。

一方、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態（圧力センサ４１で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ４２で検出した水素ガスの温度）に基づいて、インジェクタ３５の上流の静的流量を算出する（静的流量算出機能：Ｂ８）。本実施形態においては、インジェクタ３５の上流側の水素ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。

制御装置４は、上記インジェクタ３５の噴射流量を上記静的流量で除算（Ｄｕｔｙ算出機能：Ｂ９）した値に、インジェクタ３５の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ３５の基本噴射時間を算出する（基本噴射時間算出機能：Ｂ１０）とともに、この基本噴射時間に、後述する無効噴射時間を加算してインジェクタ３５の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出機能：Ｂ１２）。

この駆動周期とは、インジェクタ３５の噴射孔の開閉状態を表す段状（オン・オフ）波形の周期を意味し、本実施形態においては、制御装置４により駆動周期を一定の値に設定している。

無効噴射時間とは、インジェクタ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し、本実施形態においては、インジェクタ３５の上流側の水素ガスの圧力と、インジェクタ３５の基本噴射時間と、当該無効噴射時間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を算出して更新することとしている（無効噴射時間算出機能：Ｂ１１）。

そして、制御装置４は、以上の手順を経て算出したインジェクタ３５の総噴射時間を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。以上のとおり、本実施形態の制御装置４は、本発明の制御部としてだけでなく異常判定部としても機能する。

ところで、インジェクタ３５に動作不良や故障等の異常が発生すると、インジェクタ３５に対する噴射要求流量と当該インジェクタ３５からの実際の噴射流量との偏差が大きくなり、この偏差が例えばインジェクタ３５の設計許容誤差を超える程に大きくなると、インジェクタ３５よりも下流側に配設された燃料電池１０等のシステム構成要素に過剰な圧力を作用させてしまうことになる。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１は、かかる不具合の発生を抑制するべく、燃料電池１０の運転中（燃料電池１０への反応ガス供給中）に、制御装置４が前記学習項算出機能Ｂ５１で算出した学習項の値に基づいて、インジェクタ３５の異常の有無を監視している。具体的には、上述したように、当該学習項の値が第１異常閾値よりも大きいか又は第２異常閾値よりも小さいかを判定し、いずれか一方の判定結果が肯定的な場合に、インジェクタ３５に異常があると判定する。

次に、図５のタイムチャートを用いて、インジェクタ３５の異常判定について説明する。

図５のタイムチャートにおいて、（ａ）は、インジェクタ３５の正常および異常（実際の噴射流量が要求よりも多い又は少ない状態）の状態を、（ｂ）はインジェクタ３５に対する開閉指令を、（ｃ）は二次側圧力センサ４３で検出されるインジェクタ３５の出口圧を、（ｄ）はＩ項の学習許可条件を満たしているか否かを、（ｅ）は学習項の値の時間的変化を、（ｆ）はインジェクタ３５に対する噴射時間の指令値を、（ｇ）は学習項の値に異常が生じたこと、つまり、インジェクタ３５に異常が生じたことを示すインジェクタ異常フラグをそれぞれ示している。

制御装置４は、図５（ｄ）に示すように、所定の制御周期で燃料電池１０の運転状態がＩ項の学習許可条件を満たす状態にあるかどうかを判定しており、この学習許可判定の結果が否定的（図４：Ｎｏ）な場合（ｔ１時以前）には、Ｉ項の学習、つまり、学習項の値の更新を禁止している。

本実施形態において、このｔ１時以前は、インジェクタ３５が正常範囲（設計誤差許容範囲）で動作しており、かかる場合には、図５（ｂ）に示すインジェクタ３５に対する開閉指令に応じて、インジェクタ３５の出口圧も図５（ｃ）に示すように上下動を繰り返す。このとき、図５（ｆ）に示すインジェクタ３５の噴射時間指令値は、当該インジェクタ３５の開弁時における噴射時間が毎回一定となるように制御される。

これに対し、燃料電池１０の運転状態がＩ項の学習許可条件を満たす状態にある場合（ｔ１時以降）、つまり、上記学習許可判定の結果が肯定的（図４：Ｙｅｓ）な場合には、図５（ｅ）に示す学習項の値は、インジェクタ３５の噴射要求量毎に更新（学習）される（図４）。

そして、この更新中（学習中）に、学習項の値が第１異常閾値を上回る又は第２異常閾値を下回るかした場合に（ｔ２時点）、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量に異常の虞があると判断して、図５（ｆ）に示すインジェクタ３５の噴射時間指令値をそれまでの指令値よりも下げる。なお、図５は、学習項の値が第２異常閾値を下回った場合を示している。

その後も引き続き、制御装置４は、図５（ｅ）に示す学習項の値を監視しており、当該学習項の値が第１異常閾値と第２異常閾値との間（正常範囲）に戻ることなく所定の待機時間Ｔ１が経過した場合には、インジェクタ３５の噴射流量に異常があると最終判断して、図５（ｇ）に示すインジェクタ異常フラグを「ＯＦＦ」から「ＯＮ」にセットする。

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１によれば、インジェクタ３５に異常が発生し、当該インジェクタ３５が正常である場合に比して設計誤差等の許容範囲を超える程に噴射流量が大きく又は小さくなった場合であっても、制御装置４が所定の制御周期で所定の学習許可条件下でのみ更新（学習）されるＰＩ制御におけるＩ項の学習結果、つまり、随時更新される学習項の値に基づいて当該異常の発生有無を監視しているので、インジェクタ３５の異常を運転中に遅滞なく判定することが可能となる。

また、インジェクタ異常フラグが「ＯＮ」となっている場合、制御装置４は、インジェクタ３５の異常を解除するべく当該インジェクタ３５の開閉駆動制御を燃料電池１０の運転中に１回又は複数回実施したり、燃料電池１０の運転を停止したりする等のインジェクタ異常判定後処理を行うことがきる。加えて、メンテナンス時等に制御装置４からこのフラグを読み出すことで、インジェクタ３５に異常が生じたという故障履歴が確認可能となるので、インジェクタ３５の交換あるいは修理という対応を即座に行うこともできる。

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１に示す燃料電池システムの制御態様を説明するための制御ブロック図である。 図２に示した制御ブロック図のＩ項算出機能を説明するための図である。 図２に示した制御ブロック図の学習項算出機能を説明するための図である。 図１に示した燃料電池システムにおけるインジェクタの異常判定を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１…燃料電池システム、４…制御装置（制御部、異常判定部）、１０…燃料電池、３０…水素タンク（燃料供給源）、３１…水素供給流路（供給流路）、３５…インジェクタ（可変ガス供給装置）、Ｔ１…待機時間（所定時間）

Claims (6)

1. 燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための供給流路と、この供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置と、前記可変ガス供給装置に対するガス供給指令量をＰＩ制御する制御部と、前記可変ガス供給装置の異常を判定する異常判定部と、を備えてなる燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記ＰＩ制御における補正項の一部として、Ｉ項を前記燃料電池の運転状態が安定している場合にのみ積算してなる学習項を用い、
   前記異常判定部は、前記学習項の値が所定範囲外となったときに、前記可変ガス供給装置が異常と判定する燃料電池システム。
2. 前記異常判定部は、前記燃料電池の運転状態が安定している場合にのみ、前記学習項に基づく異常判定を実施する請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記異常判定部は、前記学習項の値が所定範囲外となった状態が所定時間継続した場合に、前記可変ガス供給装置が異常と判定する請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記学習項は、前記燃料電池での燃料ガス消費量と、前記燃料電池内でのアノード極側からカソード極側へのクロスリーク量と、前記ＰＩ制御に用いられるＰ項と、を加えて求められる前記燃料電池へのガス供給要求量毎に別々に設定され且つ更新される請求項１から３の何れかに記載の燃料電池システム。
5. 前記学習項は、前記燃料電池での燃料ガス消費量と、前記燃料電池内でのアノード極側からカソード極側へのクロスリーク量と、前記可変ガス供給装置の下流側における目標圧力値の変動に基づき算出される目標圧変動補正流量と、前記ＰＩ制御に用いられるＰ項と、を加えて求められる前記燃料電池へのガス供給要求量毎に別々に設定され且つ更新される請求項１から３の何れかに記載の燃料電池システム。
6. 前記可変ガス供給装置は、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電磁駆動式の開閉弁である請求項１から５の何れかに記載の燃料電池システム。

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