JP2009021024A - 燃料電池システム及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】システム始動時における燃料電池への燃料ガスの供給を最適化する燃料電池システム及び移動体を提供する。
【解決手段】燃料電池１０と、燃料電池１０に燃料ガスを供給する燃料供給流路３と、燃料供給流路３の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁３５と、開閉弁３５の駆動を制御する制御装置４と、燃料供給流路３の上流側のガス圧を測定する圧力センサ４１と、を備え、制御装置４は、システム始動時において、圧力センサ４１により測定されたガス圧が所定の圧力を超えたときに、開閉弁３５の制御を開始する燃料電池システム１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システム及び移動体に関し、特に、燃料電池への燃料ガスの供給を制御する技術に関するものである。

近年、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。

このような燃料電池システムとして、燃料供給流路にインジェクタを配置し、インジェクタの作動状態を制御することにより燃料電池への燃料の供給を制御するシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。このような燃料電池システムにおいては、システムの始動時は、燃料ガスが燃料供給源から燃料供給流路に供給されてから一定時間経過後に、インジェクタの制御を開始するようになっている。

特開２００５−３２７５９７

しかしながら、このような燃料電池システムにおいては、燃料供給源のガス圧力が低い状態でシステムを始動すると、インジェクタ上流のガス圧が低い状態のままでインジェクタの制御が開始されてしまう虞がある。この場合、燃料電池に供給される燃料ガスの量が不足することにより燃料ガスの供給量に見合わない過量の発電が行われ、電解質ひいては燃料電池の劣化を招いてしまう。

一方で、このような不具合を避けるために、燃料供給源のガス圧力が一番低い状態に合わせて上記一定時間を長めに設定したとすると、燃料料供給源のガス圧力が高くインジェクタ上流のガス圧が短時間で高くなる場合でも、常に一定時間を待ってインジェクタの制御を開始することになるから、システム始動に要する時間が長くなり、システム全体としての応答性が低下してしまう。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、システム始動時における燃料電池への燃料ガスの供給を最適化する燃料電池システム及び移動体を提供することにある。

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明の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燃料供給流路と、前記燃料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開閉弁と、前記開閉弁の駆動を制御する制御装置と、前記燃料供給流路の上流側のガス圧を測定する圧力センサと、を備え、前記制御装置は、システム始動時において、前記圧力センサにより測定されたガス圧が所定の圧力を超えたことを検知ときに、前記開閉弁の制御を開始する。

この構成によれば、燃料供給流路の上流側のガス圧が所定の圧力を超えたことを検知したときに開閉弁の制御が開始されるので、上流側のガス圧が所定の圧力より低い状態で開閉弁の制御が行われることはなく、始動時から所望の流量の燃料ガスを燃料電池に供給することができる。すなわち、燃料電池における燃料ガス不足を防止できる。また、所定の圧力を超えたときに開閉弁の制御を開始できるので、常に一定時間待って開閉弁を制御するときのようなタイミングロスは発生しない。すなわち、燃料電池への燃料ガスの供給のタイミングを最適化することができる。

尚、本明細書において、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度などで表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及びガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。

また、本明細書において、「システム始動時」とは、停止されている燃料電池システムの運転を開始する一連の工程を示し、典型的には、停止されている燃料供給源から燃料供給路への燃料ガスの供給が開始される工程を含む。

また、本明細書において、「所定の圧力を超えた」とは、所定の圧力に達した状態及び所定の圧力より大きい状態を示すものとする。

また、上記燃料電池システムにおいて、前記所定の圧力は、前記燃料電池から出力される電力が最大となる圧力であるように構成してもよい。

この構成によれば、燃料電池が出力する電力が最大になる流量の燃料ガスを、システム始動時から供給することができる。また、開閉弁を制御すればこの流量以下の流量の燃料ガスも供給できるから、結果として、燃料電池が所望の電力を出力するのに必要な流量の燃料ガスを、システムの始動時から過不足なく提供することができるようになる。

また、前記所定の圧力は、前記燃料電池へ供給される燃料ガスの流量が最大となる圧力であるように構成してもよい。

この構成によれば、始動時から、燃料電池に最大流量の燃料ガスを供給することができる。また、開閉弁を制御すればこの最大流量以下の流量の燃料ガスも供給できるから、結果として、燃料電池システムにおいて要求されるすべての範囲の流量の燃料ガスを、システムの始動時から過不足なく提供することができるようになる。

また、前記開閉弁は、弁体を電磁駆動力で開閉駆動するインジェクタであるように構成してもよい。

この構成によれば、制御装置がインジェクタの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ことにより、燃料ガスの流量や圧力を制御することができる。従って、システムの始動時において燃料ガスの供給圧力を適切に変化させることができ、応答性を向上させることが可能になる。

尚、本明細書におけるインジェクタは、典型的には、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状態を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁として構成される。

また、本発明の移動体は、上記燃料電池システムを備える。

この構成によれば、始動時における燃料電池への燃料ガスの供給が最適化された燃料電池システムを備えているので、始動時（例えば車両であれば発進時）において高い応答性を有する移動体を提供することができる。

本発明によれば、システム始動時における燃料電池への燃料ガスの供給を最適化する燃料電池システム及び移動体を提供することができる。

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について以下の順番で説明する。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。尚、各図面において、同一の部品には同一の符号を付している。
１．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの全体構成
２．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの制御方法
３．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの変形例

１．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの全体構成
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の全体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。また、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Ａ１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。本実施形態においては、図１に示すように、インジェクタ３５の上流側にレギュレータ３４を２個配置することにより、インジェクタ３５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３５の機械的構造（弁体、筺体、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３５の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ３５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３５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３５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３５の応答性の低下を抑制することができる。

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段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。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タ３５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３５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３５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３５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１０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下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３５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。

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（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２３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部材（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、制御装置４は、図２に示すように、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの量（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、燃料電池１０の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て更新することとしている。

また、制御装置４は、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、インジェクタ３５下流位置における水素ガスの目標圧力値（燃料電池１０への目標ガス供給圧）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、燃料電池１０の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、二次側圧力センサ４３が配置された位置における目標圧力値を算出して更新することとしている。

また、制御装置４は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ４３で検出したインジェクタ３５下流位置の圧力値（検出圧力値）と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する（フィードバック補正流量算出機能：Ｂ３）。フィードバック補正流量は、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である。本実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いて、制御装置４の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。

また、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態（一次側圧力センサ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：Ｂ４）。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。

また、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の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出機能：Ｂ５）。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印加電圧と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。

また、制御装置４は、水素消費量とフィードバック補正流量とを加算することにより、インジェクタ３５の噴射流量を算出する（噴射流量算出機能：Ｂ６）。そして、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量を静的流量で除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とともに、この基本噴射時間と無効噴射時間と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：Ｂ７）。ここで、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）波形の周期を意味する。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。

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送出することにより、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。

また、制御装置４は、システム始動時において、インジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力値が所定の閾値より大きい場合に、インジェクタ３５に制御信号（例えば無効電流）を送出することにより、インジェクタ３５の開閉制御を行う。本実施形態においては、この所定の閾値として、燃料電池１０の最大出力の保証圧力（燃料電池１０が最大出力で発電を行う際のインジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力値）を採用している。ここで、燃料電池の出力と燃料電池への水素ガスの供給量とは通常１対１で対応するから、本実施例においては、上記最大出力の保証圧力は、燃料電池１０に供給される水素ガスの最大流量の保証圧力（燃料電池１０に最大流量の水素ガスを供給する際のインジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力値）と一致する。

２．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの制御方法
次に、燃料電池システム１の制御方法について、特にシステム始動時の制御方法を中心に説明する。

燃料電池システム１の通常運転時においては、水素タンク３０から水素ガスが水素供給流路３１を介して燃料電池１０の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路２１を介して燃料電池１０の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池１０から引き出すべき電力（要求電力）が制御装置４で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池１０内に供給されるようになっている。

本実施形態においては、上記通常運転を開始する際の燃料電池システムの始動方法に特に特徴がある。以下、図３乃至図５を用いて説明する。

図３は、燃料電池システムの始動時の制御方法を説明するためのフローチャートである。図３に示すように、はじめに、制御装置４は、運転停止状態において、運転開始信号（イグニッションスイッチのＯＮ信号）の有無を判定する（運転開始判定工程：Ｓ１）。運転開始信号を検出した場合、制御装置４は、遮断弁３３及びレギュレータ３４を開き、水素タンク３から水素供給流路３１への水素の供給を開始する（水素供給工程：Ｓ２）。

次いで、制御装置４は、一次側圧力センサ４１を用いて、水素供給流路３１のインジェクタ３５上流側の水素ガスの圧力（一次圧）を検出し（一次圧検出工程：Ｓ３）、一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ₀より大きいかを判定する（一次圧判定工程：Ｓ４）。ここで、閾値Ｐ₀は、上述したように本実施形態においては、燃料電池１０の最大出力の保証圧力である。

制御装置４は、一次圧判定工程Ｓ４において一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ₀より大きいと判定した場合には、インジェクタ３５に制御信号（駆動指令）を送出してインジェクタ３５の開閉制御を開始する（インジェクタ制御開始工程：Ｓ５）。制御装置４は、一次圧判定工程Ｓ４において一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ₀に達していないと判定した場合には、一定期間経過後、一次圧検出工程Ｓ４から工程を開始する。

以上の工程を経ることにより次のような効果がある。以下、（１）水素タンクのガス圧力が低い場合（図４）と、（２）水素タンクのガス圧力が高い場合（図５）とに分け、従来例と比較しつつ説明する。ここでは、比較例として、水素が燃料供給源から燃料供給流路に供給されてから一定時間経過後（t₂）インジェクタの制御を開始する従来技術を用いている。また、水素タンクのガス圧力が高い場合とは、例えば、水素タンクに十分な量のガスが充填されている場合であり、水素タンクのガス圧力が低い場合とは、例えば、水素タンクに充填されているガスの量が残り少ないような場合である。

（１）水素タンクのガス圧力が低い場合
図４は、水素タンクのガス圧力が低い場合の燃料電池システム１の始動時の制御方法を説明するためのタイムチャートであり、（Ａ）は水素タンクの遮断弁の制御信号（駆動指令）の時間履歴を示すもの、（Ｂ）は、インジェクタの一次圧の時間履歴を示すもの、（Ｃ）は、インジェクタの制御信号（駆動指令）の時間履歴を示すものである。図４においては、本実施形態に係る実施例の時間履歴を実線で示し、比較例にかかる時間履歴を破線で示した。

比較例においては、図４（Ａ）に示すように、運転開始信号の検出時（ｔ₀）に、水素タンク遮断弁の駆動指令がＯＦＦからＯＮに変わったのち、図４（Ｃ）に示すように、一定時間（t₂）が経過すると、インジェクタ駆動指令がＯＦＦからＯＮに切り替わる。従って、図４（Ｂ）に示すようにインジェクタ一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ₀に達する前にインジェクタの制御が開始されてしまう。そのため、はじめから燃料電池が最大出力で発電を行う必要がある場合（例えば、燃料電池車両において発進時にアクセルを全開にした場合）は、燃料電池に供給される燃料ガスの量が不足することになる。これにより燃料ガスの供給量に見合わない過量の発電が行われ、電解質ひいては燃料電池の劣化を招いてしまう。

これに対し、本実施形態においては、図４（Ａ）に示すように、運転開始信号の検出時（ｔ₀）に水素タンク遮断弁の駆動指令がＯＦＦからＯＮに変わると、図４（Ｂ）に示すように、インジェクタ一次圧が徐々に上昇し、この圧力が所定の閾値Ｐ₀に達した時（ｔ₃）に、図４（Ｃ）に示すように、インジェクタの駆動指令がＯＦＦからＯＮに切り替わりインジェクタの制御が開始される。

従って、はじめから燃料電池１０が最大出力で発電を行う必要がある場合であっても、一次圧Ｐが燃料電池１０の最大出力の保証圧力（Ｐ₀）に達しているので、燃料電池１０に過不足なく水素を供給することができる。

（２）水素タンクのガス圧力が高い場合
図５は、水素タンクのガス圧力が高い場合の燃料電池システム１の始動時の制御方法を説明するためのタイムチャートであり、（Ａ）は水素タンクの遮断弁の制御信号（駆動指令）の時間履歴を示すもの、（Ｂ）は、インジェクタの一次圧の時間履歴を示すもの、（Ｃ）は、インジェクタの制御信号（駆動指令）の時間履歴を示すものである。図５においても、本実施形態の実施例に係る時間履歴を実線で示し、比較例にかかる時間履歴を破線で示した。

比較例においては、図５（Ａ）に示すように、運転開始信号の検出時（ｔ₀）に、水素タンク遮断弁の駆動指令がＯＦＦからＯＮに変わると、図５（Ｂ）に示すように、水素タンクのガス圧力が低い場合に比べて、インジェクタの一次圧が比較的早く上昇するが、閾値Ｐ₀を越えても、図４（Ｃ）に示すように、インジェクタ駆動指令は、一定時間（t₂）が経過するまでなされない。

これに対し、本実施の形態においては、図５（Ａ）に示すように、運転開始信号の検出時（ｔ₀）に水素タンク遮断弁の駆動指令がＯＦＦからＯＮに変わったのち、図５（Ｂ）に示すように、インジェクタの一次圧が所定の閾値Ｐ₀に達した時（ｔ₁）に、図４（Ｃ）に示すように、インジェクタの駆動指令がＯＦＦからＯＮに切り替わりインジェクタの制御が開始される。

従って、比較例のように一定期間経過を待つことなしに、燃料電池システム１の運転を開始することができ、システムの始動にかかる時間を短縮することができる。ここで、インジェクタの一次圧が燃料電池１０の最大出力の保証圧力（Ｐ₀）に達しているから、はじめから燃料電池１０が最大出力で発電を行う必要がある場合であっても、燃料電池１０に過不足なく水素を供給することができる。

上記（１）、（２）で説明したように、本実施の形態にかかる燃料電池システム１は、燃料電池１０への水素の供給量不足を防止し、かつ供給のタイミングを最適化することができる。

３．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの変形例
以上本発明の実施形態を示したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な態様での実施が可能である。例えば以下のような変形例が可能である。

以上の実施形態では、「所定の閾値」として、燃料電池１０の最大出力の保証圧力を採用しているが、これに限られるものではない。例えば、所定の閾値を、上記最大出力の保証圧力の前後数％以内に設定してもよいし、燃料電池１０の耐久性等の機械的強度により定まる最大許容圧力としてもよい。また、例えば、燃料電池システムや燃料電池車両の状態を検知して、その状態に応じて変動させるようにしてもよい。

また、以上の実施形態においては、燃料電池システム１の水素ガス配管系３に循環流路３２を設けた例を示したが、例えば、図６に示すように、燃料電池１０に排出流路３８を直接接続して循環流路３２を廃止することもできる。かかる構成（デッドエンド方式）を採用した場合においても、制御装置４で前記実施形態と同様にシステム始動においてインジェクタ３５に制御信号を送出してインジェクタ３５の開閉制御を行うことにより、同様の作用効果を得ることができる。

また、以上の実施形態においては、本発明における開閉弁としてインジェクタ３５を採用した例を示したが、開閉弁は供給流路（水素供給流路３１）の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するものであればよく、インジェクタ３５に限られるものではない。

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（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。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図。 図１に示した燃料電池システムの制御装置の制御態様を説明するための制御ブロック図。 図１に示した燃料電池システムの始動時の制御方法を説明するためのフローチャート。 図１に示した燃料電池システムの始動時の制御方法を説明するためのタイムチャート。 図１に示した燃料電池システムの始動時の制御方法を説明するためのタイムチャート。 図１に示した燃料電池システムの変形例を示す要部構成図。

符号の説明

１ ……燃料電池システム
１０……燃料電池
１１……ＰＣＵ
１２……トランクションモータ
１３……電流センサ
２ ……酸化ガス配管系
２０……加湿器
２１……空気供給経路
２２……空気排出経路
２３……排気流路
２４……コンプレッサ
３ ……水素ガス配管系（燃料供給流路）
３０……水素タンク（燃料供給源）
３１……水素供給流路
３２……循環流路
３３……遮断弁
３４……レギュレータ
３５……インジェクタ（開閉弁）
３６……気液分離器
３７……排気排水弁
３８……排出流路
３９……水素ポンプ
４……制御装置
４０……希釈器
４１……一次側圧力センサ（圧力センサ）
４２……温度センサ
４３……二次側圧力センサ

Claims (5)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料供給流路と、
   前記燃料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開閉弁と、
   前記開閉弁の駆動を制御する制御装置と、
   前記燃料供給流路の上流側のガス圧を測定する圧力センサと、を備え、
   前記制御装置は、システム始動時において、前記圧力センサにより測定されたガス圧が所定の圧力を超えたことを検知したときに、前記開閉弁の制御を開始する燃料電池システム。
2. 前記所定の圧力は、前記燃料電池から出力される電力が最大となる圧力である請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記所定の圧力は、前記燃料電池へ供給される燃料ガスの流量が最大となる圧力である請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記開閉弁は、弁体を電磁駆動力で開閉駆動するインジェクタである請求項１から請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 請求項１から請求項４に記載の燃料電池システムを備えた移動体。

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