JP5007797B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は燃料電池スタックへの反応ガス供給を電磁駆動式開閉弁により制御する燃料電池システムに関する。

近年、環境問題に対する取り組みの一環として、低公害車の開発が進められており、その中の一つに燃料電池システムを車載電源とする燃料電池車両がある。燃料電池システムは、電解質膜の一方の面にアノード極を配置し、他方の面にカソード極を配置してなる膜−電極接合体に反応ガスを供給することで電気化学反応を起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子電解質型燃料電池システムは、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高出力密度を有することから、車載電力源としての用途が期待されている。

特開２００５−３０２５６３号公報には、燃料電池スタックに供給される燃料ガスの流量及び圧力を高精度に制御するための手段として、応答性に優れたインジェクタを用いる構成が開示されている。
特開２００５−３０２５６３号公報

しかし、インジェクタが閉固着故障したときに、通常の噴射制御をしていたのでは、インジェクタが閉弁状態を維持したままになり、運転不能に陥ってしまう。

そこで、本発明は、閉固着故障した電磁駆動式開閉弁を正常な状態に復旧させるための燃料電池システムを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係わる燃料電池システムは、燃料電池と、反応ガス供給源から燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する電磁駆動式開閉弁と、電磁駆動式開閉弁の通電を制御する通電制御手段と、を備え、通電制御手段は、電磁駆動式開閉弁を開弁するための突入電流を電磁駆動式開閉弁に通電する期間である突入期間の間継続して電磁駆動式開閉弁に通電するとともに、突入電流の通電により開弁した状態を保持するための保持電流を突入期間に続く期間である保持期間の間継続して電磁駆動式開閉弁に通電し、通電制御手段は、電磁駆動式開閉弁の閉固着故障を検出すると、突入期間に加えて更に保持期間の全部又は一部の間継続して電磁駆動式開閉弁に突入電流を通電することにより電磁駆動式開閉弁の開弁を試行する。

突入期間に加えて更に保持期間の全部又は一部の間継続して電磁駆動式開閉弁に突入電流を通電することにより、突入電流を通電する期間を増大させることができるので、閉固着故障した電磁駆動式開閉弁が開弁する可能性を一層高めることができる。

尚、閉固着故障とは、弁が全閉のまま保持される故障を示すものであり、全閉故障と同義である。

ここで、突入電流は、デューティ比１００％の駆動電圧を電磁駆動式開閉弁に通電するときに流れる電流であり、保持電流は、ＰＷＭ制御された駆動電圧を電磁駆動式開閉弁に通電するときに流れる電流である。保持期間の全部又は一部の間継続して電磁駆動式開閉弁に突入電流を流すには、保持期間の全部又は一部の間継続してデューティ比１００％の駆動電圧を電磁駆動式開閉弁に通電すればよい。

電磁駆動式開閉弁として、例えば、インジェクタが好適である。インジェクタは、応答性に優れているので、燃料電池スタックへの高精度な反応ガス供給制御を実現できる。

本発明によれば、突入期間に加えて更に保持期間の全部又は一部の間継続して電磁駆動式開閉弁に突入電流を通電することにより、突入電流を通電する期間を増大させることができるので、閉固着故障した電磁駆動式開閉弁が開弁する可能性を一層高めることができる。

以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム１０のシステム構成を示す。

燃料電池システム１０は、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて発電する燃料電池スタック２０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック２０に供給する燃料ガス配管系３０と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック２０に供給する酸化ガス配管系４０と、電力の充放電を制御する電力系６０と、システム全体を統括制御するコントローラ７０と、を備えている。

燃料電池スタック２０は、例えば、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。セルは、イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にカソード極を有し、他方の面にアノード極を有し、更にカソード極及びアノード極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池スタック２０は発電する。

燃料ガス配管系３０は、燃料ガス供給源３１と、燃料ガス供給源３１から燃料電池スタック２０のアノード極に供給される燃料ガス（水素ガス）が流れる燃料ガス供給流路３５と、燃料電池スタック２０から排出される燃料オフガス（水素オフガス）を燃料ガス供給流路３５に還流せしめるための循環流路３６と、循環流路３６内の燃料オフガスを燃料ガス供給流路３５に圧送する循環ポンプ３７と、循環流路３６に分岐接続される排気流路３９とを有している。

燃料ガス供給源３１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、例えば、３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留する。遮断弁３２を開くと、燃料ガス供給源３１から燃料ガス供給流路３５に水素ガスが流出する。水素ガスは、レギュレータ３３やインジェクタ３４により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池スタック２０に供給される。

尚、燃料ガス供給源３１は、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、から構成してもよい。

レギュレータ３３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３３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３４の上流側にレギュレータ３３を配置することにより、インジェクタ３３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３４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３４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３４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３４の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。そのため、インジェクタ３４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３４の応答性の低下を抑制することができる。

インジェクタ３４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開閉弁である。インジェクタ３４は、燃料ガス供給流路３５を開放又は閉鎖するための弁体と、弁体駆動用のソレノイドコイルと、弁体に一体化されてなるアーマチャと、ソレノイドコイルを収容するステータとを有し、ソレノイドコイルへの通電により、アーマチャがステータに吸引されて弁体が所定の開弁位置又は閉弁位置に移動するように構成されている。

本実施形態においては、ソレノイドコイルに給電されるパルス励磁電流のオン／オフにより、インジェクタ３４の噴射孔の開口面積を２段階に切り替えることができるようになっている。コントローラ７０から出力される噴射指令によってインジェクタ３４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、燃料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３４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３４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３４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（燃料電池スタック２０側）に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。

尚、インジェクタ３４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３４下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３４上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ３４を調圧弁（減圧弁又はレギュレータ）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３４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。インジェクタ３４は、燃料ガス供給流路３５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可変ガス供給装置として機能する。

燃料ガス供給流路３５には、インジェクタ３４の上流側圧力（一次圧力）を検出するための一次側圧力センサ８１、インジェクタ３４の上流側温度を検出するための一次側温度センサ８３、インジェクタ３４の下流側圧力（二次圧力）を検出するための二次側圧力センサ８２がそれぞれ取り付けられている。

循環流路３６には、排気弁３８を介して、排気流路３９が接続されている。排気弁３８は、コントローラ７０からの指令によって作動することにより、循環流路３６内の不純物を含む燃料オフガスと水分を外部に排出する。排気弁３８の開弁により、循環流路３６内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される燃料オフガス中の水素濃度が上がる。

希釈器５０には、排気弁３８及び排気流路３９を介して排出される燃料オフガスと、排出流路４５を流れる酸化オフガスとが流入し、燃料オフガスを希釈する。希釈化された燃料オフガスの排出音は、マフラー（消音器）５１によって消音され、テールパイプ５２を流れて車外に排気される。

酸化ガス配管系４０は、燃料電池スタック２０のカソード極に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス供給流路４４と、燃料電池スタック２０から排出される酸化オフガスが流れる排出流路４５とを有している。

酸化ガス供給流路４４には、フィルタ４１を介して酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ４２と、エアコンプレッサ４２により圧送される酸化ガスを加湿するための加湿器４３とが設けられている。排出流路４５には、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁４６と、加湿器４３とが設けられている。

加湿器４３は、多数本の水蒸気透過膜（中空糸膜）から成る水蒸気透過膜束（中空糸膜束）を収容している。水蒸気透過膜の内部には、電池反応により生じた水分を多量に含む高湿潤の酸化オフガス（ウェットガス）が流れる一方で、水上透過膜の外部には、大気から取り込まれた低湿潤の酸化ガス（ドライガス）が流れる。酸化ガスと酸化オフガスとの間で水蒸気透過膜を隔てて水分交換が行われることにより、酸化ガスを加湿することができる。

電力系６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、及び電流センサ８４を有している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２からの直流電圧を昇圧してトラクションインバータ６３に出力する機能と、燃料電池スタック２０又はトラクションモータ６４からの直流電圧を降圧してバッテリ６２に充電する機能と、を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６１のこれらの機能により、バッテリ６２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１による電圧変換制御により、燃料電池スタック２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）が制御される。

バッテリ６２は、電力の蓄電及び放電が可能な蓄電装置であり、ブレーキ回生時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ６２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。

トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。

電流センサ８４は、燃料電池スタック２０の出力電流（掃引電流）を検出する。

コントローラ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム１０の各部を制御する。例えば、コントローラ７０は、イグニッションスイッチ（図示せず）から出力される起動信号を受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサ（図示せず）から出力されるアクセル開度信号や、車速センサ（図示せず）から出力される車速信号などを基に、システム全体の要求電力を求める。システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。

補機電力には、例えば、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。

そして、コントローラ７０は、燃料電池スタック２０とバッテリ６２の出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック２０の発電量が目標電力に一致するように、エアコンプレッサ４２の回転数やインジェクタ３４の弁開度を調整し、燃料電池スタック２０への反応ガス供給量を調整するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を制御して燃料電池スタック２０の出力電圧を調整することにより燃料電池スタック２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。更に、コントローラ７０は、アクセル開度に応じた目標車速が得られるように例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ６３に出力し、トラクションモータ６４の出力トルク、及び回転数を制御する。

図２はインジェクタ制御に係わる機能ブロックを示している。
コントローラ７０は、燃料電池スタック２０の運転状態（電流センサ８４で検出した燃料電池スタック２０の出力電流）に基づいて、燃料電池スタック２０で消費される燃料ガスの量（以下、「燃料消費量」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、燃料電池スタック２０の出力電流値と燃料消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、コントローラ７０の演算周期毎に燃料消費量を算出して更新することとしている。

コントローラ７０は、燃料電池スタック２０の運転状態（電流センサ８４で検出した燃料電池スタック２０の発電時の電流値）に基づいて、インジェクタ３４下流位置における燃料ガスの目標圧力値（燃料電池スタック２０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、燃料電池スタック２０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、コントローラ７０の演算周期毎に、二次側圧力センサ８２が配置された位置（圧力調整が要求される位置である圧力調整位置）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。

コントローラ７０は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ８２で検出したインジェクタ３４下流位置（圧力調整位置）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燃料消費量に加算される燃料ガス流量（圧力差低減補正流量）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、コントローラ７０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。

具体的には、コントローラ７０は、目標圧力値と検出圧力値との偏差（ｅ）に比例ゲイン（Ｋ_P）を乗じることにより比例型フィードバック補正流量（比例項：Ｐ＝Ｋ_P×ｅ）を算出するとともに、偏差の時間積分値（∫（ｅ）ｄｔ）に積分ゲイン（Ｋ_I）を乗じることにより積分型フィードバック補正流量（積分項：Ｉ＝Ｋ_I×∫（ｅ）ｄｔ）を算出し、これらを加算した値を含むフィードバック補正流量を算出している。

コントローラ７０は、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（フィードフォワード補正流量算出機能：Ｂ４）。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燃料ガス流量の変動分（圧力差対応補正流量）である。本実施形態においては、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、コントローラ７０の演算周期毎にフィードフォワード補正流量を算出して更新することとしている。

コントローラ７０は、インジェクタ３４の上流側のガス状態（一次側圧力センサ８１で検出した燃料ガスの圧力、及び一次側温度センサ８３で検出した燃料ガスの温度）に基づいてインジェクタ３４の上流側の静的流量を算出する（静的流量算出機能：Ｂ５）。本実施形態においては、インジェクタ３４の上流側の燃料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、コントローラ７０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。

コントローラ７０は、インジェクタ３４の上流側ガス状態（燃料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３４の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出機能：Ｂ６）。ここで、無効噴射時間とは、インジェクタ３４がコントローラ７０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、インジェクタ３４の上流側の燃料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、コントローラ７０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。

コントローラ７０は、燃料消費量と、フィードバック補正流量と、フィードフォワード補正流量とを加算することにより、インジェクタ３４の噴射流量を算出する（噴射流量算出機能：Ｂ７）。そして、コントローラ７０は、インジェクタ３４の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ３４の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ３４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３４の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出機能：Ｂ８）。ここで、駆動周期とは、インジェクタ３４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、コントローラ７０により駆動周期を一定の値に設定している。

コントローラ７０は、以上の手順を経て算出したインジェクタ３４の総噴射時間を実現するための噴射指令をインジェクタ３４に出力することにより、インジェクタ３４のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池スタック２０に供給される燃料ガスの流量及び圧力を調整する。

図３はインジェクタ閉固着故障時のフェールセーフ処理を示すタイミングチャートである。
同図において、復旧試行フラグとは、閉固着故障したインジェクタ３４を開弁させるためのフェールセーフ処理を実施するか否かを示すフラグ情報である。ＩＮＪ駆動許可フラグとは、インジェクタ３４の開弁を許可するか否かを示すフラグ情報である。許容電流フラグとは、電池運転に電流制限を課すか否かを示すフラグ情報である。

時刻ｔ０以前では、インジェクタ３４は、コントローラ７０から出力される噴射指令（開弁指令）に応答して正常に作動している。噴射指令によって指定される総噴射時間τは、突入期間τ１と、突入期間τ１に後続する保持期間τ２とを含み、上述の総噴射時間算出機能Ｂ８によって算出される。突入時間τ１は、インジェクタ３４の弁体を弁座から所定の開弁位置まで隔離し、開弁動作を完了させることを目的としてインジェクタ３４のソレノイドコイルに突入電流を通電する期間である。突入期間τ１は、上述の無効噴射時間に若干の余裕を持たせた時間であり、且つ保持期間τ２とは無関係の一定時間である。保持期間τ２は、インジェクタ３４の開弁状態を保持することを目的としてインジェクタ３４のソレノイドコイルに保持電流を通電する期間である。保持期間τ２は、上述の基本噴射時間と同一である。

ここで、突入電流は、インジェクタ３４のソレノイドコイルにデューティ比１００％の駆動電圧を印加することによりソレノイドコイルに流れる電流をいう。一方、保持電流はインジェクタ３４の開弁状態を保持するためにインジェクタ３４のソレノイドコイルに流れる必要最小限の電流であり、ソレノイドコイルに印加される駆動電圧を所定のディーティ比（デューティ１００％未満）でＰＷＭ制御することにより得られる。

コントローラ７０は、インジェクタ３４を開弁するための突入電流を突入期間の間継続してインジェクタ３４に通電するとともに、突入電流の通電により開弁した状態を保持するための保持電流を突入期間に続く保持期間の間継続してインジェクタ３４に通電するための通電制御手段として機能する。

インジェクタ３４に閉固着故障が生じると、インジェクタ３４の二次圧力が低下し始める。二次圧力の低下は、インジェクタ３４の閉固着故障を示唆しているので、コントローラ７０は、目標圧力と二次圧力との差圧（目標圧力−二次圧力）がΔｔ１の間継続してＰ１以上となったときに、復旧試行フラグをオンにし、インジェクタ３４を正常な状態に復旧させるためのフェールセーフ処理を実施する。そして、コントローラ７０は、目標圧力と二次圧力との差圧の絶対値がΔｔ２の間継続してＰ２以下となったときに、復旧試行フラグをオフにし、フェールセーフ処理の実施を停止する。

同図に示す例では、時刻ｔ０では、インジェクタ３４に閉固着故障が生じ、同時刻以降においてインジェクタ３４の二次圧力が低下し始めている。そして、時刻ｔ１のタイミングで目標圧力と二次圧力との差圧がＰ１以上となり、その状態がΔｔ１の間継続した後の時刻ｔ２のタイミングで、復旧試行フラグはオフからオンになっている。更に、時刻ｔ３のタイミングで目標圧力と二次圧力との差圧の絶対値はＰ２以下となり、その状態がΔｔ２の間継続した後の時刻ｔ４のタイミングで、復旧試行フラグはオンからオフになっている。

尚、二次圧力センサ８２は、インジェクタ３４の閉固着故障を検出するための検出手段として機能する。

コントローラ７０は、復旧試行フラグがオンになると、総噴射時間τの全ての期間において、突入電流を流し、インジェクタ３４の開弁を試みる。言い換えれば、保持期間τ２におけるＰＷＭ制御のディーティ比を１００％とし、擬似的にτ＝τ１とする通電制御を実施する。これにより、従来は一定値とされていた突入期間τ１を非常時には最大限度まで増大させることができるので、閉固着故障したインジェクタ３４を正常な状態に復旧できる可能性を一層高めることができる。

コントローラ７０がリトライ（総噴射時間τの全ての期間において突入電流を流すことを指示する開弁指令の出力）を実施する周期（リトライ周期）は、ＩＮＪ駆動許可フラグがオンになる期間（開弁を許可する期間）Ｔ１と、ＩＮＪ駆動許可フラグがオフになる期間（開弁を不許可する期間）Ｔ２を含む。インジェクタ３４への開弁指令は、リトライ周期中の期間Ｔ１に出力され、期間Ｔ２での開弁指令出力は禁止される。

尚、閉固着故障したインジェクタ３４を正常な状態に復旧させるためのリトライを何度も実施すると、インジェクタ３４のソレノイドコイルが損傷する虞があるので、リトライを所定回数（例えば、１０回）実施した時点で、通常制御に戻り、所定時間経過した後に再びリトライを実施するのが好ましい。

また、復旧試行フラグがオフの状態では、許容電流フラグはオンになり、電池運転に電流制限は課されない。一方、復旧試行フラグがオンの状態では、許容電流フラグはオフになり、電池運転に電流制限（例えば、出力電流＝０Ａ）が課される。電池運転に電流制限が課されている状態では、車両走行に要する電力や補機電力は、バッテリ６２から供給される。

ところで、排気弁３８の開弁により、循環流路３６内の燃料オフガスを排気すると、その排気量に応じてインジェクタ３４の二次圧は一時的に低下するので、インジェクタ３４が閉故障したものと誤判定する虞がある。そのため、排気弁３８が開弁している期間と、排気弁３８が閉弁してから所定時間（例えば、１秒）は、目標圧力と二次圧力との差圧がΔｔ１の間継続してＰ１以上となったとしも、復旧試行フラグをオンにしないように制御するのが好ましい。

発明の実施形態を通じて説明された実施例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載の記載に限定されるものではない。

上述の実施形態では、突入期間τ１に加えて更に保持期間τ２の全部の間継続してインジェクタ３４に突入電流を通電することを要旨とする制御ロジックを例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、突入期間τ１に加えて更に保持期間τ２の一部の間継続してインジェクタ３４に突入電流を通電することを要旨とする制御ロジックを採用してもよい。

また上述の実施形態では、インジェクタ３４のソレノイドコイルに印加される駆動電圧のデューティ比を制御することで、一つの電源で突入電流と保持電流のそれぞれを生成する構成を例示したが、突入電流通電用の電源と保持電流通電用の電源をそれぞれ備える構成を採用してもよい。

また上述の実施形態では、燃料電池システム１０を車載電源システムとして用いる利用形態を例示したが、燃料電池システム１０の利用形態はこの例に限られるものではない。例えば、燃料電池システム１０を燃料電池車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）の電力源として搭載してもよい。また、本実施形態に係わる燃料電池システム１０を住宅やビル等の発電設備（定置用発電システム）として用いてもよい。

本実施形態に係わる燃料電池システムのシステム構成図である。 本実施形態に係わるインジェクタ制御に係わる機能ブロック図である。 本実施形態に係わるインジェクタ閉固着故障時のフェールセーフ処理を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０…燃料電池システム ２０…燃料電池スタック ３０…燃料ガス配管系 ３１…燃料ガス供給源 ３２…遮断弁 ３３…レギュレータ ３４…インジェクタ ３５…燃料ガス供給流路 ４０…酸化ガス配管系 ４１…フィルタ ４２…エアコンプレッサ ４３…加湿器 ４４…酸化ガス供給流路 ６０…電力系 ６１…ＤＣ／ＤＣコンバータ ６２…バッテリ ６３…トラクションインバータ ６４…トラクションモータ ７０…コントローラ

Claims (3)

1. 燃料電池と、
   反応ガス供給源から前記燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する電磁駆動式開閉弁と、
   前記電磁駆動式開閉弁の通電を制御する通電制御手段と、を備え、
   前記通電制御手段は、前記電磁駆動式開閉弁を開弁するための突入電流を前記電磁駆動式開閉弁に通電する期間である突入期間の間継続して前記電磁駆動式開閉弁に通電するとともに、前記突入電流の通電により開弁した状態を保持するための保持電流を前記突入期間に続く期間である保持期間の間継続して前記電磁駆動式開閉弁に通電し、
   前記通電制御手段は、前記電磁駆動式開閉弁の閉固着故障を検出すると、前記突入期間に加えて更に前記保持期間の全部又は一部の間継続して前記電磁駆動式開閉弁に前記突入電流を通電することにより前記電磁駆動式開閉弁の開弁を試行する、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であって、
   前記突入電流は、デューティ比１００％の駆動電圧を前記電磁駆動式開閉弁に通電するときに流れる電流であり、前記保持電流は、ＰＷＭ制御された駆動電圧を前記電磁駆動式開閉弁に通電するときに流れる電流である、燃料電池システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記電磁駆動式開閉弁は、インジェクタである、燃料電池システム。

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