JP6314799B2 - 燃料電池システム及び燃料電池の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関する。

燃料電池の乾燥を検出するために、燃料電池に交流を印加する手法が知られている。このように交流を印加することによって、セル電圧の測定値は、交流の電圧が発電電圧に重畳された値になる（特許文献１）。

特開２００７−０５３０１３号公報

通常、燃料電池による発電を制御するためには、セル電圧が制御される。しかし、上記先行技術の場合、上記の通りセル電圧の測定値に交流の電圧が重畳されるので、セル電圧の制御が、交流に影響されて不安定になる場合があった。このような課題は、セル電圧の制御に限られず、燃料電池による発電状態を示す何らかの値であって、交流の影響を受ける値（以下「制御対象値」ともいう）を制御する場合に共通であった。本発明は、上記に鑑み、燃料電池に交流を印加しても、制御対象値の制御を安定させることを解決課題とする。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは；燃料電池による発電状態を示す値であって、前記燃料電池に印加された交流に影響を受ける値である制御対象値を、目標値に近づけるように制御する発電制御部と；前記目標値を基準として、不感帯を設定する不感帯設定部と；前記制御対象値が前記不感帯に含まれる場合、前記発電制御部による制御を停止させる停止部とを備える。この形態によれば、燃料電池に交流を印加しても、制御対象値の制御が安定しやすくなる。なぜなら、不感帯が設定されているので、制御対象値が交流によって影響を受けても、発電制御部の制御がその影響に追従することを抑制できるからである。

（２）上記形態において、前記発電制御部は、前記発電状態を示す物理量を時系列について平滑化処理した値を、前記制御対象値として取得してもよい。この形態によれば、制御がより安定する。

（３）上記形態において、前記平滑化処理に用いる処理条件として、前記発電状態が定常状態である場合は定常状態用条件を選択し、前記発電状態が過渡状態の場合は過渡状態用条件を選択する選択部を備えてもよい。この形態によれば、発電状態が定常状態であるか過渡状態であるかに応じて、平滑化処理の条件を選択できる。

（４）上記形態において、前記不感帯設定部は、前記交流の成分を前記定常状態用条件によって前記平滑化処理を実行することで得られる値の振幅以上の幅を持つ範囲を、前記不感帯の片幅として設定してもよい。この形態によれば、発電状態が定常状態の場合、発電制御部が停止しやすくなるので、制御対象値の制御が安定する。

（５）上記形態において、前記過渡状態用条件は、前記定常状態用条件よりも、前記過渡状態用条件は、前記定常状態用条件よりも、現在により近い時刻における値が前記制御対象値により反映される条件でもよい。この形態によれば、発電状態が過渡状態である場合は、制御対象値の制御の応答性が良好になる。

（６）上記形態において、前記不感帯設定部は、前記交流の成分を前記過渡状態用条件によって前記平滑化処理を実行することで得られる値の振幅よりも小さい幅を持つ範囲を、前記不感帯の片幅として設定してもよい。この形態によれば、不感帯が上記の通り小さい幅を持つ範囲に設定されているので、制御対象値の制御の応答性が良好になる。

（７）上記形態において、前記選択部は、電流値の変動と電圧値の変動との少なくとも何れか一方に基づき、前記発電状態が前記過渡状態であるか前記定常状態であるかを判定してもよい。この形態によれば、発電状態が過渡状態であるか定常状態であるかを容易に判定できる。

（８）上記形態において、前記交流の印加と、前記燃料電池の発電電圧に前記交流が重畳された電圧の測定とを実行する回路を備え；前記発電制御部は、前記回路によって測定された電圧に基づき、前記物理量を取得してもよい。この形態によれば、上記の回路に複数の機能を持たせることができる。

（９）上記形態において、前記回路は、前記発電電圧を変圧するコンバータでもよい。この形態によれば、コンバータに複数の機能を持たせることができる。

（１０）上記形態において、前記物理量は、電力でもよい。この形態によれば、上記形態を電力値の制御に適用できる。

（１１）上記形態において、前記不感帯設定部は、前記不感帯の上限値と前記目標値との差が、前記目標値と前記目標値の上限値との差よりも小さい場合、前記不感帯の上限値を前記目標値の上限値よりも大きな値に設定してもよい。この形態によれば、制御対象値が目標値の上限値を超えても、不感帯の範囲内であれば、発電制御部を停止させることができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、燃料電池の制御方法や、この方法を実現するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現できる。

燃料電池システムの構成を示す概略図。 燃料電池システムの電気的構成を示す概略図。 発電制御処理を示すフローチャート。 平滑化条件選択処理を示すフローチャート。 発電制御処理による制御結果の一例を示すグラフ。 定常状態用条件と過渡状態用条件とを比較するためのグラフ。

図１は、燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、制御部２０と、カソードガス供給部３０と、カソードガス排出部４０と、アノードガス供給部５０と、アノードガス循環排出部６０と、冷媒供給部７０とを備える。

燃料電池１０は、反応ガスとして水素（アノードガス）と空気（カソードガス）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、複数（例えば４００）のセル１１が積層されたスタック構造を有する。各セル１１は、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を狭持する２枚のセパレータとを有する。

電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。電極は、カーボンによって構成される。電極の電解質膜側の面には、発電反応を促進させるための白金触媒が担持されている。各セル１１には、反応ガスや冷媒のためのマニホールド（図示せず）が設けられている。マニホールドの反応ガスは、各セル１１に設けられたガス流路を介して、各セル１１の発電領域に供給される。

制御部２０は、負荷２００からの発電要求を受け、その要求に応じて、以下に説明する燃料電池システム１００の各構成部を制御し、燃料電池１０による発電を実現する。

カソードガス供給部３０は、カソードガス配管３１と、エアコンプレッサ３２と、開閉弁３４とを備える。カソードガス配管３１は、燃料電池１０のカソード側に接続された配管である。エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されており、外気を取り込んで圧縮した空気を、カソードガスとして燃料電池１０に供給する。制御部２０は、エアコンプレッサ３２を駆動することにより、燃料電池１０に対する空気の供給量を、負荷２００への電力供給と関連付けて、或いは、電力供給とは別に制御する。

開閉弁３４は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられており、カソードガス配管３１における供給空気の流れに応じて開閉する。具体的には、開閉弁３４は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ３２から所定の圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開く。

カソードガス排出部４０は、カソード排ガス配管４１と、調圧弁４３とを備える。カソード排ガス配管４１は、燃料電池１０のカソード側に接続された配管であり、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。調圧弁４３は、カソード排ガス配管４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０の背圧）を調整する。

アノードガス供給部５０は、アノードガス配管５１と、水素タンク５２と、開閉弁５３と、レギュレータ５４と、インジェクタ５５とを備える。水素タンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池１０のアノードと接続されており、タンク内に充填された水素を燃料電池１０に供給する。

開閉弁５３、レギュレータ５４、インジェクタ５５は、アノードガス配管５１に、この順序で上流側（つまり水素タンク５２に近い側）から設けられている。開閉弁５３は、制御部２０からの指令により開閉し、水素タンク５２からインジェクタ５５の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５４は、インジェクタ５５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁である。

インジェクタ５５は、制御部２０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部２０は、インジェクタ５５の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池１０に供給される水素の量を制御する。

アノードガス循環排出部６０は、アノード排ガス配管６１と、気液分離部６２と、アノードガス循環配管６３と、水素循環用ポンプ６４と、アノード排水配管６５と、排水弁６６とを備える。アノード排ガス配管６１は、燃料電池１０のアノードの出口と気液分離部６２とを接続する配管であり、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素や窒素など）を含むアノード排ガスを気液分離部６２へと誘導する。

気液分離部６２は、アノードガス循環配管６３と、アノード排水配管６５とに接続されている。気液分離部６２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、アノードガス循環配管６３へと誘導し、水分についてはアノード排水配管６５へと誘導する。

アノードガス循環配管６３は、アノードガス配管５１のインジェクタ５５より下流に接続されている。アノードガス循環配管６３には、水素循環用ポンプ６４が設けられており、この水素循環用ポンプ６４によって、気液分離部６２において分離された気体成分に含まれる水素は、アノードガス配管５１へと送り出される。このように、この燃料電池システム１００では、アノード排ガスに含まれる水素を循環させて、再び燃料電池１０に供給することにより、水素の利用効率を向上させている。

アノード排水配管６５は、気液分離部６２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。排水弁６６は、アノード排水配管６５に設けられており、制御部２０からの指令に応じて開閉する。制御部２０は、燃料電池システム１００の運転中は、通常、排水弁６６を閉じておき、予め設定された所定の排水タイミングや、アノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングで排水弁６６を開く。

冷媒供給部７０は、冷媒用配管７１と、ラジエータ７２と、冷媒循環用ポンプ７３とを備える。冷媒用配管７１は、燃料電池１０に設けられた冷媒用の入口マニホールドと出口マニホールドとを連結する配管であり、燃料電池１０を冷却するための冷媒を循環させる。ラジエータ７２は、冷媒用配管７１に設けられており、冷媒用配管７１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることにより、冷媒を冷却する。

冷媒循環用ポンプ７３は、冷媒用配管７１において、ラジエータ７２より下流側（燃料電池１０の冷媒入口側）に設けられており、ラジエータ７２において冷却された冷媒を燃料電池１０に送り出す。

図２は、燃料電池システム１００の電気的構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、先述した制御部２０等に加え、二次電池８１と、ＦＤＣ８２と、ＤＣ／ＡＣインバータ８３と、ＢＤＣ８５と、セル電圧計測部９１と、電流計測部９２とを備える。

セル電圧計測部９１は、燃料電池１０の各セル１１と接続されており、各セル１１の電圧（セル電圧）を計測する。セル電圧計測部９１は、その計測結果を制御部２０に送信する。電流計測部９２は、燃料電池１０による発電電流の値（以下「測定電流値」という）を計測し、制御部２０に送信する。

ＦＤＣ８２及びＢＤＣ８５は、ＤＣ／ＤＣコンバータとして構成された回路である。ＦＤＣ８２は、制御部２０の制御に基づき、燃料電池１０による発電電流と発電電圧とを制御すると共に、発電電圧を変圧してＤＣ／ＡＣインバータ８３に供給する。さらに、ＦＤＣ８２は、発電電圧の値（以下「測定電圧値」という）を測定して制御部２０に送信する。ＢＤＣ８５は、制御部２０の制御に基づき二次電池８１の充放電を制御する。二次電池８１は、リチウムイオン電池で構成され、燃料電池１０の補助電源として機能する。

ＤＣ／ＡＣインバータ８３は、燃料電池１０と負荷２００とに接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ８３は、燃料電池１０と二次電池８１とから得られた直流電力を交流電力へと変換し、負荷２００に供給する。負荷２００において発生した回生電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ８３によって直流電流に変換され、ＢＤＣ８５によって二次電池８１に充電される。

ＦＤＣ８５は、制御部２０の指令に従い、燃料電池１０に低周波（例えば２０Ｈｚ）の交流信号を印加する。ＦＤＣ８５は、この交流信号を、燃料電池１０からの発電電流に重畳させて印加する。よって、電流計測部９２による測定電流値、及びＦＤＣ８５による測定電圧値は、この交流信号が重畳した値となる。

上記の交流信号の印加は、燃料電池１０に含まれる電解質膜が乾燥しているのか湿潤しているのかを判定するために実行される。燃料電池１０に交流信号を印加すると、燃料電池１０のインピーダンスが測定できる。燃料電池１０のインピーダンスは、燃料電池１０内の水分量を反映することが知られており、上記判定に利用できる。

図３は、発電制御処理を示すフローチャートである。発電制御処理は、燃料電池１０による発電中、制御部２０によって繰り返し実行される。

まず、平滑化条件選択処理を実行する（ステップＳ３００）。図４は、平滑化条件選択処理を示すフローチャートである。まず、測定電流値を対象に、平滑化処理を実行する（ステップＳ３１０）。本実施形態では、平滑化処理の具体的手法として移動平均によるフィルタ処理（なまし処理）を用いる。測定電流値を対象としたフィルタ処理に用いる条件は、予め定められている。この条件とは、時系列区間と、各時刻の重み付けとのことである。この時系列区間とは、現在時刻からどの程度の過去まで遡って算出結果に反映させるかを示す時間の長さである。重み付けは、現在時刻に近い値ほど重くなるように定められている。

次に、測定電圧値を対象に、平滑化処理を実行する（ステップＳ３１５）。ステップＳ３１５は、ステップＳ３１０における平滑化処理と同様なものである。なお、このフィルタ処理に用いる条件は、ステップＳ３１０と同じでもよいし異なっていてもよい。

続いて、上記の平滑化処理によって算出された電流値（平滑化電流値）と、現在の測定電流値（現在電流値）との差の絶対値が、閾値ＴｈＩ未満かを判定する（ステップＳ３２０）。ステップＳ３２０は、電流が過渡状態にあるか定常状態にあるかを判定するステップであり、上記の閾値ＴｈＩは、この判定に適した値として予め定められている。

平滑化電流値と現在電流値との差の絶対値が閾値ＴｈＩ未満の場合（ステップＳ３２０、ＹＥＳ）、上記の平滑化処理によって算出された電圧値（平滑化電圧値）と、現在の測定電圧値（現在電圧値）との差の絶対値が閾値ＴｈＶ未満かを判定する（ステップＳ３４０）。ステップＳ３４０は、ステップＳ３２０と同様なものである。

平滑化電圧値と現在電圧値との差の絶対値が閾値ＴｈＶ未満の場合（ステップＳ３４０、ＹＥＳ）、定常状態用条件を選択し（ステップＳ３５０）、平滑化条件選択処理を終える。定常状態用条件とは、電流値と電圧値とが共に定常状態である場合に、つまり発電状態が定常状態である場合に選択される条件であり、測定電力値を対象にした平滑化処理（図３と共に後述）に用いられる。

一方、平滑化電流値と現在電流値との差の絶対値が閾値ＴｈＩ以上の場合（ステップＳ３２０、ＮＯ）、又は、平滑化電圧値と現在電圧値との差の絶対値が閾値ＴｈＶ以上の場合（ステップＳ３４０、ＮＯ）、過渡状態用条件を選択し（ステップＳ３６０）、平滑化条件選択処理を終える。過渡状態用条件とは、電流値と電圧値との少なくとも一方が過渡状態である場合に、つまり発電状態が過渡状態である場合に選択される条件であり、測定電力値を対象にした平滑化処理（図３と共に後述）に用いられる。

定常状態用条件は、過渡状態用条件に比べて、値がより平滑化されるように設定された条件である。つまり、定常状態用条件は、過渡状態用条件に比べると、時系列区間が長く、重み付けが現在時刻から過去に向かって緩やかに減少するように設定されている。例えば、平滑化された電力値Ｐｓは、過渡状態の場合ではＰｓ＝α１×Ｐｒ１＋α２×Ｐｒ２、定常状態の場合ではＰｓ＝β１×Ｐｒ１＋β２×Ｐｒ２＋β３×Ｐｒ３というように算出できる。なお、α１＞α２，β１＞β２＞β３，α１＋α２＝β１＋β２＋β３＝１である。Ｐｒ１，Ｐｒ２，Ｐｒ３は、各時刻における測定電力値であり、Ｐｒ１の測定時刻が最も現在時刻に近く、次に近いのがＰｒ２，次に近いのがＰｒ３である。また、例えば、α１＞β１というように、過渡状態の方が定常状態に比べ、より現在時刻に近い値に重みを付ける。

平滑化条件選択処理を終えると図３に示すように、測定電力値を対象に、平滑化処理を実行する（ステップＳ４００）。測定電力値は、測定電圧値と測定電流値との積によって算出される。この平滑化処理には、平滑化条件選択処理において選択した条件を用いる。

続いて、目標電力値Ｐtgtを決定する（ステップＳ５００）。目標電力値Ｐtgtは、負荷２００からの要求電力値に基づき決定される。但し、目標電力値Ｐtgtは、上限電力値Ｐmax以下であることを条件に設定される。つまり、要求電力値を満たすことができる目標電力値Ｐtgtが上限電力値Ｐmaxを超える場合であっても、目標電力値Ｐtgtは上限電力値Ｐmax以下に設定される。上限電力値Ｐmaxは、燃料電池１０の発電状態に基づき決定される変数であり、例えば燃料電池１０の発電電力、発電電圧、発電電流、温度などを加味し、燃料電池１０や二次電池８１の保護等のために決定される。

次に、不感帯を設定する（ステップＳ５００）。図５を用いて、不感帯について説明する。

図５は、発電制御処理による制御結果の一例を示すグラフである。グラフの縦軸は電力、横軸は時間を示す。目標電力値Ｐtgtは、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間は電力値Ｐ１に設定され、時刻ｔ２以降は上限電力値Ｐmaxと等しい値に設定されている。不感帯は、各時刻における目標電力値Ｐtgtが中央値であり、上下に同じ片幅ＤＺを持たせた範囲（Ｐtgt±ＤＺ）として設定される。

本実施形態では、Ｐmax−Ｐtgt＜ＤＺが満たされる場合、不感帯は、上限電力値Ｐmaxを超えた範囲を含むように設定される。図５に示される場合、時刻ｔ２以降において、目標電力値Ｐtgtが上限電力値Ｐmaxと一致する（Ｐmax−Ｐtgt＝０＜ＤＺ）ので、不感帯は上限電力値Ｐmaxを超えた範囲を含む。

なお、図５に示された過渡状態および定常状態とは、先述した平滑化条件選択処理において決定されるものである。図５に示された場合においては、時刻ｔ０から時刻ｔ１までと、時刻ｔ３から時刻ｔ４までとが過渡状態であり、時刻ｔ１から時刻ｔ３までと、時刻ｔ４以降とが定常状態である。

なお、過渡状態なのか定常状態なのかは、先述したように電流値および電圧値に基づき決定されるので、電力値の変動と強い相関があるものの、電力値の変動から直ちに決定される訳ではない。

続いて、上記の平滑化処理によって算出された電力値（平滑化電力値）が不感帯の範囲内であるかを判定する（ステップＳ７００）。

平滑化電力値が不感帯の範囲内ではない場合（ステップＳ７００、ＮＯ）、平滑化電力値を目標電力値Ｐtgtに近づける制御（以下「電力制御」という）を実行し（ステップＳ８００）、発電制御処理を終える。図５で示された場合、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの大部分、及び、時刻ｔ２から時刻ｔ４まで大部分の時間帯において、平滑化電力値が不感帯の範囲外である。

一方、平滑化電力値が不感帯の範囲内である場合（ステップＳ７００、ＹＥＳ）、ステップＳ８００をスキップして、発電制御処理を終える。つまり、電力制御を実行しない。

図５で示された場合、時刻ｔ１前後から時刻ｔ２まで、及び、時刻ｔ４前後以降の時間帯において、平滑化電力値が不感帯の範囲内である。なお、このように時刻ｔ１前後や時刻ｔ４前後と表現しているのは、平滑化電力値が不感帯の範囲内であるか否かは、過渡状態と定常状態との切り替わりに対し、時間的にずれるからである。平滑化電力値が不感帯の範囲内であれば、平滑化電力値が目標電力値Ｐtgtに一致しておらず偏差があっても、電力制御を実行しない。つまり、現状の発電状態を維持する。例えば、平滑化電力値が上限電力値Ｐmaxを超えても、平滑化電力値が不感帯の範囲内であれば、平滑化電力値を減少させる制御を実行しない。

図６は、定常状態用条件と過渡状態用条件とを比較したグラフである。図６は、燃料電池１０による発電電力が一定である場合を示す。つまり、図６に示された測定電圧値の振動は、交流信号によるものである。

このような場合、発電状態は定常状態であるので、平滑化処理は定常状態用条件を用いて実行される。定常状態用条件によって実行された平滑化電力値は、図６に示すように、不感帯の範囲内に収まった状態で安定している。言い換えると、片幅ＤＺは、定常状態用条件を用いて平滑化された交流信号成分の振幅以上に設定されている。なお、本実施形態でいう振幅とは、中央値からの変位量を意味する。

一方、図６に示された過渡状態用条件による平滑化電力値は、上記と同じ測定電流値を対象に、過渡状態用条件を用いて平滑化処理を用い、且つ、平滑化電力値が不感帯をはみ出ても電力制御を実行しないという条件下における値を示す。なお、このような条件は、本実施形態では採用されることはない。

図６に示すように、過渡状態用条件による平滑化電力値は、一部の時間帯において不感帯からはみ出る。さらに、交流信号そのものの振動は、図６に示すように一部の時間帯において不感帯からはみ出る。言い換えると、片幅ＤＺは、交流信号そのものの振幅、さらには過渡状態用条件を用いて平滑化された交流信号成分の振幅よりも小さく設定されている。

片幅ＤＺが上記のように設定されているのは、定常状態においてはできる限り電力制御を停止させること、及び過渡状態においてはできる限り制御の応答性を良好にすることを両立させるためである。片幅ＤＺが大き過ぎると、発電電力の変動を検出するのが遅れたり、オーバーシュートやアンダーシュートの量を増大させたりするので、制御の応答性が悪化する。よって、制御の応答性を良好にするためには、片幅ＤＺはできるだけ狭く設定されることが好ましい。よって、不感帯を設定した目的が達成される範囲で、できるだけ片幅ＤＺを狭く設定すれば、上記両立が実現される。不感帯を設定した目的とは、先述したように、発電電力の値が安定しているにも関わらず、交流信号の影響によって平滑化電力値の制御が不安定になることの回避である。但し、本実施形態における片幅ＤＺは、図６に示されるように、定常状態における平滑化電力値の安定性を重視し、平滑化電力値の振幅に対して若干の余裕がある幅として設定されている。

さらに、過渡状態と定常状態とで平滑化処理の条件を変更することで片幅ＤＺが狭く設定でき、上記の両立が好条件で実現されている。

本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

不感帯の設定は、種々の変更が考えられる。例えば、上側の片幅と下側の片幅とが、異なる幅でもよい。例えば目標電力値が上限電力値付近に設定されている場合、測定電力値が上側に振れることよりも下側に振れることの方が許容できるという技術思想に基づき、下側の片幅を上側の片幅より大きくしてもよい。

定常状態の範囲内で平滑化電力値が変動しても、平滑化電力値が不感帯からはみ出ないように、実施形態よりも大きい幅によって不感帯を設定してもよい。

不感帯の片幅は、定常状態における平滑化電力値の振幅と同じでもよいし、この振幅より小さくてもよい。例えば、不感帯の片幅が上記振幅より小さくても、その差が僅かであれば平滑化電力値が不感帯をはみ出る時間は僅かなので、制御は安定すると考えられる。

平滑化処理の手法は、種々考えられる。例えば、単純な加重移動平均や指数移動平均などでもよい。或いは、単純に時系列区間における測定値の平均値を求めてもよい。

平滑化処理にアナログ回路を用いてもよい。例えば、電流値をアナログ信号として検出し、積分回路を通すことで実現してもよい。平滑化の度合いは、積分回路の時定数で調整してもよい。

平滑化処理の条件は、定常状態と過渡状態とで同じものを採用してもよい。この場合、定常状態か過渡状態かの判定が不要になるので、処理負荷が低減される。

平滑化処理を実行しなくてもよい。この場合、処理負荷が更に低減される。平滑化処理を実行しなくても、交流信号による振幅に合わせて不感帯の片幅を設定すれば、定常状態における制御を安定させることができる。

不感帯の上限値は、目標電力値の上限値を超えないように設定されてもよい。この場合、平滑化電力値が目標電力値を超えることを抑制できる。

定常状態か過渡状態かの判定手法は、変更してもよい。例えば、電流値と電圧値と電力値との少なくとも何れか１つに基づき判定してもよい。

制御対象とする物理量は、電力でなくても、例えば電圧や電流でもよい。つまり、平滑化した電圧値、又は平滑化した電流値が目標値に近づくように制御してもよい。

対象となる燃料電池は、自動車用でなくてもよく、他の輸送用機器（二輪車、電車など）に搭載されるものや、据え置きのものでもよい。

１０…燃料電池
１１…発電体
２０…制御部
３０…カソードガス供給部
３１…カソードガス配管
３２…エアコンプレッサ
３４…開閉弁
４０…カソードガス排出部
４１…カソード排ガス配管
４３…調圧弁
５０…アノードガス供給部
５１…アノードガス配管
５２…水素タンク
５３…開閉弁
５４…レギュレータ
５５…インジェクタ
６０…アノードガス循環排出部
６１…アノード排ガス配管
６２…気液分離部
６３…アノードガス循環配管
６４…水素循環用ポンプ
６５…アノード排水配管
６６…排水弁
７０…冷媒供給部
７１…冷媒用配管
７２…ラジエータ
７３…冷媒循環用ポンプ
８１…二次電池
８２…ＦＤＣ
８５…ＢＤＣ
９１…セル電圧計測部
９２…電流計測部
１００…燃料電池システム
２００…負荷

Claims (12)

1. 燃料電池による発電状態を示す値であって、前記燃料電池に印加された交流に影響を受ける値である制御対象値を、目標値に近づけるように制御する発電制御部と、
   前記目標値を基準として、不感帯を設定する不感帯設定部と、
   前記制御対象値が前記不感帯に含まれる場合、前記発電制御部による制御を停止させる停止部と
   を備える燃料電池システム。
2. 前記発電制御部は、前記発電状態を示す物理量を時系列について平滑化処理した値を、前記制御対象値として取得する
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記平滑化処理に用いる処理条件として、前記発電状態が定常状態である場合は定常状態用条件を選択し、前記発電状態が過渡状態の場合は過渡状態用条件を選択する選択部を備える
   請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記不感帯設定部は、前記交流の成分を前記定常状態用条件によって前記平滑化処理を実行することで得られる値の振幅以上の幅を持つ範囲を、前記不感帯の片幅として設定する
   請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記過渡状態用条件は、前記定常状態用条件よりも、現在により近い時刻における値が前記制御対象値により反映される条件である
   請求項３又は請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記不感帯設定部は、前記交流の成分を前記過渡状態用条件によって前記平滑化処理を実行することで得られる値の振幅よりも小さい幅を持つ範囲を、前記不感帯の片幅として設定する
   請求項３から請求項５までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
7. 前記選択部は、電流値の変動と電圧値の変動との少なくとも何れか一方に基づき、前記発電状態が前記過渡状態であるか前記定常状態であるかを判定する
   請求項３から請求項６までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
8. 前記交流の印加と、前記燃料電池の発電電圧に前記交流が重畳された電圧の測定とを実行する回路を備え、
   前記発電制御部は、前記回路によって測定された電圧に基づき、前記物理量を取得する
   請求項２から請求項７までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
9. 前記回路は、前記発電電圧を変圧するコンバータである
   請求項８に記載の燃料電池システム。
10. 前記物理量は、電力である
    請求項２から請求項９までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
11. 前記不感帯設定部は、前記不感帯の上限値と前記目標値との差が、前記目標値と前記目標値の上限値との差よりも小さい場合、前記不感帯の上限値を前記目標値の上限値よりも大きな値に設定する
    請求項１から請求項１０までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
12. 燃料電池による発電状態を示す値であって、前記燃料電池に印加された交流に影響を受ける値である制御対象値を、目標値に近づけるように制御し、
    前記目標値を基準として設定された不感帯に前記制御対象値が含まれる場合、前記制御を停止する
    燃料電池の制御方法。

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