JP2008146923A - 燃料電池システム及び燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【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。
【選択図】図１

Description

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ェク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。

近年、燃料電池システムの燃料供給流路にインジェクタを配置し、このインジェ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、特許文献１参照）。インジェクタは、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。
特開２００５−３０２５６３号公報

上記の燃料電池システムにおいては、インジェ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やイ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）が、直接あるいは燃料ガス供給流路を画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い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、前記インジェ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、イ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、単位時間当たりのインジェ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、特にガス流量及び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、インジェクタ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、インジェ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、インジェ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び騒音の発生を極力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、前記所定噴射流量以下の噴射流量で前記インジェクタを噴射させているときに、当該イ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もよりも高くしてもよい。

この構成によれば、例えばイ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、単位時間当たりの噴射回数を増やすこと、言い換えれば、Ｄｕｔｙ（＝一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、総噴射流量を増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。

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び騒音の発生抑制と、応答性の低下抑制と、の両立を図ることができる。

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、Ｄｕｔｙが過度に減少することが抑制されるので、インジェ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、当該イ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ることによる騒音の抑制とを、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。

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イ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ジェクタに燃料ガスを供給してもよい。

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結果、インジェ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、かかる衝突に伴う騒音を低減することができる。

本発明の燃料電池車両は、上記い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、インジェ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。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。

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（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２０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。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。これにより、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。

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（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っている。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。

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、本気液分離器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、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）、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。

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Ｓ１の要求噴射流量算出工程において、インジェクタ３５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１３を用いて燃料電池１０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１０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１３で検出した電流値に基づいて、インジェクタ３５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（圧力差対応補正流量）である。

さらに、二次側圧力センサ４３を用いてインジェクタ３５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いてフィードバック補正流量を算出する。この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（圧力差低減補正流量）である。

そして、電流センサ１３の検出電流値に基づき算出された水素消費量及びフィードフォワード補正流量と、二次側圧力センサ４３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、インジェクタ３５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４１で検出したインジェクタ３５の上流の水素ガスの圧力と、温度センサ４２で検出したインジェクタ３５の上流の水素ガスの温度と、に基づいてインジェクタ３５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Ｓ３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イ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１０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１０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Ｓ３の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ５の駆動周波数算出工程において、まず、インジェクタ３５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、インジェクタ３５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Ｓ１で求めた要求噴射流量を実現することのできるＤｕｔｙ（＝最小噴射時間／インジェクタの駆動周期）を算出し、このＤｕｔｙ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、インジェクタ３５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、インジェクタ３５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３５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ｔ０〜ｔ１間は無効噴射時間であり、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３５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ョ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１０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Ｓ３の判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１１の噴射時間算出工程において、ステップＳ１で求めた要求噴射流量を満たすインジェクタ３５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Ｓ７において、ステップＳ５の駆動周波数算出工程で算出したインジェクタ３５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３５に対して出力することにより、あるいは、ステップＳ１３において、ステップＳ１１の噴射時間算出工程で算出したインジェクタ３５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３５に対して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２４や水素ポンプ３９等の補機類の動作音が小さいために騒音が搭乗者に目立つようになるところ、インジェクタ３５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３５の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３５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インジェクタ３５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３５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３５を噴射させているときに、インジェクタ３５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、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３５の作動が所定の駆動周波数（＝１／駆動周期Ｔ０＝１／（ｔ４−ｔ１））の下、最小噴射時間ｔ０（＝ｔ２−ｔ１＝ｔ６−ｔ４）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Ｔ１＝１／（ｔ３−ｔ１））をそれまでの駆動周波数よりも高くする（駆動周期Ｔ１を短くする）。

これにより、駆動周波数変更後のＤｕｔｙ（＝ｔ０／Ｔ１）は、それまでの基本制御パターンでのＤｕｔｙ（＝ｔ０／Ｔ０）よりも大きくなる、言い換えれば、例えば時間ｔ１〜ｔ４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噴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ャートに示すように、駆動周波数（＝１／駆動周期Ｔ２＝１／（ｔ７−ｔ１））をそれまでの駆動周波数よりも低く（駆動周期Ｔ２を長く）することにより、駆動周波数変更後のＤｕｔｙ（＝ｔ０／Ｔ２）を、それまでの基本制御パターンでのＤｕｔｙ（＝ｔ０／Ｔ０）よりも小さくしてもよい。

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３５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、インジェクタ３５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び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よび騒音の発生抑制と、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、インジェクタ３５の噴射回数、言い換えれば、Ｄｕｔｙが過度に減少することが抑制されるので、インジェクタ３５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１０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３５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３５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３５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騒音の抑制とを、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３０を備えている場合において、燃料電池１０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３０のうちインジェクタ３５の一次側圧力が最低となる水素タンク３０からインジェクタ３５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３５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３５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、か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（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である。 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１に示したインジェクタの最小噴射時間を説明するための図である。 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。

符号の説明

１…燃料電池システム、３…水素ガス配管系（燃料供給系）、４…制御装置、１０…燃料電池、３０…水素タンク（燃料供給源）、３１…水素供給流路（燃料供給流路）、３５…インジェクタ、Ｓ…燃料電池車両

Claims (10)

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インジェクタと、
   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、前記インジェ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、前記イ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インジェクタを噴射させているときに、当該イ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する燃料電池システム。
6. 請求項５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、当該インジェ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イ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から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。
10. 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。

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