JP6465307B2 - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof.

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る燃料電池システムが提案され、実用化されている。燃料電池は、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギを電気エネルギに直接変換する発電システムである。   2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving a supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) has been proposed and put into practical use. A fuel cell is a power generation system that directly converts energy released by an oxidation reaction into electrical energy by oxidizing fuel by an electrochemical process.

かかる燃料電池システムには、酸化ガスとしての空気を燃料電池に供給するエアコンプレッサが設けられている。エアコンプレッサとしては、インペラと呼ばれる回転式羽根車が筐体の内部で回転して空気を圧縮するように構成された遠心式のものが実用化されているが、この遠心式エアコンプレッサでは、運転状態によって送り出した空気が逆流すること等に起因してエアコンプレッサが正常に機能しなくなるサージと呼ばれる現象が発生することが明らかとなっている。サージは、サージ近傍の運転領域において回転数を急激に減少させたときに生じ易い。サージ近傍の運転領域においては、エアコンプレッサの入口側の圧力に対して出口側の圧力が高いため、空気の逆流が発生してインペラが空転し、自励振動が発生するためである。   Such a fuel cell system is provided with an air compressor that supplies air as an oxidizing gas to the fuel cell. As an air compressor, a centrifugal type compressor in which a rotary impeller called an impeller rotates inside the housing and compresses air has been put into practical use. It has been clarified that a phenomenon called a surge occurs in which the air compressor does not function normally due to the reverse flow of the air sent out depending on the state. Surge is likely to occur when the number of revolutions is rapidly reduced in the operating region near the surge. This is because in the operation region near the surge, the pressure on the outlet side is higher than the pressure on the inlet side of the air compressor, so that a reverse flow of air occurs, the impeller runs idle, and self-excited vibration occurs.

近年においては、このようなサージを回避するための技術が種々提案されている。例えば、燃料電池に空気を供給する空気供給流路に圧力センサを設けるとともに、空気供給流路に連通するバイパス流路に排出弁を設け、圧力センサで検出した圧力の変動に基づいてサージを検出し、サージが検出された場合に排出弁を開放して空気供給流路の圧力を低下させることによりサージを解消する技術が提案されている(特許文献1参照)。   In recent years, various techniques for avoiding such surges have been proposed. For example, a pressure sensor is provided in the air supply flow path that supplies air to the fuel cell, and a discharge valve is provided in the bypass flow path that communicates with the air supply flow path to detect surges based on pressure fluctuations detected by the pressure sensor. However, a technique has been proposed that eliminates the surge by opening the discharge valve and reducing the pressure in the air supply flow path when a surge is detected (see Patent Document 1).

特開2009−076243号公報JP 2009-076243 A

しかし、特許文献1に記載されたような従来の技術においては、サージを検出してから空気供給流路の圧力を低下させることから、サージの発生を未然に回避することができず、サージに起因した種々の問題(騒音振動の発生、インペラの耐久性低下、極間差圧発生による燃料電池スタックの耐久性低下、等)が依然として解決されていなかった。このため、サージの発生を未然に回避する技術が待望されていた。   However, in the conventional technique described in Patent Document 1, since the pressure of the air supply flow path is reduced after detecting the surge, the occurrence of the surge cannot be avoided in advance, and the surge is generated. Various problems caused by the above (generation of noise and vibration, decrease in durability of the impeller, decrease in durability of the fuel cell stack due to generation of differential pressure between electrodes, etc.) have not been solved yet. For this reason, a technique for avoiding the occurrence of a surge has been awaited.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、エアコンプレッサを備えた燃料電池システムにおいて、サージの発生を未然に回避することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to avoid occurrence of a surge in a fuel cell system including an air compressor.

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、空気供給流路を介して燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、空気供給流路を介してエアコンプレッサから供給される空気を燃料電池を経由させずに流通させるバイパス流路と、バイパス流路内の空気の流量を調整するバイパス弁と、エアコンプレッサ及びバイパス弁を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、制御部は、エアコンプレッサの回転数を低減させる際に、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあるか否かを所定のマップに基づいて判断し、現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合に、バイパス弁を開くように制御して空気供給流路の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサの回転数を低減させるものである。   To achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention is supplied from a fuel cell, an air compressor that supplies air to the fuel cell via an air supply channel, and an air compressor that is supplied via an air supply channel. A fuel cell system comprising: a bypass flow path that circulates air without passing through the fuel cell; a bypass valve that adjusts a flow rate of air in the bypass flow path; and a control unit that controls the air compressor and the bypass valve. The control unit determines whether or not the current operating point of the air compressor is within the operation region near the surge when reducing the rotation speed of the air compressor, and determines the current operating point. When the valve is in the surge operation area, control is performed to open the bypass valve to reduce the pressure of the air supply flow path, and then the rotation speed of the air compressor is reduced. Is shall.

また、本発明に係る制御方法は、燃料電池と、空気供給流路を介して燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、空気供給流路を介してエアコンプレッサから供給される空気を燃料電池を経由させずに流通させるバイパス流路と、バイパス流路内の空気の流量を調整するバイパス弁と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、エアコンプレッサの回転数を低減させる際に、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあるか否かを所定のマップに基づいて判定する動作点判定工程と、動作点判定工程で現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあると判定した場合に、バイパス弁を開くように制御して空気供給流路の圧力を低減させる圧力低減工程と、圧力低減工程を経た後にエアコンプレッサの回転数を低減させる回転数制御工程と、を含むものである。   The control method according to the present invention includes a fuel cell, an air compressor that supplies air to the fuel cell via the air supply channel, and air supplied from the air compressor via the air supply channel. A control method for a fuel cell system, comprising: a bypass flow path that circulates without passing through; and a bypass valve that adjusts the flow rate of air in the bypass flow path, wherein the air compressor An operating point determination step for determining whether or not the current operating point of the compressor is in the surge vicinity operating region based on a predetermined map, and the current operating point in the surge vicinity operating region in the operating point determination step If it is judged, the pressure reduction process to reduce the pressure of the air supply flow path by controlling to open the bypass valve, and the rotation speed of the air compressor is reduced after the pressure reduction process. A rotational speed control process, is intended to include.

かかる構成及び方法を採用すると、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合に、バイパス弁を開くように制御して空気供給流路の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサの回転数を低減させることができる。従って、現在の動作点から次の動作点へと移行する過程で、動作点がサージ運転領域に突入することを未然に回避することができるため、エアコンプレッサへの負荷を抑制することができる。   When such a configuration and method are employed, when the current operating point of the air compressor is within the operation region near the surge, the control is performed to open the bypass valve to reduce the pressure of the air supply flow path. The number of rotations can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent the operating point from entering the surge operation region in the process of shifting from the current operating point to the next operating point, and thus it is possible to suppress the load on the air compressor.

本発明に係る燃料電池システムにおいて、現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差を算出し、この差が所定の閾値以下の場合に、バイパス弁を開くように制御することなく現在の動作点を次の動作点に移行させる制御部を採用することができる。   In the fuel cell system according to the present invention, when the current operating point is in the operation region near the surge, at least one difference in the pressure ratio, supply flow rate, and rotation speed of the air compressor at the current operating point and the next operating point. When the difference is equal to or smaller than a predetermined threshold value, a control unit that shifts the current operating point to the next operating point without controlling to open the bypass valve can be employed.

本発明に係る制御方法において、動作点判定工程で現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差を算出する変化量算出工程と、変化量算出工程で算出した差が所定の閾値以下の場合に、バイパス弁を開くように制御することなく現在の動作点を次の動作点に移行させる通常制御工程と、を含むことができる。   In the control method according to the present invention, when the current operating point is in the surge vicinity operating region in the operating point determination step, the pressure ratio, supply flow rate, and rotation speed of the air compressor at the current operating point and the next operating point are determined. When the difference calculation step for calculating at least one difference and the difference calculated in the change calculation step are equal to or less than a predetermined threshold, the current operation point is set as the next operation point without controlling to open the bypass valve. And a normal control process to be transferred.

かかる構成及び方法を作用すると、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差が所定の閾値以下の場合(すなわち、次の動作点がサージ領域に突入する可能性が低い場合)には、バイパス弁を開くように制御することなく現在の動作点を次の動作点に移行させることができる。従って、サージ領域突入回避制御(先行してバイパス弁を開く制御)を行わない分だけ、エアコンプレッサの応答速度を高めることができる。   When such a configuration and method are applied, when the current operating point of the air compressor is within the operation region near the surge, at least one of the pressure ratio, the supply flow rate, and the rotation speed of the air compressor at the current operating point and the next operating point. If the difference between the two is less than or equal to a predetermined threshold (that is, when the next operating point is unlikely to enter the surge region), the current operating point is set to the next operating point without controlling to open the bypass valve. Can be migrated to. Therefore, the response speed of the air compressor can be increased by the amount that the surge region rush avoidance control (control to open the bypass valve in advance) is not performed.

本発明に係る燃料電池システムにおいて、現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあってバイパス弁を開くように制御した場合において、エアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時にバイパス弁を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させる制御部を採用することができる。   In the fuel cell system according to the present invention, when the current operating point is within the operation region near the surge and control is performed so that the bypass valve is opened, after the rotational speed of the air compressor is reduced or the rotational speed is reduced, At the same time, it is possible to employ a control unit that controls to close the bypass valve and shifts the current operating point to the next operating point.

本発明に係る制御方法において、回転数制御工程においてエアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時に、バイパス弁を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させる圧力回復工程を含むことができる。   In the control method according to the present invention, after the rotational speed of the air compressor is reduced in the rotational speed control step or at the same time as the rotational speed is reduced, the bypass valve is closed and the current operating point is set to the next operating point. A pressure recovery step of transferring to

かかる構成及び方法を採用すると、エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にありバイパス弁を開くように制御した場合において、エアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時にバイパス弁を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させることができる。従って、サージ領域突入回避制御(先行してバイパス弁を開く制御)を行った後、空気供給流路の圧力を回復させつつ速やかに次の動作点へと移行させることができる。   When such a configuration and method are employed, when the current operating point of the air compressor is within the operation region near the surge and the bypass valve is controlled to open, the rotational speed of the air compressor is reduced or reduced. At the same time, the current operating point can be shifted to the next operating point by controlling the bypass valve to close. Therefore, after performing surge region entry avoidance control (control to open the bypass valve in advance), it is possible to promptly shift to the next operating point while recovering the pressure in the air supply flow path.

本発明によれば、エアコンプレッサを備えた燃料電池システムにおいて、サージの発生を未然に回避することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to avoid occurrence of a surge in a fuel cell system including an air compressor.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of a structure of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムで使用される流量/圧力比マップの一例である。It is an example of the flow volume / pressure ratio map used with the fuel cell system concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a control method of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.

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。なお、図面の上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the positional relationship such as up, down, left, and right in the drawing is based on the positional relationship shown in the drawing unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. Further, the following embodiment is an example for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention to this embodiment alone. Furthermore, the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

まず、図1を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム10の構成について説明する。燃料電池システム10は、例えば移動体としての燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)の供給を受けて発電する燃料電池20と、酸化ガスとしての空気を燃料電池20に供給するための酸化ガス供給系30と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池20に供給するための燃料ガス供給系40と、電力の充放電を制御するための電力系50と、システム全体を統括制御するコントローラ60と、を備えている。   First, the configuration of the fuel cell system 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The fuel cell system 10 functions as an in-vehicle power supply system mounted on, for example, a fuel cell vehicle as a moving body, and includes a fuel cell 20 that generates power upon receiving a supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas), An oxidizing gas supply system 30 for supplying air as gas to the fuel cell 20, a fuel gas supply system 40 for supplying hydrogen gas as fuel gas to the fuel cell 20, and charging / discharging power control Power system 50 and a controller 60 that performs overall control of the entire system.

燃料電池20は、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。燃料電池20では、アノード電極において(1)式の酸化反応が生じ、カソード電極において(2)式の還元反応が生じる。燃料電池20全体としては(3)式の起電反応が生じる。
2 → 2H++2e- …(1)
(1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2)
2+(1/2)O2 → H2O …(3)
The fuel cell 20 is a solid polymer electrolyte cell stack in which a large number of cells are stacked in series. In the fuel cell 20, the oxidation reaction of the formula (1) occurs at the anode electrode, and the reduction reaction of the formula (2) occurs at the cathode electrode. In the fuel cell 20 as a whole, an electromotive reaction of the formula (3) occurs.
H 2 → 2H ++ 2e− (1)
(1/2) O 2 + 2H ++ 2e− → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)

燃料電池20を構成するセルは、高分子電解質膜と、アノード電極と、カソード電極と、セパレータと、から構成されている。アノード電極及びカソード電極は、高分子電解質膜を両側から挟んでサンドイッチ構造を形成している。セパレータは、ガス不透過の導電性部材から構成され、アノード電極及びカソード電極を両側から挟みつつ、アノード電極及びカソード電極との間に各々燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成している。   The cell constituting the fuel cell 20 is composed of a polymer electrolyte membrane, an anode electrode, a cathode electrode, and a separator. The anode electrode and the cathode electrode form a sandwich structure with the polymer electrolyte membrane sandwiched from both sides. The separator is composed of a gas-impermeable conductive member, and fuel gas and oxidizing gas flow paths are formed between the anode electrode and the cathode electrode, respectively, with the anode electrode and the cathode electrode sandwiched from both sides.

アノード電極及びカソード電極は、各々、触媒層と、ガス拡散層と、を有している。触媒層は、触媒として機能する例えば白金系の貴金属粒子を担持した触媒担持カーボンと、高分子電解質と、を有している。貴金属粒子の白金系の材料として、例えば金属触媒(Pt、Pt−Fe、Pt−Cr、Pt−Ni,Pt−Ru等)を用いることができる。触媒担持カーボンとしては、例えばカーボンブラックを用いることができる。高分子電解質としては、プロトン伝導性のイオン交換樹脂などを用いることができる。ガス拡散層は、触媒層の表面に形成され通気性と電子導電性とを併せ持ち、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー又はカーボンフェルトにより形成されている。   Each of the anode electrode and the cathode electrode has a catalyst layer and a gas diffusion layer. The catalyst layer has, for example, catalyst-carrying carbon carrying platinum-based noble metal particles that function as a catalyst, and a polymer electrolyte. As a platinum-based material for the noble metal particles, for example, a metal catalyst (Pt, Pt—Fe, Pt—Cr, Pt—Ni, Pt—Ru, etc.) can be used. For example, carbon black can be used as the catalyst-supporting carbon. As the polymer electrolyte, a proton conductive ion exchange resin or the like can be used. The gas diffusion layer is formed of carbon cloth, carbon paper, or carbon felt formed on the surface of the catalyst layer, having both air permeability and electronic conductivity, and woven with yarns made of carbon fibers.

高分子電解質膜は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。高分子電解質膜、アノード電極及びカソード電極によって膜−電極アセンブリが形成されている。   The polymer electrolyte membrane is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. A membrane-electrode assembly is formed by the polymer electrolyte membrane, the anode electrode, and the cathode electrode.

図1に示すように、燃料電池20には、燃料電池20の出力電圧(FC電圧)を検出するための電圧センサ71と、出力電流(FC電流)を検出するための電流センサ72と、が取り付けられている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 20 includes a voltage sensor 71 for detecting an output voltage (FC voltage) of the fuel cell 20 and a current sensor 72 for detecting an output current (FC current). It is attached.

酸化ガス供給系30は、燃料電池20のカソード電極に供給される酸化ガス(空気)を流通させる酸化ガス流路33と、燃料電池20から排出される酸化オフガスを流通させる酸化オフガス流路34と、酸化ガス流路33を介して供給される酸化ガスを燃料電池20を経由させずに酸化オフガス流路34へと流通させるバイパス流路35と、を有している。酸化ガス流路33は、本発明における空気供給流路に相当するものである。   The oxidant gas supply system 30 includes an oxidant gas channel 33 that circulates an oxidant gas (air) supplied to the cathode electrode of the fuel cell 20, and an oxidant offgas channel 34 that circulates the oxidant offgas discharged from the fuel cell 20. And a bypass channel 35 for allowing the oxidizing gas supplied through the oxidizing gas channel 33 to flow to the oxidizing off-gas channel 34 without passing through the fuel cell 20. The oxidizing gas flow path 33 corresponds to the air supply flow path in the present invention.

酸化ガス流路33には、フィルタ31を介して大気中から酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ32と、燃料電池20への酸化ガス供給を遮断するための遮断弁A1と、が設けられている。酸化オフガス通路34には、燃料電池20からの酸化オフガスの排出を遮断するための遮断弁A2が設けられている。バイパス流路35には、バイパス流路35内における酸化ガスの流量を調整するためのバイパス弁A3が設けられている。   The oxidant gas flow path 33 is provided with an air compressor 32 that takes in the oxidant gas from the atmosphere via the filter 31 and a shutoff valve A1 for shutting off the oxidant gas supply to the fuel cell 20. The oxidation off gas passage 34 is provided with a shutoff valve A2 for shutting off discharge of the oxidation off gas from the fuel cell 20. The bypass flow path 35 is provided with a bypass valve A3 for adjusting the flow rate of the oxidizing gas in the bypass flow path 35.

燃料ガス供給系40は、燃料ガス供給源41と、燃料ガス供給源41から燃料電池20のアノード電極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス流路43と、燃料電池20から排出される燃料オフガスを燃料ガス流路43に還流させるための循環流路44と、循環流路44内の燃料オフガスを燃料ガス流路43に圧送する循環ポンプ45と、循環流路44に分岐接続される排気排水流路46と、を有している。   The fuel gas supply system 40 includes a fuel gas supply source 41, a fuel gas passage 43 through which fuel gas supplied from the fuel gas supply source 41 to the anode electrode of the fuel cell 20 flows, and a fuel off-gas discharged from the fuel cell 20. A circulation flow path 44 for returning the fuel gas flow path 43 to the fuel gas flow path 43, a circulation pump 45 for pumping the fuel off-gas in the circulation flow path 44 to the fuel gas flow path 43, and an exhaust drain connected to the circulation flow path 44. And a flow path 46.

燃料ガス供給源41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、高圧(例えば、35MPa乃至70MPa)の水素ガスを貯留する。遮断弁H1を開くと、燃料ガス供給源41から燃料ガス流路43に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータH2やインジェクタ42により、例えば、200kPa程度まで減圧されて、燃料電池20に供給される。   The fuel gas supply source 41 is composed of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage alloy, and stores high-pressure (for example, 35 MPa to 70 MPa) hydrogen gas. When the shut-off valve H1 is opened, the fuel gas flows out from the fuel gas supply source 41 into the fuel gas passage 43. The fuel gas is decompressed to about 200 kPa, for example, by the regulator H2 and the injector 42 and supplied to the fuel cell 20.

循環流路44には、燃料電池20からの燃料オフガス排出を遮断するための遮断弁H4と、循環流路44から分岐する排気排水流路46と、が接続されている。排気排水流路46には、排気排水弁H5が配設されている。排気排水弁H5は、コントローラ60からの指令によって作動することにより、循環流路44内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。   The circulation passage 44 is connected to a shutoff valve H4 for shutting off the fuel off-gas discharge from the fuel cell 20 and an exhaust / drain passage 46 branched from the circulation passage 44. An exhaust / drain valve H5 is disposed in the exhaust / drain passage 46. The exhaust / drain valve H <b> 5 is operated according to a command from the controller 60, thereby discharging the fuel off gas containing impurities in the circulation passage 44 and moisture to the outside.

排気排水弁H5を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス流路34を流れる酸化オフガスと混合され、図示していない希釈器によって希釈される。循環ポンプ45は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池20に循環供給する。   The fuel off-gas discharged through the exhaust / drain valve H5 is mixed with the oxidizing off-gas flowing through the oxidizing off-gas flow path 34 and diluted by a diluter (not shown). The circulation pump 45 circulates and supplies the fuel off gas in the circulation system to the fuel cell 20 by driving the motor.

電力系50は、DC/DCコンバータ51と、バッテリ52と、トラクションインバータ53と、トラクションモータ54と、補機類55と、を有している。DC/DCコンバータ51は、バッテリ52から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ53に出力する機能と、燃料電池20が発電した直流電力又は回生制動によりトラクションモータ54が回収した回生電力を降圧してバッテリ52に充電する機能と、を有する。   The power system 50 includes a DC / DC converter 51, a battery 52, a traction inverter 53, a traction motor 54, and auxiliary machinery 55. The DC / DC converter 51 steps up the DC voltage supplied from the battery 52 and outputs it to the traction inverter 53 and the DC power generated by the fuel cell 20 or the regenerative power collected by the traction motor 54 by regenerative braking. And charging the battery 52.

バッテリ52は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギ貯蔵源、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、等として機能する。バッテリ52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。バッテリ52には、その残容量であるSOC(State of charge)を検出するためのSOCセンサ73が取り付けられている。   The battery 52 functions as a surplus power storage source, a regenerative energy storage source during regenerative braking, an energy buffer during load fluctuations associated with acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle, and the like. As the battery 52, for example, a secondary battery such as a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, or a lithium secondary battery is suitable. The battery 52 is attached with an SOC sensor 73 for detecting SOC (State of charge) which is the remaining capacity.

トラクションインバータ53は、例えばパルス幅変調方式で駆動されるPWMインバータであり、コントローラ60からの制御指令に従って、燃料電池20又はバッテリ52から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ54の回転トルクを制御する。トラクションモータ54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。   The traction inverter 53 is a PWM inverter driven by, for example, a pulse width modulation method, and converts a DC voltage output from the fuel cell 20 or the battery 52 into a three-phase AC voltage in accordance with a control command from the controller 60, thereby obtaining traction. The rotational torque of the motor 54 is controlled. The traction motor 54 is a three-phase AC motor, for example, and constitutes a power source of the fuel cell vehicle.

補機類55は、燃料電池システム10内の各部に配置されている各モータや、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類(例えば、エアコンプレッサ32、インジェクタ42、循環ポンプ45、ラジエータ、冷却水循環ポンプ等)を総称するものである。   The auxiliary machines 55 are motors arranged in each part of the fuel cell system 10, inverters for driving these motors, and various on-vehicle auxiliary machines (for example, the air compressor 32, the injector 42). , Circulation pump 45, radiator, cooling water circulation pump, etc.).

コントローラ60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60は、イグニッションスイッチから出力される起動信号IGを受信すると、燃料電池システム10の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ACCや車速センサから出力される車速信号VC等に基づいて、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。   The controller 60 is a computer system including a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface, and controls each part of the fuel cell system 10. For example, when the controller 60 receives the start signal IG output from the ignition switch, the controller 60 starts the operation of the fuel cell system 10, and the accelerator opening signal ACC output from the accelerator sensor or the vehicle speed signal VC output from the vehicle speed sensor. Based on the above, the required power of the entire system is obtained. The required power of the entire system is the total value of the vehicle running power and the auxiliary machine power.

補機電力には、車載補機類(エアコンプレッサ32、循環ポンプ45、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、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、オーディオ等)で消費される電力等が含まれる。   Auxiliary power includes power consumed by in-vehicle accessories (air compressor 32, circulation pump 45, cooling water circulation pump, etc.), and equipment required for vehicle travel (transmission, wheel control device, steering device, suspension device, etc.) ), Power consumed by devices (such as air conditioners, lighting fixtures, and audio) disposed in the passenger space.

コントローラ60は、燃料電池20とバッテリ52とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池20の発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系30及び燃料ガス供給系40を制御するとともに、DC/DCコンバータ51を制御して、燃料電池20の出力電圧を調整することにより、燃料電池20の運転動作点(出力電圧、出力電流)を制御する。   The controller 60 determines the distribution of output power between the fuel cell 20 and the battery 52, and controls the oxidizing gas supply system 30 and the fuel gas supply system 40 so that the power generation amount of the fuel cell 20 matches the target power. At the same time, the DC / DC converter 51 is controlled to adjust the output voltage of the fuel cell 20, thereby controlling the operating point (output voltage, output current) of the fuel cell 20.

燃料電池システム10の運転時には、燃料電池20において、上述の(1)式に示すように、アノード電極で生成された水素イオンが電解質膜を透過してカソード電極に移動し、カソード電極に移動した水素イオンは、上述の(2)式に示すように、カソード電極に供給されている酸化ガス中の酸素と電気化学反応を起こし、酸素の還元反応を生じさせ、水を生成する。   During operation of the fuel cell system 10, in the fuel cell 20, as shown in the above formula (1), hydrogen ions generated at the anode electrode permeate the electrolyte membrane and move to the cathode electrode, and then move to the cathode electrode. As shown in the above equation (2), the hydrogen ions cause an electrochemical reaction with oxygen in the oxidizing gas supplied to the cathode electrode to cause a reduction reaction of oxygen, thereby generating water.

また、コントローラ60は、エアコンプレッサ32の現在の動作点(供給流量、圧力比)がサージ近傍運転領域内にあるか否かを、所定のマップに基づいて判断する。本実施形態におけるコントローラ60は、図2に示すような流量/圧力比マップに基づいて、エアコンプレッサ32の現在の動作点がサージ近傍運転流域ACS内にあるか否かを判断している。ここで、サージ近傍運転領域ACSとは、図2に示すサージラインLS(サージ運転領域ASと非サージ運転領域ANSとを隔てる境界線)に接しかつ非サージ運転領域ANS側に存在する所定幅の運転領域である。サージ近傍運転領域ACSの幅は、エアコンプレッサ32の仕様、エアコンプレッサ32から燃料電池20までの配管の径や容量等に応じて適宜設定することができる。 Further, the controller 60 determines whether or not the current operating point (supply flow rate, pressure ratio) of the air compressor 32 is in the surge vicinity operating region based on a predetermined map. Controller 60 in this embodiment is based on the flow rate / pressure ratio map shown in FIG. 2, the current operating point of the air compressor 32 is determined whether there are any surge vicinity operating in basin A CS. Here, the surge vicinity operation area A CS is in contact with the surge line L S shown in FIG. 2 (the boundary line separating the surge operation area A S and the non-surge operation area A NS ) and on the non-surge operation area A NS side. It is an operating region having a predetermined width. The width of the surge vicinity operation area A CS can be appropriately set according to the specifications of the air compressor 32, the diameter and capacity of the pipe from the air compressor 32 to the fuel cell 20, and the like.

そして、コントローラ60は、エアコンプレッサ32の現在の動作点がサージ近傍運転領域ACS内にあると判断した場合に、バイパス弁A3を開くように制御して酸化ガス流路33の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサ32の回転数を低減させる。すなわち、コントローラ60は、本発明における制御部に相当するものである。コントローラ60は、このようにエアコンプレッサ32の回転数を低減させた後(又は回転数を低減させると同時に)、バイパス弁A3を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させることもできる。 The controller 60, if the current operating point of the air compressor 32 is determined to be in the surge near operating region A CS, control to reduce the pressure of the oxidizing gas channel 33 to open the bypass valve A3 Thereafter, the rotational speed of the air compressor 32 is reduced. That is, the controller 60 corresponds to a control unit in the present invention. After the controller 60 reduces the rotational speed of the air compressor 32 in this way (or at the same time as reducing the rotational speed), the controller 60 controls to close the bypass valve A3 and shifts the current operating point to the next operating point. It can also be made.

例えば、図2のサージ近傍運転領域ACS内にある初期動作点PPから、非サージ運転領域ANS内にある目標動作点PTへと移行させる場合において、従来の制御(単にエアコンプレッサ32の回転数を低減させる制御)を採用すると、動作点は、図2において破線で示すように移行し、途中でサージ運転領域ASに突入する可能性がある。 For example, in the case of shifting from the initial operation point P P in the surge vicinity operation region A CS of FIG. 2 to the target operation point P T in the non-surge operation region A NS , conventional control (simply the air compressor 32 by employing the control for reducing the rotational speed), the operating point is migrated as indicated by a broken line in FIG. 2, there is a possibility that enters the surge operation area a S in the middle.

これに対し、本実施形態においては、コントローラ60がまずバイパス弁A3を開いて酸化ガス流路33の圧力を低減させることにより、初期動作点PPはサージ近傍運転領域ACSから遠ざかる中間動作点PIへと移行する。その後、コントローラ60がエアコンプレッサ32の回転数を低減させることにより、中間動作点PIは目的動作点PTへと移行する。従って、本制御を採用することにより、動作点は、サージ運転領域ASに突入することなく、初期の位置(初期動作点PP)から目標の位置(目標動作点PT)へと移行することとなる。 On the other hand, in this embodiment, the controller 60 first opens the bypass valve A3 to reduce the pressure in the oxidizing gas flow path 33, so that the initial operating point P P is an intermediate operating point that moves away from the surge vicinity operating region A CS. the process proceeds to P I. Thereafter, the controller 60 by reducing the rotational speed of the air compressor 32, an intermediate operating point P I moves to a target operating point P T. Therefore, by employing the present control, the operating point, without rush into the surge operation area A S, the transition from the initial position (the initial operating point P P) to the position of the target (target operating point P T) It will be.

また、本実施形態におけるコントローラ60は、現在の動作点がサージ近傍運転領域ACS内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサ32の状態量(例えば圧力比及び供給流量の少なくとも一方)の差を算出する。そして、コントローラ60は、算出した状態量の差(状態変化量)が所定の閾値以下の場合に、バイパス弁A3を開くように制御することなくエアコンプレッサ32の回転数を低減させる等して現在の動作点を次の動作点に移行させる。このようにすると、サージ領域突入回避制御(バイパス弁A3を開く制御)を行わない分だけ、エアコンプレッサ32の応答速度を高めることができる。ここで採用される閾値は、エアコンプレッサ32の仕様、エアコンプレッサ32から燃料電池20までの配管の径や容量等に応じて適宜設定することができる。 In addition, the controller 60 in the present embodiment, when the current operating point is in the surge vicinity operating region A CS , the state quantity (for example, pressure ratio and supply flow rate) of the air compressor 32 at the current operating point and the next operating point. The difference of at least one of the above is calculated. Then, the controller 60 reduces the rotational speed of the air compressor 32 without performing control so as to open the bypass valve A3 when the calculated difference in state quantity (state change amount) is equal to or smaller than a predetermined threshold value. The operating point of is shifted to the next operating point. If it does in this way, the response speed of the air compressor 32 can be raised only by the part which does not perform surge area | region rush avoidance control (control which opens bypass valve A3). The threshold employed here can be set as appropriate according to the specifications of the air compressor 32, the diameter and capacity of the pipe from the air compressor 32 to the fuel cell 20, and the like.

次に、図3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10の制御方法(サージ領域突入回避制御)について説明する。   Next, a control method (surge region rush avoidance control) of the fuel cell system 10 according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG.

燃料電池システム10の通常運転時においては、燃料ガス供給源41から燃料ガスが燃料ガス流路43を介して燃料電池20のアノード電極に供給されるとともに、酸化ガスが酸化ガス流路33を介して燃料電池20のカソード電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20から引き出すべき電力(要求電力)がコントローラ60で演算され、その発電量に応じた量の燃料ガス及び酸化ガスが燃料電池20内に供給されるようになっている。   During normal operation of the fuel cell system 10, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply source 41 to the anode electrode of the fuel cell 20 through the fuel gas passage 43, and the oxidizing gas is passed through the oxidizing gas passage 33. Then, power is generated by being supplied to the cathode electrode of the fuel cell 20. At this time, the power (required power) to be drawn from the fuel cell 20 is calculated by the controller 60, and fuel gas and oxidizing gas in amounts corresponding to the amount of power generation are supplied into the fuel cell 20.

この通常運転時において、コントローラ60は、エアコンプレッサ32の現在の動作点(初期動作点PP)がサージ近傍運転領域ACS内にあるか否かを図2の流量/圧力比マップに基づいて判定する(動作点判定工程:S1)。そして、コントローラ60は、動作点判定工程S1において現在の動作点(初期動作点PP)がサージ近傍運転領域ACS内にあると判定した場合に、現在の動作点(初期動作点PP)及び次の動作点(目標動作点PT)におけるエアコンプレッサ32の状態量(圧力比及び/又は供給流量)の差を算出する(変化量算出工程:S2)。 During this normal operation, the controller 60 determines whether or not the current operating point (initial operating point P P ) of the air compressor 32 is within the surge vicinity operating region A CS based on the flow rate / pressure ratio map of FIG. Determination (operating point determination step: S1). When the controller 60 determines that the current operating point (initial operating point P P ) is within the surge vicinity operating area A CS in the operating point determination step S1, the current operating point (initial operating point P P ). And the difference of the state quantity (pressure ratio and / or supply flow rate) of the air compressor 32 at the next operating point (target operating point P T ) is calculated (change amount calculating step: S2).

コントローラ60は、変化量算出工程S2において算出した差が所定の閾値を超えるか否かを判定し(変化量判定工程:S3)、この差が閾値を超える場合には、バイパス弁A3を開くように制御して酸化ガス流路33の圧力を低減させる(圧力低減工程:S4)。本実施形態においては、圧力低減工程S4において調整されるバイパス弁A3の開度を、次の動作点の情報に基づいて所定のマップを用いて決定するようにしている。   The controller 60 determines whether or not the difference calculated in the change amount calculation step S2 exceeds a predetermined threshold value (change amount determination step: S3). When this difference exceeds the threshold value, the bypass valve A3 is opened. To reduce the pressure of the oxidizing gas flow path 33 (pressure reduction step: S4). In the present embodiment, the opening degree of the bypass valve A3 adjusted in the pressure reduction step S4 is determined using a predetermined map based on information on the next operating point.

圧力低減工程S4を経た後、コントローラ60は、エアコンプレッサ32の回転数を低減させて動作点を次の動作点(目標動作点PT)に移行させる(回転数制御工程:S5)。なお、回転数制御工程S5においてエアコンプレッサ32の回転数を低減させた後(又は回転数を低減させると同時に)、バイパス弁A3を閉じるように制御して酸化ガス流路33の圧力を回復させつつ次の動作点(目標動作点PT)に移行させてもよい(圧力回復工程)。 After passing through the pressure reduction step S4, the controller 60 reduces the rotational speed of the air compressor 32 and shifts the operating point to the next operating point (target operating point P T ) (rotational speed control step: S5). In addition, after reducing the rotation speed of the air compressor 32 in the rotation speed control step S5 (or simultaneously with reducing the rotation speed), the bypass valve A3 is controlled to be closed to restore the pressure of the oxidizing gas passage 33. However, it may be shifted to the next operating point (target operating point P T ) (pressure recovery step).

一方、コントローラ60は、変化量算出工程S2において算出した差が所定の閾値以下であると判定した場合に、バイパス弁A3を開くように制御することなく、エアコンプレッサ32の回転数を低減させる等して現在の動作点(初期動作点PP)を次の動作点(目標動作点PT)に移行させる(通常制御工程:S6)。 On the other hand, when the controller 60 determines that the difference calculated in the change amount calculation step S2 is equal to or smaller than a predetermined threshold, the controller 60 reduces the rotational speed of the air compressor 32 without performing control to open the bypass valve A3. Then, the current operating point (initial operating point P P ) is shifted to the next operating point (target operating point P T ) (normal control process: S6).

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム10においては、エアコンプレッサ32の現在の動作点がサージ近傍運転領域ACS内にある場合に、バイパス弁A3を開くように制御して酸化ガス流路33の圧力を低減させ、その後、エアコンプレッサ32の回転数を低減させることができる。従って、現在の動作点から次の動作点へと移行する過程で、動作点がサージ運転領域ASに突入することを未然に回避することができるため、エアコンプレッサ32への負荷を抑制することができる。 Or in the fuel cell system 10 according to the embodiment described, the current when the operating point is in the surge near operating region A CS, controlled to open the bypass valve A3 with the oxidizing gas channel 33 of the air compressor 32 , And the number of revolutions of the air compressor 32 can be reduced thereafter. Thus, in the process of transition from the current operating point to the next operating point, it is possible to avoid in advance that the operating point enters the surge operation area A S, suppressing the load on the air compressor 32 Can do.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム10においては、エアコンプレッサ32の現在の動作点がサージ近傍運転領域ACS内にある場合において、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサ32の圧力比及び/又は供給流量の差が所定の閾値以下の場合(すなわち、次の動作点がサージ運転領域ASに突入する可能性が低い場合)には、バイパス弁A3を開くように制御することなく現在の動作点を次の動作点に移行させることができる。従って、サージ領域突入回避制御(先行してバイパス弁A3を開く制御)を行わない分だけ、エアコンプレッサ32の応答速度を高めることができる。 Further, in the fuel cell system 10 according to the embodiment described above, when the current operating point of the air compressor 32 is within the surge vicinity operating region A CS , the air compressor 32 at the current operating point and the next operating point. If the difference between the pressure ratio and / or the supply flow rate is below a predetermined threshold (i.e., if the next operating point is less likely to rush into the surge operation area a S), the control to open the bypass valve A3 The current operating point can be shifted to the next operating point without doing so. Therefore, the response speed of the air compressor 32 can be increased by the amount that the surge region rush avoidance control (control to open the bypass valve A3 in advance) is not performed.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム10においては、エアコンプレッサ32の現在の動作点がサージ近傍運転領域ACS内にありバイパス弁A3を開くように制御した場合において、エアコンプレッサ32の回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時にバイパス弁A3を閉じるように制御して現在の動作点を次の動作点に移行させることもできる。従って、サージ領域突入回避制御(先行してバイパス弁A3を開く制御)を行った後、酸化ガス流路33の圧力を回復させつつ速やかに次の動作点へと移行させることができる。 Further, in the fuel cell system 10 according to the embodiment described above, when the current operating point of the air compressor 32 is controlled to open the bypass valve A3 is in the surge near operating region A CS, the air compressor 32 It is also possible to shift the current operating point to the next operating point by controlling the bypass valve A3 to be closed after the rotational speed is reduced or simultaneously with the reduction of the rotational speed. Therefore, after performing the surge region rush avoidance control (control to open the bypass valve A3 in advance), it is possible to promptly shift to the next operating point while recovering the pressure of the oxidizing gas flow path 33.

なお、本実施形態においては、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサ32の状態量(圧力比及び/又は供給流量)の差(変化量)を算出し、この変化量が所定の閾値を超える場合にサージ領域突入回避制御を行う例を示したが、このような手法とは異なる手法を採用することもできる。例えば、次の動作点における状態量(例えば圧力比及び供給流路の双方)が現在の動作点における状態量の1/2以下になった場合にサージ領域突入回避制御を行うことにしてもよい。   In the present embodiment, the difference (change amount) in the state quantity (pressure ratio and / or supply flow rate) of the air compressor 32 at the current operating point and the next operating point is calculated, and this change amount is a predetermined threshold value. Although an example in which surge region rush avoidance control is performed in the case of exceeding the above is shown, a method different from such a method can also be adopted. For example, the surge region rush avoidance control may be performed when the state quantity (for example, both the pressure ratio and the supply flow path) at the next operating point becomes ½ or less of the state quantity at the current operating point. .

また、本実施形態においては、サージ領域突入回避制御を行うか否かを判断する際に参照するエアコンプレッサ32の状態量として、「圧力比」及び「供給流量」を採用した例を示したが、これらの状態量に代えて(又はこれらの状態量とともに)、エアコンプレッサ32の「回転数」を採用することもできる。例えば、現在の動作点及び次の動作点におけるエアコンプレッサ32の「圧力比」、「供給流量」及び「回転数」の少なくとも一つの差(変化量)を算出し、この変化量が所定の閾値を超える場合にサージ領域突入回避制御を行うことができる。   Further, in the present embodiment, an example is shown in which “pressure ratio” and “supply flow rate” are adopted as state quantities of the air compressor 32 referred to when determining whether or not to perform surge region rush avoidance control. Instead of these state quantities (or together with these state quantities), the “rotation speed” of the air compressor 32 may be employed. For example, at least one difference (change amount) between the “pressure ratio”, “supply flow rate”, and “rotational speed” of the air compressor 32 at the current operation point and the next operation point is calculated, and this change amount is a predetermined threshold value. The surge region rush avoidance control can be performed when exceeding.

また、本実施形態においては、一つのコントローラ60によってエアコンプレッサ32及びバイパス弁A3の双方を制御した例を示したが、複数のコントローラを用いてエアコンプレッサ32とバイパス弁A3とを別々に制御することもできる。かかる場合には、これら複数のコントローラが、本発明における制御部に相当する。   Moreover, in this embodiment, although the example which controlled both the air compressor 32 and the bypass valve A3 by one controller 60 was shown, the air compressor 32 and the bypass valve A3 are controlled separately using a plurality of controllers. You can also. In such a case, the plurality of controllers correspond to the control unit in the present invention.

また、本実施形態においては、移動体として「燃料電池車両」を例示したが、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。   In the present embodiment, the “fuel cell vehicle” is exemplified as the moving body. However, the fuel cell system according to the present invention may be mounted on various moving bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than the fuel cell vehicle. it can.

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、前記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and those in which those skilled in the art appropriately modify the design are included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention. . In other words, each element included in the embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed. Moreover, each element with which the said embodiment is provided can be combined as much as technically possible, and the combination of these is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.

10…燃料電池システム
20…燃料電池
32…エアコンプレッサ
33…酸化ガス流路(空気供給流路)
35…バイパス流路
60…コントローラ(制御部)
A3…バイパス弁
CS…サージ近傍運転領域
P…初期動作点(現在の動作点)
T…目標動作点(次の動作点)
S1…動作点判定工程
S2…変化量算出工程
S4…圧力低減工程
S5…回転数制御工程
S6…通常制御工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 20 ... Fuel cell 32 ... Air compressor 33 ... Oxidation gas flow path (air supply flow path)
35 ... Bypass channel 60 ... Controller (control part)
A3 ... Bypass valve A CS ... Surge vicinity operating region P P ... Initial operating point (current operating point)
P T ... Target operating point (next operating point)
S1 ... Operating point determination process S2 ... Change amount calculation process S4 ... Pressure reduction process S5 ... Rotational speed control process S6 ... Normal control process

Claims (6)

燃料電池と、空気供給流路を介して前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、前記空気供給流路を介して前記エアコンプレッサから供給される空気を前記燃料電池を経由させずに流通させるバイパス流路と、前記バイパス流路内の空気の流量を調整するバイパス弁と、前記エアコンプレッサ及び前記バイパス弁を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記エアコンプレッサの回転数を低減させる際に、前記エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあるか否かを所定のマップに基づいて判断し、前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にある場合に、前記バイパス弁を開くように制御して前記空気供給流路の圧力を低減させ、その後、前記エアコンプレッサの回転数を低減させる、燃料電池システム。
A fuel cell, an air compressor that supplies air to the fuel cell via an air supply channel, and air that is supplied from the air compressor via the air supply channel is circulated without passing through the fuel cell. A fuel cell system comprising a bypass channel, a bypass valve that adjusts a flow rate of air in the bypass channel, and a control unit that controls the air compressor and the bypass valve,
The controller determines whether or not the current operating point of the air compressor is within a surge vicinity operating region when reducing the rotation speed of the air compressor based on a predetermined map, and the current operation When the point is in the operation region near the surge, the fuel cell system controls the opening of the bypass valve to reduce the pressure of the air supply flow path, and then reduces the rotation speed of the air compressor.
前記制御部は、前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にある場合において、前記現在の動作点及び次の動作点における前記エアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差を算出し、前記差が所定の閾値以下の場合に、前記バイパス弁を開くように制御することなく前記現在の動作点を前記次の動作点に移行させる、請求項1に記載の燃料電池システム。   The control unit, when the current operating point is in the operation region near the surge, at least one difference in pressure ratio, supply flow rate, and rotation speed of the air compressor at the current operating point and the next operating point. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the difference is equal to or smaller than a predetermined threshold value, the current operating point is shifted to the next operating point without controlling to open the bypass valve. . 前記制御部は、前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にあって前記バイパス弁を開くように制御した場合において、前記エアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時に前記バイパス弁を閉じるように制御して前記現在の動作点を次の動作点に移行させる、請求項1又は2に記載の燃料電池システム。   When the control unit reduces the rotational speed of the air compressor or when the rotational speed of the air compressor is reduced when the current operating point is in the operation region near the surge and the bypass valve is opened. The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the current operating point is shifted to the next operating point by controlling the bypass valve to be closed at the same time. 燃料電池と、空気供給流路を介して前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、前記空気供給流路を介して前記エアコンプレッサから供給される空気を前記燃料電池を経由させずに流通させるバイパス流路と、前記バイパス流路内の空気の流量を調整するバイパス弁と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記エアコンプレッサの回転数を低減させる際に、前記エアコンプレッサの現在の動作点がサージ近傍運転領域内にあるか否かを所定のマップに基づいて判定する動作点判定工程と、
前記動作点判定工程で前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にあると判定した場合に、前記バイパス弁を開くように制御して前記空気供給流路の圧力を低減させる圧力低減工程と、
前記圧力低減工程を経た後に前記エアコンプレッサの回転数を低減させる回転数制御工程と、
を含む、燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell, an air compressor that supplies air to the fuel cell via an air supply channel, and air that is supplied from the air compressor via the air supply channel is circulated without passing through the fuel cell. A control method for a fuel cell system, comprising: a bypass channel; and a bypass valve that adjusts a flow rate of air in the bypass channel,
An operation point determination step of determining whether or not the current operation point of the air compressor is within a surge vicinity operation region when reducing the rotation speed of the air compressor, based on a predetermined map;
A pressure reducing step of reducing the pressure of the air supply flow path by controlling to open the bypass valve when it is determined in the operating point determining step that the current operating point is in the operation region near the surge; ,
A rotational speed control step for reducing the rotational speed of the air compressor after the pressure reducing step;
A control method for a fuel cell system, comprising:
前記動作点判定工程で前記現在の動作点が前記サージ近傍運転領域内にある場合において、前記現在の動作点及び次の動作点における前記エアコンプレッサの圧力比、供給流量及び回転数の少なくとも一つの差を算出する変化量算出工程と、
前記変化量算出工程で算出した差が所定の閾値以下の場合に、前記バイパス弁を開くように制御することなく前記現在の動作点を前記次の動作点に移行させる通常制御工程と、
を含む、請求項4に記載の燃料電池システムの制御方法。
In the operating point determination step, when the current operating point is in the operation region near the surge, at least one of the pressure ratio, supply flow rate, and rotation speed of the air compressor at the current operating point and the next operating point. A change amount calculating step for calculating a difference;
A normal control step of shifting the current operating point to the next operating point without controlling to open the bypass valve when the difference calculated in the change amount calculating step is less than or equal to a predetermined threshold;
The control method of the fuel cell system of Claim 4 containing these.
前記回転数制御工程において前記エアコンプレッサの回転数を低減させた後又は回転数を低減させると同時に、前記バイパス弁を閉じるように制御して前記現在の動作点を次の動作点に移行させる圧力回復工程を含む、請求項4又は5に記載の燃料電池システムの制御方法。   The pressure at which the current operating point is shifted to the next operating point by controlling the bypass valve to close after the rotational speed of the air compressor is reduced or simultaneously with the reduction of the rotational speed in the rotational speed control step. The method for controlling a fuel cell system according to claim 4, comprising a recovery step.
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