JP2001210345A - Output control device of fuel cell system - Google Patents

Output control device of fuel cell system

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JP2001210345A JP2000014674A JP2000014674A JP2001210345A JP 2001210345 A JP2001210345 A JP 2001210345A JP 2000014674 A JP2000014674 A JP 2000014674A JP 2000014674 A JP2000014674 A JP 2000014674A JP 2001210345 A JP2001210345 A JP 2001210345A
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fuel cell
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剛 麻生
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a output control device of a fuel cell system, which can supply an electric power generated in the fuel cell to a load system ideally, and in which a sufficient operation performance can be brought about. SOLUTION: To have set to detect input voltage and output voltage of both input side and output side of DC/DC converter 21 by voltage detection parts 23, 25, in the case a voltage difference between the input voltage and the output voltage is within a predetermined range, by controlling to fix the output voltage of a stuck 7 in constant value (step S40), even when the DC/DC converter 21 works in a switch region of pressure up conversion and pressure down conversion, the output voltage can be fixed by the one of the conversion action.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
の出力制御装置に関し、燃料電池で発電された電力を最
適に負荷系に供給して十分な運転性能を引き出すことが
できる燃料電池システムの出力制御装置を提供すること
にある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an output control device for a fuel cell system, and more particularly to an output of a fuel cell system capable of optimally supplying electric power generated by a fuel cell to a load system to derive sufficient operation performance. It is to provide a control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池システムで発電された電力を駆
動用モータに供給するように構成された燃料電池車両で
は、一般に、運転者の操作に応じて燃料電池の出力が変
化することとなる。同時に、駆動用モータに供給すべき
電力をスタックに発電させるため、改質器で発生させる
水素量を変化するように制御されるが、改質器の応答速
度は負荷変動より遅い傾向にある。
2. Description of the Related Art In a fuel cell vehicle configured to supply electric power generated by a fuel cell system to a driving motor, the output of the fuel cell generally changes according to the operation of a driver. At the same time, in order to generate electric power to be supplied to the drive motor to the stack, the amount of hydrogen generated in the reformer is controlled to change, but the response speed of the reformer tends to be lower than the load fluctuation.

【0003】このため、駆動用モータによる負荷増加に
合せて電力をスタックから引き出すと、スタックに供給
されている水素量が不足するので、スタック電圧が異常
に降下するといった問題が発生する。そこで、スタック
に供給される水素量及び空気量に応じた電力を引き出す
ようにしておき、スタックによる応答の遅れ分だけ、す
なわち、スタックからの電力と負荷により要求される電
力との過不足が生じた電力差だけ2次電池から充放電す
ることにより吸収するようにしている。
For this reason, if power is drawn from the stack in accordance with the increase in the load by the driving motor, the amount of hydrogen supplied to the stack becomes insufficient, causing a problem that the stack voltage drops abnormally. Therefore, the power corresponding to the amount of hydrogen and the amount of air supplied to the stack should be drawn out, and an excess or deficiency of the power from the stack and the power required by the load occurs only for the response delay of the stack. The power difference is absorbed by charging and discharging from the secondary battery.

【0004】従来、燃料電池車両に搭載されている燃料
電池システムの出力制御装置においては、スタックでの
発電電力を制御するのに、図10に示すような基本構成
を有する昇降圧型のDC/DCコンバータ121をスタ
ックと負荷の間に配置させている。このDC/DCコン
バータ121においては、昇圧変換と降圧変換とでは、
動作させるスイッチング素子がそれぞれ異なっており、
トランジスタTr101,Tr103のベースに加える
制御信号のデューティ比に応じて所望の電圧を発生させ
ている。図11は、トランジスタTr101,Tr10
3のベースに加える制御信号のデューティ比と昇降圧比
との関係を示すグラフである。
Conventionally, in an output control device of a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle, a step-up / step-down DC / DC having a basic configuration as shown in FIG. The converter 121 is arranged between the stack and the load. In the DC / DC converter 121, the step-up conversion and the step-down conversion
The switching elements to be operated are different from each other,
A desired voltage is generated according to the duty ratio of a control signal applied to the bases of the transistors Tr101 and Tr103. FIG. 11 shows transistors Tr101 and Tr10.
3 is a graph showing a relationship between a duty ratio of a control signal applied to a base No. 3 and a step-up / step-down ratio.

【0005】昇圧時には、CNT101にON制御信号
(1)を加えてトランジスタTr101をON動作させ
るとともに、CNT103に所望のデューティ比の制御
信号を加えてトランジスタTr103をON−OFF動
作させ、入力電圧Vin以上の電圧を出力するように制御
されている。一方、降圧時には、CNT103にOFF
制御信号(0)を加えてトランジスタTr103をOF
F動作させるとともに、CNT101に所望のデューテ
ィ比の制御信号を加えてトランジスタTr101をON
−OFF動作させ、入力電圧Vin以下の電圧を出力する
ように制御されている。
At the time of boosting, an ON control signal (1) is applied to the CNT 101 to turn on the transistor Tr101, and a control signal having a desired duty ratio is applied to the CNT 103 to turn the transistor Tr103 on and off, so that the input voltage Vin or more. Is controlled to output a voltage of On the other hand, when stepping down, the CNT 103 is turned off.
The control signal (0) is applied to turn on the transistor Tr103.
F operation, and apply a control signal of a desired duty ratio to CNT101 to turn on transistor Tr101.
It is controlled so as to perform a −OFF operation and output a voltage equal to or lower than the input voltage Vin.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図11
に示すように、DC/DCコンバータ121から引き出
すことができる出力電圧には必ずしも連続性があるわけ
ではない。特に、入出力電圧がほぼ等しく、昇圧変換か
ら降圧変換に切り替わる場合や、降圧変換から昇圧変換
に切り替わる場合には、DC/DCコンバータ121に
より電力を安定的に変換させることが困難なことが考え
られる。
However, FIG.
As shown in (1), the output voltage that can be extracted from the DC / DC converter 121 does not always have continuity. In particular, when the input / output voltages are almost equal and switching is performed from step-up conversion to step-down conversion, or when switching is performed from step-down conversion to step-up conversion, it is difficult to convert the power stably by the DC / DC converter 121. Can be

【0007】すなわち、DC/DCコンバータ121の
出力側に設けられている2次電池や負荷の電圧を検出す
るために、電圧センサを用いた場合、センサ自体がある
程度の検出誤差を有しており、センサ出力信号をA/D
コンバータに入力して量子化しても、A/Dコンバータ
自体の分解能や誤差などが加わる。このため、例えば2
次電池や負荷の電圧とスタックからの出力電圧を比較し
て、両者の大小関係に基づいて、DC/DCコンバータ
121の変換機能を切り替えたとしても、上述した検出
誤差が加算され切替判定に誤差が生じるため、適切な変
換機能を選択できないことが考えられる。
That is, when a voltage sensor is used to detect the voltage of a secondary battery or a load provided on the output side of the DC / DC converter 121, the sensor itself has some detection error. A / D of sensor output signal
Even if the signal is input to the converter and quantized, the resolution and error of the A / D converter itself are added. Therefore, for example, 2
The voltage of the next battery or load is compared with the output voltage from the stack, and even if the conversion function of the DC / DC converter 121 is switched based on the magnitude relationship between the two, the above-described detection error is added and an error occurs in the switching determination. Therefore, it is considered that an appropriate conversion function cannot be selected.

【0008】このように、DC/DCコンバータの昇圧
変換と降圧変換との切り替わり境界領域では、切替制御
の判断情報となる入出力電圧やスタック電流等の検出誤
差によって、適切な切替制御が阻害されることが考えら
れ、この結果、所望の運転性能を確保し難いおそれがあ
る。
As described above, in the boundary region where the DC / DC converter switches between step-up conversion and step-down conversion, appropriate switching control is impeded by detection errors of input / output voltage, stack current, and the like, which are information for determining switching control. As a result, it may be difficult to secure desired driving performance.

【0009】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、燃料電池で発電された電力を最適に
負荷系に供給して十分な運転性能を引き出すことができ
る燃料電池システムの出力制御装置を提供することにあ
る。
[0009] The present invention has been made in view of the above,
An object of the present invention is to provide an output control device of a fuel cell system capable of optimally supplying electric power generated by a fuel cell to a load system and extracting sufficient operation performance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記課題を解決するため、燃料を改質して水素を含む改
質ガスを生成する改質器と、空気を圧縮する圧縮器と、
改質器から供給される改質ガスと圧縮器から供給される
空気とを用いて発電する燃料電池と、燃料電池から出力
される電力を要求指令に応じて昇圧変換または降圧変換
する電力制御手段と、電力制御手段から出力される電力
を貯蔵する電力貯蔵手段と、電力貯蔵手段と並列に接続
され、電力制御手段から出力される電力を運転状況に応
じて消費する負荷とを備え、前記電力制御手段の入力側
および出力側の入力電圧および出力電圧を検出する電圧
検出手段と、電圧検出手段により検出された入力電圧と
出力電圧との電圧差を算出する算出手段と、算出手段に
より算出された電圧差が所定の範囲内にある場合に、前
記燃料電池の出力電圧を一定値に固定するように制御す
る固定制御手段とを備えたことを要旨とする。
According to the first aspect of the present invention,
In order to solve the above problems, a reformer that reforms fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, a compressor that compresses air,
A fuel cell that generates electricity using reformed gas supplied from a reformer and air supplied from a compressor, and power control means that performs step-up or step-down conversion of power output from the fuel cell according to a request command Power storage means for storing the power output from the power control means, and a load connected in parallel with the power storage means and consuming the power output from the power control means in accordance with an operating condition; Voltage detecting means for detecting an input voltage and an output voltage on the input side and output side of the control means; calculating means for calculating a voltage difference between the input voltage and the output voltage detected by the voltage detecting means; A fixed control means for controlling the output voltage of the fuel cell to be fixed at a constant value when the voltage difference is within a predetermined range.

【0011】請求項2記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記固定制御手段は、前記燃料電池の出力電流
を一定値になるように制御することを要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above problems, the fixed control means controls the output current of the fuel cell so as to have a constant value.

【0012】請求項3記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記電力制御手段は、前記燃料電池の出力電圧
を一定値に固定した後に、前記燃料電池に所望される出
力としたときの出力電圧を推定する電圧推定手段と、電
圧推定手段により推定された推定出力電圧と、前記電力
制御手段の出力電圧値との電圧差を算出する電圧差算出
手段とを備え、電圧差算出手段により算出される電圧差
が所定値以上の場合には、前記燃料電池の出力電圧を一
定値に固定する制御を解除することを要旨とする。
According to a third aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, the power control means may be configured to fix an output voltage of the fuel cell to a constant value and then to obtain a desired output of the fuel cell. A voltage estimating means for estimating an output voltage; and a voltage difference calculating means for calculating a voltage difference between an estimated output voltage estimated by the voltage estimating means and an output voltage value of the power control means. When the calculated voltage difference is equal to or larger than a predetermined value, the gist of the invention is to release the control for fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value.

【0013】請求項4記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記改質器に設けられ燃料電池から排出される
水素を燃焼する排水素燃焼器と、排水素燃焼器の温度を
検出する温度検出手段とを備え、前記固定制御手段は、
前記排水素燃焼器の温度が所定の温度範囲以外にある場
合に、前記燃料電池の出力電圧を一定値に固定する制御
を解除することを要旨とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust hydrogen combustor provided in the reformer for burning hydrogen discharged from a fuel cell, and detecting a temperature of the exhaust hydrogen combustor. Temperature fixing means, the fixed control means,
The gist of the present invention is to release the control for fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value when the temperature of the exhaust hydrogen combustor is outside a predetermined temperature range.

【0014】請求項5記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記燃料電池の入力側および出力側の水素量を
検出する水素量検出手段と、水素量検出手段により検出
された入力側および出力側の水素量に基づいて、前記燃
料電池での水素利用率を算出する水素利用率算出手段を
備え、前記固定制御手段は、前記水素利用率算出手段に
より算出された水素利用率が所定値を超えた場合に、前
記燃料電池の出力電圧を一定値に固定する制御を解除す
ることを要旨とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a hydrogen amount detecting means for detecting the amount of hydrogen on an input side and an output side of the fuel cell; A hydrogen utilization rate calculating means for calculating a hydrogen utilization rate in the fuel cell based on the hydrogen amount on the output side, wherein the fixed control means determines that the hydrogen utilization rate calculated by the hydrogen utilization rate calculating means is a predetermined value. In this case, the control for fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value is released when the value exceeds the limit.

【0015】[0015]

【発明の効果】請求項1記載の本発明によれば、電力制
御手段の入力側および出力側の入力電圧および出力電圧
を検出するようにしておき、検出された入力電圧と出力
電圧との電圧差が所定の範囲内にある場合に、燃料電池
の出力電圧を一定値に固定するように制御することで、
電力制御手段が昇圧変換と降圧変換との切替領域で動作
しているときでも一方の変換動作により出力電圧を固定
することができる。この結果、切替制御の判断情報とな
る入出力電圧やスタック電流等の検出誤差によって、適
切な切替制御が阻害されることを防止でき、十分な運転
性能を引き出すことができる。
According to the first aspect of the present invention, the input voltage and the output voltage of the input side and the output side of the power control means are detected, and the voltage of the detected input voltage and output voltage is detected. By controlling the output voltage of the fuel cell to a fixed value when the difference is within a predetermined range,
Even when the power control means operates in the switching region between the step-up conversion and the step-down conversion, the output voltage can be fixed by one of the conversion operations. As a result, it is possible to prevent appropriate switching control from being disturbed by detection errors of the input / output voltage and the stack current, etc., which serve as the switching control determination information, and to obtain sufficient driving performance.

【0016】また、請求項2記載の本発明によれば、燃
料電池の出力電流を一定値になるように制御すること
で、燃料電池の出力電圧を一定値に固定することができ
る。
Further, according to the present invention, the output voltage of the fuel cell can be fixed at a constant value by controlling the output current of the fuel cell to a constant value.

【0017】また、請求項3記載の本発明によれば、電
力制御手段は、燃料電池の出力電圧を一定値に固定した
後に、燃料電池に所望される出力としたときの出力電圧
を推定し、この推定出力電圧と電力制御手段の出力電圧
値との電圧差が所定値以上の場合には、燃料電池の出力
電圧を一定値に固定する制御を解除することで、電力制
御手段が一方の変換動作から他方の変換動作に移行する
ことができる。
According to the third aspect of the present invention, the power control means estimates an output voltage when a desired output of the fuel cell is obtained after fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value. When the voltage difference between the estimated output voltage and the output voltage value of the power control means is equal to or larger than a predetermined value, the power control means cancels the control for fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value, so that the power control means It is possible to shift from the conversion operation to the other conversion operation.

【0018】また、請求項4記載の本発明によれば、改
質器に設けられ燃料電池から排出される水素を排水素燃
焼器で燃焼するようにしておき、排水素燃焼器の温度を
検出しておく。ここで、排水素燃焼器の温度が所定の温
度範囲以外にある場合に、燃料電池の出力電圧を一定値
に固定する制御を解除することで、燃料電池は要求電力
値に応じて発電して水素量を消費することで、排水素燃
焼器へ入る水素量を元に戻し、排水素燃焼器の温度が予
め定められた範囲を超えることを防止することができ
る。
According to the present invention, hydrogen discharged from the fuel cell provided in the reformer is burned in the exhaust hydrogen combustor, and the temperature of the exhaust hydrogen combustor is detected. Keep it. Here, when the temperature of the exhaust hydrogen combustor is out of the predetermined temperature range, by canceling the control for fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value, the fuel cell generates power according to the required power value. By consuming the amount of hydrogen, the amount of hydrogen entering the exhaust hydrogen combustor can be returned to the original, and the temperature of the exhaust hydrogen combustor can be prevented from exceeding a predetermined range.

【0019】また、請求項5記載の本発明によれば、燃
料電池の入力側および出力側の水素量を検出しておき、
検出された水素量に基づいて、燃料電池での水素利用率
を算出し、この水素利用率が所定値を超えた場合に、燃
料電池の出力電圧を一定値に固定する制御を解除するこ
とで、電力制御手段が一方の変換動作から他方の変換動
作に移行することができる。
According to the present invention, the amounts of hydrogen on the input side and the output side of the fuel cell are detected in advance.
Based on the detected amount of hydrogen, the hydrogen utilization rate in the fuel cell is calculated, and when the hydrogen utilization rate exceeds a predetermined value, the control for fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value is released. The power control means can shift from one conversion operation to the other conversion operation.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に係る燃料電池システムの電力制御装置のシステム構
成を示す図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a power control device of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【0021】図1において、燃料タンク1には、燃料と
なるメタノールが貯蔵されており、このメタノールは改
質器3へ送られ水素ガスを含む改質ガスに改質され、更
にスタック7に供給される。同時に、コンプレッサ5
は、空気を吸い込んで圧縮してスタック7に供給する。
このスタック7は、多数枚からなる燃料電池の集合体で
あり、流入した水素ガスと空気中の酸素を反応させて電
気エネルギーを得る。
In FIG. 1, a fuel tank 1 stores methanol as a fuel. The methanol is sent to a reformer 3 to be reformed into a reformed gas containing hydrogen gas, and further supplied to a stack 7. Is done. At the same time, compressor 5
Sucks air, compresses it, and supplies it to the stack 7.
The stack 7 is an assembly of a large number of fuel cells, and obtains electric energy by reacting the inflowing hydrogen gas with oxygen in the air.

【0022】なお、スタック7内での反応に使われず残
った排水素は、改質器3内の排水素燃焼器(図示せず)
に戻されて燃焼され、改質器3内で熱源として利用され
る。また、スタック7から排空気が車外に排気される。
スタック7から発電される電流は、電力制御部9により
電力制御され、充放電可能な例えば2次電池からなる電
力貯蔵部11、インバータや駆動用モータや燃料電池の
システム機器からなる負荷13に供給される。
The remaining hydrogen not used for the reaction in the stack 7 is discharged to a waste hydrogen combustor (not shown) in the reformer 3.
The fuel is returned and burned, and is used as a heat source in the reformer 3. Further, exhaust air is exhausted from the stack 7 to the outside of the vehicle.
The electric current generated from the stack 7 is power-controlled by the power control unit 9 and supplied to a chargeable / dischargeable power storage unit 11 composed of, for example, a secondary battery, and a load 13 composed of an inverter, a driving motor, and a fuel cell system device. Is done.

【0023】システム制御部15は、装置全体を制御す
るための制御プログラム及び制御データを記憶するRO
Mと、制御データや制御フラグ等を常時記憶するRAM
と、ROMに記憶された制御プログラムに従って装置全
体を制御するCPUとから構成されている。温度センサ
17は、改質器に設けられている排水素燃焼器の温度を
検出してシステム制御部15に出力する。
The system control unit 15 stores a control program and control data for controlling the entire apparatus.
M and RAM that always stores control data, control flags, etc.
And a CPU that controls the entire apparatus according to a control program stored in the ROM. The temperature sensor 17 detects the temperature of the exhaust hydrogen combustor provided in the reformer and outputs the detected temperature to the system control unit 15.

【0024】図2は、電力制御部9を構成するDC/D
Cコンバータ21の具体的構成を示す図である。このD
C/DCコンバータ21の入力側と出力側には、DC/
DCコンバータ21の入力電圧Vin及び出力電圧Vout
を検出するための電圧検出部23,25が設けられてお
り、電圧検出部23,25で検出される出力電圧はシス
テム制御部15に出力される。そして、DC/DCコン
バータ21は、システム制御部15から与えられる指令
値CNT1,CNT3に基づいてトランジスタTr1及
びTr3をスイッチング動作させ、出力電流を所望の値
に制御する。
FIG. 2 shows a DC / D which constitutes the power control unit 9.
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of a C converter 21. This D
The input side and the output side of the C / DC converter 21
Input voltage Vin and output voltage Vout of DC converter 21
Are provided, and the output voltage detected by the voltage detection units 23 and 25 is output to the system control unit 15. Then, the DC / DC converter 21 performs switching operation of the transistors Tr1 and Tr3 based on the command values CNT1 and CNT3 given from the system control unit 15, and controls the output current to a desired value.

【0025】次に、図3〜図8を参照して、本発明の第
1の実施の形態に係る燃料電池システムの電力制御装置
の動作を説明する。なお、図3は、メイン制御フローを
表すフローチャートである。図4は、出力保持判定処理
の詳細を表すサブルーチンのフローチャートである。図
5は、出力保持解除判定処理の詳細を表すサブルーチン
のフローチャートである。図6は、スタックの電流−電
圧特性を示すグラフである。図7は、要求電力量が増加
する場合のスタック出力電力(a)、スタック電圧
(b)、排水素量(c)の時間変化の一例を示した図で
ある。図8は、要求電力量が減少する場合のスタック出
力電力(a)、スタック電圧(b)、排水素量(c)の
時間変化の一例を示した図である。
Next, the operation of the power control device of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing the main control flow. FIG. 4 is a flowchart of a subroutine representing details of the output holding determination process. FIG. 5 is a flowchart of a subroutine showing details of the output holding release determination processing. FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics of the stack. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a change over time of the stack output power (a), the stack voltage (b), and the exhausted hydrogen amount (c) when the required power amount increases. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a change over time of the stack output power (a), the stack voltage (b), and the amount of discharged hydrogen (c) when the required power amount decreases.

【0026】まず、図3において、ステップS10で
は、スタック7から引き出す電力を要求電力値の変化に
関わらず一定値に保持するか否かを判定する。ここで、
図4に示すサブルーチンを参照して、出力保持判定処理
について詳細に説明する。
First, in FIG. 3, in step S10, it is determined whether or not the power drawn from the stack 7 is kept at a constant value irrespective of a change in the required power value. here,
The output holding determination processing will be described in detail with reference to a subroutine shown in FIG.

【0027】図4に移り、まず、ステップS110で
は、DC/DCコンバータ21の入力電圧及び出力電圧
を電圧検出部23,25でそれぞれ検出する。次に、ス
テップS120では、検出された入力電圧Vin及び出力
電圧Vout の電圧差に対して絶対値を求め、予め定めら
れた基準値ΔV未満かどうかを判定する。すなわち、入
出力電圧差が基準範囲(−ΔV〜ΔV)内にあるかどう
かを判定する。
Referring to FIG. 4, first, in step S110, the input voltage and the output voltage of the DC / DC converter 21 are detected by the voltage detectors 23 and 25, respectively. Next, in step S120, an absolute value is obtained for the detected voltage difference between the input voltage Vin and the output voltage Vout, and it is determined whether the difference is less than a predetermined reference value ΔV. That is, it is determined whether the input / output voltage difference is within the reference range (−ΔV to ΔV).

【0028】|Vin−Vout |≦ΔV なお、上述した判断に用いられる基準値ΔVは、制御系
の検出誤差により昇降圧判断を誤る程度の電圧幅より大
きく設定することが望ましい。すなわち、DC/DCコ
ンバータ21の入出力電圧の大小関係が逆転することが
考えられる境界領域に対して、電圧検出部23,25に
よる入出力電圧の検出誤差により両者がほぼ等しくなっ
ている時間や、システム制御部15を構成するCPU内
のA/Dコンバータが分解能以下となる時間などをサン
プリング周期以下となるように設定することが望まし
い。
| Vin−Vout | ≦ ΔV It is desirable that the reference value ΔV used for the above-described determination is set to be larger than a voltage width that makes the determination of step-up / step-down erroneous due to a detection error of the control system. In other words, for a boundary region where the magnitude relationship between the input and output voltages of the DC / DC converter 21 is considered to be reversed, the time during which the two are substantially equal due to the detection error of the input and output voltages by the voltage detection units 23 and 25 is determined. It is desirable to set the time during which the resolution of the A / D converter in the CPU constituting the system control unit 15 is lower than the resolution to be shorter than the sampling period.

【0029】そして、DC/DCコンバータ21の入出
力電圧差の絶対値が基準値ΔV以上の場合には、を保持
する必要がないと判断し、保持フラグをセットすること
なく、本サブルーチンを終了する。なお、スタック7か
ら引き出す電力指令値は、アクセル開度やブレーキ踏
力、負荷となる例えばインバータや駆動用モータ(図示
せず)やシステム機器から要求される電力量と、電力貯
蓄部11の充放電可能量を考慮して求められたスタック
7に要求される全電力の指令値であり、本実施の形態で
は、システム制御部15により算出されることとする。
If the absolute value of the input / output voltage difference of the DC / DC converter 21 is equal to or larger than the reference value ΔV, it is determined that it is not necessary to hold the value, and the subroutine is terminated without setting the holding flag. I do. The power command value drawn from the stack 7 includes the accelerator opening degree, the brake pedal force, the amount of power required from a load, for example, an inverter, a driving motor (not shown), and system equipment, and the charge / discharge of the power storage unit 11. It is a command value of the total power required for the stack 7 determined in consideration of the possible amount, and in the present embodiment, is calculated by the system control unit 15.

【0030】一方、ステップS130では、この入出力
電圧差の絶対値が基準値ΔV未満の場合には、入出力電
圧の大小関係がしばらく後に逆転する可能性がある境界
領域にあるので、スタック7から引き出す電力指令値を
保持するため、保持フラグをセット(1)する。
On the other hand, in step S130, if the absolute value of the input / output voltage difference is smaller than the reference value ΔV, since the magnitude relationship between the input / output voltages is in a boundary area where it is likely to be reversed after a while, the stack 7 The holding flag is set (1) to hold the power command value drawn from

【0031】次に、図3に移り、ステップS20では、
保持されている電力指令値を維持すべきか、解除すべき
かを判定する。ここで、図5に示すサブルーチンを参照
して、出力保持解除判定処理について詳細に説明する。
まず、ステップS210では、DC/DCコンバータ2
1の出力電圧Vout を電圧検出部25で検出する。
Next, referring to FIG. 3, in step S20,
It is determined whether to hold or cancel the held power command value. Here, the output hold release determination processing will be described in detail with reference to a subroutine shown in FIG.
First, in step S210, the DC / DC converter 2
The first output voltage Vout is detected by the voltage detection unit 25.

【0032】そして、ステップS220では、電力指令
値の保持を解除をした時にスタック7からDC/DCコ
ンバータ21へ入力される入力電圧、すなわち、スタッ
ク7の出力電圧を推定する。具体的には、電力指令値の
保持を継続するとともに、元々要求されている電力指令
値を監視し、その電力をスタック7から引き出した時の
電圧値Vin’を図6に示す電流−電圧特性を参照して推
定する。
In step S220, the input voltage input from the stack 7 to the DC / DC converter 21 when the holding of the power command value is released, that is, the output voltage of the stack 7, is estimated. Specifically, while maintaining the power command value, the power command value originally requested is monitored, and the voltage value Vin ′ when the power is drawn from the stack 7 is represented by the current-voltage characteristic shown in FIG. Estimate by referring to.

【0033】なお、スタック7の電流−電圧特性は、図
6に示すように、電流Iの増加に伴い電圧Vが降下する
傾向を示している。図6は、発電に必要な水素及び空気
が十分供給されている場合の例である。また、スタック
7に供給される水素量や空気量または両者の圧力を用い
て、図6に示す電流−電圧特性を補正してもよいが、本
発明とは直接関係がないのでその詳細な説明を省略す
る。
The current-voltage characteristic of the stack 7 shows a tendency that the voltage V decreases as the current I increases, as shown in FIG. FIG. 6 shows an example in which hydrogen and air required for power generation are sufficiently supplied. Further, the current-voltage characteristics shown in FIG. 6 may be corrected by using the amount of hydrogen and / or the amount of air supplied to the stack 7 or the pressure of both, but the detailed description thereof is not directly related to the present invention. Is omitted.

【0034】そして、ステップS230では、DC/D
Cコンバータ21の出力電圧Voutと、推定した入力電
圧Vin’との電圧差の絶対値を求め、予め定められた基
準値ΔV未満かどうかを判定する。この電圧差が基準値
ΔV以上の場合には、スタック7から引き出す電力指令
値の保持を維持する必要がないと判断し、ステップS3
00では、保持フラグをクリア(0)する。
Then, in step S230, DC / D
The absolute value of the voltage difference between the output voltage Vout of the C converter 21 and the estimated input voltage Vin ′ is determined, and it is determined whether the difference is less than a predetermined reference value ΔV. If the voltage difference is equal to or greater than the reference value ΔV, it is determined that it is not necessary to maintain the power command value drawn from the stack 7 and step S3
At 00, the holding flag is cleared (0).

【0035】一方、入出力電圧差が基準値ΔV未満の場
合には、まだ電力指令値の保持を解除する必要がないと
判定し、ステップS240に進む。ステップS240で
は、改質器3内の排水素燃焼器(図示せず)に設けられ
た温度センサ17により排水素燃焼器の温度Tを検出す
る。
On the other hand, if the input / output voltage difference is less than the reference value ΔV, it is determined that it is not necessary to release the holding of the power command value yet, and the process proceeds to step S240. In step S240, the temperature T of the exhaust hydrogen combustor is detected by the temperature sensor 17 provided in the exhaust hydrogen combustor (not shown) in the reformer 3.

【0036】なお、排水素燃焼器は、スタック7で消費
されなかった排水素を燃焼して改質器3内の温度を保っ
ており、スタック7で消費される水素量をある一定値で
保持し、その結果、スタック7から引き出す電力をある
一定値で保持している。
The exhaust hydrogen combustor burns the exhaust hydrogen not consumed in the stack 7 to maintain the temperature in the reformer 3, and maintains the amount of hydrogen consumed in the stack 7 at a certain value. As a result, the power drawn from the stack 7 is held at a certain value.

【0037】さて、改質器3の応答速度は、スタック7
や他の負荷よりも一般的に遅いので出力保持を解除した
時点で、スタック7から十分な出力を引き出せるよう、
改質器3で発生させる水素量をスタック7で消費される
水素量に関わらず、燃料電池システムとして要求される
電力に応じて変化させることを考える。この場合、スタ
ック7で消費されない排水素量が、排水素燃焼器で燃焼
を予定している所要量と差異が生じることになり、排水
素量が過剰な場合、排水素燃焼器の温度Tは上昇傾向と
なり、また、排水素量が不足の場合、温度Tは下降気味
となる。
Now, the response speed of the reformer 3 is
So that when the output hold is released, sufficient output can be drawn from the stack 7.
Consider that the amount of hydrogen generated in the reformer 3 is changed according to the power required for the fuel cell system regardless of the amount of hydrogen consumed in the stack 7. In this case, the amount of exhausted hydrogen not consumed in the stack 7 will differ from the required amount scheduled for combustion in the exhausted hydrogen combustor. If the amount of exhausted hydrogen is excessive, the temperature T of the exhausted hydrogen combustor becomes If the amount of exhaust hydrogen is insufficient and the amount of exhausted hydrogen is insufficient, the temperature T tends to decrease.

【0038】そこで、ステップS250では、温度セン
サ17により検出された排水素燃焼器の温度Tが、予め
定められた上限温度Tlow から下限温度Thiまでの範囲
を超えるかどうかを判定する。
Therefore, in step S250, it is determined whether the temperature T of the exhaust hydrogen combustor detected by the temperature sensor 17 exceeds a predetermined range from the upper limit temperature Tlow to the lower limit temperature Thi.

【0039】Tlow ≦ T ≦ Thi 排水素燃焼器の温度Tがこの範囲を超えると判定された
場合には、ステップS300に進み、電力指令値の保持
フラグをクリア(0)し、そして、スタック7は要求電
力値に応じて発電して水素量を消費することで、排水素
燃焼器へ入る水素量を元に戻し、温度Tがこの範囲を超
えることを防止する。
Tlow ≦ T ≦ Th If it is determined that the temperature T of the exhaust hydrogen combustor exceeds this range, the process proceeds to step S300, the holding flag of the power command value is cleared (0), and the stack 7 Generates power in accordance with the required power value and consumes the amount of hydrogen, thereby returning the amount of hydrogen entering the exhaust hydrogen combustor and preventing the temperature T from exceeding this range.

【0040】図7(b)に示すように、スタック電圧
(入力電圧)がバッテリ電圧(出力電圧)に近づいた時
間t1で、スタック7から引き出す電流を一定値に制御
し始める。この場合、図7(b)に示すように、スタッ
ク7で消費される水素量が一定値になり、改質器3は要
求電力量に応じて水素を発生するようになるため、排水
素量が増加する。さらに、時間t2で保持フラグがクリ
ア(0)されて出力保持が解除され、要求電力量をスタ
ック7から引き出すと、電圧がその電力値に応じて低下
し、また水素消費量も増加するので、図7(c)に示す
ように、排水素量も元に近い値に戻ることになる。
As shown in FIG. 7B, at time t1 when the stack voltage (input voltage) approaches the battery voltage (output voltage), the current drawn from the stack 7 starts to be controlled to a constant value. In this case, as shown in FIG. 7 (b), the amount of hydrogen consumed in the stack 7 becomes a constant value, and the reformer 3 generates hydrogen in accordance with the required amount of power. Increase. Further, when the holding flag is cleared (0) at time t2 and the output holding is released and the required power amount is drawn from the stack 7, the voltage decreases according to the power value, and the hydrogen consumption increases. As shown in FIG. 7C, the discharged hydrogen amount also returns to a value close to the original value.

【0041】また、図8(b)に示すように、スタック
電圧(入力電圧)がバッテリ電圧(出力電圧)に近づい
た時間t3で、スタック7から引き出す電流を一定値に
制御し始める。この場合、図8(b)に示すように、ス
タック7で消費される水素量が一定量になり、改質器3
は要求電力量に応じて発生水素量を減じるようにするた
め、排水素量が減少する。さらに、時間t4で保持フラ
グがクリア(0)されて出力保持が解除され、要求電力
量をスタック7から引き出すと、電圧がその電力値に応
じて低下し、また水素消費量も減少するので、図8
(c)に示すように、排水素量も元に近い値に戻ること
になる。
As shown in FIG. 8B, at time t3 when the stack voltage (input voltage) approaches the battery voltage (output voltage), the current drawn from the stack 7 starts to be controlled to a constant value. In this case, as shown in FIG. 8B, the amount of hydrogen consumed in the stack 7 becomes a fixed amount, and the reformer 3
In order to reduce the amount of generated hydrogen in accordance with the required amount of power, the amount of discharged hydrogen is reduced. Further, when the holding flag is cleared (0) at time t4 and the output holding is released and the required power amount is drawn from the stack 7, the voltage decreases according to the power value, and the hydrogen consumption also decreases. FIG.
As shown in (c), the discharged hydrogen amount also returns to a value close to the original value.

【0042】図5に移り、ステップS260では、要求
電力が保持決定後も引き続き同傾向にあるかどうかを判
定する。すなわち、DC/DCコンバータ21の入出力
電圧の大小関係が交差すると予想判定した後に、要求電
力値の変化方向が反転し、交差することがなくなるかど
うかを推定する。
Referring to FIG. 5, in step S260, it is determined whether the required power has the same tendency even after the holding determination. That is, after it is estimated that the magnitude relationship between the input / output voltages of the DC / DC converter 21 intersects, it is estimated whether the direction of change in the required power value is reversed and the intersection does not occur.

【0043】具体的には、要求電力変化量の時間変化を
算出し、今回値と前回値とが同一符号、すなわち、引き
続き増加あるいは減少している場合には、スタック電圧
もそれぞれ減少傾向または増加傾向が続くと判断し、保
持フラグをクリアせずに、スタック7からの電力を保持
し続ける。
More specifically, a time change of the required power change amount is calculated, and if the current value and the previous value have the same sign, that is, if the current value continuously increases or decreases, the stack voltage also tends to decrease or increase, respectively. It is determined that the tendency continues, and the power from the stack 7 is maintained without clearing the holding flag.

【0044】符号が反転していた場合、スタック7から
の電力保持の解除を判断するため、ステップS270で
は、保持解除時点でのスタック電圧を推定する。なお、
本ステップの内容は上述したステップS220と同様で
ある。
If the sign has been reversed, in step S270, the stack voltage at the time of holding release is estimated in order to determine the release of the power holding from the stack 7. In addition,
The content of this step is the same as step S220 described above.

【0045】そして、ステップS280では、既に入出
力電圧が交差したかどうかを判定する。既に交差済みだ
った場合には再び交差するまで保持を継続する。そし
て、入出力電圧の大小関係がまだ交差していないと推定
された場合には、次に、ステップS290へと進み、保
持フラグをクリア(0)して解除するかどうかを判定す
る。すなわち、このステップS280は、要求電力値の
変化方向が反転し、スタック電圧の変化傾向も反転する
場合、入出力電圧の大小関係がそのまま変化しないと考
えられるため、一度入出力電圧の大小関係が反転してし
まっている場合には再度反転し、元の関係に戻るのを待
つようにする。
Then, in a step S280, it is determined whether or not the input / output voltages have already crossed. If they have already crossed, the holding is continued until they cross again. Then, when it is estimated that the magnitude relationship between the input and output voltages does not intersect, the process proceeds to step S290, where it is determined whether the holding flag is cleared (0) and released. That is, in step S280, when the change direction of the required power value is reversed and the change tendency of the stack voltage is also reversed, it is considered that the magnitude relationship between the input and output voltages does not change as it is. If it has, flip it again and wait for it to return to its original relationship.

【0046】ステップS290では、出力電圧Vout と
推定した入力電圧Vin’との電圧差の絶対値が予め定め
られた基準値ΔV以内かどうかを判定する。入出力電圧
差の絶対値が基準値を超える場合には、ステップS30
0に進み、出力保持フラグをクリア(0)して解除し、
図3に示すメインルーチンに復帰する。
In step S290, it is determined whether the absolute value of the voltage difference between the output voltage Vout and the estimated input voltage Vin 'is within a predetermined reference value ΔV. If the absolute value of the input / output voltage difference exceeds the reference value, step S30
0, clear (0) and release the output holding flag,
It returns to the main routine shown in FIG.

【0047】一方、入出力電圧差の絶対値が基準値以下
の場合には、そのまま図3に示すメインルーチンに復帰
する。図3に移り、ステップS30では、保持フラグが
セット状態(1)かどうかを判定し、保持フラグが
(1)の場合にはステップS40に進み、出力保持制御
を行い、入出力電圧の大小関係が元に戻るのを待つ。
On the other hand, when the absolute value of the input / output voltage difference is equal to or smaller than the reference value, the process returns to the main routine shown in FIG. Referring to FIG. 3, in step S30, it is determined whether the holding flag is in the set state (1). If the holding flag is (1), the process proceeds to step S40, where output holding control is performed, and the magnitude relationship between the input and output voltages is performed. Wait for him to come back.

【0048】一方、保持フラグがセット状態(1)では
ない場合にはステップS50に進み、通常制御を行い、
処理を終了する。すなわち、通常制御としては、DC/
DCコンバータ21の入出力側に設けられた電圧検出部
23,25で検出される入力電圧Vinと出力電圧Vout
を比較する。
On the other hand, if the holding flag is not in the set state (1), the process proceeds to step S50, where normal control is performed, and
The process ends. That is, as the normal control, DC /
The input voltage Vin and the output voltage Vout detected by the voltage detection units 23 and 25 provided on the input / output side of the DC converter 21.
Compare.

【0049】Vin < Vout となり、入力電圧Vinの方が出力電圧Vout より低い場
合には、DC/DCコンバータ21に昇圧動作を行せる
ため、CNT1によりトランジスタTr1をON制御し
た状態で、所望の電流Iが流れるように、あるデューテ
ィ比の矩形波からなるCNT3をトランジスタTr3に
出力してスイッチング動作させる。この結果、トランジ
スタTr3がON制御時に、スタック15から入力され
る電力がインダクタL1に充電され、トランジスタTr
3がOFF制御時に、インダクタL1から電力が放電さ
れてコンデンサC3の端子間電圧に加わり昇圧される。
When Vin <Vout, and the input voltage Vin is lower than the output voltage Vout, the DC / DC converter 21 can perform a boosting operation. The CNT3 composed of a rectangular wave having a certain duty ratio is output to the transistor Tr3 so that I flows so as to perform a switching operation. As a result, when the transistor Tr3 is turned on, the power input from the stack 15 is charged in the inductor L1 and the transistor Tr3 is turned on.
When the switch 3 is OFF, power is discharged from the inductor L1 and added to the voltage between the terminals of the capacitor C3 to be boosted.

【0050】一方、入力電圧Vinと出力電圧Vout を比
較して、 Vin > Vout となり、入力電圧Vinの方が出力電圧Vout より高い場
合には、DC/DCコンバータ21に降圧動作を行せる
ため、まず、CNT3によりトランジスタTr3をOF
F制御し、所望の電流Iが流れるように、あるデューテ
ィ比の矩形波からなるCNT1をトランジスタTr1に
出力してスイッチング動作させる。この結果、トランジ
スタTr1がON制御時に、スタック15から入力され
る電力がインダクタL1、ダイオードD3を介してコン
デンサC3に充電され、トランジスタTr1がOFF制
御時に、コンデンサC3から電力が放電されてコンデン
サC3の端子間電圧が降圧される。
On the other hand, the input voltage Vin is compared with the output voltage Vout, and it becomes Vin> Vout. If the input voltage Vin is higher than the output voltage Vout, the DC / DC converter 21 can perform a step-down operation. First, the transistor Tr3 is turned off by CNT3.
F control is performed, and CNT1 composed of a rectangular wave having a certain duty ratio is output to the transistor Tr1 to perform a switching operation so that a desired current I flows. As a result, when the transistor Tr1 is turned on, the power input from the stack 15 is charged into the capacitor C3 via the inductor L1 and the diode D3. When the transistor Tr1 is turned off, the power is discharged from the capacitor C3 and the capacitor C3 is discharged. The voltage between terminals is reduced.

【0051】第1の実施の形態に関する効果は、DC/
DCコンバータ21の入力側および出力側の入力電圧お
よび出力電圧を電圧検出部23,25で検出するように
しておき、検出された入力電圧と出力電圧との電圧差が
所定の範囲内にある場合に、スタック7の出力電圧を一
定値に固定するように制御することで、DC/DCコン
バータ21が昇圧変換と降圧変換との切替領域で動作し
ているときでも一方の変換動作により出力電圧を固定す
ることができる。この結果、切替制御の判断情報となる
入出力電圧やスタック電流等の検出誤差によって、適切
な切替制御が阻害されることを防止でき、十分な運転性
能を引き出すことができる。
The effect of the first embodiment is that DC /
The input voltage and the output voltage on the input side and the output side of the DC converter 21 are detected by the voltage detection units 23 and 25, and the voltage difference between the detected input voltage and the output voltage is within a predetermined range. In addition, by controlling the output voltage of the stack 7 to be fixed to a constant value, even when the DC / DC converter 21 is operating in the switching region between the step-up conversion and the step-down conversion, the output voltage is controlled by one of the conversion operations. Can be fixed. As a result, it is possible to prevent appropriate switching control from being disturbed by detection errors of the input / output voltage and the stack current, etc., which serve as the switching control determination information, and to obtain sufficient driving performance.

【0052】また、スタック7の出力電流を一定値にな
るように制御することで、スタック7の出力電圧を一定
値に固定することができる。また、DC/DCコンバー
タ21は、スタック7の出力電圧を一定値に固定した後
に、スタック7に所望される出力としたときの出力電圧
を推定し、この推定出力電圧とDC/DCコンバータ2
1の出力電圧値との電圧差が所定値以上の場合には、ス
タック7の出力電圧を一定値に固定する制御を解除する
ことで、DC/DCコンバータ21が一方の変換動作か
ら他方の変換動作に移行することができる。
Further, by controlling the output current of the stack 7 to a constant value, the output voltage of the stack 7 can be fixed at a constant value. Further, after fixing the output voltage of the stack 7 to a constant value, the DC / DC converter 21 estimates an output voltage when a desired output is obtained for the stack 7, and the estimated output voltage and the DC / DC converter 2
In the case where the voltage difference from the output voltage value of the stack 1 is equal to or more than the predetermined value, the control for fixing the output voltage of the stack 7 to a constant value is released, so that the DC / DC converter 21 switches from one conversion operation to the other conversion operation. Move to operation.

【0053】また、改質器3に設けられスタック7から
排出される排水素を排水素燃焼器で燃焼するようにして
おき、排水素燃焼器の温度を温度センサ17で検出して
おく。ここで、排水素燃焼器の温度が所定の温度範囲以
外にある場合に、スタック7の出力電圧を一定値に固定
する制御を解除することで、スタック7は要求電力値に
応じて発電して水素量を消費することで、排水素燃焼器
へ入る水素量を元に戻し、排水素燃焼器の温度が予め定
められた範囲を超えることを防止することができる。
Further, the exhaust hydrogen discharged from the stack 7 provided in the reformer 3 is burned by the exhaust hydrogen combustor, and the temperature of the exhaust hydrogen combustor is detected by the temperature sensor 17. Here, when the temperature of the exhaust hydrogen combustor is out of the predetermined temperature range, by canceling the control for fixing the output voltage of the stack 7 to a constant value, the stack 7 generates power according to the required power value. By consuming the amount of hydrogen, the amount of hydrogen entering the exhaust hydrogen combustor can be returned to the original, and the temperature of the exhaust hydrogen combustor can be prevented from exceeding a predetermined range.

【0054】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態に係る燃料電池システムの電力制御装置は、図1
に示す第1の実施の形態に対応する燃料電池システムの
電力制御装置と同様の基本的構成を有しており、その説
明を省略することとする。
(Second Embodiment) A power control device for a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG.
Has the same basic configuration as the power control device of the fuel cell system corresponding to the first embodiment shown in FIG.

【0055】次に、図9に示す出力保持解除判定処理に
関するサブルーチンのフローチャートに従って電力制御
装置の制御動作の一部を説明する。なお、図9に示す制
御フローチャートは、図5に示す制御フローチャートと
同様の基本的手順を有しており、同一の手順には同一の
符号を付している。また、図9に示す制御フローチャー
トも、システム制御部15の内部ROMに制御プログラ
ムとして記憶されている。
Next, a part of the control operation of the power control device will be described with reference to a flowchart of a subroutine for the output holding release determination processing shown in FIG. Note that the control flowchart shown in FIG. 9 has the same basic procedure as the control flowchart shown in FIG. 5, and the same procedure is denoted by the same reference numeral. The control flowchart shown in FIG. 9 is also stored as a control program in the internal ROM of the system control unit 15.

【0056】図8(a)に示すように、要求電力値が減
少傾向にある時に、スタック7からの出力を保持する場
合、スタック7からの排水素量が減少する。これは改質
器3で改質された水素が要求電力量に応じて減じる一方
で、スタック7の出力電力をある一定値に保持するた
め、スタック7に供給される水素に対し電力に変換され
た割合、すなわち、消費した水素の割合(以下、水素利
用率という)が増加することによる。
As shown in FIG. 8A, when the output from the stack 7 is held while the required power value is decreasing, the amount of hydrogen discharged from the stack 7 decreases. This is because while the hydrogen reformed in the reformer 3 is reduced in accordance with the required electric energy, the output power of the stack 7 is converted to electric power for the hydrogen supplied to the stack 7 in order to maintain the output power of the stack 7 at a certain value. That is, the ratio of consumed hydrogen (hereinafter, referred to as hydrogen utilization rate) increases.

【0057】この水素利用率がある限度を超えると、ス
タック7を構成するセル全てに均等に水素の圧力や量が
配分されないなどの理由により、スタック7の出力電圧
が低下するなどの電圧特性が低下してしまう場合が考え
られる。
When the hydrogen utilization exceeds a certain limit, the voltage characteristics such as a decrease in the output voltage of the stack 7 due to the reason that the pressure and amount of hydrogen are not evenly distributed to all the cells constituting the stack 7 are considered. It is conceivable that it will decrease.

【0058】そこで、第2の実施の形態の特徴は、この
水素利用率が限度を超えて上昇することを防止する点に
ある。詳しくは、図9において、ステップS253で
は、水素利用率Srを算出する。すなわち、図1に示す
改質器3からスタック7に供給される水素経路、スタッ
ク7から排出される排水素の水素経路にそれぞれ水素流
量計(図示せず)を設け、両検出値の流量差から利用率
Srを算出する。
Therefore, a feature of the second embodiment is that the hydrogen utilization is prevented from rising beyond the limit. Specifically, in FIG. 9, in step S253, the hydrogen utilization rate Sr is calculated. That is, a hydrogen flow meter (not shown) is provided in each of a hydrogen path supplied to the stack 7 from the reformer 3 and a hydrogen path of hydrogen discharged from the stack 7 shown in FIG. Is used to calculate the utilization rate Sr.

【0059】そして、ステップS255では、算出され
た水素利用率Srが予め定められた基準値Sr’を超え
たかどうかを判断する。ここで、水素利用率Srが予め
定められた基準値Sr’を超えた場合には、ステップS
300に進み、スタック7の出力保持フラグをクリア
(0)して解除する。
Then, in a step S255, it is determined whether or not the calculated hydrogen utilization rate Sr exceeds a predetermined reference value Sr '. Here, when the hydrogen utilization rate Sr exceeds the predetermined reference value Sr ′, the step S
Proceeding to 300, the output holding flag of the stack 7 is cleared (0) and released.

【0060】一方、水素利用率Srが予め定められた基
準値Sr’を超えてなければ出力保持フラグはセット状
態(1)に継続して保持される。なお、ステップS25
3,S255に代わって、スタック7の出力電圧の変化
を検出して水素利用率が限度を超えて上昇したことを推
定してもよい。これはスタック7の出力電流を一定値に
維持している場合で、十分な水素量がスタック7に供給
されているときに、スタック7の出力電圧も一定値に維
持されているので、改質器3から供給される水素量が相
対的に減少すると、スタック7の出力電圧が低下するな
どの電圧特性が変化することを利用するものである。
On the other hand, if the hydrogen utilization ratio Sr does not exceed the predetermined reference value Sr ', the output holding flag is kept in the set state (1). Step S25
3. Instead of S255, a change in the output voltage of the stack 7 may be detected to estimate that the hydrogen utilization rate has risen beyond the limit. This is a case where the output current of the stack 7 is maintained at a constant value. When a sufficient amount of hydrogen is supplied to the stack 7, the output voltage of the stack 7 is also maintained at a constant value. This is based on the fact that when the amount of hydrogen supplied from the vessel 3 relatively decreases, the voltage characteristics such as the output voltage of the stack 7 decreases.

【0061】スタック7の出力保持中にスタックの出力
電圧、すなわち、DC/DCコンバータ21の入力電圧
Vinの変化を検出し、予め定められた値以上の低下幅を
検出した場合、水素利用率Srがある限度を超えて上昇
したと判断する。なお、ステップS253&S255に
おいて、水素利用率Srが予め定められた基準値Sr’
を超えたと判断した場合に、スタック7の出力保持フラ
グをクリア(0)して解除するように選択しているが、
改質器3からスタック7に供給される水素量をその時点
での水素量に維持してもよい。
While the output of the stack 7 is being held, a change in the output voltage of the stack, that is, a change in the input voltage Vin of the DC / DC converter 21 is detected. Judge that it has risen above a certain limit. In steps S253 & S255, the hydrogen utilization rate Sr is set to a predetermined reference value Sr '.
Is selected to clear (0) and release the output holding flag of the stack 7 when it is determined that the
The amount of hydrogen supplied to the stack 7 from the reformer 3 may be maintained at the amount of hydrogen at that time.

【0062】具体的には、スタック7の出力保持を解除
するときの判断に用いる水素利用率Srより小さい閾値
Sr”を別途に設定しておき、水素利用率Srがこの閾
値を超えたと判断したときに、改質器3を要求電力値に
応じて制御するのを一旦停止し、その時点での水素生成
量で改質器3の運転を継続する。これにより水素利用率
Srを前記閾値Sr”前後の値に保つことが可能とな
り、スタック7の出力保持を継続することができる。
More specifically, a threshold value Sr "smaller than the hydrogen usage rate Sr used for the determination when releasing the output holding of the stack 7 is separately set, and it is determined that the hydrogen usage rate Sr has exceeded this threshold value. At this time, the control of the reformer 3 in accordance with the required power value is temporarily stopped, and the operation of the reformer 3 is continued with the hydrogen generation amount at that time, whereby the hydrogen utilization rate Sr is reduced to the threshold value Sr. It is possible to keep the value before and after "", and the output holding of the stack 7 can be continued.

【0063】スタック7の出力電圧で水素利用率Srを
推定する場合は、スタック出力保持解除を判断するため
の電圧の変化幅より小さい電圧変化幅の閾値を別途設定
し、この閾値を超えた時点の水素生成量を保つことで表
現される。この場合の改質器3の制御は、スタック7の
出力保持が解除された時点で、生成量の目標値をシステ
ムから求まる要求電力値に応じた値に戻すのが適当であ
る。
When estimating the hydrogen utilization rate Sr from the output voltage of the stack 7, a threshold of a voltage change width smaller than the voltage change width for judging release of stack output holding is separately set. Is expressed by keeping the amount of hydrogen generated. In this case, it is appropriate to control the reformer 3 to return the target value of the generation amount to a value corresponding to the required power value obtained from the system when the output holding of the stack 7 is released.

【0064】第2の実施の形態に関する効果は、第1の
実施の形態に関する効果に加えて、スタック7の入力側
および出力側の水素量を検出しておき、検出された水素
量に基づいて、スタック7での水素利用率を算出し、こ
の水素利用率が所定値を超えた場合に、スタック7の出
力電圧を一定値に固定する制御を解除することで、DC
/DCコンバータ21が一方の変換動作から他方の変換
動作に移行することができる。
The effect of the second embodiment is the same as the effect of the first embodiment. In addition, the amounts of hydrogen on the input side and the output side of the stack 7 are detected, and based on the detected amount of hydrogen. , The hydrogen utilization rate in the stack 7 is calculated, and when the hydrogen utilization rate exceeds a predetermined value, the control for fixing the output voltage of the stack 7 to a constant value is released, whereby DC
The / DC converter 21 can shift from one conversion operation to the other conversion operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの電力制御装置のシステム構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a power control device of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】電力制御部9を構成するDC/DCコンバータ
21の具体的構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of a DC / DC converter 21 constituting the power control unit 9;

【図3】メイン制御フローを表すフローチャートであ
る。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a main control flow.

【図4】出力保持判定処理の詳細を表すサブルーチンの
フローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart of a subroutine representing details of an output holding determination process.

【図5】出力保持解除判定処理の詳細を表すサブルーチ
ンのフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart of a subroutine representing details of an output holding release determination process.

【図6】スタックの電流−電圧特性を示すグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics of a stack.

【図7】要求電力量が増加する場合のスタック出力電力
(a)、スタック電圧(b)、排水素量(c)の時間変
化の一例を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a change over time of a stack output power (a), a stack voltage (b), and a discharged hydrogen amount (c) when a required power amount increases.

【図8】要求電力量が減少する場合のスタック出力電力
(a)、スタック電圧(b)、排水素量(c)の時間変
化の一例を示した図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a change over time of a stack output power (a), a stack voltage (b), and a discharged hydrogen amount (c) when a required power amount decreases.

【図9】出力保持解除判定処理の詳細を表すサブルーチ
ンのフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart of a subroutine showing details of an output holding release determination process.

【図10】従来のDC/DCコンバータの具体的構成を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a specific configuration of a conventional DC / DC converter.

【図11】従来のDC/DCコンバータを構成するトラ
ンジスタTr101,Tr103のベースに加える制御
信号のデューティ比と昇降圧比との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 11 is a graph showing a relationship between a duty ratio of a control signal applied to bases of transistors Tr101 and Tr103 constituting a conventional DC / DC converter and a step-up / step-down ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料タンク 3 改質器 5 コンプレッサ 7 スタック 9 電力制御部 11 電力貯蔵部 13 負荷 15 システム制御部 17 温度センサ 21 DC/DCコンバータ 23,25 電圧検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel tank 3 Reformer 5 Compressor 7 Stack 9 Electric power control part 11 Electric power storage part 13 Load 15 System control part 17 Temperature sensor 21 DC / DC converter 23, 25 Voltage detection part

フロントページの続き Fターム(参考) 5H027 BA01 BA09 KK31 KK41 KK54 MM26 5H115 PG04 PI16 PI18 PI29 PU01 PV02 PV23 QN03 SE06 SJ12 SJ13 TI10 TO13 TO21 TO23 5H420 BB12 CC03 DD01 EA10 EB26 EB37 FF03 FF22 FF26 GG07Continued on the front page F term (reference) 5H027 BA01 BA09 KK31 KK41 KK54 MM26 5H115 PG04 PI16 PI18 PI29 PU01 PV02 PV23 QN03 SE06 SJ12 SJ13 TI10 TO13 TO21 TO23 5H420 BB12 CC03 DD01 EA10 EB26 EB37 FF03 FF22 FF26 GG

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料を改質して水素を含む改質ガスを生
成する改質器と、 空気を圧縮する圧縮器と、 改質器から供給される改質ガスと圧縮器から供給される
空気とを用いて発電する燃料電池と、 燃料電池から出力される電力を要求指令に応じて昇圧変
換または降圧変換する電力制御手段と、 電力制御手段から出力される電力を貯蔵する電力貯蔵手
段と、 電力貯蔵手段と並列に接続され、電力制御手段から出力
される電力を運転状況に応じて消費する負荷とを備え、 前記電力制御手段の入力側および出力側の入力電圧およ
び出力電圧を検出する電圧検出手段と、 電圧検出手段により検出された入力電圧と出力電圧との
電圧差を算出する算出手段と、 算出手段により算出された電圧差が所定の範囲内にある
場合に、前記燃料電池の出力電圧を一定値に固定するよ
うに制御する固定制御手段とを備えたことを特徴とする
燃料電池システムの出力制御装置。
1. A reformer for reforming a fuel to generate a reformed gas containing hydrogen, a compressor for compressing air, a reformed gas supplied from the reformer, and supplied from the compressor. A fuel cell that generates power using air, a power control unit that performs step-up or step-down conversion of the power output from the fuel cell according to a request command, and a power storage unit that stores the power output from the power control unit. A load connected in parallel with the power storage means and consuming power output from the power control means in accordance with an operating condition; detecting an input voltage and an output voltage on an input side and an output side of the power control means; Voltage detecting means, calculating means for calculating a voltage difference between the input voltage and the output voltage detected by the voltage detecting means, and when the voltage difference calculated by the calculating means is within a predetermined range, Output voltage Output control device of the fuel cell system is characterized in that a fixed control means for controlling so as to fix the value.
【請求項2】 前記固定制御手段は、 前記燃料電池の出力電流を一定値になるように制御する
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システムの出
力制御装置。
2. The output control device for a fuel cell system according to claim 1, wherein the fixed control unit controls the output current of the fuel cell to be a constant value.
【請求項3】 前記電力制御手段は、 前記燃料電池の出力電圧を一定値に固定した後に、前記
燃料電池に所望される出力としたときの出力電圧を推定
する電圧推定手段と、 電圧推定手段により推定された推定出力電圧と、前記電
力制御手段の出力電圧値との電圧差を算出する電圧差算
出手段とを備え、 電圧差算出手段により算出される電圧差が所定値以上の
場合には、前記燃料電池の出力電圧を一定値に固定する
制御を解除することを特徴とする請求項1記載の燃料電
池システムの出力制御装置。
3. The power control means, comprising: a voltage estimation means for fixing an output voltage of the fuel cell to a constant value, and then estimating an output voltage when a desired output of the fuel cell is obtained; And a voltage difference calculating means for calculating a voltage difference between the estimated output voltage estimated by the above and the output voltage value of the power control means. When the voltage difference calculated by the voltage difference calculating means is equal to or more than a predetermined value, 2. The output control device for a fuel cell system according to claim 1, wherein the control for fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value is released.
【請求項4】 前記改質器に設けられ燃料電池から排出
される水素を燃焼する排水素燃焼器と、 排水素燃焼器の温度を検出する温度検出手段とを備え、 前記固定制御手段は、 前記排水素燃焼器の温度が所定の温度範囲以外にある場
合に、前記燃料電池の出力電圧を一定値に固定する制御
を解除することを特徴とする請求項3記載の燃料電池シ
ステムの出力制御装置。
4. An exhaust hydrogen combustor provided in the reformer for burning hydrogen exhausted from a fuel cell, and a temperature detecting unit for detecting a temperature of the exhaust hydrogen combustor, wherein the fixed control unit comprises: 4. The output control of the fuel cell system according to claim 3, wherein the control for fixing the output voltage of the fuel cell to a constant value is released when the temperature of the exhaust hydrogen combustor is out of a predetermined temperature range. apparatus.
【請求項5】 前記燃料電池の入力側および出力側の水
素量を検出する水素量検出手段と、 水素量検出手段により検出された入力側および出力側の
水素量に基づいて、前記燃料電池での水素利用率を算出
する水素利用率算出手段を備え、 前記固定制御手段は、 前記水素利用率算出手段により算出された水素利用率が
所定値を超えた場合に、前記燃料電池の出力電圧を一定
値に固定する制御を解除することを特徴とする請求項3
または4項に記載の燃料電池システムの出力制御装置。
5. A fuel cell, comprising: a hydrogen amount detector for detecting an amount of hydrogen on an input side and an output side of the fuel cell; and a hydrogen amount on the input side and an output side detected by the hydrogen amount detector. A hydrogen utilization rate calculating means for calculating the hydrogen utilization rate of the fuel cell, wherein the fixed control means, when the hydrogen utilization rate calculated by the hydrogen utilization rate calculating means exceeds a predetermined value, the output voltage of the fuel cell 4. The control according to claim 3, wherein the control for fixing the fixed value is released.
Or an output control device for a fuel cell system according to item 4.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004311333A (en) * 2003-04-10 2004-11-04 Nissan Motor Co Ltd Device for controlling power generation amount of fuel cell
JP2006520084A (en) * 2003-03-05 2006-08-31 ザ ジレット カンパニー Fuel cell hybrid power supply
JP2006238589A (en) * 2005-02-24 2006-09-07 Toyota Motor Corp Power system
JP2006286321A (en) * 2005-03-31 2006-10-19 Ricoh Co Ltd Fuel cell system, electronic apparatus equipped with the same, and image formation device
JP2007507063A (en) * 2003-09-23 2007-03-22 ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー Storage of fuel cell energy during startup and shutdown
JP2007213854A (en) * 2006-02-07 2007-08-23 Toyota Motor Corp Output control method of fuel cell device
JP2010004600A (en) * 2008-06-18 2010-01-07 Honda Motor Co Ltd Dc/dc converter device, power system, fuel cell vehicle and method for entering physical values into control unit of dc/dc converter device
CN103612571A (en) * 2013-11-29 2014-03-05 东风小康汽车有限公司重庆分公司 Electric automobile storage battery failure emergency control system
JP2016015855A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 本田技研工業株式会社 Power supply system and fuel cell vehicle
JP2021516527A (en) * 2018-05-15 2021-07-01 オッポ広東移動通信有限公司Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Charged device and charge control method

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006520084A (en) * 2003-03-05 2006-08-31 ザ ジレット カンパニー Fuel cell hybrid power supply
JP2004311333A (en) * 2003-04-10 2004-11-04 Nissan Motor Co Ltd Device for controlling power generation amount of fuel cell
JP2007507063A (en) * 2003-09-23 2007-03-22 ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー Storage of fuel cell energy during startup and shutdown
JP4622578B2 (en) * 2005-02-24 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 Power system
JP2006238589A (en) * 2005-02-24 2006-09-07 Toyota Motor Corp Power system
JP2006286321A (en) * 2005-03-31 2006-10-19 Ricoh Co Ltd Fuel cell system, electronic apparatus equipped with the same, and image formation device
JP2007213854A (en) * 2006-02-07 2007-08-23 Toyota Motor Corp Output control method of fuel cell device
JP2010004600A (en) * 2008-06-18 2010-01-07 Honda Motor Co Ltd Dc/dc converter device, power system, fuel cell vehicle and method for entering physical values into control unit of dc/dc converter device
CN103612571A (en) * 2013-11-29 2014-03-05 东风小康汽车有限公司重庆分公司 Electric automobile storage battery failure emergency control system
JP2016015855A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 本田技研工業株式会社 Power supply system and fuel cell vehicle
JP2021516527A (en) * 2018-05-15 2021-07-01 オッポ広東移動通信有限公司Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Charged device and charge control method
JP7204766B2 (en) 2018-05-15 2023-01-16 オッポ広東移動通信有限公司 Device to be charged and charging control method
US11750018B2 (en) 2018-05-15 2023-09-05 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Device to-be-charged and charging control method

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