JP2002164068A - Fuel cell system - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水素と酸素との化
学反応により電気エネルギー発生させる燃料電池からな
る燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポ
ータブル発電器等の移動体に適用して有効である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system comprising a fuel cell which generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and is effective when applied to a moving body such as a vehicle, a ship and a portable generator. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、水素と酸素（空気）との電気
化学反応を利用して発電を行い、負荷に電力を供給する
燃料電池システムが知られている。例えば、電気自動車
に搭載される燃料電池システムでは、車両走行に必要な
電力を発電するために必要な水素量および酸素量を算出
し、燃料電池にガス供給を行っている。このような燃料
電池は、構成単位であるセルが複数積層されたスタック
構造となっており、各セルは電気的に直列接続され各セ
ルには同じ電流が流れる。2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system which generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen (air) and supplies electric power to a load has been known. For example, in a fuel cell system mounted on an electric vehicle, the amount of hydrogen and the amount of oxygen required to generate electric power required for running the vehicle are calculated, and gas is supplied to the fuel cell. Such a fuel cell has a stack structure in which a plurality of cells as constituent units are stacked, each cell is electrically connected in series, and the same current flows through each cell.
【０００３】図１０は、燃料電池を構成するセルの出力
電圧、出力電流、出力電力の関係を示したセル特性マッ
プである。燃料電池の必要水素量および必要酸素量は、
所定の水素利用率（燃料電池１０に必要とされる理論水
素量に対する燃料電池１０に実際に供給される水素量の
比）λにおけるセル特性マップ上で目標電流Ｉｂｒを求
めた上で算出される。FIG. 10 is a cell characteristic map showing a relationship among an output voltage, an output current, and an output power of a cell constituting a fuel cell. The required amount of hydrogen and the required amount of oxygen for the fuel cell are
The target current Ibr is calculated on the cell characteristic map at a predetermined hydrogen utilization rate (the ratio of the amount of hydrogen actually supplied to the fuel cell 10 to the theoretical amount of hydrogen required for the fuel cell 10) λ. .
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、電気化学反
応で発生した水分の凝縮による有効電極面積の減少等に
より各セルに均等に水素が供給されなくなり、セル間で
電圧分布が生ずる場合がある。このような場合、図１０
の破線で示すように、最も電圧が低いセルが０Ｖ以下ま
で到達して過放電することがある。過放電の状態で大き
な電流を流し続けると、セルを構成している電解質膜が
破損するという問題がある。However, hydrogen may not be evenly supplied to each cell due to a decrease in the effective electrode area due to condensation of water generated by the electrochemical reaction, and a voltage distribution may occur between cells. In such a case, FIG.
As indicated by the broken line, the cell with the lowest voltage may reach 0V or less and overdischarge. If a large current continues to flow in an overdischarged state, there is a problem that the electrolyte membrane constituting the cell is damaged.
【０００５】本発明は、上記問題点に鑑み、燃料電池を
構成する各セルの電圧特性がばらついた場合でも、電圧
低下による過放電を防止できる燃料電池システムを提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing overdischarge due to a voltage drop even when the voltage characteristics of each cell constituting a fuel cell vary.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、水素と酸素の供給によ
り電力を発生する燃料電池（１０）を備え、負荷（２
０）に電力を供給するとともに負荷（２０）の要求電力
量に応じて燃料電池（１０）に対する水素供給量を変更
する燃料電池システムであって、燃料電池（１０）を構
成しているすべてのセル（１０ａ）あるいは燃料電池
（１０）を構成しているセル（１０ａ）のうち選択され
た複数個のセルの出力電圧を検出するセル電圧検出手段
（１７）を備え、セル電圧検出手段（１７）により検出
した複数のセル出力電圧のうち最も低い最低セル電圧
（Ｖｂｍ）が所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）以下の場合に、
最低セル電圧（Ｖｂｍ）が所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）よ
り大きくなるように燃料電池（１０）への水素供給量を
所定量増加させることを特徴としている。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell (10) for generating electric power by supplying hydrogen and oxygen is provided, and a load (2) is provided.
0) and changes the amount of hydrogen supplied to the fuel cell (10) in accordance with the required amount of power of the load (20), wherein all of the fuel cells constituting the fuel cell (10) are provided. A cell voltage detecting means (17) for detecting output voltages of a plurality of cells selected from the cells (10a) or the cells (10a) constituting the fuel cell (10); ), The lowest minimum cell voltage (Vbm) of the plurality of cell output voltages detected is equal to or lower than a predetermined lower limit voltage (Vmin).
The hydrogen supply amount to the fuel cell (10) is increased by a predetermined amount so that the minimum cell voltage (Vbm) becomes higher than a predetermined lower limit voltage (Vmin).
【０００７】これにより、燃料電池（１０）の各セル
（１０ａ）の特性がばらついて、最低セル電圧（Ｖｂ
ｍ）が所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）以下となった場合であ
っても、燃料電池（１０）への水素供給量を増加させる
ことで最低セル電圧（Ｖｂｍ）を上昇させることがで
き、セルの過放電を防止することができる。As a result, the characteristics of each cell (10a) of the fuel cell (10) vary, and the minimum cell voltage (Vb
m) becomes equal to or lower than the predetermined lower limit voltage (Vmin), the minimum cell voltage (Vbm) can be increased by increasing the amount of hydrogen supplied to the fuel cell (10), and the excess Discharge can be prevented.
【０００８】また、請求項２に記載の発明では、セル
（１０ａ）の出力電流と、出力電圧と、燃料電池（１
０）が所定電力を発電するのに必要な理論水素量に対す
る燃料電池（１０）に実際に供給される水素量の比であ
る水素利用率とが予め関係付けられたマップに基づい
て、所定水素利用率（λ）における水素供給量を算出す
る制御部（３０）を備え、制御部（３０）は、最低セル
電圧（Ｖｂｍ）および所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）に基づ
いて所定水素利用率（λ）を算出することを特徴として
いる。According to the second aspect of the present invention, the output current of the cell (10a), the output voltage, the fuel cell (1
0) is a predetermined hydrogen based on a map in which a hydrogen utilization rate, which is a ratio of the amount of hydrogen actually supplied to the fuel cell (10) to the theoretical amount of hydrogen required to generate predetermined power, is preliminarily related. A control unit (30) for calculating a hydrogen supply amount at the utilization rate (λ), wherein the control unit (30) determines a predetermined hydrogen utilization rate (λ) based on the minimum cell voltage (Vbm) and the predetermined lower limit voltage (Vmin). Is calculated.
【０００９】このように、最低セル電圧（Ｖｂｍ）およ
び下限電圧（Ｖｍｉｎ）に基づいて水素利用率（λ）を
再設定することで、最低セル電圧（Ｖｂｍ）が下限電圧
（Ｖｍｉｎ）以下とならない範囲で、水素利用率（λ）
を常に効率のよい値に設定することができる。また、水
素利用率（λ）を最低セル電圧（Ｖｂｍ）と下限電圧
（Ｖｍｉｎ）との関係に基づいて水素利用率（λ）を常
に変動させることで、最低セル電圧（Ｖｂｍ）が下限電
圧（Ｖｍｉｎ）以下とならないように常に余裕を持たせ
て水素利用率λを固定値にする場合に比較して、水素利
用効率のよい運転が可能となる。As described above, by resetting the hydrogen utilization rate (λ) based on the minimum cell voltage (Vbm) and the lower limit voltage (Vmin), the minimum cell voltage (Vbm) does not become lower than the lower limit voltage (Vmin). Range, hydrogen utilization (λ)
Can always be set to an efficient value. Also, by constantly varying the hydrogen utilization rate (λ) based on the relationship between the minimum cell voltage (Vbm) and the lower limit voltage (Vmin), the minimum cell voltage (Vbm) is reduced to the lower limit voltage (Vbm). Vmin) or less, and an operation with high hydrogen utilization efficiency can be performed as compared with a case where the hydrogen utilization rate λ is always set to a fixed value so as not to fall below Vmin).
【００１０】また、請求項３に記載の発明では、目標電
流（Ｉｂｒ）および水素利用率（λ）の所定時間当たり
の変化量に制限を設けたことを特徴としている。これに
より、目標電流値（Ｉｂｒ）と水素利用率λが急激に変
動するのを避けることができ、システムの安全性を向上
させることができる。Further, the invention according to claim 3 is characterized in that the target current (Ibr) and the hydrogen utilization (λ) are limited in the amount of change per predetermined time. As a result, the target current value (Ibr) and the hydrogen utilization rate λ can be prevented from suddenly changing, and the safety of the system can be improved.
【００１１】また、請求項４に記載の発明のように、燃
料電池（１０）と並列に接続された２次電池（２２）を
備え、負荷（２０）の要求電力量が燃料電池（１０）の
最大発電量を超える場合には、負荷（２０）の要求電力
量に対して最大発電量で不足する電力量を、２次電池
（２２）から負荷（２０）に供給するように構成するこ
とができる。The fuel cell system according to the present invention further includes a secondary battery (22) connected in parallel with the fuel cell (10). If the maximum power generation exceeds the maximum power generation, the secondary battery (22) supplies the load (20) with the power shortage at the maximum power generation with respect to the required power of the load (20). Can be.
【００１２】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。The reference numerals in parentheses of the above-mentioned means indicate the correspondence with the concrete means described in the embodiments described later.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
適用した第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明す
る。本実施形態は、本発明の燃料電池システムを電気自
動車に適用したものである。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the present embodiment, the fuel cell system of the present invention is applied to an electric vehicle.
【００１４】図１は、本実施形態の燃料電池システムの
全体構成を示している。図１に示すように、本実施形態
の燃料電池システムには、燃料電池（ＦＣスタック）１
０、２次電池２２、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧調整手
段）２３、制御部（ＥＣＵ）３０等が設けられ、車両走
行用モータ（負荷）２０に電力供給するように構成され
ている。FIG. 1 shows the overall configuration of a fuel cell system according to this embodiment. As shown in FIG. 1, a fuel cell (FC stack) 1
0, a secondary battery 22, a DC / DC converter (voltage adjusting means) 23, a control unit (ECU) 30, and the like are provided so as to supply power to a vehicle traveling motor (load) 20.
【００１５】ＦＣスタック１０は、固体高分子電解質型
の燃料電池であり、電解質膜が一対の電極で挟まれたセ
ルが多数積層されたスタック構造となっている。ＦＣス
タック１０の負極側には水素供給部１１より水素供給通
路１２を介して水素が供給され、正極側にはエア供給部
１４より空気供給通路１５を介して空気（酸素）が供給
されるように構成されている。ＦＣスタック１０では、
以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギ
が発生する。 （負極側）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- （正極側）２Ｈ+＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ 水素供給通路１２にはＦＣスタック１０に供給される水
素量を検出する水素流量検出装置１３が設けられてお
り、空気供給通路１５にはＦＣスタック１０に供給され
る空気量を検出する空気流量検出装置１６が設けられて
いる。水素流量検出装置１５および空気流量検出装置１
６は、それぞれのセンサ信号を制御部３０に出力する。The FC stack 10 is a solid polymer electrolyte type fuel cell, and has a stack structure in which a large number of cells having an electrolyte membrane sandwiched between a pair of electrodes are stacked. Hydrogen is supplied from the hydrogen supply unit 11 through the hydrogen supply passage 12 to the negative electrode side of the FC stack 10, and air (oxygen) is supplied from the air supply unit 14 through the air supply passage 15 to the positive electrode side. Is configured. In the FC stack 10,
The following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs to generate electric energy. (Negative electrode side) H 2 → 2H + + 2e − (positive electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O In the hydrogen supply passage 12, a hydrogen flow rate detecting device 13 for detecting an amount of hydrogen supplied to the FC stack 10 The air supply passage 15 is provided with an air flow detecting device 16 for detecting the amount of air supplied to the FC stack 10. Hydrogen flow detector 15 and air flow detector 1
6 outputs each sensor signal to the control unit 30.
【００１６】図２はＦＣスタック１０の拡大概略図を示
している。図２に示すようにＦＣスタック１０を構成す
る各セル１０ａは電気的に直列接続されている。ＦＣス
タック１０には、ＦＣスタック１０を構成するセル１０
ａの出力電圧値Ｖｂを検出する電圧センサ（セル電圧検
出手段）１７と出力電流値Ｉｂを検出する電流センサ
（電流検出手段）１８が設けられている。電圧センサ１
７は、ＦＣスタック１０を構成する各セル１０ａの電圧
Ｖｂ1〜Ｖｂｎを検出できるように構成されている。電
圧センサ１７および電流センサ１８は、それぞれのセン
サ信号を制御部３０に出力する。FIG. 2 is an enlarged schematic view of the FC stack 10. As shown in FIG. 2, the cells 10a constituting the FC stack 10 are electrically connected in series. The FC stack 10 includes cells 10 constituting the FC stack 10.
A voltage sensor (cell voltage detection means) 17 for detecting the output voltage value Vb of a and a current sensor (current detection means) 18 for detecting the output current value Ib are provided. Voltage sensor 1
7 is configured so as to detect a voltage Vb 1 ~Vbn of each cell 10a constituting the FC stack 10. The voltage sensor 17 and the current sensor 18 output respective sensor signals to the control unit 30.
【００１７】図３は、ＦＣスタック１０に供給される水
素流量を固定した場合の、セル１０ａの電流−電圧特性
を示している。図３に示すように水素流量が一定の場合
には、セル１０ａの電流−電圧特性ＩＶ１〜ＩＶ４は直
線状となる。ＩＶ１→ＩＶ４に向けて水素流量は増加し
ている。これらの電流−電圧特性ＩＶ１〜ＩＶ４を延長
した見かけ上の開放電圧を理論開放電圧Ｖｏとする。本
第１実施形態では、理論開放電圧Ｖｏを１．３Ｖとす
る。なお、図３中の曲線はセル１０ａの出力電力が等し
くなる等電力曲線である。FIG. 3 shows current-voltage characteristics of the cell 10a when the flow rate of hydrogen supplied to the FC stack 10 is fixed. As shown in FIG. 3, when the hydrogen flow rate is constant, the current-voltage characteristics IV1 to IV4 of the cell 10a become linear. The flow rate of hydrogen increases from IV1 to IV4. An apparent open circuit voltage obtained by extending these current-voltage characteristics IV1 to IV4 is defined as a theoretical open circuit voltage Vo. In the first embodiment, the theoretical open voltage Vo is set to 1.3V. Note that the curve in FIG. 3 is an equal power curve in which the output power of the cell 10a is equal.
【００１８】図４は、ＦＣスタック１０を構成するセル
１０ａの出力電力Ｐと出力電流Ｉとの関係を示してい
る。図４に示すように、出力電力−出力電流特性は水素
利用率λに依存している。水素利用率λは、ＦＣスタッ
ク１０が所定電力を発電するのに必要な理論水素量に対
してＦＣスタック１０に実際に供給される水素量の比で
あり、水素利用率λ＝（理論上ＦＣスタック１０に必要
な水素量）／（実際にＦＣスタック１０に供給される水
素量）＝（１／水素過剰率）で得られる。図４に示すよ
うに、水素利用率λが高いほど出力電力Ｐに対する出力
電流Ｉは小さくなり、水素利用率λが低いほど出力電力
Ｐに対する出力電流Ｉは大きくなる。FIG. 4 shows the relationship between the output power P and the output current I of the cell 10a constituting the FC stack 10. As shown in FIG. 4, the output power-output current characteristic depends on the hydrogen utilization rate λ. The hydrogen utilization rate λ is the ratio of the amount of hydrogen actually supplied to the FC stack 10 to the theoretical amount of hydrogen required for the FC stack 10 to generate predetermined power, and the hydrogen utilization rate λ = (theoretically FC The amount of hydrogen required for the stack 10 / (the amount of hydrogen actually supplied to the FC stack 10) = (1 / hydrogen excess ratio). As shown in FIG. 4, the output current I for the output power P decreases as the hydrogen utilization rate λ increases, and the output current I for the output power P increases as the hydrogen utilization rate λ decreases.
【００１９】図５は、ＦＣスタック１０を構成するセル
１０ａの出力電圧Ｖ、出力電流Ｉ、出力電力Ｐの関係を
示したマップである。所定の水素利用率λ（例えば８０
％）におけるマップ上でＦＣスタック１０の出力制御が
行われる。図５のマップに基づいて、車両走行に必要と
なる要求出力電力Ｐｔおよび水素利用率λから目標電流
値を算出することができる。FIG. 5 is a map showing the relationship between the output voltage V, the output current I, and the output power P of the cell 10a constituting the FC stack 10. A predetermined hydrogen utilization rate λ (for example, 80
%), The output control of the FC stack 10 is performed on the map. Based on the map of FIG. 5, the target current value can be calculated from the required output power Pt and the hydrogen utilization rate λ required for running the vehicle.
【００２０】また、図５に示すように、ＦＣスタック１
０には、セル電圧Ｖｂ1〜Ｖｂｎの所定下限電圧Ｖｍｉ
ｎが予め設定されている。所定下限電圧Ｖｍｉｎは、セ
ル電圧Ｖｂ1〜Ｖｂｎが０Ｖ以下まで低下して、過放電
によりセルを構成する電解質膜が破壊されるのを防止す
るために設定された値である。下限電圧Ｖｍｉｎは０Ｖ
より大きい値で任意に設定できるが、本実施形態の制御
を行ってから実際にセル電圧Ｖｂ1〜Ｖｂｎが変動する
までに若干のタイムラグがあることから、下限電圧Ｖｍ
ｉｎは余裕を持たせて設定することが望ましい。本第１
実施形態では下限電圧Ｖｍｉｎを０．５Ｖと設定してい
る。Further, as shown in FIG.
The 0, the predetermined lower limit voltage of the cell voltage Vb 1 ~Vbn Vmi
n is set in advance. The predetermined lower limit voltage Vmin is a value set in order to prevent the cell voltages Vb 1 to Vbn from being reduced to 0 V or less, and to prevent the electrolyte membrane constituting the cell from being destroyed by overdischarge. The lower limit voltage Vmin is 0V
Although it can be arbitrarily set to a larger value, there is a slight time lag from the time when the control of the present embodiment is performed to the time when the cell voltages Vb 1 to Vbn actually fluctuate.
It is desirable that in is set with a margin. Book first
In the embodiment, the lower limit voltage Vmin is set to 0.5V.
【００２１】ＦＣスタックにて発生した直流電力は、イ
ンバータ２１で交流電流に変換され走行用モータ２０に
供給される。これにより、モータ２０は車輪駆動力を発
生させ車両を走行させる。また、本実施形態の燃料電池
システムでは、２次電池（バッテリ）２２がＦＣスタッ
ク１０と電気的に並列接続されており、ＦＣスタック１
０とともに２次電池２２からもモータ２０に電力を供給
するように構成されている。２次電池２２としては、例
えば一般的な鉛蓄電池を用いることができる。２次電池
２２には、２次電池２２の充電量（ＳＯＣ）を検出する
ＳＯＣセンサ（図示せず）が設けられており、制御部３
０にＳＯＣ信号を出力する。The DC power generated by the FC stack is converted into an AC current by an inverter 21 and supplied to a traveling motor 20. As a result, the motor 20 generates wheel driving force to cause the vehicle to travel. In the fuel cell system of the present embodiment, the secondary battery (battery) 22 is electrically connected in parallel with the FC stack 10, and
It is configured to supply electric power to the motor 20 from the secondary battery 22 together with 0. As the secondary battery 22, for example, a general lead storage battery can be used. The secondary battery 22 is provided with an SOC sensor (not shown) for detecting the state of charge (SOC) of the secondary battery 22.
The SOC signal is output to 0.
【００２２】ＦＣスタック１０と２次電池２２とを並列
に接続してモータ２０に電力供給する場合、両者の電位
を等しくする必要がある。そこで、本実施形態ではＦＣ
スタック１０側に電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ
２３を設け、ＦＣスタック１０の電圧が２次電池２２と
同じ電圧になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３にて
電圧変換を行っている。このような構成により、ＦＣス
タック１０と２次電池２２とで、モータ２０への電力供
給分担を行うことができる。When power is supplied to the motor 20 by connecting the FC stack 10 and the secondary battery 22 in parallel, it is necessary to equalize the potentials of the two. Therefore, in this embodiment, FC
A DC / DC converter 23 for performing voltage conversion is provided on the stack 10 side, and the DC / DC converter 23 performs voltage conversion so that the voltage of the FC stack 10 becomes the same voltage as the secondary battery 22. With such a configuration, power supply to the motor 20 can be shared between the FC stack 10 and the secondary battery 22.
【００２３】本実施形態の燃料電池システムでは、車両
走行に必要となる走行要求電力Ｐｔに対してＦＣスタッ
ク１０からの電力で不足する場合には、２次電池２２よ
り不足分の電力が供給（放電）される。また、走行要求
電力Ｐｔに対してＦＣスタック１０からの電力が余剰す
る場合には、２次電池２２に余剰分の電力が蓄積（充
電）される。In the fuel cell system of the present embodiment, if the power required from the FC stack 10 is insufficient for the required traveling power Pt required for traveling of the vehicle, the insufficient power is supplied from the secondary battery 22 ( Discharge). When the power from the FC stack 10 surpluses the required traveling power Pt, the surplus power is stored (charged) in the secondary battery 22.
【００２４】本実施形態の燃料電池システムには、各種
制御を行う制御部３０が設けられている。制御部３０に
は、ＦＣスタック１０への水素供給量および空気供給
量、ＦＣスタック１０の出力電圧Ｖｂおよび出力電流Ｉ
ｂ、ＳＯＣ信号、アクセル開度、車速等が入力され、水
素供給部１１、エア供給部１４、インバータ２１、ＤＣ
／ＤＣコンバータ２３に制御信号を出力するように構成
されている。また制御部３０は、上記図５で示したＦＣ
スタック１０を構成するセル１０ａの出力電力Ｐ、出力
電流Ｉ、出力電圧Ｖ、水素利用率λとが予め関係付けら
れたセル特性マップを備えている。The fuel cell system according to the present embodiment is provided with a control unit 30 for performing various controls. The control unit 30 includes a hydrogen supply amount and an air supply amount to the FC stack 10, an output voltage Vb and an output current I of the FC stack 10.
b, the SOC signal, the accelerator opening, the vehicle speed, and the like are input, and the hydrogen supply unit 11, the air supply unit 14, the inverter 21, the DC
It is configured to output a control signal to the / DC converter 23. Further, the control unit 30 controls the FC shown in FIG.
A cell characteristic map is provided in which the output power P, the output current I, the output voltage V, and the hydrogen utilization rate λ of the cells 10a constituting the stack 10 are related in advance.
【００２５】以下、本第１実施形態の燃料電池システム
の作動を図５、図６に基づいて説明する。図６は制御部
３０が行う制御手順を示すフローチャートである。図６
に示すように下限電圧Ｖｍｉｎ＝０．５Ｖ、理論開放電
圧Ｖｏ＝１．３Ｖとする。The operation of the fuel cell system according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart illustrating a control procedure performed by the control unit 30. FIG.
As shown in the figure, the lower limit voltage Vmin is set to 0.5 V and the theoretical open voltage Vo is set to 1.3 V.
【００２６】まず、水素利用率λを初期値λ１（例えば
８０％）に設定する（ステップＳ１００）。この水素利
用率λの初期値λ１は任意に設定できるが、システムの
安全性を考慮し、ＦＣスタック１０に対して常に過剰な
水素を供給できるように、水素利用率１００％に対して
若干の余裕を持たせることが望ましい。First, the hydrogen utilization factor λ is set to an initial value λ1 (for example, 80%) (step S100). The initial value λ1 of the hydrogen utilization rate λ can be set arbitrarily. However, in consideration of the safety of the system, a slight amount of hydrogen utilization rate 100% is set so that excess hydrogen can always be supplied to the FC stack 10. It is desirable to have a margin.
【００２７】次に、アクセル開度、車速等の信号と車重
等の車両諸元に基づいて走行に必要となる走行要求電力
Ｐｔを算出する（ステップＳ１１０）。次に、図５で示
したセル特性マップにより、水素利用率λにおける走行
要求電力Ｐｔを発電するために必要な電流値Ｉｂｒを算
出する（ステップＳ１２０）。Next, a required traveling power Pt required for traveling is calculated based on signals such as an accelerator opening and a vehicle speed and vehicle specifications such as a vehicle weight (step S110). Next, a current value Ibr required to generate the required driving power Pt at the hydrogen utilization rate λ is calculated using the cell characteristic map shown in FIG. 5 (step S120).
【００２８】次に、目標電流値Ｉｂｒを発電するために
必要となる水素量ｎH2および空気量（酸素量）ｎO2を算
出する（ステップＳ１３０）。ここで、目標電流値Ｉｂ
ｒを出力するために必要な水素量ｎH2（モル／秒）およ
び酸素量ｎO2（モル／秒）の算出について説明する。Ｆ
Ｃスタック１０を構成する各セル１０ａでは、以下の電
気化学反応が起こり電流が発生する。 （負極側）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- （正極側）２Ｈ+＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ そして、ＦＣスタック１０の各セルでは、水素１モル／
秒および酸素０．５モル／秒から取り出せる電流は２×
９６５００Ａであり、これにセルの積層数を乗じた値が
ＦＣスタック１０全体から取り出せる電流である。従っ
て、目標電流値Ｉｂｒを出力するために必要な水素量ｎ
H2（モル／秒）および酸素量ｎO2（モル／秒）は、以下
の数式から求めることができる。Next, the hydrogen amount n H2 and the air amount (oxygen amount) n O2 required to generate the target current value Ibr are calculated (step S130). Here, the target current value Ib
The calculation of the amount of hydrogen n H2 (mol / sec) and the amount of oxygen n O2 (mol / sec) required to output r will be described. F
In each of the cells 10a constituting the C stack 10, the following electrochemical reaction occurs to generate a current. (Negative electrode side) H 2 → 2H + + 2e − (positive electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O Then, in each cell of the FC stack 10, 1 mole of hydrogen /
The current that can be extracted from 0.5 mol / sec and 2 mol / sec is 2 ×
96500 A, and the value obtained by multiplying this by the number of stacked cells is the current that can be extracted from the entire FC stack 10. Therefore, the hydrogen amount n required to output the target current value Ibr
H2 (mol / sec) and oxygen amount n O2 (mol / sec) can be obtained from the following formula.
【００２９】必要水素量ｎH2は、２×９６５００×ｎH2
＝Ｉｂｒとなり、従ってｎH2＝Ｉｂｒ／（２×９６５０
０）となる。また、必要酸素量ｎO2は、２×９６５００
×２×ｎO2＝Ｉｂｒとなり、従ってｎO2＝Ｉｂｒ／（４
×９６５００）となる。The required amount of hydrogen n H2 is 2 × 96500 × n H2
= Ibr, so that n H2 = Ibr / (2 × 9650)
0). The required oxygen amount n O2 is 2 × 96500
× 2 × n O2 = Ibr, so that n O2 = Ibr / (4
× 96500).
【００３０】次に、上記ステップＳ１３０で算出した必
要水素量ｎH2および必要酸素量ｎO2をＦＣスタック１０
に供給するように、水素供給部１１および空気供給部１
４に制御信号を出力する（ステップＳ１４０）。Next, the required hydrogen amount n H2 and required oxygen amount n O2 calculated in step S130 are stored in the FC stack 10
Hydrogen supply unit 11 and air supply unit 1
4 is output (step S140).
【００３１】次に、電圧センサ１７および電流センサ１
８により、現在の各セル１０ａの電圧Ｖｂ1〜Ｖｂｎお
よびＦＣスタック１０の電流Ｉｂを検出する（ステップ
Ｓ１５０）。検出したセル電圧Ｖｂ1〜Ｖｂｎのいずれ
かが下限電圧Ｖｍｉｎ以下であるか否か、すなわち検出
したセル電圧Ｖｂ1〜Ｖｂｎのうち最も電圧の低い最低
セル電圧Ｖｂｍが下限電圧Ｖｍｉｎ以下であるか否かを
判定する（ステップＳ１６０）。Next, the voltage sensor 17 and the current sensor 1
By 8, it detects the current Ib of the voltage Vb 1 ~Vbn and FC stack 10 of the current of each cell 10a (step S150). Whether any of the detected cell voltage Vb 1 ~Vbn is less than the lower limit voltage Vmin, ie, whether the minimum cell voltage Vbm most voltage low of the detected cell voltage Vb 1 ~Vbn is less than the lower limit voltage Vmin not Is determined (step S160).
【００３２】図６中のように最低セル電圧Ｖｂｍが下
限電圧Ｖｍｉｎ以下である場合には、図６中のように
最低セル電圧Ｖｂｍを下限電圧Ｖｍｉｎまで上げるよう
に目標電流値Ｉｂｒおよび水素利用率λを再設定する
（ステップＳ１７０、Ｓ１８０）。目標電流値Ｉｂｒ
は、セル電圧Ｖｂ1〜Ｖｂｎを上げるために小さくなる
ように再設定される。また、再設定後の水素利用率λ′
も再設定前（前回の制御時）の水素利用率λより低く設
定される。When the minimum cell voltage Vbm is equal to or lower than the lower limit voltage Vmin as shown in FIG. 6, the target current value Ibr and the hydrogen utilization rate are increased so as to raise the minimum cell voltage Vbm to the lower limit voltage Vmin as shown in FIG. λ is reset (steps S170 and S180). Target current value Ibr
It is re-set to be smaller in order to increase the cell voltage Vb 1 ~Vbn. In addition, the hydrogen utilization rate λ '
Is also set lower than the hydrogen utilization rate λ before resetting (at the time of the previous control).
【００３３】上記ステップＳ１７０、Ｓ１８０における
目標電流値Ｉｂｒおよび水素利用率λの再設定を図６に
基づいて具体的に説明する。図６中で示すように、現
在の出力電圧Ｉｂ＝２３５Ａ、最低セル電圧Ｖｂｍ＝
０．１Ｖ、水素利用率λ＝８０％であるとする。The resetting of the target current value Ibr and the hydrogen utilization ratio λ in the above steps S170 and S180 will be specifically described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the current output voltage Ib = 235 A, the minimum cell voltage Vbm =
Assume that 0.1 V and the hydrogen utilization factor λ = 80%.
【００３４】再設定後の目標電流値Ｉｂｒ′は、Ｉｂ
ｒ′＝Ｉｂ×（理論開放電圧Ｖｏ−下限電圧Ｖｍｉｎ）
／（理論開放電圧Ｖｏ−最低セル電圧Ｖｂｍ）で求める
ことができ、Ｉｂｒ＝２３０Ａ×（１．３Ｖ−０．５
Ｖ）／（１．３Ｖ−０．１Ｖ）＝１５３Ａとなる（ステ
ップＳ１７０）。The target current value Ibr 'after resetting is represented by Ib
r ′ = Ib × (theoretical open circuit voltage Vo−lower limit voltage Vmin)
/ (Theoretical open circuit voltage Vo−minimum cell voltage Vbm), and Ibr = 230 A × (1.3 V−0.5
V) / (1.3V-0.1V) = 153A (step S170).
【００３５】また、再設定後の水素利用率λ′は、再設
定後の目標電流値Ｉｂｒ′のときの必要水素量ｎH2と現
在電流値Ｉｂのときの必要水素量ｎH2の比から求めるこ
とができる（ステップＳ１８０）。従って、λ′＝λ×
（ｎH2（Ｉｂｒ′）／ｎH2（Ｉｂ））＝０．８×（１５
３／２３０）＝０．５３となる。The hydrogen utilization rate λ ′ after reset is obtained from the ratio of the required hydrogen amount n H2 at the target current value Ibr ′ after reset and the required hydrogen amount n H2 at the current current value Ib. (Step S180). Therefore, λ ′ = λ ×
(N H2 (Ibr ′) / n H2 (Ib)) = 0.8 × (15
3/230) = 0.53.
【００３６】以上により、図６中で示すように、再設
定後の目標電流値Ｉｂｒ′＝１５３Ａ、再設定後の水素
利用率λ′＝５３％となる。As described above, as shown in FIG. 6, the target current value Ibr '= 153 A after resetting, and the hydrogen utilization factor λ' = 53% after resetting.
【００３７】一方、セル電圧Ｖｂ1〜Ｖｂｎのすべてが
下限電圧Ｖｍｉｎを上回っている場合であっても、水素
利用率λが初期値λ１を下回っていれば、上記ステップ
Ｓ１７０、Ｓ１８０の目標電流値Ｉｂｒおよび水素利用
率λの再設定を行う（ステップＳ１９０）。システムの
効率上、水素利用利率λは高い方が望ましいため、前回
の制御時での水素利用率λの再設定により、水素利用率
λが初期値λ１を下回っている場合には、水素利用効率
向上のために水素利用率λが再設定される。On the other hand, even if all of the cell voltages Vb 1 to Vbn are higher than the lower limit voltage Vmin, if the hydrogen utilization rate λ is lower than the initial value λ1, the target current value in steps S170 and S180 The Ibr and the hydrogen utilization rate λ are reset (step S190). In terms of system efficiency, it is desirable that the hydrogen utilization rate λ is high. Therefore, if the hydrogen utilization rate λ is lower than the initial value λ1 by resetting the hydrogen utilization rate λ in the previous control, the hydrogen utilization efficiency The hydrogen utilization rate λ is reset for improvement.
【００３８】次に、ＦＣスタック１０に現在供給されて
いる水素量および空気量を検出する（ステップＳ２０
０）。ステップＳ２００で検出した水素量および空気量
に基づいて発電可能な電流値Ｉｂａを算出し（ステップ
Ｓ２１０）、ＦＣスタック１０の出力電流が発電可能電
流値ＩｂａとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２２によ
り電力分配制御を行う（ステップＳ２２０）。Next, the amount of hydrogen and the amount of air currently supplied to the FC stack 10 are detected (step S20).
0). Based on the amount of hydrogen and the amount of air detected in step S200, a current value Iba that can be generated is calculated (step S210), and the DC / DC converter 22 controls the power so that the output current of the FC stack 10 becomes the current value Iba that can be generated. Distribution control is performed (step S220).
【００３９】走行用モータ２０の要求電力量がＦＣスタ
ック１０の発電可能な最大発電量を超える場合には、走
行用モータ２０の要求電力量に対して最大発電量で不足
する電力量が２次電池２２から供給される。一方、ＦＣ
スタック１０の発電可能な最大発電量が走行用モータ２
０の要求電力量を超える場合には、走行用モータ２０の
要求電力量に対する余剰電力量は２次電池２２の充電に
用いられる。When the required power of the traveling motor 20 exceeds the maximum power generation that can be generated by the FC stack 10, the amount of power shortage at the maximum power generation with respect to the required power of the traveling motor 20 is secondary. Supplied from battery 22. Meanwhile, FC
The maximum amount of electric power that can be generated by the stack 10 is the traveling motor 2
When the required power amount exceeds zero, the surplus power amount with respect to the required power amount of the traveling motor 20 is used for charging the secondary battery 22.
【００４０】以降、ステップＳ１１０〜ステップＳ２２
０の制御を繰り返し行う。上記ステップ１８０で再設定
された水素利用率λを用い、ステップＳ１２０では図５
のマップを用い、再設定された水素利用率λにおけるマ
ップ上で走行要求電力Ｐｔから目標電流Ｉｂｒが求めら
れ、ステップＳ１３０で必要水素量ｎH2が算出される。
上記ステップＳ１６０でセル最低電圧Ｖｂｍが下限電圧
Ｖｍｉｎ以下となった場合には、最低セル電圧Ｖｂｍが
下限電圧Ｖｍｉｎを下回らないように水素利用率λが低
く再設定される。これにより、必要水素量ｎH2が増加す
ることとなる。Thereafter, steps S110 to S22
The control of 0 is repeatedly performed. Using the hydrogen utilization factor λ reset in step 180, FIG.
, The target current Ibr is determined from the required driving power Pt on the map at the reset hydrogen utilization rate λ, and the required hydrogen amount n H2 is calculated in step S130.
If the cell minimum voltage Vbm becomes equal to or lower than the lower limit voltage Vmin in step S160, the hydrogen utilization rate λ is reset to be low so that the minimum cell voltage Vbm does not fall below the lower limit voltage Vmin. As a result, the required amount of hydrogen n H2 increases.
【００４１】以上、本第１実施形態によれば、ＦＣスタ
ック１０の各セル１０ａの特性がばらついて、最低セル
電圧Ｖｂｍが下限電圧Ｖｍｉｎ以下となった場合であっ
ても、水素利用率λを再設定して水素供給量を増加させ
ることで、最低セル電圧Ｖｂｍが下限電圧Ｖｍｉｎを下
回らないようにすることができ、セルの過放電を防止す
ることができる。As described above, according to the first embodiment, even when the characteristics of each cell 10a of the FC stack 10 vary and the minimum cell voltage Vbm becomes equal to or lower than the lower limit voltage Vmin, the hydrogen utilization rate λ is reduced. By resetting and increasing the hydrogen supply amount, the minimum cell voltage Vbm can be prevented from falling below the lower limit voltage Vmin, and overdischarge of the cell can be prevented.
【００４２】また、最低セル電圧Ｖｂｍおよび下限電圧
Ｖｍｉｎに基づいて水素利用率λを再設定することで、
最低セル電圧Ｖｂｍが下限電圧Ｖｍｉｎ以下とならない
範囲で、水素利用率λを常に効率のよい値に設定するこ
とができる。Further, by resetting the hydrogen utilization rate λ based on the minimum cell voltage Vbm and the lower limit voltage Vmin,
As long as the minimum cell voltage Vbm does not become lower than or equal to the lower limit voltage Vmin, the hydrogen utilization rate λ can always be set to an efficient value.
【００４３】このように、水素利用率λを最低セル電圧
Ｖｂｍと下限電圧Ｖｍｉｎとの関係に基づいて水素利用
率λを常に変動させることで、最低セル電圧Ｖｂｍが下
限電圧Ｖｍｉｎ以下とならないように常に余裕を持たせ
て水素利用率λを固定値にする場合に比較して、水素利
用効率のよい運転が可能となる。As described above, by constantly changing the hydrogen utilization rate λ based on the relationship between the minimum cell voltage Vbm and the lower limit voltage Vmin, the minimum cell voltage Vbm is prevented from falling below the lower limit voltage Vmin. Compared to a case where the hydrogen utilization rate λ is always set to a fixed value with a margin, an operation with high hydrogen utilization efficiency can be performed.
【００４４】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態を図７のフローチャートに基づいて説明する。本第
２実施形態は、上記第１実施形態に比較して、ステップ
Ｓ１７０で算出する目標電流値Ｉｂｒの変化量に時間的
制限を設けている点が異なる。上記第１実施形態と同様
の部分については同一の符号を付して説明を省略する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that a time limit is provided for the amount of change in the target current value Ibr calculated in step S170. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
【００４５】図７に示すように、上記第１実施形態と同
様にステップＳ１７０で目標電流値Ｉｂｒを修正した
後、前回制御時の目標電流値Ｉｂｒ′から今回の目標電
流値Ｉｂｒへの変化量が、予め設定された変化量制限値
ｌｉｍｉｔを超えているか否か判定する（ステップＳ１
７１）。具体的には、ΔＩｂｒが前回の目標電流値Ｉｂ
ｒ′と今回の目標電流値Ｉｂｒとの差であり、Δｔが制
御周期であるとした場合に、｜ΔＩｂｒ／Δｔ｜＞変化
量制限値ｌｉｍｉｔであるか否かを判定する。As shown in FIG. 7, after correcting the target current value Ibr in step S170 as in the first embodiment, the amount of change from the target current value Ibr 'in the previous control to the current target current value Ibr is obtained. Is greater than or equal to a preset change amount limit value limit (step S1).
71). Specifically, ΔIbr is the previous target current value Ib
It is the difference between r ′ and the current target current value Ibr, and if Δt is the control cycle, it is determined whether or not | ΔIbr / Δt |> variation limit value limit.
【００４６】この結果、目標電流値Ｉｂｒの変化量が変
化量制限値ｌｉｍｉｔを超えていれば、目標電流値Ｉｂ
ｒの変化量を変化制限値ｌｉｍｉｔに抑える（ステップ
Ｓ１７２）。具体的には、ΔＩｂｒ＞０であればＩｂｒ
＝Ｉｂｒ′＋ｌｉｍｉｔとなり、ΔＩｂｒ＜０であれば
Ｉｂｒ＝Ｉｂｒ′−ｌｉｍｉｔとなる。As a result, if the change amount of the target current value Ibr exceeds the change amount limit value limit, the target current value Ib
The change amount of r is suppressed to the change limit value limit (step S172). Specifically, if ΔIbr> 0, Ibr
= Ibr '+ limit, and if ΔIbr <0, then Ibr = Ibr'-limit.
【００４７】以下、上記第１実施形態と同様にステップ
Ｓ１８０で水素利用率λの再設定を行う。これにより、
目標電流値Ｉｂｒと水素利用率λの時間的な変化量に制
限を設け、目標電流値Ｉｂｒと水素利用率λが急激に変
動するのを避けることができ、システムの安全性を向上
させることができる。Thereafter, the hydrogen utilization ratio λ is reset in step S180 as in the first embodiment. This allows
Limits are set on the temporal changes in the target current value Ibr and the hydrogen utilization rate λ to prevent the target current value Ibr and the hydrogen utilization rate λ from abruptly changing, thereby improving the safety of the system. it can.
【００４８】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態を図８のフローチャートに基づいて説明する。本第
３実施形態は、上記第１実施形態に比較して、最低セル
電圧Ｖｂｍが下限電圧Ｖｍｉｎをまたぐ場合に、本発明
の制御を遅らせる点が異なる。上記第１実施形態と同様
の部分については同一の符号を付して説明を省略する。(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in that the control of the present invention is delayed when the minimum cell voltage Vbm exceeds the lower limit voltage Vmin. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
【００４９】図８に示すように、上記第１実施形態と同
様にステップＳ１６０でセル電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎのいず
れかが下限電圧Ｖｍｉｎ以下か否か判定し、最低セル電
圧Ｖｂｍが下限電圧Ｖｍｉｎ以下である場合には、さら
に、前回制御時のセル電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎのいずれかが
下限電圧Ｖｍｉｎ以下であったか否かを判定する（ステ
ップＳ１６０）。すなわち、連続してＶｂｍ≦Ｖｍｉｎ
となったか否かを判定する。As shown in FIG. 8, as in the first embodiment, in step S160, it is determined whether any of the cell voltages Vb1 to Vbn is equal to or lower than the lower limit voltage Vmin, and if the minimum cell voltage Vbm is equal to or lower than the lower limit voltage Vmin. If there is, it is further determined whether or not any of the cell voltages Vb1 to Vbn at the time of the previous control is equal to or lower than the lower limit voltage Vmin (step S160). That is, Vbm ≦ Vmin continuously
Is determined.
【００５０】この結果、最低セル電圧Ｖｂｍが下限電圧
Ｖｍｉｎ以下であって、前回制御時にも最低セル電圧Ｖ
ｂｍが下限電圧Ｖｍｉｎ以下であった場合には、目標電
流値Ｉｂｒおよび水素利用率λの再設定が行われる。一
方、最低セル電圧Ｖｂｍが下限電圧Ｖｍｉｎ以下であっ
ても、前回制御時にも最低セル電圧Ｖｂｍが下限電圧Ｖ
ｍｉｎ以下でなかった場合には、目標電流値Ｉｂｒおよ
び水素利用率λの再設定が行われない。As a result, the minimum cell voltage Vbm is equal to or lower than the lower limit voltage Vmin and the minimum cell voltage V
When bm is equal to or lower than the lower limit voltage Vmin, the target current value Ibr and the hydrogen utilization rate λ are reset. On the other hand, even if the lowest cell voltage Vbm is lower than the lower limit voltage Vmin, the lowest cell voltage
If not less than min, the target current value Ibr and the hydrogen utilization rate λ are not reset.
【００５１】これにより、最低セル電圧Ｖｂｍが下限電
圧Ｖｍｉｎをまたいで変動する場合であっても、目標電
流値Ｉｂｒと水素利用率λが頻繁に変動するのを避ける
ことができ、システムの安定性を向上させることができ
る。Thus, even when the minimum cell voltage Vbm fluctuates over the lower limit voltage Vmin, it is possible to prevent the target current value Ibr and the hydrogen utilization rate λ from fluctuating frequently, and to stabilize the system. Can be improved.
【００５２】（他の実施形態）なお、上記各実施形態で
は、図１に示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３をＦＣ
スタック１０側に設けたが、これに限らず、図９に示す
ようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３は２次電池２２側に設
けても上記各実施形態と同様の効果を得ることができ
る。(Other Embodiments) In each of the above embodiments, as shown in FIG.
Although the DC / DC converter 23 is provided on the side of the secondary battery 22 as shown in FIG. 9, the same effects as those of the above embodiments can be obtained.
【００５３】また、上記各実施形態では、図２に示す電
圧センサ（セル電圧検出手段）１７によりＦＣスタック
１０を構成するすべてのセル１０ａの電圧を検出した
が、これに限らず、ＦＣスタック１０を構成するセル１
０ａのうち複数個のセル１０ａを選択し、選択したセル
１０ａの電圧のみを検出するように構成してもよい。こ
のとき、ＦＣスタック１０の構成上、電圧の低くなりや
すいセル１０ａを選択することが望ましい。In each of the above embodiments, the voltages of all the cells 10a constituting the FC stack 10 are detected by the voltage sensor (cell voltage detecting means) 17 shown in FIG. 2. However, the present invention is not limited to this. Cell 1 constituting
A plurality of cells 10a may be selected from 0a, and only the voltage of the selected cell 10a may be detected. At this time, it is desirable to select the cell 10a whose voltage tends to be low due to the configuration of the FC stack 10.
【図１】上記第１実施形態の燃料電池システムの全体構
成を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to the first embodiment.
【図２】図１の燃料電池システムのＦＣスタック１０の
拡大概念図である。FIG. 2 is an enlarged conceptual diagram of an FC stack 10 of the fuel cell system of FIG.
【図３】ＦＣスタックを構成するセルの出力電圧と出力
電流の関係を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between an output voltage and an output current of a cell constituting the FC stack.
【図４】ＦＣスタックを構成するセルの出力電力と出力
電流との関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between output power and output current of cells constituting an FC stack.
【図５】ＦＣスタックを構成するセルの出力電力、出力
電流、出力電力、水素利用率の関係を示す特性図であ
る。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship among an output power, an output current, an output power, and a hydrogen utilization rate of cells constituting the FC stack.
【図６】上記第１実施形態の燃料電池システムの制御手
順を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure of the fuel cell system according to the first embodiment.
【図７】上記第２実施形態の燃料電池システムの制御手
順を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure of the fuel cell system according to the second embodiment.
【図８】上記第３実施形態の燃料電池システムの制御手
順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a control procedure of the fuel cell system according to the third embodiment.
【図９】本発明の燃料電池システムの変形例を示す概念
図である。FIG. 9 is a conceptual diagram showing a modified example of the fuel cell system of the present invention.
【図１０】従来技術におけるＦＣスタックを構成するセ
ルの出力電圧、出力電流の関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an output voltage and an output current of a cell constituting an FC stack according to the related art.
１０…ＦＣスタック（燃料電池）、１７…電圧センサ
（セル電圧検出手段）、２０…走行用モータ（負荷）、
２１…インバータ、２２…２次電池、２３…ＤＣ／ＤＣ
コンバータ（電圧調整手段）、３０…制御装置。10 FC stack (fuel cell), 17 voltage sensor (cell voltage detecting means), 20 driving motor (load),
21 ... Inverter, 22 ... Secondary battery, 23 ... DC / DC
Converter (voltage adjusting means), 30 ... control device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 邦夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5H027 AA06 DD03 KK51 KK54 KK56 MM09 MM26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kunio Okamoto 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi F-term in DENSO Corporation (Reference) 5H027 AA06 DD03 KK51 KK54 KK56 MM09 MM26
Claims (4)
燃料電池（１０）を備え、負荷（２０）に電力を供給す
るとともに前記負荷（２０）の要求電力量に応じて前記
燃料電池（１０）に対する水素供給量を変更する燃料電
池システムであって、 前記燃料電池（１０）を構成しているすべてのセル（１
０ａ）あるいは前記燃料電池（１０）を構成しているセ
ル（１０ａ）のうち選択された複数個のセルの出力電圧
を検出するセル電圧検出手段（１７）を備え、 前記セル電圧検出手段（１７）により検出した前記複数
のセル出力電圧のうち最も低い最低セル電圧（Ｖｂｍ）
が所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）以下の場合に、前記最低セ
ル電圧（Ｖｂｍ）が所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）より大き
くなるように前記燃料電池（１０）への水素供給量を所
定量増加させることを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell (10) for generating electric power by supplying hydrogen and oxygen is provided for supplying electric power to a load (20), and the fuel cell (10) according to a required electric energy of the load (20). A fuel cell system for changing the amount of hydrogen supplied to the fuel cell (10), wherein all the cells (1
0a) or cell voltage detecting means (17) for detecting output voltages of a plurality of cells selected from the cells (10a) constituting the fuel cell (10). ), The lowest lowest cell voltage (Vbm) of the plurality of cell output voltages detected
Is less than or equal to a predetermined lower limit voltage (Vmin), the supply amount of hydrogen to the fuel cell (10) is increased by a predetermined amount so that the minimum cell voltage (Vbm) becomes higher than the predetermined lower limit voltage (Vmin). And fuel cell system.
電圧と、前記燃料電池（１０）が所定電力を発電するの
に必要な理論水素量に対する前記燃料電池（１０）に実
際に供給される水素量の比である水素利用率とが予め関
係付けられたマップに基づいて、所定水素利用率（λ）
における前記水素供給量を算出する制御部（３０）を備
え、 前記制御部（３０）は、前記最低セル電圧（Ｖｂｍ）お
よび前記所定下限電圧（Ｖｍｉｎ）に基づいて前記所定
水素利用率（λ）を算出することを特徴とする請求項１
に記載の燃料電池システム。2. An output current, an output voltage of the cell (10a), and a value actually supplied to the fuel cell (10) for a theoretical amount of hydrogen required for the fuel cell (10) to generate a predetermined power. A predetermined hydrogen utilization rate (λ) based on a map in which a hydrogen utilization rate, which is a ratio of the amount of hydrogen,
A control unit (30) for calculating the hydrogen supply amount in the control unit. The control unit (30) is configured to control the predetermined hydrogen utilization rate (λ) based on the minimum cell voltage (Vbm) and the predetermined lower limit voltage (Vmin). 2. The method according to claim 1, wherein
3. The fuel cell system according to item 1.
利用率（λ）の所定時間当たりの変化量に制限を設けた
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the target current (Ibr) and the hydrogen utilization rate (λ) are limited in variation per predetermined time.
た２次電池（２２）を備え、 前記負荷（２０）の要求電力量が前記燃料電池（１０）
の最大発電量を超える場合には、前記負荷（２０）の要
求電力量に対して前記最大発電量で不足する電力量を、
前記２次電池（２２）から前記負荷（２０）に供給する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記
載の燃料電池システム。4. A secondary battery (22) connected in parallel with the fuel cell (10), wherein a required power amount of the load (20) is adjusted by the fuel cell (10).
If the maximum power generation of the load (20) exceeds the required power of the load (20),
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the secondary battery (22) supplies power to the load (20).
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