JP2002260696A - Control device of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に燃料ガ
スを供給すると共に、酸化剤ガスを供給して燃料電池の
発電量を制御し、駆動モータ等の負荷及びバッテリに発
電電力を供給する燃料電池システムの制御装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention supplies a fuel gas to a fuel cell and also supplies an oxidizing gas to control the amount of power generation of the fuel cell and supply generated power to a load such as a drive motor and a battery. The present invention relates to a control device for a fuel cell system.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、燃料電池に水素を含む燃料ガ
スを供給すると共に、酸素を含む空気を供給して燃料電
池を発電させ、発電電力を用いて駆動モータ等を駆動す
る燃料電池システムが知られている。この燃料電池シス
テムは、車両等に搭載され、車両の駆動源として使用さ
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system that supplies a fuel gas containing hydrogen to a fuel cell and supplies air containing oxygen to cause the fuel cell to generate power and to drive a drive motor and the like using the generated power has been known. Are known. This fuel cell system is mounted on a vehicle or the like and is used as a drive source of the vehicle.
【0003】従来の燃料電池システムとしては、例えば
特開2000−92610号公報に開示されたものがあ
る。この燃料電池システムでは、バッテリの大型化を回
避すると共に、車両の加速性能及び電力回生性能を改善
するために、バッテリの目標充電レベルを車両速度に応
じて設定する。この燃料電池システムでは、車両速度が
高いとき場合には目標充電レベルを低下させて、燃料電
池からの発電電力をバッテリに充電する制御をする。A conventional fuel cell system is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-92610. In this fuel cell system, the target charge level of the battery is set according to the vehicle speed in order to avoid an increase in the size of the battery and to improve the acceleration performance and the power regeneration performance of the vehicle. In this fuel cell system, when the vehicle speed is high, the target charge level is reduced, and control is performed to charge the battery with the generated power from the fuel cell.
【0004】この燃料電池システムによれば、車両速度
が高いほど目標充電レベルを低く設定することで、バッ
テリの入力可能電力を確保して、減速するときに駆動モ
ータから発生する回生電力充電分を確保する。According to this fuel cell system, the target charging level is set lower as the vehicle speed becomes higher, so that the inputtable electric power of the battery is secured, and the regenerative electric power generated from the drive motor when decelerating is reduced. Secure.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の燃料電池システムでは、車両速度に応じて目標充電
レベルを設定する制御をしていたため、実際にバッテリ
から放電が行われ、バッテリの入力可能電力が確保する
事ができるようになるにはある程度の時間が必要とな
り、従って瞬時の要求には対応することができないとい
う問題点があった。However, in the conventional fuel cell system, since the control for setting the target charge level in accordance with the vehicle speed is performed, the battery is actually discharged, and the available input power of the battery is controlled. However, it takes a certain amount of time to be able to secure the information, so that there is a problem that it is impossible to respond to an instantaneous request.
【0006】また、従来の燃料電池システムでは、車両
が連続して下り坂を走行する時などでは、バッテリから
放電をする必要がないのでバッテリの充電レベルが最高
レベルとなり、駆動モータからの電力をバッテリに回生
して駆動モータの回転数を減速することができないとい
う問題点がある。このような燃料電池システムでは、回
生電力をバッテリで吸収できないために、機械式のブレ
ーキに依存することになってしまう。Further, in the conventional fuel cell system, when the vehicle continuously runs downhill, it is not necessary to discharge the battery, so that the charge level of the battery becomes the highest level, and the power from the drive motor is reduced. There is a problem that the rotation speed of the drive motor cannot be reduced by regenerating the battery. In such a fuel cell system, the regenerative electric power cannot be absorbed by the battery, so that the fuel cell system depends on a mechanical brake.
【0007】そこで、本発明は、上述した従来の実状に
鑑みて提案されたものであり、バッテリの充電レベルが
高いときや多くの回生電力を消費する必要があるとき
に、多くの電力を消費することができる燃料電池システ
ムの制御装置を提供するものである。Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-described conventional situation, and consumes a large amount of power when the charge level of the battery is high or when a large amount of regenerative power needs to be consumed. It is intended to provide a control device for a fuel cell system that can perform the control.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明で
は、上述の課題を解決するために、車両に搭載される燃
料電池システムの制御装置において、電解質膜を、酸化
剤極と燃料極とにより挟んで構成され、上記酸化剤極側
に酸化剤ガスが供給されるとともに、上記燃料極側に燃
料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池
に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス加圧供給手段と、上
記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
上記燃料電池に供給する酸化剤ガス圧力及び流量を一定
にする制御をした状態で、上記酸化剤ガス加圧供給手段
の消費電力を調整し、燃料電池システムの正味発電量を
制御する制御手段とを備える。According to the first aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in a control device of a fuel cell system mounted on a vehicle, an electrolyte membrane is connected to an oxidizer electrode and a fuel electrode. A fuel cell configured to be supplied with an oxidizing gas to the oxidizing electrode side and to generate power by supplying a fuel gas to the fuel electrode side; and an oxidizing agent configured to supply the oxidizing gas to the fuel cell. Gas pressure supply means, fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell,
Control means for adjusting the power consumption of the oxidizing gas pressurizing and supplying means to control the net power generation of the fuel cell system while controlling the oxidizing gas pressure and the flow rate supplied to the fuel cell to be constant; Is provided.
【0009】請求項2に係る発明では、上記酸化剤ガス
加圧供給手段に酸化剤ガスを導入する流路に設けられ、
この流路の開口面積を調整して上記酸化剤ガス加圧供給
手段に供給する酸化剤ガス圧力を調整する圧力調整手段
を更に備え、上記制御手段は、上記酸化剤ガス加圧供給
手段に供給する酸化剤ガス圧力を調整するように上記圧
力調整手段を制御すると共に、運転条件を調整して消費
電力を調整するように上記酸化剤ガス加圧供給手段を制
御し、燃料電池システムの正味発電量を制御する。In the invention according to claim 2, the oxidizing gas pressurizing and supplying means is provided in a flow path for introducing an oxidizing gas,
A pressure adjusting means for adjusting an opening area of the flow path to adjust a pressure of the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas pressurizing and supplying means; Controlling the pressure adjusting means so as to adjust the pressure of the oxidizing gas to be performed, and controlling the oxidizing gas pressurizing and supplying means so as to adjust the operating conditions to adjust the power consumption. Control the amount.
【0010】請求項3に係る発明では、上記酸化剤ガス
加圧供給手段と上記燃料電池とを挿通する流路から分岐
して設けられ上記酸化剤ガス加圧供給手段からの酸化剤
ガスを排気する排気流路に設けられ、この排気流路の開
口面積を調整して排気流量を調整する排気流量調整手段
を更に備え、上記制御手段は、排気流路からの排気流量
を調整するように上記排気流量調整手段を制御すると共
に、運転条件を調整して消費電力を調整するように上記
酸化剤ガス加圧供給手段を制御し、燃料電池システムの
正味発電量を制御する。According to the third aspect of the present invention, the oxidizing gas from the oxidizing gas pressurizing and supplying means is provided by branching from a flow passage through which the oxidizing gas pressurizing and supplying means and the fuel cell are inserted. Exhaust flow control means for adjusting the opening area of the exhaust flow path to adjust the exhaust flow rate, wherein the control means adjusts the exhaust flow rate from the exhaust flow path. In addition to controlling the exhaust flow rate adjusting means, the oxidizing gas pressurizing and supplying means is controlled so as to adjust power consumption by adjusting operating conditions, thereby controlling the net power generation of the fuel cell system.
【0011】請求項4に係る発明では、上記燃料電池で
発電した電力及び車両電動機が発電した電力を蓄積する
電力蓄積手段を更に備え、上記制御手段は、外部からの
車両減速度要求に応じて上記車両電動機での回生電力要
求値を決定して、この回生電力要求値が上記電力蓄積手
段の入力可能電力よりも大きい場合には、開口面積を調
整することで酸化剤ガス加圧供給手段に供給する酸化剤
ガス圧力を調整するように上記圧力調整手段を制御する
と共に、運転条件を調整することで消費電力を調整する
ように上記酸化剤ガス加圧供給手段を制御して回生電力
を消費する。[0011] The invention according to claim 4 further comprises power storage means for storing the power generated by the fuel cell and the power generated by the vehicle motor, wherein the control means responds to a vehicle deceleration request from the outside. The required regenerative power value in the vehicle motor is determined, and when the required regenerative power value is larger than the inputtable power of the power storage means, the opening area is adjusted to supply the oxidant gas pressurized supply means. The regenerative electric power is consumed by controlling the pressure adjusting means so as to adjust the pressure of the oxidizing gas to be supplied, and controlling the oxidizing gas pressurizing and supplying means so as to adjust the power consumption by adjusting the operating conditions. I do.
【0012】請求項5に係る発明では、上記燃料電池で
発電した電力及び車両電動機が発電した電力を蓄積する
電力蓄積手段を更に備え、上記制御手段は、外部からの
車両減速度要求に応じて上記車両電動機での回生電力要
求値を決定して、この回生電力要求値が上記電力蓄積手
段の入力可能電力よりも大きい場合には、開口面積を調
整することで排気流量を調整するように上記排気流量調
整手段を制御すると共に、運転条件を調整することで消
費電力を調整するように上記酸化剤ガス加圧供給手段を
制御して回生電力を消費する。According to a fifth aspect of the present invention, there is further provided a power storage means for storing the power generated by the fuel cell and the power generated by the vehicle motor, wherein the control means responds to an external vehicle deceleration request. The regenerative power required value in the vehicle motor is determined, and when the regenerative power required value is larger than the inputtable power of the power storage means, the opening area is adjusted to adjust the exhaust flow rate. The regenerative electric power is consumed by controlling the oxidizing gas pressurizing and supplying means so as to adjust the power consumption by controlling the exhaust flow rate adjusting means and adjusting the operating conditions.
【0013】請求項6に係る発明では、上記制御手段
は、上記車両電動機の回生電力要求値が、上記電力蓄積
手段の入力可能電力よりも大きい場合に、運転条件を調
整することで消費電力を増加するように上記酸化剤ガス
加圧供給手段を制御し、上記電力蓄積手段の入力可能電
力と、上記酸化剤ガス加圧供給手段の消費電力の増加分
とに基づいて、上記車両電動機の回生電力を、上記電力
蓄積手段に入力する制御、または上記酸化剤ガス加圧供
給手段で消費する制御をする。In the invention according to claim 6, when the regenerative power required value of the vehicle motor is larger than the inputtable power of the power storage means, the control means adjusts the operating condition to reduce the power consumption. The oxidizing gas pressurizing / supplying means is controlled so as to increase, and the regenerative operation of the vehicle electric motor is performed based on the inputtable power of the power accumulating means and the increase in the power consumption of the oxidizing gas pressurizing / supplying means. Control is performed to input power to the power storage means, or to control power consumption by the oxidizing gas pressurization supply means.
【0014】請求項7に係る発明では、上記制御手段
は、外部からの車両減速度要求に応じて上記車両電動機
での回生電力要求値を決定して、この回生電力要求値が
上記電力蓄積手段の入力可能電力よりも大きい場合に
は、回生電力要求値と入力可能電力との差分電力を上記
酸化剤ガス加圧供給手段で消費するための消費電力目標
値を決定し、上記燃料電池を最低出力で運転するために
必要となる酸化剤ガス圧力及び流量、並びに上記消費電
力目標値に基づいて、上記消費電力目標値の電力を消費
するのに必要な上記酸化剤ガス加圧供給手段の酸化剤ガ
ス入口におけるガス圧力及びガス密度を求め、求めたガ
ス圧力及びガス密度に基づいて上記圧力調整手段で調整
する開口面積及び上記酸化剤ガス加圧供給手段の運転条
件を決定し、決定した運転条件に従って動作させるよう
に上記酸化剤ガス加圧供給手段を制御することにより消
費電力を制御する。In the invention according to claim 7, the control means determines a regenerative power request value of the vehicle electric motor in response to a vehicle deceleration request from outside, and the regenerative power request value is stored in the power storage means. If it is larger than the inputtable power, a target power consumption value for consuming the difference power between the regenerative power request value and the inputtable power by the oxidizing gas pressurizing supply means is determined, and the fuel cell is operated at a minimum. The oxidizing gas pressure and supply means required to consume the power of the target power consumption value based on the oxidizing gas pressure and flow rate required for operation at the output, and the target power consumption value. The gas pressure and gas density at the oxidizing gas inlet were determined, and the opening area to be adjusted by the pressure adjusting means and the operating conditions of the oxidizing gas pressurizing and supplying means were determined based on the determined gas pressure and gas density. Controlling the power consumption by controlling the oxidant gas pressure supply means to operate in accordance with the rolling conditions.
【0015】請求項8に係る発明では、上記制御手段
は、外部からの車両減速度要求に応じて上記車両電動機
での回生電力要求値を決定して、この回生電力要求値が
上記電力蓄積手段の入力可能電力よりも大きい場合に
は、回生電力要求値と入力可能電力との差分電力を上記
酸化剤ガス加圧供給手段で消費するための消費電力目標
値を決定し、上記燃料電池を最低出力で運転するために
必要となる酸化剤ガス圧力及び流量、並びに上記消費電
力目標値に基づいて、上記消費電力目標値の電力を消費
するのに必要な上記酸化剤ガス加圧供給手段の酸化剤ガ
ス出口におけるガス圧力、ガス流量及び排気流量を求
め、求めたガス圧力、ガス流量及び排気流量に基づいて
上記排気流量制御手段で調整する開口面積及び上記酸化
剤ガス加圧供給手段の運転条件を決定し、決定した運転
条件に従って動作させるように上記酸化剤ガス加圧供給
手段を制御することにより消費電力を制御する。In the invention according to claim 8, the control means determines a regenerative power request value of the vehicle motor in response to a vehicle deceleration request from the outside, and the regenerative power request value is stored in the power storage means. If it is larger than the inputtable power, a target power consumption value for consuming the difference power between the regenerative power request value and the inputtable power by the oxidizing gas pressurizing supply means is determined, and the fuel cell is operated at a minimum. The oxidizing gas pressure and supply means required to consume the power of the target power consumption value based on the oxidizing gas pressure and flow rate required for operation at the output, and the target power consumption value. The gas pressure, gas flow rate, and exhaust flow rate at the oxidant gas outlet are determined, and the opening area adjusted by the exhaust flow rate control means based on the determined gas pressure, gas flow rate, and exhaust flow rate, and the Determining the condition, controlling the power consumption by controlling the oxidant gas pressure supply means to operate in accordance with the determined operating conditions.
【0016】[0016]
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、燃料電
池に供給する酸化剤ガス圧力及び流量を一定にする制御
をした状態で、酸化剤ガス加圧供給手段の消費電力を調
整し、燃料電池システムの正味発電量を制御するので、
例えば車両の減速時などに回生電力が発生したときに、
燃料電池システムの酸化剤ガス加圧供給手段で電力を消
費することができる。According to the first aspect of the present invention, the power consumption of the oxidizing gas pressurizing and supplying means is adjusted in a state where the pressure and the flow rate of the oxidizing gas supplied to the fuel cell are controlled to be constant. Control the net power output of the fuel cell system,
For example, when regenerative power is generated at the time of deceleration of the vehicle,
Electric power can be consumed by the oxidant gas pressurized supply means of the fuel cell system.
【0017】請求項2に係る発明によれば、酸化剤ガス
加圧供給手段に供給する酸化剤ガス圧力を調整するよう
に圧力調整手段を制御すると共に、運転条件を調整して
消費電力を調整するように酸化剤ガス加圧供給手段を制
御し、燃料電池システムの正味発電量を制御するので、
請求項1に係る発明と同様に、例えば車両の減速時など
に回生電力が発生したときに、燃料電池システムの酸化
剤ガス加圧供給手段で電力を消費することができる。According to the second aspect of the present invention, the pressure adjusting means is controlled so as to adjust the pressure of the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas pressurizing and supplying means, and the power consumption is adjusted by adjusting the operating conditions. To control the oxidant gas pressurized supply means to control the net power generation of the fuel cell system.
Similarly to the first aspect, when regenerative electric power is generated, for example, when the vehicle is decelerated, the electric power can be consumed by the oxidizing gas pressurizing supply means of the fuel cell system.
【0018】請求項3に係る発明によれば、排気流路か
らの排気流量を調整するように排気流量調整手段を制御
すると共に、運転条件を調整して消費電力を調整するよ
うに酸化剤ガス加圧供給手段を制御し、燃料電池システ
ムの正味発電量を制御するので、請求項1に係る発明と
同様に、例えば車両の減速時などに回生電力が発生した
ときに、燃料電池システムの酸化剤ガス加圧供給手段で
電力を消費することができる。According to the third aspect of the present invention, the oxidizing gas is controlled such that the exhaust flow rate adjusting means is controlled so as to adjust the exhaust flow rate from the exhaust flow path, and the operating conditions are adjusted to adjust the power consumption. Since the pressurized supply means is controlled to control the net power generation amount of the fuel cell system, when the regenerative power is generated, for example, when the vehicle decelerates, the fuel cell system is oxidized. Electric power can be consumed by the agent gas pressurizing supply means.
【0019】請求項4に係る発明によれば、車両減速度
要求に応じて車両電動機での回生電力要求値を決定し
て、この回生電力要求値が電力蓄積手段の入力可能電力
よりも大きい場合には、圧力調整手段により開口面積を
調整することで酸化剤ガス加圧供給手段に供給する酸化
剤ガス圧力を調整すると共に、運転条件を調整すること
で酸化剤ガス加圧供給手段の消費電力を調整して回生電
力を消費するので、車両の減速時に回生電力が発生した
ときに、燃料電池システムの酸化剤ガス加圧供給手段で
電力を消費することができる。また、請求項4に係る発
明によれば、電力蓄積手段の充電レベルが高いとき、電
力蓄積手段の周辺が低温であるときなど、電力蓄積手段
での入力可能電力が小さい場合に、機械ブレーキに頼ら
ず、所望とする減速度が確保することができる。According to the fourth aspect of the present invention, the regenerative power required value of the vehicle motor is determined in response to the vehicle deceleration request, and the regenerative power required value is larger than the inputtable power of the power storage means. In addition, the oxidizing gas pressure supplied to the oxidizing gas pressurizing and supplying means is adjusted by adjusting the opening area by the pressure adjusting means, and the power consumption of the oxidizing gas pressurizing and supplying means is adjusted by adjusting the operating conditions. Is adjusted and the regenerative electric power is consumed, so that when the regenerative electric power is generated at the time of deceleration of the vehicle, the electric power can be consumed by the oxidizing gas pressurizing supply means of the fuel cell system. According to the invention of claim 4, when the inputtable power of the power storage means is small, such as when the charge level of the power storage means is high or when the temperature around the power storage means is low, the mechanical brake The desired deceleration can be ensured without relying on it.
【0020】請求項5に係る発明によれば、車両減速度
要求に応じて車両電動機での回生電力要求値を決定し
て、この回生電力要求値が電力蓄積手段の入力可能電力
よりも大きい場合には、排気流量調整手段により開口面
積を調整することで排気流量を調整すると共に、酸化剤
ガス加圧供給手段の運転条件を調整することで消費電力
を調整して回生電力を消費するので、車両の減速時に回
生電力が発生したときに、燃料電池システムの酸化剤ガ
ス加圧供給手段で電力を消費することができる。また、
請求項5に係る発明によれば、電力蓄積手段の充電レベ
ルが高いとき、電力蓄積手段の周辺が低温であるときな
ど、電力蓄積手段での入力可能電力が小さい場合に、機
械ブレーキに頼らず、所望とする減速度を確保すること
ができる。According to the fifth aspect of the present invention, the regenerative power required value of the vehicle motor is determined according to the vehicle deceleration request, and the regenerative power required value is larger than the inputtable power of the power storage means. The exhaust flow rate is adjusted by adjusting the opening area by the exhaust flow rate adjusting means, and the regenerative power is consumed by adjusting the power consumption by adjusting the operating conditions of the oxidizing gas pressurizing and supplying means. When regenerative electric power is generated during deceleration of the vehicle, electric power can be consumed by the oxidizing gas pressurizing and supplying means of the fuel cell system. Also,
According to the invention according to claim 5, when the inputtable power in the power storage means is small, for example, when the charge level of the power storage means is high, or when the area around the power storage means is low temperature, the mechanical brake is not used. Thus, a desired deceleration can be secured.
【0021】請求項6に係る発明によれば、車両電動機
の回生電力要求値が、電力蓄積手段の入力可能電力より
も大きい場合に、酸化剤ガス加圧供給手段の運転条件を
調整することで消費電力を増加し、電力蓄積手段の入力
可能電力と酸化剤ガス加圧供給手段の消費電力の増加分
とに基づいて、車両電動機の回生電力を、上記電力蓄積
手段に入力する制御、または上記酸化剤ガス加圧供給手
段で消費する制御をするので、車両の減速時に回生電力
が発生したときに、燃料電池システムの酸化剤ガス加圧
供給手段で電力を消費することができる。また、この請
求項6に係る発明によれば、電力蓄積手段での入力可能
電力を越えて電力が入力されることを防止する制御が可
能となり、電力蓄積手段の劣化の進行を防止することが
できる。According to the present invention, when the required value of the regenerative electric power of the vehicle motor is larger than the inputtable electric power of the electric power storage means, the operating condition of the oxidizing gas pressurizing supply means is adjusted. Control for increasing the power consumption and inputting the regenerative power of the vehicle motor to the power storage means based on the inputtable power of the power storage means and the increase in the power consumption of the oxidizing gas pressurization supply means, or Since the control for consuming the oxidizing gas is performed by the oxidizing gas pressurizing and supplying unit, the power can be consumed by the oxidizing gas pressurizing and supplying unit of the fuel cell system when the regenerative electric power is generated when the vehicle is decelerated. Further, according to the invention according to claim 6, it is possible to perform control to prevent power from being input beyond the inputtable power of the power storage means, and to prevent deterioration of the power storage means from progressing. it can.
【0022】請求項7に係る発明では、回生電力要求値
が電力蓄積手段の入力可能電力よりも大きい場合には、
回生電力要求値と入力可能電力との差分電力を酸化剤ガ
ス加圧供給手段で消費するための消費電力目標値を決定
し、燃料電池を最低出力で運転するために必要となる酸
化剤ガス圧力及び流量、並びに上記消費電力目標値に基
づいて、消費電力目標値の電力を消費するのに必要な酸
化剤ガス加圧供給手段の酸化剤ガス入口におけるガス圧
力及びガス密度を求め、求めたガス圧力及びガス密度に
基づいて圧力調整手段で調整する開口面積及び酸化剤ガ
ス加圧供給手段の運転条件を決定し、決定した運転条件
に従って動作させるように酸化剤ガス加圧供給手段を制
御することにより消費電力を制御するので、電力蓄積手
段の入力可能電力が小さいときでも、所望とする減速度
を確保することができると共に、純水の回収や燃料電池
の安定動作の観点から要求される酸化剤ガス流量及び酸
化剤ガス圧力の制限を守りながら酸化剤ガス供給加圧手
段での消費電力を大きくすることができる。In the invention according to claim 7, when the required regenerative power value is larger than the inputtable power of the power storage means,
The oxidizing gas pressure required to determine the power consumption target value for consuming the difference power between the required regenerative power value and the inputtable power by the oxidizing gas pressurizing supply means and to operate the fuel cell at the minimum output. The gas pressure and gas density at the oxidizing gas inlet of the oxidizing gas pressurizing and supplying means necessary for consuming the power of the power consumption target value, based on the power consumption target value and the power consumption target value. Determining an opening area to be adjusted by the pressure adjusting means and operating conditions of the oxidizing gas pressurizing and supplying means based on the pressure and the gas density, and controlling the oxidizing gas pressurizing and supplying means to operate according to the determined operating conditions. , The desired deceleration can be ensured even when the inputtable power of the power storage means is small, and pure water can be recovered and the fuel cell can operate stably. It is possible to increase the power consumption of the oxidizing gas supply pressure means while observing the limits et required oxidant gas flow and the oxidizing gas pressure.
【0023】請求項8に係る発明では、回生電力要求値
が上記電力蓄積手段の入力可能電力よりも大きい場合に
は、回生電力要求値と入力可能電力との差分電力を酸化
剤ガス加圧供給手段で消費するための消費電力目標値を
決定し、燃料電池を最低出力で運転するために必要とな
る酸化剤ガス圧力及び流量、並びに消費電力目標値に基
づいて、消費電力目標値の電力を消費するのに必要な酸
化剤ガス加圧供給手段の酸化剤ガス出口におけるガス圧
力、ガス流量及び排気流量を求め、求めたガス圧力、ガ
ス流量及び排気流量に基づいて排気流量制御手段で調整
する開口面積及び酸化剤ガス加圧供給手段の運転条件を
決定し、決定した運転条件に従って動作させるように酸
化剤ガス加圧供給手段を制御することにより消費電力を
制御するので、電力蓄積手段の入力可能電力が小さいと
きでも、所望とする減速度を確保することができると共
に、純水の回収や燃料電池の安定動作の観点から要求さ
れる空気流量及び空気圧力の制限を守りながら酸化剤ガ
ス加圧供給手段での消費電力を大きくすることができ
る。In the invention according to claim 8, when the required regenerative power value is larger than the inputtable power of the power storage means, the difference power between the required regenerative power value and the inputtable power is supplied by oxidizing gas pressurization. The power consumption target value to be consumed by the means is determined, and the power of the power consumption target value is determined based on the oxidant gas pressure and flow rate required for operating the fuel cell at the minimum output, and the power consumption target value. The gas pressure, gas flow rate, and exhaust flow rate at the oxidizing gas outlet of the oxidizing gas pressurizing and supplying means required for consumption are obtained, and the exhaust gas flow rate controlling means adjusts the gas pressure, the gas flow rate, and the exhaust flow rate based on the obtained gas pressure, gas flow rate, and exhaust flow rate. Since the power consumption is controlled by determining the opening area and the operating conditions of the oxidizing gas pressurizing and supplying means and controlling the oxidizing gas pressurizing and supplying means to operate according to the determined operating conditions, the power consumption is controlled. Even when the power that can be input to the storage means is small, the desired deceleration can be ensured, and the restrictions on the air flow rate and air pressure required from the viewpoint of recovery of pure water and stable operation of the fuel cell are maintained. The power consumption of the oxidizing gas pressurizing and supplying means can be increased.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0025】[第1実施形態に係る燃料電池システムの
構成]図1に、燃料電池システムを車両に搭載したとき
の構成を示す。この燃料電池システムは、図1からわか
るように、水素含有ガス及び燃料ガスが供給されて発電
する燃料電池スタック1を備えるものである。この燃料
電池スタック1は、例えば固体高分子電解質膜を挟んで
酸化剤極と燃料極を対設した燃料電池構造体をセパレー
タで狭持した複数の燃料電池構造体からなる。この燃料
電池スタック1は、酸化剤極側に酸化剤ガスとして空気
が供給されるとともに、燃料極側に燃料ガスとして水素
ガスが供給されることで発電をする。[Configuration of Fuel Cell System According to First Embodiment] FIG. 1 shows a configuration when the fuel cell system is mounted on a vehicle. As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell stack 1 to which a hydrogen-containing gas and a fuel gas are supplied to generate power. The fuel cell stack 1 is composed of, for example, a plurality of fuel cell structures in which a fuel cell structure having an oxidant electrode and a fuel electrode opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween is sandwiched by separators. The fuel cell stack 1 generates power by supplying air as an oxidant gas to the oxidant electrode side and supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel electrode side.
【0026】燃料電池システムは、燃料電池スタック1
に空気を供給する挿通管で接続された空気絞り弁2、コ
ンプレッサ3、空気圧力制御弁4を備え、更にコンプレ
ッサ3を駆動するコンプレッサモータ5を備える。この
燃料電池システムでは、外部からの空気を空気絞り弁2
からコンプレッサ3に供給し、コンプレッサ3から指定
された流量で燃料電池スタック1に空気を供給し、燃料
電池スタック1で使用されずに排出された排空気を空気
圧力制御弁4を介して排気する。The fuel cell system includes a fuel cell stack 1
An air throttle valve 2, a compressor 3, and an air pressure control valve 4, which are connected by an insertion pipe for supplying air to the compressor, and a compressor motor 5 for driving the compressor 3 are further provided. In this fuel cell system, external air is supplied to the air throttle valve 2.
From the compressor 3 to supply air to the fuel cell stack 1 at a designated flow rate, and exhaust air discharged without being used in the fuel cell stack 1 through the air pressure control valve 4. .
【0027】この燃料電池システムでは、後述のコント
ローラ13からの制御信号が空気絞り弁2及びコンプレ
ッサモータ5に供給されることで、コンプレッサ3から
燃料電池スタック1に供給する空気の流量が制御される
と共に、空気圧力制御弁4に制御信号が供給されること
で燃料電池スタック1に供給する空気圧力が制御され
る。In this fuel cell system, a control signal from a controller 13 described later is supplied to the air throttle valve 2 and the compressor motor 5, so that the flow rate of air supplied from the compressor 3 to the fuel cell stack 1 is controlled. At the same time, the control signal is supplied to the air pressure control valve 4 to control the air pressure supplied to the fuel cell stack 1.
【0028】また、この燃料電池システムは、燃料電池
スタック1に燃料ガスを供給する挿通管で接続された燃
料タンク6と、燃料圧力制御弁7とを備える。この燃料
電池システムでは、コントローラ13から制御信号が燃
料圧力制御弁7に供給されることで燃料圧力制御弁7の
開口面積が制御され、燃料タンク6から燃料電池スタッ
ク1に供給する燃料ガス圧力が制御される。The fuel cell system also includes a fuel tank 6 connected by an insertion pipe for supplying fuel gas to the fuel cell stack 1 and a fuel pressure control valve 7. In this fuel cell system, the control signal is supplied from the controller 13 to the fuel pressure control valve 7, whereby the opening area of the fuel pressure control valve 7 is controlled, and the fuel gas pressure supplied from the fuel tank 6 to the fuel cell stack 1 is reduced. Controlled.
【0029】更に、この燃料電池システムは、燃料電池
スタック1で発電した発電電力を取り出す電力制御部8
と、燃料電池スタック1で発電した発電電力を蓄える電
力貯蔵部9と、この電力貯蔵部9のバッテリ電圧及びバ
ッテリ電流を検出する電流電圧センサ10と、燃料電池
スタック1で発電した発電電力又は電力貯蔵部9の電力
により駆動する負荷である駆動モータ11と、この駆動
モータ11により駆動する車輪12とを備える。Further, in this fuel cell system, a power control unit 8 for taking out the power generated by the fuel cell stack 1
A power storage unit 9 for storing the generated power generated by the fuel cell stack 1, a current / voltage sensor 10 for detecting a battery voltage and a battery current of the power storage unit 9, and a generated power or power generated by the fuel cell stack 1. A drive motor 11 which is a load driven by the electric power of the storage unit 9 and wheels 12 driven by the drive motor 11 are provided.
【0030】この燃料電池システムでは、コントローラ
13から電力制御部8に供給された制御信号に従って、
燃料電池スタック1で発電した電力を電力制御部8で取
り出し、電力制御部8から電力貯蔵部9又は駆動モータ
11に供給する。In this fuel cell system, according to a control signal supplied from the controller 13 to the power control unit 8,
The power generated by the fuel cell stack 1 is taken out by the power control unit 8 and supplied from the power control unit 8 to the power storage unit 9 or the drive motor 11.
【0031】更に、この燃料電池システムは、上述した
各部を制御するコントローラ13を備える。コントロー
ラ13は、例えば内部に格納された電力制御プログラム
を読み出し、この電力制御プログラムを実行することで
上述の各部を制御する制御信号を生成する。コントロー
ラ13は、電流電圧センサ10及び各種センサと接続さ
れ、車両運転者による駆動量制御命令であるアクセルの
操作量を示すアクセル操作量情報、ブレーキ操作量情
報、車両の状態を示す車両速度情報、バッテリ電圧情
報、バッテリ電流情報が入力される。Further, the fuel cell system includes a controller 13 for controlling the above-described units. The controller 13 reads out a power control program stored therein, for example, and generates a control signal for controlling the above-described units by executing the power control program. The controller 13 is connected to the current / voltage sensor 10 and various sensors, and operates accelerator operation amount information indicating an operation amount of an accelerator, which is a driving amount control command by a vehicle driver, brake operation amount information, vehicle speed information indicating a vehicle state, Battery voltage information and battery current information are input.
【0032】コントローラ13は、入力された各種情報
に基づいて、燃料電池スタック1の目標とする発電電力
である目標発電量を演算し、所望する発電量が得られる
ように、燃料圧力制御弁7に制御信号を出力して燃料電
池スタック1に燃料ガスを供給して燃料ガス圧力を調整
する制御、コンプレッサモータ5に制御信号を出力して
燃料電池スタック1に供給する空気流量を調整する制
御、空気絞り弁4に制御信号を出力して空気圧力を調整
する制御をすると共に、電力制御部8に制御信号を出力
して燃料電池スタック1から取り出す電力量を調整して
電力貯蔵部9及び/又は駆動モータ11に電力を供給す
る。The controller 13 calculates a target power generation amount which is a target power generation power of the fuel cell stack 1 based on the various kinds of input information, and controls the fuel pressure control valve 7 so that a desired power generation amount is obtained. A control signal to supply fuel gas to the fuel cell stack 1 to adjust the fuel gas pressure, a control signal to the compressor motor 5 to adjust the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 1, A control signal is output to the air throttle valve 4 to control the air pressure, and a control signal is output to the power control unit 8 to adjust the amount of power taken out of the fuel cell stack 1 to control the power storage unit 9 and / or Alternatively, power is supplied to the drive motor 11.
【0033】また、コントローラ13は、アクセル操作
量情報、車両速度情報に基づいて、駆動モータ11の駆
動量、すなわち要求される負荷を演算し、駆動モータ1
1に制御信号を出力して駆動モータ11の駆動量を制御
すると共に、電流電圧センサ10で検出されたバッテリ
電流情報及びバッテリ電圧情報に基づいて、電力貯蔵部
9の入出力可能電力、並びに電力貯蔵部9の充電レベル
(SOC[%])を演算する。The controller 13 calculates the drive amount of the drive motor 11, that is, the required load, based on the accelerator operation amount information and the vehicle speed information.
1 to control the amount of drive of the drive motor 11, and based on the battery current information and the battery voltage information detected by the current / voltage sensor 10, the input / output available power of the power storage unit 9 and the power The charge level (SOC [%]) of the storage unit 9 is calculated.
【0034】更に、コントローラ13は、燃料電池シス
テムの正味発電量を車両で消費する全電力量より小さく
するときに、空気絞り弁4での開口面積を調整すること
で、コンプレッサ3での消費電力量を調整する。Further, the controller 13 adjusts the opening area of the air throttle valve 4 to reduce the power consumption of the compressor 3 when the net power generation of the fuel cell system is made smaller than the total power consumption of the vehicle. Adjust the volume.
【0035】上記正味電力量とは、燃料電池スタック1
の発電電力から燃料電池システムを作動させる電力を差
し引いて得られる電力量である。すなわち、本例におい
て、上記正味電力量は、燃料電池スタック1で発電され
電力制御部8から出力された発電電力から、空気絞り弁
2,空気圧力制御弁4及び燃料圧力制御弁7の燃料電池
システム補機での消費電力及びコンプレッサ3での消費
電力を差し引いた電力であり、電力貯蔵部9、駆動モー
タ11又は車両補機(図示せず)で消費される。また、
正味電力は、駆動モータ11及び車両補機での消費電力
である、車両で消費する全電力量よりも小さく制御され
るときに、コンプレッサ3での消費電力とされる。The above-mentioned net electric energy means the fuel cell stack 1
This is the amount of power obtained by subtracting the power for operating the fuel cell system from the generated power of. That is, in the present example, the net electric energy is calculated based on the generated electric power generated by the fuel cell stack 1 and output from the electric power control unit 8 by using the fuel cell of the air throttle valve 2, the air pressure control valve 4, and the fuel pressure control valve 7 This is the power obtained by subtracting the power consumption of the system accessories and the power consumption of the compressor 3, and is consumed by the power storage unit 9, the drive motor 11, or the vehicle accessories (not shown). Also,
When the net power is controlled to be smaller than the total power consumed by the vehicle, which is the power consumed by the drive motor 11 and the vehicle accessories, the net power is regarded as the power consumed by the compressor 3.
【0036】「コントローラの機能的な構成」図2に、
コントローラ13の機能的な構成を示す。このコントロ
ーラ13は、予め内部のメモリなどに各種情報が記憶さ
れ燃料ガス及び空気の流量及び圧力を演算する燃料電池
流量圧力演算部21と、電流電圧センサ10からバッテ
リ電流情報及びバッテリ電圧情報が入力されるバッテリ
入出力電力演算部22と、図示しない温度センサからバ
ッテリ温度情報が入力されるバッテリ入出力可能電力演
算部23と、アクセル操作量情報及び車両速度情報、ブ
レーキ操作量情報が入力される要求駆動回生電力演算部
24とを備える。[Functional Configuration of Controller] FIG.
2 shows a functional configuration of the controller 13. The controller 13 receives various information from an internal memory or the like in advance and calculates the flow rate and pressure of fuel gas and air. The controller 13 receives battery current information and battery voltage information from the current / voltage sensor 10. Battery input / output power calculation unit 22, a battery input / output possible power calculation unit 23 to which battery temperature information is input from a temperature sensor (not shown), and accelerator operation amount information, vehicle speed information, and brake operation amount information. And a required drive regenerative power calculation unit 24.
【0037】燃料電池流量圧力演算部21は、後述の図
5に示すようなスタック最低出力電力量情報をメモリか
ら読み出して、燃料電池スタック1を最低出力状態とす
るときの空気の大気圧に対する目標空気圧力比及び目標
空気流量を演算して、目標絞り弁開口面積演算部26及
び目標コンプレッサ回転数演算部27に出力する。ここ
で、最低出力状態とは、駆動モータ11や電力制御部8
に供給する必要はないが、燃料電池スタック1の乾き特
性上、駆動する必要がある状態にあることをいう。ま
た、燃料電池流量圧力演算部21は、燃料電池スタック
1内の膜乾き防止のため、燃料電池スタック1の発電電
力を零とする事がないように目標空気流量を演算する。The fuel cell flow rate pressure calculating section 21 reads the stack minimum output electric energy information as shown in FIG. 5 to be described later from the memory, and sets the target with respect to the atmospheric pressure of the air when the fuel cell stack 1 is in the minimum output state. The air pressure ratio and the target air flow rate are calculated and output to the target throttle valve opening area calculation unit 26 and the target compressor rotation speed calculation unit 27. Here, the minimum output state refers to the driving motor 11 or the power control unit 8.
The fuel cell stack 1 does not need to be supplied to the fuel cell stack 1, but needs to be driven due to the drying characteristics of the fuel cell stack 1. Further, the fuel cell flow pressure calculating section 21 calculates a target air flow rate so as to prevent the generated power of the fuel cell stack 1 from becoming zero in order to prevent film drying in the fuel cell stack 1.
【0038】バッテリ入出力電力演算部22は、電流電
圧センサ10からのバッテリ電流情報及びバッテリ電圧
情報に基づいて、電力貯蔵部9で現在の入力電力量及び
出力電力量を演算してバッテリ実入力電力及びバッテリ
実出力電力を得て、バッテリ電力偏差演算部25に出力
する。The battery input / output power calculator 22 calculates the current input power and output power in the power storage unit 9 based on the battery current information and the battery voltage information from the current / voltage sensor 10, and calculates the actual input power of the battery. The power and the actual battery output power are obtained and output to the battery power deviation calculation unit 25.
【0039】バッテリ入出力可能電力演算部23は、バ
ッテリ電圧、電流より充電レベルが計算され、その充電
レベルとバッテリ温度情報に基づいて例えば図4に示す
テーブルを参照して、電力貯蔵部9で現在入出力可能な
電力量を演算し、電力貯蔵部9の入力可能電力及び出力
可能電力を得て、バッテリ電力偏差演算部25に出力す
る。The battery input / output possible power calculation unit 23 calculates the charge level from the battery voltage and the current, and, based on the charge level and the battery temperature information, refers to, for example, a table shown in FIG. The amount of power that can be input and output at present is calculated, the inputtable power and the outputable power of the power storage unit 9 are obtained, and output to the battery power deviation calculation unit 25.
【0040】要求駆動回生電力演算部24は、後述の図
6に示す車両速度、アクセル操作量に対する駆動トルク
を内部のメモリに格納しており、アクセル操作量情報、
車両速度情報及びブレーキ操作量情報に基づいて、現在
の車両の運転状態に基づいて駆動モータ11で回生すべ
き回生電力を演算する。目標トルク演算部28では、回
生すべき回生電力である要求回生電力に従って駆動モー
タ11の目標トルクを演算し、これを駆動モータ11に
指示する。これにより、駆動モータ11は指示された目
標トルクとなるように制御される。The required drive regenerative electric power calculation unit 24 stores drive torque corresponding to vehicle speed and accelerator operation amount shown in FIG. 6 described later in an internal memory.
Based on the vehicle speed information and the brake operation amount information, a regenerative electric power to be regenerated by the drive motor 11 is calculated based on the current driving state of the vehicle. The target torque calculator 28 calculates the target torque of the drive motor 11 according to the required regenerative power that is the regenerative power to be regenerated, and instructs the drive motor 11 on the target torque. As a result, the drive motor 11 is controlled so as to have the specified target torque.
【0041】更に、このコントローラ13は、バッテリ
電力偏差演算部25と、目標絞り弁開口面積演算部26
と、目標コンプレッサ回転数演算部27とを備える。Further, the controller 13 includes a battery power deviation calculator 25 and a target throttle valve opening area calculator 26.
When, and a target compressor rotational speed calculating section 27.
【0042】バッテリ電力偏差演算部25は、実際に電
力貯蔵部9に入力されている電力と電力貯蔵部9の入力
可能電力との大小比較をし、比較結果を目標絞り弁開口
面積演算部26及び目標コンプレッサ回転数演算部27
に出力する。The battery power deviation calculating section 25 compares the power actually input to the power storage section 9 with the inputtable power of the power storage section 9 and compares the comparison result with the target throttle valve opening area calculation section 26. And target compressor rotation speed calculation unit 27
Output to
【0043】目標絞り弁開口面積演算部26は、バッテ
リ電力偏差演算部25からの比較結果、燃料電池流量圧
力演算部21からの目標圧力比及び目標空気流量に基づ
いて、空気絞り弁2での開口面積を演算して、演算して
得た開口面積とする制御信号を空気絞り弁2に出力す
る。The target throttle valve opening area calculation unit 26 calculates the target throttle valve opening area based on the comparison result from the battery power deviation calculation unit 25 and the target pressure ratio and the target air flow rate from the fuel cell flow rate pressure calculation unit 21. An opening area is calculated, and a control signal representing the calculated opening area is output to the air throttle valve 2.
【0044】目標コンプレッサ回転数演算部27は、図
示しない流量センサと、目標空気流量からの比較結果、
燃料電池流量圧力演算部21からの目標圧力比及び目標
空気流量に基づいて、コンプレッサ3での回転数を演算
して得た回転数で駆動するようにコンプレッサモータ5
に制御信号を出力する。The target compressor speed calculating section 27 calculates a comparison result between a flow rate sensor (not shown) and a target air flow rate,
Based on the target pressure ratio and the target air flow rate from the fuel cell flow rate pressure calculation unit 21, the compressor motor 5 is driven at the rotation speed obtained by calculating the rotation speed of the compressor 3.
To output a control signal.
【0045】[コントローラによる電力制御処理]図3
に、コントローラ13による電力制御処理について説明
する。図3によれば、先ず、ステップS1では、温度セ
ンサ及び電流電圧センサ10からバッテリ温度情報、バ
ッテリ電流情報及びバッテリ電圧情報を検出してステッ
プS2に処理を進める。[Power Control Processing by Controller] FIG.
Next, the power control processing by the controller 13 will be described. According to FIG. 3, first, in step S1, battery temperature information, battery current information, and battery voltage information are detected from the temperature sensor and the current / voltage sensor 10, and the process proceeds to step S2.
【0046】ステップS2では、ステップS1で入力し
たバッテリ電流情報及びバッテリ電圧情報に基づいて、
バッテリ入出力可能電力演算部23により電力貯蔵部9
の充電レベル(SOC)を演算して、ステップS3に処
理を進める。In step S2, based on the battery current information and battery voltage information input in step S1,
The power storage unit 9 is operated by the battery
Is calculated, and the process proceeds to step S3.
【0047】ステップS3では、ステップS1で入力し
たバッテリ温度とステップS2で演算して得た充電レベ
ルとの関係を利用して、電力貯蔵部9の入力可能電力及
び出力可能電力をバッテリ入出力可能電力演算部23に
より演算して、ステップS4に処理を進める。このと
き、バッテリ入出力可能電力演算部23は、図4に示す
ような充電レベル(SOC)とバッテリ温度と入力可能
電力及び出力可能電力との関係を記述したテーブルを保
持しており、入力された情報に基づいて入力可能電力及
び出力可能電力を演算する。In step S3, the inputtable power and the outputable power of the power storage unit 9 are input to and output from the battery using the relationship between the battery temperature input in step S1 and the charge level calculated in step S2. The calculation is performed by the power calculation unit 23, and the process proceeds to step S4. At this time, the battery input / output available power calculation unit 23 holds a table describing the relationship between the charge level (SOC), the battery temperature, the available input power, and the available output power as shown in FIG. The available input power and the available output power are calculated based on the obtained information.
【0048】ステップS4では、燃料電池スタック1が
最低出力状態となっているときに必要な空気流量及び空
気圧力を燃料電池流量圧力演算部21により読み出して
ステップS5に処理を進める。このとき、燃料電池流量
圧力演算部21は、図5に示すような燃料電池スタック
1の出力[%]、空気圧力及び空気流量の関係を記述し
たテーブルを保持しており、最低出力状態時の出力に応
じた空気圧力値及び空気流量値を読み出す。In step S4, the air flow rate and air pressure required when the fuel cell stack 1 is in the minimum output state are read out by the fuel cell flow rate pressure calculation section 21, and the process proceeds to step S5. At this time, the fuel cell flow rate pressure calculation unit 21 holds a table describing the relationship between the output [%] of the fuel cell stack 1, the air pressure, and the air flow rate as shown in FIG. Read the air pressure value and air flow value according to the output.
【0049】ステップS5では、要求される回生電力
(回生電力要求値)を演算するために、アクセル操作量
情報及び車両速度情報、ブレーキ操作情報などを得て、
ステップS6に処理を進める。In step S5, accelerator operation amount information, vehicle speed information, brake operation information, and the like are obtained to calculate a required regenerative electric power (regenerative electric power required value).
The process proceeds to step S6.
【0050】ステップS6では、ステップS5で入力し
たアクセル操作量情報及び車両速度情報に基づいて、車
両が要求する負荷(駆動トルク)を認識して、要求され
る回生電力を要求駆動回生電力演算部24により演算し
てステップS7に処理を進める。このとき、要求駆動回
生電力演算部24は、図6に示すように、車両の速度、
アクセル操作量に応じた駆動トルクを示すテーブルを備
え、車両速度及びアクセル操作量に応じた駆動トルク値
を得る。本例の要求駆動回生電力演算部24は、図6に
示すような特性より、車両速度が大きく、アクセル操作
量が小さいときに駆動モータ11の駆動トルクが負の値
となり、マイナスとなっている駆動トルク分の電力量が
回生電力となる。In step S6, the load (drive torque) required by the vehicle is recognized based on the accelerator operation amount information and the vehicle speed information input in step S5, and the required regenerative power is calculated. 24 and the process proceeds to step S7. At this time, the required drive regenerative power calculation unit 24 calculates the vehicle speed,
There is provided a table indicating a driving torque according to the accelerator operation amount, and a driving torque value according to the vehicle speed and the accelerator operation amount is obtained. According to the characteristics shown in FIG. 6, the required drive regenerative electric power calculation unit 24 of this example has a negative value and a negative drive torque of the drive motor 11 when the vehicle speed is high and the accelerator operation amount is small. The amount of power for the driving torque is the regenerative power.
【0051】ステップS7では、ステップS1で検出し
たバッテリ電流及びバッテリ電圧に基づいて、バッテリ
入出力電力演算部22によりバッテリ実入力電力及びバ
ッテリ実出力電力を演算して、ステップS8に処理を進
める。In step S7, the battery input / output power calculator 22 calculates the actual battery input power and the actual battery output power based on the battery current and battery voltage detected in step S1, and the process proceeds to step S8.
【0052】ステップS8では、ステップS3で演算し
て得た入力可能電力とステップS7で演算して得たバッ
テリ実入力電力との大小比較をバッテリ電力偏差演算部
25により行う。入力可能電力がバッテリ実入力電力よ
り大きいときにはステップS9に処理を進め、入力可能
電力がバッテリ実入力電力より大きくないときにはステ
ップS10に処理を進める。In step S8, the battery power deviation calculating unit 25 compares the possible input power calculated in step S3 with the actual battery input power calculated in step S7. When the available input power is larger than the actual battery input power, the process proceeds to step S9, and when the available input power is not larger than the actual battery input power, the process proceeds to step S10.
【0053】ステップS9では、コンプレッサ3の回転
数の変化量を示す目標コンプレッサ回転数補正量、及び
空気絞り弁2の開口面積の変化量を示す目標絞り弁開口
面積補正量をともに「0」に設定してステップS11に
処理を進める。すなわち、この場合では、空気絞り弁2
の開口面積及びコンプレッサ3での回転数を変化させな
い。In step S9, the target compressor rotation speed correction amount indicating the change amount of the rotation speed of the compressor 3 and the target throttle valve opening area correction amount indicating the change amount of the opening area of the air throttle valve 2 are both set to "0". After setting, the process proceeds to step S11. That is, in this case, the air throttle valve 2
And the rotation speed of the compressor 3 are not changed.
【0054】一方、ステップS10では、下記の式1に
従って目標コンプレッサ回転数補正量を演算すると共
に、下記の式2に従って目標絞り弁開口面積補正量を演
算をして、ステップS11に処理を進める。On the other hand, in step S10, the target compressor rotation speed correction amount is calculated according to the following equation (1), and the target throttle valve opening area correction amount is calculated according to the following equation (2), and the process proceeds to step S11.
【0055】 Kp1×ΔQ+∫(Ki1×ΔQ)dt (式1) Kp1:比例ゲイン ΔQ:目標とする空気流量−実際の空気流量 Ki1:積分ゲイン Kp2×ΔP+∫(Ki2×ΔP)dt (式2) Kp2:比例ゲイン ΔP:実際のバッテリ入力電力−バッテリ入力可能電力 Ki2:積分ゲイン ここで、Kp1、Ki1は正の値であり、Kp2、Ki
2は負の値であり、上記式1及び式2からわかるよう
に、目標コンプレッサ回転数補正値はΔQが大きいほど
増加し、目標絞り弁開口面積補正値はΔPが大きいほど
減少するように制御される。Kp1 × ΔQ + ∫ (Ki1 × ΔQ) dt (Equation 1) Kp1: Proportional gain ΔQ: Target air flow-actual air flow Ki1: Integral gain Kp2 × ΔP + ∫ (Ki2 × ΔP) dt (Equation 2) Kp2: proportional gain ΔP: actual battery input power−battery input available power Ki2: integral gain Here, Kp1 and Ki1 are positive values, and Kp2 and Ki
2 is a negative value. As can be seen from the above equations 1 and 2, control is performed such that the target compressor rotation speed correction value increases as ΔQ increases, and the target throttle valve opening area correction value decreases as ΔP increases. Is done.
【0056】コントローラ13は、ステップS3で計算
したバッテリ入力可能電力から、ステップS7で計算し
たバッテリ入力電力を減算した差分電力ΔPだけ目標コ
ンプレッサ消費電力を増加させるような目標コンプレッ
サ回転数補正量及び目標絞り弁開口面積補正量を演算し
て、ステップS11に処理を進める。The controller 13 corrects the target compressor rotational speed correction amount and the target compressor power to increase the target compressor power consumption by the difference power ΔP obtained by subtracting the battery input power calculated in step S7 from the battery input power calculated in step S3. The throttle valve opening area correction amount is calculated, and the process proceeds to step S11.
【0057】ステップS11では、目標コンプレッサ回
転数演算部27は、ステップS4で演算して得た燃料電
池スタック1の最低出力状態時に必要な空気流量及び空
気圧力に基づいて目標コンプレッサ回転数の基本値を図
7に示すマップにより演算し、目標コンプレッサ回転数
補正量との和から目標コンプレッサ回転数を計算し、計
算して得た目標コンプレッサ回転数とするようにコンプ
レッサモータ5に制御信号を出力する。In step S11, the target compressor speed calculator 27 calculates the basic value of the target compressor speed based on the air flow rate and air pressure required in the lowest output state of the fuel cell stack 1 calculated in step S4. Is calculated using the map shown in FIG. 7, the target compressor rotation speed is calculated from the sum of the target compressor rotation speed correction amount, and a control signal is output to the compressor motor 5 so as to obtain the calculated target compressor rotation speed. .
【0058】また、目標絞り弁開口面積演算部26は、
空気絞り弁2を全開状態にしているときの値と、目標絞
り弁開口面積補正値との和として空気絞り弁2の開口面
積を計算して、計算して得た開口面積とするように空気
絞り弁2に制御信号を出力する。Further, the target throttle valve opening area calculation unit 26
The opening area of the air throttle valve 2 is calculated as the sum of the value when the air throttle valve 2 is fully opened and the correction value of the target throttle valve opening area, and the air is set so as to obtain the calculated opening area. The control signal is output to the throttle valve 2.
【0059】[第1実施形態の効果]このような処理を
行うコントローラ13を備えた燃料電池システムによれ
ば、図8(b)に示すように車両の走行速度が時間と共
に減速して、図8(a)に示すように駆動モータ11に
よる回生が継続し、時刻T1で入力可能電力が回生電力
よりも小さくなる。すると、空気絞り弁2の開口面積を
小さくし(図8(e))、コンプレッサ3の回転数を大
きくすることでコンプレッサ3の消費電力を大きくする
ことで、回生電力をコンプレッサ3により消費するのを
開始する(図8(d)、(f))。そして、図8(c)
に示す充電レベルが時刻T2において最高レベルとなっ
た後、すなわち入力可能電力が「0」になっても、空気
絞り弁2の開口面積を減少させコンプレッサ3の上流圧
力を負圧にすることで、コンプレッサ3の消費電力を増
やし、駆動モータ11からの回生電力を吸収することが
できる。[Effects of the First Embodiment] According to the fuel cell system provided with the controller 13 for performing such processing, as shown in FIG. 8B, the running speed of the vehicle decreases with time. As shown in FIG. 8A, the regeneration by the drive motor 11 continues, and at time T1, the inputtable power becomes smaller than the regenerative power. Then, the regenerative power is consumed by the compressor 3 by reducing the opening area of the air throttle valve 2 (FIG. 8E) and increasing the power consumption of the compressor 3 by increasing the rotation speed of the compressor 3. (FIGS. 8D and 8F). Then, FIG.
After the charging level shown in (2) reaches the highest level at time T2, that is, even if the inputtable power becomes "0", the opening area of the air throttle valve 2 is reduced and the upstream pressure of the compressor 3 is set to a negative pressure. Thus, the power consumption of the compressor 3 can be increased, and the regenerative power from the drive motor 11 can be absorbed.
【0060】これは、コンプレッサ3の全断熱仕事Pco
mpが以下の式で表されることによる。This is the total insulation work Pco of the compressor 3.
This is because mp is represented by the following equation.
【0061】Pcomp={κ/(κ-1)}×Q×R×Tin×
[{(Pout/Pin)(κ−1/κ)}-1] κ:比熱比 Q:空気流量[kg/s] R:ガス定数 Tin:コンプレッサ入口空気温度[K] Pout:コンプレッサ出口空気圧力[Pa] Pin:コンプレッサ入口空気圧力[Pa] すなわち、燃料電池スタック1の空気極の圧力(コンプ
レッサ出口圧力)及び空気流量は最低出力確保のために
所定値以上とするが、空気絞り弁2の開口面積を小さく
したことによりコンプレッサ入口圧力が低下し、Pout
/Pinの値が増加することによる。そして、このPout
/Pinの値にコンプレッサ3の全断熱効率及びコンプレ
ッサモータ5の効率で除算した値が実際のコンプレッサ
3の消費電力となる。Pcomp = {κ / (κ-1)} × Q × R × Tin ×
[{(Pout / Pin) (κ-1 / κ) } -1] κ: Specific heat ratio Q: Air flow rate [kg / s] R: Gas constant Tin: Compressor inlet air temperature [K] Pout: Compressor outlet air pressure [Pa] Pin: Compressor inlet air pressure [Pa] That is, the pressure of the air electrode of the fuel cell stack 1 (compressor outlet pressure) and the air flow rate are set to be equal to or higher than predetermined values in order to secure the minimum output. By reducing the opening area, the compressor inlet pressure decreases, and Pout
This is because the value of / Pin increases. And this Pout
The value obtained by dividing the value of / Pin by the total adiabatic efficiency of the compressor 3 and the efficiency of the compressor motor 5 is the actual power consumption of the compressor 3.
【0062】また、この燃料電池システムによれば、要
求される回生電力を演算して、この要求された回生電力
がバッテリ入力可能電力よりも大きい場合には、空気絞
り弁2の開口面積を調整することでコンプレッサ3に供
給する空気圧力を調整すると共に、コンプレッサ3の運
転条件を調整することで消費電力を調整して回生電力を
消費するので、電力蓄積部9の充電レベルが高いとき、
電力蓄積部9の周辺が低温であるときなど、電力蓄積部
9での入力可能電力が小さい場合に、機械ブレーキに頼
らず、所望とする減速度を確保することができる。Further, according to this fuel cell system, the required regenerative power is calculated, and if the required regenerative power is larger than the battery inputtable power, the opening area of the air throttle valve 2 is adjusted. By adjusting the air pressure supplied to the compressor 3 and adjusting the operating conditions of the compressor 3, the power consumption is adjusted and the regenerative power is consumed. Therefore, when the charge level of the power storage unit 9 is high,
When the inputtable power in the power storage unit 9 is small, such as when the temperature around the power storage unit 9 is low, a desired deceleration can be secured without relying on the mechanical brake.
【0063】更に、燃料電池システムによれば、要求さ
れる回生電力が、バッテリ入力可能電力よりも大きい場
合に、コンプレッサ3の運転条件を調整することで消費
電力を増加し、バッテリ入力可能電力とコンプレッサ3
の消費電力の増加分とに基づいて、回生電力を電力蓄積
部9に入力する制御、またはコンプレッサ3で消費する
制御をすることもできる。Further, according to the fuel cell system, when the required regenerative power is larger than the battery inputtable power, the power consumption is increased by adjusting the operating conditions of the compressor 3 to increase the battery inputtable power. Compressor 3
Based on the increase in power consumption, control for inputting the regenerative power to the power storage unit 9 or control for consuming the regenerative power in the compressor 3 can be performed.
【0064】したがって、この燃料電池システムによれ
ば、車両の減速時に回生電力が発生したときに、バッテ
リ入力可能電力を越えて電力が電力蓄積部9に入力され
ることを防止する制御が可能となり、電力蓄積部9の劣
化の進行を防止することができる。Therefore, according to this fuel cell system, when regenerative power is generated at the time of deceleration of the vehicle, control can be performed to prevent power from being input to the power storage unit 9 beyond the power that can be input to the battery. In addition, the deterioration of the power storage unit 9 can be prevented from progressing.
【0065】更にまた、燃料電池システムでは、要求さ
れる回生電力がバッテリ入力可能電力よりも大きい場合
には、回生電力とバッテリ入力可能電力との差分電力を
コンプレッサ3で消費するための目標コンプレッサ回転
数を決定し、燃料電池スタック1を最低出力で運転する
ために必要となる空気圧力及び流量、並びに目標コンプ
レッサ回転数に基づいて、目標コンプレッサ回転数の電
力を消費するのに必要なコンプレッサ3の空気入口にお
けるガス圧力及びガス密度を求め、求めたガス圧力及び
ガス密度に基づいて空気絞り弁2の開口面積及びコンプ
レッサ3の運転条件を決定し、決定した運転条件に従っ
て動作させるようにコンプレッサ3を制御することによ
り消費電力を制御することができる。Furthermore, in the fuel cell system, when the required regenerative power is larger than the battery inputtable power, the target compressor rotation for consuming the difference power between the regenerative power and the battery inputtable power by the compressor 3 is performed. The number of compressors 3 required for consuming the power of the target compressor speed is determined based on the air pressure and flow rate required for operating the fuel cell stack 1 at the minimum output and the target compressor speed. The gas pressure and gas density at the air inlet are determined, the opening area of the air throttle valve 2 and the operating conditions of the compressor 3 are determined based on the determined gas pressure and gas density, and the compressor 3 is operated so as to operate according to the determined operating conditions. By controlling, power consumption can be controlled.
【0066】したがって、この燃料電池システムによれ
ば、バッテリ入力可能電力が小さいときでも、所望とす
る減速度を確保することができると共に、純水の回収や
燃料電池の安定動作の観点から要求される空気流量及び
空気圧力の制限を守りながらコンプレッサ3での消費電
力を大きくすることができる。Therefore, according to this fuel cell system, a desired deceleration can be ensured even when the electric power that can be input to the battery is small, and it is required from the viewpoints of pure water recovery and stable operation of the fuel cell. The power consumption of the compressor 3 can be increased while maintaining the restrictions on the air flow rate and the air pressure.
【0067】[第2実施形態に係る燃料電池システム]
つぎに、第2実施形態に係る燃料電池システムの構成を
図9に示す。なお、上述の燃料電池システムと同じ部分
については同符号を付することでその詳細な説明を省略
する。[Fuel Cell System According to Second Embodiment]
Next, the configuration of a fuel cell system according to the second embodiment is shown in FIG. The same parts as those in the above-described fuel cell system are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0068】この燃料電池システムは、燃料圧力制御弁
7と燃料電池スタック1との間及びコンプレッサ3と燃
料電池スタック1との間に加湿器31を設けると共に、
空気圧力制御弁4からの排空気から水分を回収する水回
収装置32を設け、水回収装置32と加湿器31との間
に水循環経路を設けている点で図1に示す燃料電池シス
テムと異なる。In this fuel cell system, a humidifier 31 is provided between the fuel pressure control valve 7 and the fuel cell stack 1 and between the compressor 3 and the fuel cell stack 1.
The fuel cell system shown in FIG. 1 differs from the fuel cell system shown in FIG. 1 in that a water recovery device 32 for recovering moisture from the exhaust air from the air pressure control valve 4 is provided, and a water circulation path is provided between the water recovery device 32 and the humidifier 31. .
【0069】このように構成された燃料電池システムで
は、コンプレッサ3から燃料電池スタック1に供給され
る空気及び燃料タンク6から燃料圧力制御弁7を介して
燃料電池スタック1に供給される燃料ガスを加湿器31
により加湿し、燃料電池スタック1の発電の際に生成さ
れる水と加湿器31で加湿に使用した水を水回収装置3
2により回収する。そして、水回収装置32は回収した
水を再度加湿器31に供給し、空気及び燃料ガスの加湿
に使用する。In the fuel cell system configured as described above, the air supplied from the compressor 3 to the fuel cell stack 1 and the fuel gas supplied from the fuel tank 6 to the fuel cell stack 1 via the fuel pressure control valve 7 are used. Humidifier 31
Humidification, and water generated at the time of power generation of the fuel cell stack 1 and water used for humidification by the humidifier 31 are collected by the water recovery device 3.
Collect by 2. Then, the water recovery device 32 supplies the recovered water to the humidifier 31 again and uses it for humidifying the air and the fuel gas.
【0070】「コントローラの機能的な構成」図10
に、コントローラ13の機能的な構成を示す。第2実施
形態に係るコントローラ13では、目標コンプレッサ消
費電力演算部41、目標絞り弁下流空気密度演算部4
2、目標絞り弁開口面積演算部43、目標コンプレッサ
回転数演算部44を備える点で第1実施形態のコントロ
ーラ13と異なる。[Functional Configuration of Controller] FIG.
2 shows a functional configuration of the controller 13. In the controller 13 according to the second embodiment, the target compressor power consumption calculation unit 41, the target throttle valve downstream air density calculation unit 4
2. The controller 13 differs from the controller 13 of the first embodiment in that a target throttle valve opening area calculator 43 and a target compressor rotation speed calculator 44 are provided.
【0071】目標コンプレッサ消費電力演算部41は、
バッテリ入出力可能電力演算部22からの入力可能電
力、要求駆動回生電力演算部24の要求負荷電力に基づ
いて、コンプレッサ3が消費する電力量の目標値である
目標コンプレッサ消費電力を演算して、目標絞り弁下流
空気密度演算部42に出力する。The target compressor power consumption calculator 41 calculates
A target compressor power consumption, which is a target value of the amount of power consumed by the compressor 3, is calculated based on the available input power from the battery input / output available power calculator 22 and the required load power of the required drive regenerative power calculator 24, Output to the target throttle valve downstream air density calculation unit 42.
【0072】目標絞り弁下流空気密度演算部42は、燃
料電池流量圧力演算部21からの目標圧力比、目標流量
並びに目標コンプレッサ消費電力に基づいて、空気絞り
弁2の下流位置での空気密度を示す目標絞り弁下流空気
密度を演算して、目標絞り弁開口面積演算部43及び目
標コンプレッサ回転数演算部44に出力する。The target throttle valve downstream air density calculating section 42 calculates the air density at the downstream position of the air throttle valve 2 based on the target pressure ratio, the target flow rate and the target compressor power consumption from the fuel cell flow rate pressure calculating section 21. The calculated target throttle valve downstream air density is calculated and output to the target throttle valve opening area calculation unit 43 and the target compressor rotation speed calculation unit 44.
【0073】目標絞り弁開口面積演算部43は、目標絞
り弁下流空気密度を実現するように空気絞り弁2の開口
面積を調整するための目標絞り弁開口面積を演算して、
制御信号として空気絞り弁2に出力する。The target throttle valve opening area calculator 43 calculates a target throttle valve opening area for adjusting the opening area of the air throttle valve 2 so as to realize the target throttle valve downstream air density.
It is output to the air throttle valve 2 as a control signal.
【0074】目標コンプレッサ回転数演算部44は、目
標圧力比、目標絞り弁下流空気密度での目標流量を実現
するコンプレッサ3の回転数とするための制御信号を生
成してコンプレッサモータ5に出力する。The target compressor rotation speed calculating section 44 generates a control signal for setting the rotation speed of the compressor 3 for realizing the target pressure ratio and the target flow rate at the target throttle valve downstream air density, and outputs the control signal to the compressor motor 5. .
【0075】[コントローラによる電力制御処理]図1
1に第2実施形態におけるコントローラ13の処理手順
を示す。図11にれば、ステップS21〜ステップS2
6までは上述の第1実施形態のステップS1〜ステップ
S6と同じ処理であるので説明を省略する。[Power Control Processing by Controller] FIG.
FIG. 1 shows a processing procedure of the controller 13 in the second embodiment. According to FIG. 11, steps S21 to S2
Steps up to 6 are the same as steps S1 to S6 of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted.
【0076】ステップS27では、上述の入力可能電力
がステップS26で演算された目標回生電力以上である
か否かの判定を目標コンプレッサ消費電力演算部41に
より行う。入力可能電力が目標回生電力以上であるとき
には処理をステップS28に進め、入力可能電力がステ
ップS16で演算された目標回生電力以上でないときに
は処理をステップS29に進める。In step S27, the target compressor power consumption calculator 41 determines whether the above-mentioned inputtable power is equal to or higher than the target regenerative power calculated in step S26. If the inputtable power is equal to or higher than the target regenerative power, the process proceeds to step S28. If the inputtable power is not equal to or higher than the target regenerative power calculated in step S16, the process proceeds to step S29.
【0077】ステップS28では、ステップS24で演
算された燃料電池スタック1の最低出力状態において必
要となる空気流量及び空気圧力に応じて目標コンプレッ
サ回転数を目標コンプレッサ回転数演算部44により演
算すると共に、目標絞り弁開口面積を全開相当とするよ
うに目標絞り弁開口面積演算部43から空気絞り弁2に
制御信号を出力して処理を終了する。In step S28, the target compressor speed is calculated by the target compressor speed calculator 44 in accordance with the air flow rate and air pressure required in the lowest output state of the fuel cell stack 1 calculated in step S24. A control signal is output from the target throttle valve opening area calculator 43 to the air throttle valve 2 so that the target throttle valve opening area is equivalent to full opening, and the process is terminated.
【0078】一方、ステップS29では、目標コンプレ
ッサ消費電力演算部41で目標回生電力と入力可能電力
との電力差を目標コンプレッサ消費電力として演算し
て、ステップS30に処理を進める。On the other hand, in step S29, the target compressor power consumption calculator 41 calculates the power difference between the target regenerative power and the inputtable power as target compressor power consumption, and proceeds to step S30.
【0079】ステップS30では、ステップS29で演
算された目標コンプレッサ消費電力とステップS24で
演算された燃料電池スタック1の最低出力状態において
必要となる空気流量に基づいて、目標コンプレッサ消費
電力を実現するのに必要な目標圧力比を演算して、ステ
ップS31に処理を進める。このとき、コントローラ1
3は、図12(a)に示すコンプレッサ3の消費電力、
空気流量、圧力比の関係を記述したマップを参照して目
標圧力比を求める。In step S30, the target compressor power consumption is realized based on the target compressor power consumption calculated in step S29 and the air flow required in the lowest output state of the fuel cell stack 1 calculated in step S24. Is calculated, and the process proceeds to step S31. At this time, the controller 1
3 is the power consumption of the compressor 3 shown in FIG.
The target pressure ratio is determined with reference to a map describing the relationship between the air flow rate and the pressure ratio.
【0080】ステップS31では、ステップS24で演
算された最低出力状態において必要な空気圧力tPをス
テップS29で演算された目標圧力比で除算し、目標コ
ンプレッサ入口圧力(空気密度)Pinを目標絞り弁下流
空気密度演算部42により演算して、ステップS32に
処理を進める。In step S31, the required air pressure tP in the minimum output state calculated in step S24 is divided by the target pressure ratio calculated in step S29, and the target compressor inlet pressure (air density) Pin is set to the target throttle valve downstream. The calculation is performed by the air density calculation unit 42, and the process proceeds to step S32.
【0081】ステップS32では、ステップS31で演
算された目標コンプレッサ入口圧力Pinと、大気圧Pa
並びにステップS24で演算された最低出力状態におい
て必要な空気流量に基づいて、目標絞り弁開口面積演算
部43により目標絞り弁開口面積Aを演算して、ステッ
プS33に処理を進める。このとき、目標絞り弁開口面
積演算部43は、下記の式4,式5を用いて、式3によ
り目標絞り弁開口面積Aを求める。In step S32, the target compressor inlet pressure Pin calculated in step S31 and the atmospheric pressure Pa
In addition, the target throttle valve opening area A is calculated by the target throttle valve opening area calculation unit 43 based on the required air flow rate in the minimum output state calculated in step S24, and the process proceeds to step S33. At this time, the target throttle valve opening area calculation unit 43 obtains the target throttle valve opening area A by Expression 3 using Expressions 4 and 5 below.
【0082】 A=Q(ρath*Vath) (式3) ρath=ρin・(Pin/Pa)(1/κa) (式4) Vath=[(2・κa/κa-1)(Pa/ρa){1-(Pin/Pa)(κa-1/κa)}]1/2 (式 5) Pa:大気圧 Pa:比熱比 ステップS33では、ステップS31で演算された目標
コンプレッサ入口圧力Pinと、ステップS24で演算さ
れた最低出力状態において必要な空気流量から、目標コ
ンプレッサ体積流量Qcompを演算して、ステップS34
に処理を進める。このとき、下記式6を用いる。A = Q (ρath * Vath) (Equation 3) ρath = ρin · (Pin / Pa) (1 / κa) (Equation 4) Vath = [(2 · κa / κa-1) (Pa / ρa) {1- (Pin / Pa) (κa-1 / κa) }] 1/2 (Equation 5) Pa: Atmospheric pressure Pa: Specific heat ratio In step S33, the target compressor inlet pressure Pin calculated in step S31 and the step The target compressor volume flow rate Qcomp is calculated from the required air flow rate in the minimum output state calculated in S24, and step S34 is performed.
Processing proceeds to At this time, the following equation 6 is used.
【0083】 Qcomp=tQ/(Pin/Ta/Ra) (式6) Ta:大気温度 Ra:ガス定数(空気) ステップS34では、ステップS33で演算した目標コ
ンプレッサ体積流量QcompとステップS30で演算した
目標圧力比に基づいて、図12(b)に示すコンプレッ
サ回転速度と空気流量との関係を利用して目標コンプレ
ッサ回転数演算部44により目標コンプレッサ回転数を
演算して処理を終了する。Qcomp = tQ / (Pin / Ta / Ra) (Equation 6) Ta: atmospheric temperature Ra: gas constant (air) In step S34, the target compressor volume flow rate Qcomp calculated in step S33 and the target calculated in step S30. Based on the pressure ratio, the target compressor rotation speed is calculated by the target compressor rotation speed calculation unit 44 using the relationship between the compressor rotation speed and the air flow rate shown in FIG.
【0084】[第2実施形態の効果]このような処理を
行うコントローラ13を備えた燃料電池システムによれ
ば、図13(b)に示すように車両の走行速度が時間と
共に減速して、図13(a)に示すように駆動モータ1
1による回生が継続し、時刻T1で入力可能電力が回生
電力よりも小さくなる。すると、空気絞り弁2の開口面
積を小さく(図13(e))、コンプレッサ3の回転数
を大きくすることで消費電力を大きくして回生電力をコ
ンプレッサ3で消費し始める(図13(d)、
(f))。そして、図13(c)に示す充電レベルが時
刻T2において最高レベルとなった後、すなわち入力可
能電力が「0」になっても、空気絞り弁2の開口面積を
減少させコンプレッサ3の上流圧力を負圧にすること
で、コンプレッサ3の消費電力を増やし、駆動モータ1
1からの回生電力を吸収することができる。また、この
燃料電池システムによれば、水回収や圧力制御の観点か
ら決定される空気流量と圧力の目標を精度良く行うこと
ができる。すなわちこの燃料電池システムによれば、電
力貯蔵部9の入力可能電力が小さいときでも、所望とす
る減速度を確保することができると共に、純水の回収や
燃料電池スタック1の安定動作の観点から要求される空
気流量及び空気圧力の制限を守りながらコンプレッサ3
での消費電力を大きくすることができる。[Effects of the Second Embodiment] According to the fuel cell system including the controller 13 for performing such processing, the running speed of the vehicle decreases with time as shown in FIG. As shown in FIG.
1, the regenerative power becomes smaller than the regenerative power at time T1. Then, the opening area of the air throttle valve 2 is reduced (FIG. 13 (e)), the power consumption is increased by increasing the rotation speed of the compressor 3, and the regenerative power starts to be consumed by the compressor 3 (FIG. 13 (d)). ,
(F)). After the charging level shown in FIG. 13C reaches the highest level at time T2, that is, even if the inputtable power becomes “0”, the opening area of the air throttle valve 2 is reduced and the upstream pressure of the compressor 3 is reduced. , The power consumption of the compressor 3 is increased, and the driving motor 1
It can absorb the regenerative electric power from 1. Further, according to this fuel cell system, the target of the air flow rate and the pressure determined from the viewpoint of water recovery and pressure control can be accurately performed. That is, according to this fuel cell system, a desired deceleration can be ensured even when the inputtable power of the power storage unit 9 is small, and from the viewpoints of pure water recovery and stable operation of the fuel cell stack 1. Compressor 3 while maintaining required air flow and air pressure restrictions
Power consumption can be increased.
【0085】また、上述したシステムによれば、要求さ
れる回生電力に基づいて、電力貯蔵部9の入力可能電圧
とコンプレッサ3の消費電力とに分担する一例について
説明したが、逆にコンプレッサ3の消費可能な電力の最
大値と電力貯蔵部9の入力可能電圧に基づいて目標とす
る回生電力を決定しても良い。Further, according to the above-described system, an example has been described in which the inputtable voltage of the power storage unit 9 and the power consumption of the compressor 3 are shared based on the required regenerative power. The target regenerative power may be determined based on the maximum value of the power that can be consumed and the inputtable voltage of the power storage unit 9.
【0086】ここで、燃料電池スタック1を発電させる
に際して、燃料電池スタック1の発電電力を安定して確
保するために、燃料ガス圧力と空気圧力との圧力差を所
定値以上にしないことが必要となる。また、加湿に要す
る水を外部から供給せずに内部で生成するときには、排
空気と共に外部に排出される水、すなわち、燃料電池ス
タック1の生成水、又は加湿した供給ガスに含まれる水
分を回収する必要がある。多くの水を回収するために
は、水回収装置32の性能にも依存するが、通常、燃料
電池スタック1の発電出力が一定であれば小ストイキ比
とすることが望ましい。ストイキ比とは空気と燃料ガス
とで別に定義され、空気ストイキ比は供給空気流量を消
費空気流量で除算した値で表され、水素ストイキ比は供
給水素流量を消費水素流量で除算した値で表される。そ
して、小ストイキ比になるということは供給ガス量が少
ない、すなわち加湿に要する水が少なくなり、排空気に
混入する水が少なくなることである。駆動モータ11の
回生時に電力貯蔵部9で充電できない電力量をコンプレ
ッサ3で消費するとした場合、コンプレッサ3の回転数
を増加させるために、空気流量及び/又は空気圧力を増
加させる制御をするが、空気流量を増やすと高ストイキ
比となり水回収の観点からは不利となる。また、空気圧
力を増加させるということは、燃料ガスと空気圧力を所
定値以上にしないという観点から、燃料ガスの圧力制御
にも関わることになり、空気だけで行って良いことでは
ない。Here, when the fuel cell stack 1 is generated, it is necessary that the pressure difference between the fuel gas pressure and the air pressure does not exceed a predetermined value in order to secure the generated power of the fuel cell stack 1 stably. Becomes When the water required for humidification is generated internally without being supplied from the outside, water discharged to the outside together with the exhaust air, that is, water generated in the fuel cell stack 1 or water contained in the humidified supply gas is recovered. There is a need to. In order to recover a large amount of water, it depends on the performance of the water recovery device 32, but it is usually desirable to set the small stoichiometric ratio if the power output of the fuel cell stack 1 is constant. The stoichiometric ratio is defined separately for air and fuel gas.The air stoichiometric ratio is represented by the value obtained by dividing the supply air flow rate by the consumed air flow rate, and the hydrogen stoichiometric ratio is represented by the value obtained by dividing the supplied hydrogen flow rate by the consumed hydrogen flow rate. Is done. A small stoichiometric ratio means that the supply gas amount is small, that is, the amount of water required for humidification is reduced, and the amount of water mixed into the exhaust air is reduced. If the compressor 3 consumes an amount of power that cannot be charged by the power storage unit 9 during regeneration of the drive motor 11, control is performed to increase the air flow rate and / or air pressure in order to increase the rotation speed of the compressor 3. Increasing the air flow rate results in a high stoichiometric ratio, which is disadvantageous from the viewpoint of water recovery. In addition, increasing the air pressure also involves controlling the pressure of the fuel gas from the viewpoint that the pressure of the fuel gas and the air pressure does not exceed a predetermined value.
【0087】したがって、上述の第2実施形態に係る燃
料電池システムでは、図12(a)を参照して説明した
ように、空気流量、空気圧力比、消費電力の関係を記述
したテーブルを参照して目標圧力比を決定するので、燃
料ガスとの圧力差を大きくすることなく、水回収、燃料
電池スタック1の安定動作を考慮してコンプレッサ3の
消費電力を制御することができる。Therefore, in the fuel cell system according to the above-described second embodiment, as described with reference to FIG. 12A, a table describing the relationship between the air flow rate, the air pressure ratio, and the power consumption is referred to. Therefore, the power consumption of the compressor 3 can be controlled in consideration of water recovery and stable operation of the fuel cell stack 1 without increasing the pressure difference with the fuel gas.
【0088】[第3実施形態に係る燃料電池システム]
つぎに、第3実施形態に係る燃料電池システムの構成を
図14に示す。なお、上述の燃料電池システムと同じ部
分については同符号を付することでその詳細な説明を省
略する。[Fuel Cell System According to Third Embodiment]
Next, the configuration of a fuel cell system according to the third embodiment is shown in FIG. The same parts as those in the above-described fuel cell system are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0089】この燃料電池システムは、コンプレッサ3
と燃料電池スタック1とを挿通する挿通管から分岐して
コンプレッサ3で加圧させた空気を外部に排気する排気
流路を設け、空気絞り弁2に代えて、排気流路に排気絞
り弁51を設けた点で図1に示す燃料電池システムと異
なる。This fuel cell system includes a compressor 3
And an exhaust passage for exhausting the air pressurized by the compressor 3 to the outside, and the exhaust throttle valve 51 is provided in the exhaust passage instead of the air throttle valve 2. Is different from the fuel cell system shown in FIG.
【0090】排気絞り弁51は、コントローラ13と接
続され、コントローラ13からの制御信号に応じてその
開口面積が調整され、排気する空気流量を調整する。The exhaust throttle valve 51 is connected to the controller 13, and its opening area is adjusted in accordance with a control signal from the controller 13 to adjust the flow rate of exhaust air.
【0091】この第3実施形態に係る燃料電池システム
において、コントローラ13は、空気絞り弁2に代えて
排気絞り弁51を制御する点を除いて、第1実施形態に
係る燃料電池システムで説明した機能的な構成と同様で
あるので説明を省略する。In the fuel cell system according to the third embodiment, the controller 13 has been described in the fuel cell system according to the first embodiment except that the controller 13 controls an exhaust throttle valve 51 instead of the air throttle valve 2. Since the configuration is the same as the functional configuration, the description is omitted.
【0092】[コントローラによる電力制御処理]図1
5に第3実施形態におけるコントローラ13の処理手順
を示す。図15にれば、ステップS41〜ステップS4
8までは上述の第1実施形態のステップS1〜ステップ
S8と同じ処理であるので説明を省略する。[Power Control Processing by Controller] FIG.
FIG. 5 shows a processing procedure of the controller 13 in the third embodiment. According to FIG. 15, steps S41 to S4
Steps up to 8 are the same as steps S1 to S8 of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted.
【0093】ステップS48での判定でバッテリ入力可
能電力がバッテリ入力電力よりも大きいと判定されたス
テップS49において、コントローラ13は、コンプレ
ッサ3の回転数補正量を示す目標コンプレッサ回転数補
正量及び排気絞り弁51の開口面積を示す目標絞り弁開
口面積を共に「0」に設定して、ステップS51に処理
を進める。すなわち、このステップS49では排気絞り
弁51を全閉状態にし、コンプレッサ3の回転数に補正
を加えない設定をする。In step S49, in which it is determined in step S48 that the battery-inputtable power is larger than the battery-input power, the controller 13 sets the target compressor rotation speed correction amount indicating the rotation speed correction amount of the compressor 3 and the exhaust throttle. The target throttle valve opening area indicating the opening area of the valve 51 is both set to “0”, and the process proceeds to step S51. That is, in step S49, the exhaust throttle valve 51 is set to the fully closed state, and the setting is made so that the rotation speed of the compressor 3 is not corrected.
【0094】一方、ステップS48での判定でバッテリ
入力可能電力がバッテリ入力電力よりも大きくないと判
定されたステップS50において、コントローラ13
は、燃料電池スタック1に供給する空気圧力及び空気流
量をステップS44で求めた値に維持するようにコンプ
レッサ3及び排気絞り弁51を制御した状態にする。こ
の状態においてコントローラ13は、ステップS43で
計算したバッテリ入力可能電力から、ステップS47で
計算したバッテリ入力電力を減算した差分電力ΔPだけ
目標コンプレッサ消費電力を増加させるような目標コン
プレッサ回転数補正量及び目標絞り弁開口面積補正量を
演算して、ステップS51に処理を進める。On the other hand, in step S50 where it is determined in step S48 that the battery-inputtable power is not larger than the battery input power, the controller 13
Sets the compressor 3 and the exhaust throttle valve 51 in a controlled state so that the air pressure and the air flow rate supplied to the fuel cell stack 1 are maintained at the values obtained in step S44. In this state, the controller 13 sets the target compressor rotation speed correction amount and the target compressor rotation amount to increase the target compressor power consumption by the difference power ΔP obtained by subtracting the battery input power calculated in step S47 from the battery input power calculated in step S43. The throttle valve opening area correction amount is calculated, and the process proceeds to step S51.
【0095】なお、このステップS50で演算して得た
目標コンプレッサ回転数補正量及び目標絞り弁開口面積
補正量は、空気流路のモデルに基づく演算式で求めて良
く、ステップS44で求めた燃料電池スタック1に供給
する空気圧力及び空気流量と、差分電力ΔPとを対応づ
けたマップを検索することで求めても良い。The correction amount of the target compressor rotation speed and the correction amount of the target throttle valve opening area obtained in step S50 may be obtained by an arithmetic expression based on a model of the air flow path. The difference may be obtained by searching a map in which the air pressure and the air flow rate supplied to the battery stack 1 are associated with the difference power ΔP.
【0096】ステップS51において、コントローラ1
3の目標コンプレッサ回転数演算部27は、ステップS
44で求めた燃料電池スタック1の空気圧力及び空気流
量に基づいて目標コンプレッサ回転数の基本値を図7に
示すマップにより演算し、ステップS50で求めた目標
コンプレッサ回転数補正量との和から目標コンプレッサ
回転数を計算し、計算して得た目標コンプレッサ回転数
とするようにコンプレッサモータ5に制御信号を出力す
る。In step S51, the controller 1
The target compressor rotation speed calculation unit 27 of Step 3
Based on the air pressure and air flow rate of the fuel cell stack 1 obtained in step 44, the basic value of the target compressor speed is calculated from the map shown in FIG. The compressor rotation speed is calculated, and a control signal is output to the compressor motor 5 so as to obtain the calculated target compressor rotation speed.
【0097】また、コントローラ13の目標絞り弁開口
面積演算部26は、排気絞り弁51を全閉状態にしてい
るとき、すなわち絞り弁開口面積の基本値が「0」であ
るときにステップS50で求めた目標絞り弁開口面積補
正値を加算して目標絞り弁開口面積を決定し、排気絞り
弁51に出力する。When the exhaust throttle valve 51 is fully closed, that is, when the basic value of the throttle valve opening area is "0", the target throttle valve opening area calculating section 26 of the controller 13 determines in step S50. The obtained target throttle valve opening area correction value is added to determine the target throttle valve opening area, and the result is output to the exhaust throttle valve 51.
【0098】[第3実施形態の効果]このような処理を
するコントローラ13を備えた燃料電池システムによれ
ば、排気絞り弁51の開口面積を制御してコンプレッサ
3での消費電力を制御することができるので、第1実施
形態と同様に、コンプレッサ3の消費電力を増やし、駆
動モータ11からの回生電力を吸収することができる。[Effect of Third Embodiment] According to the fuel cell system provided with the controller 13 for performing such processing, the power consumption of the compressor 3 is controlled by controlling the opening area of the exhaust throttle valve 51. Therefore, similarly to the first embodiment, the power consumption of the compressor 3 can be increased and the regenerative power from the drive motor 11 can be absorbed.
【0099】これは、コンプレッサ3の断熱仕事Pcomp
が以下の式で表されることによる。This is the heat insulation work Pcomp of the compressor 3.
Is represented by the following equation.
【0100】Pcomp={κ/(κ-1)}×Q×R×Tin×
[{(Pout-Pin)(κ−1/κ)}-1] κ:比熱比 Q:空気流量[kg/s] R:ガス定数 Tin:コンプレッサ入口空気温度[K] Pout:コンプレッサ出口空気圧力[Pa] Pin:コンプレッサ入口空気圧力[Pa] すなわち、コンプレッサ3の空気吐出流量を増加させる
ことにより、コンプレッサ3の断熱仕事Pcompを比例的
に増加させることができることに基づくものである。Pcomp = {κ / (κ-1)} × Q × R × Tin ×
[{(Pout-Pin) (κ-1 / κ) } -1] κ: Specific heat ratio Q: Air flow rate [kg / s] R: Gas constant Tin: Compressor inlet air temperature [K] Pout: Compressor outlet air pressure [Pa] Pin: Compressor inlet air pressure [Pa] That is, it is based on the fact that the adiabatic work Pcomp of the compressor 3 can be proportionally increased by increasing the air discharge flow rate of the compressor 3.
【0101】また、この燃料電池システムによれば、車
両の減速時に要求される回生電力を演算して、この要求
される回生電力がバッテリ入力可能電力よりも大きい場
合には、排気絞り弁51の開口面積を調整することで排
気流量を調整すると共に、コンプレッサ3のの運転条件
を調整することで消費電力を調整して回生電力を消費す
るので、電力蓄積部9の充電レベルが高いとき、電力蓄
積部9の周辺が低温であるときなど、バッテリ入力可能
電力が小さい場合に、機械ブレーキに頼らず、所望とす
る減速度を確保することができる。According to this fuel cell system, the regenerative power required when the vehicle is decelerated is calculated, and if the required regenerative power is larger than the battery inputtable power, the exhaust throttle valve 51 Since the exhaust flow rate is adjusted by adjusting the opening area, the power consumption is adjusted by adjusting the operating conditions of the compressor 3, and the regenerative power is consumed. When the power that can be input to the battery is small, such as when the temperature around the storage unit 9 is low, a desired deceleration can be secured without relying on the mechanical brake.
【0102】更に、燃料電池システムによれば、要求さ
れる回生電力が、バッテリ入力可能電力よりも大きい場
合に、コンプレッサ3の運転条件を調整することで消費
電力を増加し、バッテリ入力可能電力とコンプレッサ3
の消費電力の増加分とに基づいて、回生電力を電力蓄積
部9に入力する制御、またはコンプレッサ3で消費する
制御をすることもできる。Further, according to the fuel cell system, when the required regenerative power is larger than the battery inputtable power, the power consumption is increased by adjusting the operating conditions of the compressor 3 to increase the battery inputtable power. Compressor 3
Based on the increase in power consumption, control for inputting the regenerative power to the power storage unit 9 or control for consuming the regenerative power in the compressor 3 can also be performed.
【0103】したがって、この燃料電池システムによれ
ば、車両の減速時に回生電力が発生したときに、バッテ
リ入力可能電力を越えて電力が電力蓄積部9に入力され
ることを防止する制御が可能となり、電力蓄積部9の劣
化の進行を防止することができる。Therefore, according to this fuel cell system, when regenerative power is generated at the time of deceleration of the vehicle, it is possible to perform control for preventing power from being input to the power storage unit 9 in excess of the battery inputtable power. In addition, the deterioration of the power storage unit 9 can be prevented from progressing.
【0104】更にまた、燃料電池システムによれば、回
生電力がバッテリ入力可能電力よりも大きい場合には、
回生電力とバッテリ入力可能電力との差分電力をコンプ
レッサ3で消費するための目標コンプレッサ回転数を決
定し、燃料電池スタック1を最低出力で運転するために
必要となる空気圧力及び流量、並びに目標コンプレッサ
回転数に基づいて、目標コンプレッサ回転数の電力を消
費するのに必要なコンプレッサ3の空気出口における空
気圧力、空気流量及び排気流量を求め、求めた空気圧
力、空気流量及び排気流量に基づいて排気絞り弁51の
開口面積及びコンプレッサ3の運転条件を決定し、決定
した運転条件に従って動作させるようにコンプレッサ3
を制御することにより消費電力を制御することができ
る。Further, according to the fuel cell system, when the regenerative power is larger than the battery inputtable power,
An air pressure and flow rate required for determining a target compressor rotation speed for consuming the difference power between the regenerative power and the battery inputtable power by the compressor 3 and operating the fuel cell stack 1 at the minimum output, and a target compressor The air pressure, the air flow rate and the exhaust flow rate at the air outlet of the compressor 3 necessary for consuming the electric power of the target compressor speed are determined based on the rotational speed, and the exhaust pressure is determined based on the determined air pressure, the air flow rate and the exhaust flow rate. The opening area of the throttle valve 51 and the operating conditions of the compressor 3 are determined, and the compressor 3 is operated according to the determined operating conditions.
, The power consumption can be controlled.
【0105】したがって、この燃料電池システムによれ
ば、バッテリ入力可能電力が小さいときでも、所望とす
る減速度を確保することができると共に、純水の回収や
燃料電池の安定動作の観点から要求される空気流量及び
空気圧力の制限を守りながらコンプレッサ3での消費電
力を大きくすることができる。Therefore, according to this fuel cell system, a desired deceleration can be ensured even when the electric power that can be input to the battery is small, and it is required from the viewpoints of pure water recovery and stable operation of the fuel cell. The power consumption of the compressor 3 can be increased while maintaining the restrictions on the air flow rate and the air pressure.
【0106】なお、上述の実施の形態は本発明の一例で
ある。このため、本発明は、上述の実施形態に限定され
ることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明
に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に
応じて種々の変更が可能であることは勿論である。The above embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other than the present embodiment, various modifications may be made according to the design and the like within a range not departing from the technical idea according to the present invention. Can be changed.
【図1】本発明を適用した第1実施形態に係る燃料電池
システムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment to which the present invention has been applied.
【図2】コントローラの機能的な構成を示すブロック図
である。FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of a controller.
【図3】コントローラによりコンプレッサの回転数、空
気絞り弁の開口面積を決定するときの処理手順を示すフ
ローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure when a controller determines a rotational speed of a compressor and an opening area of an air throttle valve.
【図4】充電レベル(SOC)と入力可能電力及び出力
可能電力との関係を温度ごとに示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a charge level (SOC) and inputtable power and outputable power for each temperature.
【図5】燃料電池スタックの発電電力と、空気圧力及び
空気流量との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between power generated by a fuel cell stack, air pressure and air flow rate.
【図6】車両の速度と、駆動トルクとの関係をアクセル
操作量ごとに示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a vehicle speed and a driving torque for each accelerator operation amount.
【図7】コンプレッサの回転速度と、空気流量との関係
を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a rotation speed of a compressor and an air flow rate.
【図8】第1実施形態における効果を説明するための図
であり、(a)は回生電力と入力可能電力との関係を示
す図であり、(b)は車両の速度の変化を示す図であ
り、(c)は充電レベルの変化を示す図であり、(d)
はコンプレッサの消費電力を示す図であり、(e)は空
気絞り弁の開口面積の変化を示す図であり、(f)はコ
ンプレッサの回転数の変化を示す図である。FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining effects in the first embodiment, wherein FIG. 8A is a diagram illustrating a relationship between regenerative power and inputtable power, and FIG. 8B is a diagram illustrating a change in vehicle speed; (C) is a diagram showing a change in charge level, and (d)
FIG. 7 is a diagram showing power consumption of the compressor, (e) is a diagram showing a change in the opening area of the air throttle valve, and (f) is a diagram showing a change in the number of revolutions of the compressor.
【図9】本発明を適用した第2実施形態に係る燃料電池
システムの構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a second embodiment to which the present invention has been applied.
【図10】コントローラの機能的な構成を示すブロック
図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a functional configuration of a controller.
【図11】コントローラによりコンプレッサの回転数、
空気絞り弁の開口面積を決定するときの処理手順を示す
フローチャートである。FIG. 11 shows the number of rotations of a compressor by a controller,
It is a flowchart which shows the processing procedure at the time of determining the opening area of an air throttle valve.
【図12】コンプレッサの回転数を決定するときの処理
について説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining a process when determining the number of revolutions of the compressor.
【図13】第2実施形態における効果を説明するための
図であり、(a)は回生電力と入力可能電力との関係を
示す図であり、(b)は車両の速度の変化を示す図であ
り、(c)は充電レベルの変化を示す図であり、(d)
はコンプレッサの消費電力及び燃料電池スタックの発電
電力を示す図であり、(e)は空気絞り弁の開口面積、
燃料電池スタックの空気極の圧力及びコンプレッサの入
口圧力の変化を示す図であり、(f)はコンプレッサの
回転数及びコンプレッサの吐出質量流量の変化を示す図
である。FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining effects in the second embodiment, wherein FIG. 13A is a diagram illustrating a relationship between regenerative power and inputtable power, and FIG. 13B is a diagram illustrating a change in vehicle speed; (C) is a diagram showing a change in charge level, and (d)
FIG. 4 is a diagram showing power consumption of a compressor and power generated by a fuel cell stack, and (e) is an opening area of an air throttle valve;
It is a figure which shows the change of the pressure of the air electrode of a fuel cell stack, and the inlet pressure of a compressor, and (f) is a figure which shows the rotation speed of a compressor, and the change of the discharge mass flow rate of a compressor.
【図14】本発明を適用した第3実施形態に係る燃料電
池システムの構成を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment to which the present invention has been applied.
【図15】コントローラによりコンプレッサの回転数、
排気絞り弁の開口面積を決定するときの処理手順を示す
フローチャートである。FIG. 15 shows the number of rotations of a compressor by a controller,
5 is a flowchart illustrating a processing procedure when determining an opening area of an exhaust throttle valve.
1 燃料電池スタック 2 空気絞り弁 3 コンプレッサ 4 空気圧力制御弁 5 コンプレッサモータ 6 燃料タンク 7 燃料圧力制御弁 8 電力制御部 9 電力貯蔵部 10 電流電圧センサ 11 駆動モータ 12 車輪 13 コントローラ 21 燃料電池流量圧力演算部 22 バッテリ入出力電力演算部 23 バッテリ入出力可能電力演算部 24 要求回生電力演算部 25 バッテリ電力偏差演算部 26 目標絞り弁開口面積演算部 27 目標コンプレッサ回転数演算部 31 加湿器 32 コンプレッサ 41 目標コンプレッサ消費電力演算部 42 目標絞り弁下流空気密度演算部 43 目標絞り弁開口面積演算部 44 目標コンプレッサ回転数演算部 51 排気絞り弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Air throttle valve 3 Compressor 4 Air pressure control valve 5 Compressor motor 6 Fuel tank 7 Fuel pressure control valve 8 Power control unit 9 Power storage unit 10 Current voltage sensor 11 Drive motor 12 Wheel 13 Controller 21 Fuel cell flow pressure Calculation unit 22 Battery input / output power calculation unit 23 Battery input / output possible power calculation unit 24 Requested regenerative power calculation unit 25 Battery power deviation calculation unit 26 Target throttle valve opening area calculation unit 27 Target compressor rotation speed calculation unit 31 Humidifier 32 Compressor 41 Target compressor power consumption calculation unit 42 Target throttle valve downstream air density calculation unit 43 Target throttle valve opening area calculation unit 44 Target compressor rotation speed calculation unit 51 Exhaust throttle valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H027 AA02 BC00 DD03 KK02 KK22 KK51 KK52 MM03 5H115 PA11 PG04 PI18 PI29 PO02 PO17 PU01 PV01 QE10 QE20 QI04 SE04 SE06 TI01 TI05 TI06 TO05 TO21 TU16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H027 AA02 BC00 DD03 KK02 KK22 KK51 KK52 MM03 5H115 PA11 PG04 PI18 PI29 PO02 PO17 PU01 PV01 QE10 QE20 QI04 SE04 SE06 TI01 TI05 TI06 TO05 TO21 TU16
Claims (8)
御装置において、 電解質膜を、酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成さ
れ、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されるととも
に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料
電池と、 上記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス加圧供
給手段と、 上記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段
と、 上記燃料電池に供給する酸化剤ガス圧力及び流量を一定
にする制御をした状態で、上記酸化剤ガス加圧供給手段
の消費電力を調整し、燃料電池システムの正味発電量を
制御する制御手段とを備える燃料電池システムの制御装
置。1. A control device for a fuel cell system mounted on a vehicle, comprising: an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode; and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side. A fuel cell that supplies fuel gas to the fuel electrode side to generate power, an oxidizing gas pressurizing supply unit that supplies an oxidizing gas to the fuel cell, and a fuel gas supplying unit that supplies a fuel gas to the fuel cell. Control means for adjusting the power consumption of the oxidizing gas pressurizing and supplying means and controlling the net power generation of the fuel cell system while controlling the pressure and the flow rate of the oxidizing gas supplied to the fuel cell to be constant; A control device for a fuel cell system comprising:
スを導入する流路に設けられ、この流路の開口面積を調
整して上記酸化剤ガス加圧供給手段に供給する酸化剤ガ
ス圧力を調整する圧力調整手段を更に備え、 上記制御手段は、上記酸化剤ガス加圧供給手段に供給す
る酸化剤ガス圧力を調整するように上記圧力調整手段を
制御すると共に、運転条件を調整して消費電力を調整す
るように上記酸化剤ガス加圧供給手段を制御し、燃料電
池システムの正味発電量を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制御装置。2. An oxidizing gas which is provided in a flow path for introducing an oxidizing gas into the oxidizing gas pressurizing and supplying means, and which adjusts an opening area of the flow path and supplies the oxidizing gas to the oxidizing gas pressurizing and supplying means. The apparatus further includes pressure adjusting means for adjusting pressure, wherein the control means controls the pressure adjusting means so as to adjust the pressure of the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas pressurizing and supplying means, and adjusts operating conditions. The control device for a fuel cell system according to claim 1, wherein the oxidant gas pressurized supply means is controlled so as to adjust the power consumption by controlling the net power generation amount of the fuel cell system.
電池とを挿通する流路から分岐して設けられ上記酸化剤
ガス加圧供給手段からの酸化剤ガスを排気する排気流路
に設けられ、この排気流路の開口面積を調整して排気流
量を調整する排気流量調整手段を更に備え、 上記制御手段は、排気流路からの排気流量を調整するよ
うに上記排気流量調整手段を制御すると共に、運転条件
を調整して消費電力を調整するように上記酸化剤ガス加
圧供給手段を制御し、燃料電池システムの正味発電量を
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
テムの制御装置。3. An exhaust passage for branching from a flow passage through which said oxidizing gas pressurized supply means and said fuel cell are inserted and provided for exhausting oxidizing gas from said oxidized gas pressurized supply means. And an exhaust flow rate adjusting means for adjusting an exhaust flow rate by adjusting an opening area of the exhaust flow path, wherein the control means controls the exhaust flow rate adjusting means to adjust an exhaust flow rate from the exhaust flow path. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the oxidizing gas pressurizing / supplying means is controlled so as to adjust power consumption by adjusting operating conditions to control a net power generation amount of the fuel cell system. System control unit.
動機が発電した電力を蓄積する電力蓄積手段を更に備
え、 上記制御手段は、外部からの車両減速度要求に応じて上
記車両電動機での回生電力要求値を決定して、この回生
電力要求値が上記電力蓄積手段の入力可能電力よりも大
きい場合には、開口面積を調整することで酸化剤ガス加
圧供給手段に供給する酸化剤ガス圧力を調整するように
上記圧力調整手段を制御すると共に、運転条件を調整す
ることで消費電力を調整するように上記酸化剤ガス加圧
供給手段を制御して回生電力を消費することを特徴とす
る請求項2記載の燃料電池システムの制御装置。4. A power storage means for storing power generated by the fuel cell and power generated by a vehicle motor, wherein the control means regenerates the vehicle motor in response to a vehicle deceleration request from outside. When the required power value is determined and the required regenerative power value is larger than the inputtable power of the power storage means, the oxidizing gas pressure supplied to the oxidizing gas pressurizing and supplying means by adjusting the opening area is adjusted. Controlling the pressure adjusting means so as to adjust the pressure, and controlling the oxidizing gas pressurizing supply means so as to adjust the power consumption by adjusting the operating conditions to consume the regenerative electric power. A control device for a fuel cell system according to claim 2.
動機が発電した電力を蓄積する電力蓄積手段を更に備
え、 上記制御手段は、外部からの車両減速度要求に応じて上
記車両電動機での回生電力要求値を決定して、この回生
電力要求値が上記電力蓄積手段の入力可能電力よりも大
きい場合には、開口面積を調整することで排気流量を調
整するように上記排気流量調整手段を制御すると共に、
運転条件を調整することで消費電力を調整するように上
記酸化剤ガス加圧供給手段を制御して回生電力を消費す
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
制御装置。5. The electric vehicle according to claim 1, further comprising: a power storage unit configured to store the power generated by the fuel cell and the power generated by the vehicle motor, wherein the control unit regenerates the power by the vehicle motor in response to a vehicle deceleration request from outside. When the required power value is determined and the required regenerative power value is larger than the inputtable power of the power storage means, the exhaust flow rate adjusting means is controlled so as to adjust the exhaust flow rate by adjusting the opening area. Along with
4. The control device for a fuel cell system according to claim 3, wherein the regenerative power is consumed by controlling the oxidizing gas pressurizing and supplying means so as to adjust power consumption by adjusting operating conditions.
電力要求値が、上記電力蓄積手段の入力可能電力よりも
大きい場合に、運転条件を調整することで消費電力を増
加するように上記酸化剤ガス加圧供給手段を制御し、上
記電力蓄積手段の入力可能電力と、上記酸化剤ガス加圧
供給手段の消費電力の増加分とに基づいて、上記車両電
動機の回生電力を、上記電力蓄積手段に入力する制御、
または上記酸化剤ガス加圧供給手段で消費する制御をす
ることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の燃料
電池システムの制御装置。6. The control means, wherein when the required regenerative power value of the vehicle motor is larger than the inputtable power of the power storage means, the control means adjusts the operating condition to increase the power consumption. Controlling the oxidizing gas pressurizing and supplying means to store the regenerative electric power of the vehicle motor based on the inputtable power of the power storing means and the increase in the power consumption of the oxidizing gas pressurizing and supplying means. Control input to the means,
The control device for a fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein the control is performed by using the oxidizing gas pressurizing supply means.
要求に応じて上記車両電動機での回生電力要求値を決定
して、この回生電力要求値が上記電力蓄積手段の入力可
能電力よりも大きい場合には、回生電力要求値と入力可
能電力との差分電力を上記酸化剤ガス加圧供給手段で消
費するための消費電力目標値を決定し、上記燃料電池を
最低出力で運転するために必要となる酸化剤ガス圧力及
び流量、並びに上記消費電力目標値に基づいて、上記消
費電力目標値の電力を消費するのに必要な上記酸化剤ガ
ス加圧供給手段の酸化剤ガス入口におけるガス圧力及び
ガス密度を求め、求めたガス圧力及びガス密度に基づい
て上記圧力調整手段で調整する開口面積及び上記酸化剤
ガス加圧供給手段の運転条件を決定し、決定した運転条
件に従って動作させるように上記酸化剤ガス加圧供給手
段を制御することにより消費電力を制御することを特徴
とする請求項4記載の燃料電池システムの制御装置。7. The control means determines a regenerative power request value of the vehicle motor in response to a vehicle deceleration request from the outside, and the regenerative power request value is greater than the inputtable power of the power storage means. If it is larger, a power consumption target value for consuming the difference power between the required regenerative power value and the inputtable power by the oxidizing gas pressurizing supply means is determined, and the fuel cell is operated at the lowest output. The required oxidizing gas pressure and flow rate, and the gas pressure at the oxidizing gas inlet of the oxidizing gas pressurizing supply means required to consume the power of the target power consumption value based on the target power consumption value. And the gas density, determine the opening area to be adjusted by the pressure adjusting means and the operating conditions of the oxidizing gas pressurizing and supplying means based on the determined gas pressure and gas density, and operate according to the determined operating conditions. 5. The control device for a fuel cell system according to claim 4, wherein the power consumption is controlled by controlling the oxidizing gas pressurizing supply means as described above.
要求に応じて上記車両電動機での回生電力要求値を決定
して、この回生電力要求値が上記電力蓄積手段の入力可
能電力よりも大きい場合には、回生電力要求値と入力可
能電力との差分電力を上記酸化剤ガス加圧供給手段で消
費するための消費電力目標値を決定し、上記燃料電池を
最低出力で運転するために必要となる酸化剤ガス圧力及
び流量、並びに上記消費電力目標値に基づいて、上記消
費電力目標値の電力を消費するのに必要な上記酸化剤ガ
ス加圧供給手段の酸化剤ガス出口におけるガス圧力、ガ
ス流量及び排気流量を求め、求めたガス圧力、ガス流量
及び排気流量に基づいて上記排気流量制御手段で調整す
る開口面積及び上記酸化剤ガス加圧供給手段の運転条件
を決定し、決定した運転条件に従って動作させるように
上記酸化剤ガス加圧供給手段を制御することにより消費
電力を制御することを特徴とする請求項5記載の燃料電
池システムの制御装置。8. The control means determines a regenerative power request value of the vehicle motor in response to a vehicle deceleration request from the outside, and the regenerative power request value is greater than the inputtable power of the power storage means. If it is larger, a power consumption target value for consuming the difference power between the required regenerative power value and the inputtable power by the oxidizing gas pressurizing supply means is determined, and the fuel cell is operated at the lowest output. The required oxidant gas pressure and flow rate, and the gas pressure at the oxidant gas outlet of the oxidant gas pressurized supply means required to consume the power of the target power consumption value based on the target power consumption value , The gas flow rate and the exhaust flow rate were determined, and the opening area to be adjusted by the exhaust flow rate control means and the operating condition of the oxidizing gas pressurizing supply means were determined based on the determined gas pressure, the gas flow rate and the exhaust flow rate. 6. The control device for a fuel cell system according to claim 5, wherein the power consumption is controlled by controlling the oxidizing gas pressurized supply means so as to operate according to the operating conditions.
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