JP2003036871A - 燃料電池の発電量制御装置 - Google Patents
燃料電池の発電量制御装置Info
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- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池の過渡状態において、過負荷による
出力電圧の急低下を防止するとともに、出力の応答性を
確保した発電量制御装置を提供する。 【解決手段】 目標発電量演算部２は、燃料電池の目標
発電量を演算する。この目標発電量に基づいて目標運転
点演算部３は、ガスの圧力、流量等の目標運転点を演算
する。運転点制御部４は、目標運転点に基づいて燃料電
池の運転点を制御する。出力上限値演算部６は、運転状
態検出部５が検出したガス圧力等の燃料電池の運転状態
に基づいて燃料電池から取出す出力の上限値を演算す
る。出力指令値演算部７は、出力上限値演算部６の出力
または目標発電量演算部２の出力のいずれか小さい方を
燃料電池から取出す出力の指令値とする。
出力電圧の急低下を防止するとともに、出力の応答性を
確保した発電量制御装置を提供する。 【解決手段】 目標発電量演算部２は、燃料電池の目標
発電量を演算する。この目標発電量に基づいて目標運転
点演算部３は、ガスの圧力、流量等の目標運転点を演算
する。運転点制御部４は、目標運転点に基づいて燃料電
池の運転点を制御する。出力上限値演算部６は、運転状
態検出部５が検出したガス圧力等の燃料電池の運転状態
に基づいて燃料電池から取出す出力の上限値を演算す
る。出力指令値演算部７は、出力上限値演算部６の出力
または目標発電量演算部２の出力のいずれか小さい方を
燃料電池から取出す出力の指令値とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に係り、特に燃料電池のガス制御系の過渡応答を考慮し
た燃料電池の発電量制御装置に関する。
に係り、特に燃料電池のガス制御系の過渡応答を考慮し
た燃料電池の発電量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の出力要求増大時には、運転状
態（ガスの状態）の応答遅れに伴い出力可能な量が要求
量に満たないことがある。この状態でそのまま燃料電池
から要求出力を取出そうとすると電圧が低下したり、燃
料電池を劣化させてしまう可能性がある。これを防止す
るものとして、特開平１０−２８４１０２号公報（以
下、第１従来技術）、特開平７−７５２１４号公報（以
下、第２従来技術）がある。
態（ガスの状態）の応答遅れに伴い出力可能な量が要求
量に満たないことがある。この状態でそのまま燃料電池
から要求出力を取出そうとすると電圧が低下したり、燃
料電池を劣化させてしまう可能性がある。これを防止す
るものとして、特開平１０−２８４１０２号公報（以
下、第１従来技術）、特開平７−７５２１４号公報（以
下、第２従来技術）がある。
【０００３】第１従来技術は、出力の目標値を入力して
それに見合った過渡の電流上限値を設定する関数発生器
を備え、取出し電流がその電流上限値を超えないように
燃料電池の出力を制限する、というものである。また、
第２従来技術は、要求出力から、必要な空気の質量流量
の目標値を設定し、空気の質量流量の実際値に基づき最
終的な要求出力を決定する、というものである。
それに見合った過渡の電流上限値を設定する関数発生器
を備え、取出し電流がその電流上限値を超えないように
燃料電池の出力を制限する、というものである。また、
第２従来技術は、要求出力から、必要な空気の質量流量
の目標値を設定し、空気の質量流量の実際値に基づき最
終的な要求出力を決定する、というものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１従
来技術は出力の目標値を入力してそれに見合った電流上
限値を設定する関数発生器を備え、取出し電流がその電
流上限値を超えないように燃料電池の出力を制限する構
成であり、関数発生器で設定する電流上限値を早い応答
で立ち上げてしまいそれに基づいて電流を取出せば、電
流を取出し過ぎて燃料電池の電圧が急低下して結果的に
出力を取出せなくなってしまう可能性があり、また逆に
安全を考えて関数発生器で設定する電流上限値を非常に
遅い応答で立ち上げてそれに基づいて電流を取出せば、
電圧が急低下して出力が取出せなくなる心配はないが、
結果的に出力の応答性が低くなってしまう、という問題
点があった。
来技術は出力の目標値を入力してそれに見合った電流上
限値を設定する関数発生器を備え、取出し電流がその電
流上限値を超えないように燃料電池の出力を制限する構
成であり、関数発生器で設定する電流上限値を早い応答
で立ち上げてしまいそれに基づいて電流を取出せば、電
流を取出し過ぎて燃料電池の電圧が急低下して結果的に
出力を取出せなくなってしまう可能性があり、また逆に
安全を考えて関数発生器で設定する電流上限値を非常に
遅い応答で立ち上げてそれに基づいて電流を取出せば、
電圧が急低下して出力が取出せなくなる心配はないが、
結果的に出力の応答性が低くなってしまう、という問題
点があった。
【０００５】第２従来技術は実際の空気の質量流量から
取出す出力を求める構成であり、何らかの原因で、質量
流量が増加した場合には必要以上に大きな電力が取り出
されてしまう。また、何らかの原因で、質量流量計測値
が実際値よりも大きくなってしまうと、発電可能量より
も発電要求量が大きくなり、電圧低下防止という当初の
目的を果たせなくなる。
取出す出力を求める構成であり、何らかの原因で、質量
流量が増加した場合には必要以上に大きな電力が取り出
されてしまう。また、何らかの原因で、質量流量計測値
が実際値よりも大きくなってしまうと、発電可能量より
も発電要求量が大きくなり、電圧低下防止という当初の
目的を果たせなくなる。
【０００６】また第２従来技術は実際の空気の質量流量
のみから取出す出力を求める構成であり、空気圧力や燃
料（水素）圧力について考慮していない。ここで燃料電
池の電圧はガス圧力（圧力に応じて決まる密度）に大き
く依存するが、これらが十分な圧力を実現できていない
場合でも空気の質量流量さえ流れていれば出力を取出し
てしまい、その結果、燃料電池の電圧が大きく低下して
出力が取出せない状態に陥る可能性がある、という問題
点があった。
のみから取出す出力を求める構成であり、空気圧力や燃
料（水素）圧力について考慮していない。ここで燃料電
池の電圧はガス圧力（圧力に応じて決まる密度）に大き
く依存するが、これらが十分な圧力を実現できていない
場合でも空気の質量流量さえ流れていれば出力を取出し
てしまい、その結果、燃料電池の電圧が大きく低下して
出力が取出せない状態に陥る可能性がある、という問題
点があった。
【０００７】上記問題点に鑑み、本発明の目的は、燃料
電池の過渡時に電流を取り出し過ぎて電圧が急低下する
ことを防止するとともに、出力の応答性を確保した燃料
電池の発電量制御装置を提供することにある。
電池の過渡時に電流を取り出し過ぎて電圧が急低下する
ことを防止するとともに、出力の応答性を確保した燃料
電池の発電量制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記目的を達成するために、燃料電池の目標発電量を演
算する目標発電量演算手段と、該目標発電量演算手段の
出力に基づいて、少なくとも燃料電池に供給するガスの
圧力、流量の目標値を演算する目標運転点演算手段と、
該目標運転点演算手段の出力に基づいて、燃料電池の運
転点を制御する運転点制御手段と、燃料電池の運転状態
を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の
出力に基づいて、燃料電池から取出す出力の上限値を演
算する出力上限値演算手段と、該出力上限値演算手段の
出力または前記目標発電量演算手段の出力のいずれか小
さい方を燃料電池から取出す出力の指令値とする出力指
令値演算手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池の
発電量制御装置である。
上記目的を達成するために、燃料電池の目標発電量を演
算する目標発電量演算手段と、該目標発電量演算手段の
出力に基づいて、少なくとも燃料電池に供給するガスの
圧力、流量の目標値を演算する目標運転点演算手段と、
該目標運転点演算手段の出力に基づいて、燃料電池の運
転点を制御する運転点制御手段と、燃料電池の運転状態
を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の
出力に基づいて、燃料電池から取出す出力の上限値を演
算する出力上限値演算手段と、該出力上限値演算手段の
出力または前記目標発電量演算手段の出力のいずれか小
さい方を燃料電池から取出す出力の指令値とする出力指
令値演算手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池の
発電量制御装置である。
【０００９】請求項２記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１項に記載の燃料電池の発電量制御装
置において、前記運転状態検出手段は、ガスの圧力を含
む運転状態を検出することを要旨とする。
るために、請求項１項に記載の燃料電池の発電量制御装
置において、前記運転状態検出手段は、ガスの圧力を含
む運転状態を検出することを要旨とする。
【００１０】請求項３記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１または請求項２に記載の燃料電池の
発電量制御装置において、前記運転状態検出手段は、ガ
スの流量を含む運転状態を検出することを要旨とする。
るために、請求項１または請求項２に記載の燃料電池の
発電量制御装置において、前記運転状態検出手段は、ガ
スの流量を含む運転状態を検出することを要旨とする。
【００１１】請求項４記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転
点演算手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づい
て、所定の関係から少なくともガスの圧力、流量の一方
の目標値を演算し、前記出力上限値演算手段は、前記運
転状態検出手段の出力に基づいて、前記目標運転点演算
手段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限値
を演算することを要旨とする。
るために、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転
点演算手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づい
て、所定の関係から少なくともガスの圧力、流量の一方
の目標値を演算し、前記出力上限値演算手段は、前記運
転状態検出手段の出力に基づいて、前記目標運転点演算
手段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限値
を演算することを要旨とする。
【００１２】請求項５記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記出力上限
値演算手段は、前記運転状態検出手段で検出した複数の
運転状態から演算した複数の上限値の最小値を出力上限
値とすることを要旨とする。
るために、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記出力上限
値演算手段は、前記運転状態検出手段で検出した複数の
運転状態から演算した複数の上限値の最小値を出力上限
値とすることを要旨とする。
【００１３】請求項６記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転
点演算手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づい
て、所定の関係から目標運転点の下限値を演算し、前記
出力上限値演算手段は、前記目標運転点演算手段での目
標運転点の下限値の値に基づいて、該目標運転点演算手
段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限値を
演算することを要旨とする。
るために、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転
点演算手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づい
て、所定の関係から目標運転点の下限値を演算し、前記
出力上限値演算手段は、前記目標運転点演算手段での目
標運転点の下限値の値に基づいて、該目標運転点演算手
段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限値を
演算することを要旨とする。
【００１４】請求項７記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記のガス圧
力あるいはガス流量は、燃料電池で発電を行うための燃
料ガス、酸化剤ガスの両者の状態であることを要旨とす
る。
るために、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記のガス圧
力あるいはガス流量は、燃料電池で発電を行うための燃
料ガス、酸化剤ガスの両者の状態であることを要旨とす
る。
【００１５】請求項８記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転
点演算手段と前記出力上限値演算手段では、共に運転点
と発電量との関係を記録した共通のテーブルを参照する
ことを要旨とする。
るために、請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転
点演算手段と前記出力上限値演算手段では、共に運転点
と発電量との関係を記録した共通のテーブルを参照する
ことを要旨とする。
【００１６】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、目標発
電量に基づいて少なくとも燃料電池に供給するガスの圧
力、流量の目標値を演算し、その目標値となるよう燃料
電池の運転点を制御するとともに、その制御結果として
燃料電池の運転状態を検出し、検出した運転状態に基づ
いて燃料電池から取出す出力の上限値を演算し、この上
限値と目標発電量の小さい方の値に基づいて燃料電池か
ら取出す出力の指令値とを演算する構成であるため、出
力増加時などに過渡的に燃料電池の運転点が目標値に到
達していない場合でも、そのときに到達している運転状
態に応じた出力を取出すことにより、急激な電圧の低下
や燃料電池の劣化を防止することができる。
電量に基づいて少なくとも燃料電池に供給するガスの圧
力、流量の目標値を演算し、その目標値となるよう燃料
電池の運転点を制御するとともに、その制御結果として
燃料電池の運転状態を検出し、検出した運転状態に基づ
いて燃料電池から取出す出力の上限値を演算し、この上
限値と目標発電量の小さい方の値に基づいて燃料電池か
ら取出す出力の指令値とを演算する構成であるため、出
力増加時などに過渡的に燃料電池の運転点が目標値に到
達していない場合でも、そのときに到達している運転状
態に応じた出力を取出すことにより、急激な電圧の低下
や燃料電池の劣化を防止することができる。
【００１７】また、何らかの原因で、運転状態に基づい
て演算される出力の上限値が質量流量計測値が実際値よ
りも大きくなってしまっても、この場合には目標発電量
に基づいて燃料電池から取出す出力の指令値を演算する
ことになるため、指令値が必要以上に大きな電力が取り
出されたり、発電可能量よりも出力指令値が大きくなっ
たりする不具合を抑制できる。
て演算される出力の上限値が質量流量計測値が実際値よ
りも大きくなってしまっても、この場合には目標発電量
に基づいて燃料電池から取出す出力の指令値を演算する
ことになるため、指令値が必要以上に大きな電力が取り
出されたり、発電可能量よりも出力指令値が大きくなっ
たりする不具合を抑制できる。
【００１８】請求項２に記載の発明によれば、運転状態
としてガスの圧力を検出する構成であるため、その時の
ガスの実圧力に応じて、最大限の出力を取出すことが出
来る。
としてガスの圧力を検出する構成であるため、その時の
ガスの実圧力に応じて、最大限の出力を取出すことが出
来る。
【００１９】請求項３に記載の発明によれば、運転状態
としてガスの流量を検出する構成であるため、その時の
ガスの実流量に応じて、最大限の出力取出すことが出来
る。
としてガスの流量を検出する構成であるため、その時の
ガスの実流量に応じて、最大限の出力取出すことが出来
る。
【００２０】請求項４に記載の発明によれば、目標発電
量に基づいて所定の関係から少なくとも目標ガス圧力、
流量の一方を算出し、その所定の関係と逆の関係を用
い、燃料電池の運転状態に基づいて、燃料電池から取出
す出力の上限値を演算する構成であるため、そのときの
燃料電池の運転状態に対応した最適な出力を取出すこと
ができる。
量に基づいて所定の関係から少なくとも目標ガス圧力、
流量の一方を算出し、その所定の関係と逆の関係を用
い、燃料電池の運転状態に基づいて、燃料電池から取出
す出力の上限値を演算する構成であるため、そのときの
燃料電池の運転状態に対応した最適な出力を取出すこと
ができる。
【００２１】請求項５に記載の発明によれば、検出した
複数の運転状態から演算した複数の出力上限値の最小値
を、最終的に燃料電池から取出す出力の上限値とする構
成であるため、出力増加時などに過渡的に燃料電池の運
転点が目標値に到達していない場合でも、そのときに到
達している運転状態に応じて一番安全側の出力を取出す
ことにより、急激な電圧の低下や燃料電池の劣化を防止
することができる。
複数の運転状態から演算した複数の出力上限値の最小値
を、最終的に燃料電池から取出す出力の上限値とする構
成であるため、出力増加時などに過渡的に燃料電池の運
転点が目標値に到達していない場合でも、そのときに到
達している運転状態に応じて一番安全側の出力を取出す
ことにより、急激な電圧の低下や燃料電池の劣化を防止
することができる。
【００２２】請求項６に記載の発明によれば、目標運転
点の下限値の値に基づいて、目標運転点演算で用いたの
と逆の関係から出力上限値を演算する構成であるため、
許容される運転点に幅があるにもかかわらず、出力上限
値が制限され過ぎることにより出力が低下することを防
止することができる。
点の下限値の値に基づいて、目標運転点演算で用いたの
と逆の関係から出力上限値を演算する構成であるため、
許容される運転点に幅があるにもかかわらず、出力上限
値が制限され過ぎることにより出力が低下することを防
止することができる。
【００２３】請求項７に記載の発明によれば、ガス圧力
あるいはガス流量は、燃料電池で発電を行うための燃料
ガス、酸化剤ガスの両者の状態であるため、より精度の
高い制御を行うことが出来る。
あるいはガス流量は、燃料電池で発電を行うための燃料
ガス、酸化剤ガスの両者の状態であるため、より精度の
高い制御を行うことが出来る。
【００２４】請求項８に記載の発明によれば、前記目標
運転点演算手段と前記出力上限値演算手段では、共に運
転点と発電量との関係を記録した共通のテーブルを参照
するため、制御装置のメモリの節約、及び制御定数設定
の工数低減が図れる。
運転点演算手段と前記出力上限値演算手段では、共に運
転点と発電量との関係を記録した共通のテーブルを参照
するため、制御装置のメモリの節約、及び制御定数設定
の工数低減が図れる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料電
池の発電量制御装置の基本構成を示す図である。同図に
おいて、発電量制御装置１は、燃料電池の目標発電量を
演算する目標発電量演算手段である目標発電量演算部２
と、目標発電量演算部２の出力に基づいてガスの圧力、
流量等の目標運転点を演算する目標運転点演算手段であ
る目標運転点演算部３と、目標運転点演算部３の出力に
基づいて燃料電池の運転点を制御する運転点制御手段で
ある運転点制御部４と、ガス圧力等の燃料電池の運転状
態を検出する運転状態検出手段である運転状態検出部５
と、運転状態検出部５の出力に基づいて燃料電池から取
出す出力の上限値を演算する出力上限値演算手段である
出力上限値演算部６と、出力上限値演算部６の出力また
は目標発電量演算部２の出力のいずれか小さい方を燃料
電池から取出す出力の指令値とする出力指令値演算手段
である出力指令値演算部７と、を備えている。
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料電
池の発電量制御装置の基本構成を示す図である。同図に
おいて、発電量制御装置１は、燃料電池の目標発電量を
演算する目標発電量演算手段である目標発電量演算部２
と、目標発電量演算部２の出力に基づいてガスの圧力、
流量等の目標運転点を演算する目標運転点演算手段であ
る目標運転点演算部３と、目標運転点演算部３の出力に
基づいて燃料電池の運転点を制御する運転点制御手段で
ある運転点制御部４と、ガス圧力等の燃料電池の運転状
態を検出する運転状態検出手段である運転状態検出部５
と、運転状態検出部５の出力に基づいて燃料電池から取
出す出力の上限値を演算する出力上限値演算手段である
出力上限値演算部６と、出力上限値演算部６の出力また
は目標発電量演算部２の出力のいずれか小さい方を燃料
電池から取出す出力の指令値とする出力指令値演算手段
である出力指令値演算部７と、を備えている。
【００２６】目標発電量演算部２は、例えば本発明の燃
料電池を電気自動車の主電源として適用する場合には、
ドライバのアクセル操作量、車速等を検出し、これに基
づき目標発電量を演算する。
料電池を電気自動車の主電源として適用する場合には、
ドライバのアクセル操作量、車速等を検出し、これに基
づき目標発電量を演算する。
【００２７】図２は、本発明が適用される燃料電池シス
テムの一実施形態の構成を示すシステム構成図である。
図２において、燃料電池システムは、燃料電池スタック
２０１と、燃料電池スタック２０１に供給する空気及び
燃料（水素）を加湿する加湿器２０２と、取り込んだ外
気を加圧して加湿器２０２へ送るコンプレッサ２０３
と、高圧水素源から加湿器２０２へ送る水素の流量（圧
力）を制御する可変バルブ２０４と、燃料電池スタック
２０１の空気排出側に設けられ、空気の圧力、流量を制
御するスロットル２０５と、燃料電池スタック２０１の
水素排出側に設けられ、水素を外部に排気するパージ弁
２０６と、加湿器２０２へ純水を供給する純水ポンプ２
０７と、燃料電池スタック２０１から排出された未使用
の水素を上流へ還流するためのイジェクタ２０８と、燃
料電池から出力を取出す駆動ユニット２０９と、燃料電
池スタック２０１入口の空気圧力を検出する空気圧力セ
ンサ２１０と、燃料電池スタック２０１入口の水素圧力
を検出する水素圧力センサ２１１と、燃料電池スタック
２０１へ流入する空気流量を検出する空気流量センサ２
１２と、燃料電池スタック２０１へ流入する水素流量を
検出する水素流量センサ２１３と、各センサの信号を取
り組み、内蔵された制御ソフトウェアに基づいて各アク
チュエータを駆動するコントローラ２１４と、を備えて
いる。
テムの一実施形態の構成を示すシステム構成図である。
図２において、燃料電池システムは、燃料電池スタック
２０１と、燃料電池スタック２０１に供給する空気及び
燃料（水素）を加湿する加湿器２０２と、取り込んだ外
気を加圧して加湿器２０２へ送るコンプレッサ２０３
と、高圧水素源から加湿器２０２へ送る水素の流量（圧
力）を制御する可変バルブ２０４と、燃料電池スタック
２０１の空気排出側に設けられ、空気の圧力、流量を制
御するスロットル２０５と、燃料電池スタック２０１の
水素排出側に設けられ、水素を外部に排気するパージ弁
２０６と、加湿器２０２へ純水を供給する純水ポンプ２
０７と、燃料電池スタック２０１から排出された未使用
の水素を上流へ還流するためのイジェクタ２０８と、燃
料電池から出力を取出す駆動ユニット２０９と、燃料電
池スタック２０１入口の空気圧力を検出する空気圧力セ
ンサ２１０と、燃料電池スタック２０１入口の水素圧力
を検出する水素圧力センサ２１１と、燃料電池スタック
２０１へ流入する空気流量を検出する空気流量センサ２
１２と、燃料電池スタック２０１へ流入する水素流量を
検出する水素流量センサ２１３と、各センサの信号を取
り組み、内蔵された制御ソフトウェアに基づいて各アク
チュエータを駆動するコントローラ２１４と、を備えて
いる。
【００２８】コンプレッサ２０３では空気が圧縮されて
加湿器２０２へ送られ、加湿器２０２では純水ポンプ２
０７で供給された純水で空気を加湿し、加湿された空気
が燃料電池スタック２０１へ送り込まれる。高圧水素は
可変バルブ２０４で流量（圧力）が制御されて加湿器２
０２へ送られ、加湿器２０２では空気と同様に純水ポン
プ２０７で供給された純水で水素を加湿し、加湿された
水素がイジェクタ２０８を通って燃料電池スタック２０
１へ送り込まれる。燃料電池スタック２０１では送り込
まれた空気と水素反応させて発電を行い、電流（電力）
は車両等の外部システムへ供給する。燃料電池スタック
２０１で反応に使用した残りの空気は燃料電池外へ排出
するため、スロットル２０５で圧力制御が行われた後、
大気へ排出される。また、反応に使用した残りの水素は
燃料電池スタック２０１から排出されるが、イジェクタ
２０８によって加湿器２０２の上流へ還流されて発電に
再利用する。
加湿器２０２へ送られ、加湿器２０２では純水ポンプ２
０７で供給された純水で空気を加湿し、加湿された空気
が燃料電池スタック２０１へ送り込まれる。高圧水素は
可変バルブ２０４で流量（圧力）が制御されて加湿器２
０２へ送られ、加湿器２０２では空気と同様に純水ポン
プ２０７で供給された純水で水素を加湿し、加湿された
水素がイジェクタ２０８を通って燃料電池スタック２０
１へ送り込まれる。燃料電池スタック２０１では送り込
まれた空気と水素反応させて発電を行い、電流（電力）
は車両等の外部システムへ供給する。燃料電池スタック
２０１で反応に使用した残りの空気は燃料電池外へ排出
するため、スロットル２０５で圧力制御が行われた後、
大気へ排出される。また、反応に使用した残りの水素は
燃料電池スタック２０１から排出されるが、イジェクタ
２０８によって加湿器２０２の上流へ還流されて発電に
再利用する。
【００２９】いま、燃料電池スタック２０１入口の空気
圧力を検出する圧力センサ２１０と空気流量を検出する
流量センサ２１２、水素圧力を検出する圧力センサ２１
１と水素流量を検出する流量センサ２１３を備え、これ
らの検出値はコントローラ２１４へ読み込まれる。
圧力を検出する圧力センサ２１０と空気流量を検出する
流量センサ２１２、水素圧力を検出する圧力センサ２１
１と水素流量を検出する流量センサ２１３を備え、これ
らの検出値はコントローラ２１４へ読み込まれる。
【００３０】コントローラ２１４では、読み込んだ各値
が、その時の目標発電量から決まる所定の目標値になる
ようにコンプレッサ２０３、スロットル２０５、水素可
変バルブ２０４を制御するとともに、目標値に対して実
際に実現できている圧力、流量に応じて燃料電池２０１
から駆動ユニット２０９へ取出す出力（電流値）を制限
するように制御を行う。
が、その時の目標発電量から決まる所定の目標値になる
ようにコンプレッサ２０３、スロットル２０５、水素可
変バルブ２０４を制御するとともに、目標値に対して実
際に実現できている圧力、流量に応じて燃料電池２０１
から駆動ユニット２０９へ取出す出力（電流値）を制限
するように制御を行う。
【００３１】図１に示した発電量制御装置１は、図２の
コントローラ２１４の一機能として含まれている。ま
た、図１の運転状態検出部５は、図２の空気圧力センサ
２１０と、水素圧力センサ２１１と、空気流量センサ２
１２と、水素流量センサ２１３とに対応する。さらに、
図１の運転点制御部４は、コンプレッサ２０３と、可変
バルブ２０４と、スロットル２０５と、パージ弁２０６
とに対応する。
コントローラ２１４の一機能として含まれている。ま
た、図１の運転状態検出部５は、図２の空気圧力センサ
２１０と、水素圧力センサ２１１と、空気流量センサ２
１２と、水素流量センサ２１３とに対応する。さらに、
図１の運転点制御部４は、コンプレッサ２０３と、可変
バルブ２０４と、スロットル２０５と、パージ弁２０６
とに対応する。
【００３２】図３は、目標運転点演算部３が目標発電量
に基づいてそれぞれ演算する際に参照する（ａ）目標ガ
ス圧力テーブル、（ｂ）目標空気流量テーブル、（ｃ）
目標水素流量テーブルを図示したものである。ここで、
燃料電池スタック２０１における電解質膜両面の圧力差
を所定値以下とするために、目標水素圧力と目標空気圧
力とは、互いに等しく、これを目標ガス圧力と呼ぶこと
にする。
に基づいてそれぞれ演算する際に参照する（ａ）目標ガ
ス圧力テーブル、（ｂ）目標空気流量テーブル、（ｃ）
目標水素流量テーブルを図示したものである。ここで、
燃料電池スタック２０１における電解質膜両面の圧力差
を所定値以下とするために、目標水素圧力と目標空気圧
力とは、互いに等しく、これを目標ガス圧力と呼ぶこと
にする。
【００３３】図４は、出力上限値演算部６が運転状態検
出値に基づいてそれぞれ演算する際に参照する発電量制
限値テーブルを図示したものであり、（ａ）ガス圧力検
出値に基づく発電量制限値テーブル、（ｂ）空気流量検
出値に基づく発電量制限値テーブル、（ｃ）水素流量検
出値に基づく発電量制限値テーブルである。図３の各テ
ーブルと、図４の各テーブルとは互いに逆の関係（逆テ
ーブル）である。
出値に基づいてそれぞれ演算する際に参照する発電量制
限値テーブルを図示したものであり、（ａ）ガス圧力検
出値に基づく発電量制限値テーブル、（ｂ）空気流量検
出値に基づく発電量制限値テーブル、（ｃ）水素流量検
出値に基づく発電量制限値テーブルである。図３の各テ
ーブルと、図４の各テーブルとは互いに逆の関係（逆テ
ーブル）である。
【００３４】図５は、目標発電量を増加した時の（ａ）
ガス圧力、（ｂ）出力指令値、（ｃ）出力電圧のそれぞ
れの時間変化を示すタイムチャートである。いま、ドラ
イバの加速動作等により、燃料電池の目標発電量が図５
（ｂ）のように急激に立ち上がったとすると、その発電
量を実現するためのガスの目標圧力も図３（ａ）の目標
ガス圧力テーブルに基づいて同様に立ち上がる。
ガス圧力、（ｂ）出力指令値、（ｃ）出力電圧のそれぞ
れの時間変化を示すタイムチャートである。いま、ドラ
イバの加速動作等により、燃料電池の目標発電量が図５
（ｂ）のように急激に立ち上がったとすると、その発電
量を実現するためのガスの目標圧力も図３（ａ）の目標
ガス圧力テーブルに基づいて同様に立ち上がる。
【００３５】いま、水素圧力、空気圧力を目標ガス圧力
に向けて制御を行うが、その応答は図５（ａ）のように
遅れがあるため、目標ガス圧力値に到達するまでには時
間が掛る。ここで、燃料電池から取出す出力の指令値を
図５（ｂ）のように目標発電量と同じにすると、最初は
指令値通りの出力を取出すことができるが、圧力が未達
の状況で大きな出力を取出してしまうことになり、図５
（ｃ）に示すように、燃料電池の出力電圧が急激に低下
し、その結果、発電不能状態に陥ってしまう場合があ
る。
に向けて制御を行うが、その応答は図５（ａ）のように
遅れがあるため、目標ガス圧力値に到達するまでには時
間が掛る。ここで、燃料電池から取出す出力の指令値を
図５（ｂ）のように目標発電量と同じにすると、最初は
指令値通りの出力を取出すことができるが、圧力が未達
の状況で大きな出力を取出してしまうことになり、図５
（ｃ）に示すように、燃料電池の出力電圧が急激に低下
し、その結果、発電不能状態に陥ってしまう場合があ
る。
【００３６】そこで、各時刻において、その時のガス圧
力に応じて取出せる最大限の出力で出力指令値を制限す
ることにより、出力電圧を大きく低下させることなく、
燃料電池から出力を取出すことが考えられる。その様子
を図６に示す。図５の場合と同様に目標発電量が立ち上
がり、それに基づいて図３（ａ）の目標ガス圧力テーブ
ルから求められた目標ガス圧力が立ち上がった場合であ
る。この場合も実ガス圧力は図６（ａ）のように遅れを
持って目標値に到達する。
力に応じて取出せる最大限の出力で出力指令値を制限す
ることにより、出力電圧を大きく低下させることなく、
燃料電池から出力を取出すことが考えられる。その様子
を図６に示す。図５の場合と同様に目標発電量が立ち上
がり、それに基づいて図３（ａ）の目標ガス圧力テーブ
ルから求められた目標ガス圧力が立ち上がった場合であ
る。この場合も実ガス圧力は図６（ａ）のように遅れを
持って目標値に到達する。
【００３７】この際、その時のガス圧力の状態で取出せ
る以上の出力を燃料電池から取出してしまうことを避け
るために、空気、水素の実圧力を検出し、その実圧力で
図３（ａ）の関係と逆の関係に有るテーブル（逆テーブ
ル）である図４（ａ）でテーブル検索を行い、その検索
結果である発電量制限値で出力指令値を制限する。
る以上の出力を燃料電池から取出してしまうことを避け
るために、空気、水素の実圧力を検出し、その実圧力で
図３（ａ）の関係と逆の関係に有るテーブル（逆テーブ
ル）である図４（ａ）でテーブル検索を行い、その検索
結果である発電量制限値で出力指令値を制限する。
【００３８】ここで、図３（ａ）では、ある目標発電量
を発電するためのガス圧力には制限目標値とそれに対す
る変動の許容幅としての上下限値が設定されることがあ
る。この場合は、図４（ａ）の逆テーブルでは、発電を
行うために確保すべき最低限の圧力という意味で図３
（ａ）での同一目標発電量に対する圧力下限値に対応す
るデータに基づきテーブルデータを作成し、そのデータ
に基づいて、空気、水素の実圧力に応じた出力制限値を
算出するものとする。
を発電するためのガス圧力には制限目標値とそれに対す
る変動の許容幅としての上下限値が設定されることがあ
る。この場合は、図４（ａ）の逆テーブルでは、発電を
行うために確保すべき最低限の圧力という意味で図３
（ａ）での同一目標発電量に対する圧力下限値に対応す
るデータに基づきテーブルデータを作成し、そのデータ
に基づいて、空気、水素の実圧力に応じた出力制限値を
算出するものとする。
【００３９】これにより、図６に示すように、空気、水
素の実圧力に基づいた出力指令値を時々刻々演算するこ
とにより、図５の場合のように出力電圧が急低下するこ
となく、最大限の出力電力（出力電流）を取出すことが
可能となる。
素の実圧力に基づいた出力指令値を時々刻々演算するこ
とにより、図５の場合のように出力電圧が急低下するこ
となく、最大限の出力電力（出力電流）を取出すことが
可能となる。
【００４０】燃料電池の出力電圧は、空気、水素の圧力
が十分に確保できているかが支配的なため、上記の圧力
に基づく方法が有効であるが、流量を検出するセンサを
備えている場合は、圧力だけでなく、圧力に加えて流量
の検出値に基づいた出力の制限を行えばさらに精度を向
上することができる。この場合で様子を、図７に示す。
が十分に確保できているかが支配的なため、上記の圧力
に基づく方法が有効であるが、流量を検出するセンサを
備えている場合は、圧力だけでなく、圧力に加えて流量
の検出値に基づいた出力の制限を行えばさらに精度を向
上することができる。この場合で様子を、図７に示す。
【００４１】図５、図６の場合と同様に、ドライバの加
速動作等により、燃料電池の目標発電量が図７（ｄ）の
ように急激に立ち上がり、その発電量を実現するための
目標ガス圧力は図３（ａ）のテーブルに基づいて同様に
立ち上がり、目標空気流量は図３（ｂ）に基づいて、目
標水素流量は図３（ｃ）に基づいてそれぞれ立ち上が
る。いま、水素圧力、空気圧力、空気流量、水素流量を
目標値に向けて制御を行うが、その応答は図７（ａ）〜
（ｃ）のように遅れがあるため、それぞれが目標値に到
達するまでには時間が掛る。
速動作等により、燃料電池の目標発電量が図７（ｄ）の
ように急激に立ち上がり、その発電量を実現するための
目標ガス圧力は図３（ａ）のテーブルに基づいて同様に
立ち上がり、目標空気流量は図３（ｂ）に基づいて、目
標水素流量は図３（ｃ）に基づいてそれぞれ立ち上が
る。いま、水素圧力、空気圧力、空気流量、水素流量を
目標値に向けて制御を行うが、その応答は図７（ａ）〜
（ｃ）のように遅れがあるため、それぞれが目標値に到
達するまでには時間が掛る。
【００４２】この際、その時のガス圧力、流量の状態で
取出せる以上の出力を取出してしまうことを避けるため
に、空気、水素の実圧力を検出して、その実圧力で図３
（ａ）の逆テーブルである図４（ａ）のテーブル検索を
行い、また空気流量を検出してその実流量で図３（ｂ）
の逆テーブルである図４（ｂ）のテーブル検索を行い、
また水素流量を検出してその実流量で図３（ｂ）の逆テ
ーブルである図４（ｃ）のテーブル検索を行い、それら
の検索結果である発電量制限値の最小値で出力指令値を
制限する。
取出せる以上の出力を取出してしまうことを避けるため
に、空気、水素の実圧力を検出して、その実圧力で図３
（ａ）の逆テーブルである図４（ａ）のテーブル検索を
行い、また空気流量を検出してその実流量で図３（ｂ）
の逆テーブルである図４（ｂ）のテーブル検索を行い、
また水素流量を検出してその実流量で図３（ｂ）の逆テ
ーブルである図４（ｃ）のテーブル検索を行い、それら
の検索結果である発電量制限値の最小値で出力指令値を
制限する。
【００４３】ここで、図６の例の場合と同様に、図３の
目標発電量を発電するためのガスの制御目標値には変動
の許容幅としての上下限値が設定されることがあり、こ
の場合は、図４の逆テーブルでは、発電を行うために確
保すべき最低限の圧力、流量という意味で図３での同一
目標発電量に対する目標値の下限値に対応するデータに
基づきテーブルデータを作成し、そのデータに基づい
て、空気、水素の実圧力、実流量に応じた出力制限値を
算出するものとする。
目標発電量を発電するためのガスの制御目標値には変動
の許容幅としての上下限値が設定されることがあり、こ
の場合は、図４の逆テーブルでは、発電を行うために確
保すべき最低限の圧力、流量という意味で図３での同一
目標発電量に対する目標値の下限値に対応するデータに
基づきテーブルデータを作成し、そのデータに基づい
て、空気、水素の実圧力、実流量に応じた出力制限値を
算出するものとする。
【００４４】これにより、図７に示すように、空気、水
素の実圧力、実流量に基づいた出力指令値を時々刻々演
算すことにより、図５の場合のように電圧が急低下する
ことなく、最大限の出力を取出すことが可能となる。
素の実圧力、実流量に基づいた出力指令値を時々刻々演
算すことにより、図５の場合のように電圧が急低下する
ことなく、最大限の出力を取出すことが可能となる。
【００４５】＜第１の実施形態＞第１の実施形態を、図
８、図９、図１０のフローチャートに示す。図８がゼネ
ラルフローチャートであり、図２のコントローラ２１４
によって所定時間毎（例えば１０［ｍｓ］毎）に実行さ
れる。
８、図９、図１０のフローチャートに示す。図８がゼネ
ラルフローチャートであり、図２のコントローラ２１４
によって所定時間毎（例えば１０［ｍｓ］毎）に実行さ
れる。
【００４６】ステップＳ８０１では、例えば本発明の燃
料電池を電気自動車の主電源として適用する場合には、
ドライバのアクセル操作量や車両速度等を検出し、これ
に基づいて燃料電池の目標発電量ＴＰを演算する。ステ
ップＳ８０２では目標発電量ＴＰに基づいて、図３
（ａ）〜（ｃ）のテーブルデータから目標ガス圧力ＴＰ
Ｒ、目標空気流量ＴＱＡＩＲ、目標水素流量ＴＱＨ２を
演算し、ステップＳ８０３ではガスの圧力、流量制御を
実行する。ステップＳ８０４では制御した結果のガスの
状態であるガス圧力及び流量に基づいて発電量制限値Ｐ
ＬＭＴを演算し、ステップＳ８０５では目標発電量ＴＰ
と発電量制限値ＰＬＭＴから出力指令値ＴＰＭを演算
し、ステップＳ８０６では、出力指令値ＴＰＭに基づい
て燃料電池の出力を取出す制御を実行し、終了する。
料電池を電気自動車の主電源として適用する場合には、
ドライバのアクセル操作量や車両速度等を検出し、これ
に基づいて燃料電池の目標発電量ＴＰを演算する。ステ
ップＳ８０２では目標発電量ＴＰに基づいて、図３
（ａ）〜（ｃ）のテーブルデータから目標ガス圧力ＴＰ
Ｒ、目標空気流量ＴＱＡＩＲ、目標水素流量ＴＱＨ２を
演算し、ステップＳ８０３ではガスの圧力、流量制御を
実行する。ステップＳ８０４では制御した結果のガスの
状態であるガス圧力及び流量に基づいて発電量制限値Ｐ
ＬＭＴを演算し、ステップＳ８０５では目標発電量ＴＰ
と発電量制限値ＰＬＭＴから出力指令値ＴＰＭを演算
し、ステップＳ８０６では、出力指令値ＴＰＭに基づい
て燃料電池の出力を取出す制御を実行し、終了する。
【００４７】図９は、図８のステップＳ８０４での発電
量制限値ＰＬＭＴ演算手続きの内容を示す詳細フローチ
ャートである。ステップＳ９０１では、圧力制御した結
果の空気の実圧力ＰＡＩＲを検出し、ステップＳ９０２
では同様に圧力制御した結果の水素の実圧力ＰＨ２を検
出する。ステップＳ９０３では、検出した空気の実圧力
ＰＡＩＲと図４（ａ）のテーブルデータとから、実空気
圧力に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＡＩＲを算出
し、ステップＳ９０４では、検出した水素の実圧力ＰＨ
２と図４（ａ）のテーブルデータとから、実水素圧力に
対応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＨ２を算出する。ステ
ップＳ９０５では、ＰＬＭＴＰＡＩＲとＰＬＭＴＰＨ２
の小さい方の値を発電量制限値ＰＬＭＴに代入し、終了
する。
量制限値ＰＬＭＴ演算手続きの内容を示す詳細フローチ
ャートである。ステップＳ９０１では、圧力制御した結
果の空気の実圧力ＰＡＩＲを検出し、ステップＳ９０２
では同様に圧力制御した結果の水素の実圧力ＰＨ２を検
出する。ステップＳ９０３では、検出した空気の実圧力
ＰＡＩＲと図４（ａ）のテーブルデータとから、実空気
圧力に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＡＩＲを算出
し、ステップＳ９０４では、検出した水素の実圧力ＰＨ
２と図４（ａ）のテーブルデータとから、実水素圧力に
対応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＨ２を算出する。ステ
ップＳ９０５では、ＰＬＭＴＰＡＩＲとＰＬＭＴＰＨ２
の小さい方の値を発電量制限値ＰＬＭＴに代入し、終了
する。
【００４８】図１０は、図８のステップＳ８０５での出
力指令値ＴＰＭ演算手続きの内容を示す詳細フローチャ
ートである。ステップＳ１００１では、図８のステップ
Ｓ８０１で演算した目標発電量ＴＰを読み込み、ステッ
プＳ１００２では、図８のステップＳ８０４で演算した
発電量制限値ＰＬＭＴを読み込む。ステップＳ１００３
では、ＴＰとＰＬＭＴの小さい方の値を出力指令値ＴＰ
Ｍに代入し、終了する。
力指令値ＴＰＭ演算手続きの内容を示す詳細フローチャ
ートである。ステップＳ１００１では、図８のステップ
Ｓ８０１で演算した目標発電量ＴＰを読み込み、ステッ
プＳ１００２では、図８のステップＳ８０４で演算した
発電量制限値ＰＬＭＴを読み込む。ステップＳ１００３
では、ＴＰとＰＬＭＴの小さい方の値を出力指令値ＴＰ
Ｍに代入し、終了する。
【００４９】＜第２の実施形態＞第２の実施形態を、図
８、図１０、図１１のフローチャートに示す。第２の実
施形態では、空気圧力センサ２１０及び水素圧力センサ
２１１の検出値に加えて、空気流量センサ２１２及び水
素流量センサ２１３の検出値を発電量制御に使用する点
が第１の実施形態とは異なる。
８、図１０、図１１のフローチャートに示す。第２の実
施形態では、空気圧力センサ２１０及び水素圧力センサ
２１１の検出値に加えて、空気流量センサ２１２及び水
素流量センサ２１３の検出値を発電量制御に使用する点
が第１の実施形態とは異なる。
【００５０】図８、図１０は第１の実施形態と同様なの
で、図１１についてのみ説明する。図１１は、図８のス
テップＳ８０４での発電量制限値ＰＬＭＴ演算手続きの
内容を示す詳細フローチャートである。
で、図１１についてのみ説明する。図１１は、図８のス
テップＳ８０４での発電量制限値ＰＬＭＴ演算手続きの
内容を示す詳細フローチャートである。
【００５１】ステップＳ１１０１では、圧力制御した結
果の空気の実圧力ＰＡＩＲを検出し、ステップＳ１１０
２では同様に圧力制御した結果の水素の実圧力ＰＨ２を
検出する。ステップＳ１１０３では流量制御した結果の
空気の実流量ＱＡＩＲを検出し、ステップＳ１１０４で
は流量制御した結果の水素の実流量ＱＨ２を検出する。
ステップＳ１１０５では、検出した空気の実圧力ＰＡＩ
Ｒと図４（ａ）のテーブルデータとから実空気圧力に対
応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＡＩＲを算出し、ステッ
プＳ１１０６では、検出した水素の実圧力ＰＨ２と図４
（ａ）のテーブルデータとから実水素圧力に対応した発
電量制限値ＰＬＭＴＰＨ２を算出する。
果の空気の実圧力ＰＡＩＲを検出し、ステップＳ１１０
２では同様に圧力制御した結果の水素の実圧力ＰＨ２を
検出する。ステップＳ１１０３では流量制御した結果の
空気の実流量ＱＡＩＲを検出し、ステップＳ１１０４で
は流量制御した結果の水素の実流量ＱＨ２を検出する。
ステップＳ１１０５では、検出した空気の実圧力ＰＡＩ
Ｒと図４（ａ）のテーブルデータとから実空気圧力に対
応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＡＩＲを算出し、ステッ
プＳ１１０６では、検出した水素の実圧力ＰＨ２と図４
（ａ）のテーブルデータとから実水素圧力に対応した発
電量制限値ＰＬＭＴＰＨ２を算出する。
【００５２】ステップＳ１１０７では、検出した空気の
実流量ＱＡＩＲと図４（ｂ）のテーブルデータとから実
空気流量に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＱＡＩＲを算
出し、ステップＳ１１０８では、検出した水素の実流量
ＱＨ２と図４（ｃ）のテーブルデータとから実水素流量
に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＱＨ２を算出する。ス
テップＳ１１０９では、ＰＬＭＴＰＡＩＲ、ＰＬＭＴＰ
Ｈ２、ＰＬＭＴＱＡＩＲ、ＰＬＭＴＱＨ２の中から最も
小さい値を発電量制限値ＰＬＭＴに代入し、終了する。
実流量ＱＡＩＲと図４（ｂ）のテーブルデータとから実
空気流量に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＱＡＩＲを算
出し、ステップＳ１１０８では、検出した水素の実流量
ＱＨ２と図４（ｃ）のテーブルデータとから実水素流量
に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＱＨ２を算出する。ス
テップＳ１１０９では、ＰＬＭＴＰＡＩＲ、ＰＬＭＴＰ
Ｈ２、ＰＬＭＴＱＡＩＲ、ＰＬＭＴＱＨ２の中から最も
小さい値を発電量制限値ＰＬＭＴに代入し、終了する。
【００５３】本実施形態では、空気流量と水素流量の両
方を検出できることとしたが、これは一方の流量のみし
か検出できない場合は、流量を検出できる方に基づく発
電量制限値のみを反映させる形でもよい。また、水素が
循環系で圧力と流量を陽に制御できないような構成の場
合は、イジェクタの設計等により、電圧が低下しないよ
うな十分な流量が流れるようにハードウェアを設計し、
その上で、水素側は圧力による発電量制限のみを行うよ
うにすればよい。
方を検出できることとしたが、これは一方の流量のみし
か検出できない場合は、流量を検出できる方に基づく発
電量制限値のみを反映させる形でもよい。また、水素が
循環系で圧力と流量を陽に制御できないような構成の場
合は、イジェクタの設計等により、電圧が低下しないよ
うな十分な流量が流れるようにハードウェアを設計し、
その上で、水素側は圧力による発電量制限のみを行うよ
うにすればよい。
【００５４】また、これらの実施形態では、目標発電量
はステップ的に変化しうるものとし、実圧力、実流量に
よる出力の制限のみを行う構成であったが、これは、そ
もそもの目標発電量に変化率リミッタ等を設定し、目標
ガス圧力、目標ガス流量がそれほど急変しないような構
成にした上で、実圧力、実流量による出力制限をさらに
施す、という構成でもよい。
はステップ的に変化しうるものとし、実圧力、実流量に
よる出力の制限のみを行う構成であったが、これは、そ
もそもの目標発電量に変化率リミッタ等を設定し、目標
ガス圧力、目標ガス流量がそれほど急変しないような構
成にした上で、実圧力、実流量による出力制限をさらに
施す、という構成でもよい。
【００５５】また、これらの実施形態では、目標運転点
を求めるテーブル図３（ａ）〜（ｃ）と、発電制限量を
求めるテーブル図４（ａ）〜（ｃ）を個別に設けたが、
変形例として、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、発
電量←→ガス圧力、発電量←→空気流量、発電量←→水
素流量、それぞれの相互関係を記録したテーブルを用意
しておき、目標運転点を求める際にも、発電量制限量を
求める際にも同じテーブルを参照するようにしても良
い。
を求めるテーブル図３（ａ）〜（ｃ）と、発電制限量を
求めるテーブル図４（ａ）〜（ｃ）を個別に設けたが、
変形例として、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、発
電量←→ガス圧力、発電量←→空気流量、発電量←→水
素流量、それぞれの相互関係を記録したテーブルを用意
しておき、目標運転点を求める際にも、発電量制限量を
求める際にも同じテーブルを参照するようにしても良
い。
【図１】本発明に係る燃料電池の発電量制御装置の実施
形態を示すブロック図である。
形態を示すブロック図である。
【図２】本発明が適用される燃料電池スステムの構成例
を示す全体構成図である。
を示す全体構成図である。
【図３】目標発電量に対する（ａ）目標ガス圧力、
（ｂ）目標空気流量、（ｃ）目標水素流量の関係をそれ
ぞれ示す図である。
（ｂ）目標空気流量、（ｃ）目標水素流量の関係をそれ
ぞれ示す図である。
【図４】（ａ）ガス圧力検出値、（ｂ）空気流量検出
値、（ｃ）水素流量検出値のそれぞれに対する発電量制
限値の関係を示す図である。
値、（ｃ）水素流量検出値のそれぞれに対する発電量制
限値の関係を示す図である。
【図５】従来の燃料電池の発電量制御方法による過渡発
電の様子を示す図である。
電の様子を示す図である。
【図６】本発明によるガス圧力のみに基づいた方法を適
用した場合の過渡発電の様子を示す図である。
用した場合の過渡発電の様子を示す図である。
【図７】本発明によるガス圧力、ガス流量に基づいた方
法を適用した場合の過渡発電の様子を示す図である。
法を適用した場合の過渡発電の様子を示す図である。
【図８】第１、第２の実施形態に共通の全体動作を説明
するゼネラルフローチャートである。
するゼネラルフローチャートである。
【図９】第１の実施形態の発電量制限値演算の手続きを
示す詳細フローチャートである。
示す詳細フローチャートである。
【図１０】第１、第２の実施形態に共通の出力指令値演
算の手続きを示す詳細フローチャートである。
算の手続きを示す詳細フローチャートである。
【図１１】第２の実施形態の発電量制限値演算の手続き
を示す詳細フローチャートである。
を示す詳細フローチャートである。
【図１２】変形例における発電量に対するガス圧力、ガ
ス流量の関係を示す図である。
ス流量の関係を示す図である。
１ 発電量制御装置
２ 目標発電量演算部
３ 目標運転点演算部
４ 運転点制御部
５ 運転状態検出部
６ 出力上限値演算部
７ 出力指令値演算部
Claims (8)
- 【請求項１】 燃料電池の目標発電量を演算する目標発
電量演算手段と、 該目標発電量演算手段の出力に基づいて、少なくとも燃
料電池に供給するガスの圧力、流量の目標値を演算する
目標運転点演算手段と、 該目標運転点演算手段の出力に基づいて、燃料電池の運
転点を制御する運転点制御手段と、 燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段の出力に基づいて、燃料電池から取
出す出力の上限値を演算する出力上限値演算手段と、 該出力上限値演算手段の出力または前記目標発電量演算
手段の出力のいずれか小さい方を燃料電池から取出す出
力の指令値とする出力指令値演算手段と、 を備えたことを特徴とする燃料電池の発電量制御装置。 - 【請求項２】 前記運転状態検出手段は、ガスの圧力を
含む運転状態を検出することを特徴とする請求項１項に
記載の燃料電池の発電量制御装置。 - 【請求項３】 前記運転状態検出手段は、ガスの流量を
含む運転状態を検出することを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の燃料電池の発電量制御装置。 - 【請求項４】 前記目標運転点演算手段は、前記目標発
電量演算手段の出力に基づいて、所定の関係から少なく
ともガスの圧力、流量の一方の目標値を演算し、 前記出力上限値演算手段は、前記運転状態検出手段の出
力に基づいて、前記目標運転点演算手段で用いた前記所
定の関係と逆の関係から出力上限値を演算することを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
の燃料電池の発電量制御装置。 - 【請求項５】 前記出力上限値演算手段は、前記運転状
態検出手段で検出した複数の運転状態から演算した複数
の上限値の最小値を出力上限値とすることを特徴とする
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電
池の発電量制御装置。 - 【請求項６】 前記目標運転点演算手段は、前記目標発
電量演算手段の出力に基づいて、所定の関係から目標運
転点の下限値を演算し、 前記出力上限値演算手段は、前記目標運転点演算手段で
の目標運転点の下限値の値に基づいて、該目標運転点演
算手段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限
値を演算することを特徴とする請求項１ないし請求項５
のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。 - 【請求項７】 前記のガス圧力あるいはガス流量は、燃
料電池で発電を行うための燃料ガス、酸化剤ガスの両者
の状態であることを特徴とする請求項１ないし請求項６
のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。 - 【請求項８】 前記目標運転点演算手段と前記出力上限
値演算手段では、共に運転点と発電量との関係を記録し
た共通のテーブルを参照することを特徴とする請求項４
ないし請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池の発電
量制御装置。
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