JP2003168453A - Power generation amount control equipment of fuel cell - Google Patents

Power generation amount control equipment of fuel cell

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JP2003168453A JP2001366492A JP2001366492A JP2003168453A JP 2003168453 A JP2003168453 A JP 2003168453A JP 2001366492 A JP2001366492 A JP 2001366492A JP 2001366492 A JP2001366492 A JP 2001366492A JP 2003168453 A JP2003168453 A JP 2003168453A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent that a fuel cell deteriorates by the pressure difference of hydrogen gas and air excessively increased at the time of the falling of a target amount of power generation, and it deteriorates by over-charging an electricity accumulating means. <P>SOLUTION: Based on the target amount of power generation of the fuel cell by the target amount calculating means 101 of power generation, an operating point control means 102 controls at least either of pressure or flow rate of the fuel gas and the air to the target operating point. A recoverable amount detection means 103 calculates a recoverable amount recoverable from the output of the fuel cell for the electricity accumulating means. Based on the operation state of the fuel cell, such as gas pressure, and the like, which an operation state detection means 104 has detected, an output demand value calculating means 105 calculates the demand value of the output taken out from the fuel cell. A gas pressure difference detection means 107 detects the pressure difference of air electrode pressure and fuel electrode pressure. A power generation control means 106 outputs the instruction value, which controls power generation of the fuel cell, based on the output of 101, 103, 104, 105, and 107. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池と燃料電
池で発電された余剰電力を蓄電する蓄電手段とを備えた
燃料電池システムの発電量制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation amount control device for a fuel cell system including a fuel cell and a storage means for storing surplus power generated by the fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、燃料極及び空気極にそれぞ
れ供給する燃料ガス(水素)及び空気の圧力及び流量に
よって発電量が制御される。燃料電池の外部負荷が急激
に減少した場合、燃料電池の出力もそれに合せて低下さ
せる必要がある。その場合に、燃料電池の出力の低下に
合せ水素供給も減少させる必要があるが、一般に水素供
給の減少にはある程度の遅れがあることは避けられな
い。よってこの場合、燃料電池の出力取出しを急激に減
少させると水素供給の減少が遅れることで水素供給が過
剰となり、水素系と空気系の圧力バランスが崩れて燃料
電池が非常停止したり、燃料電池の反応膜が劣化してし
まうことが考えられる。
2. Description of the Related Art In a fuel cell, the amount of power generation is controlled by the pressure and flow rate of fuel gas (hydrogen) and air supplied to the fuel electrode and the air electrode, respectively. When the external load of the fuel cell suddenly decreases, the output of the fuel cell also needs to be reduced accordingly. In that case, it is necessary to reduce the hydrogen supply in accordance with the decrease in the output of the fuel cell, but it is generally unavoidable that there is some delay in the decrease in the hydrogen supply. Therefore, in this case, if the output of the fuel cell is drastically reduced, the hydrogen supply is delayed and the hydrogen supply becomes excessive, the pressure balance between the hydrogen system and the air system is disrupted, and the fuel cell stops in an emergency or It is conceivable that the reaction film of will deteriorate.

【0003】これを防止するものとして、特開平8−4
5527号公報記載の技術(以下、第1従来技術)が知
られている。この第1従来技術は、発電停止時に水素供
給の減少への遅れに対応させて空気供給を継続させるこ
とにより、水素系と空気系の圧力バランスを一定以内に
保ち、電解質膜に圧力差による応力が掛かるのを防止す
るものである。
To prevent this, Japanese Patent Laid-Open No. 8-4
The technique described in Japanese Patent No. 5527 (hereinafter referred to as the first conventional technique) is known. This first conventional technique keeps the pressure balance between the hydrogen system and the air system within a certain level by continuing the air supply in response to the delay in the decrease of the hydrogen supply when the power generation is stopped, and the stress due to the pressure difference is applied to the electrolyte membrane. It is to prevent the hanging.

【0004】また、特開2000−348748号公報
には、電流目標値の減少率が所定の減少率を超えた時
に、電流指令値は目標値の減少率よりもゆっくりと、目
標値の減少率に応じて決定される減少率で減少させ、指
令値の上限値である電流限界値は目標値に応じて定め
る、という技術(以下、第2従来技術)が開示されてい
る。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-348748, when the reduction rate of the current target value exceeds a predetermined reduction rate, the current command value is slower than the reduction rate of the target value, and the reduction rate of the target value is slower. There is disclosed a technique (hereinafter, referred to as a second conventional technique) in which the current limit value, which is the upper limit value of the command value, is determined in accordance with the target value by decreasing the reduction rate according to the target value.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら第1従来
技術では、水素系と空気系の圧力バランスを保持するこ
とができるが、既に供給された水素圧力の減少が早まる
わけではなく、空気系のコンプレッサによる電力消費が
継続し、エネルギーを無駄にしてしまうという問題点が
あった。
In the first prior art, however, the pressure balance between the hydrogen system and the air system can be maintained, but the pressure of the hydrogen already supplied does not decrease quickly, and the air system compressor is not accelerated. However, there is a problem in that the power consumption is continued and the energy is wasted.

【0006】また第2従来技術では、電流目標値の減少
率から定める指令値の減少率は燃料電池に余剰水素が残
存しない範囲内における減少率を意味する、と述べてい
るが、目標値の減少率でこれが一意に定まるとは言えな
い。つまり、目標出力(電流)に対する目標圧力が線形
とは限らず、その要求特性は燃料電池の種類によっても
異なるので、目標出力電流を250[A]から200
[A]まで1[s]で変化するのと、150[A]から
100[A]まで1[s]で変化するのでは、圧力を下
げるための指令値の減少率が同じとは言えない。従っ
て、電流目標値の減少率から指令値の減少率を定めたと
しても、常に圧力を十分に下げることができるとは限ら
ない。ここで、同じ目標値の減少率に対して、指令値の
減少率が最大となる時の値を全運転域で用いることもで
きるが、この場合は、ある運転域では圧力が急激に低下
しすぎてしまう、という問題点がある。
In the second prior art, it is stated that the reduction rate of the command value determined from the reduction rate of the current target value means the reduction rate within the range where surplus hydrogen does not remain in the fuel cell. It cannot be said that this is uniquely determined by the rate of decrease. In other words, the target pressure with respect to the target output (current) is not necessarily linear, and the required characteristics thereof differ depending on the type of fuel cell, so that the target output current is changed from 250 [A] to 200 [A].
It cannot be said that the rate of decrease of the command value for lowering the pressure is the same if it changes from [A] to 1 [s] and from 150 [A] to 100 [A] in 1 [s]. . Therefore, even if the reduction rate of the command value is determined from the reduction rate of the current target value, the pressure cannot always be sufficiently reduced. Here, for the same target value decrease rate, the value at which the command value decrease rate is maximum can be used in all operating ranges, but in this case, the pressure drops sharply in a certain operating range. There is a problem that it passes.

【0007】また、電流限界値を目標値に応じて定める
と述べているが、これではバッテリ等のエネルギバッフ
ァの空き容量が十分あるか、無いかを考慮していないた
め、空き容量が不十分である場合は過充電等によりバッ
テリを劣化させる可能性があるという問題点がある。
Although it is stated that the current limit value is determined according to the target value, this does not take into consideration whether or not there is sufficient free space in the energy buffer such as the battery, so the free space is insufficient. In this case, there is a problem that the battery may be deteriorated due to overcharge or the like.

【0008】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、燃
料電池の目標発電量低下時に水素ガス圧力と空気圧力と
の差圧が過大となって燃料電池を劣化させることを防止
するとともに、燃料電池から蓄電手段に過充電して蓄電
手段を劣化させることを防止できる燃料電池の発電量制
御装置を提供することである。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to prevent the fuel cell from deteriorating due to an excessive pressure difference between hydrogen gas pressure and air pressure when the target power generation amount of the fuel cell decreases. It is an object of the present invention to provide a power generation amount control device for a fuel cell, which can prevent the power storage means from being deteriorated by overcharging the power storage means from the fuel cell.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1記載の発明は、燃料電池の目標発電量を演算
する目標発電量演算手段と、燃料電池の発電量の一部を
回収可能な蓄電手段と、該蓄電手段の回収可能量を算出
する回収可能量算出手段と、燃料電池の運転状態を検出
する運転状態検出手段と、燃料電池から取出す出力の指
令値を演算する発電制御手段と、を備えた燃料電池の発
電量制御装置であって、前記発電制御手段は、目標発電
量低下時は、前記目標発電量演算手段の出力と、前記運
転状態検出手段の出力と、前記回収可能量算出手段の出
力とに基づいて燃料電池から取出す出力の指令値を演算
し、前記蓄電手段が回収可能な範囲内で目標発電量より
も大きな発電量で燃料電池を発電させる手段であること
を要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a target power generation amount calculating means for calculating a target power generation amount of a fuel cell and a part of the power generation amount of the fuel cell. Possible power storage means, recoverable amount calculation means for calculating the recoverable amount of the power storage means, operating state detection means for detecting the operating state of the fuel cell, and power generation control for computing a command value of output taken out from the fuel cell A power generation control device for a fuel cell, the power generation control means, when the target power generation amount is lowered, the output of the target power generation amount calculation means, the output of the operating state detection means, It is a means for calculating a command value of the output taken out from the fuel cell based on the output of the recoverable amount calculating means, and causing the fuel cell to generate power with a power generation amount larger than the target power generation amount within a range in which the power storage means can be recovered. That is the summary.

【0010】上記目的を達成するために請求項2記載の
発明は、請求項1記載の燃料電池の発電量制御装置にお
いて、前記回収可能量算出手段は、前記蓄電手段の蓄電
量、前記蓄電手段の劣化状態、及び前記蓄電手段の温度
に基づいて、前記回収可能量を算出することを要旨とす
る。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is the fuel cell power generation amount control device according to claim 1, wherein the recoverable amount calculation means is the amount of electricity stored in the electricity storage means, and the electricity storage means. The gist is to calculate the recoverable amount based on the deterioration state and the temperature of the power storage unit.

【0011】上記目的を達成するために請求項3記載の
発明は、請求項1または請求項2記載の燃料電池の発電
量制御装置において、前記目標発電量演算手段の出力に
基づいて、燃料電池に供給するガスの圧力を目標運転点
に制御する運転点制御手段と、燃料電池のガス圧力を検
出する前記運転状態検出手段の出力に基づいて燃料電池
から取出すべき出力の値を演算する出力要求値演算手段
と、を備え、前記発電制御手段は、目標発電量低下時に
ガス圧力を低下させる間は、前記目標発電量と前記回収
可能量との和と、出力要求値演算手段の出力とを比較
し、これらの小さい方の値を燃料電池の出力指令値とす
る手段であることを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is the power generation amount control device for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the fuel cell is based on the output of the target power generation amount calculation means. An output request for calculating the value of the output to be taken out from the fuel cell based on the output of the operating point control means for controlling the pressure of the gas supplied to the target operating point and the operating state detection means for detecting the gas pressure of the fuel cell. Value calculation means, and the power generation control means, while reducing the gas pressure when the target power generation amount decreases, the sum of the target power generation amount and the recoverable amount, and the output of the output request value calculation means. The gist is to compare and use the smaller one of them as the output command value of the fuel cell.

【0012】上記目的を達成するために請求項4記載の
発明は、請求項3記載の燃料電池の発電量制御装置にお
いて、前記運転点制御手段は、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
力の目標値を演算し、前記出力要求値演算手段は、前記
運転状態検出手段の出力に基づいて、前記運転点制御手
段で用いた所定の関係と逆の関係から出力要求値を演算
することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is the fuel cell power generation amount control device according to claim 3, wherein the operating point control means is based on the output of the target power generation amount calculation means. , At least a target value of the gas pressure is calculated from a predetermined relationship, and the output request value calculation means is based on the output of the operation state detection means, and a relationship opposite to the predetermined relationship used in the operating point control means. The gist is to calculate the required output value from

【0013】上記目的を達成するために請求項5記載の
発明は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の
燃料電池の発電量制御装置において、前記発電制御手段
は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料電池から
排出される燃料ガスの通路と大気とを連通するパージ弁
を開閉する機能を備え、目標発電量低下時に前記目標発
電量と、前記運転状態と、前記回収可能量とに基づいて
前記パージ弁を開閉することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 5 is the fuel cell power generation amount control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power generation control means is an output command value. In addition to the function of calculating, a function of opening and closing a purge valve that connects the passage of the fuel gas discharged from the fuel cell and the atmosphere is provided, and the target power generation amount when the target power generation amount decreases, the operating state, and the The gist is to open and close the purge valve based on the recoverable amount.

【0014】上記目的を達成するために請求項6記載の
発明は、請求項5記載の燃料電池の発電量制御装置にお
いて、前記パージ弁の開口面積は、燃料ガス及び酸化剤
ガスの供給を双方同時に停止し、かつ同時に酸化剤ガス
通路を大気開放した場合の圧力低下時に、酸化剤極と燃
料極との間のガス圧力差が限界値以上とならない面積に
設定したことを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 6 is the power generation control device for a fuel cell according to claim 5, wherein the opening area of the purge valve supplies both fuel gas and oxidant gas. The gist is that the area is set so that the gas pressure difference between the oxidant electrode and the fuel electrode does not exceed the limit value when the pressure decreases when both are stopped at the same time and the oxidant gas passage is opened to the atmosphere at the same time.

【0015】上記目的を達成するために請求項7記載の
発明は、請求項5または請求項6記載の燃料電池の発電
量制御装置において、前記出力要求値演算手段の出力
と、前記目標発電量と前記回収可能量との和の値に基づ
き、前記パージ弁を開閉することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 7 is the power generation amount control device for a fuel cell according to claim 5 or 6, wherein the output of the output required value calculating means and the target power generation amount are The gist is to open and close the purge valve based on the value of the sum of the recoverable amount and

【0016】上記目的を達成するために請求項8記載の
発明は、請求項7記載の燃料電池の発電量制御装置にお
いて、前記出力要求値演算手段の出力と、前記目標発電
量と前記回収可能量との和の値との差が、所定値以上で
ある場合に前記パージ弁を開とすることを要旨とする。
To achieve the above object, the invention according to claim 8 is the fuel cell power generation amount control device according to claim 7, wherein the output of the output required value calculation means, the target power generation amount, and the recoverable amount. The gist of the invention is to open the purge valve when the difference between the amount and the sum is greater than or equal to a predetermined value.

【0017】上記目的を達成するために請求項9記載の
発明は、請求項7記載の燃料電池の発電量制御装置にお
いて、前記出力要求値が、前記目標発電量と前記回収可
能量の和の値に1より大きい所定の比率を掛けた値以上
である場合に前記パージ弁を開とすることを要旨とす
る。
In order to achieve the above object, a ninth aspect of the present invention is the fuel cell power generation amount control device according to the seventh aspect, wherein the output required value is the sum of the target power generation amount and the recoverable amount. The gist is to open the purge valve when the value is equal to or more than a value obtained by multiplying the value by a predetermined ratio larger than 1.

【0018】上記目的を達成するために請求項10記載
の発明は、請求項1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、燃料電池が発電を継
続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態か否かを検出
する手段であり、運転停止時には、前記運転状態検出手
段から燃料電池が発電を継続し前記蓄電手段へ電力を供
給できる状態であると検出された場合には、前記蓄電手
段に前記回収可能量に基づき燃料電池から取出す出力の
指令値を演算し、発電を継続することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 10 is the fuel cell power generation amount control device according to claim 1, wherein the operating state detecting means is configured to continue the power generation by the fuel cell to the power storage means. It is a means for detecting whether or not the power can be supplied, and when the operation is stopped, when the fuel cell detects that the fuel cell continues to generate power and can supply the power to the power storage means when the operation is stopped. The gist of the present invention is to calculate a command value of the output to be taken out from the fuel cell in the power storage means based on the recoverable amount and continue power generation.

【0019】上記目的を達成するために請求項11記載
の発明は、請求項10記載の燃料電池の発電量制御装置
において、前記発電制御手段は、出力指令値を演算する
機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの通路
と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備え、前
記運転停止時に発電を継続する場合には、前記パージ弁
を閉とし、前記運転停止時に発電を継続しない場合に
は、前記パージ弁を開とすることを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 11 is the fuel cell power generation amount control device according to claim 10, wherein the power generation control means has a function of calculating an output command value, It has a function to open and close a purge valve that connects the passage of the fuel gas discharged from the cell and the atmosphere, and when power generation is continued when the operation is stopped, the purge valve is closed and power generation is continued when the operation is stopped. If not, the gist is to open the purge valve.

【0020】上記目的を達成するために請求項12記載
の発明は、請求項10または請求項11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、
燃料電池に供給するガスの圧力を検出するガス圧力検出
手段を備え、前記ガスの圧力が発電に必要な最低圧力値
に達しているか否かにより発電を継続できる状態か否か
を検出することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 12 is the power generation control device for a fuel cell according to claim 10 or claim 11, wherein the operating state detecting means is
Gas pressure detection means for detecting the pressure of the gas supplied to the fuel cell is provided, and it is possible to detect whether or not the power generation can be continued depending on whether or not the pressure of the gas has reached the minimum pressure value required for power generation. Use as a summary.

【0021】上記目的を達成するために請求項13記載
の発明は、請求項11記載の燃料電池の発電量制御装置
において、酸化ガス極と燃料ガス極との間のガス圧力差
を検出するガス圧力差検出手段を有し、前記運転停止時
に発電を継続する場合であっても、前記ガス圧力差の増
加時には限界値以上となる直前に、前記パージ弁を開と
し、発電は継続することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 13 is the power generation control apparatus for a fuel cell according to claim 11, which is a gas for detecting a gas pressure difference between an oxidizing gas electrode and a fuel gas electrode. Even in the case of having a pressure difference detection means and continuing power generation when the operation is stopped, the purge valve is opened immediately before the gas pressure difference increases to reach a limit value or more, and power generation is continued. Use as a summary.

【0022】上記目的を達成するために請求項14記載
の発明は、請求項12または請求項13記載の燃料電池
の発電量制御装置において、前記ガス圧力検出手段また
は前記ガス圧力差検出手段は、運転停止時のガス圧力を
基にガス圧力またはガス圧力差を推定することを要旨と
する。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 14 is the power generation amount control device for a fuel cell according to claim 12 or claim 13, wherein the gas pressure detecting means or the gas pressure difference detecting means is: The gist is to estimate the gas pressure or the gas pressure difference based on the gas pressure at the time of operation stop.

【0023】[0023]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、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、燃料電
池の発電量の一部を回収可能な蓄電手段と、該蓄電手段
の回収可能量を算出する回収可能量算出手段と、燃料電
池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、燃料電池
から取出す出力の指令値を演算する発電制御手段と、を
備えた燃料電池の発電量制御装置であって、前記発電制
御手段は、目標発電量低下時は、前記目標発電量演算手
段の出力と、前記運転状態検出手段の出力と、前記回収
可能量算出手段の出力とに基づいて燃料電池から取出す
出力の指令値を演算し、前記蓄電手段が回収可能な範囲
内で目標発電量よりも大きな発電量で燃料電池を発電さ
せる手段であるようにしたので、目標発電量低下時に燃
料ガス圧力が上昇して空気圧との差圧が過大となった
り、出力を取出しすぎることによるバッテリ等の蓄電手
段を劣化することを防止できるという効果がある。
According to the present invention, the target power generation amount calculation means for calculating the target power generation amount of the fuel cell, the power storage means capable of collecting a part of the power generation amount of the fuel cell, and the power storage means. Of the fuel cell including a recoverable amount calculating means for calculating the recoverable amount of the fuel cell, an operating state detecting means for detecting the operating state of the fuel cell, and a power generation control means for calculating a command value of the output taken out from the fuel cell. In the power generation amount control device, the power generation control unit outputs the output of the target power generation amount calculation unit, the output of the operation state detection unit, and the output of the recoverable amount calculation unit when the target power generation amount decreases. Based on the calculation of the command value of the output to be taken out from the fuel cell based on this, the fuel cell is made to generate power with a power generation amount larger than the target power generation amount within the range in which the power storage means can recover the target power generation amount. Sometimes fuel gas pressure rises The differential pressure between the air pressure Te is an effect that can be prevented to degrade the electrical storage means such as a battery due to or becomes excessive, too taken out output.

【0024】なお、ここで目標発電量低下時というの
は、運転中に発電量を低下させる時だけでなく、運転を
停止させる場合も目標発電量が0となったとみなして本
発明を適用することができる。
Note that the term "when the target power generation amount is decreased" means that the target power generation amount becomes 0 when the operation is stopped as well as when the power generation amount is decreased during operation, and the present invention is applied. be able to.

【0025】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記回収可能
量算出手段は、前記蓄電手段の蓄電量、前記蓄電手段の
劣化状態、及び前記蓄電手段の温度に基づいて、前記回
収可能量を算出するようにしたので、請求項1記載の発
明の効果に加えて、蓄電手段の経年変化や周囲温度変化
があっても回収可能量を精度良く算出できるという効果
がある。
According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell power generation amount control device according to the first aspect, the recoverable amount calculation means includes a stored amount of the storage means, a deterioration state of the storage means, and Since the recoverable amount is calculated based on the temperature of the power storage unit, in addition to the effect of the invention of claim 1, the recoverable amount can be calculated even if the power storage unit changes with time or the ambient temperature changes. This has the effect of enabling accurate calculation.

【0026】請求項3記載の発明によれば、請求項1ま
たは請求項2記載の燃料電池の発電量制御装置におい
て、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、燃料電
池に供給するガスの圧力を目標運転点に制御する運転点
制御手段と、燃料電池のガス圧力を検出する前記運転状
態検出手段の出力に基づいて燃料電池から取出すべき出
力の値を演算する出力要求値演算手段と、を備え、前記
発電制御手段は、目標発電量低下時にガス圧力を低下さ
せる間は、前記目標発電量と前記回収可能量との和と、
出力要求値演算手段の出力とを比較し、これらの小さい
方の値を燃料電池の出力指令値とする手段であることと
したので、請求項1または請求項1記載の発明の効果に
加えて、燃料電池の運転状態と回収可能量に応じて最適
な出力を取出すことができ、その結果、出力低下時に燃
料ガス圧力が上昇して空気圧との差圧が過大となった
り、出力を取出しすぎることでバッテリ等の蓄電手段を
劣化することを防止できるという効果がある。
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell power generation amount control device according to the first or second aspect, based on the output of the target power generation amount calculation means, the gas supplied to the fuel cell is controlled. An operating point control means for controlling the pressure to a target operating point, an output request value calculating means for calculating the value of the output to be taken out from the fuel cell based on the output of the operating state detecting means for detecting the gas pressure of the fuel cell, The power generation control means, while reducing the gas pressure when the target power generation amount is reduced, the sum of the target power generation amount and the recoverable amount,
In addition to the effect of the invention according to claim 1 or claim 1, it is the means for comparing the output of the output request value calculation means and using the smaller value as the output command value of the fuel cell. The optimum output can be obtained according to the operating state of the fuel cell and the recoverable amount. As a result, when the output decreases, the fuel gas pressure rises and the pressure difference with the air pressure becomes excessive, or the output is extracted too much. As a result, it is possible to prevent deterioration of the power storage means such as the battery.

【0027】請求項4記載の発明によれば、請求項3記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転点制
御手段は、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の目標値を演算
し、前記出力要求値演算手段は、前記運転状態検出手段
の出力に基づいて、前記運転点制御手段で用いた所定の
関係と逆の関係から出力要求値を演算するようにしたの
で、請求項3記載の発明の効果に加えて、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とい
う効果がある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell power generation amount control device according to the third aspect, the operating point control means is based on the output of the target power generation amount calculation means.
At least a target value of the gas pressure is calculated from a predetermined relationship, and the output request value calculation means is based on the output of the operating state detection means, and from the relationship opposite to the predetermined relationship used by the operating point control means. Since the output request value is calculated, in addition to the effect of the invention described in claim 3, there is an effect that an optimum output corresponding to the operating state of the fuel cell can be obtained.

【0028】請求項5記載の発明によれば、請求項1な
いし請求項4のいずれか1項記載の燃料電池の発電量制
御装置において、前記発電制御手段は、出力指令値を演
算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガス
の通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備
え、目標発電量低下時に前記目標発電量と、前記運転状
態と、前記回収可能量とに基づいて前記パージ弁を開閉
するようにしたので、請求項1ないし請求項4記載の発
明の効果に加えて、蓄電手段の回収可能量を超え発電に
より消費しきれなかった燃料ガスをパージ弁から排出で
きるようになり、回収可能な出力を回収しつつ燃料ガス
圧を早期に低下させて燃料ガス圧と空気圧との差圧が過
大となることを防止できるという効果がある。
According to the invention of claim 5, in the fuel cell power generation amount control device of any one of claims 1 to 4, the power generation control means has a function of calculating an output command value. In addition, it has a function of opening and closing a purge valve that communicates the passage of the fuel gas discharged from the fuel cell with the atmosphere, and when the target power generation amount falls, the target power generation amount, the operating state, and the recoverable amount are set. Since the purge valve is opened and closed based on the above, in addition to the effect of the invention according to claims 1 to 4, the fuel gas which exceeds the recoverable amount of the power storage means and cannot be consumed by power generation is discharged from the purge valve. Since the fuel gas can be discharged, the fuel gas pressure can be reduced at an early stage while recovering the recoverable output, and the pressure difference between the fuel gas pressure and the air pressure can be prevented from becoming excessive.

【0029】請求項6記載発明によれば、請求項5記載
の燃料電池の発電量制御装置において、前記パージ弁の
開口面積は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を双方同時
に停止し、かつ同時に酸化剤ガス通路を大気開放した場
合の圧力低下時に、酸化剤極と燃料極との間のガス圧力
差が限界値以上とならない面積に設定したことにより、
請求項5記載の発明の効果に加えて、目標発電量低下時
に蓄電手段で回収不能な場合であってもパージ弁の操作
のみで燃料ガス圧と空気圧との差圧が過大となることを
防止できるという効果がある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fuel cell power generation amount control device according to the fifth aspect, the opening area of the purge valve is such that both the supply of the fuel gas and the supply of the oxidant gas are stopped simultaneously, and at the same time. By setting the area where the gas pressure difference between the oxidant electrode and the fuel electrode does not exceed the limit value when the pressure drops when the oxidant gas passage is opened to the atmosphere,
In addition to the effect of the invention as set forth in claim 5, it is possible to prevent the differential pressure between the fuel gas pressure and the air pressure from becoming excessively large only by operating the purge valve even when the power storage means cannot recover the target power generation amount when it is reduced. The effect is that you can do it.

【0030】請求項7記載の発明によれば、請求項5ま
たは請求項6記載の燃料電池の発電量制御装置におい
て、前記出力要求値演算手段の出力と、前記目標発電量
と前記回収可能量との和の値に基づき、前記パージ弁を
開閉するようにしたので、請求項5または請求項6記載
の発明の効果に加えて、回収可能な出力を回収しつつ燃
料ガス圧を早期に低下させて燃料ガス圧と空気圧との差
圧が過大となることを防止できるという効果がある。
According to the invention of claim 7, in the fuel cell power generation amount control device of claim 5 or 6, the output of the output required value calculation means, the target power generation amount and the recoverable amount. Since the purge valve is opened / closed based on the value of the sum of the above, in addition to the effect of the invention of claim 5 or 6, the fuel gas pressure is reduced early while recovering the recoverable output. As a result, it is possible to prevent the differential pressure between the fuel gas pressure and the air pressure from becoming excessive.

【0031】請求項8記載の発明によれば、請求項7記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記出力要求
値演算手段の出力と、前記目標発電量と前記回収可能量
との和の値との差が、所定値以上である場合に前記パー
ジ弁を開とするようにしたので、請求項7記載の発明の
効果に加えて、簡単、確実に、出力指令値の出力とパー
ジ弁開の両方を実行する判断を行うことができるという
効果がある。
According to the eighth aspect of the present invention, in the fuel cell power generation amount control device according to the seventh aspect, the output of the output required value computing means and the sum of the target power generation amount and the recoverable amount are calculated. Since the purge valve is opened when the difference from the value is a predetermined value or more, in addition to the effect of the invention according to claim 7, the output of the output command value and the purge valve can be performed easily and reliably. There is an effect that it is possible to make a decision to execute both of the opening.

【0032】請求項9記載の発明によれば、請求項7記
載の燃料電池の発電量制御装置において、前記出力要求
値が、前記目標発電量と前記回収可能量の和の値に1よ
り大きい所定の比率を掛けた値以上である場合に前記パ
ージ弁を開とするようにしたので、請求項7記載の発明
の効果に加えて、簡単、確実に、出力要求値の出力とパ
ージ弁開の両方を実行する判断を行うことができるとい
う効果がある。
According to a ninth aspect of the present invention, in the fuel cell power generation amount control device according to the seventh aspect, the required output value is greater than 1 in the sum of the target power generation amount and the recoverable amount. Since the purge valve is opened when the value is equal to or more than the value obtained by multiplying the predetermined ratio, in addition to the effect of the invention according to claim 7, the output of the required output value and the opening of the purge valve can be performed easily and reliably. There is an effect that it is possible to make a decision to execute both.

【0033】請求項10記載の発明によれば、請求項1
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、燃料電池が発電を継続し前記蓄電手段へ
電力を供給できる状態か否かを検出する手段であり、運
転停止時には、前記運転状態検出手段から燃料電池が発
電を継続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態である
と検出された場合には、前記蓄電手段に前記回収可能量
に基づき燃料電池から取出す出力の指令値を演算し、発
電を継続するようにしたので、請求項1記載の発明の効
果に加えて、燃料ガス通路に余った燃料ガスを無駄に放
出することを抑制し、かつ早期に燃料ガス圧力を低下さ
せることができるという効果がある。
According to the invention of claim 10, claim 1
In the fuel cell power generation amount control device described above, the operating state detection means is a means for detecting whether or not the fuel cell is in a state in which power generation is continued and power can be supplied to the power storage means. When it is detected by the state detecting means that the fuel cell continues to generate electric power and is capable of supplying electric power to the power storage means, the power storage means calculates the command value of the output taken out from the fuel cell based on the recoverable amount. Since the power generation is continued, in addition to the effect of the invention described in claim 1, wasteful discharge of the fuel gas remaining in the fuel gas passage is suppressed, and the fuel gas pressure is reduced early. The effect is that you can.

【0034】請求項11記載の発明によれば、請求項1
0記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記発電
制御手段は、出力指令値を演算する機能に加えて、燃料
電池から排出される燃料ガスの通路と大気とを連通する
パージ弁を開閉する機能を備え、前記運転停止時に発電
を継続する場合には、前記パージ弁を閉とし、前記運転
停止時に発電を継続しない場合には、前記パージ弁を開
とするようにしたので、請求項10記載の発明の効果に
加えて、燃料ガスの無駄な放出を最小限に抑制し、燃費
を改善することができるという効果がある。
According to the invention of claim 11, claim 1
In the fuel cell power generation amount control device according to 0, in addition to the function of calculating the output command value, the power generation control means opens and closes a purge valve that connects the passage of the fuel gas discharged from the fuel cell and the atmosphere. The purge valve is provided with a function, and when the power generation is continued when the operation is stopped, the purge valve is closed, and when the power generation is not continued when the operation is stopped, the purge valve is opened. In addition to the effects of the invention described, there is an effect that wasteful emission of fuel gas can be suppressed to a minimum and fuel consumption can be improved.

【0035】請求項12記載の発明によれば、請求項1
0または請求項11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、燃料電池に供給する
ガスの圧力を検出するガス圧力検出手段を備え、前記ガ
スの圧力が発電に必要な最低圧力値に達しているか否か
により発電を継続できる状態か否かを検出するようにし
たので、請求項10または請求項11記載の発明の効果
に加えて、無理に発電を継続して燃料電池が劣化するこ
とを防止できるという効果がある。
According to the invention of claim 12, claim 1
0 or the fuel cell power generation amount control device according to claim 11, wherein the operating state detection means includes a gas pressure detection means for detecting the pressure of the gas supplied to the fuel cell, and the pressure of the gas is necessary for power generation. Since it is detected whether or not the power generation can be continued depending on whether or not the minimum pressure value is reached, in addition to the effect of the invention according to claim 10 or 11, the power generation is forcibly continued and the fuel is continuously generated. This has the effect of preventing deterioration of the battery.

【0036】請求項13記載の発明によれば、請求項1
1記載の燃料電池の発電量制御装置において、酸化ガス
極と燃料ガス極との間のガス圧力差を検出するガス圧力
差検出手段を有し、前記運転停止時に発電を継続する場
合であっても、前記ガス圧力差の増加時には限界値以上
となる直前に、前記パージ弁を開とし、発電は継続する
ようにしたので、請求項11記載の発明の効果に加え
て、発電の継続によっても燃料ガス圧力の低下が思わし
くなく差圧が大きくなってしまう場合にも、可能な限り
発電を行いパージ弁からの無駄な燃料の放出を最小限に
できるという効果がある。
According to the invention of claim 13, claim 1
1. The fuel cell power generation amount control device according to 1, further comprising gas pressure difference detection means for detecting a gas pressure difference between the oxidizing gas electrode and the fuel gas electrode, wherein power generation is continued when the operation is stopped. Also, when the gas pressure difference increases, the purge valve is opened immediately before the gas pressure difference exceeds the limit value so that power generation is continued. Therefore, in addition to the effect of the invention according to claim 11, Even when the decrease in fuel gas pressure is not expected and the differential pressure becomes large, there is an effect that power generation is performed as much as possible and useless fuel discharge from the purge valve can be minimized.

【0037】請求項14記載の発明によれば、請求項1
2または請求項13記載の燃料電池の発電量制御装置に
おいて、前記ガス圧力検出手段または前記ガス圧力差検
出手段は、運転停止時のガス圧力を基にガス圧力または
ガス圧力差を推定するようにしたので、請求項12また
は請求項13記載の発明の効果に加えて、ガス圧力検出
手段が故障したことにより燃料電池の運転を非常停止さ
せるような場合であっても酸化ガス極と燃料ガス極との
間のガス圧力差が限界値を超えない範囲で発電を継続さ
せることができるという効果がある。
According to the invention of claim 14, claim 1
In the fuel cell power generation amount control device according to claim 2 or 13, the gas pressure detection means or the gas pressure difference detection means estimates the gas pressure or the gas pressure difference based on the gas pressure at the time of operation stop. Therefore, in addition to the effect of the invention of claim 12 or claim 13, even when the operation of the fuel cell is stopped due to a failure of the gas pressure detecting means, the oxidizing gas electrode and the fuel gas electrode are There is an effect that power generation can be continued within a range in which the gas pressure difference between and does not exceed the limit value.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
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ブロック図であり、後述する第1実
施形態ないし第5実施形態に共通である。図1におい
て、燃料電池の発電量制御装置は、燃料電池の目標発電
量を演算する目標発電量演算手段101と、目標発電量
演算手段101の出力に基づいて燃料ガス及び酸化剤ガ
スのガス圧力または流量の少なくとも一方を目標運転点
に制御する運転点制御手段102と、燃料電池の出力を
図示しない蓄電手段に回収可能な回収可能量を演算する
回収可能量検出手段103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104と、運転状
態検出手段104の出力に基づいて燃料電池から取出す
出力の要求値を演算する出力要求値演算手段105と、
酸化剤極(空気極)の圧力と燃料極の圧力との圧力差を
検出するガス圧力差検出手段107と、目標発電量演算
手段101と回収可能量演算手段103と運転状態検出
手段104と出力要求値演算手段105とガス圧力差検
出手段107との出力に基づいて燃料電池の発電を制御
する指令値を出力する発電制御手段106と、を備えて
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a fuel cell power generation amount control device according to the present invention, which is common to first to fifth embodiments described later. In FIG. 1, a fuel cell power generation amount control apparatus includes a target power generation amount calculation means 101 for calculating a target power generation amount of a fuel cell, and a gas pressure of a fuel gas and an oxidant gas based on an output of the target power generation amount calculation means 101. Alternatively, an operating point control means 102 that controls at least one of the flow rates to a target operating point, a recoverable amount detection means 103 that calculates a recoverable amount that can recover the output of the fuel cell to a power storage means (not shown), a gas pressure, etc. An operating condition detecting means 104 for detecting an operating condition of the fuel cell; an output request value calculating means 105 for calculating a request value of the output taken out from the fuel cell based on the output of the operating condition detecting means 104;
Gas pressure difference detection means 107 for detecting the pressure difference between the pressure of the oxidant electrode (air electrode) and the pressure of the fuel electrode, target power generation amount calculation means 101, recoverable amount calculation means 103, operating state detection means 104, and output Power generation control means 106 for outputting a command value for controlling the power generation of the fuel cell based on the outputs of the required value calculation means 105 and the gas pressure difference detection means 107.

【0039】運転点制御手段102は、例えば図3
(a)ないし図3(c)に示すような制御テーブルを内
蔵し、目標発電量から目標水素圧力及び目標空気圧力で
ある目標ガス圧力、目標空気流量、目標水素流量をそれ
それ算出して、空気極201aおよび燃料極201bに
おけるガス圧力、ガス流量をそれぞれ目標値となるよう
に制御するものである。
The operating point control means 102 is, for example, as shown in FIG.
(A) thru | or the control table as shown in FIG.3 (c) is built in, and the target gas pressure which is target hydrogen pressure and target air pressure, target air flow rate, and target hydrogen flow rate are calculated from the target power generation amount, respectively, The gas pressure and the gas flow rate at the air electrode 201a and the fuel electrode 201b are controlled so as to reach their respective target values.

【0040】図2は、本発明に係る燃料電池の発電量制
御装置が適用される燃料電池システムの構成例を示すシ
ステム構成図である。図2において、本発明が適用され
る燃料電池システムは、空気極(酸化剤極)201a及
び燃料極201bを備える燃料電池スタック201と、
燃料極201b及び空気極201aにそれぞれ供給され
る燃料ガス及び空気を加湿する加湿器202と、加湿器
202へ空気を供給するコンプレッサ203と、燃料で
ある高圧水素ガスを貯蔵する高圧水素タンク215と、
高圧水素タンク215から供給される高圧水素の流量を
制御する可変バルブ204と、空気極201aの出口に
設けられ空気極の空気の圧力、流量を制御するスロット
ル205と、燃料極201b出口から水素を外部に排気
するパージ弁206と、加湿器202へ加湿用の純水を
供給する純水ポンプ207と、燃料極201bから排出
される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20
9と、空気極201a入口の空気圧力を検出する空気圧
力センサ210と、燃料極201b入口の水素圧力を検
出する水素圧力センサ211と、空気極201aへ流入
する空気流量を検出する空気流量センサ212と、燃料
極201b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込み、内蔵された制
御ソフトウエ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、駆動ユニット209を介して燃
料電池スタック201から回収可能な電力を回収すると
ともに、必要時に放電する蓄電手段としてのバッテリ2
16と、を備えている。
FIG. 2 is a system configuration diagram showing a configuration example of a fuel cell system to which the fuel cell power generation amount control apparatus according to the present invention is applied. In FIG. 2, a fuel cell system to which the present invention is applied includes a fuel cell stack 201 including an air electrode (oxidant electrode) 201a and a fuel electrode 201b,
A humidifier 202 for humidifying the fuel gas and air supplied to the fuel electrode 201b and the air electrode 201a, a compressor 203 for supplying air to the humidifier 202, and a high-pressure hydrogen tank 215 for storing high-pressure hydrogen gas as fuel. ,
A variable valve 204 that controls the flow rate of high-pressure hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 215, a throttle 205 that is provided at the outlet of the air electrode 201a and that controls the air pressure and flow rate of the air of the air electrode, and hydrogen from the outlet of the fuel electrode 201b. A purge valve 206 that exhausts to the outside, a pure water pump 207 that supplies pure water for humidification to the humidifier 202, an ejector 208 that recirculates unused hydrogen discharged from the fuel electrode 201b upstream, and a fuel Drive unit 20 that extracts output from the battery
9, an air pressure sensor 210 that detects the air pressure at the inlet of the air electrode 201a, a hydrogen pressure sensor 211 that detects the hydrogen pressure at the inlet of the fuel electrode 201b, and an air flow rate sensor 212 that detects the air flow rate flowing into the air electrode 201a. A hydrogen flow rate sensor 213 for detecting the flow rate of hydrogen flowing into the fuel electrode 201b, a controller 214 for fetching a signal from each sensor and driving each actuator based on the built-in control software, and a drive unit 209. A battery 2 as a power storage unit that collects recoverable electric power from the fuel cell stack 201 and discharges it when necessary.
16 are provided.

【0041】コントローラ214は、図1に示した燃料
電池の発電量制御装置であるとともに、燃料電池システ
ム全体を制御する。
The controller 214 is the power generation control device for the fuel cell shown in FIG. 1 and controls the entire fuel cell system.

【0042】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の空気極201aへ送り込ま
れる。高圧水素タンク215の高圧水素は、可変バルブ
204で流量が制御されて、イジェクタ208で還流量
と合流し、つぎに加湿器202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、加湿された水素が燃料電池スタック20
1の燃料極201bへ送り込まれる。
In the compressor 203, the air is compressed and sent to the humidifier 202, and in the humidifier 202, the pure water pump 2
The pure water supplied at 07 humidifies the air, and the humidified air is sent to the air electrode 201a of the fuel cell stack 201. The flow rate of the high-pressure hydrogen in the high-pressure hydrogen tank 215 is controlled by the variable valve 204, merges with the recirculation amount by the ejector 208, and is then sent to the humidifier 202, which then humidifies the humidifier 202.
Then, like the air, the pure water supplied by the pure water pump 207 humidifies the hydrogen, and the humidified hydrogen releases the fuel cell stack 20.
1 is sent to the fuel electrode 201b.

【0043】燃料電池スタック201では送り込まれた
空気と水素を反応させて発電を行い、電流(電力)を駆
動ユニット209へ供給する。燃料電池が電動車両の電
源であれば、駆動ユニット209は、インバータ、車両
駆動用モータ等を備える。
In the fuel cell stack 201, the sent air and hydrogen are caused to react with each other to generate electric power, and an electric current (electric power) is supplied to the drive unit 209. If the fuel cell is a power source for an electric vehicle, the drive unit 209 includes an inverter, a vehicle drive motor, and the like.

【0044】駆動ユニット209が必要とする電力を全
て燃料電池スタック201で賄うことができなければ、
不足分はバッテリ216から放電することにより必要分
を充足する。また、バッテリ216の充電可能容量があ
れば、運転状況のより燃料電池スタック201で発電し
た電力の少なくとも一部によりバッテリ216を充電す
るようになっている。
If the fuel cell stack 201 cannot cover all the electric power required by the drive unit 209,
The shortage is satisfied by discharging the battery 216. If the battery 216 has a chargeable capacity, the battery 216 is charged with at least a part of the electric power generated by the fuel cell stack 201 depending on the operating condition.

【0045】燃料電池スタック201で反応に使用した
残りの空気は、燃料電池外へ排出され、スロットル20
5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外へ排出される
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。
The remaining air used for the reaction in the fuel cell stack 201 is discharged to the outside of the fuel cell, and the throttle 20
After pressure control is performed in 5, the gas is discharged to the atmosphere. Also,
The remaining hydrogen used in the reaction is discharged to the outside of the fuel cell, but is returned to the upstream of the humidifier 202 by the ejector 208 and reused for power generation.

【0046】燃料電池スタック201に供給されるガス
の状態を検出する手段として、燃料電池スタック201
の空気極201a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、燃料極
201b入口の水素圧力を検出する圧力センサ211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。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2
03、スロットル205、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されている圧力、
流量に応じて燃料電池スタック201から駆動ユニット
209へ取出す出力(電流値)を指令し制御を行う。
As means for detecting the state of the gas supplied to the fuel cell stack 201, the fuel cell stack 201
, A pressure sensor 210 for detecting the air pressure at the inlet of the air electrode 201a, a flow sensor 212 for detecting the air flow rate, a pressure sensor 211 for detecting the hydrogen pressure at the inlet of the fuel electrode 201b, and a flow sensor 213 for detecting the hydrogen flow rate. Is detected by the controller 214. The controller 214 controls the compressor 2 so that each read value becomes a predetermined target value determined from the target power generation amount at that time.
03, the throttle 205, the variable valve 204 is controlled, and the pressure that is actually achieved with respect to the target value,
The output (current value) taken out from the fuel cell stack 201 to the drive unit 209 is commanded and controlled according to the flow rate.

【0047】本実施形態におけるパージ弁206の開口
面積は、燃料ガスとしての水素、酸化剤ガスとしての空
気の供給を双方同時に停止し、かつ同時に酸化剤ガス通
路を大気開放した場合の圧力低下時に、空気極201a
と燃料極201bとの間のガス圧力差が限界値以上とな
らない面積に設定している。
The opening area of the purge valve 206 in this embodiment is such that when the supply of hydrogen as the fuel gas and the air as the oxidant gas are both stopped at the same time and the oxidant gas passage is opened to the atmosphere at the same time, the pressure drops. , Air electrode 201a
The area is set such that the gas pressure difference between the fuel electrode 201b and the fuel electrode 201b does not exceed the limit value.

【0048】図5は、従来技術として説明したコンプレ
ッサの運転継続により水素圧力と空気圧力の差圧が過大
となるのを防止する技術を用いた場合の発電量減少時の
(a)ガス圧力と、(b)出力指令値及び実出力と、
(c)パージ弁の開閉の関係を示すタイムチャートであ
る。いま、ドライバの減速動作等により、燃料電池の目
標発電量が図5(b)のように急激に低下したとする
と、その発電量を実現するためのガスの目標圧力は、例
えば図3(a)の目標発電量に対する目標ガス圧力を求
める制御テーブルに基づいて同様に低下する。
FIG. 5 shows (a) gas pressure at the time of power generation reduction when the technique for preventing the differential pressure between the hydrogen pressure and the air pressure from becoming excessive due to the continued operation of the compressor described as the prior art is used. , (B) output command value and actual output,
(C) A time chart showing the relationship between opening and closing of the purge valve. Now, assuming that the target power generation amount of the fuel cell sharply decreases as shown in FIG. 5B due to the driver's deceleration operation, the target gas pressure for realizing the power generation amount is, for example, as shown in FIG. In the same manner, it decreases based on the control table for obtaining the target gas pressure for the target power generation amount.

【0049】いま、水素圧力及び空気圧力を目標ガス圧
力に向けて制御を行うが、水素圧力を制御する可変バル
ブ204の応答には多少の遅れがある。このため、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
発電量と同様に急減させると、出力の低下により消費さ
れる水素の量は急減するが、水素供給を低下させるには
応答遅れがあるため、図5(a)のように水素ガス圧力
が過大となる。このまま放置するとその後も、ガス圧力
が目標値に対して過大な状態が継続し、水素圧力と空気
圧力の差圧が過大となって非常停止したり、燃料電池ス
タック201の反応膜が劣化することなどが考えられ
る。
Now, the hydrogen pressure and the air pressure are controlled toward the target gas pressure, but there is some delay in the response of the variable valve 204 for controlling the hydrogen pressure. Therefore, when the command value of the output taken out from the fuel cell is sharply reduced like the target power generation amount as shown in FIG. 5B, the amount of hydrogen consumed due to the reduction in output sharply decreases, but the hydrogen supply is reduced. Has a response delay, the hydrogen gas pressure becomes excessive as shown in FIG. If left as it is, the gas pressure will continue to be excessive with respect to the target value, and the differential pressure between the hydrogen pressure and the air pressure will be excessive, resulting in an emergency stop or deterioration of the reaction film of the fuel cell stack 201. And so on.

【0050】この従来技術では、その対策として、水素
圧力に空気圧力を追従させるようコンプレッサにより圧
力制御を行っている。しかし、水素圧力の低下自体が促
進されるわけではなく、空気系のコンプレッサ203で
の消費電力が大きくなり、エネルギーを無駄にしてしま
うことになる。
In this conventional technique, as a countermeasure, the pressure is controlled by the compressor so that the air pressure follows the hydrogen pressure. However, the reduction in hydrogen pressure itself is not promoted, and the power consumption of the air-based compressor 203 increases, resulting in wasting energy.

【0051】そこで、請求項1〜請求項9に対応する第
1実施形態〜第4実施形態では、各時刻において、目標
発電量と、バッテリで吸収可能な電力との総和の範囲内
で十分な出力を取出すことにより、ガス圧力が過大とな
ってシステムが非常停止したり、反応膜を劣化したり、
エネルギーを無駄にすることを防止する。
Therefore, in the first to fourth embodiments corresponding to claims 1 to 9, it is sufficient within the range of the total sum of the target power generation amount and the electric power that can be absorbed by the battery at each time. By taking out the output, the gas pressure becomes excessive and the system stops, the reaction film deteriorates,
Prevent wasting energy.

【0052】その様子を図6に(a)ガス圧力、(b)
出力指令値、(c)パージ弁の開閉状態として示す。図
5の場合と同様に、目標発電量が急減し、それに基づい
て図3(a)のテーブルから求められた目標ガス圧力が
急減した場合である。
The state is shown in FIG. 6 (a) gas pressure, (b)
The output command value and (c) open / close state of the purge valve are shown. Similar to the case of FIG. 5, the target power generation amount is suddenly reduced, and the target gas pressure obtained from the table of FIG. 3A based on it is rapidly reduced.

【0053】この場合、そのときの水素圧力から図3
(a)の逆テーブル、即ちガス圧力からである図4に基
づいて取出すべき出力要求値を算出する。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
は制御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の逆テ
ーブルでは、その圧力のときに取出せる最大限の出力と
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、水素の実圧力に応じた出
力要求値を算出するものとする。
In this case, from the hydrogen pressure at that time, as shown in FIG.
The output required value to be taken out is calculated based on the reverse table of (a), that is, from FIG. Here, FIG.
In (a), the gas pressure for generating a certain target amount of power generation may be set with a control target value and upper and lower limit values as a permissible range of fluctuations. In this case, in the reverse table of FIG. 4, in the sense of the maximum output that can be taken out at that pressure, the table data is obtained based on the data corresponding to the pressure lower limit value for the same target power generation amount in FIG. It is created and the required output value according to the actual pressure of hydrogen is calculated based on the data.

【0054】次いで、この出力要求値と、その時の目標
発電量にバッテリで残水素回収可能分として吸収可能な
電力である回収可能量を加えた総発電可能量(目標発電
量と回収可能量との和)と、を比較し、出力要求値が総
発電可能量より小さい時には出力要求値を出力指令値と
し、出力要求値が総発電可能量より大きい時には総発電
可能量を出力指令値とする。
Next, this output required value and the target power generation amount at that time plus the recoverable amount that is the power that can be absorbed as the residual hydrogen recoverable amount in the battery, the total power generation amount (the target power generation amount and the recoverable amount). Of the total power generation amount) and the output demand value is smaller than the total power generation amount, the output demand value is the output command value, and when the output demand value is larger than the total power generation amount, the total power generation amount is the output command value. .

【0055】これにより、そのときに取出すべき(取出
せる)最大限の出力を取り出せるようになり、図6
(a)のように水素圧力が過大となることを防止でき、
空気圧力も速やかに低下させることができる。このた
め、空気圧力の速やかな低下と同時にコンプレッサ20
3の駆動用消費電力を速やかに低下させることが可能と
なり、エネルギーを無駄にすることを抑制し、燃料電池
の燃費を改善することができる。
As a result, it becomes possible to take out the maximum output that should be (can be taken out) at that time.
It is possible to prevent the hydrogen pressure from becoming excessive as in (a),
The air pressure can also be quickly reduced. Therefore, the compressor 20 is quickly reduced at the same time.
The driving power consumption of No. 3 can be reduced promptly, waste of energy can be suppressed, and the fuel consumption of the fuel cell can be improved.

【0056】また、総発電可能量に対して出力要求値が
所定値以上の差、または所定以上の比率で大きい場合
は、総発電可能量分を出力として取出しても圧力が十分
低下できないため、結局、空気圧力を過大にせざるを得
ず、コンプレッサ203での消費電力分を捨てざるを得
ない場合がある。
If the required output value is greater than the predetermined value or larger than the predetermined value with respect to the total power generation amount, the pressure cannot be sufficiently reduced even if the total power generation amount is taken out as the output. Eventually, there is a case where the air pressure has to be excessively large and the power consumption of the compressor 203 has to be discarded.

【0057】その場合は総発電可能量分を取出しても下
げきれない水素圧力分をパージ弁206を開として低下
させる、あるいは、パージ弁206を開として水素を捨
てながら圧力を低下し、これに見合って空気圧力も低下
させる。そして、そのときの圧力に応じて最大限の出力
を取出すことで、コンプレッサ203での無駄なエネル
ギーの消費を抑制することができる。
In this case, the hydrogen pressure that cannot be lowered even if the total amount of power that can be generated is reduced by opening the purge valve 206, or by opening the purge valve 206 and dropping hydrogen to lower the pressure. The air pressure is reduced accordingly. Then, by taking out the maximum output according to the pressure at that time, it is possible to suppress the wasteful consumption of energy in the compressor 203.

【0058】この例を、図7に示す。図7は、本実施形
態におけるパージ弁を開く場合の発電量減少時の(a)
ガス圧力、(b)出力指令値及び実出力、(c)パージ
弁の開閉状態を説明するタイムチャートであり、図5、
図6の場合と同様に、目標発電量が急減し、それに基づ
いて図3(a)のテーブルから求められた目標ガス圧力
が急減した場合である。
An example of this is shown in FIG. FIG. 7 shows (a) when the power generation amount decreases when the purge valve is opened in the present embodiment.
FIG. 6 is a time chart explaining the gas pressure, (b) output command value and actual output, and (c) opening / closing state of the purge valve, FIG.
Similar to the case of FIG. 6, the target power generation amount is suddenly decreased, and the target gas pressure obtained from the table of FIG.

【0059】この場合、総発電可能量よりも出力要求値
が所定以上大きいため、パージ弁206を開とし、水素
を外へ排出する。その上で、そのときの水素圧力から図
3(a)の逆テーブルである図4に基づいて取出すべき
出力要求値を算出し、その時の総発電可能量と比較し、
出力要求値が総発電可能量より小さい時には出力要求値
を出力指令値とし、出力要求値が総発電可能量より大き
い時には総発電可能量を出力指令値とする。これによ
り、その時に取出すべき(取出せる)最大限の出力を取
出すことで、図7(a)のように水素圧力が過大となる
を防止でき、空気圧力も速やかに低下させることができ
る。このため、コンプレッサ203の回転を速やかに低
下させることができるので、その消費電力を速やかに低
下させることが可能となり、エネルギーを無駄にするこ
とをより効果的に抑制できる。
In this case, since the required output value is larger than the total power generation capacity by a predetermined amount or more, the purge valve 206 is opened and hydrogen is discharged to the outside. Then, the required output value to be taken out is calculated from the hydrogen pressure at that time based on FIG. 4, which is the reverse table of FIG. 3 (a), and compared with the total power generation amount at that time,
When the output demand value is smaller than the total power generation amount, the output demand value is the output command value, and when the output demand value is larger than the total power generation amount, the total power generation amount is the output command value. As a result, by taking out the maximum output that should be taken out (can be taken out) at that time, it is possible to prevent the hydrogen pressure from becoming excessive as shown in FIG. 7A, and it is possible to quickly reduce the air pressure. For this reason, the rotation of the compressor 203 can be promptly reduced, so that the power consumption thereof can be promptly reduced, and waste of energy can be more effectively suppressed.

【0060】また、この方法の場合、総発電可能量と出
力要求値との両者の差あるいは両者の比率を判定する所
定値は、出力要求値が総発電量を上回る差、または出力
要求値の総発電量に対する倍率が所定値以下ならば、圧
力が多少高くてもパージ弁を開けずにコンプレッサでエ
ネルギーを消費している方が効率がよく、所定値以上な
らばコンプレッサでエネルギーを無駄にするよりはパー
ジ弁を開けて水素を捨ててしまった方が効率がよい、と
いう条件となる値を事前に調べて設定するものである。
In the case of this method, the predetermined value for determining the difference between the total power generation amount and the output required value or the ratio of the two is the difference between the output required value exceeding the total generated amount or the output required value. If the ratio to the total power generation is less than a specified value, it is more efficient to consume energy with the compressor without opening the purge valve even if the pressure is somewhat high, and if it is more than the specified value, the energy is wasted with the compressor. Rather than opening the purge valve and discarding hydrogen, it is more efficient to check the value in advance and set it.

【0061】次に、上記構成による本発明の燃料電池の
発電量制御装置の実施形態の動作をフローチャートを参
照して詳細に説明する。
Next, the operation of the embodiment of the fuel cell power generation amount control apparatus of the present invention having the above-mentioned configuration will be described in detail with reference to the flowcharts.

【0062】<第1実施形態>第1の実施形態における
燃料電池の発電量制御装置の動作を、図8、図9、図1
0、図11のフローチャートに示す。
<First Embodiment> The operation of the power generation control device for a fuel cell according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
0, shown in the flow chart of FIG.

【0063】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。
FIG. 8 is a general flowchart, which is executed by the controller 214 of FIG. 2 at predetermined time intervals (for example, every 10 [ms]).

【0064】まず、ステップS801ではドライバのア
クセル操作量等のドライバ操作量を検出し、ステップS
802ではドライバ操作量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S803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TPR、目標空気流量TQATR、目標水素流量TQ
H2を演算し、ステップS804ではコンプレッサ20
3,可変バルブ204、スロットル205を制御しガス
の圧力、流量制御を実行する。ステップS805では圧
力・流量が減少側の過渡状態であるかを表わすフラグFP
DOWNを演算し、ステップS806ではフラグFPDOWNが1
かどうかを判断する。
First, in step S801, the driver operation amount such as the accelerator operation amount of the driver is detected, and step S801
At 802, the target power generation amount TP of the fuel cell is calculated based on the driver operation amount. In step S803, the target power generation amount TP
Based on the table data shown in FIGS. 3A to 3C, the target gas pressure TPR, the target air flow rate TQATR, and the target hydrogen flow rate TQ are obtained.
H2 is calculated, and in step S804, the compressor 20
3. The variable valve 204 and the throttle 205 are controlled to control the gas pressure and flow rate. In step S805, a flag FP indicating whether the pressure / flow rate is in a decreasing transient state.
DOWN is calculated, and the flag FPDOWN is set to 1 in step S806.
Determine if

【0065】ステップS806で圧力・流量が減少側の
過渡である(FPDOWN=1)と判断した場合、ステップS
807に進み出力要求値PDEMPH2を演算し、ステップS
808で出力指令値TPMを演算し、ステップS810で
燃料電池の出力制御を実行して終了する。
If it is determined in step S806 that the pressure / flow rate is on the decreasing side transient (FPDOWN = 1), step S806
Proceed to 807 to calculate the required output value PDEMPH2, and step S
The output command value TPM is calculated in 808, and the output control of the fuel cell is executed in step S810, and the process ends.

【0066】ステップS806で圧力・流量が減少側の
過渡でない(FPDOWN=0)と判断した場合、ステップS
809で通常の制御を行い、ステップS810で燃料電
池の出力制御を実行して終了する。
If it is determined in step S806 that the pressure / flow rate is not a transient on the decreasing side (FPDOWN = 0), step S806
In step S810, normal control is performed, and in step S810, output control of the fuel cell is performed and the process ends.

【0067】図9には、図8のステップS805におけ
る圧力・流量が減少側の過渡状態であるか否かを判断し
てフラグFPDOWNを設定する手続の内容を示す。
FIG. 9 shows the contents of the procedure in step S805 of FIG. 8 for determining whether the pressure / flow rate is in the transient state on the decreasing side and setting the flag FPDOWN.

【0068】まずステップS901では、圧力・流量が
減少側の過渡状態であるかを表わすフラグFPDOWNの前回
値FPDOWNzと、目標発電量の前回値TPzを読み込み、ステ
ップS902ではそのFPDOWNzが1かどうか判断する。
ステップS902でFPDOWNzが1であった場合にはステ
ップS903に進み、ステップS903では目標発電量
前回値TPz−目標発電量TPが所定値dTP1より大きいかど
うか判断する。ステップS903で大きいと判断した場
合にはステップS906でフラグFPDOWN=1とし、ステ
ップS903で大きいと判断しなかった場合にはステッ
プS905でフラグFPDOWN=0とし、終了する。
First, in step S901, the previous value FPDOWNz of the flag FPDOWN indicating whether the pressure / flow rate is in the transient state on the decrease side and the previous value TPz of the target power generation amount are read, and it is determined in step S902 whether FPDOWNz is 1 or not. To do.
If FPDOWNz is 1 in step S902, the process proceeds to step S903, and in step S903 it is determined whether the target power generation amount previous value TPz-target power generation amount TP is larger than the predetermined value dTP1. If it is determined to be large in step S903, the flag FPDOWN = 1 is set in step S906, and if it is not determined to be large in step S903, flag FPDOWN = 0 is set in step S905, and the process ends.

【0069】ステップS902でFPDOWNzが1でなかっ
た場合にはステップS904に進み、ステップS904
ではTPz−TPが所定値dTP2より大きいかどうか判断す
る。ステップS904で大きいと判断した場合にはステ
ップS907でフラグFPDOWN=1とし、ステップS90
4で大きいと判断しなかった場合にはステップS908
でフラグFPDOWN=0とし、終了する。ここで、dTP1<d
TP2と設定し、この幅でフラグFPDOWNのON/OFFの
ヒステリシスを設定する。
If FPDOWNz is not 1 in step S902, the process proceeds to step S904 and step S904.
Then, it is determined whether TPz-TP is larger than the predetermined value dTP2. If it is determined to be large in step S904, the flag FPDOWN is set to 1 in step S907, and then step S90
When it is not judged to be large in step 4, step S908
Then, the flag FPDOWN is set to 0, and the process ends. Where dTP1 <d
Set it to TP2 and set the ON / OFF hysteresis of the flag FPDOWN with this width.

【0070】図10には、図8のステップS807にお
ける出力要求値PDEMPH2演算の手続の内容を示す。
FIG. 10 shows the contents of the procedure of the output request value PDEMPH2 calculation in step S807 of FIG.

【0071】まずステップS1001では、図2の水素
圧力センサ211が検出する燃料極入口の水素の実圧力
PH2を読み込み、ステップS1002では、ステップS
1001で読み込んだPH2に基づいて、図4のテーブル
より実際の水素ガス圧力に対応した出力要求値PDEMPH2
を演算し、終了する。
First, in step S1001, the actual pressure of hydrogen at the fuel electrode inlet detected by the hydrogen pressure sensor 211 of FIG.
PH2 is read, and in step S1002, step S
Based on PH2 read in 1001, output required value PDEMPH2 corresponding to the actual hydrogen gas pressure from the table in FIG.
Is calculated and the process ends.

【0072】図11には、図8のステップS808にお
ける出力指令値TPMの演算手続の内容を示す。
FIG. 11 shows the contents of the calculation procedure of the output command value TPM in step S808 of FIG.

【0073】まずステップS1101では、バッテリで
吸収可能な電力PBATLMTを演算し、ステップS1102
では目標発電量TPとバッテリ吸収可能電力PBATLMTとの
和である総発電可能量TPALLを演算する。ステップS1
003では総発電可能量TPALL>出力要求値PDEMPH2で
あるかどうかを判断し、ステップS1103でTPALL>P
DENPH2であると判断した場合には、ステップS110
4で出力指令値TPM=PDEMPH2とし、終了する。ステッ
プS1103でTPALL>PDEMPH2であると判断しなかっ
た場合には、ステップS1005で出力指令値TPM=TPA
LLとし、終了する。
First, in step S1101, the electric power PBATLMT that can be absorbed by the battery is calculated, and in step S1102.
Then, the total power generation amount TPALL, which is the sum of the target power generation amount TP and the battery absorbable power PBATLMT, is calculated. Step S1
In 003, it is determined whether or not the total power generation amount TPALL> the required output value PDEMPH2, and in step S1103, TPALL> P
If it is determined to be DENPH2, step S110
At 4, the output command value TPM = PDEMPH2 is set, and the process ends. If it is not determined in step S1103 that TPALL> PDEMPH2, the output command value TPM = TPA in step S1005.
LL and finish.

【0074】<第2実施形態>第2の実施形態を、図
8、図10、図11、図12のフローチャートに示す。
<Second Embodiment> A second embodiment is shown in the flowcharts of FIGS. 8, 10, 11, and 12.

【0075】図8、図10、図11は第1の実施形態と
同様なので、図12についてのみ説明する。
Since FIGS. 8, 10 and 11 are similar to those of the first embodiment, only FIG. 12 will be described.

【0076】図12には、図8のステップS805にお
ける圧力・流量が減少側の過渡状態であるか否かを判断
してフラグFPDOWNを設定する手続の内容を示す。
FIG. 12 shows the contents of the procedure in step S805 of FIG. 8 for determining whether the pressure / flow rate is in the decreasing transient state and setting the flag FPDOWN.

【0077】第1実施形態の図9のステップS903で
は、目標発電量前回値と目標発電量の差(TPz−TP)と
所定値とを比較したのに代えて、ステップS1203で
は、目標発電量前回値の目標発電量に対する比であるTP
z/TPが所定値rTP1より大きいか否かを判断し、ステッ
プS1204では、第1実施形態の図9のステップS9
04の代わりに、TPz/TPがrTP2より大きいかを判断す
る。その他のステップについては、図9と同様であるの
で説明は省略する。ここで、rTP1<rTP2と設定し、こ
の幅でフラグFPDOWNのON/OFFのヒステリシスを設
定する。
In step S903 of FIG. 9 of the first embodiment, instead of comparing the previous value of the target power generation amount with the target power generation amount (TPz-TP) and a predetermined value, in step S1203, the target power generation amount is changed. TP, which is the ratio of the previous value to the target power generation
It is determined whether z / TP is larger than the predetermined value rTP1, and in step S1204, step S9 in FIG. 9 of the first embodiment is performed.
Instead of 04, determine if TPz / TP is greater than rTP2. The other steps are the same as those in FIG. 9, and thus description thereof will be omitted. Here, rTP1 <rTP2 is set, and the ON / OFF hysteresis of the flag FPDOWN is set with this width.

【0078】<第3実施形態>第3の実施形態を示す。
本実施形態は、第1、第2の実施形態の図11の代わり
に、図13を用いるものであるので、図13についての
み説明する。
<Third Embodiment> A third embodiment will be described.
This embodiment uses FIG. 13 instead of FIG. 11 of the first and second embodiments, so only FIG. 13 will be described.

【0079】図13には、図8のステップS808にお
ける出力指令値TPM演算の手続の内容を示す。
FIG. 13 shows the contents of the procedure for calculating the output command value TPM in step S808 of FIG.

【0080】ステップS1301では、バッテリで吸収
可能な電力であるバッテリ吸収可能電力PBATLMTを演算
し、ステップS1302では目標発電量TPとバッテリ吸
収可能電力PBATLMTとの和である総発電可能量TPALLを演
算し、ステップS1303では、実水素圧力に対応した
出力要求値PDEMPH2>TPALL*α(α>1)であるかど
うかを判断する。
In step S1301, the battery absorbable power PBATLMT, which is the power that can be absorbed by the battery, is calculated, and in step S1302, the total power generation amount TPALL, which is the sum of the target power generation amount TP and the battery absorbable power PBATLMT, is calculated. In step S1303, it is determined whether the required output value PDEMPH2> TPALL * α (α> 1) corresponding to the actual hydrogen pressure is satisfied.

【0081】ステップS1303でPDEMPH2>TPALL*
αであると判断した場合にはステップS1304へ進
み、パージ弁206を開ける指令を出力し、ステップS
1305へ進む。ステップS1305ではTPALL>PDEMP
H2であるかどうかを判断し、TPALL>PDEMPH2であると
判断した場合にはステップS1307で出力指令値TPM
=PDEMPH2とし、終了する。ステップS1305でTPAL
L>PDEMPH2であると判断しない場合はステップS13
08で出力指令値TPM=TPALLとし、終了する。
PDEMPH2> TPALL * in step S1303
If it is determined to be α, the process proceeds to step S1304, a command to open the purge valve 206 is output, and the process proceeds to step S1304.
Proceed to 1305. In step S1305, TPALL> PDEMP
If it is determined that it is H2, and if it is determined that TPALL> PDEMPH2, in step S1307 the output command value TPM
= PDEMPH2 and finish. TPAL in step S1305
When it is not determined that L> PDEMPH2, step S13
At 08, the output command value TPM = TPALL is set, and the process ends.

【0082】ステップS1303でPDEMPH2>TPALL*
αであると判断しない場合にはステップS1306へ進
み、TPALL>PDEMPH2であるかどうかを判断し、TPALL>
PDEMPH2であると判断した場合にはステップS1309
で出力指令値TPM=PDEMPH2とし、終了する。ステップ
S1306でTPALL>PDEMPH2であると判断しない場合
はステップS1310で出力指令値TPM=TPALLとし、終
了する。
PDEMPH2> TPALL * in step S1303
If it is not determined to be α, the process proceeds to step S1306, it is determined whether TPALL> PDEMPH2, and TPALL>
If it is determined to be PDEMPH2, step S1309
Then, set the output command value TPM = PDEMPH2 and finish. If it is not determined in step S1306 that TPALL> PDEMPH2, the output command value TPM = TPALL is set in step S1310, and the process ends.

【0083】ここで、α>1なる係数αは、パージ弁2
06を閉じたまま水素ガス圧力が高い状態で、これに対
応した空気圧力を維持するためにコンプレッサ203の
運転を続けてエネルギーを消費するのと、パージ弁20
6を開けて水素を捨てて圧力を低下させ、コンプレッサ
203も回転を低下させるのと、どちらかが効率がよい
かを判断する値であり、事前に求めておくものとする。
本実施形態は、この効率の判断をTPALLの比率で判断す
るものである。
Here, the coefficient α satisfying α> 1 is determined by the purge valve 2
While the hydrogen gas pressure is high with 06 closed, the compressor 203 is continuously operated to consume energy in order to maintain the air pressure corresponding to the hydrogen gas pressure.
This is a value for determining which is more efficient, which is to open 6 to drop hydrogen to reduce the pressure and also reduce the rotation of the compressor 203, and it should be obtained in advance.
In this embodiment, the efficiency is determined by the TPALL ratio.

【0084】<第4実施形態>第4の実施形態を示す。
本実施形態は、第3の実施形態の図13の代わりに、図
14を用いるものであるので、図14についてのみ説明
する。
<Fourth Embodiment> A fourth embodiment will be described.
This embodiment uses FIG. 14 instead of FIG. 13 of the third embodiment, so only FIG. 14 will be described.

【0085】図14には、図8のステップS808にお
ける出力指令値TPM演算の手続の内容を示す。
FIG. 14 shows the contents of the procedure for calculating the output command value TPM in step S808 of FIG.

【0086】ステップS1403では、第3実施形態の
図13のステップS1303の代わりに、PDEMPH2>TP
ALL+βであるかどうかを判断する。その他のステップ
については、図13と同様であるので説明は省略する。
ここでβ>0は、パージ弁206を閉じたまま圧力が高
い状態でコンプレッサ203でエネルギーを消費するの
と、パージ弁206を開けて水素を捨てて圧力を低下さ
せるののどちらが効率がよいかを判断する値であり、事
前に求めておくものとする。本実施形態は、この効率の
判断をTPALLに対する差の値で判断するものである。
In step S1403, PDEMPH2> TP instead of step S1303 in FIG. 13 of the third embodiment.
Judge whether ALL + β. The other steps are the same as those in FIG. 13, so description thereof will be omitted.
Where β> 0, which is more efficient, the energy is consumed by the compressor 203 in a high pressure state with the purge valve 206 closed, or the pressure is reduced by opening the purge valve 206 and discarding hydrogen. Is a value for judging, and shall be obtained in advance. In the present embodiment, this efficiency determination is performed based on the difference value with respect to TPALL.

【0087】これらの実施形態では、図9あるいは図1
2で圧力・流量の減少側過渡を判断する場合に、目標発
電量TPとその前回値TPzを用いるものとしたが、これ
は、TPの変わりに目標水素圧力TPRH2、TPzの代わりに
実水素圧力PRH2を用いるものとし、TPRH2とPRH2の
差、あるいは比率で圧力・流量が減少側過渡を判断する
ものとしてもよい。
In these embodiments, FIG. 9 or FIG.
The target power generation amount TP and its previous value TPz were used when judging the pressure / flow rate decrease side transient in 2. However, this is the actual hydrogen pressure instead of the target hydrogen pressure TPRH2, TPz instead of TP. It is also possible to use PRH2 and judge the transient on the decrease side of pressure / flow rate by the difference or ratio of TPRH2 and PRH2.

【0088】また、これらの実施形態では、燃料電池の
出力制御の指令値は出力TPMとしたが、これは従来例の
ように電流Iとしてもまったく同様に成立する。
Further, in these embodiments, the command value for the output control of the fuel cell is the output TPM, but this also holds true for the current I as in the conventional example.

【0089】なお、本発明の発電量制御装置における制
御方法でもまだ水素ガス圧と空気圧との差圧が残るよう
であれば、コンプレッサの運転を継続する従来技術を組
合せて用いても構わない。
In the control method of the power generation amount control device of the present invention, if the differential pressure between the hydrogen gas pressure and the air pressure still remains, conventional techniques for continuing the operation of the compressor may be used in combination.

【0090】<第5実施形態>次に、燃料電池の運転を
停止する際の制御について請求項10〜請求項14に対
応する第5実施形態について説明する。
<Fifth Embodiment> Next, a fifth embodiment corresponding to claims 10 to 14 will be described with respect to control when the operation of the fuel cell is stopped.

【0091】この実施形態は、運転停止時にバッテリ2
16の充電状態等から回収可能量を算出し、充電の可否
を判断して、パージ弁206の動作、燃料電池スタック
201の発電状態を決定し、燃料ガス供給停止後もイジ
ェクタ208の下流に残存する燃料ガスを用いて発電を
継続し、燃料電池のガス圧力を速やかに低下させるもの
である。
In this embodiment, the battery 2
The recoverable amount is calculated from the charge state of 16 and the like, the chargeability is determined, the operation of the purge valve 206 and the power generation state of the fuel cell stack 201 are determined, and the fuel cell stack 201 remains downstream of the ejector 208 even after the fuel gas supply is stopped. Power generation is continued by using the fuel gas that is generated, and the gas pressure of the fuel cell is rapidly reduced.

【0092】図15に運転停止時に、可変バルブ204
を閉じて燃料ガス供給停止後に実行される第5実施形態
の制御メインフローを示す。
FIG. 15 shows the variable valve 204 when the operation is stopped.
The control main flow of the fifth embodiment executed after closing the fuel cell and stopping the supply of the fuel gas is shown.

【0093】まず、ステップS1501において、バッ
テリ216の充電状態を検出し、ステップS1502で
バッテリの充電状態に基づいて充電可能か否かを判定す
る。この判定は、バッテリの充電状態から、更に充電す
る余地が残っており(例えば充電状態SOC=80%未
満)、かつ、充電系統に故障がない場合にはYESとな
り、ステップS1503へ移行する。NOの場合、パー
ジ弁を制御するためステップS1509へ移行する。
First, in step S1501, the state of charge of the battery 216 is detected, and in step S1502 it is determined whether or not charging is possible based on the state of charge of the battery. This determination is YES if there is room for further charging from the state of charge of the battery (for example, state of charge SOC = less than 80%) and there is no failure in the charging system, and the process proceeds to step S1503. If NO, the process moves to step S1509 to control the purge valve.

【0094】次いで、ステップS1503でバッテリ充
電可能電力値(回収可能量)を演算する。この詳細は図
18で詳述する。ステップS1504で空気極201a
のガス圧力及び燃料極201bのガス圧力値を求める。
詳細は図19で詳述する。
Next, in step S1503, a battery chargeable power value (recoverable amount) is calculated. The details will be described in detail with reference to FIG. In step S1504, the air electrode 201a
And the gas pressure value of the fuel electrode 201b are obtained.
Details will be described in detail with reference to FIG.

【0095】ステップS1505で空気極201aのガ
ス圧力および、燃料極201bのガス圧力が発電に必要
な圧力を維持しており、かつ発電系統あるいはバッテリ
216へ送電系統に故障が無い場合にYESとなり、ス
テップS1506へ移行する。NOの場合、パージ弁を
制御するためステップS1509へ移行する。
In step S1505, if the gas pressure of the air electrode 201a and the gas pressure of the fuel electrode 201b maintain the pressure required for power generation, and there is no failure in the power generation system or the power transmission system to the battery 216, YES is determined, The process moves to step S1506. If NO, the process moves to step S1509 to control the purge valve.

【0096】ステップS1506およびステップS15
07で、バッテリ充電可能電力値に基づき発電量を決め
て発電し、バッテリへ充電する。なお、充電可能な電力
の範囲内で最大値で運転すると、より速く燃料ガス圧力
を低下させることができる。
Steps S1506 and S15
In 07, the amount of power generation is determined based on the battery chargeable power value, power is generated, and the battery is charged. It should be noted that the fuel gas pressure can be reduced more quickly by operating at the maximum value within the range of rechargeable power.

【0097】ステップS1508では、ステップS15
04で求めた空気極のガス圧力値および燃料極のガス圧
力値から、両極間の差圧を算出し、それが限界値を越え
ているか否かを判定する。
In step S1508, step S15
From the gas pressure value of the air electrode and the gas pressure value of the fuel electrode obtained in 04, the differential pressure between both electrodes is calculated, and it is determined whether or not it exceeds the limit value.

【0098】ステップS1509のパージ弁制御では、
バッテリでの電力回収が不可能な場合(ステップS15
02)、燃料電池での発電が不可能な場合(ステップS
1505)に、パージ弁206を開とするとともに、ス
テップS1508で推定差圧値が増加し限界値を上回る
可能性のある場合も上回る直前にパージ弁を開とし、そ
れ以外は閉として、リターンする。
In the purge valve control of step S1509,
When the power cannot be recovered by the battery (step S15)
02), if power generation by the fuel cell is impossible (step S)
1505), the purge valve 206 is opened, and the purge valve is opened immediately before the estimated differential pressure value increases in step S1508 even if it may exceed the limit value. .

【0099】次に、図15のステップS1503におけ
るバッテリ充電可能電力値である回収可能量の演算の一
例を説明する。まず、図16に示すように、バッテリ温
度が常温で、劣化状態が限りなく0に近いものにおける
充電状態SOC[%]と充電電力E[kw]の関係を
事前に求め、それを基準とした充電電力の基準式E
f(SOC)を求めておく。
Next, an example of the calculation of the recoverable amount which is the battery chargeable power value in step S1503 of FIG. 15 will be described. First, as shown in FIG. 16, the relationship between the state of charge SOC [%] and the charging power E P [kw] at a battery temperature of room temperature and a deterioration state close to 0 is obtained in advance, and the relationship is used as a reference. Of charging power E P =
Find f (SOC).

【0100】次いで、図17(a)にあるようにバッテ
リ劣化状態と内部抵抗R[Ω]との関係を事前に調べ、
それを元に内部抵抗Rと劣化係数α(≦1)との関係
(図17(b)を求めておく。また、バッテリの温度が
バッテリの充電に与える影響も事前に調べそれにより、
それを温度係数β(≦1)として((図17(c))求
めておく。これらより、回収可能量E’は
Next, as shown in FIG. 17A, the relationship between the battery deterioration state and the internal resistance R [Ω] is investigated in advance,
Based on this, the relationship between the internal resistance R and the deterioration coefficient α (≦ 1) is obtained (FIG. 17B). Further, the influence of the battery temperature on the battery charge is also investigated in advance, and
The temperature coefficient β (≦ 1) is obtained ((FIG. 17 (c)). From these, the recoverable amount E P ′ is

【数1】 E’=α×β×E …(1) 式(1)により算出できる。## EQU1 ## E P '= α × β × E P (1) It can be calculated by the equation (1).

【0101】上記のバッテリ充電可能電力値演算処理を
図18のフローチャートを参照して説明する。図18に
おいて、まずステップS1801でバッテリ内部抵抗
(R)を検出し、ステップS1802で内部抵抗(R)
に基づいて図17(b)のようなテーブルを検索するこ
とにより劣化係数(α)を演算する。次いで、ステップ
S1803でバッテリ温度(T)を検出し、ステップS
1804でバッテリ温度(T)に基づいて図17(c)
のようなテーブルを検索することにより温度係数(β)
を演算する。そして、ステップS1805で劣化係数
(α)、温度係数(β)を読み込み、ステップS180
6で式(1)によりバッテリ充電可能電力、即ち回収可
能量E’を演算して、リターンする。
The above-described battery chargeable power value calculation processing will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 18, first, the battery internal resistance (R) is detected in step S1801, and the internal resistance (R) is detected in step S1802.
The deterioration coefficient (α) is calculated by searching a table as shown in FIG. Next, in step S1803, the battery temperature (T) is detected, and in step S1803.
FIG. 17C based on the battery temperature (T) at 1804.
Temperature coefficient (β) by searching a table like
Is calculated. Then, the deterioration coefficient (α) and the temperature coefficient (β) are read in step S1805, and step S180
In step 6, the battery chargeable power, that is, the recoverable amount E P ′ is calculated by the equation (1), and the process returns.

【0102】次に、図15のステップS1504におけ
るガス圧力値の演算の一例を図19のフローチャートを
参照して説明する。
Next, an example of calculation of the gas pressure value in step S1504 of FIG. 15 will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0103】まずステップS1901で、空気極201
a側の圧力を検出する空気圧力センサ210の運転停止
直前の検出値を読み込み、ステップS1902で運転停
止直前の空気極側の圧力とスロットル205の開度とに
基づいて、空気極側の圧力低下状態を推定する。次い
で、ステップS1903で燃料電池の出力電圧V[V]
を検出し、ステップS1904でS1503で求めた充
電電力E’[kW]と燃料電池の出力電圧V[V]か
ら取出し電流Ic[c/sec]を求めると、
First, in step S1901, the air electrode 201
The detected value immediately before the operation stop of the air pressure sensor 210 that detects the pressure on the side a is read, and in step S1902, the pressure decrease on the air electrode side based on the pressure on the air electrode side immediately before the operation stop and the opening degree of the throttle 205. Estimate the state. Next, in step S1903, the output voltage V [V] of the fuel cell
Is detected and the extraction current Ic [c / sec] is calculated from the charging power E P '[kW] calculated in S1503 and the output voltage V [V] of the fuel cell in step S1904,

【数2】 Ic=E’/V[c/sec] …(2) 式(2)となる。このIc[c/sec]を燃料電池か
ら取り出す時、燃料電池で消費する燃料ガス流量QH2
[mol/sec]を求めると、次に示す(3)式とな
る。
## EQU00002 ## Ic = E P '/ V [c / sec] (2) Equation (2) is obtained. When this Ic [c / sec] is taken out from the fuel cell, the fuel gas flow rate Q H2 consumed in the fuel cell
When [mol / sec] is obtained, the following equation (3) is obtained.

【0104】[0104]

【数3】 QH2=Ic/2/F×Ncell[mol/sec] …(3) ここで、F=96485[c/mol](ファラデー定
数)、Ncell[個](燃料電池の総セル数)である。
## EQU00003 ## QH2 = Ic / 2 / F.times.Ncell [mol / sec] (3) where F = 96485 [c / mol] (Faraday constant), Ncell [pieces] (total number of fuel cell cells) Is.

【0105】さらにこの燃料ガス流量QH2を燃料極2
01b内で消費した時の、燃料極内圧力Pk[kPa]
を求める。まず、式(4)の気体の状態方程式
Further, this fuel gas flow rate Q H2 is set to the fuel electrode 2
Fuel electrode pressure Pk [kPa] when consumed in 01b
Ask for. First, the equation of state of gas in equation (4)

【数4】 PVH2=nRH2H24 …(4) より、VH2を燃料ガス系容積(一定)、RH2を燃料
ガスのガス定数(一定)、TH2を燃料ガス極内の温度
検出値とすると、状態方程式(4)の両辺をtで微分し
て、
## EQU00004 ## PV H2 = nR H2 T H2 4 From (4), V H2 is the fuel gas system volume (constant), R H2 is the gas constant of the fuel gas (constant), and T H2 is the temperature in the fuel gas electrode. If it is a detected value, both sides of the state equation (4) are differentiated by t,

【数5】 dP/dt=(RH2H2/VH2)×dn/dt …(5) 式(5)となり、 dn/dt=QH2 …(6) であるのでまとめて、 dP/dt=(RH2H2/VH2)×QH2 …(7) 式(7)となる。燃料ガス極内圧力Pk[kPa]は前
回推定値をPk-1とすると、
## EQU00005 ## dP / dt = (R H2 T H2 / V H2 ) × dn / dt (5) Equation (5) is obtained, and dn / dt = Q H2 (6) = (R H2 T H2 / V H2 ) × Q H2 (7) Formula (7) is obtained. When the previous estimated value of the fuel gas electrode pressure Pk [kPa] is P k-1 ,

【数6】 Pk =Pk-1 +dP/dt×Δt[kPa] …(8) 式(8)となる。なお、前回推定値は初回は運転停止直
前の検出値を用いる。
[Equation 6] P k = P k−1 + dP / dt × Δt [kPa] (8) Equation (8) is obtained. The previously estimated value uses the detected value immediately before the operation stop for the first time.

【0106】また、温度検出値は、運転停止直前の燃料
ガス極内の温度を検出し、それを一定値として使用する
ことも可能であり、運転停止以降の燃料ガス極内の温度
を温度センサなどにより常に検出し、それを使用するこ
とも可能である。
As the temperature detection value, it is possible to detect the temperature in the fuel gas electrode immediately before the operation is stopped and use it as a constant value. The temperature in the fuel gas electrode after the operation is stopped is detected by the temperature sensor. It is also possible to always detect and use it by the above.

【0107】図20に本第5実施形態の制御による
(a)ガス圧力及び(b)パージ弁開閉状態の変化を示
す。運転停止時でも、バッテリ216の充電状態に応じ
てイジェクタ208の下流に残存する燃料を用いて燃料
電池スタック201の発電を継続し、コンプレッサ20
3を停止しスロットル205を開にした状態で、燃料極
側の圧力を空気極側との差圧値が過大にならないように
することにより、燃料電池の圧力を速やかに下げること
が可能になり、コンプレッサ203の駆動によるエネル
ギーの無駄な消費、残燃料ガスの無駄な排気を抑制する
ことができる。
FIG. 20 shows changes in (a) gas pressure and (b) purge valve open / closed state under the control of the fifth embodiment. Even when the operation is stopped, the fuel cell stack 201 continues to generate electric power using the fuel remaining downstream of the ejector 208 according to the state of charge of the battery 216, and the compressor 20
It is possible to quickly reduce the pressure of the fuel cell by preventing the pressure difference on the fuel electrode side from the pressure difference on the air electrode side from becoming excessive in the state where 3 is stopped and the throttle 205 is opened. It is possible to suppress wasteful consumption of energy and wasteful exhaust of residual fuel gas due to driving of the compressor 203.

【0108】ガス圧力が発電に必要な圧力を下回る所で
発電を停止し、必要以上に発電を継続することにより燃
料電池に劣化を与えることを防ぐ。
Power generation is stopped at a place where the gas pressure is lower than the pressure necessary for power generation, and the power generation is continued more than necessary to prevent deterioration of the fuel cell.

【0109】なお、この際燃料ガス極側の圧力をより効
果的に低下させるためにはバッテリ216で充電可能で
ある電力の最大値を燃料電池で発電すると良い。
At this time, in order to more effectively reduce the pressure on the fuel gas electrode side, it is advisable to generate the maximum value of the electric power that can be charged by the battery 216 with the fuel cell.

【0110】また、従来技術では、運転停止時に残存燃
料ガスで燃料電池で発電しても、バッテリの充電中に、
燃料極と空気極の極間の差圧値が上昇し、その結果、限
界差圧値を上回ってしまい、燃料電池を劣化してしまう
可能性があった。しかし本発明では差圧値を求めそれを
限界差圧と比較し、限界を超える直前にパージ弁を開と
することでこれを防止している。
Further, in the prior art, even if power is generated by the fuel cell with the residual fuel gas when the operation is stopped,
There is a possibility that the differential pressure value between the fuel electrode and the air electrode rises, and as a result, it exceeds the limit differential pressure value and deteriorates the fuel cell. However, in the present invention, this is prevented by obtaining the differential pressure value, comparing it with the limit differential pressure, and opening the purge valve immediately before the limit is exceeded.

【0111】この例を図21に示す。図21は、(a)
ガス圧力、(b)パージ弁の開閉状態、(c)バッテリ
充電状態をそれぞれ示すタイムチャートである。燃料電
池の運転状態から、時刻t0で可変バルブ204を閉じ
るとともにコンプレッサ203を停止させて、ガス供給
を停止したとする。時刻t0でバッテリ充電状態は上限
ではないので、パージ弁を閉じた状態で、発電を継続
し、可変バルブ204の下流に残存する水素ガスで発電
を継続する。しかし、発電継続中に、燃料極圧力と空気
極圧力との差が限界差圧値となると、反応膜保護のため
に、時刻t1でパージ弁206を開いて、発電を継続す
る。そして、空気極圧力が発電に必要な圧力の下限であ
る必要下限値まで低下した時刻t2で発電を停止する。
これにより、反応膜にかかる圧力差を限界差圧値以下に
保持しながら、可能な限りの残存水素を電力としてバッ
テリへ回収することができる。
FIG. 21 shows this example. FIG. 21 shows (a)
6 is a time chart showing gas pressure, (b) purge valve open / closed state, and (c) battery charged state. It is assumed that the gas supply is stopped by closing the variable valve 204 and stopping the compressor 203 from the operating state of the fuel cell at time t0. Since the battery charge state is not the upper limit at time t0, the power generation is continued with the purge valve closed, and the hydrogen gas remaining downstream of the variable valve 204 continues the power generation. However, when the difference between the fuel electrode pressure and the air electrode pressure reaches the limit pressure difference value during continuous power generation, the purge valve 206 is opened at time t1 to protect the reaction film, and power generation is continued. Then, the power generation is stopped at time t2 when the air electrode pressure is reduced to the required lower limit value which is the lower limit of the pressure required for power generation.
As a result, it is possible to recover as much residual hydrogen as electric power to the battery as possible while maintaining the pressure difference applied to the reaction film at or below the limit differential pressure value.

【0112】また、バッテリの充電状態により、バッテ
リへの充電が不可能となることがある。その場合には発
電を停止しパージ弁を開とし、以降はパージ弁の作用の
みでガス圧力を低下させる。パージ弁の開口面積は、燃
料ガス、酸化剤ガスの供給を双方同時に停止し、かつ同
時に酸化剤ガス通路を大気開放した場合の圧力低下時
に、酸化ガス極と燃料ガス極との間のガス圧力差が限界
値以上とならない面積に設定しておくと、このような場
合にも差圧が限界値を超えることはない。
Further, depending on the state of charge of the battery, it may be impossible to charge the battery. In that case, power generation is stopped, the purge valve is opened, and thereafter, the gas pressure is reduced only by the action of the purge valve. The opening area of the purge valve is the gas pressure between the oxidant gas electrode and the fuel gas electrode when the pressure drops when both the supply of fuel gas and oxidant gas are stopped simultaneously and the oxidant gas passage is opened to the atmosphere at the same time. If the area is set so that the difference does not exceed the limit value, the pressure difference will not exceed the limit value even in such a case.

【0113】この例を図22に示す。図22は、(a)
ガス圧力、(b)パージ弁の開閉状態、(c)バッテリ
充電状態をそれぞれ示すタイムチャートである。時刻t
0でガス供給を停止するのは、図21と同様である。時
刻to以降もパージ弁を閉じた状態を継続しながら発電
を継続し、残水素を電力としてバッテリへ回収するが、
時刻t1でバッテリ充電状態が上限に達したとする。こ
のため、時刻t1で発電を停止しバッテリへの充電を打
ち切ると同時に、パージ弁206を開く。これにより、
バッテリの過充電を回避しながら、可能な限りの残存水
素を電力としてバッテリへ回収することができる。
An example of this is shown in FIG. FIG. 22 shows (a)
6 is a time chart showing gas pressure, (b) purge valve open / closed state, and (c) battery charged state. Time t
The gas supply is stopped at 0 as in FIG. After time to, power generation is continued while the purge valve is closed, and the residual hydrogen is recovered as electric power in the battery.
It is assumed that the battery charge state reaches the upper limit at time t1. Therefore, at the time t1, the power generation is stopped and the charging of the battery is terminated, and at the same time, the purge valve 206 is opened. This allows
It is possible to recover as much residual hydrogen as electric power to the battery while avoiding overcharging of the battery.

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

【図1】本発明に係る燃料電池の発電量制御装置の基本
構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a power generation control device for a fuel cell according to the present invention.

【図2】本発明に係る燃料電池の発電量制御装置が適用
される燃料電池システムの例を説明するシステム構成図
である。
FIG. 2 is a system configuration diagram illustrating an example of a fuel cell system to which the fuel cell power generation control device according to the present invention is applied.

【図3】図1の運転点制御手段102または図2のコン
トローラ214が使用する制御テーブルの例であり、
(a)目標発電量に対する目標ガス圧力、(b)目標発
電量に対する目標空気流量、(c)目標発電量に対する
目標水素流量をそれぞれ示す。
3 is an example of a control table used by the operating point control means 102 of FIG. 1 or the controller 214 of FIG.
(A) Target gas pressure for target power generation, (b) Target air flow rate for target power generation, (c) Target hydrogen flow rate for target power generation, respectively.

【図4】ガス圧力検出値に対応する出力要求値を示すテ
ーブルの例であり、図3(a)のテーブルの逆テーブル
である。
FIG. 4 is an example of a table showing output required values corresponding to detected gas pressure values, which is a reverse table of the table of FIG.

【図5】従来例における発電量減少時の(a)ガス圧
力、(b)出力指令値及び実出力、(c)パージ弁の開
閉状態を説明するタイムチャートである。
FIG. 5 is a time chart for explaining (a) gas pressure, (b) output command value and actual output, and (c) open / close state of a purge valve when the amount of power generation is reduced in the conventional example.

【図6】本発明におけるパージ弁を開かない場合の発電
量減少時の(a)ガス圧力、(b)出力指令値及び実出
力、(c)パージ弁の開閉状態を説明するタイムチャー
トである。
FIG. 6 is a time chart for explaining (a) gas pressure, (b) output command value and actual output, and (c) open / close state of the purge valve when the amount of power generation is reduced when the purge valve is not opened in the present invention. .

【図7】本発明におけるパージ弁を開く場合の発電量減
少時の(a)ガス圧力、(b)出力指令値及び実出力、
(c)パージ弁の開閉状態を説明するタイムチャートで
ある。
FIG. 7 (a) gas pressure, (b) output command value and actual output when the amount of power generation decreases when the purge valve is opened in the present invention,
(C) It is a time chart explaining the opening / closing state of the purge valve.

【図8】第1実施形態ないし第4実施形態に共通の概略
フローチャートである。
FIG. 8 is a schematic flowchart common to the first to fourth embodiments.

【図9】第1実施形態における詳細フローチャートであ
る。
FIG. 9 is a detailed flowchart in the first embodiment.

【図10】第1実施形態における詳細フローチャートで
ある。
FIG. 10 is a detailed flowchart in the first embodiment.

【図11】第1実施形態における詳細フローチャートで
ある。
FIG. 11 is a detailed flowchart in the first embodiment.

【図12】第2実施形態における詳細フローチャートで
ある。
FIG. 12 is a detailed flowchart of the second embodiment.

【図13】第3実施形態における詳細フローチャートで
ある。
FIG. 13 is a detailed flowchart of the third embodiment.

【図14】第4実施形態における詳細フローチャートで
ある。
FIG. 14 is a detailed flowchart of the fourth embodiment.

【図15】第5実施形態におけるメインフローチャート
である。
FIG. 15 is a main flowchart in the fifth embodiment.

【図16】第5実施形態におけるバッテリ充電状態〔S
OC〕に対する充電電力を示すグラフである。
FIG. 16 is a battery charging state in the fifth embodiment [S
It is a graph which shows the charging electric power to OC].

【図17】(a)バッテリの劣化状態に対するバッテリ
の内部抵抗値の例を示すグラフ、(b)バッテリの内部
抵抗値に対するバッテリの劣化係数の例を示すグラフ、
(c)バッテリの温度に対するバッテリ回収可能電力の
温度係数の例を示すグラフである。
FIG. 17A is a graph showing an example of the internal resistance value of the battery with respect to the deterioration state of the battery, and FIG. 17B is a graph showing an example of the deterioration coefficient of the battery with respect to the internal resistance value of the battery.
(C) A graph showing an example of the temperature coefficient of the battery recoverable power with respect to the battery temperature.

【図18】第5実施形態におけるバッテリ吸収(充電)
可能電力電力値を演算する詳細フローチャートである。
FIG. 18 is a battery absorption (charging) in the fifth embodiment.
It is a detailed flowchart for calculating a possible power value.

【図19】第5実施形態におけるガス圧力値を演算する
詳細フローチャートである。
FIG. 19 is a detailed flowchart for calculating a gas pressure value in the fifth embodiment.

【図20】第5実施形態における発電量減少時の(a)
ガス圧力、(b)パージ弁の開閉を示すタイムチャート
である。
FIG. 20 (a) when the power generation amount is reduced in the fifth embodiment.
It is a time chart which shows gas pressure and (b) opening and closing of a purge valve.

【図21】第5実施形態における発電量減少時に、ガス
圧力の差圧値は限界値に達する場合の(a)ガス圧力、
(b)パージ弁の開閉、(c)バッテリ充電状態を示す
タイムチャートである。
FIG. 21 (a) Gas pressure when the differential pressure value of gas pressure reaches a limit value when the amount of power generation is reduced in the fifth embodiment,
It is a time chart which shows (b) opening and closing of a purge valve and (c) battery charge state.

【図22】第5実施形態における発電量減少時に、バッ
テリ充電状態が上限に達する場合の(a)ガス圧力、
(b)パージ弁の開閉、(c)バッテリの充電状態を示
すタイムチャートである。
FIG. 22 (a) Gas pressure when the battery charge state reaches the upper limit when the amount of power generation is reduced in the fifth embodiment,
It is a time chart which shows (b) opening and closing of a purge valve, and (c) charge state of a battery.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…目標発電量演算手段 102…運転点制御手段 103…回収可能量検出手段 104…運転状態検出手段 105…出力要求値演算手段 106…発電制御手段 107…ガス圧力差検出手段 101 ... Target power generation amount calculation means 102 ... Operating point control means 103 ... Recoverable amount detecting means 104 ... Operating state detection means 105 Output required value calculation means 106 ... Power generation control means 107 ... Gas pressure difference detection means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/00 H01M 8/00 Z H02J 7/00 303 H02J 7/00 303E // B60L 11/18 B60L 11/18 G Fターム(参考) 5G003 AA05 CA01 CA11 CB01 EA08 FA04 5H027 AA02 BA13 DD00 DD03 KK01 KK11 KK21 KK52 MM02 MM08 5H115 PA08 PC06 PG04 PI18 PI29 PO06 PU01 PU08 PV09 QN25 SE03 SE06 TI02 TI05 TI06 TO05 TO08 TO14 TO21 TO30 TR19 UI35 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 8/00 H01M 8/00 Z H02J 7/00 303 H02J 7/00 303E // B60L 11/18 B60L 11 / 18 G F term (reference) 5G003 AA05 CA01 CA11 CB01 EA08 FA04 5H027 AA02 BA13 DD00 DD03 KK01 KK11 KK21 KK52 MM02 MM08 5H115 PA08 PC06 PG04 PI18 PI29 PO06 PU01 PU08 PV09 QN25 SE03 SE06 TI02 TI19 TI14 TO05 TO06 TI14 TO14 TO14 TO14

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、 燃料電池の発電量の一部を回収可能な蓄電手段と、 該蓄電手段の回収可能量を算出する回収可能量算出手段
と、 燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、 燃料電池から取出す出力の指令値を演算する発電制御手
段と、 を備えた燃料電池の発電量制御装置であって、 前記発電制御手段は、目標発電量低下時は、前記目標発
電量演算手段の出力と、前記運転状態検出手段の出力
と、前記回収可能量算出手段の出力とに基づいて燃料電
池から取出す出力の指令値を演算し、前記蓄電手段が回
収可能な範囲内で目標発電量よりも大きな発電量で燃料
電池を発電させる手段であることを特徴とする燃料電池
の発電量制御装置。
1. A target power generation amount calculation means for calculating a target power generation amount of a fuel cell, a power storage means capable of recovering a part of the power generation amount of the fuel cell, and a recoverable amount for calculating a recoverable amount of the power storage means. A power generation amount control device for a fuel cell, comprising: a calculating unit; an operating state detecting unit that detects an operating state of the fuel cell; and a power generation control unit that calculates a command value of an output taken out from the fuel cell. The control means, when the target power generation amount is low, the command value of the output taken out from the fuel cell based on the output of the target power generation amount calculation means, the output of the operating state detection means, and the output of the recoverable amount calculation means. And a power generation amount control device for the fuel cell, wherein the power generation amount of the fuel cell is greater than the target power generation amount within a range in which the power storage means can recover.
【請求項2】 前記回収可能量算出手段は、前記蓄電手
段の蓄電量、前記蓄電手段の劣化状態、及び前記蓄電手
段の温度に基づいて、前記回収可能量を算出することを
特徴とする請求項1に記載の燃料電池の発電量制御装
置。
2. The recoverable amount calculating means calculates the recoverable amount based on a stored amount of the storage means, a deterioration state of the storage means, and a temperature of the storage means. Item 1. A power generation control device for a fuel cell according to Item 1.
【請求項3】 前記目標発電量演算手段の出力に基づい
て、燃料電池に供給するガスの圧力を目標運転点に制御
する運転点制御手段と、 燃料電池のガス圧力を検出する前記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べき出力の値を演算
する出力要求値演算手段と、 を備え、 前記発電制御手段は、目標発電量低下時にガス圧力を低
下させる間は、前記目標発電量と前記回収可能量との和
と、出力要求値演算手段の出力とを比較し、これらの小
さい方の値を燃料電池の出力指令値とする手段であるこ
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。
3. Operating point control means for controlling the pressure of the gas supplied to the fuel cell to a target operating point based on the output of the target power generation amount calculating means, and the operating state detection for detecting the gas pressure of the fuel cell. Output required value calculation means for calculating the value of the output to be taken out from the fuel cell based on the output of the means, the power generation control means, while reducing the gas pressure when the target power generation amount is reduced, the target power generation amount. And a sum of the recoverable amount and the output of the output request value calculation means, and the smaller one of them is used as the output command value of the fuel cell. Item 2. A fuel cell power generation amount control device according to item 2.
【請求項4】 前記運転点制御手段は、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
ガスの圧力の目標値を演算し、 前記出力要求値演算手段は、前記運転状態検出手段の出
力に基づいて、前記運転点制御手段で用いた所定の関係
と逆の関係から出力要求値を演算することを特徴とする
請求項3に記載の燃料電池の発電量制御装置。
4. The operating point control means calculates at least a target value of gas pressure from a predetermined relationship on the basis of the output of the target power generation amount calculation means, and the output required value calculation means calculates the operating state. 4. The fuel cell power generation amount control device according to claim 3, wherein the output demand value is calculated from the relationship opposite to the predetermined relationship used by the operating point control means, based on the output of the detection means.
【請求項5】 前記発電制御手段は、出力指令値を演算
する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガスの
通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備
え、 目標発電量低下時に前記目標発電量と、前記運転状態
と、前記回収可能量とに基づいて前記パージ弁を開閉す
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。
5. The power generation control means has, in addition to a function of calculating an output command value, a function of opening and closing a purge valve that communicates a passage of a fuel gas discharged from a fuel cell with the atmosphere. The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the purge valve is opened / closed based on the target power generation amount, the operating state, and the recoverable amount at the time of decrease. Power generation control device.
【請求項6】 前記パージ弁の開口面積は、燃料ガス及
び酸化剤ガスの供給を双方同時に停止し、かつ同時に酸
化剤ガス通路を大気開放した場合の圧力低下時に、 酸化剤極と燃料極との間のガス圧力差が限界値以上とな
らない面積に設定したことを特徴とする請求項5に記載
の燃料電池の発電量制御装置。
6. The opening area of the purge valve is such that when the supply of fuel gas and oxidant gas is both stopped at the same time and the oxidant gas passage is open to the atmosphere at the same time, the oxidant electrode and the fuel electrode 6. The fuel cell power generation amount control device according to claim 5, wherein the gas pressure difference between the two is set to an area not exceeding a limit value.
【請求項7】 前記出力要求値演算手段の出力と、前記
目標発電量と前記回収可能量との和の値に基づき、前記
パージ弁を開閉することを特徴とする請求項5または請
求項6に記載の燃料電池の発電量制御装置。
7. The purge valve is opened and closed based on the output of the output required value calculation means and the value of the sum of the target power generation amount and the recoverable amount. The fuel cell power generation amount control device described in 1.
【請求項8】 前記出力要求値演算手段の出力と、前記
目標発電量と前記回収可能量との和の値との差が、所定
値以上である場合に前記パージ弁を開とすることを特徴
とする請求項7に記載の燃料電池の発電量制御装置。
8. The purge valve is opened when the difference between the output of the output request value calculation means and the sum of the target power generation amount and the recoverable amount is a predetermined value or more. The fuel cell power generation amount control device according to claim 7, which is characterized in that.
【請求項9】 前記出力要求値が、前記目標発電量と前
記回収可能量の和の値に1より大きい所定の比率を掛け
た値以上である場合に前記パージ弁を開とすることを特
徴とする請求項7に記載の燃料電池の発電量制御装置。
9. The purge valve is opened when the output required value is equal to or more than a value obtained by multiplying a value of a sum of the target power generation amount and the recoverable amount by a predetermined ratio larger than 1. The fuel cell power generation amount control device according to claim 7.
【請求項10】 前記運転状態検出手段は、燃料電池が
発電を継続し前記蓄電手段へ電力を供給できる状態か否
かを検出する手段であり、 運転停止時には、 前記運転状態検出手段から燃料電池が発電を継続し前記
蓄電手段へ電力を供給 できる状態であると検出された場合には、 前記蓄電手段に前記回収可能量に基づき燃料電池から取
出す出力の指令値を演算し、発電を継続することを特徴
とする請求項1に記載の燃料電池の発電量制御装置。
10. The operating state detecting means is means for detecting whether or not the fuel cell is in a state where it continues to generate electric power and can supply electric power to the power storage means, and when the operation is stopped, the operating state detecting means detects the fuel cell. When it is detected that the power generation means continues to generate power and is capable of supplying power to the power storage means, the power storage means calculates a command value of the output taken out from the fuel cell based on the recoverable amount, and continues power generation. The power generation amount control device for a fuel cell according to claim 1, wherein:
【請求項11】 前記発電制御手段は、出力指令値を演
算する機能に加えて、燃料電池から排出される燃料ガス
の通路と大気とを連通するパージ弁を開閉する機能を備
え、 前記運転停止時に発電を継続する場合には、前記パージ
弁を閉とし、 前記運転停止時に発電を継続しない場合には、前記パー
ジ弁を開とすることを特徴とする請求項10に記載の燃
料電池の発電量制御装置。
11. The power generation control means has a function of calculating an output command value and a function of opening and closing a purge valve that connects a passage of a fuel gas discharged from a fuel cell and the atmosphere, and the operation stop. 11. The fuel cell power generation according to claim 10, wherein the purge valve is closed when the power generation is continued occasionally, and the purge valve is opened when the power generation is not continued when the operation is stopped. Quantity control device.
【請求項12】 前記運転状態検出手段は、燃料電池に
供給するガスの圧力を検出するガス圧力検出手段を備
え、前記ガスの圧力が発電に必要な最低圧力値に達して
いるか否かにより発電を継続できる状態か否かを検出す
ることを特徴とする請求項10または請求項11に記載
の燃料電池の発電量制御装置。
12. The operating state detecting means includes a gas pressure detecting means for detecting the pressure of gas supplied to the fuel cell, and generates power depending on whether or not the pressure of the gas has reached a minimum pressure value required for power generation. 12. The fuel cell power generation amount control device according to claim 10 or 11, wherein it is detected whether or not the fuel cell can continue.
【請求項13】 酸化ガス極と燃料ガス極との間のガス
圧力差を検出するガス圧力差検出手段を有し、 前記運転停止時に発電を継続する場合であっても、 前記ガス圧力差の増加時には限界値以上となる直前に、
前記パージ弁を開とし、発電は継続することを特徴とす
る請求項11に記載の燃料電池の発電量制御装置。
13. A gas pressure difference detecting means for detecting a gas pressure difference between an oxidizing gas electrode and a fuel gas electrode, wherein the gas pressure difference of the gas pressure difference is detected even when power generation is continued when the operation is stopped. Just before the limit value is exceeded when increasing,
The fuel cell power generation amount control device according to claim 11, wherein the purge valve is opened and power generation is continued.
【請求項14】 前記ガス圧力検出手段または前記ガス
圧力差検出手段は、運転停止時のガス圧力を基にガス圧
力またはガス圧力差を推定することを特徴とする請求項
12または請求項13に記載の燃料電池の発電量制御装
置。
14. The gas pressure detecting means or the gas pressure difference detecting means estimates the gas pressure or the gas pressure difference based on the gas pressure when the operation is stopped. The fuel cell power generation amount control device described.
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