JP2005251696A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To properly estimate a power generation response time of a fuel cell after considering a humidification state of air being an oxidizer gas to be supplied to the fuel cell, and to accurately control various apparatuses based on it. <P>SOLUTION: A basic value of a pure water supply flow rate is calculated based on a target power generation amount of the fuel cell; a humidification state of the air supplied to the fuel cell is estimated; and a correction value to the basic value of the pure water supply flow rate is calculated according to the humidification state. Then, the power generation response time of the fuel cell is estimated based on a pure water pump motor revolution command value for realizing the pure water supply flow rate after it is corrected by the correction value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給により発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by supplying fuel gas and oxidant gas.

燃料電池システムは、燃料電池に燃料となる水素及び酸化剤となる空気を供給することで、燃料電池で電気化学反応を生じさせて発電電力を得る発電システムである。このような燃料電池システムは、クリーンな排気や高エネルギ効率を実現できることから、例えば車両用電源等の用途に大きな期待が寄せられている。   A fuel cell system is a power generation system in which hydrogen as a fuel and air as an oxidant are supplied to a fuel cell to cause an electrochemical reaction in the fuel cell to obtain generated power. Since such a fuel cell system can realize clean exhaust and high energy efficiency, there are great expectations for applications such as power sources for vehicles.

燃料電池は電解質の違いによって様々なタイプに分類されるが、中でも、固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有するといった特徴があり、車両用電源として車両に搭載される燃料電池システムでは、このような固体高分子型燃料電池を用いることが主流となっている。   Fuel cells are classified into various types depending on the difference in electrolytes. Among them, solid polymer fuel cells using solid polymer membranes as electrolytes are easy to downsize at low cost and have high output density. In a fuel cell system mounted on a vehicle as a vehicle power source, it is a mainstream to use such a polymer electrolyte fuel cell.

ところで、固体高分子型燃料電池の固体高分子膜は、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能するとともに、水素と酸素とを分離する機能も有する。固体高分子膜の含水量が不足すると、イオン抵抗が高くなり、水素と酸素とが混合して燃料電池としての発電ができなくなってしまう。   By the way, the solid polymer membrane of the polymer electrolyte fuel cell functions as an ion conductive electrolyte by saturated water content, and also has a function of separating hydrogen and oxygen. If the water content of the solid polymer membrane is insufficient, the ionic resistance becomes high, and hydrogen and oxygen are mixed to make it impossible to generate power as a fuel cell.

したがって、固体高分子型燃料電池を用いる場合には、外部から水分を供給して固体高分子膜を積極的に加湿する必要があり、例えば、システム内に加湿器を設けて、純水ポンプの駆動によりこの加湿器に純水を供給し、この加湿器で空気（酸化剤ガス）を十分に加湿した後に燃料電池に供給することによって燃料電池内部の固体高分子膜を加湿する手法等が知られている（例えば、特許文献１等を参照。）。
特開２００２−３５２８２７号公報 Therefore, when using a polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to positively humidify the polymer electrolyte membrane by supplying moisture from the outside. For example, a humidifier is provided in the system, Known is a method of humidifying a solid polymer film inside a fuel cell by supplying pure water to the humidifier by driving, sufficiently humidifying air (oxidant gas) with the humidifier, and then supplying it to the fuel cell. (See, for example, Patent Document 1).
JP 2002-352827 A

ところで、以上のような加湿手段を備える燃料電池システムでは、加湿用の純水の供給流量に応じて酸化剤ガスである空気の加湿状態、すなわち燃料電池内部における固体高分子膜の加湿状態が調整されることになるので、通常は、燃料電池に要求される目標発電量から燃料電池内部で必要な水分量を求め、燃料電池内部の水分量を適正な値に維持し得る最適な流量の純水を供給できるように、純水ポンプの動作を制御するようにしている。   By the way, in the fuel cell system provided with the humidifying means as described above, the humidification state of the air that is the oxidant gas, that is, the humidification state of the solid polymer film inside the fuel cell is adjusted according to the supply flow rate of the pure water for humidification. In general, the amount of water required inside the fuel cell is determined from the target power generation required for the fuel cell, and the optimal flow rate is maintained so that the amount of water inside the fuel cell can be maintained at an appropriate value. The operation of the pure water pump is controlled so that water can be supplied.

しかしながら、大気圧の変化等、様々な要因により純水ポンプの能力が変化した場合には、通常の動作制御では最適な流量の純水を供給できずに、燃料電池内部の水分量を良好な状態に保てないことも想定される。すなわち、大気圧の低下に伴って純水ポンプの入口圧力が低下すると、純水ポンプのモータ回転数に対する純水吐出量が減少するため、純水ポンプの動作制御を通常の大気圧の場合と同等におこなったのでは最適な流量の純水を供給できず、加湿状態悪化に繋がることになる。   However, when the capacity of the pure water pump changes due to various factors such as changes in atmospheric pressure, normal operation control cannot supply pure water at an optimal flow rate, and the moisture content inside the fuel cell is improved. It is also assumed that it cannot be kept in a state. That is, when the inlet pressure of the pure water pump decreases as the atmospheric pressure decreases, the amount of pure water discharged with respect to the motor rotation speed of the pure water pump decreases. If performed equally, pure water with an optimal flow rate cannot be supplied, leading to deterioration of the humidified state.

したがって、大気圧低下時等、純水ポンプの能力が低下することが想定される場合には、それに応じて純水ポンプのモータ回転数を増加させ、純水ポンプの仕事量増加により最適な純水供給流量を確保できるように純水ポンプを動作制御することが望まれるが、このように純水ポンプの仕事量を増加させた場合には、その分、燃料電池の発電応答時間が長くなってしまうことになる。   Therefore, when it is assumed that the capacity of the pure water pump is reduced, such as when the atmospheric pressure drops, the motor speed of the pure water pump is increased accordingly, and the optimum pure water pump is increased by increasing the work volume of the pure water pump. It is desirable to control the operation of the pure water pump so that the water supply flow rate can be secured. However, when the work volume of the pure water pump is increased in this way, the power generation response time of the fuel cell is increased accordingly. It will end up.

その一方で、例えば燃料電池車両における車両駆動用モータ等、燃料電池システムからの電力供給を受ける側の機器に関しては、燃料電池の発電応答時間を考慮した上でこれらの機器が最適な状態で動作するように制御されるが、通常は、上述したような加湿状態悪化を回避するための制御については考慮されず、加湿状態が良好に保たれていることを前提として、そのときの燃料電池の発電応答時間を基準とした制御が行われる。したがって、上述したように酸化剤ガスである空気の加湿状態悪化を回避するための制御を行うことで燃料電池の発電応答時間に大きな変動が生じた場合には、これらの機器の制御が高精度に行えなくなるといった問題が生じることになる。   On the other hand, for devices on the side receiving power supply from the fuel cell system, such as a vehicle drive motor in a fuel cell vehicle, these devices operate in an optimal state in consideration of the power generation response time of the fuel cell. However, in general, the control for avoiding the deterioration of the humidified state as described above is not considered, and it is assumed that the humidified state is maintained well. Control based on the power generation response time is performed. Therefore, as described above, when a large fluctuation occurs in the power generation response time of the fuel cell by performing the control for avoiding the deterioration of the humidified state of the oxidant gas, the control of these devices is highly accurate. The problem of being unable to do so will occur.

本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、酸化剤ガスである空気の加湿状態についても考慮した上で燃料電池の発電応答時間を適切に推定し、これに基づいて各種機器の制御を高精度に行えるようにした燃料電池システムを提供することを目的としている。   The present invention has been proposed in view of the conventional situation as described above, and appropriately estimates the power generation response time of the fuel cell in consideration of the humidified state of air, which is an oxidant gas, and An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can control various devices with high accuracy.

本発明に係る燃料電池システムでは、酸化剤ガスの加湿状態を推定し、その推定結果を用いて燃料電池の発電応答時間を推定するようにした。具体的には、例えば、純水供給装置に要求される純水供給流量の基本値を算出すると共に、酸化剤ガスの加湿状態の推定結果に基づいて純水供給流量の補正値を算出する。そして、前記基本値を補正値で補正した後の純水供給流量が得られるように純水供給装置のモータに回転数指令値を出力した場合における当該回転数指令値に基づいて、燃料電池の発電応答時間を推定する。   In the fuel cell system according to the present invention, the humidified state of the oxidant gas is estimated, and the power generation response time of the fuel cell is estimated using the estimation result. Specifically, for example, the basic value of the pure water supply flow rate required for the pure water supply device is calculated, and the correction value of the pure water supply flow rate is calculated based on the estimation result of the humidified state of the oxidant gas. Then, based on the rotation speed command value when the rotation speed command value is output to the motor of the pure water supply device so that the pure water supply flow rate after correcting the basic value with the correction value is obtained, the fuel cell Estimate power generation response time.

本発明に係る燃料電池システムによれば、酸化剤ガスの加湿状態の推定結果を用いて燃料電池の発電応答時間を推定するようにしているので、酸化剤ガスの加湿状態悪化を回避するための制御を行った場合でも、そのときの燃料電池の発電応答時間を正確に推定することができる。したがって、この燃料電池システムで推定された燃料電池の発電応答時間に基づいて、例えば車両駆動用モータ等の各種機器の動作制御を行うようにすれば、これら機器の動作制御を高精度に行うことが可能になる。   According to the fuel cell system of the present invention, since the power generation response time of the fuel cell is estimated using the estimation result of the humidified state of the oxidant gas, the deterioration of the humidified state of the oxidant gas is avoided. Even when control is performed, the power generation response time of the fuel cell at that time can be accurately estimated. Therefore, if operation control of various devices such as a vehicle drive motor is performed based on the power generation response time of the fuel cell estimated by the fuel cell system, operation control of these devices can be performed with high accuracy. Is possible.

以下、本発明を適用した燃料電池システムの具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments of a fuel cell system to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した燃料電池システムの一例を示すシステム構成図である。この燃料電池システムは、燃料電池１と、この燃料電池１に燃料ガスである水素を供給する燃料供給系、燃料電池１に酸化剤ガスである空気を供給する空気供給系、燃料電池１に温度調整のための冷却液を供給する冷却液供給系、燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気を加湿する加湿系とを備え、燃料電池１の発電によって得られた電力を、燃料電池車両の駆動ユニット２に供給する構成となっている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of a fuel cell system to which the present invention is applied. The fuel cell system includes a fuel cell 1, a fuel supply system that supplies hydrogen as a fuel gas to the fuel cell 1, an air supply system that supplies air as an oxidant gas to the fuel cell 1, and a temperature at the fuel cell 1. A fuel cell vehicle includes a coolant supply system that supplies a coolant for adjustment, and a humidification system that humidifies air supplied to the fuel cell 1 as an oxidant gas. The drive unit 2 is supplied.

燃料電池１は、燃料ガスである水素が供給される燃料極と酸化剤ガスである空気が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。各発電セルの燃料極では、水素が供給されることで水素イオンと電子とが解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させて、空気極側にそれぞれ移動する。また、空気極では、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。   In the fuel cell 1, a power generation cell in which a fuel electrode supplied with hydrogen as a fuel gas and an air electrode supplied with air as an oxidant gas are stacked with an electrolyte / electrode catalyst composite interposed therebetween are stacked in multiple stages. It has a structure and converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction. At the fuel electrode of each power generation cell, hydrogen ions and electrons are dissociated when hydrogen is supplied, hydrogen ions pass through the electrolyte, electrons generate power through an external circuit, and move to the air electrode side. To do. In the air electrode, oxygen in the supplied air reacts with the hydrogen ions and electrons to generate water, which is discharged to the outside.

燃料電池１の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。   As the electrolyte of the fuel cell 1, for example, a solid polymer electrolyte is used in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte is made of an ion (proton) conductive polymer film such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.

燃料電池１には、各発電セル、或いは発電セル群の電圧を検出するセル電圧検出装置３が接続されており、このセル電圧検出装置３の出力は、システムコントローラ１００に取り込まれるようになっている。システムコントローラ１００は、内蔵された制御ソフトウエアに基づいて、本発明を適用した燃料電池システム全体の動作を制御するものである。   The fuel cell 1 is connected to a cell voltage detection device 3 that detects the voltage of each power generation cell or power generation cell group, and the output of the cell voltage detection device 3 is taken into the system controller 100. Yes. The system controller 100 controls the operation of the entire fuel cell system to which the present invention is applied, based on built-in control software.

燃料供給系は、高圧水素タンク４、可変バルブ５、エゼクタ６、水素供給配管７、水素循環配管８からなる。そして、水素供給源である高圧水素タンク４から供給される水素ガスは、可変バルブ５及びエゼクタ６を通って水素供給配管７へと送り込まれ、燃料電池１の燃料極に供給される。   The fuel supply system includes a high-pressure hydrogen tank 4, a variable valve 5, an ejector 6, a hydrogen supply pipe 7, and a hydrogen circulation pipe 8. The hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 4 that is a hydrogen supply source is sent to the hydrogen supply pipe 7 through the variable valve 5 and the ejector 6, and is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 1.

燃料電池１では供給された水素ガスは全て消費されるわけではなく、残った水素ガスは燃料電池１から排出された後、水素循環配管８を通ってエゼクタ６により循環され、新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池１の燃料極に供給される。なお、燃料電池１の出口側には、パージ弁９及びパージ配管１０が設けられている。水素循環配管８内には水素を循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池１の効率が低下する場合もある。そこで、燃料電池１の出口側にパージ弁９やパージ配管１０を設けることで、水素循環配管８内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。   In the fuel cell 1, not all of the supplied hydrogen gas is consumed. After the remaining hydrogen gas is discharged from the fuel cell 1, it is circulated by the ejector 6 through the hydrogen circulation pipe 8 and newly supplied. It is mixed with hydrogen gas and supplied again to the fuel electrode of the fuel cell 1. A purge valve 9 and a purge pipe 10 are provided on the outlet side of the fuel cell 1. Impurities, nitrogen, and the like are accumulated by circulating hydrogen in the hydrogen circulation pipe 8, which may reduce the hydrogen partial pressure and reduce the efficiency of the fuel cell 1. Therefore, by providing a purge valve 9 and a purge pipe 10 on the outlet side of the fuel cell 1, impurities, nitrogen, and the like can be removed from the hydrogen circulation pipe 8.

また、燃料供給系においては、水素供給配管７の中途部に水素圧力センサ１１及び水素流量センサ１２が設けられており、燃料電池１の燃料極に供給される水素の圧力や流量がこれらのセンサにより検出できるようになっている。   Further, in the fuel supply system, a hydrogen pressure sensor 11 and a hydrogen flow sensor 12 are provided in the middle of the hydrogen supply pipe 7, and the pressure and flow rate of hydrogen supplied to the fuel electrode of the fuel cell 1 are determined by these sensors. Can be detected.

空気供給系は、外気を吸入し圧縮して燃料電池１の空気極へと送り込むコンプレッサ１３、空気供給配管１４、及びスロットル１５によって構成されている。コンプレッサ１３によって供給される酸化剤としての空気は、加湿系の加湿器２６を通って加湿された後、空気供給配管１４を通って燃料電池１の空気極に供給される。燃料電池１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池１からスロットル１５を介して排出される。   The air supply system is configured by a compressor 13, an air supply pipe 14, and a throttle 15 that suck in outside air, compress it, and send it to the air electrode of the fuel cell 1. The air as the oxidant supplied by the compressor 13 is humidified through the humidifying humidifier 26 and then supplied to the air electrode of the fuel cell 1 through the air supply pipe 14. Oxygen that has not been consumed in the fuel cell 1 and other components in the air are discharged from the fuel cell 1 through the throttle 15.

この空気供給系においても、空気供給配管１４の中途部に空気圧力センサ１６及び空気流量センサ１７が設けられており、燃料電池１に供給される空気の圧力や流量がこれらのセンサによって検出できるようになっている。また、コンプレッサ１３の前段（空気吸入側）には、吸入空気温度センサ１８及び吸入空気湿度センサ１９が設けられており、これらのセンサ検出値がシステムコントローラ１００に入力されるようになっている。そして、システムコントローラ１００は、これらのセンサ検出値に基づいて、コンプレッサ１３により吸入される空気の温度や湿度を判定できるようになっている。   Also in this air supply system, an air pressure sensor 16 and an air flow rate sensor 17 are provided in the middle of the air supply pipe 14 so that the pressure and flow rate of air supplied to the fuel cell 1 can be detected by these sensors. It has become. Further, an intake air temperature sensor 18 and an intake air humidity sensor 19 are provided in the front stage (air intake side) of the compressor 13, and these sensor detection values are input to the system controller 100. The system controller 100 can determine the temperature and humidity of the air sucked by the compressor 13 based on these sensor detection values.

冷却液供給系は、冷却液循環経路２０、冷却液ポンプ２１、冷却液ラジエータ２２、三方弁２３、バイパス経路２４によって構成される。そして、冷却液ポンプ２１の駆動により冷却液循環経路２０を冷却液が流れ、この冷却液が燃料電池１に供給されて燃料電池１との間で熱交換が行われるようになっている。また、燃料電池１から排出された冷却液は、冷却液ラジエータ２２を通過する過程でラジエータファン３５による送風により冷却されることになるが、三方弁２３の開度調整によって、冷却液ラジエータ２２を通過する冷却液とこの冷却液ラジエータ２２を迂回してバイパス経路２４を流れる冷却液との流量を制御することで、冷却液の温度調整が行われる。このような冷却液の温度調整や、冷却液ポンプ２１の駆動による冷却液流量の制御は、システムコントローラ１００の制御のもとで行われ、これにより、燃料電池１の温度が調整される。   The coolant supply system includes a coolant circulation path 20, a coolant pump 21, a coolant radiator 22, a three-way valve 23, and a bypass path 24. Then, the coolant flows through the coolant circulation path 20 by driving the coolant pump 21, and this coolant is supplied to the fuel cell 1 to exchange heat with the fuel cell 1. In addition, the coolant discharged from the fuel cell 1 is cooled by air blown by the radiator fan 35 in the process of passing through the coolant radiator 22, but the coolant radiator 22 is controlled by adjusting the opening of the three-way valve 23. The temperature of the coolant is adjusted by controlling the flow rate of the coolant that passes through and the coolant that bypasses the coolant radiator 22 and flows through the bypass path 24. Such temperature adjustment of the coolant and control of the coolant flow rate by driving the coolant pump 21 are performed under the control of the system controller 100, thereby adjusting the temperature of the fuel cell 1.

加湿系は、加湿器２６、純水循環経路２７、純水ポンプ２８、純水ラジエータ２９、三方弁３０、バイパス経路３１によって構成される。そして、純水ポンプ２８の駆動により純水循環経路２７を純水が流れて加湿器２６に供給され、この加湿器２６に供給された純水によって燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気が加湿されるようになっている。また、加湿器２６から排出された純水は、純水ラジエータ２９を通過する過程でラジエータファン３２による送風により冷却されることになるが、三方弁３０の開度調整によって、純水ラジエータ２９を通過する純水とこの純水ラジエータ２９を迂回してバイパス経路３１を流れる純水との流量を制御することで、加湿用の純水の温度調整が行われる。このような純水の温度調整や、純水ポンプ２８の駆動による純水流量の制御は、システムコントローラ１００の制御のもとで行われ、これにより、燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気の加湿量が調整される。   The humidification system includes a humidifier 26, a pure water circulation path 27, a pure water pump 28, a pure water radiator 29, a three-way valve 30, and a bypass path 31. Then, pure water flows through the pure water circulation path 27 by the drive of the pure water pump 28 and is supplied to the humidifier 26. The pure water supplied to the humidifier 26 supplies air to the fuel cell 1 as an oxidant gas. Is now humidified. The pure water discharged from the humidifier 26 is cooled by air blown by the radiator fan 32 in the process of passing through the pure water radiator 29, but the pure water radiator 29 is controlled by adjusting the opening of the three-way valve 30. The temperature of the pure water for humidification is adjusted by controlling the flow rate of the pure water that passes through and the pure water that bypasses the pure water radiator 29 and flows through the bypass path 31. Such pure water temperature adjustment and control of the pure water flow rate by driving the pure water pump 28 are performed under the control of the system controller 100, thereby supplying the fuel cell 1 as an oxidant gas. The amount of humidification of the air is adjusted.

また、本実施形態の燃料電池システムでは、システム内の任意の箇所に、大気圧を検出するための大気圧センサ３３が設けられており、この大気圧センサ３３の検出値がシステムコントローラ１００に入力されるようになっている。そして、システムコントローラ１００は、この大気圧センサ３３の検出値に基づいて、大気圧の状態を判定できるようになっている。   Further, in the fuel cell system of the present embodiment, an atmospheric pressure sensor 33 for detecting atmospheric pressure is provided at an arbitrary location in the system, and a detection value of the atmospheric pressure sensor 33 is input to the system controller 100. It has come to be. The system controller 100 can determine the atmospheric pressure state based on the detection value of the atmospheric pressure sensor 33.

以上のように構成される燃料電池システムにおいては、水素圧力センサ１１や水素流量センサ１２、空気圧力センサ１６や空気流量センサ１７、セル電圧検出装置３の検出値が、それぞれシステムコントローラ１００によって常時モニタリングされる。そして、システムコントローラ１００は、これらの検出値が、そのとき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１３やスロットル１５、可変バルブ５等を制御する。同時に、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、駆動ユニット２による燃料電池１からの電力取り出しを制御する。   In the fuel cell system configured as described above, the detected values of the hydrogen pressure sensor 11, the hydrogen flow sensor 12, the air pressure sensor 16, the air flow sensor 17, and the cell voltage detection device 3 are constantly monitored by the system controller 100, respectively. Is done. The system controller 100 controls the compressor 13, the throttle 15, the variable valve 5, and the like so that these detected values become predetermined target values determined from the target power generation amount at that time. At the same time, the power extraction from the fuel cell 1 by the drive unit 2 is controlled according to the pressure and flow rate actually realized with respect to the target value.

また、特に、本実施形態の燃料電池システムにおいては、システムコントローラ１００が、コンプレッサ１３が吸入する空気の温度や湿度、大気圧の状態等から、燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気の加湿状態を推定し、その推定結果を用いて、燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしている。そして、推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の電力取り出し制御を行うようにしている。   In particular, in the fuel cell system of the present embodiment, the system controller 100 determines the amount of air supplied as oxidant gas to the fuel cell 1 from the temperature, humidity, atmospheric pressure, and the like of the air sucked by the compressor 13. The humidification state is estimated, and the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated using the estimation result. Then, power extraction control of the drive unit 2 is performed according to the estimated power generation response time of the fuel cell 1.

以下、本実施形態の燃料電池システムにおけるシステムコントローラ１００による制御の詳細について、本実施形態に特徴的な燃料電池１の発電応答時間を推定する処理を中心に具体的な例を挙げながら説明する。   Hereinafter, details of the control by the system controller 100 in the fuel cell system of the present embodiment will be described with a specific example centered on the process of estimating the power generation response time of the fuel cell 1 characteristic of the present embodiment.

図２は、システムコントローラ１００における発電応答時間推定に関する機能を概略的に示す機能ブロック図である。この図２に示すように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が、純水供給流量基本値算出手段１０１、空気加湿状態推定手段１０２、純水供給流量補正値算出手段１０３、モータ回転数制御手段１０４、燃料電池発電応答時間推定手段１０５としての機能を有する。   FIG. 2 is a functional block diagram schematically showing functions related to power generation response time estimation in the system controller 100. As shown in FIG. 2, in the fuel cell system of this embodiment, the system controller 100 includes a pure water supply flow rate basic value calculation unit 101, an air humidification state estimation unit 102, a pure water supply flow rate correction value calculation unit 103, a motor. It functions as the rotation speed control means 104 and the fuel cell power generation response time estimation means 105.

純水供給流量基本値算出手段１０１は、燃料電池１に要求される目標発電量に基づいて、純水ポンプ２８に要求される純水供給流量の基本値を算出する。   The pure water supply flow rate basic value calculation means 101 calculates the basic value of the pure water supply flow rate required for the pure water pump 28 based on the target power generation amount required for the fuel cell 1.

空気加湿状態推定手段１０２は、コンプレッサ１３が吸入する空気の温度や湿度、大気圧の状態等から燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気の加湿状態を推定する。具体的には、燃料電池冷却状態推定手段１０２は、大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定し、それに応じた純水ポンプ２８の純水吐出流量を推定する。そして、この純水ポンプ２８の純水吐出流量から、加湿器２６にて空気に供給される水分量を推定する。更に、吸入空気温度センサ１８や吸入空気湿度センサ１９の検出値に基づいて、コンプレッサ１３が吸入する空気の温度や湿度を判定し、それに基づいてコンプレッサ１３が吸入する空気の水蒸気質量を算出する。そして、加湿器２６にて空気に供給される水分量と、コンプレッサ１６が吸入する空気の水蒸気質量とに基づいて、燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気の加湿状態を推定する。   The air humidification state estimation means 102 estimates the humidification state of the air supplied as the oxidant gas to the fuel cell 1 from the temperature, humidity, atmospheric pressure state, etc. of the air sucked by the compressor 13. Specifically, the fuel cell cooling state estimating means 102 determines the state of atmospheric pressure based on the detection value of the atmospheric pressure sensor 33 and estimates the pure water discharge flow rate of the pure water pump 28 corresponding thereto. The amount of water supplied to the air by the humidifier 26 is estimated from the pure water discharge flow rate of the pure water pump 28. Further, the temperature and humidity of the air sucked by the compressor 13 are determined based on the detection values of the intake air temperature sensor 18 and the intake air humidity sensor 19, and the water vapor mass of the air sucked by the compressor 13 is calculated based on the determination. Then, based on the amount of moisture supplied to the air by the humidifier 26 and the water vapor mass of the air sucked by the compressor 16, the humidification state of the air supplied to the fuel cell 1 as the oxidant gas is estimated.

純水供給流量補正値算出手段１０３は、空気加湿状態推定手段１０２により推定される空気の加湿状態に基づいて、純水供給流量基本値算出手段１０１が算出した純水供給流量の基本値に対する補正値を算出する。具体的には、純水供給流量補正値算出手段１０３は、空気供給状態推定手段１０２により空気の加湿状態悪化が推定された場合には、その加湿状態悪化を回避するために必要な純水供給流量の補正値を算出する。   The pure water supply flow rate correction value calculation unit 103 corrects the basic value of the pure water supply flow rate calculated by the pure water supply flow rate basic value calculation unit 101 based on the air humidification state estimated by the air humidification state estimation unit 102. Calculate the value. Specifically, the deionized water supply flow rate correction value calculation unit 103 supplies the deionized water necessary to avoid the deterioration of the humidified state when the air supply state estimation unit 102 estimates the deterioration of the humidified state of the air. Calculate the flow correction value.

モータ回転数制御手段１０４は、純水供給流量補正値算出手段１０３で算出した補正値で補正した後の純水流量が加湿器２６に供給されるように、純水ポンプ２８のモータ（以下、純水ポンプモータという。）に対して回転数指令値を出力し、純水ポンプモータの回転数を制御する。   The motor rotation speed control means 104 is arranged so that the pure water pump 28 motor (hereinafter, referred to as the pure water pump 28) is supplied to the humidifier 26 with the pure water flow rate corrected by the correction value calculated by the pure water supply flow rate correction value calculation means 103. A rotation speed command value is output to the pure water pump motor) to control the rotation speed of the pure water pump motor.

燃料電池発電応答時間推定手段１０５は、モータ回転数制御手段１０４から純水ポンプモータに出力される回転数指令値、すなわち空気の加湿状態に応じて補正された純水供給流量を実現するための純水ポンプモータの回転数指令値に基づいて、燃料電池１の発電応答時間を推定する。本実施形態の燃料電池システムにおいては、この燃料電池発電応答時間推定手段１０５により推定される燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の動作制御が実行されることになる。   The fuel cell power generation response time estimation means 105 is for realizing a rotational speed command value output from the motor rotational speed control means 104 to the pure water pump motor, that is, a pure water supply flow rate corrected according to the humidified state of the air. Based on the rotational speed command value of the pure water pump motor, the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated. In the fuel cell system of this embodiment, the operation control of the drive unit 2 is executed according to the power generation response time of the fuel cell 1 estimated by the fuel cell power generation response time estimation means 105.

本実施形態の燃料電池システムにおいては、大気圧の低下等の様々な要因によって純水ポンプ２８の能力低下が想定される場合には、この純水ポンプ２８の能力低下に起因する空気の加湿状態悪化を回避するために、純水ポンプモータの回転数を上昇させて必要な純水供給流量を確保できるようにしている。このため、空気の加湿状態悪化を回避する制御を行ったときには、純水ポンプ２８の仕事量が増加する分、燃料電池１の発電応答時間に遅れが生じることになる。このとき、燃料電池１の発電応答時間の遅れを無視して燃料電池１からの電力取り出しを実施しようとすると、燃料電池１から取り出す電力がその時点での発電可能な電力で制限されて、駆動ユニット２の安定的な制御の妨げとなる。   In the fuel cell system according to the present embodiment, when a decrease in the capacity of the pure water pump 28 is assumed due to various factors such as a decrease in atmospheric pressure, the humidified state of air resulting from the decreased capacity of the pure water pump 28 In order to avoid deterioration, the number of revolutions of the pure water pump motor is increased so that a necessary pure water supply flow rate can be secured. For this reason, when control for avoiding deterioration of the humidified state of air is performed, the power generation response time of the fuel cell 1 is delayed by the amount of work of the pure water pump 28 increasing. At this time, if it is attempted to take out the power from the fuel cell 1 while ignoring the delay in the power generation response time of the fuel cell 1, the power taken out from the fuel cell 1 is limited by the power that can be generated at that time and driven. This hinders stable control of the unit 2.

そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、空気加湿状態推定手段１０３で燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気の加湿状態を推定すると共に、その推定結果を用いて、燃料電池発電応答時間推定手段１０５で発電応答時間を推定し、それに応じて駆動ユニット２による燃料電池１からの電力取り出しを制御することで、以上のような問題を回避するようにしている。   Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, the air humidification state estimation means 103 estimates the humidification state of the air supplied as the oxidant gas to the fuel cell 1 and uses the estimation result to determine the fuel cell power generation response time. The estimation unit 105 estimates the power generation response time, and controls the power extraction from the fuel cell 1 by the drive unit 2 accordingly, thereby avoiding the above problems.

図３は、以上のようなシステムコントローラ１００により所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に実行される制御フローの一例を示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control flow executed every predetermined time (for example, 10 msec) by the system controller 100 as described above.

本制御フローがスタートすると、システムコントローラ１００は、先ず、ステップＳ１において、燃料電池１に要求される目標発電量に基づいて、純水ポンプ２８に要求される純水供給流量の基本値を算出する（純水供給流量基本値算出手段１０１）。   When this control flow starts, the system controller 100 first calculates the basic value of the pure water supply flow rate required for the pure water pump 28 based on the target power generation amount required for the fuel cell 1 in step S1. (Pure water supply flow rate basic value calculation means 101).

具体的には、例えば、大気圧が標準状態のときに燃料電池１で所定の発電を行ったときに、燃料電池１内部の水分量を適正に維持するために必要な純水の供給流量を予め実験等によって調べ、図４に示すような燃料電池１の発電量と純水供給流量との関係を求めておく。そして、実際に駆動ユニット２で要求している電力（例えば、車両駆動用モータや補機類、２次バッテリ等で要求する電力）を燃料電池１の目標発電量ＧＴａｒｇｅｔ［ｋＷ］し、この目標発電量ＧＴａｒｇｅｔ［ｋＷ］と、図４に示した燃料電池１の発電量と純水供給流量との関係とから、大気圧が標準状態のときに燃料電池１で目標発電量ＧＴａｒｇｅｔ［ｋＷ］を発電させる場合に要求される純水供給流量を求め、これを純水ポンプ２８に要求される純水供給流量の基本値Ｑ０［Ｌ／ｍｉｎ］とする。 Specifically, for example, when predetermined power generation is performed in the fuel cell 1 when the atmospheric pressure is in a standard state, the supply flow rate of pure water necessary to properly maintain the moisture content in the fuel cell 1 is set. The relationship between the power generation amount of the fuel cell 1 and the pure water supply flow rate as shown in FIG. Then, the electric power actually requested by the drive unit 2 (for example, electric power requested by a vehicle drive motor, auxiliary machinery, secondary battery, etc.) is set as the target power generation amount G Target [kW] of the fuel cell 1, and this From the target power generation amount G Target [kW] and the relationship between the power generation amount of the fuel cell 1 and the pure water supply flow rate shown in FIG. 4, the target power generation amount G Target [ The pure water supply flow rate required when generating power in kW] is obtained, and this is set as the basic value Q 0 [L / min] of the pure water supply flow rate required for the pure water pump 28.

次に、ステップＳ２において、コンプレッサ１３が吸入する空気の温度や湿度、大気圧の状態等から、燃料電池１に酸化剤ガスとして供給する空気の加湿状態を推定する（空気加湿状態推定手段１０２）。   Next, in step S2, the humidification state of the air supplied as the oxidant gas to the fuel cell 1 is estimated from the temperature and humidity of the air sucked by the compressor 13 and the atmospheric pressure state (air humidification state estimation means 102). .

具体的には、先ず、純水ポンプモータの回転数を所定回転数で一定としたときに大気圧変化に応じて変化する純水ポンプ２８の純水吐出流量を予め実験等によって調べ、図５に示すような大気圧と純水吐出流量との関係を求めておく。そして、実際に大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定したときに、図５に示した大気圧と純水吐出流量との関係から、実際に大気圧センサ３３で検出した大気圧の状態に応じた純水吐出流量を算出する。例えば、純水ポンプモータの回転数がＮＷＰＭＰ０の場合であって、大気圧センサ３３で検出した大気圧がＰ１（Ｐ１＜１０１．３２５（１気圧））［ｋＰａ］である場合には、純水ポンプ２８の純水吐出流量はＱＰ１［Ｌ／ｍｉｎ］となる。そして、この純水ポンプ２８の純水吐出流量に基づき、加湿器２６にて空気に供給される水分量を推定する。 Specifically, first, the pure water discharge flow rate of the pure water pump 28 that changes in accordance with the change in atmospheric pressure when the rotational speed of the pure water pump motor is made constant at a predetermined rotational speed is examined in advance by experiments or the like. The relationship between the atmospheric pressure and the pure water discharge flow rate as shown in FIG. When the atmospheric pressure state is actually determined based on the detection value of the atmospheric pressure sensor 33, the atmospheric pressure sensor 33 actually detects the atmospheric pressure and the pure water discharge flow rate shown in FIG. The pure water discharge flow rate according to the atmospheric pressure state is calculated. For example, when the rotational speed of the pure water pump motor is NWPMP0 and the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 33 is P 1 (P 1 <101.325 (1 atm)) [kPa] The pure water discharge flow rate of the pure water pump 28 is Q P1 [L / min]. Based on the pure water discharge flow rate of the pure water pump 28, the amount of water supplied to the air by the humidifier 26 is estimated.

更に、予め実験等によって、図６に示すような空気温度と飽和水蒸気質量との関係を求めておき、実際に吸入空気温度センサ１８によってコンプレッサ１３が吸入する空気の温度が検出されたときに、図６に示した空気温度と飽和水蒸気質量との関係から、実際にコンプレッサ１３が吸入している空気の飽和水蒸気質量を算出する。更に、この飽和水蒸気質量と吸入空気湿度センサ１９の検出値とから、コンプレッサ１３が吸入する空気の単位体積当たりの水蒸気質量を算出する。例えば、吸入空気温度センサ１８の検出値がＴＣＭＰ＿ＩＮ１［ｄｅｇＣ］、飽和水蒸気質量がｍＳ１［ｋｇ］で、吸入空気湿度センサ１９の検出値がＨＣＭＰ＿ＩＮ１［ｋｇ］の場合には、コンプレッサ１３が吸入する空気の１ｍ３中の水蒸気質量はｍＣＭＰ＿ＩＮ１［ｋｇ］となる。 Further, the relationship between the air temperature and the saturated water vapor mass as shown in FIG. 6 is obtained in advance by experiments or the like, and when the temperature of the air sucked by the compressor 13 is actually detected by the intake air temperature sensor 18, From the relationship between the air temperature and the saturated water vapor mass shown in FIG. 6, the saturated water vapor mass of the air actually sucked by the compressor 13 is calculated. Further, from the saturated water vapor mass and the detected value of the intake air humidity sensor 19, the water vapor mass per unit volume of the air sucked by the compressor 13 is calculated. For example, when the detected value of the intake air temperature sensor 18 is TCMP_IN1 [degC], the saturated water vapor mass is m S1 [kg], and the detected value of the intake air humidity sensor 19 is HCMP_IN1 [kg], the compressor 13 The mass of water vapor in 1 m 3 of the inhaled air is m CMP —IN1 [kg].

そして、以上のように推定した加湿器２６における空気の加湿量（水分量）と、コンプレッサ１３が吸入する空気の単位体積当たりの水蒸気質量とから、コンプレッサ１３で吸入されて加湿器２６で加湿された後に燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気の加湿状態が推定される。   Then, from the humidified amount of air (moisture amount) in the humidifier 26 estimated as described above and the water vapor mass per unit volume of air sucked by the compressor 13, the air is sucked by the compressor 13 and humidified by the humidifier 26. After that, the humidified state of the air supplied as the oxidant gas to the fuel cell 1 is estimated.

次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で推定した空気の加湿状態に基づいて、ステップＳ１で算出した純水供給流量の基本値に対する補正値を算出し、この補正値で基本値を補正した後の目標純水供給流量を求める（純水供給流量補正値算出手段１０３）。   Next, in step S3, a correction value for the basic value of the pure water supply flow rate calculated in step S1 is calculated based on the humidified state of air estimated in step S2, and the basic value is corrected with this correction value. A target pure water supply flow rate is obtained (pure water supply flow rate correction value calculation means 103).

具体的には、先ず、図５に示した大気圧と純水吐出流量との関係から、大気圧の変化に起因して生じる加湿器２６への純水供給流量の過不足分を調べ、図７（ａ）に示すような大気圧と純水供給流量の基本値に対する補正係数との関係を求めておく。そして、実際に大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定したときに、図７（ａ）に示した大気圧と純水供給流量基本値に対する補正係数との関係から、大気圧センサ３３で検出した大気圧の状態に応じた補正係数を算出する。例えば、大気圧センサ３３で検出した大気圧がＰ１［ｋＰａ］である場合には、純水供給流量基本値に対する補正係数はｋＷＰＭＰ１となる。 Specifically, first, from the relationship between the atmospheric pressure and the pure water discharge flow rate shown in FIG. 5, the excess / deficiency of the pure water supply flow rate to the humidifier 26 caused by the change in the atmospheric pressure is examined. The relationship between the atmospheric pressure and the correction coefficient for the basic value of the pure water supply flow rate as shown in FIG. When the atmospheric pressure state is actually determined based on the detection value of the atmospheric pressure sensor 33, the relationship between the atmospheric pressure and the correction coefficient for the pure water supply flow rate basic value shown in FIG. A correction coefficient corresponding to the atmospheric pressure state detected by the atmospheric pressure sensor 33 is calculated. For example, when the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 33 is P 1 [kPa], the correction coefficient for the pure water supply flow rate basic value is k WPMP1 .

更に、コンプレッサ１３が吸入する空気に含まれる水蒸気質量の変化に応じた加湿器２６への純水供給流量の過不足分を調べ、図７（ｂ）に示すような吸入空気の水蒸気質量と純水供給流量の基本値に対する補正係数との関係を求めておく。そして、ステップＳ２において実際にコンプレッサ１３が吸入する空気の単位体積当たりの水蒸気質量が算出されたときに、図７（ｂ）に示した吸入空気の水蒸気質量と純水供給流量基本値に対する補正係数との関係から、ステップＳ２で算出した吸入空気の水蒸気質量に対応した補正係数を算出する。例えば、ステップＳ２で求めた単位体積当たりの水蒸気質量がｍＣＭＰ＿ＩＮ１［ｋｇ］である場合には、純水供給流量基本値に対する補正係数はｋｍとなる。 Further, the excess / deficiency of the pure water supply flow rate to the humidifier 26 according to the change in the mass of water vapor contained in the air sucked by the compressor 13 is checked, and the water vapor mass and pure water of the intake air as shown in FIG. The relationship with the correction coefficient for the basic value of the water supply flow rate is obtained in advance. Then, when the water vapor mass per unit volume of the air actually sucked by the compressor 13 is calculated in step S2, the correction coefficient for the water vapor mass of the intake air and the pure water supply flow rate basic value shown in FIG. Therefore, a correction coefficient corresponding to the water vapor mass of the intake air calculated in step S2 is calculated. For example, the water vapor mass per unit volume calculated in step S2 is in the case of m CMP_IN1 [kg], the correction coefficient for pure water supply flow rate basic value is k m.

したがって、大気圧がＰ１［ｋＰａ］、吸入空気の単位体積当たりの水蒸気質量がｍＣＭＰ＿ＩＮ１［ｋｇ］のときの純水供給流量基本値に対する補正係数ｋ１は下記式（１）により算出することができ、このときの補正後の目標純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］は下記式（２）により算出することができる。 Accordingly, the correction coefficient k 1 for the basic value of the pure water supply flow rate when the atmospheric pressure is P 1 [kPa] and the water vapor mass per unit volume of the intake air is m CMP —IN1 [kg] is calculated by the following equation (1). The corrected target pure water supply flow rate Q 1 [L / min] at this time can be calculated by the following equation (2).

ｋ１＝ｋＷＰＭＰ１×ｋｍ ・・・（１）
Ｑ１＝ｋ１×Ｑ０ ・・・（２）
次に、ステップＳ４において、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標純水流量が加湿器２６に供給されるように、純水ポンプモータに対して回転数指令値を出力して純水ポンプモータの回転数を制御する（モータ回転数制御手段１０４）。 k 1 = k WPMP1 × k m (1)
Q 1 = k 1 × Q 0 (2)
Next, in step S4, a rotational speed command value is output to the pure water pump motor so that the target pure water flow rate corrected by the correction value calculated in step S3 is supplied to the humidifier 26. The rotational speed of the water pump motor is controlled (motor rotational speed control means 104).

具体的には、例えば、予め実験等によって、図８に示すような純水ポンプモータの回転数と純水ポンプ２８から加湿器２６に供給される純水流量との関係を求めておき、この純水ポンプモータ回転数と純水供給流量との関係から、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するための純水ポンプモータの回転数指令値ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］を算出する。そして、この回転数指令値ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］を純水ポンプモータに出力して、純水ポンプモータの回転数を制御する。 Specifically, for example, the relationship between the rotational speed of the pure water pump motor as shown in FIG. 8 and the flow rate of pure water supplied from the pure water pump 28 to the humidifier 26 is obtained in advance by experiments or the like. From the relationship between the rotational speed of the pure water pump motor and the pure water supply flow rate, the pure water pump motor for realizing the target pure water supply flow rate Q 1 [L / min] corrected by the correction value calculated in step S3. Rotational speed command value NWPMP1 [rpm] is calculated. And this rotation speed command value NWPMP1 [rpm] is output to a pure water pump motor, and the rotation speed of a pure water pump motor is controlled.

次に、ステップＳ５において、純水ポンプモータに出力した回転数指令値、すなわち空気の加湿状態に応じて補正された純水供給流量を実現するための純水ポンプモータの回転数指令値に基づいて、燃料電池１の発電応答時間を推定する（燃料電池発電応答時間推定手段１０５）。そして、推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の動作制御を実行する。   Next, in step S5, based on the rotational speed command value output to the pure water pump motor, that is, based on the rotational speed command value of the pure water pump motor for realizing the pure water supply flow rate corrected according to the humidified state of the air. Thus, the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated (fuel cell power generation response time estimation means 105). Then, the operation control of the drive unit 2 is executed according to the estimated power generation response time of the fuel cell 1.

ここで、ステップＳ５における燃料電池１の発電応答時間の推定方法について、図９を用いて説明する。   Here, a method for estimating the power generation response time of the fuel cell 1 in step S5 will be described with reference to FIG.

図９は、純水ポンプモータの回転数と燃料電池１の実発電量との関係を、燃料電池１に供給される空気の加湿状態が標準加湿状態のときと、所定加湿状態のときとで対比しながら示したものである。ここで、標準加湿状態とは、純水供給流量基本値を補正しない場合を表し、所定加湿状態とは、大気圧がＰ１［ｋＰａ］、吸入空気の単位体積当たりの水蒸気質量がｍＣＭＰ＿ＩＮ１［ｋｇ］で、純水供給流量基本値を補正係数ｋ１で補正する場合を表している。この図９から、燃料電池１に対する発電電力指令値の変化量が一定であるとすると、純水ポンプモータに対する回転数指令値の変化量も一定であるので、燃料電池１に供給される空気の加湿状態が所定加湿状態の場合には、標準加湿状態のときに比べて純水ポンプモータの目標回転数到達時間がΔｔ１分だけ遅れることになり、これに伴って、燃料電池１の発電電力応答時間（燃料電池１の実発電量が目標発電電力ＧＴａｒｇｅｔに到達するまでの応答時間）も、標準加湿状態のときの発電応答時間ｔ０に対してΔｔ１に相当する分だけ遅れが生じことが分かる。したがって、燃料電池１に供給される空気が所定加湿状態の場合の発電応答時間ｔ１［ｓｅｃ］は、下記式（３）で求めることができる。 FIG. 9 shows the relationship between the rotational speed of the pure water pump motor and the actual power generation amount of the fuel cell 1 when the humidified state of the air supplied to the fuel cell 1 is a standard humidified state and when it is in a predetermined humidified state. It is shown while comparing. Here, the standard humidification state represents a case where the basic value of the pure water supply flow rate is not corrected, and the predetermined humidification state is that the atmospheric pressure is P 1 [kPa] and the water vapor mass per unit volume of the intake air is m CMP —IN1 [ in kg], it represents a case of correcting the pure water supply flow rate basic value by the correction factor k 1. From FIG. 9, if the amount of change in the generated power command value for the fuel cell 1 is constant, the amount of change in the rotational speed command value for the pure water pump motor is also constant. When the humidification state is the predetermined humidification state, the target rotation speed arrival time of the pure water pump motor is delayed by Δt 1 minutes as compared with the standard humidification state. The response time (response time until the actual power generation amount of the fuel cell 1 reaches the target generated power G Target ) is also delayed by an amount corresponding to Δt 1 with respect to the power generation response time t 0 in the standard humidified state. I understand that. Therefore, the power generation response time t 1 [sec] when the air supplied to the fuel cell 1 is in a predetermined humidified state can be obtained by the following equation (3).

ｔ１＝ｔ０＋Δｔ１ ・・・（３）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気の加湿状態を推定し、その推定結果を用いて燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、例えば大気圧低下に伴う空気の加湿状態悪化を回避するための制御を行った場合でも、そのときの燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。そして、この推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて駆動ユニット２の動作制御を実行することで、駆動ユニット２の動作制御が不安定になることを有効に抑制して、高精度な動作制御を実現することができる。 t 1 = t 0 + Δt 1 (3)
As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, the humidification state of the air supplied as the oxidant gas to the fuel cell 1 is estimated, and the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated using the estimation result. Therefore, for example, even when the control for avoiding the deterioration of the humidified state of air due to a decrease in atmospheric pressure is performed, the power generation response time of the fuel cell 1 at that time can be accurately estimated. Then, by executing the operation control of the drive unit 2 according to the estimated power generation response time of the fuel cell 1, it is possible to effectively suppress the operation control of the drive unit 2 from becoming unstable, and to operate with high accuracy. Control can be realized.

なお、以上は、純水ポンプ２８の駆動によりこの加湿器２６に純水を供給し、この加湿器２６で酸化剤ガスとなる空気を加湿した後に燃料電池１に供給する、いわゆる外部加湿型の燃料電池システムを例に挙げて説明したが、本発明は以上のような外部加湿型に限らず、純水ポンプ２８の駆動により燃料電池１に直接純水を供給して燃料電池１内部で酸化剤ガスである空気を加湿する、いわゆる内部加湿型の燃料電池システムに対しても有効に適用可能である。   Note that the above is a so-called external humidification type in which pure water is supplied to the humidifier 26 by driving the pure water pump 28 and the humidifier 26 humidifies the air that becomes the oxidant gas and then supplies the humidified air to the fuel cell 1. Although the fuel cell system has been described as an example, the present invention is not limited to the external humidification type as described above, and pure water is directly supplied to the fuel cell 1 by driving the pure water pump 28 to oxidize inside the fuel cell 1. The present invention can also be effectively applied to a so-called internal humidification type fuel cell system that humidifies air that is an agent gas.

（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した第２の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、上述した第１の実施形態と同様の構成を有し、システムコントローラ１００が燃料電池１の発電応答時間を推定する手法も基本的には第１の実施形態と同様であるが、純水ポンプモータに過剰なトルク要求を行った場合に懸念される故障等の問題を回避できるように、純水供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにした点に特徴を有するものである。 (Second Embodiment)
Next, a fuel cell system according to a second embodiment to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment described above, and the method in which the system controller 100 estimates the power generation response time of the fuel cell 1 is basically the same as that of the first embodiment. In the same manner, the flow rate change amount when the pure water supply flow rate is corrected should be limited so as to avoid problems such as failure that may be a concern when an excessive torque request is made to the pure water pump motor. It has the characteristics in the point.

すなわち、大気圧低下等の要因によって燃料電池１に酸化剤ガスとして供給される空気の加湿状態悪化が予想される場合には、これを回避するために純水ポンプモータの回転数増加により必要な純水供給流量を確保するようにしているが、純水ポンプモータの回転数が増加するとそれに伴い純水ポンプモータのトルクも増加することになる。また、大気圧低下時には、純水ポンプ２８が必要な圧力比を確保するために、純水ポンプモータに要求されるトルクが増加することになる。このような純水ポンプモータのトルク増加は、ある程度の増加分は特に問題とはならないが、過剰に増加するようなトルク要求を行ってしまうと、純水ポンプモータに故障等を生じさせる要因となる。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、純水ポンプモータに過剰なトルク要求を行わない範囲で所望の純水供給流量が得られるように、純水供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにしている。   That is, when deterioration of the humidified state of the air supplied as oxidant gas to the fuel cell 1 due to factors such as a decrease in atmospheric pressure is expected, it is necessary to avoid this by increasing the rotational speed of the pure water pump motor. The pure water supply flow rate is ensured, but when the rotational speed of the pure water pump motor increases, the torque of the pure water pump motor also increases accordingly. Further, when the atmospheric pressure drops, the torque required for the pure water pump motor increases in order to ensure the pressure ratio required by the pure water pump 28. The increase in the torque of the pure water pump motor is not particularly a problem for a certain amount of increase, but if a torque request that increases excessively is made, it is a factor that causes a failure or the like in the pure water pump motor. Become. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, the flow rate change amount when the pure water supply flow rate is corrected so that a desired pure water supply flow rate can be obtained within a range where excessive torque request is not made to the pure water pump motor. Limits are set.

以下、上述した第１の実施形態と同様の内容については重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容についてのみ、具体的な例を挙げて説明する。   Hereinafter, the description similar to that of the above-described first embodiment will be omitted, and only the processing contents of the system controller 100 characteristic of the present embodiment will be described with specific examples.

図１０は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。   FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents of the system controller 100 that are characteristic of the present embodiment, and corresponds to a subroutine of step S4 in the main flowchart shown in FIG.

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図４に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で純水供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ１１において、この補正値で補正された純水供給流量を実現するための純水ポンプモータの目標回転数に基づき、純水ポンプモータのトルクを推定する。   In the fuel cell system of the present embodiment, the system controller 100 calculates a correction value for the basic value of the pure water supply flow rate in step S3 in the main flowchart shown in FIG. 4, and then in step S11, the correction value. The torque of the pure water pump motor is estimated on the basis of the target rotational speed of the pure water pump motor for realizing the pure water supply flow rate corrected in step.

具体的には、先ず、大気圧がＰ１［ｋＰａ］のときに燃料電池１により目標発電電力ＧＴａｒｇｅｔ［ｋＷ］を発電する場合において、燃料電池１の目標発電電力ＧＴａｒｇｅｔ［ｋＷ］に応じた純水ポンプ２８の目標吐出圧力ＰＷＰＭＰＯＵＴ＿Ｔａｒｇｅｔ［ｋＰａ］から求まる純水ポンプ２８の圧力比（＝ＰＷＰＭＰＯＵＴ＿Ｔａｒｇｅｔ／Ｐ１）と、大気圧が１気圧の場合に純水ポンプ２８に要求される純水供給流量の基本値とに基づき、純水ポンプモータのトルク定常分を算出する。また、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するための純水ポンプモータの回転数指令値ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］を算出し、この回転数指令値ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］から求まる純水ポンプモータの目標角速度と、純水ポンプモータの慣性モーメントとに基づいて、純水ポンプモータのトルク過渡分を算出する。そして、これら純水ポンプモータのトルク定常分とトルク過渡分とを加算して、純水ポンプモータのトルク推定値を算出する。 Specifically, first, according to the case where the atmospheric pressure to generate power to the target generated power G Target [kW] by the fuel cell 1 when P 1 [kPa], the target generated power G Target of the fuel cell 1 [kW] The pure water pump 28 pressure ratio (= P WPMPOUT_Target / P 1 ) determined from the target discharge pressure P WPMPOUT_Target [kPa] of the pure water pump 28 and the pure water required for the pure water pump 28 when the atmospheric pressure is 1 atm. Based on the basic value of the water supply flow rate, the steady torque of the pure water pump motor is calculated. Further, a rotational speed command value N WPMP1 [rpm] of the pure water pump motor for realizing the target pure water supply flow rate Q 1 [L / min] after correction with the correction value calculated in step S3 is calculated. Based on the target angular velocity of the pure water pump motor obtained from the rotational speed command value N WPMP1 [rpm] and the inertia moment of the pure water pump motor, the torque transient of the pure water pump motor is calculated. Then, the torque steady value and the torque transient of these pure water pump motors are added to calculate the estimated torque value of the pure water pump motor.

次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で推定した純水ポンプモータのトルク推定値が、純水ポンプモータの耐久性から求まる上限トルク（純水ポンプモータに故障等を生じさせることなく出力可能な最大トルク）を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ１２での判定の結果、ステップＳ１１で推定した純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断される場合には、ステップＳ１３において、純水ポンプモータのトルクが上限トルクを超えないように、補正後の純水供給流量の変化量、すなわち補正後の目標純水供給流量に到達するまでの純水供給流量の変化量に制限を加える。一方、ステップＳ１１で推定した純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回らない場合には、ステップＳ１４へと処理を移行する。   Next, in step S12, the estimated torque value of the pure water pump motor estimated in step S11 is the upper limit torque obtained from the durability of the pure water pump motor (the maximum output possible without causing a failure or the like in the pure water pump motor). Torque) is determined. If it is determined in step S12 that the estimated torque value of the pure water pump motor estimated in step S11 exceeds the upper limit torque, in step S13, the pure water pump motor torque exceeds the upper limit torque. In order not to exceed the limit, the amount of change in the corrected pure water supply flow rate, that is, the amount of change in the pure water supply flow rate until reaching the corrected target pure water supply flow rate is limited. On the other hand, if the estimated torque value of the pure water pump motor estimated in step S11 does not exceed the upper limit torque, the process proceeds to step S14.

ここで、補正後の純水供給流量の変化量を制限する方法について、図１１を用いて説明する。   Here, a method for limiting the amount of change in the pure water supply flow rate after correction will be described with reference to FIG.

図１１（ａ）は、大気圧がＰ１［ｋＰａ］の場合における純水ポンプモータの上限トルクを示したものである。この図１１（ａ）に示すように、純水ポンプモータの上限トルクは純水ポンプモータの回転数に応じて定まり、補正後の純水供給流量を実現する純水ポンプモータ回転数がＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］とすると、そのときの純水ポンプモータ上限トルクは、ＴｒｑＷＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ［Ｎｍ］となる。 FIG. 11A shows the upper limit torque of the pure water pump motor when the atmospheric pressure is P 1 [kPa]. As shown in FIG. 11A, the upper limit torque of the pure water pump motor is determined according to the rotational speed of the pure water pump motor, and the pure water pump motor rotational speed that realizes the corrected pure water supply flow rate is N WPMP1. Assuming [rpm], the pure water pump motor upper limit torque at that time is Trq WPMP1_UPPERLMT [Nm].

図１１（ｂ）は、純水ポンプモータの回転数及び純水供給流量の変化と純水ポンプモータトルクの変化との関係を、上限トルクによる制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示したものである。この図１１（ｂ）に示すように、純水ポンプモータのトルクが上限トルクＴｒｑＷＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ［Ｎｍ］を超えないように純水供給流量の変化量に制限を加えると、純水供給流量が補正後の目標純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間（純水ポンプモータの回転数が目標回転数ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］に到達するまでの時間）がｔ２［ｓｅｃ］となり、変化量に制限を加えない場合の到達時間ｔ１［ｓｅｃ］に比べて、Δｔ２分の遅れが生じることになる。そして、このときの純水供給流量の変化量の制限値Ｑ１＿ＬＭＴ２［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］は、下記式（４）によって求められる。 FIG. 11B compares the relationship between the change in the rotational speed of the pure water pump motor and the pure water supply flow rate and the change in the pure water pump motor torque between the case where the upper limit torque is applied and the case where the upper limit torque is not applied. It is shown. As shown in FIG. 11B, when the change amount of the pure water supply flow rate is limited so that the torque of the pure water pump motor does not exceed the upper limit torque TrqWPMP1_UPPERLMT [Nm], the pure water supply flow rate is corrected. The time required to reach the target pure water supply flow rate Q 1 [L / min] (time required for the pure water pump motor to reach the target rotational speed N WPMP1 [rpm]) is t 2 [sec]. As compared with the arrival time t 1 [sec] when the change amount is not limited, a delay of Δt 2 occurs. Then, the limit value Q 1_LMT2 [L / min / sec] of the amount of change in the pure water supply flow rate at this time is obtained by the following equation (4).

Ｑ１＿ＬＭＴ２＝Ｑ１／ｔ２［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］ ・・・（４）
次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ１４において、補正後の目標純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するために純水ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ１１で推定した純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断され、ステップＳ１３で純水供給流量の変化量の制限値Ｑ１＿ＬＭＴ２［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］を算出した場合には、この制限値Ｑ１＿ＬＭＴ２［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］に基づいて、純水ポンプモータの回転数を制御する。 Q 1_LMT2 = Q 1 / t 2 [L / min / sec] ··· (4)
Next, in step S14, the system controller 100 controls the rotational speed of the pure water pump motor in order to realize the corrected target pure water supply flow rate Q 1 [L / min]. If it is determined that the estimated torque estimate value of the pure water pump motor exceeds the upper limit torque, and the limit value Q 1_LMT2 [L / min / sec] of the amount of change in the pure water supply flow rate is calculated in step S13, this limit is calculated. Based on the value Q 1_LMT2 [L / min / sec], the rotational speed of the pure water pump motor is controlled.

すなわち、ステップＳ１１で推定した純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断された場合は、図１１（ｂ）に示したように、純水供給流量が補正後の目標純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間、すなわち、純水ポンプモータの回転数が目標回転数ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］に到達するまでの時間がｔ２［ｓｅｃ］となるように、純水ポンプモータの回転数を制御する。 That is, when it is determined that the estimated torque value of the pure water pump motor estimated in step S11 exceeds the upper limit torque, as shown in FIG. 11B, the pure water supply flow rate is corrected and the target pure water supply is corrected. The time until the flow rate Q 1 [L / min] is reached, that is, the time until the rotational speed of the pure water pump motor reaches the target rotational speed N WPMP1 [rpm] is t 2 [sec]. Controls the rotational speed of the pure water pump motor.

ここで、以上のように純水供給流量の変化量に制限を加えた場合における燃料電池１の発電応答時間の遅れ分は、純水ポンプモータの回転数が目標回転数ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］に到達するまでの時間の遅れ分Δｔ２とほぼ等価となる。したがって、大気圧がＰ１［ｋＰａ］の場合で、純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクＴｒｑＷＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ［Ｎｍ］を超えないように純水供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間はｔ２［ｓｅｃ］となる。 Here, the delay of the power generation response time of the fuel cell 1 when the change amount of the pure water supply flow rate is limited as described above is such that the rotational speed of the pure water pump motor is set to the target rotational speed NWPMP1 [rpm]. This is almost equivalent to the delay Δt 2 in the time until it reaches. Therefore, in the case where the atmospheric pressure is P 1 [kPa], the fuel in the case where the change amount of the pure water supply flow rate is limited so that the estimated torque value of the pure water pump motor does not exceed the upper limit torque TrqWPMP1_UPPERLMT [Nm]. The power generation response time of the battery 1 is t 2 [sec].

また、燃料電池１に供給される空気の加湿状態が標準加湿状態のときの発電応答時間ｔ０［ｓｅｃ］と、上述した所定加湿状態（大気圧がＰ１）で、純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクＴｒｑＷＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ［Ｎｍ］を超えないように純水供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間ｔ２［ｓｅｃ］との関係は、下記式（５）のようになる。 Further, the power generation response time t 0 [sec] when the humidified state of the air supplied to the fuel cell 1 is the standard humidified state and the torque of the pure water pump motor in the predetermined humidified state (atmospheric pressure is P 1 ) described above. The relationship with the power generation response time t 2 [sec] of the fuel cell 1 when the change amount of the pure water supply flow rate is limited so that the estimated value does not exceed the upper limit torque Trq WPMP1_UPPERLMT [Nm] )become that way.

ｔ２＝ｔ０＋Δｔ１＋Δｔ２ ・・・（５）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が純水ポンプモータの回転数を制御する際に、純水ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることが推定される場合には、純水ポンプモータのトルクが上限トルク以下となるように純水ポンプ２８に要求する純水供給流量の変化量に制限を加えるようにし、また、この制限値に基づく純水ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、純水ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることに起因して生じる故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。 t 2 = t 0 + Δt 1 + Δt 2 (5)
As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, when the system controller 100 controls the rotational speed of the pure water pump motor, it is estimated that the torque of the pure water pump motor exceeds the upper limit torque. Is to limit the amount of change in the pure water supply flow rate required for the pure water pump 28 so that the torque of the pure water pump motor is equal to or less than the upper limit torque, and the rotation of the pure water pump motor based on this limit value. Since the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated from the number, the problem of the fuel cell 1 can be effectively avoided while effectively avoiding problems such as failure caused by the torque of the pure water pump motor exceeding the upper limit torque. It is possible to accurately estimate the power generation response time.

（第３の実施形態）
次に、本発明を適用した第３の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、上述した第１の実施形態と同様の構成を有し、システムコントローラ１００が燃料電池１の発電応答時間を推定する手法も基本的には第１の実施形態と同様であるが、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が過剰となった場合に懸念される純水ポンプ２８下流側の加湿器２６の故障等の問題を回避できるように、純水供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにした点に特徴を有するものである。 (Third embodiment)
Next, a fuel cell system according to a third embodiment to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment described above, and the method in which the system controller 100 estimates the power generation response time of the fuel cell 1 is basically the same as that of the first embodiment. In the same way, the supply of pure water is provided so as to avoid problems such as failure of the humidifier 26 on the downstream side of the pure water pump 28, which is a concern when the pressure of the pure water discharged from the pure water pump 28 becomes excessive. This is characterized in that a restriction is placed on the flow rate change amount when the flow rate is corrected.

すなわち、大気圧低下等の要因によって燃料電池１の冷却状態悪化が予想される場合には、これを回避するために純水ポンプモータの回転数増加により必要な純水供給流量を確保するようにしているが、純水ポンプモータの回転数を急激に増加させると純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が一時的に過大となって、純水ポンプ２８下流側の加湿器２６等の部品に故障等を生じさせる要因となる場合がある。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が過剰とならない範囲で所望の純水供給流量が得られるように、純水供給流量を補正する場合の流量変化量に制限を設けるようにしている。   That is, when the deterioration of the cooling state of the fuel cell 1 is expected due to factors such as a decrease in atmospheric pressure, the necessary pure water supply flow rate is secured by increasing the number of revolutions of the pure water pump motor in order to avoid this. However, if the rotational speed of the pure water pump motor is suddenly increased, the pressure of the pure water discharged from the pure water pump 28 temporarily becomes excessive, and the components such as the humidifier 26 on the downstream side of the pure water pump 28. May cause a failure or the like. Therefore, in the fuel cell system of this embodiment, the flow rate when the pure water supply flow rate is corrected so that a desired pure water supply flow rate can be obtained within a range where the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 does not become excessive. A limit is set on the amount of change.

以下、上述した第１の実施形態と同様の内容については重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容についてのみ、具体的な例を挙げて説明する。   Hereinafter, the description similar to that of the above-described first embodiment will be omitted, and only the processing contents of the system controller 100 characteristic of the present embodiment will be described with specific examples.

図１２は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。   FIG. 12 is a flowchart showing the processing contents of the system controller 100 that are characteristic of the present embodiment, and corresponds to a subroutine of step S4 in the main flowchart shown in FIG.

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で純水供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ２１において、この補正値で補正された純水供給流量を実現するための純水ポンプモータの目標回転数に基づき、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力を推定する。   In the fuel cell system of the present embodiment, the system controller 100 calculates a correction value for the basic value of the pure water supply flow rate in step S3 in the main flowchart shown in FIG. 3, and then in step S21, the correction value. The pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 is estimated on the basis of the target rotational speed of the pure water pump motor for realizing the pure water supply flow rate corrected in step.

具体的には、例えば、燃料電池１に酸化剤ガスとして供給する空気の加湿状態と、その加湿状態から求められる目標回転数で純水ポンプモータを駆動した場合に純水ポンプ２８から吐出される純水圧力の推定値ＰＷＰＭＰＯＵＴ＿ＥＳＴ［ｋＰａ］との関係を予め実験等によって求めておき、この空気の加湿状態と純水ポンプ２８の吐出側純水圧力推定値との関係から、図３のステップＳ２で推定した空気の加湿状態の場合に純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力を推定する。 Specifically, for example, when the pure water pump motor is driven at a humidified state of air supplied as the oxidant gas to the fuel cell 1 and a target rotational speed obtained from the humidified state, the pure water pump 28 discharges the pure water pump motor. The relationship between the estimated value PWPMPOUT_EST [kPa] of the pure water pressure is obtained in advance by experiments or the like, and the relationship between the humidified state of the air and the estimated value of the pure water pressure on the discharge side of the pure water pump 28 is shown in FIG. The pressure of pure water discharged by the pure water pump 28 in the humidified air state estimated in S2 is estimated.

次に、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で推定した純水ポンプ２８の吐出側純水圧力推定値が、純水ポンプ２８下流側の加湿器２６等の部品の耐久性から求まる上限圧力を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ２２での判定の結果、ステップＳ２１で推定した純水ポンプ２８の吐出側純水圧力推定値が上限圧力を上回ると判断される場合には、ステップＳ２３において、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力を超えないように、補正後の純水供給流量の変化量、すなわち補正後の目標純水供給流量に到達するまでの純水供給流量の変化量に制限を加える。一方、ステップＳ２１で推定した純水ポンプ２８吐出側純水圧力推定値が上限圧力を上回らない場合には、ステップＳ２４へと処理を移行する。   Next, in step S22, whether or not the estimated value of the pure water pressure of the pure water pump 28 estimated in step S21 exceeds the upper limit pressure determined from the durability of components such as the humidifier 26 on the downstream side of the pure water pump 28. Determine. If it is determined in step S22 that the estimated value of the pure water pressure of the pure water pump 28 estimated in step S21 exceeds the upper limit pressure, the pure water pump 28 discharges in step S23. Limits the amount of change in the corrected pure water supply flow rate, that is, the amount of change in the pure water supply flow rate until the corrected target pure water supply flow rate is reached so that the pressure of the pure water to be used does not exceed the upper limit pressure . On the other hand, when the estimated value of the pure water pump 28 discharge side pure water pressure estimated in step S21 does not exceed the upper limit pressure, the process proceeds to step S24.

ここで、補正後の純水供給流量の変化量を制限する方法について、図１３を用いて説明する。   Here, a method for limiting the amount of change in the pure water supply flow rate after correction will be described with reference to FIG.

図１３は、純水ポンプモータの回転数及び純水供給流量の変化と純水ポンプ２８の吐出側純水圧力の変化との関係を、上限圧力による制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示したものである。この図１３に示すように、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力ＰＷＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ［ｋＰａ］を超えないように純水供給流量の変化量に制限を加えると、純水供給流量が補正後の目標純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間（純水ポンプモータの回転数が目標回転数ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］に到達するまでの時間）がｔ３［ｓｅｃ］となり、変化量に制限を加えない場合の到達時間ｔ１［ｓｅｃ］に比べて、Δｔ３分の遅れが生じることになる。そして、このときの純水供給流量の変化量の制限値Ｑ１＿ＬＭＴ３［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］は、下記式（６）によって求められる。 FIG. 13 shows the relationship between the change in the number of revolutions of the pure water pump motor and the pure water supply flow rate and the change in the discharge-side pure water pressure of the pure water pump 28 when the upper limit pressure is applied and when the restriction is not applied. This is shown in contrast. As shown in FIG. 13, when the amount of change in the pure water supply flow rate is limited so that the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 does not exceed the upper limit pressure PWPMPOUT_UPPERLMT [kPa], the pure water supply flow rate is reduced. The time required to reach the corrected target pure water supply flow rate Q 1 [L / min] (the time required for the rotational speed of the pure water pump motor to reach the target rotational speed N WPMP1 [rpm]) is t 3 [sec. Thus, there is a delay of Δt 3 minutes compared to the arrival time t 1 [sec] when the change amount is not limited. Then, the limit value Q 1_LMT3 [L / min / sec] of the amount of change in the pure water supply flow rate at this time is obtained by the following equation (6).

Ｑ１＿ＬＭＴ３＝Ｑ１／ｔ３［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］ ・・・（６）
次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ２４において、補正後の純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するために純水ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ２１で推定した純水ポンプ２８の吐出側純水圧力推定値が上限圧力を上回ると判断され、ステップＳ２３で純水供給流量の変化量の制限値Ｑ１＿ＬＭＴ３［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］を算出した場合には、この制限値Ｑ１＿ＬＭＴ３［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］に基づいて、純水ポンプモータの回転数を制御する。 Q 1_LMT3 = Q 1 / t 3 [L / min / sec] ··· (6)
Next, in step S24, the system controller 100 controls the rotational speed of the pure water pump motor in order to realize the corrected pure water supply flow rate Q 1 [L / min]. At this time, the system controller 100 estimates in step S21. When it is determined that the estimated value of the pure water pressure on the discharge side of the pure water pump 28 exceeds the upper limit pressure, the limit value Q 1_LMT3 [L / min / sec] of the change amount of the pure water supply flow rate is calculated in step S23. Based on the limit value Q 1_LMT3 [L / min / sec], the rotational speed of the pure water pump motor is controlled.

すなわち、ステップＳ２１で推定した純水ポンプ２８の吐出側純水圧力推定値が上限圧力を上回ると判断された場合は、図１３に示したように、純水供給流量が補正後の目標純水供給流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間、すなわち、純水ポンプモータの回転数が目標回転数ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］に到達するまでの時間がｔ３［ｓｅｃ］となるように、純水ポンプモータの回転数を制御する。 That is, when it is determined that the estimated value of the pure water pressure of the pure water pump 28 estimated in step S21 exceeds the upper limit pressure, the pure water supply flow rate is corrected as shown in FIG. The time until the supply flow rate Q 1 [L / min] is reached, that is, the time until the rotational speed of the pure water pump motor reaches the target rotational speed N WPMP1 [rpm] is t 3 [sec]. The number of revolutions of the pure water pump motor is controlled.

ここで、以上のように純水供給流量の変化量に制限を加えた場合における燃料電池１の発電応答時間の遅れ分は、純水ポンプモータの回転数が目標回転数ＮＷＰＭＰ１［ｒｐｍ］に到達するまでの時間の遅れ分Δｔ３とほぼ等価となる。したがって、大気圧がＰ１［ｋＰａ］の場合で、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力ＰＷＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ［ｋＰａ］を超えないように純水供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間はｔ３［ｓｅｃ］となる。 Here, the delay of the power generation response time of the fuel cell 1 when the change amount of the pure water supply flow rate is limited as described above is such that the rotational speed of the pure water pump motor is set to the target rotational speed NWPMP1 [rpm]. This is almost equivalent to the delay Δt 3 in the time until it reaches. Therefore, when the atmospheric pressure is P 1 [kPa], the amount of change in the pure water supply flow rate is limited so that the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 does not exceed the upper limit pressure P WPMPOUT_UPPERLMT [kPa]. In this case, the power generation response time of the fuel cell 1 is t 3 [sec].

また、燃料電池１に供給される空気の加湿状態が標準加湿状態のときの発電応答時間ｔ０［ｓｅｃ］と、上述した所定加湿状態（大気圧がＰ１）で、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力ＰＷＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ［ｋＰａ］を超えないように純水供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間ｔ３［ｓｅｃ］との関係は、下記式（７）のようになる。 Further, the pure water pump 28 discharges in the power generation response time t 0 [sec] when the humidified state of the air supplied to the fuel cell 1 is the standard humidified state and the above-described predetermined humidified state (atmospheric pressure is P 1 ). The relation with the power generation response time t 3 [sec] of the fuel cell 1 when the amount of change in the pure water supply flow rate is limited so that the pressure of pure water to be discharged does not exceed the upper limit pressure P WPMPOUT_UPPERLMT [kPa] is as follows : Equation (7) is obtained.

ｔ３＝ｔ０＋Δｔ１＋Δｔ３ ・・・（７）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が純水ポンプモータの回転数を制御する際に、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力を上回ることが推定される場合には、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力以下となるように純水ポンプ２８に要求する純水供給流量の変化量に制限を加えるようにし、また、この制限値に基づく純水ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力を上回ることに起因して生じる純水ポンプ２８下流側の加湿器２６の故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。 t 3 = t 0 + Δt 1 + Δt 3 (7)
As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, when the system controller 100 controls the rotational speed of the pure water pump motor, the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 may exceed the upper limit pressure. In the case of estimation, the amount of change in the pure water supply flow rate required for the pure water pump 28 is limited so that the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 is lower than the upper limit pressure. Since the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated from the rotational speed of the pure water pump motor based on the limit value, it is caused by the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 exceeding the upper limit pressure. The power generation response time of the fuel cell 1 can be accurately estimated while effectively avoiding problems such as the failure of the humidifier 26 on the downstream side of the pure water pump 28.

（第４の実施形態）
次に、本発明を適用した第４の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、第２の実施形態で説明した純水ポンプモータの上限トルクによる純水供給流量変化量の制限と、第３の実施形態で説明した純水ポンプ２８が吐出する純水の上限圧力による純水供給流量変化量の制限とを組み合わせたものである。 (Fourth embodiment)
Next, a fuel cell system according to a fourth embodiment to which the present invention is applied will be described. In the fuel cell system according to this embodiment, the pure water pump 28 described in the third embodiment discharges the limit of the amount of change in the pure water supply flow rate by the upper limit torque of the pure water pump motor described in the second embodiment. This is a combination of the limit of the amount of change in pure water supply flow rate due to the upper limit pressure of pure water.

すなわち、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池１に酸化剤ガスとして供給する空気の加湿状態に応じて純水供給流量を補正する際、第２の実施形態と同様に、純水ポンプモータのトルクが上限トルクを超えない範囲で所望の純水供給流量が得られるように流量変化量制限値を算出すると共に、第３の実施形態と同様に、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力を超えない範囲で所望の純水供給流量が得られるように流量変化量制限値を算出する。そして、これらの流量変化量制限値のうちで小さい方の制限値、すなわち厳しい方の制限値に基づいて純水ポンプモータの回転数を制御し、この制限値に基づく純水ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定する。   That is, in the fuel cell system of the present embodiment, when the pure water supply flow rate is corrected in accordance with the humidified state of the air supplied as the oxidant gas to the fuel cell 1, as in the second embodiment, the pure water pump motor The flow rate variation limit value is calculated so that a desired pure water supply flow rate can be obtained within a range where the torque does not exceed the upper limit torque, and the pure water discharged by the pure water pump 28 is the same as in the third embodiment. The flow rate variation limit value is calculated so that a desired pure water supply flow rate can be obtained within a range where the pressure does not exceed the upper limit pressure. Then, the rotational speed of the pure water pump motor is controlled based on the smaller limit value among these flow rate variation limit values, that is, the severer limit value, and the rotational speed of the pure water pump motor based on this limit value. From this, the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated.

以下、上述した第１乃至第３の実施形態と同様の内容については重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容についてのみ、具体的な例を挙げて説明する。   Hereinafter, the description similar to that of the first to third embodiments described above will be omitted, and only the processing contents of the system controller 100 characteristic of the present embodiment will be described with specific examples. .

図１４は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。   FIG. 14 is a flowchart showing the processing contents of the system controller 100 that are characteristic of the present embodiment, and corresponds to a subroutine of step S4 in the main flowchart shown in FIG.

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で純水供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ３１において、上述した第２の実施形態と同様に純水ポンプモータのトルクを推定し、ステップＳ３２において、上述した第３の実施形態と同様に純水ポンプ２８の吐出側純水圧力を推定する。   In the fuel cell system of the present embodiment, when the system controller 100 calculates the correction value for the basic value of the pure water supply flow rate in step S3 in the main flowchart shown in FIG. As in the second embodiment, the torque of the pure water pump motor is estimated, and in step S32, the discharge-side pure water pressure of the pure water pump 28 is estimated as in the third embodiment described above.

次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ３３において、ステップＳ３１で推定した純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ３３での判定の結果、ステップＳ３１で推定した純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断される場合には、ステップＳ３４において、純水ポンプモータのトルクが上限トルクを超えない範囲で補正後の目標純水供給流量が得られるような流量変化量の制限値（第１の流量変化量制限値）を算出する。一方、ステップＳ３１で推定した純水ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回らない場合には、ステップＳ３５へと処理を移行する。   Next, the system controller 100 determines in step S33 whether the estimated torque value of the pure water pump motor estimated in step S31 exceeds the upper limit torque. If it is determined in step S33 that the estimated torque value of the pure water pump motor estimated in step S31 exceeds the upper limit torque, in step S34, the pure water pump motor torque exceeds the upper limit torque. A flow rate change amount limit value (first flow rate change amount limit value) is calculated so that a corrected target pure water supply flow rate can be obtained within a range not exceeding. On the other hand, if the estimated torque value of the pure water pump motor estimated in step S31 does not exceed the upper limit torque, the process proceeds to step S35.

次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ３５において、ステップＳ３２で推定した純水ポンプ２８の吐出側純水圧力推定値が上限圧力を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ３５での判定の結果、ステップＳ３２で推定した純水ポンプ２８の吐出側純水圧力推定値が上限圧力を上回ると判断される場合には、ステップＳ３６において、純水ポンプ２８の吐出側純水圧力が上限圧力を超えない範囲で補正後の目標純水供給流量が得られるような流量変化量の制限値（第２の流量変化量制限値）を算出する。一方、ステップＳ３２で推定した純水ポンプ２８の吐出側純水圧力推定値が上限圧力を上回らない場合には、ステップＳ３７へと処理を移行する。   Next, in step S35, the system controller 100 determines whether or not the discharge-side pure water pressure estimated value of the pure water pump 28 estimated in step S32 exceeds the upper limit pressure. If it is determined in step S35 that the estimated value of the pure water pressure of the pure water pump 28 estimated in step S32 exceeds the upper limit pressure, the discharge of the pure water pump 28 is determined in step S36. A flow rate change amount limit value (second flow rate change amount limit value) is calculated so that the corrected target pure water supply flow rate can be obtained within a range where the side pure water pressure does not exceed the upper limit pressure. On the other hand, if the estimated value of the pure water pressure of the pure water pump 28 estimated in step S32 does not exceed the upper limit pressure, the process proceeds to step S37.

ステップＳ３４またはステップＳ３６の少なくとも何れかのステップで流量変化量の制限値が算出された場合、システムコントローラ１００は、次のステップＳ３７において、ステップＳ３４で算出された第１の流量変化量制限値と、ステップＳ３６で算出された第２の流量変化量制限値のうちで、何れか小さい値の制限値（厳しい方の制限値）を選択する。そして、次のステップＳ３８において、補正後の純水供給流量Ｑ１を実現するために純水ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ３７で何れかの流量変化量制限値を選択した場合には、この選択した流量変化量制限値に基づいて、純水ポンプモータの回転数を制御する。 When the flow rate change amount limit value is calculated in at least one of step S34 and step S36, the system controller 100, in the next step S37, determines the first flow rate change amount limit value calculated in step S34. Among the second flow rate variation limit values calculated in step S36, a smaller limit value (stricter limit value) is selected. The selection in the next step S38, the but to control the rotational speed of the pure water pump motor in order to achieve a pure water supply flow rate to Q 1 after correction, this time, one of the flow rate change amount limiting value at step S37 In this case, the rotational speed of the pure water pump motor is controlled based on the selected flow rate change amount limit value.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が純水ポンプモータの回転数を制御する際に、純水ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることが推定される場合には、純水ポンプモータのトルクが上限トルク以下となるような第１の流量変化量制限値を算出すると共に、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力を上回ることが推定される場合には、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限圧力以下となるような第２の流量変化量制限値を算出するようにしている。そして、これら算出した制限値のうちで何れか小さい方の流量変化量制限値（厳しい方の流量変化量制限値）を選択して、この選択した流量変化量制限値に基づいて純水ポンプモータの回転数を制御し、この制限値に基づく純水ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしている。したがって、純水ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることに起因して生じる純水ポンプ２８の故障や、純水ポンプ２８が吐出する純水の圧力が上限値を上回ることに起因して生じる純水ポンプ２８下流側の加湿器２６の故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。   As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, when the system controller 100 controls the rotational speed of the pure water pump motor, it is estimated that the torque of the pure water pump motor exceeds the upper limit torque. Calculates the first flow rate variation limit value so that the torque of the pure water pump motor is equal to or lower than the upper limit torque, and it is estimated that the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 exceeds the upper limit pressure. In this case, the second flow rate change amount limit value is calculated such that the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 is equal to or lower than the upper limit pressure. Then, the smaller one of the calculated limit values, which is the smaller flow rate variation limit value (stricter flow rate variation limit value) is selected, and the pure water pump motor is selected based on the selected flow rate variation limit value. , And the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated from the rotational speed of the pure water pump motor based on this limit value. Accordingly, a failure of the pure water pump 28 caused by the torque of the pure water pump motor exceeding the upper limit torque, or a pure water caused by the pressure of pure water discharged from the pure water pump 28 exceeding the upper limit value. The power generation response time of the fuel cell 1 can be accurately estimated while effectively avoiding problems such as the failure of the humidifier 26 on the downstream side of the water pump 28.

本発明を適用した燃料電池システムの一例を示すシステム構成図である。It is a system configuration diagram showing an example of a fuel cell system to which the present invention is applied. 本発明を適用した燃料電池システムのシステムコントローラにおける発電応答時間推定に関する機能を概略的に示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows roughly the function regarding power generation response time estimation in the system controller of the fuel cell system to which this invention is applied. 本発明を適用した燃料電池システムのシステムコントローラによる燃料電池の発電応答時間推定処理の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the electric power generation response time estimation process of the fuel cell by the system controller of the fuel cell system to which this invention is applied. 燃料電池の発電量と純水供給流量の基本値との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the electric power generation amount of a fuel cell, and the basic value of a pure water supply flow rate. 純水ポンプモータの回転数が所定値の場合における大気圧と純水ポンプが吐出する純水流量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between atmospheric pressure and the pure water flow volume which a pure water pump discharges in case the rotation speed of a pure water pump motor is a predetermined value. コンプレッサが吸入する空気の温度と飽和水蒸気量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the temperature of the air which a compressor suck | inhales, and saturated water vapor | steam amount. 純水供給流量の基本値に対する補正値を算出する方法を説明するための図であり、（ａ）は大気圧と純水供給流量基本値に対する補正係数との関係を示す図、（ｂ）はコンプレッサが吸入する空気の水蒸気質量と純水供給流量基本値に対する補正係数との関係を示す図である。It is a figure for demonstrating the method of calculating the correction value with respect to the basic value of a pure water supply flow rate, (a) is a figure which shows the relationship between atmospheric pressure and the correction coefficient with respect to a pure water supply flow rate basic value, (b) is a figure. It is a figure which shows the relationship between the water vapor | steam mass of the air which a compressor suck | inhales, and the correction coefficient with respect to a pure water supply flow rate basic value. 純水ポンプモータの回転数と純水供給流量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the rotation speed of a pure water pump motor, and a pure water supply flow rate. 燃料電池の発電応答時間を推定する方法を説明するための図であり、純水ポンプモータの回転数と燃料電池の実発電量との関係を示す特性図である。It is a figure for demonstrating the method of estimating the electric power generation response time of a fuel cell, and is a characteristic view which shows the relationship between the rotation speed of a pure water pump motor, and the actual electric power generation amount of a fuel cell. 純水ポンプモータのトルクが上限トルクを超えないように純水供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in the case of restrict | limiting the variation | change_quantity of a pure water supply flow volume so that the torque of a pure water pump motor may not exceed upper limit torque. 補正後の純水供給流量の変化量を制限する方法を説明するための図であり、（ａ）は純水ポンプモータ回転数と上限トルクとの関係を示す特性図、（ｂ）は純水ポンプモータの回転数及び純水供給流量の変化と純水ポンプモータのトルク変化との関係を、上限トルクによる制限を加える場合と制限を加えない場合とで対比しながら示す特性図である。It is a figure for demonstrating the method to restrict | limit the variation | change_quantity of the pure water supply flow volume after correction | amendment, (a) is a characteristic view which shows the relationship between a pure water pump motor rotation speed and an upper limit torque, (b) is a pure water. It is a characteristic view which shows the relationship between the change of the rotation speed of a pump motor and a pure water supply flow rate, and the torque change of a pure water pump motor, with the case where the restriction | limiting by an upper limit torque is added, and the case where a restriction | limiting is not added. 純水ポンプが吐出する純水の圧力が上限圧力を超えないように純水供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in the case of restrict | limiting the variation | change_quantity of a pure water supply flow volume so that the pressure of the pure water which a pure water pump discharges may not exceed an upper limit pressure. 補正後の純水供給流量の変化量を制限する方法を説明するための図であり、純水ポンプモータの回転数及び純水供給流量の変化と純水ポンプが吐出する純水の圧力の変化との関係を、上限圧力による制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示す特性図である。It is a figure for demonstrating the method to restrict | limit the variation | change_quantity of the pure water supply flow after correction | amendment, and the rotation speed of a pure water pump motor, the change of a pure water supply flow, and the change of the pressure of the pure water which a pure water pump discharges 5 is a characteristic diagram showing a relationship between the case where the restriction by the upper limit pressure is added and the case where the restriction is not added. 純水ポンプモータの上限トルクによる流量変化量制限値と、純水ポンプの吐出側上限純水圧力による流量変化量制限値とで、何れか小さい方の流量変化量制限値に基づき純水供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。Pure water supply flow rate based on the smaller flow rate variation limit value, whichever is smaller, between the flow rate variation limit value due to the upper limit torque of the pure water pump motor and the flow rate variation limit value due to the discharge side upper limit pure water pressure of the pure water pump It is a flowchart which shows the flow of a process in the case of restrict | limiting a variation | change_quantity of this.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池
２ 駆動ユニット
１３ コンプレッサ
１８ 吸入空気温度センサ
１９ 吸入空気湿度センサ
２６ 加湿器
２８ 純水ポンプ
２６ 純水ポンプ
３３ 大気圧センサ
１００ システムコントローラ
１０１ 純水供給流量基本値算出手段
１０２ 空気加湿状態推定手段
１０３ 純水供給流量補正値算出手段
１０４ モータ回転数制御手段
１０５ 燃料電池発電応答時間推定手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Drive unit 13 Compressor 18 Intake air temperature sensor 19 Intake air humidity sensor 26 Humidifier 28 Pure water pump 26 Pure water pump 33 Atmospheric pressure sensor 100 System controller 101 Pure water supply flow rate basic value calculation means 102 Air humidification state estimation Means 103 Pure water supply flow rate correction value calculation means 104 Motor rotation speed control means 105 Fuel cell power generation response time estimation means

Claims (8)

燃料ガス及び酸化剤ガスの供給により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記酸化剤ガスを加湿するための純水を供給する純水供給装置と、
前記酸化剤ガスの加湿状態を推定する酸化剤ガス加湿状態推定手段と、
前記酸化剤ガス加湿状態推定手段の推定値を用いて、前記燃料電池の発電応答時間を推定する燃料電池発電応答時間推定手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by supplying fuel gas and oxidant gas;
An oxidant gas supply device for supplying an oxidant gas to the fuel cell;
A pure water supply device for supplying pure water for humidifying the oxidant gas;
Oxidant gas humidified state estimating means for estimating a humidified state of the oxidant gas;
A fuel cell system comprising fuel cell power generation response time estimation means for estimating a power generation response time of the fuel cell using the estimated value of the oxidant gas humidified state estimation means. 前記燃料電池の目標発電量に基づいて、前記純水供給装置に要求される純水供給流量の基本値を算出する純水供給流量基本値算出手段と、
前記酸化剤ガス加湿状態推定手段の推定値に基づいて、前記純水供給流量の補正値を算出する純水供給流量補正値算出手段と、
前記補正値で補正された後の純水供給流量が得られるように、前記純水供給装置のモータに回転数指令値を出力して当該モータの回転数を制御するモータ回転数制御手段とを更に備え、
前記燃料電池発電応答時間推定手段が、前記モータ回転数制御手段から出力される回転数指令値に基づいて、前記燃料電池の発電応答時間を推定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 Pure water supply flow rate basic value calculation means for calculating a basic value of a pure water supply flow rate required for the pure water supply device based on a target power generation amount of the fuel cell;
Pure water supply flow rate correction value calculating means for calculating a correction value of the pure water supply flow rate based on the estimated value of the oxidant gas humidified state estimating means;
Motor rotational speed control means for controlling the rotational speed of the motor by outputting a rotational speed command value to the motor of the pure water supply apparatus so that the pure water supply flow rate corrected by the correction value is obtained. In addition,
2. The fuel according to claim 1, wherein the fuel cell power generation response time estimation means estimates a power generation response time of the fuel cell based on a rotation speed command value output from the motor rotation speed control means. Battery system. 前記酸化剤ガス加湿状態推定手段が、前記酸化剤ガスの加湿状態を推定するためのパラメータとして大気圧を検出し、
前記純水供給流量補正値算出手段が、大気圧の変化に伴って変化する前記純水供給装置の能力に応じて、前記純水供給流量の補正値を算出することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas humidified state estimating means detects atmospheric pressure as a parameter for estimating the humidified state of the oxidant gas,
3. The pure water supply flow rate correction value calculating means calculates the correction value of the pure water supply flow rate according to the ability of the pure water supply device that changes with a change in atmospheric pressure. The fuel cell system described in 1. 前記酸化剤ガス加湿状態推定手段が、前記酸化剤ガスの加湿状態を推定するためのパラメータとして前記酸化剤ガス供給装置が吸入する吸入酸化剤ガスの温度を検出し、
前記純水供給量補正値算出手段が、前記吸入酸化剤ガスの温度に応じて、前記純水供給流量の補正値を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas humidified state estimating means detects the temperature of the sucked oxidant gas sucked by the oxidant gas supply device as a parameter for estimating the humidified state of the oxidant gas,
4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the pure water supply amount correction value calculation means calculates a correction value of the pure water supply flow rate according to the temperature of the suction oxidant gas. 前記酸化剤ガス加湿状態推定手段が、前記酸化剤ガスの加湿状態を推定するためのパラメータとして前記酸化剤ガス供給装置が吸入する吸入酸化剤ガスの湿度を検出し、
前記純水供給量補正値算出手段が、前記吸入酸化剤ガスの湿度に応じて、前記純水供給流量の補正値を算出することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。 The oxidant gas humidified state estimating means detects the humidity of the sucked oxidant gas sucked by the oxidant gas supply device as a parameter for estimating the humidified state of the oxidant gas,
The fuel according to any one of claims 2 to 4, wherein the pure water supply amount correction value calculating means calculates a correction value of the pure water supply flow rate according to the humidity of the suction oxidant gas. Battery system. 前記純水供給装置に要求される純水供給流量をもとに、当該純水供給装置のモータのトルクを推定するモータトルク推定手段と、
前記モータトルク推定手段により推定されるトルクが所定値を超えないように、前記純水供給装置に要求する純水供給流量の変化量の制限値を算出する純水供給流量変化量制限値算出手段とを更に備え、
前記モータ回転数制御手段手段が、前記純水供給流量変化量制限値算出手段が算出した制限値に基づいて、前記純水供給装置のモータの回転数を制御することを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の燃料電池システム。 Motor torque estimation means for estimating the torque of the motor of the pure water supply device based on the pure water supply flow rate required for the pure water supply device;
Pure water supply flow rate change amount limit value calculating means for calculating a limit value of the change amount of the pure water supply flow rate required for the pure water supply device so that the torque estimated by the motor torque estimating means does not exceed a predetermined value. And further comprising
3. The motor rotation speed control means means controls the rotation speed of the motor of the pure water supply device based on the limit value calculated by the pure water supply flow rate change amount limit value calculation means. The fuel cell system according to any one of 1 to 5. 前記純水供給装置に要求される純水供給流量をもとに、当該純水供給装置が吐出する純水の圧力を推定する吐出純水圧力推定手段と、
前記吐出純水圧力推定手段により推定される吐出純水圧力が所定値を超えないように、前記純水供給装置に要求する純水供給流量の変化量の制限値を算出する純水供給流量変化量制限値算出手段とを更に備え、
前記モータ回転数制御手段手段が、前記純水供給流量変化量制限値算出手段が算出した制限値に基づいて、前記純水供給装置のモータの回転数を制御することを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の燃料電池システム。 Discharge pure water pressure estimation means for estimating the pressure of pure water discharged from the pure water supply device based on the pure water supply flow rate required for the pure water supply device;
Pure water supply flow rate change for calculating a limit value of the change amount of the pure water supply flow rate required for the pure water supply device so that the discharge pure water pressure estimated by the discharge pure water pressure estimation means does not exceed a predetermined value An amount limit value calculating means;
3. The motor rotation speed control means means controls the rotation speed of the motor of the pure water supply device based on the limit value calculated by the pure water supply flow rate change amount limit value calculation means. The fuel cell system according to any one of 1 to 5. 前記純水供給流量変化量制限値算出手段が、前記モータトルク推定手段により推定されるトルクが所定値を超えない第１の制限値と、前記吐出純水圧力推定手段により推定される吐出純水圧力が所定値を超えない第２の制限値とをそれぞれ算出し、
前記モータ回転数制御手段手段が、前記純水供給流量変化量制限値算出手段が算出した第１の制限値又は第２の制限値のうちで小さい方の制限値に基づいて、前記純水供給装置のモータの回転数を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料電池システム。 The pure water supply flow rate change amount limit value calculating means includes a first limit value at which the torque estimated by the motor torque estimating means does not exceed a predetermined value, and discharged pure water estimated by the discharged pure water pressure estimating means. A second limit value at which the pressure does not exceed a predetermined value, and
The motor rotation number control means is configured to supply the pure water based on a smaller limit value of the first limit value and the second limit value calculated by the pure water supply flow rate change amount limit value calculation means. 8. The fuel cell system according to claim 6, wherein the number of rotations of a motor of the apparatus is controlled.
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