JP2006164555A - Output limitation apparatus for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の出力制限装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell output limiting device.
燃料電池車は、圧縮水素ボンベ、液体水素タンク、水素吸蔵合金など、水素貯蔵装置を車両に搭載、または炭化水素系(メタノールなど)燃料を改質し、そこから供給される水素と酸素を含む大気を燃料電池に送り込んで反応させ、得られた電力を駆動力にする車両であり、電気エネルギへの変換効率の高さとクリーンさにおいて注目されている。 Fuel cell vehicles are equipped with hydrogen storage devices such as compressed hydrogen cylinders, liquid hydrogen tanks, hydrogen storage alloys, etc., or reform hydrocarbon-based fuels (such as methanol) and contain hydrogen and oxygen supplied from them. It is a vehicle that sends air to a fuel cell to react and uses the obtained electric power as a driving force, and has attracted attention for its high conversion efficiency to electric energy and cleanliness.
この燃料電池の実用化への課題の一つとして、燃料電池の性能劣化による影響が挙げられる。劣化の生じた燃料電池はその劣化の進行に伴い出力電圧の減少を引き起こす。一般に燃料電池で発生した直流電力は直交変換装置によって交流電力に変換して車両の動力となるモータへ伝達する機構になっているが、劣化の進行している燃料電池で一定の電力を確保するためには出力電圧が減少している分、より多くの出力電流が流れることになり、燃料電池の劣化を見込んで直交変換装置などをあらかじめ大型・大容量化するなどの対応が必要になっていた。 One of the problems in putting this fuel cell into practical use is the effect of fuel cell performance degradation. A deteriorated fuel cell causes a decrease in output voltage as the deterioration proceeds. In general, direct current power generated in a fuel cell is converted into alternating current power by an orthogonal transformation device and transmitted to a motor that is the power of the vehicle. However, a certain amount of power is secured in a fuel cell that has been deteriorated. Therefore, as the output voltage decreases, more output current flows, and it is necessary to take measures such as increasing the size and capacity of the orthogonal transformation device in advance in anticipation of deterioration of the fuel cell. It was.
このため、特許文献1記載の技術では、出力電圧と許容電圧を比較し、出力電圧が許容電圧を下回ると出力制限量を調整して劣化に対応している。 For this reason, in the technique described in Patent Document 1, the output voltage and the allowable voltage are compared, and when the output voltage falls below the allowable voltage, the output limit amount is adjusted to cope with the deterioration.
また、燃料電池の劣化診断技術としては、燃料電池スタックの出力電圧/出力電流比から燃料電池スタックの劣化を診断する方法が公知である(例えば、特許文献2)。
しかしながら、燃料電池の劣化によって引き起こされる出力電圧の低下は、化学エネルギーから電気エネルギーへの変換効率の低下が生じているということであり、これはつまり燃料電池での発熱量の増加を意味する。このために、燃料電池システムの熱収支が悪化し、燃料電池の温度が上昇してしまうという問題点があった。 However, the decrease in the output voltage caused by the deterioration of the fuel cell means that the conversion efficiency from chemical energy to electrical energy is decreased, which means that the amount of heat generated in the fuel cell is increased. For this reason, there is a problem that the heat balance of the fuel cell system deteriorates and the temperature of the fuel cell rises.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池から出力可能な最大出力を取り出すとともに、燃料電池温度が耐熱温度を超えない燃料電池の出力制限装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an output limiting device for a fuel cell in which the maximum output that can be output from the fuel cell is taken out and the fuel cell temperature does not exceed the heat resistance temperature.
上記問題点を解決するために、本発明は、燃料電池の温度を検出または推定する温度検出手段と、該温度検出手段による燃料電池の温度に基づいて燃料電池からの取出電力または取出電流の制限値である出力制限値を演算する出力制限値演算手段と、を備えた燃料電池の出力制限装置において、燃料電池の劣化の程度を検出する劣化検出手段と、前記劣化検出手段が検出した劣化の程度に基づいて前記出力制限値を補正する出力制限値補正手段と、をさらに備えたことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a temperature detecting means for detecting or estimating the temperature of the fuel cell, and a restriction on the power or current extracted from the fuel cell based on the temperature of the fuel cell by the temperature detecting means. An output limit value calculating means for calculating an output limit value that is a value, a deterioration detecting means for detecting the degree of deterioration of the fuel cell, and a deterioration detection means detected by the deterioration detecting means. The gist of the invention is that it further comprises output limit value correction means for correcting the output limit value based on the degree.
本発明によれば、燃料電池温度による出力制限に対して、燃料電池の劣化の程度に応じた補正を行うことができるので、劣化の少ない燃料電池に対して無駄に出力制限をかけることなく、可能な最大出力を取り出すことができるという効果がある。 According to the present invention, it is possible to perform correction according to the degree of deterioration of the fuel cell with respect to the output restriction due to the temperature of the fuel cell. There is an effect that the maximum possible output can be taken out.
また、劣化が進行した際に、燃料電池の温度が耐熱温度を超えるのを防止することができるという効果がある。 Further, there is an effect that it is possible to prevent the temperature of the fuel cell from exceeding the heat resistant temperature when the deterioration progresses.
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する各実施例は、特に限定されないが燃料電池車両に好適な燃料電池の出力制限装置である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each embodiment described below is a fuel cell output limiting device suitable for a fuel cell vehicle, although not particularly limited thereto.
図1は、本発明に係る燃料電池の出力制限装置の実施例1を備えた燃料電池システムの概略構成を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system including a first embodiment of a fuel cell output limiting device according to the present invention.
図1において、燃料電池システム1は、燃料電池2と、空気の流量を制御するコンプレッサ3、空気の圧力を制御するスロットル4、高圧水素の流量を制御する可変バルブ5、冷却水の流量を制御する冷却水ポンプ6、燃料電池の入口冷却水温度を検出するための燃料電池入口冷却水温度センサ(燃料電池入口冷却水温度検出手段)7、燃料電池の入口冷却水圧力を検出するための燃料電池入口冷却水圧力センサ8、燃料電池の出口冷却水圧力を検出するための燃料電池出口冷却水圧力センサ9、冷却水を冷却するためのラジエータ10、燃料電池から電流を取り出す負荷装置(パワーマネージャ)11、燃料電池システム全体を制御するとともに負荷装置11が燃料電池2から取り出す電流を制限するコントローラ12を備えている。
In FIG. 1, a fuel cell system 1 controls a fuel cell 2, a
コンプレッサ3では空気が圧縮されて燃料電池2のカソード2aへ送り込まれる。高圧水素は可変バルブ5で流量が制御され燃料電池2のアノード2bへ送られる。
In the
燃料電池2では送り込まれた空気と水素を反応させて発電を行う。燃料電池2で反応に使用した残りの空気はスロットル4で圧力制御が行われた後、排出される。また、燃料電池の冷却を行う冷却水は冷却水ポンプ6によって圧送されて燃料電池2の冷却部2cへ送り込み、燃料電池を冷却する。冷却水はラジエータ10によって冷却する。
The fuel cell 2 generates electricity by reacting the fed air and hydrogen. The remaining air used for the reaction in the fuel cell 2 is subjected to pressure control by the throttle 4 and then discharged. Cooling water for cooling the fuel cell is pumped by the
コントローラ12は、ここには図示しない燃料電池2の目標発電電流、燃料電池入口冷却水温度センサ7、燃料電池入口冷却水圧力センサ8、燃料電池出口冷却水圧力センサ9の信号を取り込み、内蔵された制御ソフトウエアに基づいてコンプレッサ3、スロットル4、可変バルブ5、冷却水ポンプ6を制御することにより、燃料電池システム1全体を制御する。
The
また、コントローラ12は、燃料電池2の温度を検出する燃料電池入口冷却水温度センサ7による温度に基づいて燃料電池2からの取出電力または取出電流の制限値である出力制限値を演算する出力制限値演算手段14と、燃料電池2の劣化の程度を検出する劣化検出手段13と、劣化検出手段13が検出した劣化の程度に基づいて出力制限値を補正する出力制限値補正手段15とを備えた燃料電池の出力制限装置を兼ねている。
In addition, the
コントローラ12は、特に限定されないが、本実施例では、CPUと、プログラムROMと、作業用RAMと、入出力インタフェースを備えたマイクロプロセッサで構成され、燃料電池の出力制限装置としての機能は、ROMに格納された制御プログラム及び各種制御データにより実現されている。
Although the
図2は、コントローラ12内部のブロック構成を説明するブロック図である。図2において、コントローラ12は、劣化検出手段13と、冷却水流量検出手段203と、出力制限手段204と、目標ガス流量演算部210と、減算手段211と、目標冷却水流量補正演算部212と、加算手段213とを備えている。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a block configuration inside the
冷却水流量検出手段203は、燃料電池入口冷却水圧力センサ8及び燃料電池出口冷却水圧力センサ9の検出値に基づいて、燃料電池2の冷却部2cに流れる冷却水の流量を検出する。 The cooling water flow rate detecting means 203 detects the flow rate of the cooling water flowing through the cooling unit 2 c of the fuel cell 2 based on the detection values of the fuel cell inlet cooling water pressure sensor 8 and the fuel cell outlet cooling water pressure sensor 9.
出力制限手段204は、劣化による出力制限値補正量演算部205と、燃料電池入口冷却水温度による出力制限値演算部206と、冷却水流量による出力制限値補正量演算部207と、加算手段208と、最終出力制限値演算部209とを備えている。
The
劣化による出力制限値補正量演算部205は、燃料電池2の劣化の程度を検出する劣化検出手段13の出力に基づき、燃料電池2の劣化による出力制限値補正量を演算する。
The output limit value correction
燃料電池入口冷却水温度による出力制限値演算部206は、燃料電池入口冷却水温度検出手段(図1の燃料電池入口冷却水温度検出センサ)7の検出値に基づき、燃料電池入口冷却水温度による出力制限値を演算する。冷却水流量による出力制限値補正量演算部207は、冷却水流量検出手段203が検出した冷却水流量に基づき冷却水流量による出力制限値補正量を演算する。
The output limit
最終出力制限値演算部209は、劣化による出力制限値補正量演算部205、燃料電池入口冷却水温度による出力制限値演算部206、及び冷却水流量による出力制限値補正量演算部207の各出力を加算手段208で全て足し合わされて補正された出力制限値が入力される。
The final output limit
本実施例によれば、燃料電池の劣化による補正成分の出力制限値補正量をすべて演算して足し合わせるので、すべての成分が出力制限値に統一され、各成分による出力制限の大小関係が明確になる。 According to the present embodiment, since all output limit value correction amounts of correction components due to deterioration of the fuel cell are calculated and added, all components are unified into output limit values, and the magnitude relationship of output limits by each component is clear. become.
最終出力制限値演算部209では、燃料電池入口冷却水温度検出手段7が検出した温度が所定値以下の場合、または、入力された出力制限値が目標発電電流よりも大きい場合は目標発電電流を目標取出電流として負荷装置11へ出力し、そうでない場合には、出力制限値を目標取出電流として負荷装置11へ出力する。
In the final output limit
また、目標ガス流量演算部210では、出力制限後の目標取出電流値に基づき目標水素流量と目標空気流量を演算する。このように、出力制限された電力または電流に応じて目標ガス流量を演算するようにしたので、取出電力または取出電流に見合ったガス流量を燃料電池に供給することができ、ガス供給過剰による水収支の悪化やガス供給不足を起こさないようにすることができる。
Further, the target gas flow
目標冷却水流量補正演算部212では目標発電電流と出力制限値の偏差に基づき目標冷却水流量補正値を演算し、ここには図示しない目標冷却水流量演算部にて演算される目標冷却水流量に目標冷却水流量補正値を足し合わせ、目標冷却水補正流量を出力する。
The target cooling water flow rate
本実施例によれば、出力制限が行われている際に冷却水流量の増量を行うことができるので、燃料電池の温度を下げて出力制限を緩和することができる。また、出力制限が行われていないときには冷却水流量を下げて無駄なエネルギを使うことが無い。 According to the present embodiment, since the cooling water flow rate can be increased while the output restriction is performed, the output restriction can be relaxed by lowering the temperature of the fuel cell. In addition, when the output is not limited, the waste water energy is not used by reducing the cooling water flow rate.
図3は、コントローラ12内部で行われる制御のメインフローチャートを示す。この処理は、例えば10[msec]に一度演算する。
FIG. 3 shows a main flowchart of control performed in the
まず、ステップ(以下、ステップをSと略す)301で燃料電池の劣化の程度を示す劣化率kを求める。本発明では、劣化率kは、燃料電池2が全く劣化していない場合の基準性能値(例えば、基準発電電流における発電電圧)を1(100%)とし、この基準性能値に対する燃料電池2の現状の性能値の比率を劣化率kで表すものとする。劣化率kは、別途コントローラ12で計測している燃料電池の総稼働時間から、予めコントローラ12に記憶した計算式、或いは制御マップを参照して求める。この計算式、或いは制御マップは、あらかじめ実験や机上検討から決定した燃料電池の劣化特性から近似計算式を求めたり制御マップを作成し、コントローラ12のROMに記憶させるとする。
First, in step (hereinafter, step is abbreviated as S) 301, a deterioration rate k indicating the degree of deterioration of the fuel cell is obtained. In the present invention, the deterioration rate k is set to 1 (100%) as the reference performance value (for example, the generated voltage at the reference generated current) when the fuel cell 2 is not deteriorated at all. The ratio of the current performance value is represented by the deterioration rate k. The deterioration rate k is obtained from the total operating time of the fuel cell separately measured by the
次いで、S302で燃料電池入口冷却水温度センサ7から燃料電池入口冷却水温度Tinを読み込む。このように、燃料電池の温度として燃料電池入口冷却水温度を用いることで、燃料電池内部に温度センサを設けることなく正確に燃料電池の温度を推定することができる。
Next, the fuel cell inlet cooling water temperature Tin is read from the fuel cell inlet cooling
S303で燃料電池入口冷却水圧力センサ8から燃料電池入口冷却水圧力Pin、燃料電池出口冷却水圧力センサ9から燃料電池出口冷却水圧力Poutを読み込み、PinからPoutで引いた差圧値(圧損)から、図4に示すような制御マップを参照して、冷却水流量Qを演算する。図4の制御マップは、あらかじめ実験や机上検討から決定した冷却水の燃料電池圧損に対する冷却水流量の特性をコントローラ12のROMに記憶させたものである。
In S303, the fuel cell inlet cooling water pressure Pin is read from the fuel cell inlet cooling water pressure sensor 8 and the fuel cell outlet cooling water pressure Pout is read from the fuel cell outlet cooling water pressure sensor 9, and the differential pressure value (pressure loss) subtracted from Pin by Pout. From this, the coolant flow rate Q is calculated with reference to a control map as shown in FIG. The control map of FIG. 4 is obtained by storing in the ROM of the
次いで、S304で劣化率k、燃料電池入口冷却水温度Tin、冷却水流量Qを用いて電流制限値Clを求める。詳細の演算方法は後述する。 Next, in S304, the current limit value Cl is obtained using the deterioration rate k, the fuel cell inlet coolant temperature Tin, and the coolant flow rate Q. A detailed calculation method will be described later.
S305では、燃料電池入口冷却水温度Tinが所定値Tth以下ならば、負荷装置11へ指示する最終的な目標取出電流Cleに目標発電電流を代入する。燃料電池入口冷却水温度Tinが所定値Tthよりも大きいならば、目標発電電流と電流制限値Clを比較し、値の小さい方を最終的な目標取出電流Cleとして選択する。ここで電流制限値Clの値が目標発電電流よりも小さければ出力制限が行われ、大きい場合には目標取出電流Cle=目標発電電流となり、出力制限はかからないことになる。所定値Tthは電流制限をかける必要の無い冷却水温度をあらかじめ実験や机上検討から決定する。
In S305, if the fuel cell inlet coolant temperature Tin is equal to or lower than the predetermined value Tth, the target generated current is substituted for the final target extraction current Cle instructed to the
S306では、あらかじめ実験や机上検討から決定した目標取出電流に対する目標水素流量と目標空気流量の特性から、目標水素流量と目標空気流量を目標取出電流Cleを用いて演算する。 In S306, the target hydrogen flow rate and the target air flow rate are calculated using the target extraction current Cle from the characteristics of the target hydrogen flow rate and the target air flow rate with respect to the target extraction current determined in advance through experiments and desk studies.
S307で図5に示すような予めコントローラ12に記憶した、電流制限量と目標冷却水流量補正量の特性マップを参照して、目標冷却水流量補正量を目標発電電流と電流制限値Clとの差を用いて演算し、演算結果を目標冷却水流量に加えて補正する。
With reference to the characteristic map of the current limit amount and the target coolant flow rate correction amount stored in advance in the
図5の特性は、目標発電電流が電流制限値よりも大きければ大きいほど冷却水流量補正量を大きくして燃料電池の耐圧許容温度を超えにくくし、逆に目標発電電流が電流制限値よりも小さければ小さいほど燃料電池の耐熱許容温度を超えない範囲で冷却水補正流量を減少させるように、あらかじめ実験や机上検討から決定する。 The characteristic of FIG. 5 is that the larger the target generated current is larger than the current limit value, the larger the coolant flow rate correction amount is made to make it harder to exceed the allowable pressure resistance temperature of the fuel cell. The smaller the smaller, the smaller the cooling water correction flow rate within the range that does not exceed the allowable temperature limit of the fuel cell.
図6は、S304での電流制限値Clの演算方法を示したフローチャートである。まず、S601で図7に示すような、予め実験や机上検討から決定した劣化率に対する電流制限値補正量の特性マップを参照して、劣化による電流制限値補正量Cldを劣化率kを用いて演算する。 FIG. 6 is a flowchart showing a method of calculating the current limit value Cl in S304. First, referring to the characteristic map of the current limit value correction amount with respect to the deterioration rate determined in advance from experiments and desk studies as shown in FIG. 7 in S601, the current limit value correction amount Cld due to deterioration is determined using the deterioration rate k. Calculate.
次いで、S602で図8に示すような、予め実験や机上検討から決定した燃料電池入口冷却水温度に対する燃料電池入口冷却水温度による電流制限値の特性マップを参照して、燃料電池入口冷却水温度による電流制限値Clcを燃料電池入口冷却水温度Tinを用いて演算する。 Next, referring to the characteristic map of the current limit value depending on the fuel cell inlet cooling water temperature with respect to the fuel cell inlet cooling water temperature determined in advance from experiments and desk studies as shown in FIG. Is calculated using the fuel cell inlet coolant temperature Tin.
次いで、S603で図9に示すような、予め実験や机上検討から決定した冷却水流量に対する冷却水流量による電流制限値補正量の特性マップを参照して、冷却水流量による電流制限値補正量Clqを冷却水流量Qを用いて演算する。 Next, referring to the characteristic map of the current limit value correction amount based on the cooling water flow rate with respect to the cooling water flow rate determined in advance from experiments and desk studies as shown in FIG. 9 in S603, the current limit value correction amount Clq based on the cooling water flow rate is determined. Is calculated using the cooling water flow rate Q.
S601〜S603で参照する図7〜図9の各特性マップは、予めコントローラ12のROMに記憶されているものである。
Each of the characteristic maps in FIGS. 7 to 9 referred to in S601 to S603 is stored in the ROM of the
S604で電流制限値Clを以下の式(1)を用いて演算する。 In S604, the current limit value Cl is calculated using the following equation (1).
Cl = Cld + Clc + Clq …(1)
本実施例では、燃料電池の出力制限を取出電流で行っているが、取出電力で出力制限してもよい。この場合、コントローラ12に記憶した燃料電池の電流電圧特性を参照して、目標発電電力から目標発電電流を算出することにより、取出電力による出力制限は、取出電流による制限に置き換えることができる。
Cl = Cld + Clc + Clq (1)
In this embodiment, the output of the fuel cell is limited by the extraction current, but the output may be limited by the extraction power. In this case, by referring to the current-voltage characteristics of the fuel cell stored in the
また本実施例では、燃料電池の劣化を燃料電池の総稼働時間から演算しているが、車両の総走行距離や、燃料電池の取出電流に対する出力電圧の関係から演算するなど、燃料電池の劣化を検出する他のいかなる手法を用いても良い。 In this embodiment, the deterioration of the fuel cell is calculated from the total operating time of the fuel cell. However, the deterioration of the fuel cell is calculated by calculating the relationship between the total travel distance of the vehicle and the output voltage with respect to the fuel cell extraction current. Any other method for detecting the signal may be used.
本実施例では劣化率を用いて電流制限値を補正したが、図10に示すような予め実験や机上検討から決定した劣化率と劣化によって増加する燃料電池の発熱量の特性から、劣化率kを用いて増加発熱量を演算し、この増加発熱量で電流制限値の補正を行ってもよい。燃料電池の発熱量は、同一出力電流においても劣化が進むと増加する。燃料電池の劣化率から増加する発熱量を演算し、この増加発熱量で電流制限値の補正を行うと、さらに精度の高い出力制限値を演算することができるという効果がある。 In this embodiment, the current limit value is corrected by using the deterioration rate. However, the deterioration rate k is determined based on the deterioration rate determined in advance from experiments and desk studies as shown in FIG. May be used to calculate the increased heat generation amount, and the current limit value may be corrected using the increased heat generation amount. The amount of heat generated by the fuel cell increases as the deterioration proceeds even at the same output current. If the heat generation amount that increases from the deterioration rate of the fuel cell is calculated and the current limit value is corrected with this increased heat generation amount, an output limit value with higher accuracy can be calculated.
本実施例では、S305にて燃料電池入口冷却水温度Tinが所定値Tth以下ならば、最終的な目標取出電流Cleに目標発電電流を代入するようにして、出力制限を行わないようにしているが、燃料電池入口冷却水温度による電流制限値Clcを燃料電池入口冷却水温度Tinが小さければ小さいほど大きな値を与える特性にすることで同様の機能を実現することもできる。 In this embodiment, if the fuel cell inlet coolant temperature Tin is equal to or lower than the predetermined value Tth in S305, the target power generation current is substituted for the final target extraction current Cle so that the output is not limited. However, a similar function can be realized by setting the current limit value Clc depending on the fuel cell inlet coolant temperature to a characteristic that gives a larger value as the fuel cell inlet coolant temperature Tin is smaller.
本実施例では燃料電池入口圧力センサ8と燃料電池出口圧力センサ9の出力の差から冷却水実流量を演算したが、どちらか片方の圧力センサのみで演算してもよい。また、冷却水ポンプ6に消費電流センサや実回転数センサを備えているものならば、その出力を用いて冷却水流量を演算しても良い。
In this embodiment, the actual coolant flow rate is calculated from the difference between the outputs of the fuel cell inlet pressure sensor 8 and the fuel cell outlet pressure sensor 9, but it may be calculated using only one of the pressure sensors. Further, if the cooling
以上の項目は以降の実施例でも同様である。 The above items are the same in the following embodiments.
次に、本発明に係る燃料電池の出力制限装置の実施例2を説明する。実施例2が適用される燃料電池システム全体の概略構成図は、図1に示した実施例1と同様である。 Next, a second embodiment of the output limiting device for a fuel cell according to the present invention will be described. The schematic configuration diagram of the whole fuel cell system to which the second embodiment is applied is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
図11は、実施例2のコントローラ12の内部構成を説明するブロック構成図であり、実施例1の図2と比べると、劣化による出力制限値補正量演算部205が削除され、冷却水流量による出力制限値補正量演算部207が冷却水流量減少率演算部1101に置き換わっている。さらに、図2の加算手段208が乗算手段1102に置き換わっている。その他の構成は、図2と同様である。
FIG. 11 is a block diagram illustrating the internal configuration of the
冷却水流量減少率演算部1101は、冷却水流量検出手段203に基づき冷却水流量減少率を演算する。最終出力制限値演算部209には、劣化率と、冷却水流量減少率と、燃料電池入口冷却水温度による出力制限値演算部206の出力とを乗算手段1102で全て掛け合わせた出力制限値が入力される。
The cooling water flow rate reduction rate calculation unit 1101 calculates the cooling water flow rate reduction rate based on the cooling water flow rate detection means 203. The final output limit
実施例2のメインフローチャートは、実施例1の図3と変わりないが、S304における電流制限値Clの演算方法が変更になっており、図12に演算内容のフローチャートを示す。 Although the main flowchart of the second embodiment is the same as that of FIG. 3 of the first embodiment, the calculation method of the current limit value Cl in S304 is changed, and FIG. 12 shows a flowchart of calculation contents.
まずS1201において、図8に示すようなあらかじめ実験や机上検討から決定した燃料電池入口冷却水温度に対する燃料電池入口冷却水温度による電流制限値の特性マップを参照して、燃料電池入口冷却水温度による電流制限値Clcを燃料電池入口冷却水温度Tinを用いて演算する。 First, in S1201, referring to the characteristic map of the current limit value depending on the fuel cell inlet cooling water temperature with respect to the fuel cell inlet cooling water temperature determined in advance from experiments and desk studies as shown in FIG. The current limit value Clc is calculated using the fuel cell inlet coolant temperature Tin.
次いで、S1202であらかじめ実験や机上検討にて決定した冷却水流量の設計値からの冷却水流量減少率Qkを冷却水流量Qを用いて演算する。 Next, the cooling water flow rate reduction rate Qk from the design value of the cooling water flow rate determined in advance through experiments and desk studies in S1202 is calculated using the cooling water flow rate Q.
次いで、S1203で電流制限値Clを以下の式(2)を用いて演算する。 In step S1203, the current limit value Cl is calculated using the following equation (2).
Cl = Clc × k × Qk …(2)
冷却水フィルタつまりなど冷却系の経時劣化によって冷却水の流量が低下すると、燃料電池の入口出口の温度差が開き、燃料電池の温度上昇を招きやすい。本実施例では、冷却水流量を出力制限値の補正演算に用いるので、冷却水流量が低下したときに燃料電池発熱量を抑える出力制限をかけることができる。
Cl = Clc × k × Qk (2)
When the flow rate of cooling water decreases due to deterioration of the cooling system such as a cooling water filter, that is, the temperature difference between the inlet and outlet of the fuel cell opens, and the temperature of the fuel cell tends to increase. In this embodiment, since the cooling water flow rate is used for the correction calculation of the output limit value, when the cooling water flow rate decreases, it is possible to apply an output limitation that suppresses the heat generation amount of the fuel cell.
次に、本発明に係る燃料電池の出力制限装置の実施例3を説明する。実施例3が適用される燃料電池システム全体の概略構成図は、図1に示した実施例1と同様である。 Next, a third embodiment of the output limiting device for a fuel cell according to the present invention will be described. The schematic configuration diagram of the whole fuel cell system to which the third embodiment is applied is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
図13は、実施例3のコントローラ12の内部構成を説明するブロック構成図であり、実施例1の図2と比べると、冷却水流量検出手段203、劣化による出力制限値補正量演算部205、冷却水流量による出力制限値補正量演算部207が削除され、燃料電池入口冷却水温度による出力制限値演算部206が出力制限値演算部1303に置き換わっている。その他の構成は、図2と同様である。
FIG. 13 is a block diagram illustrating the internal configuration of the
出力制限値演算部1303は劣化検出手段13が検出した燃料電池2の劣化率と、燃料電池入口冷却水温度検出手段7が検出した燃料電池2の温度とに基づいて、出力制限値としての電流制限値を演算し、演算結果を最終出力制限値演算部209へ出力する。
Based on the deterioration rate of the fuel cell 2 detected by the
実施例3のメインフローチャートを図14に示す。実施例1の図3と比べてS303が削除され、S304がS1504に置き換わっている。 The main flowchart of Example 3 is shown in FIG. Compared to FIG. 3 of the first embodiment, S303 is deleted and S304 is replaced with S1504.
S1504では、図15に示すようなあらかじめ実験や机上検討にて決定した劣化率と燃料電池入口冷却水温度に対する電流制限値の特性マップを参照して、電流制限値Clを劣化率kと燃料電池入口冷却水温度Tinとを用いて演算する。 In S1504, referring to the characteristic map of the current limit value with respect to the deterioration rate and the fuel cell inlet cooling water temperature determined in advance through experiments and desk studies as shown in FIG. 15, the current limit value Cl is set to the deterioration rate k and the fuel cell. Calculation is performed using the inlet cooling water temperature Tin.
本実施例では、劣化率のみによって補正を行ったが、あらかじめ実験や机上検討にて冷却水流量と燃料電池入口冷却水温度に対する電流制限値特性マップを準備し、冷却水流量による電流制限値を燃料電池入口冷却水温度Tinと冷却水流量Qによって演算し、この演算結果と電流制限値Clとの何れか小さい方を選択(セレクトロー)しても良い。 In this example, the correction was made based only on the deterioration rate, but a current limit value characteristic map for the coolant flow rate and the fuel cell inlet coolant temperature was prepared in advance through experiments and desktop studies, and the current limit value based on the coolant flow rate was calculated. The fuel cell inlet cooling water temperature Tin and the cooling water flow rate Q may be used for calculation, and the smaller of the calculation result and the current limit value Cl may be selected (select low).
次に、本発明に係る燃料電池の出力制限装置の実施例4を説明する。実施例4が適用される燃料電池システム全体の概略構成図は、図1に示した実施例1と同様である。 Next, a fourth embodiment of the output limiting device for a fuel cell according to the present invention will be described. The schematic configuration diagram of the entire fuel cell system to which the fourth embodiment is applied is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
図16は、実施例4のコントローラ12の内部構成を説明するブロック構成図であり、実施例3の図13と比べると、燃料電池入口冷却水温度検出手段7が検出した温度を劣化検出手段13が検出した劣化率で除算する除算手段1601が追加され、出力制限値演算部1303が出力制限値演算部1603に置き換わっている。その他の構成は、図13と同様である。
FIG. 16 is a block diagram illustrating the internal configuration of the
出力制限値演算部1603は、燃料電池入口冷却水温度検出手段7が検出した温度を劣化検出手段13の出力によって補正した温度値に基づいて、出力制限値を演算し、演算結果を最終出力制限値演算部209へ出力する。
The output limit
実施例4のメインフローチャートを図17に示す。実施例3の図14と比べて、S1703が追加され、S1504がS1704に置き換わっている。 FIG. 17 shows a main flowchart of the fourth embodiment. Compared to FIG. 14 of the third embodiment, S1703 is added and S1504 is replaced with S1704.
S1703で以下の式(3)を用いて燃料電池入口冷却水温度Tinを劣化率kによって補正し、燃料電池入口冷却水補正温度Tinaを演算する。 In S1703, the fuel cell inlet cooling water temperature Tin is corrected by the deterioration rate k using the following equation (3) to calculate the fuel cell inlet cooling water correction temperature Tina.
Tina = Tin ÷ k …(3)
S1704で図18に示すようなあらかじめ実験や机上検討にて決定した燃料電池入口冷却水補正温度と電流制限値の特性から電流制限値Clを燃料電池入口冷却水補正温度Tinaを用いて演算する。
Tina = Tin / k (3)
In S1704, the current limit value Cl is calculated using the fuel cell inlet cooling water correction temperature Tina from the characteristics of the fuel cell inlet cooling water correction temperature and the current limit value determined in advance through experiments and desk studies as shown in FIG.
本実施例によれば、燃料電池の温度を劣化による補正成分によって補正するので、劣化の影響によって増加した発熱量を加味した正確な燃料電池温度を把握することができる。 According to the present embodiment, since the temperature of the fuel cell is corrected by the correction component due to deterioration, it is possible to grasp the accurate fuel cell temperature in consideration of the calorific value increased due to the influence of deterioration.
尚、本実施例は劣化率kのみによって補正を行ったが、実施例2に示した冷却水流量減少率Qkをさらに補正に用いてもよい。 In this embodiment, the correction is performed only by the deterioration rate k, but the cooling water flow rate reduction rate Qk shown in the second embodiment may be further used for correction.
1:燃料電池システム
2:燃料電池
3:コンプレッサ
4:スロットル
5:可変バルブ
6:冷却水ポンプ
7:燃料電池入口冷却水温度センサ
8:燃料電池入口冷却水圧力センサ
9:燃料電池出口冷却水圧力センサ
10:ラジエータ
11:負荷装置
12:コントローラ
13:劣化検出手段
14:出力制限値演算手段
15:出力制限値補正手段
1: Fuel cell system 2: Fuel cell 3: Compressor 4: Throttle 5: Variable valve 6: Cooling water pump 7: Fuel cell inlet cooling water temperature sensor 8: Fuel cell inlet cooling water pressure sensor 9: Fuel cell outlet cooling water pressure Sensor 10: Radiator 11: Load device 12: Controller 13: Degradation detecting means 14: Output limit value calculating means 15: Output limit value correcting means
Claims (11)
該温度検出手段による燃料電池の温度に基づいて燃料電池からの取出電力または取出電流の制限値である出力制限値を演算する出力制限値演算手段と、
を備えた燃料電池の出力制限装置において、
燃料電池の劣化の程度を検出する劣化検出手段と、
前記劣化検出手段が検出した劣化の程度に基づいて前記出力制限値を補正する出力制限値補正手段と、をさらに備えたことを特徴とする燃料電池の出力制限装置。 Temperature detecting means for detecting or estimating the temperature of the fuel cell;
Output limit value calculating means for calculating an output limit value that is a limit value of the electric power or current taken out from the fuel cell based on the temperature of the fuel cell by the temperature detecting means;
In a fuel cell output limiting device comprising:
Deterioration detecting means for detecting the degree of deterioration of the fuel cell;
An output limit device for a fuel cell, further comprising output limit value correction means for correcting the output limit value based on a degree of deterioration detected by the deterioration detection means.
前記出力制限値補正手段は、
前記増加発熱量に基づいて前記出力制限値を補正することを特徴とする請求項1記載の燃料電池の出力制限装置。 Based on the degree of deterioration detected by the deterioration detection means, further includes an increased heat generation amount calculation unit that calculates an increased heat generation amount of the fuel cell due to deterioration
The output limit value correcting means includes
2. The fuel cell output limiting device according to claim 1, wherein the output limiting value is corrected based on the increased heat generation amount.
前記出力制限値補正手段は、
前記冷却水流量検出手段が検出した冷却水量に基づいて、前記出力制限値を補正することを特徴とする請求項1または請求項2記載の燃料電池の出力制限装置。 A cooling water flow rate detecting means for detecting a cooling water flow rate of the fuel cell;
The output limit value correcting means includes
3. The output limiting device for a fuel cell according to claim 1, wherein the output limiting value is corrected based on the cooling water amount detected by the cooling water flow rate detecting means.
前記温度検出手段による温度に基づく出力制限値を前記劣化検出手段が検出した劣化の程度によって補正し、この補正結果を前記燃料電池からの取出電力または取出電流の制限値とする演算を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池の出力制限装置。 The output limit value correcting means includes
The output limit value based on the temperature detected by the temperature detecting means is corrected according to the degree of deterioration detected by the deterioration detecting means, and the correction result is used as a limit value for the extracted power or the extracted current from the fuel cell. 4. The fuel cell output limiting device according to claim 1, wherein the output limiting device is a fuel cell.
前記温度検出手段による温度に基づく出力制限値と前記劣化検出手段が検出した劣化の程度に基づく補正値を加算し、この加算結果を前記燃料電池からの取出電力または取出電流の制限値とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池の出力制限装置。 The output limit value correcting means includes
The output limit value based on the temperature by the temperature detection means and the correction value based on the degree of deterioration detected by the deterioration detection means are added, and the addition result is used as a limit value for the extraction power or extraction current from the fuel cell. The output limiting device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記温度検出手段による温度を前記劣化検出手段が検出した劣化の程度によって補正し、この補正された温度値を用いて前記燃料電池からの取出電力または取出電流の制限値を演算することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池の出力制限装置。 The output limit value correcting means includes
The temperature detected by the temperature detecting means is corrected according to the degree of deterioration detected by the deterioration detecting means, and the limit value of the extracted power or the extracted current from the fuel cell is calculated using the corrected temperature value. The output limiting device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
前記温度検出手段による温度が所定値以下のときに、前記燃料電池の出力制限を行わないことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の燃料電池の出力制限装置。 The output limit value correcting means includes
7. The fuel cell output limiting device according to claim 1, wherein when the temperature detected by the temperature detection unit is equal to or lower than a predetermined value, the output limitation of the fuel cell is not performed. 7.
燃料電池冷却水の燃料電池入口における温度を検出する燃料電池入口温度検出手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の燃料電池の出力制限装置。 The temperature detecting means includes
8. The fuel cell output limiting device according to claim 1, wherein the fuel cell cooling water is a fuel cell inlet temperature detecting means for detecting a temperature of the fuel cell cooling water at the fuel cell inlet.
前記出力制限値演算手段による前記取出電力または前記取出電流の制限が大きいほど補正を大きくすることを特徴とする請求項10記載の燃料電池の出力制限装置。 The target cooling water flow rate correcting means is
11. The fuel cell output limiting device according to claim 10, wherein the correction is increased as the limit of the extracted power or the extracted current by the output limit value calculating means increases.
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