JP2006244966A - Current-voltage learning device of fuel cell - Google Patents

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育宏 谷口
Takeaki Obata
武昭 小幡
Michihiko Matsumoto
充彦 松本
Nobutaka Takahashi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current-voltage learning device of a fuel cell that can prevent the error of the learning of the current-voltage character by stopping the learning according to parameters of the condition of supply gas or the condition of the humidity of the fuel cell. <P>SOLUTION: A I-V learning system 7 learns the current voltage character of the fuel cell 1 based on a current detected by a current sensor 5 and a voltage detected by a voltage sensor 6. A learning stopping system 8 judges the learning of the I-V learning system 7 whether stop or not according to an air flow rate standard value fixed according to the target take off current of the fuel cell and an air flow rate detected by an air flow sensor 3. When it is judged to stop, the learning is stopped by sending a stopping signal to the I-V learning system 7. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池の電流−電圧特性を学習する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for learning current-voltage characteristics of a fuel cell.

燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。   In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidizing gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte has attracted attention as a power source for electric vehicles because of its low operating temperature and easy handling. That is, a fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen storage device such as a high-pressure hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, or a hydrogen storage alloy tank in the vehicle, and reacts by supplying hydrogen supplied therefrom and air containing oxygen to the fuel cell. This is the ultimate clean vehicle that drives the motor connected to the drive wheels with the electric energy extracted from the fuel cell, and the only exhaust material is water.

燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給が続く限り発電を継続することができる発電装置である。しかし、その使用過程において、電極触媒や電解質膜等の構成要素が劣化し、発電性能が低下する。   A fuel cell is a power generator that can continue power generation as long as the supply of fuel gas and oxidant gas continues. However, in the process of use, components such as the electrode catalyst and the electrolyte membrane are deteriorated, and the power generation performance is lowered.

燃料電池の電流電圧特性に基づいて燃料電池の劣化を診断するシステムとして、例えば、特許文献1に開示された劣化診断方法がある。この方法は、燃料電池の出力電流と出力電圧とを検出し、これら出力電流及び出力電圧に基づいて燃料電池の電流−電圧特性を学習し、電流−電圧特性の傾きとY切片に基づいて、燃料電池の劣化を診断する方法である。
特開平11−195423号公報(第6頁、図1)
As a system for diagnosing deterioration of a fuel cell based on the current-voltage characteristics of the fuel cell, for example, there is a deterioration diagnosis method disclosed in Patent Document 1. This method detects the output current and output voltage of the fuel cell, learns the current-voltage characteristic of the fuel cell based on the output current and output voltage, and based on the slope of the current-voltage characteristic and the Y-intercept, This is a method for diagnosing deterioration of a fuel cell.
JP-A-11-195423 (page 6, FIG. 1)

しかしながら、上記従来例にあっては、燃料電池への供給ガス流量が不足したり、加湿状態が悪化したときには、燃料電池は劣化してないにもかかわらず電圧が低下し、電流−電圧特性を誤学習するという問題点があった。また、燃料電池が水詰まりを起こしたときにもセル電圧が低下するので、誤学習するという問題点があった。   However, in the above conventional example, when the flow rate of the gas supplied to the fuel cell is insufficient or the humidification state deteriorates, the voltage drops even though the fuel cell is not deteriorated, and the current-voltage characteristics are improved. There was a problem of mislearning. In addition, when the fuel cell is clogged with water, the cell voltage is lowered, which causes a problem of erroneous learning.

上記問題点を解決するために、本発明は、アノードとカソード間に挟持された電解質膜を介して燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池の電流−電圧特性を学習する燃料電池の電流−電圧特性学習装置において、燃料電池の電流値及び電圧値を入力して燃料電池の電流−電圧特性を学習する電流−電圧特性学習手段と、燃料電池へ供給する燃料ガス、酸化剤ガス、冷却液、加湿用水の何れかの流体の状態が所望の運転状態から外れたときには、前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させる学習停止手段と、を備えたことを要旨とする。   In order to solve the above problems, the present invention learns the current-voltage characteristics of a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas through an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode. In a current-voltage characteristic learning device for a fuel cell, current-voltage characteristic learning means for inputting the current value and voltage value of the fuel cell to learn the current-voltage characteristic of the fuel cell, fuel gas supplied to the fuel cell, oxidation And a learning stop means for stopping the learning of the current-voltage characteristic learning means when the fluid state of any one of the agent gas, the coolant, and the humidifying water deviates from a desired operation state. .

本発明によれば、燃料電池へ供給する燃料ガス、酸化剤ガス、冷却液、加湿用水の何れかの流体の状態が、所望の運転状態から外れたときには、前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、燃料電池への供給ガス流量が不足したり、加湿状態が悪化したときには、燃料電池が劣化してないにもかかわらず電圧が低下するので、このときの電流−電圧特性の学習を止めることによって、誤学習を防止することができるという効果がある。   According to the present invention, when the state of any one of the fuel gas, oxidant gas, coolant, and humidifying water supplied to the fuel cell deviates from a desired operation state, the current-voltage characteristic learning means learns. When the supply gas flow rate to the fuel cell is insufficient or the humidification state deteriorates, the voltage decreases even though the fuel cell is not deteriorated. By stopping the learning of characteristics, there is an effect that erroneous learning can be prevented.

次に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例1を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池へ供給する流体として酸化剤ガスである空気の状態が基準流量値未満の場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例であり、空気流量検出に流量センサを用いた実施例である。   FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including a first embodiment of a current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. This embodiment is an embodiment in which learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell is stopped when the state of the air that is an oxidant gas as the fluid supplied to the fuel cell is less than the reference flow rate value, and is used for air flow detection. It is an Example using a flow sensor.

図1において、燃料電池1は、アノードとカソード間に、例えば固体高分子電解質を電解質膜として挟持した燃料電池である。燃料電池1の図示しないアノードには図外の水素供給手段から水素ガス、カソードにはコンプレッサ2によって空気がそれぞれ供給され、以下に示す電極反応により直流電力が発電される。   In FIG. 1, a fuel cell 1 is a fuel cell in which, for example, a solid polymer electrolyte is sandwiched between an anode and a cathode as an electrolyte membrane. Hydrogen gas is supplied from a hydrogen supply means (not shown) to the anode (not shown) of the fuel cell 1 and air is supplied to the cathode by the compressor 2, and DC power is generated by the electrode reaction described below.

アノード(水素極):H2 → 2H+ +2e- …(1)
カソード(酸素極):2H+ +2e- +(1/2)O2 → H2O …(2)
エアフローセンサ3は、コンプレッサ2からカソードへ供給する空気流量を検出する。パワーマネージャー(PM)4は、燃料電池1から電流を取り出し、所望の電力変換を行って、図示しない負荷へ電力を供給する。電流センサ5は、燃料電池1の取出電流を検出する。電圧センサ6は、燃料電池1の全セルの総電圧を検出する。
Anode (hydrogen electrode): H 2 → 2H + + 2e (1)
Cathode (oxygen electrode): 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
The air flow sensor 3 detects the flow rate of air supplied from the compressor 2 to the cathode. The power manager (PM) 4 takes out current from the fuel cell 1, performs desired power conversion, and supplies power to a load (not shown). The current sensor 5 detects the extraction current of the fuel cell 1. The voltage sensor 6 detects the total voltage of all the cells of the fuel cell 1.

本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置は、I−V学習手段7と、学習停止手段8とを備えて構成されている。   The current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention comprises an IV learning means 7 and a learning stop means 8.

I−V学習手段7は、電流センサ5によって検出された電流と電圧センサ6によって検出された電圧に基づいて、燃料電池1の電流−電圧特性を学習する電流−電圧特性学習手段である。その学習方法については、特許文献1などに公知技術として記載されているので、ここでは省略する。   The IV learning unit 7 is a current-voltage characteristic learning unit that learns the current-voltage characteristic of the fuel cell 1 based on the current detected by the current sensor 5 and the voltage detected by the voltage sensor 6. Since the learning method is described as a known technique in Patent Document 1 and the like, it is omitted here.

学習停止手段8は、燃料電池目標取出電流に応じて設定した空気流量基準値とエアフローセンサ3によって検出された空気流量に応じて、I−V学習手段7の学習を停止するか否かを判断し、停止と判断したときに、停止信号をI−V学習手段7に送り、学習を停止させる。   The learning stop unit 8 determines whether or not to stop the learning of the IV learning unit 7 according to the air flow rate reference value set according to the fuel cell target extraction current and the air flow rate detected by the air flow sensor 3. When it is determined to stop, a stop signal is sent to the IV learning means 7 to stop learning.

尚、特に限定されないが本実施例では、I−V学習手段7と学習停止手段8とは、燃料電池システム全体を制御するコントローラと一体に形成されている。このコントローラは、例えば、CPUと、制御プログラムち制御用の各種パラメータ及びテーブルを記憶する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することができる。   Although not particularly limited, in the present embodiment, the IV learning means 7 and the learning stop means 8 are formed integrally with a controller that controls the entire fuel cell system. This controller can be composed of, for example, a microprocessor including a CPU, a ROM that stores various control parameters and tables, a working RAM, and an input / output interface.

図2は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートであり、所定時間毎にコントローラのメインルーチンから呼び出されて実行されるサブルーチンとして構成されている。まずステップ(以下、Sと略す)201でエアフローセンサ3による空気流量検出を行う。次いで、S202で空気流量検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S202の判定で基準値以上である場合には、S203へ進み、電流電圧特性学習(I−V学習)を継続する。S202の判定で基準値未満の場合には空気不足によりI−V特性が下がることがあるため、S204へ進みI−V学習を停止する。   FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning apparatus according to the present embodiment, and is configured as a subroutine that is called from the main routine of the controller and executed every predetermined time. First, in step (hereinafter abbreviated as S) 201, the air flow sensor 3 detects the air flow rate. Next, in S202, it is determined whether or not the detected air flow rate is greater than or equal to a reference value. When it is determined that the value is equal to or larger than the reference value in S202, the process proceeds to S203, and current-voltage characteristic learning (IV learning) is continued. If the determination in S202 is less than the reference value, the IV characteristic may decrease due to air shortage, so the process proceeds to S204 and IV learning is stopped.

図3は、学習停止手段8における空気流量基準値の設定方法の例を示す図である。カソード反応の式(2)から明らかなように、燃料電池の取出電流に比例した質量流量の酸素が消費されるため、燃料電池の目標取出電流に比例した空気流量基準値を設定する。ここで、比例定数は、燃料電池の特性によって定められる、出力電流に対する空気の質量流量の過剰率と、空気中の酸素の比率と、カソード反応式(2)と、ファラデー定数(F)により算出される。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for setting the air flow rate reference value in the learning stop unit 8. As is clear from the cathode reaction equation (2), oxygen having a mass flow rate proportional to the extraction current of the fuel cell is consumed, so an air flow reference value proportional to the target extraction current of the fuel cell is set. Here, the proportionality constant is calculated from the excess ratio of the mass flow rate of air to the output current, the ratio of oxygen in the air, the cathode reaction equation (2), and the Faraday constant (F) determined by the characteristics of the fuel cell. Is done.

以上説明した本実施例によれば、流量センサで検出した空気流量が基準値に満たないときには、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、空気流量不足に起因する燃料電池の電圧低下を燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when the air flow rate detected by the flow rate sensor is less than the reference value, the learning of the current-voltage characteristic learning means is stopped. This has the effect of preventing the voltage drop from being mistakenly learned as deterioration of the fuel cell.

尚、本実施例及び以下に説明する各実施例において、学習停止手段に代えて、I−V学習手段の学習速度を低下させる学習遅延手段を備えるように変形しても同様の効果がある。ここで学習の速度を低下させる具体的な方法として、電流値及び電圧値のサンプリング時間間隔を伸延してもよいし、電流−電圧特性の学習結果として求める電流−電圧特性の近似式を規定するパラメータ(例えば引用文献1では、電流−電圧特性の傾きとY切片)の算出時間間隔を伸延してもよい。   Note that, in this embodiment and each embodiment described below, the same effect can be obtained by modifying the learning delay means to reduce the learning speed of the IV learning means in place of the learning stop means. Here, as a specific method of reducing the learning speed, the sampling time interval between the current value and the voltage value may be extended, or an approximate expression of the current-voltage characteristic obtained as a learning result of the current-voltage characteristic is defined. The calculation time interval of the parameters (for example, in Cited Document 1, the slope of the current-voltage characteristic and the Y intercept) may be extended.

次に実施例2について説明する。図4は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例2を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池へ供給する流体として酸化剤ガスである空気の状態が基準流量値未満の場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例であり、空気を供給するコンプレッサの回転数から空気流量を推定している。   Next, Example 2 will be described. FIG. 4 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including a second embodiment of the current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. The present embodiment is an embodiment in which learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell is stopped when the state of air, which is an oxidant gas, is less than the reference flow rate value as the fluid supplied to the fuel cell, and air is supplied. The air flow rate is estimated from the compressor speed.

本実施例と図1に示した実施例1との相違は、空気流量を検出するエアフローセンサ3を備えず、コンプレッサ2の回転数計測値に基づいて空気流量を推定している点である。その他の構成は、図1に示した実施例1と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。   The difference between the present embodiment and the first embodiment shown in FIG. 1 is that the air flow sensor 3 that detects the air flow rate is not provided, and the air flow rate is estimated based on the rotation speed measurement value of the compressor 2. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the same components are assigned the same reference numerals and redundant description is omitted.

学習停止手段8は、燃料電池目標取出電流に応じて設定したコンプレッサ回転数基準値とコンプレッサ2の回転数計測値に応じて、I−V学習手段7の学習を停止するか否かを判断する。   The learning stop unit 8 determines whether or not to stop the learning of the IV learning unit 7 according to the compressor rotation speed reference value set according to the fuel cell target extraction current and the rotation speed measurement value of the compressor 2. .

図5は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS501でコンプレッサ回転数の検出を行う。次いでS502でコンプレッサ回転数検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S502の判定で基準値以上である場合には、S503へ進み、I−V学習を継続する。S502の判定で基準値未満の場合には、S504へ進み、I−V学習を停止する。   FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning device according to this embodiment. First, in step S501, the rotation speed of the compressor is detected. Next, in S502, it is determined whether or not the compressor rotation speed detection value is greater than or equal to a reference value. If it is determined in S502 that the reference value is equal to or greater than the reference value, the process proceeds to S503 and the IV learning is continued. If it is less than the reference value in the determination in S502, the process proceeds to S504, and IV learning is stopped.

図6は、学習停止手段8におけるコンプレッサ回転数基準値の設定方法の例を示す図である。燃料電池の取出電流に基づいて空気が消費され、必要なコンプレッサ回転数が決まる。このため、空気流量(質量流量)に対するコンプレッサ回転数を実験的に求め、燃料電池の目標取出電流に応じた空気流量を供給できるコンプレッサ回転数基準値を設定する。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method for setting the compressor rotation speed reference value in the learning stop unit 8. Air is consumed based on the extraction current of the fuel cell, and the required compressor speed is determined. For this reason, the compressor rotation speed with respect to the air flow rate (mass flow rate) is experimentally obtained, and a compressor rotation speed reference value that can supply the air flow rate according to the target extraction current of the fuel cell is set.

以上説明した本実施例によれば、空気流量が基準値に満たないときには、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、空気流量不足に起因する燃料電池の電圧低下を燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, since the learning of the current-voltage characteristic learning means is stopped when the air flow rate is less than the reference value, the voltage drop of the fuel cell due to the insufficient air flow rate is prevented. There is an effect that it is possible to prevent learning by mistake and deterioration.

また本実施例は、空気流量をコンプレッサの回転数で検出しているので、空気流量センサを省略することができる。   In this embodiment, since the air flow rate is detected by the rotation speed of the compressor, the air flow rate sensor can be omitted.

次に実施例3について説明する。図7は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例3を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池へ供給する流体として酸化剤ガスである空気の状態が基準圧力値未満の場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例である。   Next, Example 3 will be described. FIG. 7 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including a third embodiment of the current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. The present embodiment is an embodiment in which learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell is stopped when the state of air that is an oxidant gas as a fluid supplied to the fuel cell is less than the reference pressure value.

本実施例と図1に示した実施例1との相違は、実施例1のエアフローセンサ3に代えて、燃料電池1のカソード入口の空気圧力を検出する圧力センサ9と、燃料電池1のカソード出口の空気を絞ってカソード圧力を調整する調圧弁10とを備えている点である。その他の構成は、図1に示した実施例1と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。   The difference between the present embodiment and the first embodiment shown in FIG. 1 is that, instead of the airflow sensor 3 of the first embodiment, a pressure sensor 9 that detects the air pressure at the cathode inlet of the fuel cell 1 and the cathode of the fuel cell 1. And a pressure regulating valve 10 that regulates the cathode pressure by restricting the air at the outlet. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the same components are assigned the same reference numerals and redundant description is omitted.

図8は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS701で燃料電池1のカソード入口の空気圧力を圧力センサ9で検出する。次いで、S702で燃料電池入口の空気圧力検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S702の判定で基準値以上の場合には、S703へ進み、I−V学習を継続する。S7023の判定で基準値未満の場合には、S704へ進み、I−V学習を停止する。   FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning apparatus according to this embodiment. First, in step S <b> 701, the air pressure at the cathode inlet of the fuel cell 1 is detected by the pressure sensor 9. Next, in S702, it is determined whether or not the detected air pressure at the fuel cell inlet is equal to or higher than a reference value. If the determination in S702 is greater than or equal to the reference value, the process proceeds to S703 and the IV learning is continued. If it is less than the reference value in the determination in S7023, the process proceeds to S704, and the IV learning is stopped.

図9は、学習停止手段8における空気圧力基準値の設定方法の例を示す図である。燃料電池1の取出電流に基づいて予め設定された目標空気圧力にならって空気圧力基準値を設定する。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a method for setting the air pressure reference value in the learning stop unit 8. An air pressure reference value is set in accordance with a preset target air pressure based on the extraction current of the fuel cell 1.

以上説明した本実施例によれば、空気圧力が基準値に満たないときには、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、空気圧力不足に起因する燃料電池の電圧低下を燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, since the learning of the current-voltage characteristic learning means is stopped when the air pressure is less than the reference value, the fuel cell voltage drop caused by the shortage of air pressure is prevented. There is an effect that it is possible to prevent learning by mistake and deterioration.

次に実施例4について説明する。図10は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例4を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池へ供給する流体として燃料ガスである水素の状態が基準値未満の場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例である。   Next, Example 4 will be described. FIG. 10 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including a fuel cell current-voltage characteristic learning device according to a fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is an embodiment in which learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell is stopped when the state of hydrogen as the fuel gas as a fluid supplied to the fuel cell is less than a reference value.

図10において、燃料電池1と、パワーマネージャー(PM)4と、電流センサ5と、電圧センサ6と、I−V学習手段7と、学習停止手段8とは、学習停止手段8の停止判定方法を除いて、図1に示した実施例1と同様である。   In FIG. 10, the fuel cell 1, the power manager (PM) 4, the current sensor 5, the voltage sensor 6, the IV learning means 7, and the learning stop means 8 are a stop determination method for the learning stop means 8. Is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

水素タンク11は、燃料電池1へ供給する燃料ガスとして水素を貯蔵する。圧力センサ12は、水素タンク11内の水素圧力を検出する。減圧弁13は、水素タンク11から供給される高圧水素を所定の中圧まで減圧する。水素調圧弁14は、中圧の水素を燃料電池1の運転圧力まで減圧して燃料電池1のカソード入口へ供給する。圧力センサ16は、燃料電池1のカソード入口の水素圧力を検出する。水素調圧弁14及び圧力センサ16は、燃料電池1のカソード圧力調整制御に用いられる。   The hydrogen tank 11 stores hydrogen as a fuel gas supplied to the fuel cell 1. The pressure sensor 12 detects the hydrogen pressure in the hydrogen tank 11. The pressure reducing valve 13 reduces the high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank 11 to a predetermined medium pressure. The hydrogen pressure regulating valve 14 reduces the medium-pressure hydrogen to the operating pressure of the fuel cell 1 and supplies it to the cathode inlet of the fuel cell 1. The pressure sensor 16 detects the hydrogen pressure at the cathode inlet of the fuel cell 1. The hydrogen pressure regulating valve 14 and the pressure sensor 16 are used for cathode pressure adjustment control of the fuel cell 1.

水素循環ポンプ15は、燃料電池1で消費されなかった水素を再循環させる。パージ弁17は、水素循環経内の窒素濃度を所定の範囲に管理するために開駆動され、アノード及び水素循環路内に蓄積した窒素を排出する弁である。希釈ファン18は、パージ弁17から排出される窒素を含んだ水素ガスを燃焼下限界濃度未満にまで希釈して系外へ放出する。   The hydrogen circulation pump 15 recirculates hydrogen that has not been consumed in the fuel cell 1. The purge valve 17 is a valve that is opened to manage the nitrogen concentration in the hydrogen circulation passage within a predetermined range, and discharges nitrogen accumulated in the anode and the hydrogen circulation path. The dilution fan 18 dilutes the hydrogen gas containing nitrogen discharged from the purge valve 17 to below the lower combustion limit concentration and discharges it to the outside of the system.

学習停止手段8は、圧力センサ12によって検出された水素タンク内圧と、燃料電池目標取出電流に応じて設定した水素循環ポンプ回転数基準値と同計測値との比較結果と、燃料電池目標取出電流に応じて設定した水素圧力基準値と同計測値との比較結果とに応じて、I−V学習手段7の学習を停止するか否かを判断する。   The learning stop means 8 compares the hydrogen tank internal pressure detected by the pressure sensor 12, the hydrogen circulation pump rotation speed reference value set according to the fuel cell target extraction current, and the same measured value, and the fuel cell target extraction current. Whether the learning of the IV learning means 7 is to be stopped is determined according to the comparison result between the hydrogen pressure reference value set according to the measured value and the measured value.

図11は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS1101において、水素タンク11の内圧を圧力センサ12により検出する。次いで、S1102で水素タンク内圧が基準値以上であるか否かを判定する。S1102の判定で基準値以上である場合には、S1103へ進み、水素循環ポンプの回転数を検出し、S1104へ進む。S1102の判定で基準値未満であれば、S1108へ進み、I−V学習を停止する。   FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning device according to this embodiment. First, in S1101, the internal pressure of the hydrogen tank 11 is detected by the pressure sensor 12. Next, in S1102, it is determined whether or not the internal pressure of the hydrogen tank is equal to or higher than a reference value. If it is determined in S1102 that the value is equal to or larger than the reference value, the process proceeds to S1103, the number of rotations of the hydrogen circulation pump is detected, and the process proceeds to S1104. If it is less than the reference value in the determination in S1102, the process proceeds to S1108, and IV learning is stopped.

S1104では、水素循環ポンプの回転数検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S1104の判定で基準値以上の場合には、S1105へ進み、圧力センサ16で燃料電池入口の水素圧力を検出して、S1106へ進む。S1104の判定で基準値未満の場合には、S1108へ進みI−V学習を停止する。   In S1104, it is determined whether or not the detected value of the rotation number of the hydrogen circulation pump is equal to or greater than a reference value. If the determination in S1104 is greater than or equal to the reference value, the process proceeds to S1105, the hydrogen pressure at the fuel cell inlet is detected by the pressure sensor 16, and the process proceeds to S1106. If it is less than the reference value in the determination in S1104, the process proceeds to S1108 and IV learning is stopped.

S1106では、燃料電池入口の水素圧力検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S1106の判定で基準値以上の場合には、S1107へ進み、I−V学習を継続する。S1106の判定で基準値未満の場合には、S1108へ進みI−V学習を停止する。   In S1106, it is determined whether or not the hydrogen pressure detection value at the fuel cell inlet is greater than or equal to a reference value. If it is determined in S1106 that the reference value is greater than or equal to the reference value, the process proceeds to S1107 and IV learning is continued. When it is less than the reference value in the determination in S1106, the process proceeds to S1108 and IV learning is stopped.

図12は、学習停止手段8における水素循環ポンプ回転数基準値と水素圧力基準値の設定方法の例を示す図である。アノード反応の式(1)から明らかなように、燃料電池の取出電流に比例した質量流量の水素が消費されるため、燃料電池の目標取出電流に比例した水素流量基準値を設定する。この水素流量基準値に応じた水素循環ポンプ15の回転数特性から、燃料電池の取出電流に対応した、必要な水素循環ポンプ回転数が決まる。このため、燃料電池の目標取出電流に応じて水素循環ポンプ回転数基準値を設定する。また、燃料電池の取出電流に基づいてあらかじめ設定された目標水素圧力にならって水素圧力基準値を設定する。   FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a method for setting the hydrogen circulation pump rotation speed reference value and the hydrogen pressure reference value in the learning stop unit 8. As is apparent from the equation (1) of the anode reaction, hydrogen having a mass flow rate proportional to the extraction current of the fuel cell is consumed. Therefore, a hydrogen flow reference value proportional to the target extraction current of the fuel cell is set. From the rotational speed characteristic of the hydrogen circulation pump 15 corresponding to this hydrogen flow rate reference value, the necessary hydrogen circulation pump rotational speed corresponding to the take-out current of the fuel cell is determined. For this reason, the hydrogen circulation pump rotational speed reference value is set according to the target extraction current of the fuel cell. Further, a hydrogen pressure reference value is set in accordance with a target hydrogen pressure that is set in advance based on the extraction current of the fuel cell.

以上説明した本実施例によれば、水素流量または水素圧力が基準値未満の場合には、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、水素不足に起因する燃料電池の電圧低下を燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when the hydrogen flow rate or the hydrogen pressure is less than the reference value, the learning of the current-voltage characteristic learning unit is stopped, so the voltage drop of the fuel cell due to the hydrogen shortage Can be prevented from being mistakenly learned as deterioration of the fuel cell.

また本実施例によれば、水素循環ポンプ回転数から水素流量を推定することができるので、水素流量センサを省略し、水素流路の構成を簡易にすることができるという効果がある。   Further, according to this embodiment, since the hydrogen flow rate can be estimated from the hydrogen circulation pump rotation speed, there is an effect that the hydrogen flow rate sensor can be omitted and the configuration of the hydrogen flow path can be simplified.

次に実施例5について説明する。図13は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例5を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料循環路内の窒素濃度が所定の濃度範囲を外れた場合に、燃料電池へ供給する水素の状態が基準流量未満と判断して、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例である。   Next, Example 5 will be described. FIG. 13 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including Example 5 of a current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. In this embodiment, when the nitrogen concentration in the fuel circuit is out of the predetermined concentration range, it is determined that the state of hydrogen supplied to the fuel cell is less than the reference flow rate, and the current-voltage characteristics of the fuel cell are learned. This is an example of stopping.

本実施例と図10に示した実施例4との相違は、水素循環ポンプ15のモータ駆動電流を検出する電流センサ19と、水素循環ポンプ15の回転数計測値及びモータ駆動電流に基づいて水素循環路内の窒素濃度を推定する窒素濃度推定手段20とが追加され、学習停止手段8は、窒素濃度推定手段20が推定した窒素濃度に応じて学習停止を制御していることである。その他の構成は、図10に示した実施例4と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。   The difference between the present embodiment and the fourth embodiment shown in FIG. 10 is that a current sensor 19 that detects the motor drive current of the hydrogen circulation pump 15, the rotation speed measurement value of the hydrogen circulation pump 15, and the motor drive current A nitrogen concentration estimating means 20 for estimating the nitrogen concentration in the circulation path is added, and the learning stop means 8 controls the learning stop according to the nitrogen concentration estimated by the nitrogen concentration estimating means 20. The other configuration is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG. 10, and therefore, the same components are assigned the same reference numerals and redundant description is omitted.

窒素濃度推定手段20は、窒素濃度が高いほどモータ駆動電流が大きくなる関係から窒素濃度を推定する。学習停止手段8は、窒素濃度推定値に応じて水素循環ポンプ15の循環性能が基準値を満たしているかを判断し、I−V学習手段7の学習を停止するか否かを判断する。   The nitrogen concentration estimation means 20 estimates the nitrogen concentration from the relationship that the motor drive current increases as the nitrogen concentration increases. The learning stop unit 8 determines whether the circulation performance of the hydrogen circulation pump 15 satisfies the reference value according to the estimated nitrogen concentration value, and determines whether to stop the learning of the IV learning unit 7.

図14は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS1401で水素循環ポンプ15の回転数の検出を行う。次いでS1402では、電流センサ19により水素循環ポンプ15の駆動電流の検出を行う。S1403では、水素循環ポンプ15の回転数及びモータ駆動電流から水素循環系内の窒素濃度の推定を行う。次いでS1404で水素循環系内の窒素濃度推定値が基準上限値と基準下限値との間の基準範囲内にあるか否かを判定する。S1404の判定で基準範囲内にある場合には、S1405へ進みI−V学習を継続する。S1404の判定で基準範囲外の場合には、S1406へ進みI−V学習を停止する。   FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning device according to this embodiment. First, in S1401, the number of rotations of the hydrogen circulation pump 15 is detected. Next, in S1402, the current sensor 19 detects the drive current of the hydrogen circulation pump 15. In S1403, the nitrogen concentration in the hydrogen circulation system is estimated from the rotation speed of the hydrogen circulation pump 15 and the motor drive current. Next, in S1404, it is determined whether or not the estimated nitrogen concentration value in the hydrogen circulation system is within the reference range between the reference upper limit value and the reference lower limit value. If it is determined in S1404 that it is within the reference range, the process proceeds to S1405 and the IV learning is continued. If it is determined in S1404 that it is out of the reference range, the process proceeds to S1406 and IV learning is stopped.

図15は、学習停止手段8における水素循環系内の窒素濃度基準値の設定方法の例を示す図である。水素循環ポンプの循環性能が必要循環流量を満足するような窒素濃度範囲を設定する。窒素分子は、水素分子に比べて約14倍重いので、窒素濃度が高いと循環系内のガスが重くなり、水素循環ポンプ15による循環性能が落ちる。また、窒素濃度が低過ぎても循環系内のガスが軽くなり、水素循環ポンプ15が空回りするような現象が起きて循環性能が落ちる。従って、窒素濃度を横軸とし、水素循環ポンプの循環性能を縦軸にとれば、上に凸の形状の特性図となる。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a method for setting the nitrogen concentration reference value in the hydrogen circulation system in the learning stop unit 8. The nitrogen concentration range is set so that the circulation performance of the hydrogen circulation pump satisfies the required circulation flow rate. Nitrogen molecules are about 14 times heavier than hydrogen molecules, so if the nitrogen concentration is high, the gas in the circulation system becomes heavier and the circulation performance of the hydrogen circulation pump 15 is reduced. Further, even if the nitrogen concentration is too low, the gas in the circulation system becomes light, and a phenomenon that the hydrogen circulation pump 15 rotates idly occurs and the circulation performance deteriorates. Accordingly, if the nitrogen concentration is taken on the horizontal axis and the circulation performance of the hydrogen circulation pump is taken on the vertical axis, the characteristic diagram has an upwardly convex shape.

以上説明した本実施例によれば、水素循環系の窒素濃度あるいは水素濃度が、水素循環装置が循環機能を果たす濃度範囲を外れた場合には、水素流量が基準値に満たないと判断し、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、水素流量不足に起因する燃料電池の電圧低下を燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when the nitrogen concentration or hydrogen concentration of the hydrogen circulation system is out of the concentration range in which the hydrogen circulation device performs the circulation function, it is determined that the hydrogen flow rate does not satisfy the reference value, Since the learning of the current-voltage characteristic learning means is stopped, there is an effect that it is possible to prevent the fuel cell voltage drop caused by the insufficient hydrogen flow rate from being mistakenly learned as the deterioration of the fuel cell.

次に実施例6について説明する。図16は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例6を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池へ供給する流体として燃料ガスである水素の状態が基準圧力値未満の場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例である。   Next, Example 6 will be described. FIG. 16 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including a sixth embodiment of the current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. The present embodiment is an embodiment in which learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell is stopped when the state of hydrogen as the fuel gas as the fluid supplied to the fuel cell is less than the reference pressure value.

本実施例と図10に示した実施例4との相違は、水素循環手段として水素循環ポンプ15に代えて、流体ポンプであるエゼクタ21により水素を循環させていることである。その他の構成は、図10に示した実施例4と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。   The difference between the present embodiment and the fourth embodiment shown in FIG. 10 is that hydrogen is circulated by an ejector 21 which is a fluid pump instead of the hydrogen circulation pump 15 as a hydrogen circulation means. The other configuration is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG. 10, and therefore, the same components are assigned the same reference numerals and redundant description is omitted.

本実施例の学習停止手段8は、燃料電池入口の水素圧力が基準値を満たしているかによって、I−V学習手段7の学習を停止するか否かを判断する。   The learning stop means 8 of this embodiment determines whether or not to stop learning of the IV learning means 7 depending on whether the hydrogen pressure at the fuel cell inlet satisfies the reference value.

図17は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS1701において、圧力センサ16により燃料電池入口の水素圧力の検出を行う。次いでS1702で燃料電池入口の水素圧力検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S1702の判定で基準値以上である場合には、S1703へ進み、I−V学習を継続する。S1702の判定で基準値未満である場合には、S1704へ進みI−V学習を停止する。   FIG. 17 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning device according to this embodiment. First, in S1701, the pressure sensor 16 detects the hydrogen pressure at the fuel cell inlet. Next, in S1702, it is determined whether or not the hydrogen pressure detection value at the fuel cell inlet is greater than or equal to a reference value. If it is determined in S1702 that the value is equal to or greater than the reference value, the process proceeds to S1703, and the IV learning is continued. If it is less than the reference value in the determination in S1702, the process proceeds to S1704 and IV learning is stopped.

図18は、学習停止手段8における水素圧力基準値の設定方法の例を示す図である。燃料電池の取出電流に基づいてあらかじめ設定された目標水素圧力にならって水素圧力基準値を設定する。水素圧力が基準値に満たないときには、水素供給量が不足している状態であったり、エゼクタの循環性能を悪化させることがあるため、I−V特性が下がる可能性があるので、I−V学習を停止する。   FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a method for setting the hydrogen pressure reference value in the learning stop unit 8. A hydrogen pressure reference value is set in accordance with a target hydrogen pressure set in advance based on the extraction current of the fuel cell. When the hydrogen pressure is less than the reference value, the hydrogen supply amount is insufficient or the circulation performance of the ejector may be deteriorated, so that the IV characteristic may be lowered. Stop learning.

以上説明した本実施例によれば、水素系の圧力が基準値未満の場合には、水素流量が基準値に満たないと判断し、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、水素流量不足に起因する燃料電池の電圧低下を燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when the hydrogen pressure is less than the reference value, it is determined that the hydrogen flow rate is less than the reference value, and learning of the current-voltage characteristic learning means is stopped. In addition, there is an effect that it is possible to prevent the fuel cell voltage drop caused by the insufficient hydrogen flow rate from being mistakenly learned as the deterioration of the fuel cell.

次に実施例7について説明する。図19は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例7を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池へ供給する流体として酸化剤ガスである空気の加湿状態が基準値未満の場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例であり、空気の加湿状態はカソード入口及び出口の空気温度に基づいて判定している。   Next, Example 7 will be described. FIG. 19 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including a seventh embodiment of the current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. The present embodiment is an embodiment in which learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell is stopped when the humidified state of the air, which is the oxidant gas, is less than the reference value as the fluid supplied to the fuel cell, and the humidified state of the air Is determined based on the air temperature at the cathode inlet and outlet.

本実施例と図7に示した実施例3との相違は、燃料電池1のカソード入口の空気温度を検出する温度センサ22と、燃料電池1のカソード出口の空気温度を検出する温度センサ23と、冷却液を循環させるポンプ24と、冷却液の熱を系外へ放出するラジエタ25と、ラジエタ25へ送風するファン26及びコンプレッサ2が圧縮した空気を冷却液で冷却して燃料電池1のカソードへ供給する空気冷却器34が追加されていることである。その他の構成は、図7に示した実施例3と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。   The difference between the present embodiment and the third embodiment shown in FIG. 7 is that a temperature sensor 22 that detects the air temperature at the cathode inlet of the fuel cell 1 and a temperature sensor 23 that detects the air temperature at the cathode outlet of the fuel cell 1. The pump 24 for circulating the coolant, the radiator 25 for releasing the heat of the coolant to the outside of the system, the fan 26 that blows air to the radiator 25 and the air compressed by the compressor 2 are cooled with the coolant, and the cathode of the fuel cell 1 The air cooler 34 to be supplied to is added. Since the other configuration is the same as that of the third embodiment shown in FIG. 7, the same components are assigned the same reference numerals and redundant description is omitted.

温度センサ22、23は、それぞれ燃料電池1のカソード入口とカソード出口の空気温度を検出する。学習停止手段8は、燃料電池1のカソード入口及び出口の空気温度のそれぞれが基準値以下にあるかどうかで、燃料電池の加湿状態を判定し、この判定に基づいてI−V学習手段7の学習を停止するか否かを制御する。   The temperature sensors 22 and 23 detect the air temperatures at the cathode inlet and the cathode outlet of the fuel cell 1, respectively. The learning stop unit 8 determines the humidification state of the fuel cell based on whether or not each of the cathode inlet and outlet air temperatures of the fuel cell 1 is below the reference value, and based on this determination, the IV learning unit 7 Controls whether to stop learning.

図20は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS2001において、温度センサ22によりカソード入口の空気温度の検出を行う。次いでS2002でカソード入口空気温度検出値が基準値以下にあるか否かを判定する。S2002の判定で基準値以下にある場合には、S2003へ進み、温度センサ23でカソード出口の空気温度を検出して、S2004へ進む。S2002の判定で基準値を超えていれば、空気冷却器34の不調等によりカソードへ供給する空気が加湿不足と判断して、S2006へ進み、I−V学習を停止する。   FIG. 20 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning device according to this embodiment. First, in S2001, the temperature sensor 22 detects the air temperature at the cathode inlet. Next, in S2002, it is determined whether or not the cathode inlet air temperature detection value is below a reference value. When it is below the reference value in the determination in S2002, the process proceeds to S2003, the temperature temperature of the cathode outlet is detected by the temperature sensor 23, and the process proceeds to S2004. If the reference value is exceeded in the determination in S2002, it is determined that the air supplied to the cathode is insufficiently humid due to malfunction of the air cooler 34, etc., and the process proceeds to S2006 to stop the IV learning.

S2004では、カソード出口の空気温度検出値が基準値以下にあるか否かを判定する。S2004の判定で基準値以下にある場合には、S2005へ進みI−V学習を継続する。S2004の判定で基準値を超えていれば、燃料電池1の冷却能力足等によりカソード出口の温度が上昇して波ソード排気により持ち出される水分量が増加し加湿不足状態と判断して、S2006へ進みI−V学習を停止する。S2002の判定用の基準値、及びS2004の判定用の基準値は、それぞれ燃料電池1の電解質膜を乾燥させないような温度閾値を実験的に求めて設定する。   In S2004, it is determined whether or not the air temperature detection value at the cathode outlet is below a reference value. When it is below the reference value in the determination in S2004, the process proceeds to S2005 and IV learning is continued. If the reference value is exceeded in the determination of S2004, the temperature at the cathode outlet rises due to the cooling capacity of the fuel cell 1 and the amount of moisture taken out by wave sword exhaust increases, and it is determined that the humidification is insufficient. Advance IV learning is stopped. The reference value for determination in S2002 and the reference value for determination in S2004 are set by experimentally determining a temperature threshold value that does not dry the electrolyte membrane of the fuel cell 1.

以上説明した本実施例によれば、燃料電池の加湿状態が基準値未満の場合には、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、電解質膜の加湿不足に起因する燃料電池の電圧低下を燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, since the learning of the current-voltage characteristic learning means is stopped when the humidification state of the fuel cell is less than the reference value, the fuel cell caused by insufficient humidification of the electrolyte membrane Thus, it is possible to prevent the voltage drop from being mistakenly learned as deterioration of the fuel cell.

また、本実施例によれば、カソード入口あるいは出口の空気温度から加湿状態を推定したので、湿度センサに代えて取り扱いが容易で低コストの温度センサを用いて、加湿状態を推定することができるという効果がある。   Further, according to the present embodiment, since the humidified state is estimated from the air temperature at the cathode inlet or outlet, the humidified state can be estimated using a temperature sensor that is easy to handle and low cost instead of the humidity sensor. There is an effect.

次に実施例8について説明する。図21は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例8を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池へ供給する流体として酸化剤ガスである空気の加湿状態が基準値未満の場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例であり、空気の加湿状態は冷却液を循環させるポンプ24の回転数、燃料電池1の入口の冷却液圧力、及び燃料電池1の出口の冷却液温度に基づいて判定している。   Next, Example 8 will be described. FIG. 21 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including an eighth embodiment of the current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. The present embodiment is an embodiment in which learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell is stopped when the humidified state of the air, which is the oxidant gas, is less than the reference value as the fluid supplied to the fuel cell, and the humidified state of the air Is determined based on the number of rotations of the pump 24 for circulating the coolant, the coolant pressure at the inlet of the fuel cell 1, and the coolant temperature at the outlet of the fuel cell 1.

本実施例と図19に示した実施例7との相違は、燃料電池1の入口における冷却液圧力を検出する圧力センサ28と、燃料電池1の出口における冷却液温度を検出する温度センサ27とが追加され、これらセンサの検出値とともに、冷却液を循環させるポンプ24の回転数計測値が学習停止手段8へ入力されていることである。その他の構成は、図19に示した実施例7と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。   The difference between the present embodiment and the seventh embodiment shown in FIG. 19 is that a pressure sensor 28 that detects the coolant pressure at the inlet of the fuel cell 1 and a temperature sensor 27 that detects the coolant temperature at the outlet of the fuel cell 1 Is added to the learning stop means 8 together with the detection values of these sensors together with the measured value of the rotational speed of the pump 24 for circulating the coolant. Since other configurations are the same as those of the seventh embodiment shown in FIG. 19, the same components are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

学習停止手段8は、燃料電池出口の冷却液温度、冷却液ポンプ回転数、燃料電池入口冷却液圧力のそれぞれが基準値を満たしているかどうかで、I−V学習手段7の学習を停止するか否かを判断する。   Whether the learning stop means 8 stops the learning of the IV learning means 7 depending on whether each of the coolant temperature at the fuel cell outlet, the coolant pump rotational speed, and the fuel cell inlet coolant pressure satisfies the reference values. Judge whether or not.

図22は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS2201において、温度センサ27により燃料電池出口の冷却液温度の検出を行う。次いでS2202で燃料電池出口冷却液温度が基準値以下にあるかを判定する。S2202の判定で基準値以下にある場合には、S2203へ進み、冷却液ポンプ24の回転数を検出してS2204へ進む。S2202の判定で基準値を超えている場合には、燃料電池1の温度が高すぎて乾燥傾向にあるとして、S2208へ進み、I−V学習を停止する。   FIG. 22 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning device according to this embodiment. First, in S2201, the temperature sensor 27 detects the coolant temperature at the outlet of the fuel cell. Next, in S2202, it is determined whether the fuel cell outlet coolant temperature is below a reference value. When it is below the reference value in the determination in S2202, the process proceeds to S2203, the number of revolutions of the coolant pump 24 is detected, and the process proceeds to S2204. If the reference value is exceeded in the determination in S2202, it is determined that the temperature of the fuel cell 1 is too high and tends to dry, the process proceeds to S2208, and IV learning is stopped.

S2204では、冷却液ポンプ24の回転数検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S2204の判定で基準値以上である場合には、S2205へ進み、圧力センサ28で燃料電池入口の冷却液圧力を検出して、S2206へ進む。S2204の判定で基準値未満の場合には、冷却液循環量が不足しているとして、S2208へ進みI−V学習を停止する。   In S2204, it is determined whether or not the rotation speed detection value of the coolant pump 24 is greater than or equal to a reference value. If the determination in S2204 is equal to or greater than the reference value, the process proceeds to S2205, the coolant pressure at the fuel cell inlet is detected by the pressure sensor 28, and the process proceeds to S2206. If it is less than the reference value in the determination in S2204, it is determined that the coolant circulation amount is insufficient, and the process proceeds to S2208 and IV learning is stopped.

S2206では、燃料電池入口の冷却液圧力検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S2206の判定で基準値以上である場合には、S2207へ進みI−V学習を継続する。S2206の判定で基準値未満の場合には、冷却液循環量が不足しているとして、S2208へ進みI−V学習を停止する。   In S2206, it is determined whether or not the detected coolant pressure value at the fuel cell inlet is greater than or equal to a reference value. If it is determined in step S2206 that the reference value is equal to or greater than the reference value, the process proceeds to step S2207 and IV learning is continued. If it is less than the reference value in the determination in S2206, it is determined that the coolant circulation amount is insufficient, and the process proceeds to S2208 and IV learning is stopped.

図23は、学習停止手段8における冷却液ポンプ回転数基準値と冷却液圧力基準値との設定方法の例を示す図である。例えば、燃料電池の目標取出電流に基づいて冷却液ポンプ回転数を設定する場合には、基準値についても燃料電池の目標取出電流に応じて設定する。そして燃料電池の目標取出電流に基づいて、冷却液ポンプ回転数が決まり、冷却液圧力が決まるので、目標取出電流に応じて冷却液圧力基準値を設定する。   FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a method for setting the coolant pump rotation speed reference value and the coolant pressure reference value in the learning stop unit 8. For example, when the coolant pump rotational speed is set based on the target extraction current of the fuel cell, the reference value is also set according to the target extraction current of the fuel cell. Since the coolant pump rotation speed is determined and the coolant pressure is determined based on the target extraction current of the fuel cell, the coolant pressure reference value is set according to the target extraction current.

以上説明した本実施例によれば、冷却液ポンプ回転数が基準値未満の場合、または冷却液圧力が基準値未満の場合、または冷却液温度が基準値を超えた場合には、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、冷却液の循環不足から生じる燃料電池の加湿状態悪化のために燃料電池の電圧が低下したことを、燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when the coolant pump rotational speed is less than the reference value, the coolant pressure is less than the reference value, or the coolant temperature exceeds the reference value, the current-voltage Since the learning of the characteristic learning means is stopped, the fact that the fuel cell voltage has dropped due to the deterioration of the humidification state of the fuel cell due to insufficient circulation of the coolant is mistakenly learned as the deterioration of the fuel cell. There is an effect that it can be prevented.

次に実施例9について説明する。図24は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例9を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池へ供給する流体として加湿用の純水の状態が基準値未満の場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例である。   Next, Example 9 will be described. FIG. 24 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including a ninth embodiment of the current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. This embodiment is an embodiment in which learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell is stopped when the state of pure water for humidification as the fluid supplied to the fuel cell is less than the reference value.

図24において、燃料電池1と、パワーマネージャー(PM)4と、電流センサ5と、電圧センサ6と、I−V学習手段7と、学習停止手段8とは、学習停止手段8の停止判定方法を除いて、図1に示した実施例1と同様である。   In FIG. 24, the fuel cell 1, the power manager (PM) 4, the current sensor 5, the voltage sensor 6, the IV learning means 7, and the learning stop means 8 are a stop determination method for the learning stop means 8. Is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

ポンプ29は、燃料電池を加湿するための純水を燃料電池1に供給するポンプである。純水タンク30は、加湿用純水を蓄え、ポンプ29へ純水を供給するとともに、燃料電池1から排出された余剰の純水を受け入れる。水位センサ31は、純水タンク30の水位を検出する。圧力センサ32は、燃料電池入口の純水圧力を検出する。   The pump 29 is a pump that supplies the fuel cell 1 with pure water for humidifying the fuel cell. The pure water tank 30 stores the pure water for humidification, supplies the pure water to the pump 29, and accepts excess pure water discharged from the fuel cell 1. The water level sensor 31 detects the water level of the pure water tank 30. The pressure sensor 32 detects the pure water pressure at the fuel cell inlet.

学習停止手段8は、純水タンクの水位、純水ポンプ29の回転数、燃料電池入口純水圧力のそれぞれが基準値を満たしているかどうかで、I−V学習手段7の学習を停止するか否かを判断する。   Whether the learning stop means 8 stops the learning of the IV learning means 7 depending on whether the water level of the pure water tank, the rotational speed of the pure water pump 29, and the pure water pressure at the fuel cell inlet satisfy the reference values. Judge whether or not.

図25は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS2501において、水位センサ31により純水タンクの水位を検出する。次いでS2502で純水タンクの水位が基準値以上であるか否かを判定する。S2502の判定で基準値以上であれば、S2503へ進み純水ポンプ29の回転数を検出する。S2202の判定で基準値未満であれば、水収支が不足して燃料電池1が基準より乾燥状態にあるとして、S2508へ進みI−V学習を停止する。   FIG. 25 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning device according to this embodiment. First, in S2501, the water level sensor 31 detects the water level of the pure water tank. Next, in S2502, it is determined whether or not the water level in the pure water tank is equal to or higher than a reference value. If the determination in S2502 is greater than or equal to the reference value, the process proceeds to S2503 to detect the rotational speed of the pure water pump 29. If the determination in S2202 is less than the reference value, the water balance is insufficient and the fuel cell 1 is in a dry state from the reference, and the process proceeds to S2508 and IV learning is stopped.

S2504では、純水ポンプ29の回転数検出値が基準値以上であるか否かを判定する。S2504の判定で基準値以上であれば、S2505へ進み圧力センサ32により燃料電池入口の純水圧力を検出して、S2506へ進む。S2504の判定で基準値未満であれば、純水ポンプ29の回転不足として、S2508へ進みI−V学習を停止する。   In S2504, it is determined whether the rotation speed detection value of the pure water pump 29 is equal to or greater than a reference value. If the determination in S2504 is greater than or equal to the reference value, the process proceeds to S2505, the pressure sensor 32 detects the pure water pressure at the fuel cell inlet, and the process proceeds to S2506. If it is less than the reference value in the determination in S2504, the pure water pump 29 is insufficiently rotated, and the process proceeds to S2508 and IV learning is stopped.

S2506では、燃料電池入口の純水圧力検出値が基準値以上か否かを判定する。S2506の判定で基準値以上であれば、S2507へ進みI−V学習を継続する。S2506の判定で基準値未満であれば、純水圧力不足として、S2508へ進みI−V学習を停止する。   In S2506, it is determined whether or not the pure water pressure detection value at the fuel cell inlet is greater than or equal to a reference value. If it is determined in step S2506 that the reference value is equal to or greater than the reference value, the process proceeds to step S2507 to continue IV learning. If it is less than the reference value in the determination in S2506, it is determined that the pure water pressure is insufficient, and the process proceeds to S2508 and IV learning is stopped.

図26は、学習停止手段8における純水ポンプ回転数基準値と純水圧力基準値との設定方法の例を示す図である。例えば、燃料電池の目標取出電流に基づいて純水ポンプ回転数を設定する場合には、基準値についても燃料電池の目標取出電流に応じて設定する。燃料電池の目標取出電流に基づいて、純水ポンプ回転数が決まり、純水圧力が決まるので、目標取出電流に応じて純水圧力基準値を設定する。   FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a method for setting the pure water pump rotation speed reference value and the pure water pressure reference value in the learning stop unit 8. For example, when the rotation speed of the pure water pump is set based on the target extraction current of the fuel cell, the reference value is also set according to the target extraction current of the fuel cell. Since the pure water pump speed is determined and the pure water pressure is determined based on the target extraction current of the fuel cell, the pure water pressure reference value is set according to the target extraction current.

以上説明した本実施例によれば、純水水位が基準値未満の場合、または純水ポンプ回転数が基準値未満の場合には、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、燃料電池の加湿不足から生じる燃料電池の電圧が低下したことを、燃料電池の劣化と誤って学習することを防止できるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when the pure water level is less than the reference value, or when the pure water pump rotational speed is less than the reference value, the learning of the current-voltage characteristic learning means is stopped. There is an effect that it is possible to prevent the fact that the voltage of the fuel cell resulting from the insufficient humidification of the fuel cell is mistakenly learned as the deterioration of the fuel cell.

次に実施例10について説明する。図27は、本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例10を備えた燃料電池システムの概略構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、燃料電池のセル電圧またはセル列電圧のいずれかが平均セル電圧または平均セル列電圧より基準値以上に低下した場合に、燃料電池の電流−電圧特性の学習を停止する実施例である。   Next, Example 10 will be described. FIG. 27 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system including a fuel cell current-voltage characteristic learning device according to a tenth embodiment of the present invention. This embodiment stops learning of the current-voltage characteristics of the fuel cell when either the cell voltage or the cell column voltage of the fuel cell is lower than the average cell voltage or the average cell column voltage by a reference value or more. It is.

図24において、燃料電池1と、パワーマネージャー(PM)4と、電流センサ5と、電圧センサ6と、I−V学習手段7と、学習停止手段8とは、学習停止手段8の停止判定方法を除いて、図1に示した実施例1と同様である。   In FIG. 24, the fuel cell 1, the power manager (PM) 4, the current sensor 5, the voltage sensor 6, the IV learning means 7, and the learning stop means 8 are a stop determination method for the learning stop means 8. Is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

セル列電圧センサ32は、燃料電池1全体に亘って、セルが複数直列接続された各セル列毎の電圧を検出する。燃料電池1が複数のサブスタックから構成されている場合、セル列をサブスタックと同じものとして、セル列電圧センサを各サブスタックの総電圧を検出するセンサとしてもよい。セル電圧センサ33は、燃料電池1の全体に亘って各セル毎の電圧を検出する。   The cell string voltage sensor 32 detects the voltage for each cell string in which a plurality of cells are connected in series over the entire fuel cell 1. When the fuel cell 1 includes a plurality of substacks, the cell train may be the same as the substack, and the cell train voltage sensor may be a sensor that detects the total voltage of each substack. The cell voltage sensor 33 detects the voltage of each cell over the entire fuel cell 1.

学習停止手段8は、セル列電圧検出値、セル電圧検出値に応じてI−V学習手段7の学習を停止するか否かを判断する。   The learning stop unit 8 determines whether or not to stop the learning of the IV learning unit 7 according to the cell string voltage detection value and the cell voltage detection value.

図28は、本実施例における電流−電圧特性学習装置の動作を説明するフローチャートである。まずS2801において、セル列電圧センサ32により各セル列毎の電圧を検出する。次いでS2802で、何れかのセル列電圧が(平均セル列電圧−基準値)以下にあるか否かを判定する。S2802の判定で何れかのセル列電圧が(平均セル列電圧−基準値)以下にある場合には当該セル列へのガス供給系統に異常が発生し該セル列電圧が低下していると判断して、S2806でI−V学習を停止する。いずれのセル列電圧も(平均セル列電圧−基準値)以下にない場合、すなわちすべてのセル列電圧が(平均セル列電圧−基準値)を超えている場合にはS2803でセル電圧を検出する。   FIG. 28 is a flowchart for explaining the operation of the current-voltage characteristic learning device according to this embodiment. First, in S2801, the cell column voltage sensor 32 detects the voltage for each cell column. In step S2802, it is determined whether any cell column voltage is equal to or less than (average cell column voltage−reference value). If any cell column voltage is less than (average cell column voltage-reference value) in the determination of S2802, it is determined that an abnormality has occurred in the gas supply system to the cell column and the cell column voltage has decreased. In step S2806, the IV learning is stopped. If none of the cell column voltages are below (average cell column voltage-reference value), that is, if all the cell column voltages exceed (average cell column voltage-reference value), the cell voltage is detected in S2803. .

S2803の次は、S2804で何れかのセル電圧が(平均セル電圧−基準値)以下にあるか否かを判定する。何れかのセル電圧が(平均セル電圧−基準値)以下にある場合には該セルが水詰まり等を生じてセル電圧が低下していると判断して、S2806でI−V学習を停止する。何れかのセル電圧が(平均セル列電圧−基準値)以下にない場合、すなわちすべてのセル電圧が(平均セル列電圧−基準値)を超えている場合にはS2805でI−V学習を継続する。   Following S2803, it is determined in S2804 whether any cell voltage is equal to or less than (average cell voltage-reference value). If any cell voltage is less than (average cell voltage-reference value), it is determined that the cell is clogged with water and the cell voltage is lowered, and IV learning is stopped in S2806. . If any cell voltage is not less than (average cell column voltage-reference value), that is, if all cell voltages exceed (average cell column voltage-reference value), IV learning is continued in S2805. To do.

ここで、それぞれの基準値には、マニホールド等のガス供給系統の異常によるセル列電圧低下や、水詰まり等によるセル電圧低下が検出できる電圧値を実験的に求めて設定する。   Here, for each reference value, a voltage value that can detect a cell row voltage drop due to an abnormality in a gas supply system such as a manifold or a cell voltage drop due to water clogging is experimentally obtained and set.

尚、本実施例では、S2804において、何れかのセル電圧が(平均セル電圧−基準値)以下にあるか否かを判定したが、これに代えて、特定のセル電圧が(平均セル電圧−基準値)以下にあるか否かを判定するように変更してもよい。この場合、判定対象である特定のセル電圧とは、燃料電池スタック端部の冷却水入口側の最も温度が低いセル、或いはガス供給路最下流側のセル等、水詰まりが生じやすいセルの電圧とする。   In this embodiment, in S2804, it is determined whether or not any cell voltage is equal to or less than (average cell voltage−reference value). Instead, a specific cell voltage (average cell voltage− You may change so that it may determine whether it is below a reference value). In this case, the specific cell voltage to be determined is the voltage of a cell that is likely to be clogged, such as a cell having the lowest temperature on the cooling water inlet side at the end of the fuel cell stack or a cell on the most downstream side of the gas supply path. And

以上説明した本実施例によれば、何れかのセル列電圧が低下した場合、または何れかのセル電圧が低下した場合には、電流−電圧特性学習手段の学習を停止させるようにしたので、ガス供給系統やセル内水詰まり等による燃料電池の電圧低下を燃料電池の劣化による電圧低下と誤って学習するのを防止することができるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when any cell column voltage decreases or when any cell voltage decreases, the learning of the current-voltage characteristic learning means is stopped. There is an effect that it is possible to prevent erroneous learning of a voltage drop of the fuel cell due to a gas supply system or water clogging in the cell as a voltage drop due to deterioration of the fuel cell.

本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例1を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing Embodiment 1 of a current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to the present invention. 実施例1の動作を説明するフローチャートである。3 is a flowchart for explaining the operation of the first embodiment. 実施例1における空気流量基準値の設定方法を説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the air flow rate reference value in Example 1. FIG. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例2を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 2 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例2の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the second embodiment. 実施例2におけるコンプレッサ回転数基準値の設定方法を説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the compressor rotation speed reference value in Example 2. FIG. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例3を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 3 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例3の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the third embodiment. 実施例3における燃料電池入口空気圧力基準値の設定方法を説明する図である。6 is a diagram illustrating a method for setting a fuel cell inlet air pressure reference value in Embodiment 3. FIG. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例4を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 4 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例4の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the fourth embodiment. 実施例4における水素循環ポンプ回転数基準値と燃料電池入口水素圧力基準値の設定方法を説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the hydrogen circulation pump rotation speed reference value and fuel cell inlet hydrogen pressure reference value in Example 4. FIG. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例5を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 5 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例5の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the fifth embodiment. 実施例5における水素循環ポンプの循環性能基準範囲の設定方法を説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the circulation performance reference | standard range of the hydrogen circulation pump in Example 5. FIG. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例6を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 6 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例6の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the sixth embodiment. 実施例6における燃料電池入口水素圧力基準値の設定方法を説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the fuel cell inlet hydrogen pressure reference value in Example 6. FIG. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例7を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 7 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例7の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the seventh embodiment. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例8を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 8 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例8の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the operation of an eighth embodiment. 実施例8における冷却液ポンプ回転数基準値と燃料電池入口冷却液圧力基準値の設定方法を説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the coolant pump rotation speed reference value and fuel cell inlet coolant pressure reference value in Example 8. FIG. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例9を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 9 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例9の動作を説明するフローチャートである。22 is a flowchart for explaining the operation of the ninth embodiment. 実施例9における純水ポンプ回転数基準値と燃料電池入口純水圧力基準値の設定方法を説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the pure water pump rotation speed reference value and fuel cell inlet pure water pressure reference value in Example 9. FIG. 本発明に係る燃料電池の電流−電圧特性学習装置の実施例10を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows Example 10 of the current-voltage characteristic learning apparatus of the fuel cell which concerns on this invention. 実施例10の動作を説明するフローチャートである。18 is a flowchart for explaining the operation of the tenth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池
2…コンプレッサ
3…エアフローセンサ
4…パワーマネージャー
5…電流センサ
6…電圧センサ
7…I−V学習手段
8…学習停止手段
9…圧力センサ
10…調圧弁
11…水素タンク
12…圧力センサ
13…減圧弁
14…水素調圧弁
15…水素循環ポンプ
16…圧力センサ
17…パージ弁
18…希釈ファン
19…電流センサ
20…窒素濃度推定手段
21…エゼクタ
22…温度センサ
23…温度センサ
24…ポンプ
25…ラジエタ
26…ファン
27…温度センサ
28…圧力センサ
29…ポンプ
30…純水タンク
31…水位センサ
32…セル列電圧センサ
33…セル電圧センサ
34…空気冷却器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2 ... Compressor 3 ... Air flow sensor 4 ... Power manager 5 ... Current sensor 6 ... Voltage sensor 7 ... IV learning means 8 ... Learning stop means 9 ... Pressure sensor 10 ... Pressure regulating valve 11 ... Hydrogen tank 12 ... Pressure Sensor 13 ... Pressure reducing valve 14 ... Hydrogen pressure regulating valve 15 ... Hydrogen circulation pump 16 ... Pressure sensor 17 ... Purge valve 18 ... Dilution fan 19 ... Current sensor 20 ... Nitrogen concentration estimating means
21 ... Ejector 22 ... Temperature sensor 23 ... Temperature sensor 24 ... Pump 25 ... Radiator 26 ... Fan 27 ... Temperature sensor 28 ... Pressure sensor 29 ... Pump 30 ... Pure water tank 31 ... Water level sensor 32 ... Cell string voltage sensor 33 ... Cell voltage Sensor 34 ... Air cooler

Claims (19)

アノードとカソード間に挟持された電解質膜を介して燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池の電流−電圧特性を学習する燃料電池の電流−電圧特性学習装置において、
燃料電池の電流値及び電圧値を入力して燃料電池の電流−電圧特性を学習する電流−電圧特性学習手段と、
燃料電池へ供給する燃料ガス、酸化剤ガス、冷却液、加湿用水の何れかの流体の状態が所望の運転状態から外れたときには、前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させる学習停止手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
In a current-voltage characteristic learning device of a fuel cell that learns a current-voltage characteristic of a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas through an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode,
Current-voltage characteristic learning means for learning the current-voltage characteristic of the fuel cell by inputting the current value and voltage value of the fuel cell;
A learning stop means for stopping the learning of the current-voltage characteristic learning means when the state of any one of the fuel gas, oxidant gas, coolant, and humidifying water supplied to the fuel cell deviates from a desired operating state; ,
An apparatus for learning current-voltage characteristics of a fuel cell, comprising:
前記流体は、酸化剤ガスとしての空気であり、
燃料電池へ供給する空気流量を検出あるいは推定する空気流量検出手段を備え、
前記学習停止手段は、前記空気流量検出手段が検出あるいは推定した空気流量値が基準流量値未満のときに、前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
The fluid is air as an oxidant gas,
An air flow rate detecting means for detecting or estimating an air flow rate supplied to the fuel cell;
2. The learning stop unit stops learning of the current-voltage characteristic learning unit when the air flow rate value detected or estimated by the air flow rate detection unit is less than a reference flow rate value. Current-voltage characteristic learning device for fuel cell.
前記空気流量検出手段は、流量センサにより空気流量を検出することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。   3. The fuel cell current-voltage characteristic learning device according to claim 2, wherein the air flow rate detecting means detects an air flow rate by a flow rate sensor. 前記空気流量検出手段は、燃料電池へ空気を供給するコンプレッサの回転数から空気流量を推定することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。   3. The fuel cell current-voltage characteristic learning device according to claim 2, wherein the air flow rate detecting means estimates an air flow rate from a rotation speed of a compressor that supplies air to the fuel cell. 前記流体は、酸化剤ガスとしての空気であり、
燃料電池へ供給する空気圧力を検出する空気圧力検出手段を備え、
前記学習停止手段は、前記空気圧力検出手段が検出した空気圧力値が基準圧力値未満のときに、前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
The fluid is air as an oxidant gas,
Air pressure detecting means for detecting the air pressure supplied to the fuel cell;
2. The fuel according to claim 1, wherein the learning stop unit stops learning of the current-voltage characteristic learning unit when the air pressure value detected by the air pressure detection unit is less than a reference pressure value. A battery current-voltage characteristic learning device.
前記流体は、燃料ガスとしての水素であり、
燃料電池へ供給する水素流量を検出あるいは推定する水素流量検出手段を備え、
前記学習停止手段は、前記水素流量検出手段が検出あるいは推定した水素流量値が基準流量値未満のときに、前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
The fluid is hydrogen as a fuel gas;
A hydrogen flow rate detection means for detecting or estimating the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell;
2. The learning stop unit stops learning of the current-voltage characteristic learning unit when the hydrogen flow rate value detected or estimated by the hydrogen flow rate detection unit is less than a reference flow rate value. Current-voltage characteristic learning device for fuel cell.
前記アノードから排出された未反応水素を前記アノードへ循環させる水素循環路および水素循環ポンプと、
該水素循環ポンプの回転数を検出する水素循環ポンプ回転数検出手段とを備え、
前記水素流量検出手段は、前記水素循環ポンプ回転数検出手段が検出した回転数に基づいて水素流量を推定することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
A hydrogen circulation path and a hydrogen circulation pump for circulating unreacted hydrogen discharged from the anode to the anode;
A hydrogen circulation pump rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the hydrogen circulation pump;
7. The current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to claim 6, wherein the hydrogen flow rate detecting means estimates a hydrogen flow rate based on the rotational speed detected by the hydrogen circulation pump rotational speed detecting means.
前記水素循環路の窒素濃度あるいは水素濃度を検出または推定する窒素濃度検出手段を備え、
前記水素流量検出手段は、前記検出または推定された水素循環路の窒素濃度あるいは水素濃度が、水素循環装置が循環機能を果たす濃度範囲を外れた場合には、前記水素流量値が基準流量値未満であると判断することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
Nitrogen concentration detection means for detecting or estimating the nitrogen concentration or hydrogen concentration of the hydrogen circuit,
The hydrogen flow rate detection means is configured such that when the detected or estimated hydrogen concentration or hydrogen concentration of the hydrogen circulation path is out of a concentration range in which the hydrogen circulation device performs a circulation function, the hydrogen flow rate value is less than a reference flow rate value. The current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to claim 7, wherein:
前記アノードの供給する水素の圧力を検出する水素圧力検出手段を備え、
前記水素流量検出手段は、前記水素圧力検出手段が検出した水素圧力値が基準圧力値未満のときに、前記水素流量値が基準流量値に満たないと判断することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
Comprising hydrogen pressure detecting means for detecting the pressure of hydrogen supplied by the anode;
7. The hydrogen flow rate detection unit determines that the hydrogen flow rate value is less than a reference flow rate value when a hydrogen pressure value detected by the hydrogen pressure detection unit is less than a reference pressure value. The fuel cell current-voltage characteristic learning device according to claim.
水素タンクの内圧を検出する水素タンク圧力検出手段を備え、
前記水素流量検出手段は、前記水素タンク圧力検出手段が検出した水素タンク内圧が、水素供給を可能とする圧力未満になった場合には、前記水素流量値が基準流量値未満であると判断することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
Hydrogen tank pressure detection means for detecting the internal pressure of the hydrogen tank is provided,
The hydrogen flow rate detection unit determines that the hydrogen flow rate value is less than a reference flow rate value when the hydrogen tank internal pressure detected by the hydrogen tank pressure detection unit is less than a pressure at which hydrogen supply is possible. The current-voltage characteristic learning apparatus for a fuel cell according to claim 6.
燃料電池へ供給するガスの加湿状態を検出あるいは推定する加湿状態検出手段を備え、
前記学習停止手段は、前記検出あるいは推定された加湿状態が基準値に満たないときには、前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
A humidifying state detecting means for detecting or estimating the humidifying state of the gas supplied to the fuel cell;
2. The fuel cell current according to claim 1, wherein the learning stopping unit stops learning of the current-voltage characteristic learning unit when the detected or estimated humidified state is less than a reference value. 3. Voltage characteristic learning device.
カソード入口あるいは出口の空気温度を検出する空気温度検出手段を備え、
前記加湿状態検出手段は前記検出されたカソード入口あるいは出口の空気温度から加湿状態を推定することを特徴とする請求項11に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
Air temperature detection means for detecting the air temperature at the cathode inlet or outlet,
12. The fuel cell current-voltage characteristic learning device according to claim 11, wherein the humidified state detecting means estimates the humidified state from the detected cathode inlet or outlet air temperature.
冷却液ポンプの回転数を検出する冷却液ポンプ回転数検出手段を備え、
前記加湿状態検出手段は冷却液ポンプ回転数が基準値に満たないときには、加湿状態が基準値に満たないと判断することを特徴とする請求項11に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
A coolant pump rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the coolant pump;
12. The fuel cell current-voltage characteristic learning device according to claim 11, wherein when the coolant pump rotation speed is less than a reference value, the humidification state detection means determines that the humidification state is less than the reference value. .
冷却液の圧力を検出する冷却液圧力検出手段を備え、
前記加湿状態検出手段は前記検出された冷却液圧力が基準値に満たないときには、加湿状態が基準値に満たないと判断することを特徴とする請求項11に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
A coolant pressure detecting means for detecting the pressure of the coolant is provided,
12. The current-voltage characteristic of a fuel cell according to claim 11, wherein when the detected coolant pressure is less than a reference value, the humidification state detection means determines that the humidification state is less than a reference value. Learning device.
冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段を備え、
前記加湿状態検出手段は前記検出された冷却液温度が基準値を超えたときには、加湿状態が基準値に満たないと判断することを特徴とする請求項11に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
A coolant temperature detecting means for detecting the temperature of the coolant is provided,
12. The current-voltage characteristic of a fuel cell according to claim 11, wherein when the detected coolant temperature exceeds a reference value, the humidification state detection means determines that the humidification state does not satisfy the reference value. Learning device.
前記流体は、燃料電池へ供給する加湿用の純水であり、
燃料電池システムは、燃料電池へ供給する純水を貯蔵する純水タンクと、純水タンクの水位を検出する水位センサと、純水タンクから燃料電池へ純水を供給する純水ポンプとを備え、
前記学習止手段は、前記水位センサの検出値が所定値未満の場合、または純水ポンプによる純水循環量が基準流量値未満のときに、前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
The fluid is pure water for humidification supplied to the fuel cell,
The fuel cell system includes a pure water tank that stores pure water supplied to the fuel cell, a water level sensor that detects a water level of the pure water tank, and a pure water pump that supplies pure water from the pure water tank to the fuel cell. ,
The learning stop means stops learning of the current-voltage characteristic learning means when the detection value of the water level sensor is less than a predetermined value or when the pure water circulation amount by the pure water pump is less than a reference flow rate value. The current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to claim 1.
燃料電池のセル毎の電圧を燃料電池全体に亘って検出するセル電圧検出手段と、
前記検出されたセル電圧のうち何れかのセル電圧が基準値以上低下した場合には、前記学習停止手段は前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
Cell voltage detection means for detecting the voltage of each cell of the fuel cell over the entire fuel cell;
2. The learning stop unit stops learning of the current-voltage characteristic learning unit when any one of the detected cell voltages is reduced by a reference value or more. Current-voltage characteristic learning device for fuel cell.
燃料電池のセルが複数直列接続されたセル列毎の電圧を燃料電池全体に亘って検出するセル列電圧検出手段と、
前記検出されたセル列電圧のうち何れかのセル列電圧が基準値以上低下した場合には、前記学習停止手段は前記電流−電圧特性学習手段の学習を停止させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
A cell string voltage detecting means for detecting a voltage for each cell string in which a plurality of cells of the fuel cell are connected in series over the entire fuel cell;
2. The learning stop unit stops learning of the current-voltage characteristic learning unit when any one of the detected cell column voltages decreases by a reference value or more. The current-voltage characteristic learning device for a fuel cell according to claim 1.
アノードとカソード間に挟持された電解質膜を介して燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池の電流−電圧特性を学習する燃料電池の電流−電圧特性学習装置において、
燃料電池の電流値及び電圧値を入力して燃料電池の電流−電圧特性を学習する電流−電圧特性学習手段と、
燃料電池へ供給する燃料ガス、酸化剤ガス、冷却液、加湿用水の何れかの流体の状態が所望の運転状態から外れたときには、前記電流−電圧特性学習手段の学習速度を低下させる学習遅延手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池の電流−電圧特性学習装置。
In a current-voltage characteristic learning device of a fuel cell that learns a current-voltage characteristic of a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas through an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode,
Current-voltage characteristic learning means for learning the current-voltage characteristic of the fuel cell by inputting the current value and voltage value of the fuel cell;
Learning delay means for reducing the learning speed of the current-voltage characteristic learning means when the state of any one of the fuel gas, oxidant gas, coolant, and humidifying water supplied to the fuel cell deviates from a desired operating state. When,
An apparatus for learning current-voltage characteristics of a fuel cell, comprising:
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