JP2006286479A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2006286479A
JP2006286479A JP2005106620A JP2005106620A JP2006286479A JP 2006286479 A JP2006286479 A JP 2006286479A JP 2005106620 A JP2005106620 A JP 2005106620A JP 2005106620 A JP2005106620 A JP 2005106620A JP 2006286479 A JP2006286479 A JP 2006286479A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
output
value
frequency
efficiency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005106620A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Hamada
研一 濱田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005106620A priority Critical patent/JP2006286479A/en
Publication of JP2006286479A publication Critical patent/JP2006286479A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system deciding the need for intermittent operation reflecting output efficiency of the fuel cell, as well as the utilization situation of the output region of the fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell comprises a fuel cell, a power storage device, a control means which stops power generation of the fuel cell and supplies power to a load from the power storage device, when the output of the fuel cell is within a specified value by a prescribed threshold, a power generation efficiency recording means for recording the relations between output value of the fuel cell and the generation efficiency, a utilization frequency recording means for recording the relations between the output value of the fuel cell and the utilization frequency of that output, and a calculation means for calculating the threshold from the generation efficiency and the utilization frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池は、一般に電流の少ない軽負荷域で効率が低下する。このため、燃料電池によって電力を供給するシステムとしては、燃料電池と二次電池、コンデンサ等の蓄電装置とを組み合わせて構成されるものが提案されてきた。例えば、特許文献1に記載の燃料電池を含む車両は、要求電力が燃料電池の発電効率の低い範囲の値のときに、燃料電池の発電を停止して二次電池から電力供給を行っている。   In general, the efficiency of a fuel cell is reduced in a light load region with a small current. For this reason, a system configured by combining a fuel cell and a power storage device such as a secondary battery and a capacitor has been proposed as a system for supplying power by the fuel cell. For example, a vehicle including a fuel cell described in Patent Document 1 stops power generation of the fuel cell and supplies power from the secondary battery when the required power is a value in a range where the power generation efficiency of the fuel cell is low. .

すなわち、この車両は、このような要求電力(あるいは出力)の領域では、燃料電池とその周辺で稼働する補機とを停止し、その間、二次電池からECU、照明等に必要なエネルギを供給し、走行する場合も、二次電池でモータを駆動する。このような運転を間欠運転と呼ぶ。
特開2001−307758号公報
In other words, this vehicle stops the fuel cell and auxiliary equipment operating in the vicinity thereof in the region of such required power (or output), and supplies the necessary energy to the ECU, lighting, etc. from the secondary battery during that time. Even when traveling, the motor is driven by the secondary battery. Such operation is called intermittent operation.
JP 2001-307758 A

しかし、従来は、間欠運転をするか、通常運転をするかは、単純に燃料電池の出力に対する効率に基づいて判断され、ユーザの車両使用状況を考慮していなかった。例えば、同一の出力効率を有する燃料電池を搭載した車両を運転する場合でも、高出力・高加速の多いユーザか、高出力・高加速の少ないユーザかに応じて、間欠運転をすべき出力の領域か否かの判断は異なると推定される。しかし、従来は、そのような配慮がなされていなかった。   However, conventionally, whether to perform intermittent operation or normal operation is simply determined based on the efficiency with respect to the output of the fuel cell, and does not take into account the vehicle usage status of the user. For example, even when driving a vehicle equipped with a fuel cell having the same output efficiency, depending on whether the user has a high output / high acceleration or a user with a high output / high acceleration, the output to be intermittently operated should be It is estimated that the determination of whether or not the region is different. However, conventionally, such consideration has not been made.

本発明の目的は、燃料電池の出力効率に加えて、燃料電池の出力領域の利用状況をも反映して、間欠運転の要否を判断することにある。本発明の目的は、そのような判断により、さらに、燃料電池の出力効率を高めることである。   An object of the present invention is to determine whether or not intermittent operation is necessary, reflecting not only the output efficiency of the fuel cell but also the utilization status of the output region of the fuel cell. The object of the present invention is to further increase the output efficiency of the fuel cell based on such determination.

本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、燃料電池と、蓄電装置と、前記燃料電池に要求される出力が所定の閾値によって指定される値の範囲にある場合に前記燃料電池の発電を停止し蓄電装置から負荷に電力を供給する制御手段と、前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録する発電効率記録手段と、前記燃料電池の出力値とその出力値の利用頻度との関係を記録する利用頻度記録手段と、前記発電効率と利用頻度とから前記閾値を算出する算出手段とを備える燃料電池システムである。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the present invention stops the power generation of the fuel cell when the output required for the fuel cell, the power storage device, and the fuel cell is within a range specified by a predetermined threshold value, and loads the power from the power storage device to the load. Control means for supplying electric power, power generation efficiency recording means for recording the relationship between the output value of the fuel cell and power generation efficiency, and a use frequency for recording the relationship between the output value of the fuel cell and the use frequency of the output value A fuel cell system comprising recording means and calculation means for calculating the threshold value from the power generation efficiency and usage frequency.

本燃料電池システムは、燃料電池の出力値、発電効率、および利用頻度の関係から求められる閾値により、燃料電池の発電を停止するか否かを制御する。したがって、利用頻度を反映した、より実際の利用に合致した制御をすることができる。   The fuel cell system controls whether or not to stop the power generation of the fuel cell based on a threshold value obtained from the relationship between the output value of the fuel cell, the power generation efficiency, and the usage frequency. Therefore, it is possible to perform control that reflects the usage frequency and that matches the actual usage.

また、前記算出手段は、過去の所定期間について前記燃料電池の出力値を前記利用頻度によって平均した平均出力値と前記燃料電池の出力値を前記発電効率で除算した値の前記所定期間についての平均値とから当該燃料電池システムの全体効率を算出する効率算出手段と、前記閾値を変更することによって得られる複数の前記全体効率のうち最大の全体効率を得る閾値を選択する手段とを有するようにすればよい。   Further, the calculating means is an average of the output value of the fuel cell for the predetermined period in the past and an average output value of the value obtained by dividing the output value of the fuel cell by the power generation efficiency for the predetermined period. Efficiency calculating means for calculating the overall efficiency of the fuel cell system from the value, and means for selecting a threshold value for obtaining the maximum overall efficiency among the plurality of overall efficiencies obtained by changing the threshold value do it.

このような構成により、燃料電池の平均出力値と発電効率とよって定量的に燃料電池システムの全体効率を求め、前記閾値を得ることができる。   With such a configuration, the overall efficiency of the fuel cell system can be obtained quantitatively based on the average output value and power generation efficiency of the fuel cell, and the threshold value can be obtained.

また、本燃料電池システムは、過去の所定期間における当該燃料電池システムの運転時間に対する間欠時間の割合により過去の燃料電池の出力値の利用頻度を補正する補正手段を備えるようにしてもよい。このような構成により、さらに精度よく前記閾値を設定できる。   Further, the fuel cell system may include a correcting unit that corrects the use frequency of the past output value of the fuel cell based on the ratio of the intermittent time to the operation time of the fuel cell system in the past predetermined period. With such a configuration, the threshold value can be set with higher accuracy.

前記補正手段は、前記燃料電池の出力値が前記閾値によって指定される値の範囲にある場合の出力値の利用頻度を上昇させ、前記燃料電池の出力値が前記閾値によって指定される値の範囲にない場合の出力値の利用頻度を低下するように補正すればよい。このような補正により、間欠運転により利用頻度が低下した間欠運転領域での出力値の利用頻度の分布を上昇させ、本来の間欠運転のない利用頻度の分布に近づけることができる。また、間欠運転により利用頻度が増加した間欠運転領域より高出力側での出力値の利用頻度の分布を低下させ、本来の間欠運転のない利用頻度の分布に近づけることができる。   The correction means increases the frequency of use of the output value when the output value of the fuel cell is in a value range specified by the threshold value, and the output value of the fuel cell is in a value range specified by the threshold value It may be corrected so as to reduce the frequency of use of the output value when it is not. By such correction, it is possible to increase the distribution of the usage frequency of the output value in the intermittent operation region where the usage frequency is reduced due to the intermittent operation, and to approximate the distribution of the usage frequency without the original intermittent operation. Moreover, the distribution of the usage frequency of the output value on the higher output side than the intermittent operation region where the usage frequency has increased due to the intermittent operation can be lowered to approximate the distribution of the usage frequency without the original intermittent operation.

また、本燃料電池システムは、過去の所定期間における前記燃料電池の出力電力に対する負荷への入力電力の割合を求める手段をさらに備え、前記発電効率記録手段は、前記燃料電池の出力電力に対する負荷への入力電力の割合から前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録するようにしてもよい。このような構成により、定量的に実際の電力効率を記録できるので、さらに精度よく前記閾値を設定できる。   The fuel cell system further includes means for obtaining a ratio of input power to the load with respect to the output power of the fuel cell in a predetermined period in the past, and the power generation efficiency recording means applies the load to the output power of the fuel cell. The relationship between the output value of the fuel cell and the power generation efficiency may be recorded from the ratio of the input power. With such a configuration, the actual power efficiency can be recorded quantitatively, so that the threshold value can be set with higher accuracy.

また、前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を示す曲線が単峰状ピークを有し前記燃料電池の低出力域にて発電効率ピークに向かって立ち上がる単調増加曲線部と前記発電効率ピーク位置の出力値からさらに高出力域に向かって前記単調増加曲線部より小さい変化率で立ち下がる単調減少曲線部からなり、前記出力頻度を示す曲線が単峰状ピークを有する場合に、前記算出手段は、前記出力頻度の単峰状ピークが前記発電効率ピーク位置の出力値から高出力域に向かって離間するにしたがって前記閾値を低出力側にシフトして算出するようにしてもよい。   Further, the curve indicating the relationship between the output value of the fuel cell and the power generation efficiency has a monomodal peak, and a monotonically increasing curve portion rising toward the power generation efficiency peak in the low output region of the fuel cell and the power generation efficiency peak The calculation means includes a monotone decreasing curve portion that falls at a rate of change smaller than the monotonically increasing curve portion from a position output value toward a higher output range, and the curve indicating the output frequency has a single peak. May be calculated by shifting the threshold value toward the low output side as the single peak of the output frequency moves away from the output value at the power generation efficiency peak position toward the high output range.

本発明によれば、前記燃料電池の前記発電効率と利用頻度から、燃料電池の発電を停止し蓄電装置から負荷に電力を供給するか否かを判定するので、従来よりもさらに燃料電池の出力効率を高めることができる。   According to the present invention, it is determined whether to stop power generation of the fuel cell and supply power from the power storage device to the load from the power generation efficiency and usage frequency of the fuel cell. Efficiency can be increased.

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)に係る燃料電池システムについて説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。   Hereinafter, a fuel cell system according to the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. The configuration of the following embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

《第1実施形態》
以下、図1から図8の図面に基づいて本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムを説明する。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.

<システム構成>
図1は、本燃料電池システムのシステム構成図である。この燃料電池システムは、燃料電池本体1(本発明の燃料電池に相当)と、燃料電池本体1から出力される電力の供給および遮断を制御する電源切り替え装置4と、電源切り替え装置4を通じて電力を供給される補機11および負荷21と、蓄電装置2と、蓄電装置2への電力の入出力および遮断を
制御する電源切り替え装置4と、本燃料電池システム全体を制御するECU(電子制御ユニット、本発明の制御手段に相当)とを有している。
<System configuration>
FIG. 1 is a system configuration diagram of the fuel cell system. This fuel cell system includes a fuel cell main body 1 (corresponding to the fuel cell of the present invention), a power supply switching device 4 that controls supply and interruption of power output from the fuel cell main body 1, and power supply through the power supply switching device 4. Auxiliary machine 11 and load 21 to be supplied, power storage device 2, power supply switching device 4 for controlling input / output and interruption of power to / from power storage device 2, and ECU (electronic control unit, Equivalent to the control means of the present invention.

電源切り替え装置3および4は、例えば、リレー、半導体スイッチ等である。電源切り替え装置4は、燃料電池本体1で発電される電力を供給または遮断する。一方、電源切り替え装置3は、電源切り替え装置4から供給される燃料電離本体1の電力を蓄電装置2に供給し、蓄電装置2を充電する。また、電源切り替え装置3は、電源切り替え装置4が遮断状態のとき、蓄電装置2に蓄積された電力を補機11および負荷21に供給する。   The power switching devices 3 and 4 are, for example, relays, semiconductor switches, and the like. The power switching device 4 supplies or cuts off the electric power generated by the fuel cell main body 1. On the other hand, the power switching device 3 supplies the power of the fuel ionization body 1 supplied from the power switching device 4 to the power storage device 2 and charges the power storage device 2. Further, the power supply switching device 3 supplies the electric power stored in the power storage device 2 to the auxiliary machine 11 and the load 21 when the power supply switching device 4 is in the cut-off state.

蓄電装置2は、例えば、二次電池、コンデンサ等である。蓄電装置2は、燃料電池本体1の運転中には、発電される電力を電源切り替え装置3、4を通じて充電する。また、蓄電装置2は、不図示の回生制動装置からの回生電力を蓄電するようにしてもよい。さらに、蓄電装置2は、燃料電池本体1の停止中は、補機11および負荷21に電力を供給する。   The power storage device 2 is, for example, a secondary battery or a capacitor. During operation of the fuel cell main body 1, the power storage device 2 charges the generated power through the power supply switching devices 3 and 4. The power storage device 2 may store regenerative power from a regenerative braking device (not shown). Furthermore, the power storage device 2 supplies power to the auxiliary machine 11 and the load 21 while the fuel cell main body 1 is stopped.

補機11は、例えば、燃料電池本体1に酸化剤ガスである空気を供給するコンプレッサ、燃料電池本体1に冷媒である水を供給するポンプ、燃料電池本体1の水素ガスを循環させる水素ポンプ等である。負荷21は、例えば、モータとモータに所定の周波数で電力を供給するモータインバータ等である。   The auxiliary machine 11 is, for example, a compressor that supplies air as an oxidant gas to the fuel cell body 1, a pump that supplies water as a refrigerant to the fuel cell body 1, a hydrogen pump that circulates the hydrogen gas in the fuel cell body 1, etc. It is. The load 21 is, for example, a motor inverter that supplies electric power to the motor and the motor at a predetermined frequency.

ECU10は、燃料電池本体1の運転開始と停止、燃料電池本体1の出力電圧および出力電流、温度等の監視、蓄電装置2の出力電圧および出力電流の監視、補機11への通電と遮断の制御、負荷21への通電と遮断の制御、電源切り替え装置3,4の通電状態と遮断状態の制御等を実行する。   The ECU 10 starts and stops the operation of the fuel cell main body 1, monitors the output voltage and output current of the fuel cell main body 1, the temperature, etc., monitors the output voltage and output current of the power storage device 2, and turns on and off the auxiliary machine 11. Control, control of energization and interruption of the load 21, control of the energization state and interruption state of the power supply switching devices 3 and 4, and the like are executed.

このようにして、本燃料電池システムは、必要に応じて燃料電池本体1を停止するともに、補機11および負荷21に蓄電装置2から電力を供給して燃料電池システムの運転を継続する間欠運転の機能を有する。本燃料電池システムの特徴は、燃料電池本体1および補機11を含む燃料電池システムの発電効率(以下、システム効率と呼ぶ)が低下する領域での発電を停止し、蓄電装置2により電力を供給する点にある。その場合、本燃料電池システムは、ユーザが燃料電池システムを運転する際の燃料電池本体1の出力頻度の分布と燃料電池システムの発電効率との関係から、発電を停止すべきか否かを決定する。   In this way, the present fuel cell system stops the fuel cell main body 1 as necessary, and supplies power from the power storage device 2 to the auxiliary machine 11 and the load 21 to continue the operation of the fuel cell system. It has the function of. The feature of this fuel cell system is that power generation is stopped in a region where the power generation efficiency (hereinafter referred to as system efficiency) of the fuel cell system including the fuel cell main body 1 and the auxiliary machine 11 is reduced, and power is supplied from the power storage device 2. There is in point to do. In this case, the fuel cell system determines whether or not to stop power generation from the relationship between the output frequency distribution of the fuel cell main body 1 when the user operates the fuel cell system and the power generation efficiency of the fuel cell system. .

<システム効率の概念>
図2は、燃料電池システムのシステム効率を示すグラフの一例である。図2では、システム効率は、燃料電池本体1の出力電力(以下、燃料電池出力xという)に対して、関数f(x)で示されている。燃料電池出力xは、燃料電池本体1の発電量である。
<Concept of system efficiency>
FIG. 2 is an example of a graph showing the system efficiency of the fuel cell system. In FIG. 2, the system efficiency is shown as a function f (x) with respect to the output power of the fuel cell main body 1 (hereinafter referred to as fuel cell output x). The fuel cell output x is the amount of power generated by the fuel cell main body 1.

燃料電池システムのシステム効率は、燃料電池本体1の発電効率と補機11の運転による損失とを含めた効率として定義できる。すなわち、燃料電池出力xから補機11の消費電力を減算し、そのときの消費水素エネルギで除算した値により、システム効率f(x)を定義できる。
(式1)
f(x)=(燃料電池出力x−補機による損失)/消費水素エネルギ
これはまた、負荷入力電力を燃料電池本体1の出力電力(に所定の定数を乗じた値)で除算して計算することもできる。ここで、所定の定数は、燃料電池システムの構成に依存し、実験的に決定される補正係数である。
(式2)
f(x)=負荷入力電力/(燃料電池本体1の出力電力×定数)
例えば、燃料電池出力xが小さい領域では、燃料電池本体1で発電される電力が小さく
ても、コンプレッサ、冷媒のポンプ、水素ポンプ等に所定値以上の電力を供給する必要がある。このため、この領域では、燃料電池出力xが小さいほどシステム効率は、低下する。逆に、燃料電池出力xの増加ともにシステム効率は上昇する。
The system efficiency of the fuel cell system can be defined as the efficiency including the power generation efficiency of the fuel cell main body 1 and the loss due to the operation of the auxiliary machine 11. That is, the system efficiency f (x) can be defined by a value obtained by subtracting the power consumption of the auxiliary machine 11 from the fuel cell output x and dividing by the hydrogen consumption energy at that time.
(Formula 1)
f (x) = (fuel cell output x-loss by auxiliary machine) / hydrogen consumption energy This is also calculated by dividing the load input power by the output power of the fuel cell body 1 (a value obtained by multiplying by a predetermined constant). You can also Here, the predetermined constant is a correction coefficient that is experimentally determined depending on the configuration of the fuel cell system.
(Formula 2)
f (x) = load input power / (output power of fuel cell body 1 × constant)
For example, in a region where the fuel cell output x is small, even if the power generated by the fuel cell main body 1 is small, it is necessary to supply power of a predetermined value or more to a compressor, a refrigerant pump, a hydrogen pump, or the like. Therefore, in this region, the system efficiency decreases as the fuel cell output x decreases. Conversely, the system efficiency increases as the fuel cell output x increases.

一方、燃料電池出力xが増加すると、それに伴ってコンプレッサ、冷媒のポンプ、水素ポンプ等での消費電力が増加する。その結果、燃料電池本体1に投入される反応ガスの量が増加する。しかしながら、燃料電池本体1を構成する単セル内では、通過する反応ガスの流量が所定値を超えるとその流量の増加とともに、反応に関与することなくセルを通過する反応ガス量が増加する。すなわち、単セルの発電効率は、電流増加とともに低下する。   On the other hand, when the fuel cell output x increases, the power consumption of the compressor, the refrigerant pump, the hydrogen pump, etc. increases accordingly. As a result, the amount of reaction gas charged into the fuel cell body 1 increases. However, in the single cell constituting the fuel cell main body 1, when the flow rate of the reaction gas passing exceeds a predetermined value, the amount of the reaction gas passing through the cell increases without being involved in the reaction as the flow rate increases. That is, the power generation efficiency of the single cell decreases as the current increases.

このため、増加する補機11の消費電力に見合った発電量の増加が得られなくなり、燃料電池出力xが所定値以上の領域では、燃料電池出力xの増加とともにシステム効率が低下する。したがって、システム効率を示す関数f(x)は、図2のようなピークf(xp)を有するグラフになる。ここで、xpは、システム効率がピークとなる燃料電池出力の値である。図2のように、関数f(x)は、ピークの位置xpから低出力側および高出力側でシステム効率が低下する低効率領域(x<<xpおよびxp<<x)を有している。   For this reason, an increase in the amount of power generation commensurate with the increasing power consumption of the auxiliary machine 11 cannot be obtained, and in a region where the fuel cell output x is greater than or equal to a predetermined value, the system efficiency decreases as the fuel cell output x increases. Therefore, the function f (x) indicating the system efficiency is a graph having a peak f (xp) as shown in FIG. Here, xp is a value of the fuel cell output at which the system efficiency reaches a peak. As shown in FIG. 2, the function f (x) has a low efficiency region (x << xp and xp << x) in which the system efficiency decreases from the peak position xp on the low output side and the high output side. .

図2には、さらに、燃料電池の出力頻度を示す関数g(x)が示されている。出力頻度とは、燃料電池出力Xが実際に発生した頻度の分布をいう。出力頻度とは、ユーザがその燃料電池出力Xを使用した回数の分布ともいうことができる。例えば、燃料電池システムが燃料電池で駆動される車両であった場合、出力頻度は、アクセルペダルの開度に応じて燃料電池本体1が発電した電力の頻度分布である。   FIG. 2 further shows a function g (x) indicating the output frequency of the fuel cell. The output frequency refers to the distribution of the frequency at which the fuel cell output X is actually generated. The output frequency can also be referred to as a distribution of the number of times the user has used the fuel cell output X. For example, when the fuel cell system is a vehicle driven by a fuel cell, the output frequency is a frequency distribution of electric power generated by the fuel cell main body 1 according to the opening degree of the accelerator pedal.

本燃料電池システムは、以上のシステム効率f(x)および出力頻度g(x)により、効率y(本発明の全体効率に相当)を以下の式で定義する。
(式3)
y=∫xg(x)dx/∫{xg(x)/f(x)}dx
式1の分子は、所定期間における燃料電池出力xの平均を表している。また、式1の分母は、燃料電池出力xおよび補機損失を得るために燃料電池システムが消費する水素エネルギに相当する量になる。したがって、効率yは、所定の積分期間において燃料電池システムに投入されたエネルギに対して燃料電池本体1が出力したエネルギの比率を示している。
In the fuel cell system, the efficiency y (corresponding to the overall efficiency of the present invention) is defined by the following equation based on the system efficiency f (x) and the output frequency g (x).
(Formula 3)
y = ∫xg (x) dx / ∫ {xg (x) / f (x)} dx
The numerator of Equation 1 represents the average of the fuel cell output x over a predetermined period. Further, the denominator of Equation 1 is an amount corresponding to the hydrogen energy consumed by the fuel cell system in order to obtain the fuel cell output x and the auxiliary machine loss. Therefore, the efficiency y indicates the ratio of the energy output from the fuel cell main body 1 to the energy input to the fuel cell system in a predetermined integration period.

ここで、間欠運転する場合を想定し、燃料電池出力xが所定値α未満の場合に燃料電池本体1の発電を停止するとする。この場合、出力頻度は、以下の関数h(x)で表すことができる。ここで、燃料電池出力xがこの所定値α未満の場合に、燃料電池本体1の発電を停止し、間欠運転を行うという意味で、この値αを間欠運転閾値と呼ぶ。
(式4)
h(x)=0 (0<x<α)
h(x)=g(x)(α≦x)
図3に、間欠運転閾値αを変化させたときのシステム効率の変化の一例を示す。間欠運転閾値αは、その値がシステム効率のピークf(xp)となる燃料電池出力xpよりはるかに小さい場合、低効率領域にて燃料電池本体1が発電することになる。したがって、そのような間欠運転閾値αを増加させると、αがxpに近づくとともに、効率yは増加することになる。
Here, assuming the case of intermittent operation, it is assumed that power generation of the fuel cell main body 1 is stopped when the fuel cell output x is less than the predetermined value α. In this case, the output frequency can be expressed by the following function h (x). Here, when the fuel cell output x is less than the predetermined value α, the value α is referred to as an intermittent operation threshold in the sense that the power generation of the fuel cell body 1 is stopped and intermittent operation is performed.
(Formula 4)
h (x) = 0 (0 <x <α)
h (x) = g (x) (α ≦ x)
FIG. 3 shows an example of a change in system efficiency when the intermittent operation threshold value α is changed. When the intermittent operation threshold value α is much smaller than the fuel cell output xp at which the system efficiency peak f (xp) is reached, the fuel cell main body 1 generates power in the low efficiency region. Therefore, when such an intermittent operation threshold value α is increased, α approaches xp and the efficiency y increases.

一方、間欠運転閾値αは、その値がシステム効率のピークf(xp)となる燃料電池出力xpよりはるかに大きい場合、低効率領域にて燃料電池本体1が発電することになる。そのような値から間欠運転閾値αを増加させると、αがxpから高出力側に離間するとと
もに、効率yは低下する。したがって、間欠運転閾値αは、システム効率yが最大となる最適値αmaxを有する。図3に示したシステム効率yは、図2に示した出力頻度g(x)とシステム効率f(x)とに対して、間欠運転閾値αの値を変化させて、システム効率yを求めた結果である。
On the other hand, when the intermittent operation threshold value α is much larger than the fuel cell output xp at which the system efficiency peak f (xp) is reached, the fuel cell main body 1 generates power in the low efficiency region. When the intermittent operation threshold value α is increased from such a value, α is separated from xp to the high output side, and the efficiency y is decreased. Therefore, the intermittent operation threshold value α has an optimum value αmax that maximizes the system efficiency y. The system efficiency y shown in FIG. 3 is obtained by changing the intermittent operation threshold value α with respect to the output frequency g (x) and the system efficiency f (x) shown in FIG. It is a result.

図2のような出力頻度分布g(x)の場合、最適値αmaxは、g(x)がピークとなる
燃料電池出力xq〜f(x)がピークとなる燃料で値出力xp付近の領域に位置する。なぜ
なら、αの値をxqよりはるかに大きな値にしてしまうと、出力頻度g(x)で頻度の大きい出力の領域での電力が蓄電装置2により供給されることになり、システム効率f(x)が低下する領域(xp<<x)にて、低効率で蓄電装置2を充電するための燃料電池の運転が必要となるからである。
In the case of the output frequency distribution g (x) as shown in FIG. 2, the optimum value αmax is a fuel cell output xq to f (x) at which g (x) peaks and is in a region near the value output xp. To position. This is because if the value of α is set to a value much larger than xq, the power in the region of the output having a high frequency with the output frequency g (x) is supplied by the power storage device 2, and the system efficiency f (x This is because the operation of the fuel cell for charging the power storage device 2 with low efficiency is required in the region where the) decreases (xp << x).

本燃料電池システムでは、ECU10が、ユーザの運転状態の履歴を蓄積し、出力頻度g(x)を求めておき、式3および式4にしたがい、αに対する効率yを求める。そして、効率yが最大となる最適値αmaxを求め、このαmaxにより間欠運転を実行する。このような手順により、本燃料電池システムは、ユーザの使用状況である出力頻度を反映した効率yが最大となる状態で間欠運転を継続する。   In the present fuel cell system, the ECU 10 accumulates the history of the user's operation state, obtains the output frequency g (x), and obtains the efficiency y with respect to α according to Equations 3 and 4. Then, an optimum value αmax that maximizes the efficiency y is obtained, and intermittent operation is performed using this αmax. With such a procedure, the fuel cell system continues the intermittent operation in a state where the efficiency y reflecting the output frequency that is the usage state of the user is maximized.

<処理フロー>
図4に、燃料電池システムのECU10が最適値αmaxを決定する処理のフローチャートを示す。この処理は、ECU10で実行される制御プログラムにより実現される。
<Processing flow>
FIG. 4 shows a flowchart of processing in which the ECU 10 of the fuel cell system determines the optimum value αmax. This process is realized by a control program executed by the ECU 10.

この処理では、まず、ECU10は、システム効率のマップを参照する(S1)。システム効率のマップとは、図2に示したシステム効率の関数f(x)と燃料電池出力xとの関係を例えばテーブル型式でメモリ(本発明の発電効率記録手段に相当)に保持したものである。   In this process, first, the ECU 10 refers to a map of system efficiency (S1). The system efficiency map is obtained by holding the relationship between the system efficiency function f (x) shown in FIG. 2 and the fuel cell output x in a memory (corresponding to the power generation efficiency recording means of the present invention), for example, in a table format. is there.

次に、ECU10は、出力頻度の実績マップを参照する(S2)。出力頻度の実績マップとは、図2に示した燃料電池の出力頻度分布g(x)と燃料電池出力xとの関係を例えばテーブル型式でメモリ(本発明の利用頻度記録手段に相当)に保持したものである。   Next, the ECU 10 refers to an output frequency result map (S2). The output frequency actual result map holds the relationship between the fuel cell output frequency distribution g (x) and the fuel cell output x shown in FIG. 2 in, for example, a table type memory (corresponding to the use frequency recording means of the present invention). It is a thing.

次に、ECU10は、式3および式4にしたがって、効率y(α)を算出する(S3)。その場合、ECU10は、αの値を所定の間隔Δα刻みで変化させ、複数個(ここでは、N個とする)のαi(i=1〜N)について、効率yi(i=1〜N)を算出する。ただし、本発明の実施は、この計算手順そのものに限定されるものではなく、例えば、所定区間(例えば、最小値α0から最大値α1に至る区間)に対して、2分法により、αmaxの値を絞り込むようにしても構わない。   Next, the ECU 10 calculates the efficiency y (α) according to the equations 3 and 4 (S3). In that case, the ECU 10 changes the value of α at a predetermined interval Δα step, and the efficiency yi (i = 1 to N) for a plurality (here, N) αi (i = 1 to N). Is calculated. However, the implementation of the present invention is not limited to this calculation procedure itself. For example, the value of αmax is obtained by a bisection method for a predetermined section (for example, a section from the minimum value α0 to the maximum value α1). You may make it narrow down.

次に、算出された効率yi(i=1〜N)の中から最大値ymaxとなる最適値αmaxを選択する(S4)。ECU10は、このαmaxを間欠運転閾値αとして設定する。S4の処理を実行するECU10が算出手段に相当する。   Next, an optimum value αmax that is the maximum value ymax is selected from the calculated efficiencies yi (i = 1 to N) (S4). The ECU 10 sets this αmax as the intermittent operation threshold value α. ECU10 which performs the process of S4 is equivalent to a calculation means.

以上のような最適値αmaxの決定は、ユーザが燃料電池システム(例えば、車両)の使用中に定期的に実行するようにしてもよい。また、ユーザが所定の実行指示(不図示の実行ボタンの押下等)を行ったときに実行するようにしてもよい。また、出力頻度の関数としては、特定のパターン、例えば、車両走行時のアクセル開度の典型的な変化のパターンを用意しておき、工場出荷時に最適値αmaxを決定しておいてもよい。   The determination of the optimum value αmax as described above may be performed periodically by the user while using the fuel cell system (for example, a vehicle). Alternatively, it may be executed when the user gives a predetermined execution instruction (such as pressing an execution button (not shown)). In addition, as a function of the output frequency, a specific pattern, for example, a typical change pattern of the accelerator opening degree during vehicle travel may be prepared, and the optimum value αmax may be determined at the time of factory shipment.

図5に、燃料電池システム運転時の間欠運転のフローチャートを示す。この処理では、ECU10は、アクセル開度から、ユーザの要求出力xを検知する(S10)。そして、
ECU10は、要求出力に対して必要な燃料電池出力を算出する(S11)。例えば、要求出力に補機11における消費電力を加えた値が必要な燃料電池出力となる。
FIG. 5 shows a flowchart of intermittent operation during fuel cell system operation. In this process, the ECU 10 detects the user's requested output x from the accelerator opening (S10). And
The ECU 10 calculates a fuel cell output necessary for the required output (S11). For example, the required fuel cell output is a value obtained by adding the power consumption in the auxiliary machine 11 to the required output.

次に、ECU10は、このとき必要な燃料電池出力が間欠運転閾値α未満か否かを判定する(S12)。そして、必要な燃料電池出力xが間欠運転閾値α未満の場合、ECU10は、燃料電池本体1の運転を停止し、間欠運転に切り替える(S13)。   Next, the ECU 10 determines whether or not the fuel cell output required at this time is less than the intermittent operation threshold value α (S12). When the required fuel cell output x is less than the intermittent operation threshold value α, the ECU 10 stops the operation of the fuel cell main body 1 and switches to the intermittent operation (S13).

一方、必要な燃料電池出力xが間欠運転閾値αを超える場合、ECU10は、燃料電池本体1による発電を開始し、通常運転に切り替える。なお、実際の燃料電池システムは、必要な燃料電池出力が間欠運転閾値α未満の場合でも、他の条件により、間欠運転を実施できない場合がある。例えば、蓄電装置2に十分な電力が充電されていない場合である。   On the other hand, when the required fuel cell output x exceeds the intermittent operation threshold value α, the ECU 10 starts power generation by the fuel cell main body 1 and switches to normal operation. In the actual fuel cell system, even when the required fuel cell output is less than the intermittent operation threshold α, there are cases where intermittent operation cannot be performed due to other conditions. For example, this is a case where the power storage device 2 is not charged with sufficient power.

<効率yの算出例>
図6から図8に、システム効率f(x)と、出力頻度g1(x)、g2(x)、およびg3(x)から算出された効率y1、y2、およびy3の例を示す。図6から図8に示すように、システム効率f(x)は、燃料電池出力xの値が0付近から増加するとともに、急速に上昇する。そして、システム効率f(x)がピークを過ぎると、その値は、燃料電池出力xの増加とともに、立ち上がり時より緩やかな変化率で単調に減少する。
<Example of calculating efficiency y>
FIG. 6 to FIG. 8 show examples of the efficiency y1, y2, and y3 calculated from the system efficiency f (x) and the output frequencies g1 (x), g2 (x), and g3 (x). As shown in FIGS. 6 to 8, the system efficiency f (x) increases rapidly as the value of the fuel cell output x increases from around zero. Then, when the system efficiency f (x) passes the peak, the value decreases monotonically at a slower rate of change from the rise as the fuel cell output x increases.

このように、本例では、システム効率は、ピークに向かって立ち上がる単調増加曲線と前記ピーク位置の出力値からさらに高出力域に向かって前記単調増加曲線より小さい変化率で立ち下がる単調減少曲線からなり、左右非対称な単峰状の曲線となっている。   Thus, in this example, the system efficiency is determined from the monotonic increase curve that rises toward the peak and the monotone decrease curve that falls from the output value at the peak position at a rate of change smaller than the monotone increase curve toward the higher output range. It is a left-right asymmetric single-peak curve.

一方、出力頻度g1(x)、g2(x)、g3(x)は、いずれも略左右対称な単峰状の曲線である。ただし、g1(x)よりもg2(x)の方が、ピークが高出力側にある。また、g2(x)よりもg3(x)の方が、ピークが高出力側にある。したがって、g1(x)、g2(x)、g3(x)の順で、ピークの位置がシステム効率g(x)のピーク位置よりも、高出力側にシフトしている。   On the other hand, the output frequencies g1 (x), g2 (x), and g3 (x) are all unimodal curves that are substantially symmetrical. However, g2 (x) has a peak on the higher output side than g1 (x). Further, g3 (x) has a peak on the higher output side than g2 (x). Therefore, the peak position is shifted to the higher output side than the peak position of the system efficiency g (x) in the order of g1 (x), g2 (x), and g3 (x).

図6に、システム効率f(x)と出力頻度g1(x)とから、間欠運転閾値αを変化させて求めた効率y1の変化を示す。同様に、図7に、システム効率f(x)と出力頻度g2(x)とから求めた効率y2の変化を示す。同様に、図8に、システム効率f(x)と出力頻度g3(x)とから求めた効率y3の変化を示す。このように、出力頻度g1(x)=>g2(x)=>g3(x)と、そのピークがシステム効率g(x)のピーク位置よりも、高出力側にシフトするにしたがって、効率y1、y2、y3のように、その効率が最大値となる間欠運転閾値αの値は、α1=>α2=>α3のように、減少する。   FIG. 6 shows a change in the efficiency y1 obtained by changing the intermittent operation threshold value α from the system efficiency f (x) and the output frequency g1 (x). Similarly, FIG. 7 shows a change in the efficiency y2 obtained from the system efficiency f (x) and the output frequency g2 (x). Similarly, FIG. 8 shows a change in the efficiency y3 obtained from the system efficiency f (x) and the output frequency g3 (x). As described above, the output frequency g1 (x) => g2 (x) => g3 (x) and the efficiency y1 as the peak shifts to the higher output side than the peak position of the system efficiency g (x). , Y2, and y3, the value of the intermittent operation threshold α at which the efficiency becomes the maximum value decreases as α1 => α2 => α3.

これは、出力頻度g(x)が高出力側にシフトすると、その領域でのシステム効率が低下するため、システム効率がピークf(xmax)となる出力xmaxから低出力方向に向かって燃料電池本体1の発電範囲を拡大する方向にαをシフトするためである。   This is because when the output frequency g (x) shifts to the high output side, the system efficiency in that region decreases, so the fuel cell body from the output xmax at which the system efficiency reaches the peak f (xmax) toward the low output direction. This is because α is shifted in the direction of expanding the power generation range of 1.

以上述べたように、本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池本体1の出力頻度およびシステム効率から算出される効率が最大となる間欠運転閾値αの最適値αmaxを求め、間欠運転閾値αを最適値αmaxに設定して間欠運転を実行する。この場合、出力頻度は、ユーザが実際に燃料電池システムを利用したときの出力頻度であるため、出力頻度に対して最適となる間欠運転閾値αを選択し、間欠運転を実行できる。   As described above, according to the fuel cell system of the present embodiment, the optimum value αmax of the intermittent operation threshold value α that maximizes the efficiency calculated from the output frequency of the fuel cell main body 1 and the system efficiency is obtained, and the intermittent operation threshold value is obtained. The intermittent operation is executed with α set to the optimum value αmax. In this case, since the output frequency is the output frequency when the user actually uses the fuel cell system, the intermittent operation threshold value α that is optimal with respect to the output frequency can be selected and intermittent operation can be executed.

《第2実施形態》
以下、図9から図13の図面に基づいて本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムを説明する。上記第1実施形態では、システム効率と出力頻度から算出される効率yが最
大となる間欠運転閾値αの最適値αmaxを求め、これを間欠運転閾値に設定し、間欠運転を実行する燃料電池システムの例を説明した。
<< Second Embodiment >>
Hereinafter, the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 13. In the first embodiment, the optimum value αmax of the intermittent operation threshold α that maximizes the efficiency y calculated from the system efficiency and the output frequency is obtained, and this is set as the intermittent operation threshold, and the intermittent operation is performed. Explained the example.

本実施形態では、そのような燃料電池システムにおいて、燃料電池本体1の出力の履歴から出力頻度を算出する例を説明する。他の構成および作用は、第1実施形態と同様である。そこで、システム構成、処理フロー等は、必要に応じて第1実施形態の図1から図8を参照し、その説明を省略する。   In the present embodiment, an example in which the output frequency is calculated from the output history of the fuel cell main body 1 in such a fuel cell system will be described. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. Therefore, the system configuration, the processing flow, and the like will be described with reference to FIGS.

図9は、間欠運転実行時の実際の燃料電池の出力頻度パターン例を示す図である。この燃料電池システムは、間欠運転閾値として最適値αmaxを設定している。図9に示すように、実際の出力頻度パターンでは、燃料電池出力xが間欠運転閾値(最適値αmax)未満の場でも出力頻度が0にはならない。しかし、ユーザが要求する要求出力から算出される燃料電池出力(例えば、図6のg1(x)参照)と比較して、燃料電池出力xが間欠運転閾値(最適値αmax)未満の領域では、極度に少なくなる(グラフ部分100B)。   FIG. 9 is a diagram showing an example of an output frequency pattern of an actual fuel cell when intermittent operation is performed. In this fuel cell system, the optimum value αmax is set as the intermittent operation threshold value. As shown in FIG. 9, in the actual output frequency pattern, the output frequency does not become zero even when the fuel cell output x is less than the intermittent operation threshold (optimum value αmax). However, compared with the fuel cell output calculated from the request output requested by the user (for example, see g1 (x) in FIG. 6), in the region where the fuel cell output x is less than the intermittent operation threshold (optimum value αmax), Extremely less (graph portion 100B).

すなわち、間欠運転時の出力頻度のグラフ形状(本実施形態では、出力頻度パターンともいう)は、間欠運転閾値(αmax)付近から燃料電池出力xの増加とともに急速に上昇し、その後、ピーク100cを経て徐々に減少する。また、0出力においても、出力頻度が存在する(棒状のグラフ100A参照)。なお、燃料電池出力xが間欠運転閾値未満の場合でも出力頻度が0にはならないのは、このような場合でも、他の条件から燃料電池本体1の発電を停止することができない場合があるからである。例えば、蓄電装置2の充電が十分でない場合には、燃料電池出力xが間欠運転閾値未満の領域でも燃料電池の発電を継続する必要がある。   That is, the graph shape of the output frequency during intermittent operation (also referred to as an output frequency pattern in the present embodiment) rises rapidly from the vicinity of the intermittent operation threshold (αmax) as the fuel cell output x increases, and thereafter the peak 100c is displayed. After that, it gradually decreases. Further, there is an output frequency even at 0 output (see bar graph 100A). Even when the fuel cell output x is less than the intermittent operation threshold, the output frequency does not become zero because even in such a case, the power generation of the fuel cell body 1 may not be stopped due to other conditions. It is. For example, when the power storage device 2 is not sufficiently charged, it is necessary to continue power generation of the fuel cell even in a region where the fuel cell output x is less than the intermittent operation threshold.

このように、間欠運転時の出力頻度パターンは、通常運転時とは、異なる形状となるため、間欠運転時の出力頻度パターンを記録し、そのままそのユーザの出力頻度としたのでは、誤差が大きくなる。本実施形態は、間欠運転時の出力頻度パターンから本来の出力頻度に補正する手順を説明する。   Thus, since the output frequency pattern during intermittent operation has a different shape from that during normal operation, recording the output frequency pattern during intermittent operation and setting it as the user's output frequency as it is causes a large error. Become. This embodiment demonstrates the procedure correct | amended from the output frequency pattern at the time of intermittent operation to the original output frequency.

例えば、間欠運転時の出力頻度g(x)に対し、以下の補正式で得らえるi(x)を補正された出力頻度として用いてもよい。このi(x)の算出を実行するECU10が利用頻度を補正する手段に相当する。
(式5)
k(x)=g(x)/β; (0<x<α)
k(x)=g(x)×(1−β);(α≦x)
ここで、β=間欠運転時間/総運転時間である。すなわち、βは、燃料電池本体1が停止している時間を総運転時間で除算した値である。
For example, for output frequency g (x) during intermittent operation, i (x) obtained by the following correction formula may be used as the corrected output frequency. The ECU 10 executing the calculation of i (x) corresponds to a means for correcting the usage frequency.
(Formula 5)
k (x) = g (x) / β; (0 <x <α)
k (x) = g (x) × (1−β); (α ≦ x)
Here, β = intermittent operation time / total operation time. That is, β is a value obtained by dividing the time during which the fuel cell main body 1 is stopped by the total operation time.

式5は、燃料電池出力が間欠運転閾値以上の領域では、出力頻度を1−β倍にスケーリングして縮小する。これは、間欠運転により、間欠運転閾値以上の領域では、通常の運転状態より出力頻度が増加するので、総時間に対する間欠運転時間の比率分だけ、頻度を低下させることにより、本来の出力頻度パターンに近づけるようにするためである。   Equation 5 scales and reduces the output frequency by 1-β times in the region where the fuel cell output is greater than or equal to the intermittent operation threshold. This is because intermittent output causes the output frequency to increase from the normal operation state in the region above the intermittent operation threshold, so by reducing the frequency by the ratio of the intermittent operation time to the total time, the original output frequency pattern It is for making it approach.

また、式5は、燃料電池出力が間欠運転閾値未満の領域では、出力頻度を1/β倍にスケーリングして拡大する。これは、間欠運転により、間欠運転閾値未満の領域では、通常の運転状態より出力頻度が低下するので、総時間に対する間欠運転時間の比率分だけ、頻度を増加させることにより、本来の出力頻度パターンに近づけるようにするためである。   Further, Expression 5 scales and expands the output frequency to 1 / β times in the region where the fuel cell output is less than the intermittent operation threshold. This is because the output frequency is lower than the normal operation state in the region below the intermittent operation threshold due to the intermittent operation. Therefore, by increasing the frequency by the ratio of the intermittent operation time to the total time, the original output frequency pattern It is for making it approach.

なお、このような補正としては、燃料電池出力が間欠運転閾値未満の領域で出力頻度を
βで除算する代わりに(1+β)倍するようにしてもよい。
As such correction, the output frequency may be multiplied by (1 + β) instead of dividing by β in the region where the fuel cell output is less than the intermittent operation threshold.

図10に、このようにして補正計算された出力頻度k(x)の例を示す。図10において、点線100Bおよび100Cは、図9と同様、間欠運転時の出力頻度である。一方、太線101Bおよび101Cが上記計算によって、間欠運転時の出力頻度(点線100Bおよび100C)から得られる補正された出力頻度である。   FIG. 10 shows an example of the output frequency k (x) calculated in this way. In FIG. 10, dotted lines 100 </ b> B and 100 </ b> C are output frequencies during intermittent operation, as in FIG. 9. On the other hand, the thick lines 101B and 101C are corrected output frequencies obtained from the output frequencies (dotted lines 100B and 100C) during intermittent operation by the above calculation.

図10に示されるように、補正後の出力頻度は、間欠運転閾値αmaxの前後で、微分係数が不連続となるギャップを有するが、連続な曲線を構成し、曲線形状全体としては、一般的な出力頻度の形状(例えば、車両に燃料電池を適用した場合の走行時の出力頻度パターン)に近づく。   As shown in FIG. 10, the output frequency after correction has a gap in which the differential coefficient is discontinuous before and after the intermittent operation threshold αmax, but forms a continuous curve, and the general curve shape is generally It approaches a shape of an appropriate output frequency (for example, an output frequency pattern during traveling when a fuel cell is applied to a vehicle).

なお、図10で得られた補正後の出力頻度に対して、燃料電池出力が間欠運転閾値未満の領域で出力頻度を固定値k0に設定してもよい。図11にそのような出力頻度の例を示す。この場合固定値k0は、間欠運転閾値以上の領域での出力頻度の減少分に相当する値としてもよい。例えば、図11で、曲線100Cと101Cとで囲まれた領域の面積Sに対して、k0=面積S/αmaxで算出すればよい。すなわち、出力頻度の固定値k0を示す直線104、x=αmax、および2つの座標軸のなす矩形の面積が面積Sに一致するようにk0を設定すればよい。   Note that the output frequency may be set to a fixed value k0 in a region where the fuel cell output is less than the intermittent operation threshold with respect to the corrected output frequency obtained in FIG. FIG. 11 shows an example of such output frequency. In this case, the fixed value k0 may be a value corresponding to a decrease in output frequency in a region equal to or higher than the intermittent operation threshold. For example, in FIG. 11, k0 = area S / αmax may be calculated for the area S of the region surrounded by the curves 100C and 101C. That is, k0 may be set so that the straight line 104 indicating the output frequency fixed value k0, x = αmax, and the area of the rectangle formed by the two coordinate axes coincide with the area S.

また、図10で得られた補正後の出力頻度に対して、燃料電池出力が間欠運転閾値未満の領域で、原点(0,0)から直線的に増加するように出力頻度を仮想的に設定してもよい。図12に、原点(0,0)からx=αmaxの位置まで直線105を設定する例を示す。この例では、直線105は、原点(0、0)から、間欠運転閾値以上の領域での補正後の曲線101Cの端点を結んでいる。その結果、間欠運転閾値において、出力頻度は、直線と曲線とが連続したグラフとして構成される。   Further, the output frequency is virtually set so that the fuel cell output increases linearly from the origin (0, 0) in the region where the fuel cell output is less than the intermittent operation threshold with respect to the corrected output frequency obtained in FIG. May be. FIG. 12 shows an example in which a straight line 105 is set from the origin (0, 0) to the position x = αmax. In this example, the straight line 105 connects the end point of the corrected curve 101C in the region equal to or higher than the intermittent operation threshold from the origin (0, 0). As a result, in the intermittent operation threshold, the output frequency is configured as a graph in which a straight line and a curve are continuous.

以上のような補正により、間欠運転により利用頻度が低下した間欠運転領域での出力値の利用頻度の分布を上昇させ、本来の間欠運転のない利用頻度の分布に近づけることができる。また、間欠運転により利用頻度が増加した間欠運転領域より高出力側での出力値の利用頻度の分布を低下させ、本来の間欠運転のない利用頻度の分布に近づけることができる。   With the correction as described above, the distribution of the usage frequency of the output value in the intermittent operation region where the usage frequency has decreased due to the intermittent operation can be increased, and can be brought close to the distribution of the usage frequency without the original intermittent operation. Moreover, the distribution of the usage frequency of the output value on the higher output side than the intermittent operation region where the usage frequency has increased due to the intermittent operation can be lowered to approximate the distribution of the usage frequency without the original intermittent operation.

また、例えば、間欠運転時のユーザの要求出力頻度g1(x)に対し、以下の補正式でえらえるj(x)を補正された出力頻度として用いてもよい。 ここで、ユーザの要求出力頻度g1(x)は、例えば、車両のアクセル開度から決定することができる。
(式6)
j(x)=g1(x)×(SB/SA)
ここで、SAは、ユーザの要求要求出頻g1(x)を示す曲線とx軸のなす領域の面積である。周知のように、この面積は、g1(x)を積分して得られる。また、SBは、間欠運転時の実際の出力頻度の曲線とx軸のなす領域(図9の曲線100Bおよび100Cとx軸のなす斜線部領域)の面積である。
Further, for example, j (x) obtained by the following correction equation may be used as the corrected output frequency with respect to the user's requested output frequency g1 (x) during intermittent operation. Here, the user's requested output frequency g1 (x) can be determined from the accelerator opening of the vehicle, for example.
(Formula 6)
j (x) = g1 (x) × (SB / SA)
Here, SA is an area of a region formed by a curve indicating the user request request frequency g1 (x) and the x axis. As is well known, this area is obtained by integrating g1 (x). In addition, SB is an area of the region formed by the curve of the actual output frequency and the x axis during intermittent operation (the hatched region formed by the curves 100B and 100C of FIG. 9 and the x axis).

すなわち、上記式6は、間欠運転時にユーザ要求が要求する要求出力頻度と燃料電池本体1の出力頻度との面積比で、その要求出力頻度を比例換算したものである。   That is, the above equation 6 is obtained by proportionally converting the required output frequency by the area ratio between the required output frequency requested by the user during intermittent operation and the output frequency of the fuel cell body 1.

《第3実施形態》
以下、図13の図面に基づいて本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムを説明する。上記第1実施形態では、システム効率と燃料電池本体1の出力頻度から算出される効率yが最大となる間欠運転閾値αの最適値αmaxを求め、これを間欠運転閾値αに設定
し、間欠運転を実行する燃料電池システムの例を説明した。また、第2実施形態では、間欠運転時の出力頻度から間欠運転のない通常運転時の出力頻度に補正する手順、あるいは、ユーザの要求する要求出力頻度から燃料電池本体1の出力頻度を算出する手順の例を説明した。
<< Third Embodiment >>
The fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawing of FIG. In the first embodiment, the optimum value αmax of the intermittent operation threshold value α that maximizes the efficiency y calculated from the system efficiency and the output frequency of the fuel cell main body 1 is obtained, and this is set as the intermittent operation threshold value α. An example of a fuel cell system that performs the above has been described. In the second embodiment, the output frequency of the fuel cell main body 1 is calculated from the procedure for correcting the output frequency at the intermittent operation to the output frequency at the normal operation without the intermittent operation, or the requested output frequency requested by the user. An example of the procedure was explained.

本実施形態では、そのような燃料電池システムにおいて、システム効率を蓄積する構成および処理手順を説明する。他の構成および作用は、第1実施形態と同様である。そこで、同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、必要に応じて第1実施形態の図1から図12の図面を参照する。   In the present embodiment, a configuration and processing procedure for accumulating system efficiency in such a fuel cell system will be described. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Further, the drawings of FIGS. 1 to 12 of the first embodiment are referred to as necessary.

図13に、本実施形態に係る燃料電池システムの構成図の例を示す。この例では、図1の構成と比較して、ECU10にメモリ9が明示されている。また、負荷21に代えてモータインバータ21Aが示されている。さらに、燃料電池本体1の出力電流を測定する電流センサ31、燃料電池本体1の出力電圧を測定する電圧センサ32、モータインバータ21Aへの入力電流を測定する電流センサ33、およびモータインバータ21Aへの入力電圧を測定する電圧センサ34が設けられている。また、図面を簡潔するため、補機11および蓄電装置2は、補機・蓄電装置11Aとして示されている。   FIG. 13 shows an example of a configuration diagram of the fuel cell system according to the present embodiment. In this example, the memory 9 is clearly shown in the ECU 10 as compared with the configuration of FIG. In addition, a motor inverter 21A is shown instead of the load 21. Furthermore, a current sensor 31 that measures the output current of the fuel cell body 1, a voltage sensor 32 that measures the output voltage of the fuel cell body 1, a current sensor 33 that measures an input current to the motor inverter 21A, and a motor inverter 21A. A voltage sensor 34 for measuring the input voltage is provided. In order to simplify the drawing, the auxiliary machine 11 and the power storage device 2 are shown as an auxiliary machine / power storage device 11A.

このような構成により、燃料電池システムの運転時に、電流センサ31は、燃料電池本体1からの出力電流I1を測定する。また、電圧センサ32は、燃料電池本体1からの出力電圧V1を測定する。また、電流センサ33は、モータインバータ21Aへの入力電流I2を測定する。また、電圧センサ34は、モータインバータ21Aへの入力電圧V2を測定する。   With such a configuration, the current sensor 31 measures the output current I1 from the fuel cell body 1 during operation of the fuel cell system. The voltage sensor 32 measures the output voltage V1 from the fuel cell body 1. The current sensor 33 measures an input current I2 to the motor inverter 21A. The voltage sensor 34 measures an input voltage V2 to the motor inverter 21A.

ECU10は、刻々電流センサ31、33、電圧センサ32、34の計測値I1、I2、V1、V2を監視し、メモリ9に記憶していく。これにより、燃料電池出力X=I1×V1に対するシステム効率f
(式7)
f=(I2×V2)/(I1×V1×定数)
をマップとして求めることができる。
The ECU 10 monitors the measured values I1, I2, V1, and V2 of the current sensors 31 and 33 and the voltage sensors 32 and 34, and stores them in the memory 9. As a result, the system efficiency f with respect to the fuel cell output X = I1 × V1
(Formula 7)
f = (I2 × V2) / (I1 × V1 × constant)
Can be obtained as a map.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 燃料電池システムのシステム効率を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows the system efficiency of a fuel cell system. 間欠運転時のシステム効率の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the system efficiency at the time of intermittent operation. 間欠運転閾値の最適値αmaxを決定する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which determines the optimal value (alpha) max of an intermittent driving | operation threshold value. 燃料電池システム運転時の間欠運転のフローチャートである。It is a flowchart of the intermittent operation at the time of fuel cell system operation. システム効率と、出力頻度から算出された効率の例を示す図(1)である。It is a figure (1) which shows the example of the efficiency computed from system efficiency and output frequency. システム効率と、出力頻度から算出された効率の例を示す図(2)である。It is a figure (2) which shows an example of efficiency computed from system efficiency and output frequency. システム効率と、出力頻度から算出された効率の例を示す図(3)である。It is a figure (3) which shows an example of efficiency computed from system efficiency and output frequency. 間欠運転実行時の実際の燃料電池の出力頻度パターン例を示す図である。It is a figure which shows the example output frequency pattern of the actual fuel cell at the time of intermittent operation execution. 補正計算された出力頻度の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the corrected output frequency. 出力頻度を示す曲線の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the curve which shows an output frequency. 出力頻度を示す曲線の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the curve which shows an output frequency. 本発明の第3実施形態に係る燃料電池システムの構成図の例である。It is an example of the block diagram of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池
2 蓄電装置
3、4 電源切り替え装置
9 メモリ
10 ECU
11 補機
21 負荷
31、33 電流センサ
32、34 電圧センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Power storage device 3, 4 Power supply switching device 9 Memory 10 ECU
11 Auxiliary machine 21 Load 31, 33 Current sensor 32, 34 Voltage sensor

Claims (6)

燃料電池と、
蓄電装置と、
前記燃料電池に要求される出力が所定の閾値によって指定される値の範囲にある場合に前記燃料電池の発電を停止し蓄電装置から負荷に電力を供給する制御手段と、
前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録する発電効率記録手段と、
前記燃料電池の出力値とその出力値の利用頻度との関係を記録する利用頻度記録手段と、
前記発電効率と利用頻度とから前記閾値を算出する算出手段とを備える燃料電池システム。
A fuel cell;
A power storage device;
Control means for stopping power generation of the fuel cell and supplying power from the power storage device to the load when the output required for the fuel cell is within a range of values specified by a predetermined threshold;
Power generation efficiency recording means for recording the relationship between the output value of the fuel cell and the power generation efficiency;
Usage frequency recording means for recording the relationship between the output value of the fuel cell and the usage frequency of the output value;
A fuel cell system comprising: calculation means for calculating the threshold value from the power generation efficiency and the usage frequency.
前記算出手段は、過去の所定期間について前記燃料電池の出力値を前記利用頻度によって平均した平均出力値と前記燃料電池の出力値を前記発電効率で除算した値の前記所定期間についての平均値とから当該燃料電池システムの全体効率を算出する効率算出手段と、
前記閾値を変更することによって得られる複数の前記全体効率のうち最大の全体効率を得る閾値を選択する手段とを有する請求項1に記載の燃料電池システム。
The calculating means includes an average output value obtained by averaging the output value of the fuel cell according to the usage frequency for a predetermined period in the past, and an average value for the predetermined period obtained by dividing the output value of the fuel cell by the power generation efficiency. Efficiency calculating means for calculating the overall efficiency of the fuel cell system from
2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising means for selecting a threshold value for obtaining a maximum overall efficiency among the plurality of overall efficiencies obtained by changing the threshold value.
過去の所定期間における当該燃料電池システムの運転時間に対する間欠時間の割合により過去の燃料電池の出力値の利用頻度を補正する補正手段を備える請求項1または2に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a correcting unit that corrects the use frequency of the past output value of the fuel cell based on a ratio of the intermittent time to the operation time of the fuel cell system in the past predetermined period. 前記補正手段は、前記燃料電池の出力値が前記閾値によって指定される値の範囲にある場合の出力値の利用頻度を上昇させ、前記燃料電池の出力値が前記閾値によって指定される値の範囲にない場合の出力値の利用頻度を低下するように補正する請求項3に記載の燃料電池システム。   The correction means increases the frequency of use of the output value when the output value of the fuel cell is in a value range specified by the threshold value, and the output value of the fuel cell is in a value range specified by the threshold value The fuel cell system according to claim 3, wherein correction is made so as to reduce the frequency of use of the output value when it is not. 過去の所定期間における前記燃料電池の出力電力に対する負荷への入力電力の割合を求める手段をさらに備え、
前記発電効率記録手段は、前記燃料電池の出力電力に対する負荷への入力電力の割合から前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録する請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池システム。
Means for obtaining a ratio of input power to the load with respect to output power of the fuel cell in a past predetermined period;
5. The fuel cell according to claim 1, wherein the power generation efficiency recording unit records a relationship between an output value of the fuel cell and power generation efficiency from a ratio of input power to a load with respect to output power of the fuel cell. system.
前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を示す曲線が単峰状ピークを有し前記燃料電池の低出力域にて発電効率ピークに向かって立ち上がる単調増加曲線部と前記発電効率ピーク位置の出力値からさらに高出力域に向かって前記単調増加曲線部より小さい変化率で立ち下がる単調減少曲線部とからなり、前記出力頻度を示す曲線が単峰状ピークを有する場合に、
前記算出手段は、前記出力頻度の単峰状ピークが前記発電効率ピーク位置の出力値から高出力域に向かって離間するにしたがって前記閾値を低出力側にシフトして算出する請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池システム。
The curve showing the relationship between the output value of the fuel cell and the power generation efficiency has a monomodal peak, a monotonically increasing curve portion rising toward the power generation efficiency peak in the low output region of the fuel cell, and the power generation efficiency peak position When the curve showing the output frequency has a monomodal peak, comprising a monotone decreasing curve portion falling at a smaller rate of change from the output value toward a higher output range than the monotone increasing curve portion.
The calculation means shifts the threshold value toward a low output side as the single peak of the output frequency moves away from the output value at the power generation efficiency peak position toward the high output range, and calculates the output frequency. The fuel cell system according to any one of the above.
JP2005106620A 2005-04-01 2005-04-01 Fuel cell system Withdrawn JP2006286479A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005106620A JP2006286479A (en) 2005-04-01 2005-04-01 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005106620A JP2006286479A (en) 2005-04-01 2005-04-01 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006286479A true JP2006286479A (en) 2006-10-19

Family

ID=37408159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005106620A Withdrawn JP2006286479A (en) 2005-04-01 2005-04-01 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006286479A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009259754A (en) * 2007-05-28 2009-11-05 Honda Motor Co Ltd Electric power supply system
JP2012226939A (en) * 2011-04-19 2012-11-15 Toyota Motor Corp Fuel cell system and control method thereof
JPWO2013047169A1 (en) * 2011-09-28 2015-03-26 京セラ株式会社 Power generation system, control device, and power control method
KR101836649B1 (en) * 2016-06-09 2018-03-09 현대자동차주식회사 Detection method and system of the hydrogen leakage in fuel cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009259754A (en) * 2007-05-28 2009-11-05 Honda Motor Co Ltd Electric power supply system
JP2012226939A (en) * 2011-04-19 2012-11-15 Toyota Motor Corp Fuel cell system and control method thereof
JPWO2013047169A1 (en) * 2011-09-28 2015-03-26 京セラ株式会社 Power generation system, control device, and power control method
KR101836649B1 (en) * 2016-06-09 2018-03-09 현대자동차주식회사 Detection method and system of the hydrogen leakage in fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8615342B2 (en) Hybrid vehicle and method of controlling hybrid vehicle
KR100502866B1 (en) Fuel cell power plant for mobile unit
JP3719229B2 (en) Power supply
US9211890B2 (en) Vehicle control device, vehicle and vehicle control method
JP2009123435A (en) Device and method of controlling secondary battery
WO2012157361A1 (en) Fuel cell system
JP2013035545A (en) Parallel hybrid electric vehicle power management system, adaptive power management method and program therefor
JP2007128778A (en) Fuel cell system, its control method, and vehicle mounting it
JP5194751B2 (en) FUEL CELL DEVICE, START-UP DETERMINING DEVICE, AND START-UP DETERMINING METHOD
JP2006286479A (en) Fuel cell system
KR20130068411A (en) Control method charging and discharging to battery for hybrid-vehicles
JP2008017594A (en) Control device for vehicles mounted with fuel cell
JP7196527B2 (en) Mileage calculation method and mileage calculation device for hybrid vehicle
JP5375036B2 (en) Power generation system
KR102026317B1 (en) Fuel cell system and maximum power calculation method
JP2016201250A (en) Cooling system for on-vehicle secondary battery
US11247660B2 (en) Total distance to empty informing device provided in hybrid vehicle
JP2006040718A (en) Fuel cell system
JP2002352834A (en) Power generation controlling system and program
JP2007055532A (en) Vehicular battery state estimating device
JP2016199153A (en) Cooling system for on-vehicle secondary battery
JP2005085622A (en) Fuel cell power generating system
CN112599821B (en) Fuel cell composite power control method and system thereof
JP6724585B2 (en) Fuel cell system
JP6402698B2 (en) Vehicle power supply system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080324

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20110322