JP2007035394A - Control unit of fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control unit of a fuel cell so made to effectively restrain output lowering of the fuel cell through accurate determination of the humidifying state of the fuel cell and appropriate adjustment of moisture inside the fuel cell. <P>SOLUTION: An output voltage of each of a plurality of single cells forming the fuel battery for calculating deviation Vd for each detected output voltage (S12), variance Vv for each output voltage by the deviation Vd calculated (S16), the humidifying conditions of the fuel battery are determined, based on the variance Vd and the deviation Vd (more specifically, a maximum deviation Vdmax) (S18 to S30), and at the same time, moisture inside the fuel battery is adjusted, based on the determination result of the humidifying state (S32). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a fuel cell.

燃料電池は、内部の水分量（電解質膜の含水量）が不足すると出力が低下するため、燃料や空気を加湿して水分を供給する必要がある。一方、水分が過剰に供給されると、燃料電池の内部で水分が凝縮してガス通路が閉塞され、ガスの拡散が妨げられて出力低下を招くという不具合が生じる。   Since the output of a fuel cell decreases when the amount of water in the inside (the water content of the electrolyte membrane) is insufficient, it is necessary to supply moisture by humidifying the fuel and air. On the other hand, if water is supplied excessively, the water is condensed inside the fuel cell, the gas passage is blocked, and gas diffusion is hindered, resulting in a decrease in output.

そこで、従来、燃料電池の出力低下を監視し、出力低下が検出されたときに燃料電池内部の水分量を調節するようにした技術が提案されている。また、例えば特許文献１に記載されるように、燃料電池から排出されたガスの湿度を検出し、検出された排出ガスの湿度が一定となるようにガスの供給量を調節する（具体的には、排出ガスの湿度が上昇した場合、ガスの供給量を増加し、燃料電池内部で水分が凝縮するのを防止する）ようにした技術も提案されている。
特開２００３−５１３２８号公報（段落００２１） Therefore, conventionally, a technique has been proposed in which the output decrease of the fuel cell is monitored and the amount of water in the fuel cell is adjusted when the output decrease is detected. Further, as described in, for example, Patent Document 1, the humidity of the gas discharged from the fuel cell is detected, and the gas supply amount is adjusted so that the detected humidity of the discharged gas becomes constant (specifically, In other words, a technique has been proposed in which when the humidity of the exhaust gas increases, the amount of gas supplied is increased to prevent moisture from condensing inside the fuel cell.
JP 2003-51328 A (paragraph 0021)

上記したように、燃料電池は内部の水分量が不足しても過剰となっても出力低下を生じるため、出力低下が検出されても実際の加湿状態がドライ（水分不足）であるのかフラッド（水分過剰）であるのか区別し難い。一方、上記した特許文献１に記載されるように排出ガスの湿度を検出すれば燃料電池の加湿状態を推定することができるが、排出ガスの湿度は燃料電池内部の加湿状態を間接的に示すに過ぎず、実際の加湿状態とずれを生じる可能性があった。このように、従来技術にあっては、燃料電池の加湿状態を精度良く判定することができず、燃料電池内部の水分量を最適に調節することが困難であり、出力低下の抑制という点で改善の余地を残していた。   As described above, even if the amount of water in the fuel cell is insufficient or excessive, the output of the fuel cell is reduced. Therefore, even if the output reduction is detected, whether the actual humidification state is dry (moisture shortage) or flood ( It is difficult to distinguish whether it is excessive water). On the other hand, if the humidity of the exhaust gas is detected as described in Patent Document 1 described above, the humidified state of the fuel cell can be estimated, but the humidity of the exhaust gas indirectly indicates the humidified state inside the fuel cell. However, there was a possibility of causing a deviation from the actual humidified state. Thus, in the prior art, it is difficult to accurately determine the humidified state of the fuel cell, it is difficult to optimally adjust the moisture content inside the fuel cell, and in terms of suppressing output reduction. There was room for improvement.

従ってこの発明の目的は上記した課題を解決し、燃料電池の加湿状態を精度良く判定し、燃料電池内部の水分量を最適に調節することで、燃料電池の出力低下を効果的に抑制するようにした燃料電池の制御装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to accurately determine the humidified state of the fuel cell, and to optimally adjust the moisture content inside the fuel cell, thereby effectively suppressing the output decrease of the fuel cell. An object of the present invention is to provide a fuel cell control device.

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、単電池を複数個積層して形成される燃料電池と、前記燃料電池の内部の水分量を調節する水分量調節手段と、前記水分量調節手段の動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池の制御装置において、前記複数個の単電池のそれぞれの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記検出された出力電圧の偏差を算出する第１の算出手段と、前記算出された偏差を用いて前記出力電圧の分散または標準偏差を算出する第２の算出手段と、および前記算出された分散または標準偏差と前記算出された偏差とに基づいて前記燃料電池の加湿状態を判定する加湿状態判定手段とを備えると共に、前記制御手段は、前記加湿状態の判定結果に基づいて前記水分量調節手段の動作を制御するように構成した。   In order to solve the above-mentioned object, in claim 1, a fuel cell formed by stacking a plurality of single cells, a water content adjusting means for adjusting the water content inside the fuel cell, A control apparatus for a fuel cell, comprising a control means for controlling the operation of the moisture amount adjusting means, an output voltage detection means for detecting the output voltage of each of the plurality of single cells, and a deviation of the detected output voltage First calculation means for calculating the output voltage, second calculation means for calculating the variance or standard deviation of the output voltage using the calculated deviation, and the calculated variance or standard deviation and the calculated And a humidification state determination unit that determines a humidification state of the fuel cell based on the deviation, and the control unit is configured to control the operation of the moisture amount adjustment unit based on the determination result of the humidification state. Shi .

また、請求項２に係る燃料電池の制御装置にあっては、前記加湿状態判定手段は、前記算出された分散または標準偏差を第１の所定値と比較する第１の比較手段と、および前記算出された偏差を第２の所定値と比較する第２の比較手段とを備えると共に、前記算出された分散または標準偏差が前記第１の所定値以上のとき、前記燃料電池の加湿が不足であると判定する一方、前記算出された偏差が前記第２の所定値以上のとき、前記燃料電池の加湿が過剰であると判定するように構成した。   Further, in the fuel cell control device according to claim 2, the humidification state determination means includes first comparison means for comparing the calculated variance or standard deviation with a first predetermined value, and the A second comparing means for comparing the calculated deviation with a second predetermined value, and when the calculated variance or standard deviation is equal to or greater than the first predetermined value, the fuel cell is insufficiently humidified. On the other hand, when the calculated deviation is equal to or greater than the second predetermined value, the fuel cell is determined to be excessively humidified.

また、請求項３に係る燃料電池の制御装置にあっては、前記水分量調節手段は、前記燃料電池に空気を供給する空気供給系、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給系、および前記燃料電池に冷却水を供給する冷却水供給系の少なくともいずれかであるように構成した。   In the fuel cell control apparatus according to claim 3, the moisture amount adjusting means includes an air supply system that supplies air to the fuel cell, a fuel supply system that supplies fuel to the fuel cell, and the It was configured to be at least one of a cooling water supply system for supplying cooling water to the fuel cell.

請求項１に係る燃料電池の制御装置にあっては、燃料電池を形成する複数個の単電池のそれぞれの出力電圧を検出し、検出された各出力電圧の偏差を算出し、算出された各偏差を用いて出力電圧の分散または標準偏差を算出し、算出された分散または標準偏差と算出された偏差とに基づいて燃料電池の加湿状態を判定すると共に、加湿状態の判定結果に基づき、燃料電池の内部の水分量を調節する水分量調節手段の動作を制御するように構成したので、燃料電池の加湿状態を精度良く判定して燃料電池内部の水分量を最適に調節することが可能となり、燃料電池の出力低下を効果的に抑制することができる。   In the control apparatus for a fuel cell according to claim 1, each output voltage of a plurality of unit cells forming the fuel cell is detected, a deviation of each detected output voltage is calculated, and each calculated The deviation or standard deviation of the output voltage is calculated using the deviation, the humidification state of the fuel cell is determined based on the calculated dispersion or standard deviation and the calculated deviation, and the fuel is determined based on the determination result of the humidification state. Since it is configured to control the operation of the moisture amount adjusting means that adjusts the moisture content inside the battery, it becomes possible to accurately determine the humidification state of the fuel cell and optimally adjust the moisture content inside the fuel cell. , The output reduction of the fuel cell can be effectively suppressed.

また、請求項２に係る燃料電池の制御装置にあっては、算出された分散または標準偏差を第１の所定値と比較し、分散または標準偏差が第１の所定値以上のとき、燃料電池の加湿が不足であると判定する一方、算出された偏差を第２の所定値と比較し、偏差が第２の所定値以上のとき、燃料電池の加湿が過剰であると判定するように構成したので、燃料電池の加湿状態を精度良く判定して燃料電池内部の水分量を最適に調節することが可能となり、燃料電池の出力低下を効果的に抑制することができる。   In the fuel cell control apparatus according to claim 2, the calculated variance or standard deviation is compared with a first predetermined value, and when the variance or standard deviation is equal to or greater than the first predetermined value, the fuel cell The calculated deviation is compared with a second predetermined value, and when the deviation is equal to or greater than the second predetermined value, it is determined that the fuel cell is excessively humidified. As a result, it is possible to accurately determine the humidification state of the fuel cell and optimally adjust the amount of water inside the fuel cell, and to effectively suppress a decrease in the output of the fuel cell.

また、請求項３に係る燃料電池の制御装置にあっては、燃料電池に空気を供給する空気供給系、燃料電池に燃料を供給する燃料供給系、および燃料電池に冷却水を供給する冷却水供給系の少なくともいずれかの動作を制御することで燃料電池内部の水分量を調節するように構成したので、上記した効果に加え、構成を簡素化することができる。   In the fuel cell control device according to claim 3, an air supply system for supplying air to the fuel cell, a fuel supply system for supplying fuel to the fuel cell, and a cooling water for supplying cooling water to the fuel cell Since the water content in the fuel cell is adjusted by controlling at least one of the operations of the supply system, the configuration can be simplified in addition to the effects described above.

以下、添付図面に即してこの発明に係る燃料電池の制御装置の最良の実施の形態について説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode of a fuel cell control device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は、この発明の第１実施例に係る燃料電池の制御装置を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a control apparatus for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

図１において符号１０は、燃料電池（スタック）を示す。燃料電池１０は、図２に示すように、単電池（セル）１２を複数個（ｎ個）、具体的には４０個積層して形成された公知の固体高分子型燃料電池である。単電池１２は、電解質膜（固体高分子膜）と、それを挟持する空気極と燃料極と、各電極の外側に配置されるセパレータ（いずれも図示せず）とから構成される。尚、正常時の各単電池１２の中心電圧は約０．６３Ｖであり、よって燃料電池１０の出力電圧は２５．２Ｖである。   In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a fuel cell (stack). As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 is a known solid polymer fuel cell formed by stacking a plurality (n) of single cells (cells) 12, specifically, 40 cells. The unit cell 12 includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane), an air electrode and a fuel electrode that sandwich the membrane, and a separator (none of which is shown) disposed outside each electrode. Note that the center voltage of each unit cell 12 at normal time is about 0.63V, and therefore the output voltage of the fuel cell 10 is 25.2V.

燃料電池１０の空気極には、燃料電池１０に空気（カソードガス。具体的には酸素ガス）を供給する空気供給系１４が接続される。空気供給系１４は、空気供給路１６と、空気排出路１８と、加湿器２０と、空気ポンプ（エアブロワ）２２とから構成される。   An air supply system 14 for supplying air (cathode gas, specifically oxygen gas) to the fuel cell 10 is connected to the air electrode of the fuel cell 10. The air supply system 14 includes an air supply path 16, an air discharge path 18, a humidifier 20, and an air pump (air blower) 22.

空気供給路１６は空気極の入口側に接続される一方、空気排出路１８は空気極の出口側に接続される。空気供給路１６と空気排出路１８の途中には、加湿器２０が配置される。加湿器２０は、空気供給路１６と空気排出路１８を隔てる水蒸気透過膜（図示せず）を備える。また、空気供給路１６において加湿器２０よりも上流側には、空気ポンプ２２が配置される。   The air supply path 16 is connected to the inlet side of the air electrode, while the air discharge path 18 is connected to the outlet side of the air electrode. A humidifier 20 is disposed in the middle of the air supply path 16 and the air discharge path 18. The humidifier 20 includes a water vapor permeable membrane (not shown) that separates the air supply path 16 and the air discharge path 18. An air pump 22 is disposed upstream of the humidifier 20 in the air supply path 16.

一方、燃料電池１０の燃料極には、燃料電池１０に燃料（アノードガス。具体的には水素ガス）を供給する燃料供給系２６が接続される。燃料供給系２６は、燃料供給路２８と、燃料排出路３０と、燃料還流路３２と、第１から第３の電磁弁３４，３６，３８とから構成される。   On the other hand, a fuel supply system 26 that supplies fuel (anode gas, specifically hydrogen gas) to the fuel cell 10 is connected to the fuel electrode of the fuel cell 10. The fuel supply system 26 includes a fuel supply path 28, a fuel discharge path 30, a fuel return path 32, and first to third electromagnetic valves 34, 36, and 38.

燃料供給路２８は燃料極の入口側に接続される一方、燃料排出路３０は燃料極の出口側に接続される。燃料供給路２８の途中には第１の電磁弁３４が配置され、燃料排出路３０の途中には第２の電磁弁３６が配置される。燃料供給路２８の第１の電磁弁３４よりも上流側は、燃料の供給源（図示せず）に接続される。また、燃料供給路２８の第１の電磁弁３４よりも下流側と、燃料排出路３０の第２の電磁弁３６よりも上流側は、燃料還流路３２を介して接続される。燃料還流路３２の途中には、第３の電磁弁３８が配置される。   The fuel supply path 28 is connected to the inlet side of the fuel electrode, while the fuel discharge path 30 is connected to the outlet side of the fuel electrode. A first electromagnetic valve 34 is disposed in the middle of the fuel supply path 28, and a second electromagnetic valve 36 is disposed in the middle of the fuel discharge path 30. The upstream side of the first electromagnetic valve 34 in the fuel supply path 28 is connected to a fuel supply source (not shown). Further, the downstream side of the first electromagnetic valve 34 in the fuel supply path 28 and the upstream side of the second electromagnetic valve 36 in the fuel discharge path 30 are connected via a fuel return path 32. A third electromagnetic valve 38 is arranged in the middle of the fuel return path 32.

また、燃料電池１０の冷却水通路には、燃料電池１０に冷却水を供給する冷却水供給系４２が接続される。冷却水供給系４２は、冷却水循環路４４と、ラジエータ４６と、冷却ファン４８と、冷却水ポンプ５０とから構成される。   A cooling water supply system 42 that supplies cooling water to the fuel cell 10 is connected to the cooling water passage of the fuel cell 10. The cooling water supply system 42 includes a cooling water circulation path 44, a radiator 46, a cooling fan 48, and a cooling water pump 50.

冷却水循環路４４は燃料電池１０に形成された冷却水通路に接続され、その途中にはラジエータ４６と冷却水ポンプ５０とが配置される。ラジエータ４６には冷却ファン４８が設けられる。冷却水ポンプ５０によって圧送された冷却水は、冷却水循環路４４を介して燃料電池１０とラジエータ４６の間を循環させられる。   The cooling water circulation path 44 is connected to a cooling water passage formed in the fuel cell 10, and a radiator 46 and a cooling water pump 50 are disposed in the middle thereof. The radiator 46 is provided with a cooling fan 48. The cooling water pumped by the cooling water pump 50 is circulated between the fuel cell 10 and the radiator 46 via the cooling water circulation path 44.

また、燃料電池１０には、出力電圧検出部（電圧センサ）５４が接続される。出力電圧検出部５４は、燃料電池１０を形成するｎ個（４０個）の単電池１２のそれぞれの出力電圧Ｖｉ（ｉ：１〜ｎ（＝４０））を検出する。出力電圧検出部５４によって検出された各単電池１２の出力電圧Ｖｉは、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５６に入力される。ＥＣＵ５６はマイクロ・コンピュータからなり、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭなど（いずれも図示せず）を備える。   In addition, an output voltage detection unit (voltage sensor) 54 is connected to the fuel cell 10. The output voltage detector 54 detects the output voltages Vi (i: 1 to n (= 40)) of the n (40) unit cells 12 forming the fuel cell 10. The output voltage Vi of each single battery 12 detected by the output voltage detector 54 is input to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 56. The ECU 56 includes a microcomputer and includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like (all not shown).

空気ポンプ２２によって吸引された空気は、空気供給路１６と加湿器２０を介して燃料電池１０の空気極に供給される。また、燃料供給路２８に配置された第１の電磁弁３４が開弁されると、燃料の供給源から圧送された燃料が、燃料電池１０の燃料極に供給される。   The air sucked by the air pump 22 is supplied to the air electrode of the fuel cell 10 through the air supply path 16 and the humidifier 20. Further, when the first electromagnetic valve 34 disposed in the fuel supply path 28 is opened, the fuel pumped from the fuel supply source is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 10.

燃料電池１０に供給された空気と燃料は、電気化学反応を生じる。空気極および燃料極で生じる電極反応は、具体的には下記の通りである。
空気極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
空気極：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
従って、全体の反応は下記となる。
全体：Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ The air and fuel supplied to the fuel cell 10 cause an electrochemical reaction. Specifically, the electrode reaction occurring at the air electrode and the fuel electrode is as follows.
Air electrode: H 2 → 2H + + 2e −
Air electrode: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O
Therefore, the overall reaction is:
Overall: H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O

上記の反応によって燃料電池１０が発電した電力（直流電流）は、図示しない出力端子と出力回路を介して電気負荷（外部の電気機器）に供給される。   The electric power (direct current) generated by the fuel cell 10 by the above reaction is supplied to an electric load (external electric device) through an output terminal and an output circuit (not shown).

尚、上記反応に用いられなかった未反応空気は、空気極から空気排出路１８と加湿器２０を介して燃料電池１０の外部に排出される。排出される未反応空気には、発電に伴って空気極で生成された水分（生成水）が含有される。かかる生成水は、加湿器２０の内部に設けられた水蒸気透過膜を透過して空気供給路１６を通過する空気に供給され、よって燃料電池１０に供給される空気が加湿される。   The unreacted air that has not been used for the reaction is discharged from the air electrode to the outside of the fuel cell 10 through the air discharge path 18 and the humidifier 20. The unreacted air that is discharged contains moisture (generated water) that is generated at the air electrode as power is generated. The generated water is supplied to the air that passes through the water vapor permeable membrane provided in the humidifier 20 and passes through the air supply path 16, so that the air supplied to the fuel cell 10 is humidified.

また、同様に上記反応に用いられなかった未反応燃料は、燃料極から燃料排出路３０に排出される。通常、燃料排出路３０に配置された第２の電磁弁３６は閉弁されると共に、燃料還流路３２に配置された第３の電磁弁３８は開弁される。従って、燃料極から排出された未反応燃料は、排出路３０と還流路３２と供給路２８を介し、燃料電池１０の燃料極に再度供給される。   Similarly, unreacted fuel that has not been used for the reaction is discharged from the fuel electrode to the fuel discharge passage 30. Normally, the second electromagnetic valve 36 disposed in the fuel discharge path 30 is closed, and the third electromagnetic valve 38 disposed in the fuel return path 32 is opened. Therefore, the unreacted fuel discharged from the fuel electrode is supplied again to the fuel electrode of the fuel cell 10 via the discharge path 30, the reflux path 32, and the supply path 28.

また、第３の電磁弁３８を閉弁し、第２の電磁弁３６を開弁することで、燃料極のパージが実行され、燃料極に滞留した水分などが排出路３０を介して燃料電池１０の外部に排出される。   Further, the third electromagnetic valve 38 is closed and the second electromagnetic valve 36 is opened, whereby the fuel electrode is purged, and moisture or the like remaining in the fuel electrode is discharged via the discharge path 30 to the fuel cell. 10 is discharged to the outside.

また、冷却水ポンプ５０から圧送された冷却水は、冷却水循環路４４を介して燃料電池１０（冷却水通路）に供給され、燃料電池１０を冷却する。燃料電池１０を冷却することによって昇温させられた冷却水は、冷却水循環路４４を介してラジエータ４６に流入され、そこで冷却されて再度燃料電池１０に供給される。尚、冷却ファン４８の回転数が高いときほど、ラジエータ４６に流入された冷却水の冷却が促進される。   Further, the cooling water pumped from the cooling water pump 50 is supplied to the fuel cell 10 (cooling water passage) via the cooling water circulation passage 44 to cool the fuel cell 10. The cooling water whose temperature has been raised by cooling the fuel cell 10 flows into the radiator 46 via the cooling water circulation path 44, where it is cooled and supplied to the fuel cell 10 again. In addition, cooling of the cooling water which flowed into the radiator 46 is accelerated | stimulated, so that the rotation speed of the cooling fan 48 is high.

また、ＥＣＵ５６は、入力された出力電圧Ｖｉに基づいてポンプ２２，５０、電磁弁３４，３６，３８および冷却ファン４８の動作を制御することで、燃料電池１０の内部の水分量を調節する。   Further, the ECU 56 controls the operation of the pumps 22, 50, the solenoid valves 34, 36, 38 and the cooling fan 48 based on the input output voltage Vi, thereby adjusting the amount of water inside the fuel cell 10.

図３は、ＥＣＵ５６で実行される燃料電池内部の水分量の調節処理を表すフローチャートである。図示のプログラムは、所定の周期（例えば１０ｍｓｅｃごと）で実行される。   FIG. 3 is a flowchart showing a process for adjusting the amount of water inside the fuel cell, which is executed by the ECU 56. The illustrated program is executed at a predetermined cycle (for example, every 10 msec).

ここで、図３フローチャートを説明する前に、発明者らが知見した出力電圧Ｖｉと燃料電池１０の加湿状態の関係について説明する。   Here, before explaining the flowchart in FIG. 3, the relationship between the output voltage Vi and the humidified state of the fuel cell 10 found by the inventors will be explained.

図４は、燃料電池１０の加湿状態が正常であるとき（水分の過不足がないとき）の出力電圧Ｖｉの変化を示すタイム・チャートである。また、図５は、燃料電池１０の加湿状態が正常であるときの出力電圧Ｖｉの分布を示すグラフである。   FIG. 4 is a time chart showing changes in the output voltage Vi when the humidified state of the fuel cell 10 is normal (when there is no excess or deficiency of moisture). FIG. 5 is a graph showing the distribution of the output voltage Vi when the humidified state of the fuel cell 10 is normal.

図４に示すように、燃料電池１０の加湿状態が正常であれば、燃料電池１０を形成するｎ個（４０個）の単電池１２の出力電圧Ｖｉはほぼ等しい値となる（ある値に収束する）。従って、出力電圧Ｖｉの偏差Ｖｄと分散Ｖｖは、共に小さな値となる。   As shown in FIG. 4, when the humidification state of the fuel cell 10 is normal, the output voltages Vi of the n (40) unit cells 12 forming the fuel cell 10 are substantially equal (converged to a certain value). To do). Accordingly, the deviation Vd and the variance Vv of the output voltage Vi are both small values.

尚、偏差Ｖｄとは、検出された全ての出力電圧Ｖｉを平均して得た平均値Ｖａと、個別の出力電圧Ｖｉの差である。従って偏差Ｖｄは、各単電池１２の出力電圧Ｖｉのそれぞれについて算出される。平均値Ｖａは下記の式１に従って算出されると共に、偏差Ｖｄは下記の式２に従って算出される。   The deviation Vd is a difference between an average value Va obtained by averaging all detected output voltages Vi and individual output voltages Vi. Therefore, the deviation Vd is calculated for each of the output voltages Vi of each unit cell 12. The average value Va is calculated according to the following equation 1, and the deviation Vd is calculated according to the following equation 2.

Figure 2007035394
Figure 2007035394

Figure 2007035394
Figure 2007035394

また、分散Ｖｖは、各偏差Ｖｄを二乗して算術平均した値であり、下記の式３に従って算出される。分散Ｖｖの数値が小さいほど、各単電池１２の出力電圧Ｖｉが平均値Ｖａの近辺に集まっていることを示す。   Further, the variance Vv is a value obtained by squaring each deviation Vd, and is calculated according to the following Equation 3. It shows that the output voltage Vi of each single battery 12 is gathering around the average value Va, so that the numerical value of dispersion | distribution Vv is small.

Figure 2007035394
Figure 2007035394

この実施例に係る燃料電池１０にあっては、図５に示すように、加湿状態が正常であるときの最大偏差Ｖｄｍａｘ（算出された全ての偏差Ｖｄのうち最大のもの）が約０．０３であり、分散Ｖｖが約０．０００１であった。   In the fuel cell 10 according to this embodiment, as shown in FIG. 5, the maximum deviation Vdmax when the humidified state is normal (the maximum of all the calculated deviations Vd) is about 0.03. And the dispersion Vv was about 0.0001.

図６は、燃料電池１０の加湿状態がドライであるときの出力電圧Ｖｉの変化を示すタイム・チャートである。また、図７は、燃料電池１０の加湿状態がドライであるときの出力電圧Ｖｉの分布を示すグラフである。   FIG. 6 is a time chart showing changes in the output voltage Vi when the humidified state of the fuel cell 10 is dry. FIG. 7 is a graph showing the distribution of the output voltage Vi when the humidified state of the fuel cell 10 is dry.

燃料電池１０の加湿状態がドライ（水分不足）になると、電解質膜のイオン伝導性が悪化して単電池１２の内部抵抗が増加し、出力電圧Ｖｉが低下する。そのため、単電池１２の発熱量が増加する。ところで、各単電池１２は冷却水によって冷却されるが、燃料電池１０の構造上、各単電池１２の間で冷却状態にばらつきが生じる。加湿状態がドライになることに伴って単電池の発熱量が増加すると、冷却状態の良くない（冷却能力の低い）単電池の温度が上昇する。そのため、温度上昇した単電池の電解質膜のドライ化が促進され、内部抵抗が増加して発熱量が増加し、さらなる温度上昇と電解質膜のドライ化を招く。即ち、加湿状態がドライになると、冷却状態の良くない単電池で温度上昇、電解質膜のドライ化、発熱量の増加、温度上昇・・・が繰り返され、出力電圧が他の単電池よりも低下することから、図６に示すように各出力電圧Ｖｉの間にバラツキが生じる。   When the humidified state of the fuel cell 10 becomes dry (water shortage), the ionic conductivity of the electrolyte membrane deteriorates, the internal resistance of the unit cell 12 increases, and the output voltage Vi decreases. Therefore, the calorific value of the unit cell 12 increases. By the way, each unit cell 12 is cooled by the cooling water, but due to the structure of the fuel cell 10, the cooling state varies among the unit cells 12. When the heating value of the unit cell increases as the humidified state becomes dry, the temperature of the unit cell having a poor cooling state (low cooling capacity) increases. For this reason, the drying of the electrolyte membrane of the unit cell whose temperature has been increased is promoted, the internal resistance is increased and the amount of heat generation is increased, leading to further temperature increase and the drying of the electrolyte membrane. That is, when the humidified state becomes dry, the temperature rises, the electrolyte membrane becomes dry, the heat generation amount increases, the temperature rises, etc. are repeated in the unit cell that is not well cooled, and the output voltage decreases than other unit cells. As a result, as shown in FIG. 6, there is a variation between the output voltages Vi.

従って、加湿状態がドライであれば、正常時よりも分散Ｖｖが大きくなる。図７に示すように、加湿状態がドライであるときの分散Ｖｖは約０．０００８であり、正常時の約８倍であった。一方で、各単電池間の冷却状態のばらつきの幅は小さく、その分布も滑らかである（具体的には、図８に示すように、積層された単電池のうち、中心付近に位置する単電池の冷却状態が端部付近に位置するものよりも悪化し、温度が上昇する）ため、ドライのときの偏差Ｖｄは、正常であるときのそれと大きな差は生じない。この実施例にあっては、図７に示すように、加湿状態がドライであるときの最大偏差Ｖｄｍａｘは約０．０５であり、正常時の２倍に満たなかった。   Therefore, if the humidified state is dry, the dispersion Vv is larger than that in the normal state. As shown in FIG. 7, the dispersion Vv when the humidified state is dry was about 0.0008, which was about 8 times that of the normal state. On the other hand, the range of variation in the cooling state between the individual cells is small and the distribution is smooth (specifically, as shown in FIG. Since the cooling state of the battery is worse than that in the vicinity of the end and the temperature rises), the deviation Vd when dry is not significantly different from that when normal. In this example, as shown in FIG. 7, the maximum deviation Vdmax when the humidified state was dry was about 0.05, which was less than twice the normal value.

図９は、燃料電池１０の加湿状態がフラッドであるときの出力電圧Ｖｉの変化を示すタイム・チャートである。また、図１０は、燃料電池１０の加湿状態がフラッドであるときの出力電圧Ｖｉの分布を示すグラフである。   FIG. 9 is a time chart showing changes in the output voltage Vi when the humidified state of the fuel cell 10 is flood. FIG. 10 is a graph showing the distribution of the output voltage Vi when the humidified state of the fuel cell 10 is a flood.

燃料電池１０の加湿状態がフラッド（水分過剰）になると、燃料電池１０の内部で水分が凝縮してガス通路が閉塞され、ガスの拡散が妨げられて出力電圧の低下を招く。単電池１２の発電量は電極に供給されるガス量の変化に敏感であることから、ガスの拡散が妨げられると、図９に示すように出力電圧の顕著な低下が生じる。そのため、加湿状態がフラッドのときの分散Ｖｖは正常であるときのそれと大きな差は生じないものの、偏差Ｖｄは正常時のそれと大きく相違する。図１０に示すように、加湿状態がフラッドであるときの最大偏差Ｖｄｍａｘは約０．０９であり、正常時のそれの３倍、ドライ時の約２倍であった。また、加湿状態がフラッドであるときの分散Ｖｖは約０．０００３であり、正常時の３倍、ドライ時の約１／３であった。   When the humidified state of the fuel cell 10 is flooded (excessive water), moisture condenses inside the fuel cell 10 and the gas passage is blocked, gas diffusion is hindered and output voltage is reduced. Since the power generation amount of the unit cell 12 is sensitive to changes in the amount of gas supplied to the electrodes, if the diffusion of the gas is hindered, the output voltage significantly decreases as shown in FIG. For this reason, the variance Vv when the humidified state is flood is not significantly different from that when it is normal, but the deviation Vd is greatly different from that when it is normal. As shown in FIG. 10, the maximum deviation Vdmax when the humidified state is flood is about 0.09, which is three times that when normal and twice when dry. Further, the dispersion Vv when the humidified state was flood was about 0.0003, which was three times normal and about one third of dry.

このように、燃料電池１０の加湿状態に応じて偏差Ｖｄと分散Ｖｖの値が変化する。従って、偏差Ｖｄ（最大偏差Ｖｄｍａｘ）と分散Ｖｖの値から、燃料電池１０の加湿状態が正常、ドライおよびフラッドのいずれにあるか判定することができる。   Thus, the values of the deviation Vd and the variance Vv change according to the humidified state of the fuel cell 10. Therefore, it can be determined from the values of the deviation Vd (maximum deviation Vdmax) and the variance Vv whether the humidified state of the fuel cell 10 is normal, dry, or flood.

以上を前提に図３フローチャートの処理について説明すると、先ずＳ１０において、上記した式１に従って各出力電圧Ｖｉの平均値Ｖａを算出する。次いでＳ１２に進み、各出力電圧Ｖｉのそれぞれについて、上記した式２に従って偏差Ｖｄを算出した後、Ｓ１４に進み、算出された各偏差Ｖｄの中から最大偏差Ｖｄｍａｘを選択する。   3 will be described on the premise of the above. First, in S10, the average value Va of each output voltage Vi is calculated according to the above-described equation 1. Next, the process proceeds to S12, and the deviation Vd is calculated for each output voltage Vi according to the above-described equation 2. Then, the process proceeds to S14, and the maximum deviation Vdmax is selected from the calculated deviations Vd.

次いでＳ１６に進み、算出された各偏差Ｖｄを用い、上記した式３に従って分散Ｖｖを算出すると共に、Ｓ１８に進み、算出された分散Ｖｖを所定値Ｖｖｒｅｆ（第１の所定値）と比較する。ここで所定値Ｖｖｒｅｆは、加湿状態がドライのときの分散Ｖｖとフラッドのときの分散Ｖｖの間の値に、実験を通じて予め設定される。この実施例にあっては、ドライのときの分散Ｖｖが０．０００８であり、フラッドのときのそれが０．０００３であることから、所定値Ｖｖｒｅｆは０．０００５に設定した。   Next, in S16, the variance Vv is calculated according to the above-described equation 3 using each calculated deviation Vd. In S18, the calculated variance Vv is compared with a predetermined value Vvref (first predetermined value). Here, the predetermined value Vvref is set in advance through an experiment to a value between the dispersion Vv when the humidified state is dry and the dispersion Vv when the humidified state is flood. In this embodiment, the dispersion value Vv when dry is 0.0008 and 0.003 when flooded, so the predetermined value Vvref was set to 0.0005.

次いでＳ２０に進み、分散Ｖｖが所定値Ｖｖｒｅｆ以上か否か判断する。Ｓ２０で肯定されるとき、即ち、分散Ｖｖが所定値Ｖｖｒｅｆ以上であるときはＳ２２に進み、燃料電池１０の加湿状態がドライである（加湿が不足である）と判定する。   Next, in S20, it is determined whether or not the variance Vv is equal to or greater than a predetermined value Vvref. When the result in S20 is affirmative, that is, when the variance Vv is equal to or greater than the predetermined value Vvref, the process proceeds to S22, where it is determined that the humidification state of the fuel cell 10 is dry (humidification is insufficient).

一方、Ｓ２０で否定されるとき、即ち、分散Ｖｖが所定値Ｖｖｒｅｆ未満であるときはＳ２４に進み、最大偏差Ｖｄｍａｘを所定値Ｖｄｒｅｆ（第２の所定値）と比較する。所定値Ｖｖｒｅｆは、加湿状態がフラッドのときの最大偏差Ｖｄｍａｘとドライのときの最大偏差Ｖｄｍａｘの間の値に、実験を通じて予め設定される。この実施例にあっては、フラッドのときの最大偏差Ｖｄｍａｘが０．０９であり、ドライのときのそれが０．０５であることから、所定値Ｖｄｒｅｆは０．０６に設定した。   On the other hand, when the result in S20 is negative, that is, when the variance Vv is less than the predetermined value Vvref, the process proceeds to S24, and the maximum deviation Vdmax is compared with the predetermined value Vdref (second predetermined value). The predetermined value Vvref is set in advance through experiments to a value between the maximum deviation Vdmax when the humidified state is flood and the maximum deviation Vdmax when dry. In this embodiment, since the maximum deviation Vdmax at the time of flood is 0.09 and that at the time of dry is 0.05, the predetermined value Vdref is set to 0.06.

次いでＳ２６に進み、最大偏差Ｖｄｍａｘが所定値Ｖｄｒｅｆ以上か否か判断する。Ｓ２６で肯定されるとき、即ち、最大偏差Ｖｄｍａｘが所定値Ｖｄｒｅｆ以上であるときはＳ２８に進み、燃料電池１０の加湿状態がフラッドである（加湿が過剰である）と判定する。一方、Ｓ２６で否定されるとき、即ち、最大偏差Ｖｄｍａｘが所定値Ｖｄｒｅｆ未満であるときはＳ３０に進み、燃料電池１０の加湿状態が正常であると判定する。   Next, in S26, it is determined whether or not the maximum deviation Vdmax is equal to or greater than a predetermined value Vdref. When the result in S26 is affirmative, that is, when the maximum deviation Vdmax is equal to or larger than the predetermined value Vdref, the process proceeds to S28, and it is determined that the humidification state of the fuel cell 10 is flood (humidification is excessive). On the other hand, when the result in S26 is negative, that is, when the maximum deviation Vdmax is less than the predetermined value Vdref, the routine proceeds to S30, where it is determined that the humidification state of the fuel cell 10 is normal.

Ｓ２２，Ｓ２８およびＳ３０のいずれかで燃料電池１０の加湿状態が判定された後はＳ３２に進み、加湿状態の判定結果に基づいて空気供給系１４、燃料供給系２６および冷却水供給系４２の動作を実行し、燃料電池１０の内部の水分量を調節する。   After the humidified state of the fuel cell 10 is determined in any one of S22, S28, and S30, the process proceeds to S32, and the operations of the air supply system 14, the fuel supply system 26, and the cooling water supply system 42 are performed based on the determination result of the humidified state. To adjust the amount of water inside the fuel cell 10.

図１１は、燃料電池内部の水分量の調節処理を表すサブ・ルーチン・フローチャートである。   FIG. 11 is a sub-routine flowchart showing a process for adjusting the amount of water inside the fuel cell.

図１１フローチャートを説明すると、先ずＳ１００において、燃料電池１０の加湿状態の判定結果が正常、ドライ、フラッドのいずれであるか判断する。判定結果がドライであると判断されるときはＳ１０２に進み、冷却水供給系４２の動作を制御する。具体的には、冷却ファン４８の回転数を上昇させ、冷却ファン４８の風量を増加させる。次いでＳ１０４に進み、空気供給系１４の動作を制御する。具体的には、空気ポンプ２２の回転数を低下させ、空気ポンプ２２の風量を減少させる。さらにＳ１０６において、燃料供給系２６の動作、具体的には、第２の電磁弁３６と第３の電磁弁３８の動作を制御し、燃料のパージ頻度（時間間隔）を減少させる。   Referring to the flowchart of FIG. 11, first, in S100, it is determined whether the determination result of the humidified state of the fuel cell 10 is normal, dry, or flood. When it is determined that the determination result is dry, the process proceeds to S102, and the operation of the cooling water supply system 42 is controlled. Specifically, the rotational speed of the cooling fan 48 is increased, and the air volume of the cooling fan 48 is increased. Next, in S104, the operation of the air supply system 14 is controlled. Specifically, the number of rotations of the air pump 22 is reduced, and the air volume of the air pump 22 is reduced. Further, in S106, the operation of the fuel supply system 26, specifically, the operations of the second electromagnetic valve 36 and the third electromagnetic valve 38 are controlled to reduce the fuel purge frequency (time interval).

このように、燃料電池１０の加湿状態がドライであるときは、冷却ファン４８の風量を増加させることで冷却水温度を低下させ、よって燃料電池１０の温度を低下させることで燃料電池内部の水分の蒸発を抑制する。また、空気ポンプ２２の風量を減少させることで供給空気の圧力による水分の排出を抑制する。さらに、燃料のパージ頻度を減少させることで、パージに伴って排出される水分量を低減させる。これにより、燃料電池１０の内部から排出される水分の量が減少し、加湿状態がドライから正常へと移行する。   As described above, when the humidified state of the fuel cell 10 is dry, the cooling water temperature is decreased by increasing the air volume of the cooling fan 48, and accordingly, the moisture inside the fuel cell is decreased by decreasing the temperature of the fuel cell 10. Suppresses evaporation. Moreover, the discharge | emission of the water | moisture content by the pressure of supply air is suppressed by reducing the air volume of the air pump 22. FIG. Furthermore, by reducing the frequency of fuel purge, the amount of water discharged with the purge is reduced. As a result, the amount of water discharged from the inside of the fuel cell 10 is reduced, and the humidified state shifts from dry to normal.

一方、加湿状態がフラッドであると判定されたときはＳ１０８に進み、冷却ファン４８の回転数を低下させて冷却ファン４８の風量を減少させると共に、Ｓ１１０で空気ポンプ２２の回転数を上昇させて空気ポンプ２２の風量を増加させる。さらにＳ１１２で第３の電磁弁３６を開弁させる頻度（燃料のパージ頻度）を増加させる。   On the other hand, when it is determined that the humidified state is flood, the process proceeds to S108, where the rotational speed of the cooling fan 48 is decreased to decrease the air volume of the cooling fan 48, and the rotational speed of the air pump 22 is increased in S110. The air volume of the air pump 22 is increased. Further, in S112, the frequency of opening the third electromagnetic valve 36 (fuel purge frequency) is increased.

即ち、燃料電池１０の加湿状態がフラッドであるときは、冷却ファン４８の風量を減少させることで冷却水温度を上昇させ、よって燃料電池１０の温度を上昇させることで燃料電池内部の水分の蒸発を促進すると共に、空気ポンプ２２の風量を増加させることで供給空気の圧力による水分の排出を促進する。さらに、燃料のパージ頻度を増加させることでパージに伴って排出される水分量を増加させる。これにより、燃料電池１０の内部から排出される水分の量が増加し、加湿状態がフラッドから正常へと移行する。   That is, when the humidification state of the fuel cell 10 is flood, the cooling water temperature is increased by decreasing the air volume of the cooling fan 48, and thus the temperature of the fuel cell 10 is increased to evaporate the moisture inside the fuel cell 10. And the discharge of moisture by the pressure of the supply air is promoted by increasing the air volume of the air pump 22. Further, the amount of water discharged with the purge is increased by increasing the fuel purge frequency. As a result, the amount of moisture discharged from the inside of the fuel cell 10 increases, and the humidified state shifts from the flood to the normal state.

尚、加湿状態が正常であると判定されたときは以降の処理を全てスキップし、各デバイスの現在の動作を維持する。具体的には、空気ポンプ２２と冷却ファン４８の回転数を現在の回転数に保つと共に、燃料のパージ頻度も現在のそれを維持する。   When it is determined that the humidified state is normal, all subsequent processes are skipped and the current operation of each device is maintained. Specifically, the rotational speeds of the air pump 22 and the cooling fan 48 are maintained at the current rotational speed, and the fuel purge frequency is maintained at the current rotational speed.

このように、この発明の第１実施例に係る燃料電池の制御装置にあっては、燃料電池１０を形成する複数個の単電池１２のそれぞれの出力電圧Ｖｉを検出し、検出された各出力電圧Ｖｉの偏差Ｖｄを算出し、算出された各偏差Ｖｄを用いて出力電圧Ｖｉの分散Ｖｖを算出し、分散Ｖｖと偏差Ｖｄ（具体的には最大偏差Ｖｄｍａｘ）とに基づいて燃料電池１０の加湿状態を判定する、具体的には、分散Ｖｖを所定値Ｖｖｒｅｆと比較し、分散Ｖｖが所定値Ｖｖｒｅｆ以上のとき、燃料電池１０の加湿状態がドライである（加湿が不足である）と判定する一方、最大偏差Ｖｄｍａｘを所定値Ｖｄｒｅｆと比較し、最大偏差Ｖｄｍａｘが所定値Ｖｄｒｅｆ以上のとき、燃料電池１０の加湿状態がフラッドである（加湿が過剰である）と判定すると共に、加湿状態の判定結果に基づいて燃料電池１０の内部の水分量を調節するように構成したので、燃料電池の加湿状態を精度良く判定して燃料電池内部の水分量を最適に調節することが可能となり、燃料電池の出力低下を効果的に抑制することができる。   Thus, in the control apparatus for the fuel cell according to the first embodiment of the present invention, each output voltage Vi of the plurality of single cells 12 forming the fuel cell 10 is detected, and each detected output is detected. The deviation Vd of the voltage Vi is calculated, the variance Vv of the output voltage Vi is calculated using each calculated deviation Vd, and the fuel cell 10 is calculated based on the variance Vv and the deviation Vd (specifically, the maximum deviation Vdmax). The humidification state is determined. Specifically, the dispersion Vv is compared with a predetermined value Vvref, and when the dispersion Vv is equal to or greater than the predetermined value Vvref, it is determined that the humidification state of the fuel cell 10 is dry (humidification is insufficient). On the other hand, when the maximum deviation Vdmax is compared with the predetermined value Vdref and the maximum deviation Vdmax is equal to or larger than the predetermined value Vdref, it is determined that the humidification state of the fuel cell 10 is flooded (humidification is excessive). Since the moisture content inside the fuel cell 10 is adjusted based on the determination result of the humidified state, it is possible to determine the humidified state of the fuel cell with high accuracy and optimally adjust the moisture content inside the fuel cell. It becomes possible and the output fall of a fuel cell can be suppressed effectively.

また、燃料電池１０に空気を供給する空気供給系１４（具体的には空気ポンプ２２）、燃料電池１０に燃料を供給する燃料供給系２６（具体的には第２の電磁弁３６と第３の電磁弁３８）、および燃料電池１０に冷却水を供給する冷却水供給系４２（具体的には冷却ファン４８）の動作を制御することで燃料電池１０の内部の水分量を調節するように構成したので、構成を簡素化することができる。   Further, an air supply system 14 (specifically, an air pump 22) for supplying air to the fuel cell 10 and a fuel supply system 26 (specifically, a second electromagnetic valve 36 and a third solenoid) for supplying fuel to the fuel cell 10 The water content in the fuel cell 10 is adjusted by controlling the operation of the solenoid valve 38) and the cooling water supply system 42 (specifically, the cooling fan 48) that supplies the fuel cell 10 with cooling water. Since it comprised, the structure can be simplified.

尚、上記において、空気供給系１４、燃料供給系２６および冷却水供給系４２の動作を制御することによって燃料電池１０の水分量を調節するようにしたが、それら全ての動作を制御する必要は必ずしもなく、それらのうちの少なくともいずれかの動作を制御するようにしてもよい。また、空気や燃料を加湿する加湿器を備える場合には、加湿器の動作を制御することにより、燃料電池に供給される水分量を調節してもよい。   In the above, the water amount of the fuel cell 10 is adjusted by controlling the operations of the air supply system 14, the fuel supply system 26, and the cooling water supply system 42. However, it is necessary to control all of these operations. It is not always necessary to control the operation of at least one of them. When a humidifier that humidifies air or fuel is provided, the amount of water supplied to the fuel cell may be adjusted by controlling the operation of the humidifier.

次いで、この発明の第２実施例に係る燃料電池の制御装置について説明する。   Next, a fuel cell control apparatus according to a second embodiment of the invention will be described.

第１実施例との相違点に焦点をおいて説明すると、第２実施例にあっては、偏差Ｖｖに代えて標準偏差Ｖｓｄを使用するようにした。尚、標準偏差Ｖｓｄは分散Ｖｖの正の平方根である。   A description will be given focusing on differences from the first embodiment. In the second embodiment, the standard deviation Vsd is used instead of the deviation Vv. The standard deviation Vsd is a positive square root of the variance Vv.

図１２は、この発明の第２実施例に係る燃料電池の制御装置で実行される燃料電池内部の水分量の調節処理のうち、第１実施例で説明した図３フローチャートとの相違点を表すフローチャートである。   FIG. 12 shows a difference from the flow chart of FIG. 3 described in the first embodiment in the adjustment process of the water content inside the fuel cell executed by the control apparatus for the fuel cell according to the second embodiment of the present invention. It is a flowchart.

以下、図１２フローチャートについて説明する。先ず、第１実施例で説明した図３フローチャートのＳ１０からＳ１４と同じ処理を実行した後、Ｓ１６ｂに進んで標準偏差Ｖｓｄを算出する。次いでＳ１８ｂに進み、算出された標準偏差Ｖｓｄを所定値Ｖｓｄｒｅｆ（第１の所定値）と比較する。ここで所定値Ｖｓｄｒｅｆは、加湿状態がドライのときの標準偏差Ｖｓｄとフラッドのときのそれの間の値に、実験を通じて予め設定される。   Hereinafter, the flowchart of FIG. 12 will be described. First, after executing the same processing from S10 to S14 in the flowchart of FIG. 3 described in the first embodiment, the process proceeds to S16b to calculate the standard deviation Vsd. Next, in S18b, the calculated standard deviation Vsd is compared with a predetermined value Vsdref (first predetermined value). Here, the predetermined value Vsdref is set in advance through an experiment to a value between the standard deviation Vsd when the humidified state is dry and that when the humidified state is flood.

次いでＳ２０ｂに進み、標準偏差Ｖｓｄが所定値Ｖｓｄｒｅｆ以上か否か判断する。Ｓ２０ｂで肯定されるとき（標準偏差Ｖｓｄが所定値Ｖｓｄｒｅｆ以上であるとき）は図３フローチャートのＳ２２に進んで加湿状態がドライであると判定する一方、Ｓ２０ｂで否定されるとき（標準偏差Ｖｓｄが所定値Ｖｓｄｒｅｆ未満であるとき）は図３フローチャートのＳ２４以降に進み、加湿状態がフラッドと正常のいずれであるか判定する。   Next, in S20b, it is determined whether or not the standard deviation Vsd is greater than or equal to a predetermined value Vsdref. When the result in S20b is affirmative (when the standard deviation Vsd is equal to or greater than the predetermined value Vsdref), the process proceeds to S22 in the flowchart of FIG. 3 and it is determined that the humidified state is dry. If it is less than the predetermined value Vsdref), the process proceeds to S24 and subsequent steps in the flowchart of FIG. 3 to determine whether the humidified state is flood or normal.

尚、残余の構成は第１実施例と同一であるので、説明を省略する。   Since the remaining configuration is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

このように、第２実施例にあっては、偏差Ｖｖに代え、その正の平方根である標準偏差Ｖｓｄを使用して燃料電池１０の加湿状態を判定するようにしたので、第１実施例で述べたのと同様な効果を得ることができる。   Thus, in the second embodiment, the humidification state of the fuel cell 10 is determined using the standard deviation Vsd, which is the positive square root, instead of the deviation Vv. The same effect as described can be obtained.

以上のように、この発明の第１および第２実施例にあっては、単電池（１２）を複数個積層して形成される燃料電池（１０）と、前記燃料電池の内部の水分量を調節する水分量調節手段（空気供給系１４、燃料供給系２６、冷却水供給系４２）と、前記水分量調節手段の動作を制御する制御手段（ＥＣＵ５６）とを備えた燃料電池の制御装置において、前記複数個の単電池のそれぞれの出力電圧（Ｖｉ）を検出する出力電圧検出手段（出力電圧検出部５４）と、前記検出された出力電圧の偏差（Ｖｄ）を算出する第１の算出手段（ＥＣＵ５６、図３フローチャートのＳ１２）と、前記算出された偏差を用いて前記出力電圧の分散（Ｖｖ）または標準偏差（Ｖｓｄ）を算出する第２の算出手段（ＥＣＵ５６、図３フローチャートのＳ１６、図１２フローチャートのＳ１６ｂ）と、および前記算出された分散または標準偏差と前記算出された偏差とに基づいて前記燃料電池の加湿状態を判定する加湿状態判定手段（ＥＣＵ５６、図３フローチャートのＳ１８からＳ３０、図１２フローチャートのＳ１８ｂ，Ｓ２０ｂ）とを備えると共に、前記制御手段は、前記加湿状態の判定結果に基づいて前記水分量調節手段の動作を制御する（図３フローチャートのＳ３２、図１１フローチャートのＳ１００からＳ１１２）ように構成した。   As described above, in the first and second embodiments of the present invention, the fuel cell (10) formed by laminating a plurality of single cells (12), and the water content in the fuel cell are determined. In a control apparatus for a fuel cell, comprising a moisture amount adjusting means (air supply system 14, fuel supply system 26, cooling water supply system 42) for adjusting, and a control means (ECU 56) for controlling the operation of the moisture amount adjusting means. Output voltage detection means (output voltage detection unit 54) for detecting the output voltage (Vi) of each of the plurality of single cells, and first calculation means for calculating a deviation (Vd) of the detected output voltage (ECU 56, S12 in the flowchart in FIG. 3) and second calculation means (ECU 56, S16 in the flowchart in FIG. 3) that calculates the variance (Vv) or standard deviation (Vsd) of the output voltage using the calculated deviation. FIG. S16b) in the flowchart, and a humidification state determination means (ECU 56, S18 to S30 in the flowchart of FIG. 3) that determines the humidification state of the fuel cell based on the calculated variance or standard deviation and the calculated deviation. 12 and S18b and S20b) in the flowchart, and the control means controls the operation of the moisture amount adjusting means based on the determination result of the humidified state (S32 in the flowchart of FIG. 3 and S100 to S112 in the flowchart of FIG. 11). It was configured as follows.

また、前記加湿状態判定手段は、前記算出された分散または標準偏差を第１の所定値（所定値Ｖｖｒｅｆ、所定値Ｖｓｄｒｅｆ）と比較する第１の比較手段（図３フローチャートのＳ１８、図１２フローチャートのＳ１８ｂ）と、および前記算出された偏差を第２の所定値（所定値Ｖｄｒｅｆ）と比較する第２の比較手段（図３フローチャートのＳ２４）とを備えると共に、前記算出された分散または標準偏差が前記第１の所定値以上のとき、前記燃料電池の加湿が不足であると判定する（図３フローチャートのＳ２２）一方、前記算出された偏差が前記第２の所定値以上のとき、前記燃料電池の加湿が過剰である（図３フローチャートのＳ２８）と判定するように構成した。   Further, the humidified state determining means is a first comparing means for comparing the calculated variance or standard deviation with a first predetermined value (predetermined value Vvref, predetermined value Vsdref) (S18 in the flowchart in FIG. 3, flowchart in FIG. 12). S18b) and a second comparison means (S24 in the flowchart of FIG. 3) for comparing the calculated deviation with a second predetermined value (predetermined value Vdref), and the calculated variance or standard deviation Is equal to or greater than the first predetermined value, it is determined that humidification of the fuel cell is insufficient (S22 in the flowchart of FIG. 3), whereas when the calculated deviation is equal to or greater than the second predetermined value, the fuel It was configured to determine that the humidification of the battery was excessive (S28 in the flowchart of FIG. 3).

また、前記水分量調節手段は、前記燃料電池に空気を供給する空気供給系（１４）、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給系（２６）、および前記燃料電池に冷却水を供給する冷却水供給系（４２）の少なくともいずれかであるように構成した。   The moisture amount adjusting means includes an air supply system (14) for supplying air to the fuel cell, a fuel supply system (26) for supplying fuel to the fuel cell, and a cooling for supplying cooling water to the fuel cell. It was configured to be at least one of the water supply system (42).

この発明の第１実施例に係る燃料電池の制御装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a control device for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図１に示す燃料電池の外観を簡略的に現す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing the appearance of the fuel cell shown in FIG. 1. 図１に示すＥＣＵで実行される燃料電池内部の水分量の調節処理を表すフローチャートである。2 is a flowchart showing a process for adjusting the amount of water inside the fuel cell, which is executed by the ECU shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の加湿状態が正常であるときの出力電圧の変化を表すタイム・チャートである。It is a time chart showing the change of an output voltage when the humidification state of the fuel cell shown in FIG. 1 is normal. 図１に示す燃料電池の加湿状態が正常であるときの出力電圧の分布を表すグラフである。It is a graph showing distribution of an output voltage when the humidification state of the fuel cell shown in FIG. 1 is normal. 図１に示す燃料電池の加湿状態がドライであるときの出力電圧の変化を表す、図４と同様なタイム・チャートである。FIG. 5 is a time chart similar to FIG. 4 showing a change in output voltage when the humidified state of the fuel cell shown in FIG. 1 is dry. 図１に示す燃料電池の加湿状態がドライであるときの出力電圧の分布を表す、図５と同様なグラフである。FIG. 6 is a graph similar to FIG. 5 showing a distribution of output voltage when the humidified state of the fuel cell shown in FIG. 1 is dry. 図２に示す各単電池の積層位置に対する温度の特性を現す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a temperature characteristic with respect to a stacking position of each unit cell shown in FIG. 2. 図１に示す燃料電池の加湿状態がフラッドであるときの出力電圧の変化を表す、図４と同様なタイム・チャートである。FIG. 5 is a time chart similar to FIG. 4 showing a change in output voltage when the humidified state of the fuel cell shown in FIG. 1 is a flood. 図１に示す燃料電池の加湿状態がフラッドであるときの出力電圧の分布を表す、図５と同様なグラフである。FIG. 6 is a graph similar to FIG. 5 showing a distribution of output voltage when the humidified state of the fuel cell shown in FIG. 1 is a flood. 図３フローチャートの処理を表すサブ・ルーチン・フローチャートである。FIG. 4 is a sub-routine flowchart showing processing of the flowchart in FIG. 3. この発明の第２実施例に係る燃料電池の制御装置で実行される燃料電池内部の水分量の調節処理のうち、図３フローチャートとの相違点を表すフローチャートである。It is a flowchart showing a difference with the flowchart of FIG. 3 among the adjustment processes of the moisture content in the fuel cell performed with the control apparatus of the fuel cell which concerns on 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０：燃料電池、１２：単電池、１４：空気供給系（水分量調節手段）、２６：燃料供給系（水分量調節手段）、４２：冷却水供給系（水分量調節手段）、５４：出力電圧検出部（出力電圧検出手段）、５６：ＥＣＵ（制御手段、第１の算出手段、第２の算出手段、加湿状態判定手段、第１の比較手段、第２の比較手段）
10: Fuel cell, 12: Single cell, 14: Air supply system (moisture amount adjusting means), 26: Fuel supply system (moisture amount adjusting means), 42: Cooling water supply system (moisture amount adjusting means), 54: Output Voltage detection unit (output voltage detection means), 56: ECU (control means, first calculation means, second calculation means, humidified state determination means, first comparison means, second comparison means)

Claims (3)

単電池を複数個積層して形成される燃料電池と、前記燃料電池の内部の水分量を調節する水分量調節手段と、前記水分量調節手段の動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池の制御装置において、
ａ．前記複数個の単電池のそれぞれの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
ｂ．前記検出された出力電圧の偏差を算出する第１の算出手段と、
ｃ．前記算出された偏差を用いて前記出力電圧の分散または標準偏差を算出する第２の算出手段と、
および
ｄ．前記算出された分散または標準偏差と前記算出された偏差とに基づいて前記燃料電池の加湿状態を判定する加湿状態判定手段と、
を備えると共に、前記制御手段は、前記加湿状態の判定結果に基づいて前記水分量調節手段の動作を制御することを特徴とする燃料電池の制御装置。 A fuel cell comprising a fuel cell formed by laminating a plurality of unit cells, a moisture amount adjusting means for adjusting the amount of moisture inside the fuel cell, and a control means for controlling the operation of the moisture amount adjusting means. In the control device of
a. An output voltage detecting means for detecting an output voltage of each of the plurality of single cells;
b. First calculating means for calculating a deviation of the detected output voltage;
c. Second calculating means for calculating a variance or standard deviation of the output voltage using the calculated deviation;
And d. Humidification state determination means for determining a humidification state of the fuel cell based on the calculated variance or standard deviation and the calculated deviation;
And the control means controls the operation of the water content adjusting means based on the determination result of the humidified state. 前記加湿状態判定手段は、
ｅ．前記算出された分散または標準偏差を第１の所定値と比較する第１の比較手段と、
および
ｆ．前記算出された偏差を第２の所定値と比較する第２の比較手段と、
を備えると共に、前記算出された分散または標準偏差が前記第１の所定値以上のとき、前記燃料電池の加湿が不足であると判定する一方、前記算出された偏差が前記第２の所定値以上のとき、前記燃料電池の加湿が過剰であると判定することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の制御装置。 The humidified state determining means includes
e. First comparison means for comparing the calculated variance or standard deviation with a first predetermined value;
And f. Second comparing means for comparing the calculated deviation with a second predetermined value;
And when the calculated variance or standard deviation is greater than or equal to the first predetermined value, it is determined that the fuel cell is insufficiently humidified, while the calculated deviation is greater than or equal to the second predetermined value. 2. The fuel cell control device according to claim 1, wherein the fuel cell is determined to be excessively humidified. 前記水分量調節手段は、前記燃料電池に空気を供給する空気供給系、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給系、および前記燃料電池に冷却水を供給する冷却水供給系の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池の制御装置。
The moisture amount adjusting means is at least one of an air supply system that supplies air to the fuel cell, a fuel supply system that supplies fuel to the fuel cell, and a cooling water supply system that supplies cooling water to the fuel cell. The fuel cell control device according to claim 1, wherein the control device is a fuel cell control device.
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