JP2009181925A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に空気を供給する技術に関する。 The present invention relates to a technique for supplying air to a fuel cell.
燃料電池システムとして、エアコンプレッサを用いて燃料電池に空気を供給するものがある(下記特許文献1参照)。 Some fuel cell systems supply air to a fuel cell using an air compressor (see Patent Document 1 below).
エアコンプレッサを用いた燃料電池システムにおいて、サージングが発生することがある。サージングとは、燃料電池に供給される空気流量と燃料電池内部の空気圧とが周期的に激しく変動(脈動)する現象である。このサージングは、例えば、燃料電池に供給する空気流量が少なく、かつ、エアコンプレッサにおける圧力比(エアコンプレッサの入口圧と出口圧との比)が比較的高い動作領域でエアコンプレッサが動作する場合などに起こり得る。そこで、従来の燃料電池システムでは、エアコンプレッサをサージングが発生する動作領域(以下、「サージング域」と呼ぶ)で動作させず、他の動作領域(以下、「通常域」と呼ぶ)で動作させるようにしていた。 Surging may occur in a fuel cell system using an air compressor. Surging is a phenomenon in which the flow rate of air supplied to the fuel cell and the air pressure inside the fuel cell periodically fluctuate (pulsate). This surging is, for example, when the air compressor operates in an operating region in which the flow rate of air supplied to the fuel cell is small and the pressure ratio in the air compressor (ratio of inlet pressure to outlet pressure of the air compressor) is relatively high. Can happen. Therefore, in the conventional fuel cell system, the air compressor is not operated in an operating region where surging occurs (hereinafter referred to as “surging region”), but is operated in another operating region (hereinafter referred to as “normal region”). It was like that.
しかしながら、通常域内であってもサージング域に非常に近い動作領域(以下、「擬似サージング域」と呼ぶ)においてエアコンプレッサが動作する場合などにおいて、エアコンプレッサの動作が不安定となり、空気流量や空気圧のハンチングが発生して燃料電池に安定的に空気を供給できなくなるおそれがあった。 However, when the air compressor operates in an operating region that is very close to the surging region even in the normal region (hereinafter referred to as “pseudo surging region”), the operation of the air compressor becomes unstable, and the air flow rate and air pressure As a result, hunting may occur and air may not be stably supplied to the fuel cell.
本発明は、エアコンプレッサを用いて燃料電池に空気を安定的に供給することが可能な技術を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the technique which can supply air stably to a fuel cell using an air compressor.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池に空気を供給するためのエアコンプレッサと、前記燃料電池の入口空気圧と出口空気圧とを測定する圧力計と、前記エアコンプレッサの動作速度を調整する動作速度調整部と、前記燃料電池システムにおける空気の経路に配置され、前記エアコンプレッサの出口圧に影響を与える操作を実行することによって前記エアコンプレッサの入口圧と出口圧との圧力比を調整する圧力比調整部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記入口空気圧の変動と前記出口空気圧の変動との位相差に応じて、前記動作速度調整部が前記動作速度を調整する際の第1の調整量と、前記圧力比調整部が前記圧力比を調整する際の第2の調整量とのうち少なくとも一方を変更する、燃料電池システム。 Application Example 1 A fuel cell system, a fuel cell, an air compressor for supplying air to the fuel cell, a pressure gauge for measuring an inlet air pressure and an outlet air pressure of the fuel cell, and the air compressor An operating speed adjusting unit that adjusts the operating speed of the air compressor, and an inlet pressure and an outlet pressure of the air compressor that are arranged in an air path in the fuel cell system and that perform an operation that affects the outlet pressure of the air compressor. A pressure ratio adjustment unit that adjusts the pressure ratio of the control unit, and a control unit, wherein the control unit adjusts the operation speed adjustment unit according to a phase difference between the fluctuation of the inlet air pressure and the fluctuation of the outlet air pressure. A fuel cell system that changes at least one of a first adjustment amount when adjusting the operating speed and a second adjustment amount when the pressure ratio adjustment unit adjusts the pressure ratio. Beam.
適用例1の燃料電池システムでは、燃料電池の入口空気圧と出口空気圧との位相差に応じて、第1の調整量と第2の調整量とのうち少なくとも一方を変更するので、空気流量や空気圧がハンチングしたような場合において、第1の調整量と第2の調整量とのうち少なくとも一方を変更してハンチングの増大を抑制することができ、安定的に燃料電池に空気を供給することができる。 In the fuel cell system of Application Example 1, at least one of the first adjustment amount and the second adjustment amount is changed according to the phase difference between the inlet air pressure and the outlet air pressure of the fuel cell. In such a case, it is possible to change at least one of the first adjustment amount and the second adjustment amount to suppress an increase in hunting and to stably supply air to the fuel cell. it can.
[適用例2]適用例1に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記第1の調整量と前記第2の調整量とのうち少なくとも一方を変更する際に、前記位相差が或る値よりも大きい場合には、前記位相差が前記或る値よりも小さい場合よりも調整対象となる調整量を小さくする、燃料電池システム。 Application Example 2 In the fuel cell system according to Application Example 1, when the control unit changes at least one of the first adjustment amount and the second adjustment amount, the phase difference is When the value is larger than a certain value, the adjustment amount to be adjusted is made smaller than when the phase difference is smaller than the certain value.
このような構成とすることで、位相差が或る値よりも大きく空気流量や空気圧が不安定な場合には、調整対象となる調整量が相対的に小さくなるので、空気流量や空気圧のハンチングの増大を抑えるようにすることができる。また、位相差が或る値よりも小さく安定的に空気を供給している場合には、調整対象となる調整量が相対的に大きくなるので、エアコンプレッサの動作速度や圧力比を比較的短時間のうちに目標値となるように調整することができ、エアコンプレッサの応答性能を向上させることができる。 With such a configuration, when the phase difference is larger than a certain value and the air flow rate or air pressure is unstable, the adjustment amount to be adjusted becomes relatively small. It is possible to suppress an increase in. In addition, when the phase difference is smaller than a certain value and air is stably supplied, the adjustment amount to be adjusted is relatively large, so that the operation speed and pressure ratio of the air compressor are relatively short. Adjustment can be made so as to reach the target value over time, and the response performance of the air compressor can be improved.
[適用例3]適用例1に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記第1の調整量と前記第2の調整量とのうち少なくとも一方を調整する際に、前記位相差が或る第1の値よりも大きく、かつ、前記入口空気圧の振幅又は前記出口空気圧の振幅が或る第2の値よりも大きい場合には、前記位相差が前記第1の値以下であるか、又は、前記入口空気圧の振幅又は前記出口空気圧の振幅が前記第2の値以下である場合よりも調整対象となる調整量を小さくする、燃料電池システム。 Application Example 3 In the fuel cell system according to Application Example 1, when the control unit adjusts at least one of the first adjustment amount and the second adjustment amount, the phase difference is The phase difference is less than or equal to the first value when the amplitude of the inlet air pressure or the amplitude of the outlet air pressure is greater than a certain second value, Or the fuel cell system which makes adjustment amount used as adjustment object small rather than the case where the amplitude of the said inlet air pressure or the amplitude of the said outlet air pressure is below the said 2nd value.
このような構成とすることで、空気流量や空気圧が不安定となり、ハンチング幅が大きくなってすぐに収まりそうもない場合において、調整対象となる調整量を相対的に小さくすることができる。したがって、ハンチングが発生してもすぐ収まるような場合(ハンチング幅が小さい場合)には、調整対象となる調整量を相対的に大きくするので、エアコンプレッサの動作速度や圧力比を比較的短時間のうちに目標値となるように調整することができ、エアコンプレッサの動作速度の応答性能を向上させることができる。 By adopting such a configuration, when the air flow rate and air pressure become unstable and the hunting width becomes large and is unlikely to be settled immediately, the adjustment amount to be adjusted can be made relatively small. Therefore, when the hunting occurs immediately (when the hunting width is small), the adjustment amount to be adjusted is relatively increased, so the air compressor operating speed and pressure ratio can be reduced for a relatively short time. It is possible to adjust so as to reach the target value, and it is possible to improve the response performance of the operating speed of the air compressor.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、エアコンプレッサ制御方法や、エアコンプレッサ制御方法または燃料電池システムの機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, for example, an air compressor control method, a computer program for realizing the function of the air compressor control method or the fuel cell system, and the computer program recorded therein. It can be realized in the form of a recording medium.
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
B.第2の実施例:
C.第3の実施例:
D.変形例:
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Variations:
A.第1の実施例:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム1000は、燃料電池100と、エアクリーナ32と、エアコンプレッサ34と、2つの圧力計52,54と、流量計62と、調圧バルブ44と、制御ユニット20と、空気供給流路72と、空気排出流路92とを備えている。なお、本実施例では燃料電池システム1000は図示せざる駆動用モータを備えた電気車両に搭載されて用いられるが、据え置き型の燃料電池システムとして用いることもできる。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as an embodiment of the present invention. The
燃料電池100は、固体高分子形の燃料電池であり、アノード100aとカソード100cとを備えている。図示せざる水素タンクから供給される燃料ガスとしての水素ガスは、アノード100aに供給されて電気化学反応に用いられる。電気化学反応に用いられなかった水素ガスは、オフガスとして燃料電池100の外部へと排出される。一方、燃料電池100のカソード100cには、酸化剤ガスとしての空気が空気供給流路72を通って供給される。カソード100cにおいて電気化学反応に用いられなかった空気は、オフガスとして燃料電池100の外部(大気)へと排出される。なお、燃料電池100として、固体高分子形燃料電池に代えて、リン酸形燃料電池など他の形式の燃料電池を採用することもできる。
The
エアクリーナ32は、エアコンプレッサ34によって吸入される空気から不純物を除去する。エアコンプレッサ34は、エアクリーナ32を介して大気から空気を吸入して圧縮し、圧縮空気を燃料電池100のカソード100cに向けて送り出す。エアコンプレッサ34は、インペラ(図示省略)が筐体内で回転することで空気を圧縮するいわゆる遠心式エアコンプレッサである。このインペラ(図示省略)は、図示せざる電動モータによって駆動される。したがって、この電動モータ(図示省略)への印加電圧や電流を調整することで、インペラの回転速度を制御してエアコンプレッサ34の出力を制御することができる。なお、電動モータによる駆動に代えてベルト駆動とすることもできる。
The
流量計62は、空気供給流路72に配置されており、空気供給流路72を流れる空気の流量を計測することができる。圧力計52は、空気供給流路72に配置されており、エアコンプレッサ34の出口圧を測定することができる。なお、エアコンプレッサ34と燃料電池100とは非常に近接して配置されているため、圧力計52によって燃料電池100のカソード100c側の入口圧を測定することもできる。なお、圧力計52とは別に、カソード100cの入口近傍に圧力計を配置してカソード100c側の入口圧を測定することもできる。圧力計54は、空気排出流路92に配置されており、燃料電池100のカソード100c側の出口圧を測定することができる。
The
調圧バルブ44は、電磁バルブであり、空気排出流路92に配置されている。この調圧バルブ44は、燃料電池100の出口圧を調整することができる。ここで、燃料電池100の圧力損失はほぼ一定であるので、調圧バルブ44は、燃料電池100の出口圧を調整することでエアコンプレッサ34の出口圧を調整することができる。ここで、エアコンプレッサ34の入口圧(大気圧)はほぼ一定している。したがって、調圧バルブ44は、エアコンプレッサ34における圧力比(入口圧(大気圧)と出口圧との比)を調整することができる。
The
制御ユニット20は、CPU20aと、RAM20cと、ROM20dとを備えている。CPU20aは、ROM20d内に記憶されている制御用プログラム(図示省略)を実行することによって制御部20bとして機能する。制御ユニット20は、調圧バルブ44とケーブルによって接続されている。同様に、制御ユニット20は、エアコンプレッサ34と、流量計62と、圧力計52と、圧力計54とに対してそれぞれケーブルで接続されている。そして、制御部20bは、調圧バルブ44とエアコンプレッサ34とを制御することができる。また、制御部20bは、電気車両が起動した(例えばイグニッションキーがオンになった)後において、流量計62から通知される空気流量値を常時モニタしてRAM20cに記憶させる。また、制御部20bは、2つの圧力計52,54から通知される圧力値(燃料電池100の入口圧値及び出口圧値)をそれぞれ常時モニタしてRAM20cに記憶させる。
The
図2は、図1に示すエアコンプレッサ34の動作特性を示す説明図である。図2において、横軸はエアコンプレッサ34から送出される空気流量を示し、縦軸はエアコンプレッサ34における圧力比を示す。また、エアコンプレッサ34の動作ラインの例として、動作ラインLa,Lb,Lc,Ld,Leを記載している。燃料電池システム1000において、インペラの回転速度を一定にして燃料電池100の出口圧を変化させると、その回転速度に応じた動作ライン(例えば、動作ラインLa,Lb,Lc)に沿ってエアコンプレッサ34の動作点が移動する。ここで、3つの動作ラインLa,Lb,Lcは、この順番に回転速度が低くなっている。そして、例えば、出口圧を徐々に下げていくと、各動作点は、動作ラインLa,Lb,Lcを左上から右下へと移動する。一方、出口圧を徐々に上昇させると、各動作ラインLa,Lb,Lcを右下から左上へと移動する。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing operating characteristics of the
また、燃料電池システム1000では、出口圧を一定にしてインペラの回転速度を変化させると、その出口圧に応じた動作ライン(例えば、動作ラインLd,Le)に沿って動作点が移動する。ここで、2つの動作ラインLd,Leは、この順番に出口圧が低くなっている。そして、回転体の回転速度を徐々に下げていくと、動作点は、各動作ラインLd,Leを右上から左下へと移動していく。以上の説明からも理解できるように、エアコンプレッサ34の動作点は、エアコンプレッサ34(インペラ)の回転速度と燃料電池100の出口圧(調圧バルブ44の開度)とを調整することで移動させることができる。
In the
ここで、エアコンプレッサ34は、遠心式エアコンプレッサであるため、空気流量が比較的少ない場合においてサージングが発生し得る。サージングとは、空気流量と空気圧とが周期的に激しく変動(脈動)する現象である。
Here, since the
図3は、エアコンプレッサ34におけるサージングの発生特性を示す説明図である。図3において、横軸及び縦軸は図2と同じである。図3では、サージングが起こらない限界の条件をサージングラインL1として示している。そして、このサージングラインL1よりも左側はサージング域であり、サージングラインL1を含んで右側は通常域である。なお、このようなサージングラインL1は、実験によって得ることができる。ところが、エアコンプレッサ34の動作特性として、通常域内であっても空気流量や空気圧が不安定となる動作領域(擬似サージング域)AR1が、サージングラインL1の近傍などに存在する。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing surging generation characteristics in the
この擬似サージング域AR1内にエアコンプレッサ34の動作点がある場合には、空気流量や空気圧の供給が不安定となって空気流量や空気圧のハンチングが発生し得る。しかしながら、燃料電池システム1000では、後述するエアコンプレッサ制御処理を実行することでハンチングの増大を抑制してカソード100cに安定的に空気を供給することができるように構成されている。
When the operating point of the
なお、前述の制御部20bは、請求項における制御部と動作速度調整部とに相当する。また、調圧バルブ44は、請求項における圧力比調整部に相当する。
The
図4は、燃料電池システム1000において実行されるエアコンプレッサ制御処理の手順を示すフローチャートである。電気車両が起動した(例えばイグニッションキーがオンになった)後において、制御部20bは、アクセル(図示省略)の踏み込み量やエアコン等補機(図示省略)の動作変化などに基づいて燃料電池100への要求発電量を算出する。そして、燃料電池100への要求発電量を算出すると、制御部20bは、エアコンプレッサ制御処理を実行する。
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of air compressor control processing executed in the
ステップS205では、制御部20bは、要求発電量とエアコンプレッサ34の現在の動作点とに基づきエアコンプレッサ34の最終的な目標動作点と動作ラインとを決定する。ROM20dには、予め、要求発電量に応じて、現在の動作点(空気流量及び圧力比)と最終的な目標動作点とが対応付けられた動作マップ(図示省略)が記憶されており、制御部20bは、この動作マップを参照して最終的な目標動作点と動作ラインとを決定することができる。このような動作マップは、燃料電池システム1000において予め実験を行って作成することができる。なお、現在の動作点は、圧力計52から得られるエアコンプレッサ34の出口圧と、流量計62から得られる空気流量とから求めることができる。
In step S205, the
図5は、エアコンプレッサ制御処理を実行する際のエアコンプレッサ34の動作点の推移の一例を示す説明図である。図5において横軸及び縦軸は、図3における横軸及び縦軸と同じである。図5の例では、エアコンプレッサ制御処理の開始時点(ステップS205実行時点)での動作点は動作点pAであり、最終的な目標動作点として動作点pFが設定されている。また、動作ラインL10が設定されている。なお、動作ラインL10の一部は、擬似サージング域AR1に含まれている。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the transition of the operating point of the
ステップS210(図4)では、制御部20bは、現在の動作点が最終的な目標動作点に達したか否かを判定する。最終的な目標動作点に達した場合には、制御部20bは、エアコンプレッサ34の動作点が最終的な目標動作点を維持するように出口圧及び回転速度を調整する(ステップS240)。
In step S210 (FIG. 4), the
前述のステップS210において、現在の動作点が最終的な目標動作点に達していないと判定した場合、制御部20bは、燃料電池100のカソード100c側の入口圧と出口圧との位相差(以下、単に「位相差」とも呼ぶ)を求める(ステップS215)。この位相差の求め方としては、例えば、入口圧のピークの時刻と出口圧のピークの時刻との時間差として求めることができる。また、例えば、入口圧がピークとなる際の出口圧の位相(ラジアン)として求めることもできる。そして、ステップS220では、制御部20bは、ステップS215で求めた位相差が、予め設定されているしきい値よりも大きいか否かを判定する。
In step S210 described above, when it is determined that the current operating point has not reached the final target operating point, the
図6は、エアコンプレッサ34の動作点が図5に示す動作ラインL10上を推移した場合の、燃料電池100の入口圧及び出口圧の推移を模式的に示す説明図である。図6において横軸は時刻を示し、縦軸は圧力を示す。なお、エアコンプレッサ制御処理の開始時点を時刻0としている。
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the transition of the inlet pressure and the outlet pressure of the
燃料電池100に安定的に空気が供給されている場合には、位相差としては、燃料電池100内の空気流路の長さに応じたごく僅かな位相差(以下、「初期位相差」と呼ぶ)が生じるに過ぎない。しかしながら、エアコンプレッサ34の動作が不安定となってハンチングが生じるような場合には、入口圧の位相と出口圧の位相とは大きくずれて初期位相差よりも大きな位相差が生じ得る。そこで、燃料電池システム1000では、前述のステップS220において用いる位相差のしきい値を初期位相差よりも若干大きい値に設定しておくことで、ステップS220の実行によってハンチングの有無を判断するように構成されている。なお、位相差のしきい値の例としては、例えば、入口圧のピークの時刻と出口圧のピークの時刻との時間差を位相差として求める場合において、5msとすることができる。
When air is stably supplied to the
図6の例では、エアコンプレッサ制御処理の開始時(時刻0)において、燃料電池100には安定的に空気が供給されており、位相差は初期位相差となっている。この場合、位相差はしきい値よりも小さいので(図4ステップS220:NO)、制御部20bは、ステップS205において決定した目標動作ライン上の動作点であって、最終的な目標動作点に向かう途中の動作点を、小目標の動作点として決定する(ステップS225a)。このとき、制御部20bは、現在の動作点からエアコンプレッサ34の回転速度を所定の第1の変化幅Δr1で変化させた場合に到達し得る動作点を、小目標動作点として決定する。なお、第1の変化幅Δr1としては、例えば、10000rpmを設定することができる。
In the example of FIG. 6, air is stably supplied to the
ステップS230では、制御部20bは、決定した小目標動作点に向かってエアコンプレッサ34の回転速度を調整すると共に調圧バルブ44の開度を調整する。そうすると、図5の例では、エアコンプレッサ34の動作点は、動作点pAから動作点pFに向かって目標動作ラインL10上を移動し始める。そして、図6に示すように、燃料電池100の入口圧はPi1から次第に低下し、また、出口圧も同様に低下する。
In step S230, the
ステップS230(図4)の開始の後、所定期間だけ経過すると(ステップS235:YES)、制御部20bは、再びステップS210〜ステップS235を実行する。なお、この「所定期間」は本実施例では16msであるが、任意の長さとすることができる。図5の例では、2回目の制御タイミング(時刻16ms)にステップS210を実行する際の動作点は動作点pBであり、このときの燃料電池100の入力圧はPi2(図6)である。なお、動作点pBは、擬似サージング域AR1に含まれる動作点である。そして、この動作点pBにおいても空気流量や空気圧のハンチングが発生しておらず、位相差は初期位相差に過ぎない。したがって、制御部20bは、2回目に実行するステップS225aにおいても1回目と同様に、第1の変化幅Δr1を用いて改めて小目標動作点を設定し、ステップS230においてその新たな小目標動作点に向かって出口圧及び回転速度を調整する。
When a predetermined period has elapsed after the start of step S230 (FIG. 4) (step S235: YES), the
ところが、図6の例では、動作点が動作点pBを越えてしばらくして空気流量や空気圧が不安定となり、燃料電池100の入口圧及び出口圧のハンチングが生じている。そのため、動作点の移動速度は鈍化する。図5の例では、3回目の制御タイミング(時刻32ms)において、動作点は、動作点pBに比較的近い動作点pCとなっている。このとき、図6に示すように位相差は比較的大きくなっている。そして、この位相差がステップS220におけるしきい値よりも大きい場合、制御部20bは、ステップS225aに代えて、ステップS225bを実行する。
However, in the example of FIG. 6, after the operating point exceeds the operating point pB, the air flow rate and air pressure become unstable and hunting of the inlet pressure and outlet pressure of the
ステップS225bの処理は、第1の変化幅Δr1に代えて第2の変化幅Δr2を用いる点においてステップS225aと異なり、他の処理はステップS225aと同じである。ここで、第2の変化幅Δr2は、第1の変化幅Δr1よりも小さく、例えば、3000rpmとすることができる。したがって、制御部20bは、ステップS225aを実行する場合に比べて、現在の動作点に比較的近い位置の動作点を小目標動作点として決定することとなる。
The process in step S225b is different from step S225a in that the second change width Δr2 is used instead of the first change width Δr1, and the other processes are the same as those in step S225a. Here, the second change width Δr2 is smaller than the first change width Δr1, and can be set to, for example, 3000 rpm. Therefore, the
このように、位相差がしきい値よりも大きい場合に、比較的小さな第2の変化幅Δr2を用いて小目標動作点を決定するのは、以下の理由による。第2の変化幅Δr2を用いて小目標動作点を決めると、現在の動作点から比較的近い動作点を小目標動作点として決定することができる。それゆえ、ステップS230におけるエアコンプレッサ34の回転速度の変化度合いと調圧バルブ44の開度の変化度合いとを、第1の変化幅Δr1を用いた場合に比べて小さくすることができる。そうすると、空気圧や空気流量の変動を抑えるように働くので、ハンチングが収まることが期待できるからである。なお、上述したエアコンプレッサ34の回転速度の変化度合いは、請求項における第1の調整量に相当する。また、上述した調圧バルブ44の開度の変化度合いは、請求項における第2の調整量に相当する。)
Thus, when the phase difference is larger than the threshold value, the small target operating point is determined using the relatively small second change width Δr2 for the following reason. When the small target operating point is determined using the second change width Δr2, an operating point relatively close to the current operating point can be determined as the small target operating point. Therefore, the degree of change in the rotational speed of the
図6の例では、動作点pCからの移動において、エアコンプレッサ34の回転速度の変化度合いと調圧バルブ44の開度の変化度合いとが比較的小さくなったが、4回目の制御タイミング(48ms)においてもまだハンチングが若干発生しており、位相差は比較的大きい。したがって、動作点pDにおいても動作点pCと同様に、第2の変化幅Δr2を用いて比較的近い位置の動作点を小目標動作点として決定する。それゆえ、エアコンプレッサ34の回転速度の変化度合いと調圧バルブ44の開度の変化度合いとは比較的小さいままとなる。そして、動作点が動作点pDを越えてしばらくするとハンチングが収まってきて、5回目の制御タイミング(64ms)では位相差は初期位相差となっている。
In the example of FIG. 6, in the movement from the operating point pC, the degree of change in the rotational speed of the
この場合、ステップS225a(図4)が実行され、動作点pE(図5)から比較的遠い位置の動作点(例えば、最終的な目標動作点pF)が小目標動作点として決定される。それゆえ、動作点pAから動作点pBに移動する際と同様に、ステップS230におけるエアコンプレッサ34の回転速度の変化度合いと調圧バルブ44の開度の変化度合いとが比較的大きくなる。このとき、動作点は最終的な目標動作点pFに向かって急速に移動し、燃料電池100の入口圧及び出口圧(図6)は急速に低下する。そして、図6の例では、6回目の制御タイミング(80ms)において動作点は動作点pFに達しており、動作点の移動は停止する。
In this case, step S225a (FIG. 4) is executed, and an operating point at a position relatively far from the operating point pE (FIG. 5) (for example, the final target operating point pF) is determined as the small target operating point. Therefore, as in the case of moving from the operating point pA to the operating point pB, the degree of change in the rotational speed of the
以上説明したように燃料電池システム1000では、燃料電池100に供給する空気流量及び空気圧がハンチングを生じ得る状態においては、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的小さくするように構成されている。したがって、ハンチングが発生した場合に空気圧や空気流量の変動を抑えるように働くので、ハンチングの増大を抑制して安定的に燃料電池100に空気を供給することができる。また、安定的に燃料電池100に空気を供給している場合には、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的大きくするように構成されている。したがって、エアコンプレッサ34の動作点を比較的短時間のうちに最終的な目標動作点に移動させることができるので、エアコンプレッサ34の応答性能を向上させることができる。
As described above, in the
B.第2の実施例:
図7は、第2の実施例におけるエアコンプレッサ制御処理の手順を示すフローチャートである。第2の実施例の燃料電池システム1000は、エアコンプレッサ制御処理において、ステップS215に代えてステップS215aを実行する点と、ステップS220に代えてステップS220aを実行する点とにおいて、燃料電池システム1000(図1)と異なり、他の構成は第1の実施例と同じである。第2の実施例の燃料電池システム1000は、燃料電池100の入口圧と出口圧との位相差に加えて入口圧の振幅及び出口圧の振幅に基づいて、小目標動作点を決定する際に用いる変化幅(第1の変化幅Δr1又は第2の変化幅Δr2)を決定するように構成されている。
B. Second embodiment:
FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the air compressor control process in the second embodiment. In the
具体的には、ステップS215a(図7)では、制御部20b(図1)は、燃料電池100の入口圧と出口圧との位相差に加えて、燃料電池100の入口圧の振幅と出口圧の振幅とをそれぞれ求める。入口圧及び出口圧のそれぞれの振幅は、RAM20cに記憶されている入口圧値及び出口圧値に基づいて求めることができる。ステップS220aでは、制御部20bは、ステップS215aで求めた位相差がしきい値よりも大きく、かつ、入り口圧の振幅と出口圧の振幅のうちの少なくとも一方がしきい値よりも大きいか否かを判定する。そして、位相差がしきい値よりも大きく、かつ、入り口圧の振幅と出口圧の振幅のうちの少なくとも一方がしきい値よりも大きい場合には、上述したステップS225aを実行する。一方、位相差がしきい値以下である、または、入り口圧の振幅と出口圧の振幅とのいずれもがしきい値以下である場合には、上述したステップS225bを実行する。なお、ステップS220aで用いる位相差のしきい値は、第1の実施例におけるステップS220(図4)で用いた位相差のしきい値と同じである。
Specifically, in step S215a (FIG. 7), the
以上の構成を有する第2の実施例の燃料電池システム1000は、第1の実施例の燃料電池システム1000と同様な効果を奏する。また、上述したような構成とすることで、燃料電池100の入口圧と出口圧との位相差が比較的大きくなった場合であって、かつ、入口圧の振幅または出口圧の振幅の少なくとも一方が比較的大きくなった場合にのみ、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的小さくすることができる。このような構成としているのは、以下の理由による。入口圧又は出口圧の振幅(ハンチング幅)の大きさによらずに変化度合いを比較的小さくする構成では、ハンチングが発生してすぐ収まるような場合であっても、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的小さくしてしまう。それゆえ、最終的な目標動作点への到達が比較的遅くなる。これに対して、第2の実施例では、入口圧の振幅と出口圧の振幅とのいずれもが比較的小さく、ハンチングが発生してすぐ収まるような場合には、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的大きくすることができる。それゆえ、目標動作点への到達を比較的早くすることができ、エアコンプレッサ34の応答性能を向上させることができるからである。
The
C.第3の実施例:
図8は、第3の実施例における燃料電池システムを適用した車両の概略構成を示す説明図である。第3の実施例における車両500は、電気車両であり、電力供給部520と、負荷部540とを備えている。電力供給部520は、負荷部540に対して動力源としての電力を供給する。負荷部540は、供給された電力を車両500を駆動するための機械的動力に変換する。
C. Third embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a vehicle to which the fuel cell system according to the third embodiment is applied. A
電力供給部520は、燃料電池システム1000aと、2次電池522と、DC−DCコンバータ523とを備えている。燃料電池システム1000aは、制御部20b(図1)に代えて、電力供給制御部20eを備えている点において第1,第2の実施例における燃料電池システム1000(図1)と異なり、他の構成については同じである。電力供給制御部20eとは、CPU20aがROM20dに記憶されている電力供給制御用プログラム(図示省略)を実行することによって機能する機能部である。なお、図8の例では、便宜上、制御ユニット20が燃料電池システム1000aに含まれないように表しているが、実際には制御ユニット20は燃料電池システム1000aに含まれている。
The
2次電池522は、燃料電池システム1000aにおいて生じた電力や負荷部540において回生された電力を蓄電する。また、2次電池522は、負荷部540やエアコン等の補機(図示省略)に電力を供給する。DC−DCコンバータ23は、2次電池522の出力電圧を調整する。制御ユニット20は、燃料電池システム1000aを構成する流量計62(図1)や2つの圧力計52,54に接続されている。また、制御ユニット20は2次電池522と接続されており、電力供給制御部20eは2次電池522から充電電力量(SOC:State Of Charge)を取得することができる。
The
負荷部540は、駆動回路546と、モータ541と、ギヤ機構542と、車輪544とを備えている。駆動回路546は、モータ541を駆動するための回路である。モータ541で発生した動力は、ギヤ機構542を介して車輪544に伝達される。駆動回路546は、電力供給部520から供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ541に供給する。なお、駆動回路546は前述の制御ユニット20に電気的に接続されており、電力供給制御部20eは駆動回路546を制御する。
The
この車両500では、燃料電池システム1000aにおける発電量(要求発電量)は、アクセル(図示省略)の踏み込み量と、エアコン等の補機(図示省略)における要求発電量と、2次電池522のSOCとに基づき決定される。そして、車両500では、この要求発電量分の発電を行う際のエアコンプレッサ34の目標動作点がサージング域内となった場合であっても、後述する電力供給制御処理を実行することで、モータ541や補機(図示省略)に安定的に電力供給を行うことができるように構成されている。なお、要求発電量を決定する際に2次電池522のSOCも考慮するのは、2次電池522に空き容量がある場合には、燃料電池システム1000aで生じた電力の一部を2次電池522に蓄えておくためである。これは、燃料電池システム1000aにおいて燃料電池100の発電が停止した状態においても、2次電池522から電力供給が可能な状態としておくことを目的とする。
In this
なお、目標動作点がサージング域内となる場合としては、例えば、平地においてはエアコンプレッサ34の動作点が通常域内となるような要求発電量を高地において供給する場合が想定される。高地では平地に比べて大気圧(エアコンプレッサ34における入口圧)が低いので、エアコンプレッサ34における出口圧が同じであればエアコンプレッサ34の圧力比は平地に比べて高くなる。それゆえ、動作点は通常域からはずれ、サージング域内となるおそれがある。
In addition, as a case where the target operating point is in the surging area, for example, it is assumed that the required power generation amount is supplied in the highland so that the operating point of the
図9は、車両500において実行される電力供給処理の手順を示すフローチャートである。上述したように、アクセル(図示省略)の踏み込み量等に基づき要求発電量が決定されると、車両500において電力供給処理が開始される。
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of power supply processing executed in
ステップS305では、電力供給制御部20eは、要求発電量とエアコンプレッサ34の現在の動作点とに基づきエアコンプレッサ34の最終的な目標動作点と動作ラインとを決定する。ステップS310では、電力供給制御部20eは、ステップS305で決定した最終的な目標動作点がサージング域内にあるか否かを判定する。最終的な目標動作点がサージング域内にない場合、電力供給制御部20eは、動作ライン(図示省略)に沿って動作点を移動させて最終的な目標動作点を維持するようにエアコンプレッサ34を動作させて燃料電池100において発電を行わせる。そして、燃料電池システム1000aからモータ541等に電力を供給する(ステップS340)。
In step S305, the power
前述のステップS310において、最終的な目標動作点がサージング域内にあると判定した場合、電力供給制御部20eは、最終的な目標動作点を通常域内の動作点に変更する(ステップS315)。
If it is determined in step S310 described above that the final target operating point is within the surging range, the power
図10は、第3の実施例におけるエアコンプレッサ34の動作点推移の一例を示す説明図である。図10において縦軸及び横軸は、図5における縦軸及び横軸と同じである。図10の例では、電力供給処理の開始時点(ステップS205実行時点)での動作点は動作点Xであり、動作ラインL20と、最終的な目標動作点としてサージング域内の動作点Zとが設定されている。そして、前述のステップS315の処理の後、最終的な目標動作点は、動作点Xから通常域内の動作点Yに変更されている。この動作点Yは、動作ラインL20上であって、サージングラインL1近傍の動作点となっている。この動作点Yは、例えば、動作ラインL20とサージングラインL1との交点から、空気流量を所定量だけ増加させた動作ラインL20上の動作点として決定することができる。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the operating point transition of the
ステップS320(図9)では、電力供給制御部20eは、動作ラインL20に沿って動作点を移動させて最終的な目標動作点を維持するようにエアコンプレッサ34を動作させて燃料電池100において発電を行わせる。そして、燃料電池システム1000aからモータ541等に電力を供給する(ステップS320)。図10の例では、動作点は、動作ラインL20に沿って変更後の目標動作点Yに向かって移動し、動作点Yで留まることとなる。このとき、動作点Yは通常域内にあるので、エアコンプレッサ34は燃料電池100に安定的に空気を供給することができる。
In step S320 (FIG. 9), the power
ステップS325では、電力供給制御部20eは、2次電池522のSOCを取得する。そして、ステップS330では、電力供給制御部20eは、取得した2次電池522のSOCが予め設定されているしきい値よりも小さいか否かを判定する。ここで、ステップS330で用いるしきい値としては、2次電池522に蓄電するための空き容量が十分に確保できるような充電電力量を実験で求めて設定することができる。したがって、2次電池522のSOCがしきい値よりも小さい場合、2次電池522には蓄電するための空き容量が十分にあることとなる。この場合、電力供給制御部20eは、ステップS320〜S330を再び実行する。それゆえ、モータ541や補機(図示省略)に対して必要な電力を供給することができると共に、2次電池522に蓄電することができる。
In step S325, the power
一方、SOCがしきい値以上である場合、2次電池522には蓄電するための空き容量がほとんどない。したがって、このまま燃料電池100において発電を行うとモータ541や補機に対して過剰な電力を供給するおそれがある。そこで、この場合、電力供給制御部20eは、エアコンプレッサ34の動作を停止させて燃料電池100における発電を停止させると共に、2次電池522からモータ541及び図示せざる補機に対して必要な電力を供給する(ステップS335)。ステップS335の後、電力供給制御部20eは、再びステップS325〜S335を実行する。2次電池522から電力を供給していると、2次電池522のSOCは次第に低下していく。そして、2次電池522のSOCがしきい値を下回ると(ステップS330:YES)、2次電池522には充電するための十分な空き容量が確保される。この場合、上述したように再びステップS320に戻って処理が行われるので、エアコンプレッサ34は変更後の目標動作点(図10の例では動作点Y)で動作し、燃料電池100において発電が再開される。
On the other hand, when the SOC is equal to or higher than the threshold value, the
以上説明したように、第3の実施例の車両500では、アクセル(図示省略)の踏み込み量等から算出した要求発電量に基づき決定される目標動作点がサージング域内となるような場合でも、目標動作点を通常域内の動作点に変更してエアコンプレッサ34を動作させるので、燃料電池100に対して空気を安定的に供給することができる。また、目標動作点を変更した場合において、2次電池522の充電量がしきい値を超えた場合には、燃料電池システム1000aからの電力供給を停止し、2次電池522から電力を供給するように構成されている。したがって、モータ541や補機(図示省略)に過剰な電力を供給することを抑制することができる。
As described above, in the
D.変形例:
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
D. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
D1.変形例1:
上述した第1,第2の実施例では、動作点が擬似サージング域AR1内にある場合に、空気流量や空気圧のハンチングが発生していたが、擬似サージング域AR1以外の領域においてハンチングが発生するような場合においても、燃料電池システム1000の効果を奏することができる。すなわち、擬似サージング域AR1以外の領域においてハンチングが発生しても、燃料電池システム1000では、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的小さくするので、ハンチングの増大を抑制することができる。したがって、燃料電池100に対して空気を安定的に供給することができる。
D1. Modification 1:
In the first and second embodiments described above, when the operating point is in the pseudo surging area AR1, hunting of the air flow rate or air pressure has occurred, but hunting occurs in an area other than the pseudo surging area AR1. Even in such a case, the effects of the
D2.変形例2:
上述した第1の実施例では、ステップS220(図4)において、ひとたび位相差がしきい値よりも大きくなった場合にはステップS225bを実行していたが、これに代えて、位相差がしきい値よりも大きくなったことがN回(Nは2以上の整数)だけ連続した場合にステップS225bを実行し、位相差がしきい値よりも大きいことがN回連続しない場合には、ステップS225aを実行するように構成することもできる。このようにすることで、すぐにハンチングが収まるような場合においては、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的大きくすることができるので、エアコンプレッサ34の応答性能を向上させることができる。
D2. Modification 2:
In the first embodiment described above, in step S220 (FIG. 4), step S225b is executed once the phase difference becomes larger than the threshold value. Step S225b is executed when N times (N is an integer equal to or greater than 2) that the threshold value is greater than the threshold value, and when the phase difference is greater than the threshold value does not continue N times, step S225b is executed. It can also be configured to execute S225a. By doing so, when the hunting is immediately settled, the degree of change in the rotational speed of the
D3.変形例3:
上述した第1,第2の実施例では、エアコンプレッサ制御処理の開始時点の動作点(動作点pA)から最終的な目標動作点(動作点pF)までの動作点の移動について述べたが、本発明は、最終的な目標動作点に至った後において、動作点を目標動作点で維持する場合(ステップS240を実行する場合)にも適用することができる。例えば、動作点が目標動作点に達した後において、環境条件(温度等)の変動などにより目標動作点からはずれたため動作点を目標動作点に戻す場合にも適用することができる。すなわち、動作点を目標動作点に戻す際にも、位相差がしきい値よりも大きければ第2の変化幅Δr2を用いて小目標を決定し(ステップS225b)、位相差がしきい値以下であれば第1の変化幅Δr1を用いて小目標を決定する(ステップS225a)ように構成することもできる。このようにすることで、動作点を目標動作点で維持する際において燃料電池100に安定的に空気を供給することができる。
D3. Modification 3:
In the first and second embodiments described above, the movement of the operating point from the operating point (operating point pA) at the start of the air compressor control process to the final target operating point (operating point pF) has been described. The present invention can also be applied to the case where the operating point is maintained at the target operating point after reaching the final target operating point (when step S240 is executed). For example, after the operating point reaches the target operating point, the present invention can also be applied to the case where the operating point is returned to the target operating point because the operating point has deviated from the target operating point due to a change in environmental conditions (such as temperature). That is, when returning the operating point to the target operating point, if the phase difference is larger than the threshold value, a small target is determined using the second change width Δr2 (step S225b), and the phase difference is equal to or smaller than the threshold value. If so, it may be configured to determine the small target using the first change width Δr1 (step S225a). By doing so, air can be stably supplied to the
D4.変形例4:
上述した各実施例では、燃料電池100に空気を供給するためにエアコンプレッサ34を用いる構成であったが、エアコンプレッサ34に代えてブロアを用いることもできる。また、各実施例において、エアコンプレッサ34は遠心式コンプレッサであったが、これに代えて、動翼(ロータ)が回転して圧縮を行う軸流式のコンプレッサを用いることができる。また、遠心式或いは軸流式のいわゆるターボ形エアコンプレッサに代えて、レシプロ式やロータリ式等のいわゆる容積型エアコンプレッサを用いることができる。すなわち、一般には、動作速度が調整可能な任意の形式のエアコンプレッサを本発明の燃料電池システムにおいて用いることができる。
D4. Modification 4:
In each of the above-described embodiments, the
D5.変形例5:
上述した第1,第2の実施例では、小目標動作点を決定する際に用いる変化幅は、第1の変化幅Δr1と第2の変化幅Δr2との2種類であったが、2以上の任意の種類の変化幅を用いることができる。具体的には、例えば、以下のように構成することもできる。前述の第1の変化幅Δr1と第2の変化幅Δr2に加えて、第3の変化幅Δr3を予め設定しておく。この第3の変化幅Δr3は、第2の変化幅Δr2よりも小さい変化幅(例えば、1000rpm)である。また、位相差のしきい値として、比較的小さな第1のしきい値(例えば2ms)と、比較的大きな第2のしきい値(例えば5ms)とを設定しておく。そして、位相差が第2のしきい値よりも大きい(例えば、10ms)場合には第3の変化幅Δr1を用い、位相差が第1のしきい値と第2のしきい値との間の範囲に含まれる(例えば、4ms)場合には第2の変化幅Δr2を用い、位相差が第1のしきい値よりも小さい(例えば、1ms)場合には第1の変化幅Δr3を用いるように構成することもできる。なお、この構成においては、異なる位相差の範囲内にある2つの位相差(例えば、1msと10ms)については、第1,第2の実施例と同様に、位相差が相対的に大きい場合には相対的に大きな変化幅を用いる構成となっている。しかしながら、同じ位相差の範囲内にある2つの位相差(例えば、3msと4ms)については位相差が相対的に大きい場合であっても同じ変化幅を用いる構成となっている。
D5. Modification 5:
In the first and second embodiments described above, the change width used when determining the small target operating point is two types of the first change width Δr1 and the second change width Δr2, but two or more. Any type of change width can be used. Specifically, for example, it can be configured as follows. In addition to the first change width Δr1 and the second change width Δr2, the third change width Δr3 is set in advance. The third change width Δr3 is a change width (for example, 1000 rpm) smaller than the second change width Δr2. In addition, as the phase difference threshold value, a relatively small first threshold value (for example, 2 ms) and a relatively large second threshold value (for example, 5 ms) are set. When the phase difference is larger than the second threshold value (for example, 10 ms), the third change width Δr1 is used, and the phase difference is between the first threshold value and the second threshold value. If the phase difference is smaller than the first threshold (for example, 1 ms), the first variation width Δr3 is used. It can also be configured as follows. In this configuration, for two phase differences (for example, 1 ms and 10 ms) within different phase difference ranges, as in the first and second embodiments, when the phase difference is relatively large. Is configured to use a relatively large change width. However, two phase differences (for example, 3 ms and 4 ms) within the same phase difference range are configured to use the same change width even when the phase difference is relatively large.
D6.変形例6:
上述した第1,第2の実施例では、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを異ならせるために、小目標動作点を決定する際のエアコンプレッサ34の回転速度の変化幅を異ならせていたが、これに代えて、他の任意の方法によってエアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを異ならせるように構成することもできる。例えば、予めエアコンプレッサ34の回転速度と調圧バルブ44の開度とについて、それぞれ比較的大きな変化度合いと、比較的小さな変化度合いとを設定しておく。そして、燃料電池100の入口圧と出口圧との位相差がしきい値よりも大きい場合には、予め設定されている比較的小さな変化度合いとなるように、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度を変化させる。また、位相差がしきい値よりも小さい場合には、予め設定されている比較的大きな変化度合いとなるように、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度を変化させるように構成することもできる。なお、この構成においては、エアコンプレッサ34の回転速度と、調圧バルブ44の開度とのうち、いずれか一方についてのみ位相差に応じて変化度合いを変化させるように構成することもできる。
D6. Modification 6:
In the first and second embodiments described above, the rotation of the
その他の例として、小目標動作点を決定する際のエアコンプレッサ34の回転速度の変化幅は一定とし、かつ、ステップS235における「所定期間」を異ならせることで、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを異ならせるように構成することもできる。具体的には、位相差がしきい値よりも大きい場合には前述の「所定期間」を長くし(例えば32ms)とし、位相差がしきい値以下の場合には「所定期間」を短くする(例えば8ms)とすることもできる。なお、この構成において小目標動作点とは、前述の「所定期間」後において到達している予定の動作点として決定される。このような構成においては、位相差がしきい値よりも大きい場合には、比較的長い期間で所定の変化幅分の動作点移動を達成することとなり、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的小さくすることができる。また、位相差がしきい値以下の場合には、比較的短い期間で所定の変化幅分の動作点移動を達成することとなり、エアコンプレッサ34の回転速度や調圧バルブ44の開度の変化の度合いを比較的大きくすることができる。以上の実施例及び変形例からも理解できるように、一般には、入口圧と出口圧との位相差に応じて、エアコンプレッサの動作速度の変化の度合いと、エアコンプレッサにおける圧力比の変化度合いとのうち、少なくとも一方を調整する構成を、本発明の燃料電池システムにおいて採用することができる。
As another example, the rotational speed change rate of the
D7.変形例7:
上述した第3の実施例では、燃料電池システム1000aで生じた電力を蓄える手段として2次電池522を用いていたが、2次電池に代えて、他の任意の蓄電装置を採用することができる。例えば、キャパシタを用いることもできる。
D7. Modification 7:
In the third embodiment described above, the
D8.変形例8:
上述した第3の実施例では、燃料電池システム1000a(燃料電池100)と2次電池522との電力供給元の切り替え判断は、2次電池522のSOCに基づいて行っていたが(図9:ステップS330)、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、かかる判断において要求電力量に基づいて行う構成とすることもできる。具体的には、ステップS325に代えて、改めて要求発電量(アクセルの踏み込み量と、エアコン等の補機における要求発電量と、2次電池522のSOCとに基づき算出される発電量)を求めるようにする。そして、ステップS330に代えて、改めて求めた要求発電量が、変更後の動作点でエアコンプレッサ34を動作させた場合に得られる燃料電池100の発電量よりも小さいか否かを判定するようにする。そして、この要求発電量が、変更後の動作点でエアコンプレッサ34が動作する場合に得られる発電量よりも小さい場合には、電力供給元を2次電池522とし(ステップS335)、大きい場合には電力供給元を燃料電池システム1000aとするように構成することもできる。かかる構成においても、2次電池522の充電量が少ない場合(SOCがしきい値よりも小さいの場合)には要求発電量が比較的大きくなるので、変更後の動作点でエアコンプレッサ34を動作させて燃料電池100で発電を行っても余剰電力を発生させないようにすることができる。
D8. Modification 8:
In the third embodiment described above, the switching determination of the power supply source between the fuel cell system 1000a (fuel cell 100) and the
D9.変形例9:
上述した各実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
D9. Modification 9:
In each of the embodiments described above, a part of the configuration realized by hardware may be replaced with software, and conversely, a part of the configuration realized by software may be replaced by hardware. Good.
20…制御ユニット
20a…CPU
20b…制御部
20c…RAM
20d…ROM
20e…電力供給制御部
32…エアクリーナ
34…エアコンプレッサ
44…調圧バルブ
52…圧力計
54…圧力計
62…流量計
72…空気供給流路
92…空気排出流路
100…燃料電池
100a…アノード
100c…カソード
500…車両
520…電力供給部
522…2次電池
523…DC−DCコンバータ
540…負荷部
541…モータ
542…ギヤ機構
544…車輪
546…駆動回路
1000…燃料電池システム
1000a…燃料電池システム
pA〜pF,X〜Z…動作点
L1…サージングライン
La,Lb,Lc,Ld,Le,L10,L20…動作ライン
AR1…擬似サージング域
20 ...
20b ...
20d ... ROM
20e ... Electric
Claims (3)
燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給するためのエアコンプレッサと、
前記燃料電池の入口空気圧と出口空気圧とを測定する圧力計と、
前記エアコンプレッサの動作速度を調整する動作速度調整部と、
前記燃料電池システムにおける空気の経路に配置され、前記エアコンプレッサの出口圧に影響を与える操作を実行することによって前記エアコンプレッサの入口圧と出口圧との圧力比を調整する圧力比調整部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記入口空気圧の変動と前記出口空気圧の変動との位相差に応じて、前記動作速度調整部が前記動作速度を調整する際の第1の調整量と、前記圧力比調整部が前記圧力比を調整する際の第2の調整量とのうち少なくとも一方を変更する、燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell;
An air compressor for supplying air to the fuel cell;
A pressure gauge for measuring an inlet air pressure and an outlet air pressure of the fuel cell;
An operation speed adjusting unit for adjusting an operation speed of the air compressor;
A pressure ratio adjusting unit that is disposed in an air path in the fuel cell system and adjusts a pressure ratio between the inlet pressure and the outlet pressure of the air compressor by performing an operation that affects the outlet pressure of the air compressor;
A control unit;
With
The control unit includes a first adjustment amount when the operation speed adjustment unit adjusts the operation speed according to a phase difference between a change in the inlet air pressure and a change in the outlet air pressure, and the pressure ratio adjustment unit. The fuel cell system changes at least one of the second adjustment amount when adjusting the pressure ratio.
前記制御部は、前記第1の調整量と前記第2の調整量とのうち少なくとも一方を変更する際に、前記位相差が或る値よりも大きい場合には、前記位相差が前記或る値よりも小さい場合よりも調整対象となる調整量を小さくする、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
When the phase difference is greater than a certain value when changing at least one of the first adjustment amount and the second adjustment amount, the control unit determines that the phase difference is the certain amount. A fuel cell system in which the adjustment amount to be adjusted is smaller than when the value is smaller than the value.
前記制御部は、前記第1の調整量と前記第2の調整量とのうち少なくとも一方を調整する際に、
前記位相差が或る第1の値よりも大きく、かつ、前記入口空気圧の振幅又は前記出口空気圧の振幅が或る第2の値よりも大きい場合には、前記位相差が前記第1の値以下であるか、又は、前記入口空気圧の振幅又は前記出口空気圧の振幅が前記第2の値以下である場合よりも調整対象となる調整量を小さくする、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
When the controller adjusts at least one of the first adjustment amount and the second adjustment amount,
When the phase difference is larger than a certain first value and the amplitude of the inlet air pressure or the amplitude of the outlet air pressure is larger than a certain second value, the phase difference is the first value. Or a fuel cell system in which an adjustment amount to be adjusted is made smaller than when the amplitude of the inlet air pressure or the amplitude of the outlet air pressure is less than or equal to the second value.
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