JP2009299480A - Pump drive control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pump drive control device performing operation having high system efficiency in response to the actual pump performance. <P>SOLUTION: The actual pump workload (power consumption) when constantly controlling the actual pump rotational speed is detected, and volumetric efficiency of a pump is calculated based on the detected actual pump power consumption and rotational speed. The calculated volumetric efficiency ηv is plotted on an operation management map M and a reference line l1 of the volumetric efficiency ηv is corrected, thereby acquiring the actual line l11. The actual pump operation is controlled using the acquired actual line l11. Thereby, it is possible to control the operation having the high system efficiency in comparison with the past example that a lower limit line l01 acquired when using the worst pump is always used, without taking into consideration the actual pump performance due to product variation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池システムに適用されるポンプ駆動制御装置に関する。   The present invention relates to a pump drive control device applied to a fuel cell system.

燃料電池は、水素を含む燃料ガスを電気化学プロセスによって酸化させることにより酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムであり、水素イオンを選択的に輸送するための電解質膜の両側面を多孔質材料から成る一対の電極によって挟持して成る膜−電極アッセンブリを複数積層して成るスタック構造を有している。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、車載電力源としての用途が期待されている（例えば、特許文献１参照）。   A fuel cell is a power generation system that directly converts energy released in an oxidation reaction into electric energy by oxidizing a fuel gas containing hydrogen by an electrochemical process, and an electrolyte for selectively transporting hydrogen ions. A stack structure is formed by laminating a plurality of membrane-electrode assemblies in which both sides of the membrane are sandwiched between a pair of electrodes made of a porous material. Among them, a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte is expected to be used as an in-vehicle power source because it is low-cost and easy to downsize and has a high output density. (For example, refer to Patent Document 1).

図４は、燃料電池システムの燃料ガス供給系の概略構成を示す図である。
燃料ガス供給系１００は、水素を含む燃料ガスを燃料電池２００に供給するためのインジェクタ４００と、燃料電池２００のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路１１０と、燃料電池２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路１１０に帰還させるための循環通路１２０と、循環通路１２０内の燃料オフガスを燃料ガス通路４３に圧送する水素循環ポンプ３００と、循環通路４７に分岐接続される排気通路１３０と、燃料オフガスの排気量を調整するためのパージ弁５００とを有している。 FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel gas supply system of the fuel cell system.
The fuel gas supply system 100 includes an injector 400 for supplying a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell 200, a fuel gas passage 110 through which the fuel gas supplied to the anode electrode of the fuel cell 200 flows, and an exhaust from the fuel cell 20. A circulation passage 120 for returning the fuel off-gas to the fuel gas passage 110, a hydrogen circulation pump 300 for pressure-feeding the fuel off-gas in the circulation passage 120 to the fuel gas passage 43, and an exhaust passage branchingly connected to the circulation passage 47 130 and a purge valve 500 for adjusting the exhaust amount of the fuel off-gas.

従来技術の水素循環ポンプ３００の特徴としては、製造時に許容される漏れ量の公差が大きい点が挙げられる。これは燃料ガスに含まれる水素の分子量が小さく、ポンプの隙間から漏れる水素のガス量が、ポンプの隙間から漏れる他の気体のガス量に対して多いことに起因する。このため、従来においては、各ポンプ間での漏れ量のバラツキを抑制することができないという問題があった。   A feature of the hydrogen circulation pump 300 of the prior art is that the tolerance of the leak amount allowed at the time of manufacture is large. This is because the molecular weight of hydrogen contained in the fuel gas is small, and the amount of hydrogen gas leaking from the gap of the pump is larger than the amount of other gases leaking from the gap of the pump. For this reason, conventionally, there has been a problem that variation in the amount of leakage between pumps cannot be suppressed.

一方、燃料電池２００に供給する燃料ガス（すなわち水素）が不足すると、触媒が劣化してしまうため、どのような水素循環ポンプ３００が適用されたとしても（別言すれば、漏れ量に大きなバラツキがあるいずれの水素循環ポンプ３００が適用されたとしても）、最低限必要な水素が燃料電池に供給されるように、多めに燃料ガスを供給する必要がある。   On the other hand, if the fuel gas (that is, hydrogen) supplied to the fuel cell 200 is insufficient, the catalyst deteriorates. Therefore, no matter what kind of hydrogen circulation pump 300 is applied (in other words, the amount of leakage varies greatly). No matter which hydrogen circulation pump 300 is applied), it is necessary to supply more fuel gas so that the minimum necessary hydrogen is supplied to the fuel cell.

図５は、水素循環ポンプを利用する場合に利用される駆動マップを例示した図であり、縦軸に仕事量、横軸に回転数を示す。
従来は、最低限必要な水素を確保するために、最も性能の低い（漏れ量が最も大きい）水素循環ポンプ（以下、最低ポンプ）を使用したときに得られる回転数と仕事量の関係をあらわす下限ライン（図５では、実線で示す）を利用して水素循環ポンプを運転していた。
特開２００３−８１６０３号公報 FIG. 5 is a diagram exemplifying a drive map used when a hydrogen circulation pump is used. The vertical axis indicates the work amount, and the horizontal axis indicates the rotation speed.
Conventionally, in order to secure the minimum required hydrogen, the relationship between the number of rotations and the amount of work that can be obtained when using a hydrogen circulation pump (hereinafter referred to as the lowest pump) with the lowest performance (largest leakage) is shown. The hydrogen circulation pump was operated using the lower limit line (indicated by a solid line in FIG. 5).
JP 2003-81603 A

しかしながら、実際にシステムで利用される水素循環ポンプは、最低ポンプよりも性能が高いため、実際に利用される水素循環ポンプ（以下、実ポンプ）を使用したときに得られる回転数と仕事量の関係をあらわす実ラインは（図５では、点線で示す）、下限ラインよりも傾きが大きくなる。   However, since the performance of the hydrogen circulation pump actually used in the system is higher than that of the lowest pump, the rotation speed and work load obtained when using the actually used hydrogen circulation pump (hereinafter, actual pump) are reduced. The actual line representing the relationship (indicated by a dotted line in FIG. 5) has a larger slope than the lower limit line.

よって、最低ポンプを使用したときに得られる下限ラインを利用して実ポンプを運転すると、余分な仕事をする必要があり（図５に示すΔＷ１〜ΔＷ３参照）、システム効率が低下してしまうという問題があった。   Therefore, if the actual pump is operated using the lower limit line obtained when the lowest pump is used, it is necessary to do extra work (see ΔW1 to ΔW3 shown in FIG. 5), and the system efficiency is reduced. There was a problem.

本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、実ポンプの性能に応じたシステム効率の高い運転が可能なポンプ駆動制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a pump drive control device capable of operating with high system efficiency in accordance with the performance of an actual pump.

上記課題を解決するため、本発明に係るポンプ駆動制御装置は、燃料電池システムのガス供給経路に水素を含む燃料ガスを送り出すポンプと、前記ポンプの回転数と消費電力との関係を対応づけたポンプ制御情報を記憶する記憶手段と、検知した前記ポンプの回転数と消費電力に基づき、該ポンプの体積効率を算出する算出手段と、算出された前記体積効率に基づき、前記ポンプ制御情報を補正する補正手段と、前記ポンプ制御情報を用いて前記ポンプの駆動を制御する駆動制御手段とを具備する。   In order to solve the above-described problems, a pump drive control device according to the present invention associates a relationship between a pump for sending fuel gas containing hydrogen to a gas supply path of a fuel cell system and the rotational speed of the pump and power consumption. Storage means for storing pump control information, calculation means for calculating the volumetric efficiency of the pump based on the detected rotation speed and power consumption of the pump, and correction of the pump control information based on the calculated volumetric efficiency And a drive control means for controlling the drive of the pump using the pump control information.

かかる構成によれば、検知した実ポンプの消費電力と回転数に基づいてポンプの体積効率を算出し、算出した体積効率に基づき、実ポンプの運転を制御する。これにより、実ポンプの性能が反映した状態で運転が制御されるため、製造バラツキなどによる実ポンプの性能を考慮することなく、最低ポンプを使用したときに得られるデータを利用して実ポンプを運転していた従来例と比較して、システム効率の高い運転制御が可能となり、さらには実ポンプの流量誤差を抑制することが可能となる。   According to this configuration, the volumetric efficiency of the pump is calculated based on the detected power consumption and rotation speed of the actual pump, and the operation of the actual pump is controlled based on the calculated volumetric efficiency. As a result, since the operation is controlled in a state that reflects the performance of the actual pump, the actual pump can be operated using the data obtained when the lowest pump is used without considering the performance of the actual pump due to manufacturing variations. Compared with the conventional example that has been operated, it is possible to perform operation control with higher system efficiency, and it is possible to further suppress the flow rate error of the actual pump.

上記構成にあっては、前記算出手段は、ポンプの回転数を一定に制御した場合の該ポンプの消費電力を求め、求めたポンプの消費電力とポンプの回転数とに基づき、前記体積効率を算出する態様が好ましい。   In the above configuration, the calculation means obtains the power consumption of the pump when the rotation speed of the pump is controlled to be constant, and calculates the volume efficiency based on the obtained power consumption of the pump and the rotation speed of the pump. The aspect to calculate is preferable.

また、上記構成にあっては、前記ポンプは、燃料電池から出力される燃料オフガスの一部を前記ガス供給路に戻す循環ポンプであり、前記燃料オフガスには水分が含まれる態様がさらに好ましい。   Moreover, in the said structure, the said pump is a circulation pump which returns a part of fuel off gas output from a fuel cell to the said gas supply path, and the aspect in which a water | moisture content is contained in the said fuel off gas is still more preferable.

また、上記構成にあっては、前記算出手段は、前記ポンプの最初の始動時に、前記体積効率を算出する態様も好ましい。   In the above configuration, it is preferable that the calculation unit calculates the volumetric efficiency at the initial start of the pump.

また、上記構成にあっては、前記算出手段は、前記燃料電池の発電を停止した後に、前記体積効率を算出する態様も好ましい。   In the above configuration, it is preferable that the calculation unit calculates the volume efficiency after stopping the power generation of the fuel cell.

また、上記構成にあっては、前記燃料電池の電解質膜の乾燥度合いを検知する検知手段をさらに備え、前記算出手段は、前記電解質膜の乾燥度合いが設定値以上となった場合に、前記体積効率を算出する態様も好ましい。   Further, in the above configuration, the fuel cell further includes a detecting unit that detects a degree of drying of the electrolyte membrane of the fuel cell, and the calculating unit is configured to reduce the volume when the degree of drying of the electrolyte membrane becomes a set value or more. A mode of calculating efficiency is also preferable.

また、上記構成にあっては、前記算出手段は、前記燃料電池の発電を停止した後、前記燃料ガスの循環系を掃気した後に前記体積効率を算出する態様も好ましい。   In the above configuration, it is preferable that the calculation unit calculates the volume efficiency after scavenging the fuel gas circulation system after stopping the power generation of the fuel cell.

また、上記構成にあっては、前記算出手段は、前記ポンプの回転数を、設定された最高回転数近傍で一定に制御した場合の該ポンプの消費電力を求め、求めたポンプの消費電力とポンプの回転数とに基づき、前記体積効率を算出する態様も好ましい。   Further, in the above configuration, the calculation means obtains the power consumption of the pump when the rotation speed of the pump is controlled to be constant in the vicinity of the set maximum rotation speed, and the calculated power consumption of the pump A mode in which the volumetric efficiency is calculated based on the number of rotations of the pump is also preferable.

また、上記構成にあっては、前記ポンプに接続されたインバータと、前記インバータの出力電流、出力電圧を検知する電流・電圧検知手段とをさらに備え、前記算出手段は、検知された前記インバータの出力電流、出力電圧に基づき、前記ポンプの消費電力を求める態様が好ましい。   Further, in the above configuration, the inverter further includes an inverter connected to the pump, and current / voltage detection means for detecting an output current and an output voltage of the inverter, and the calculation means includes the detected inverter. A mode in which the power consumption of the pump is obtained based on the output current and the output voltage is preferable.

また、上記構成にあっては、前記ポンプに流入される燃料ガスの流入圧力を検知する第１圧力検知手段と、前記ポンプから流出される燃料ガスの流出圧力を検知する第２圧力検知手段とをさらに備え、
前記算出手段は、ポンプの回転数を一定に制御した場合の該ポンプの消費電力を求め、求めたポンプの消費電力と、ポンプの回転数と、検知される流入圧力と、検知される流出圧力とに基づき、前記体積効率を算出する態様が好ましい。 In the above configuration, the first pressure detecting means for detecting the inflow pressure of the fuel gas flowing into the pump, and the second pressure detecting means for detecting the outflow pressure of the fuel gas flowing out of the pump Further comprising
The calculation means obtains the power consumption of the pump when the rotation speed of the pump is controlled to be constant, the obtained power consumption of the pump, the rotation speed of the pump, the detected inflow pressure, and the detected outflow pressure. Based on the above, it is preferable to calculate the volume efficiency.

また、上記構成にあっては、前記算出手段は、設定された電力で前記ポンプを駆動した場合の該ポンプの回転数を検知し、検知したポンプの回転数とポンプの消費電力とに基づき、前記体積効率を算出する態様が好ましい。   Further, in the above configuration, the calculation means detects the rotation speed of the pump when the pump is driven with a set power, and based on the detected rotation speed of the pump and the power consumption of the pump, The aspect which calculates the said volume efficiency is preferable.

本発明によれば、実ポンプの性能に応じたシステム効率の高い運転が可能となる。   According to the present invention, it is possible to operate with high system efficiency according to the performance of the actual pump.

Ａ．本実施形態
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る車両に搭載された燃料電池システム１０のシステム構成を示す。
本実施形態に係る燃料電池システム１０は、実ポンプの性能に応じたシステム効率の高い運転を可能とするために、所定のタイミングで実ポンプの体積効率を算出し、算出した体積効率に基づき実ポンプの運転を制御する点に特徴がある。ここで、実ポンプの体積効率とは、実ポンプに漏れがないと仮定した場合のガス流量を基準として、実ポンプから実際に流出されるガス流量の割合をいう（詳細は後述）。 A. Embodiments Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration of a fuel cell system 10 mounted on a vehicle according to the present embodiment.
The fuel cell system 10 according to the present embodiment calculates the volumetric efficiency of the actual pump at a predetermined timing in order to enable operation with high system efficiency according to the performance of the actual pump, and the actual efficiency based on the calculated volumetric efficiency. It is characterized by controlling the operation of the pump. Here, the volumetric efficiency of the actual pump refers to the ratio of the gas flow rate actually flowing out from the actual pump on the basis of the gas flow rate when it is assumed that there is no leakage in the actual pump (details will be described later).

なお、以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）を想定するが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。   In the following description, a fuel cell vehicle (FCHV) is assumed as an example of the vehicle, but the present invention can also be applied to an electric vehicle and a hybrid vehicle. Further, the present invention can be applied not only to vehicles but also to various moving bodies (for example, ships, airplanes, robots, etc.), stationary power sources, and portable fuel cell systems.

燃料電池システム１０は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池２０と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２０に供給するための酸化ガス供給系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２０に供給するための燃料ガス供給系４０と、電力の充放電を制御するための電力系５０と、燃料電池２０を冷却するための冷却系６０と、システム全体を制御するコントローラ７０とを備えている。   The fuel cell system 10 functions as an on-vehicle power supply system mounted on a fuel cell vehicle. The fuel cell system 10 generates power by receiving supply of a reaction gas (fuel gas, oxidant gas), and air as oxidant gas. An oxidizing gas supply system 30 for supplying the fuel cell 20, a fuel gas supply system 40 for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 20, and a power system 50 for controlling charging / discharging of power A cooling system 60 for cooling the fuel cell 20 and a controller 70 for controlling the entire system are provided.

燃料電池２０は、複数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池２０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２０全体としては（３）式の起電反応が生じる。   The fuel cell 20 is a solid polymer electrolyte cell stack formed by stacking a plurality of cells in series. In the fuel cell 20, the oxidation reaction of the formula (1) occurs at the anode electrode, and the reduction reaction of the equation (2) occurs at the cathode electrode. In the fuel cell 20 as a whole, an electromotive reaction of the formula (3) occurs.

Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３） H 2 → 2H + + 2e - ... (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)

燃料電池２０には、燃料電池２０の出力電圧を検出するための電圧センサ７１、及び発電電流を検出するための電流センサ７２が取り付けられている。   The fuel cell 20 is provided with a voltage sensor 71 for detecting the output voltage of the fuel cell 20 and a current sensor 72 for detecting the generated current.

酸化ガス供給系３０は、燃料電池２０のカソード極に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス通路３４と、燃料電池２０から排出される酸化オフガスが流れる酸化オフガス通路３６とを有している。酸化ガス通路３４には、フィルタ３１を介して大気中から酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ３２と、燃料電池２０のカソード極へ供給される酸化ガスを加湿するための加湿器３３と、酸化ガス供給量を調整するための絞り弁３５とが設けられている。酸化オフガス通路３６には、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁３７と、酸化ガス（ドライガス）と酸化オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するための加湿器３３とが設けられている。   The oxidizing gas supply system 30 has an oxidizing gas passage 34 through which oxidizing gas supplied to the cathode electrode of the fuel cell 20 flows and an oxidizing off gas passage 36 through which oxidizing off gas discharged from the fuel cell 20 flows. In the oxidizing gas passage 34, an air compressor 32 that takes in the oxidizing gas from the atmosphere via the filter 31, a humidifier 33 for humidifying the oxidizing gas supplied to the cathode electrode of the fuel cell 20, and an oxidizing gas supply amount And a throttle valve 35 for adjusting. The oxidizing off gas passage 36 includes a back pressure adjusting valve 37 for adjusting the oxidizing gas supply pressure, and a humidifier 33 for exchanging moisture between the oxidizing gas (dry gas) and the oxidizing off gas (wet gas). Is provided.

酸化ガス通路３４と酸化オフガス通路３６との間には、燃料電池２０をバイパスして両者間を接続するバイパス通路３８と、バイパス通路３８を流れる酸化ガス流量を調整するバイパス弁３９とが配設されている。バイパス弁３９は、通常時には閉弁しており、後述する電圧降下処理時に開弁される。バイパス通路３８とバイパス弁３９とは、バイパスエア流量を調整するためのバイパス手段として機能する。   Between the oxidizing gas passage 34 and the oxidizing off gas passage 36, a bypass passage 38 that bypasses the fuel cell 20 and connects the two, and a bypass valve 39 that adjusts the flow rate of the oxidizing gas flowing through the bypass passage 38 are disposed. Has been. The bypass valve 39 is normally closed and is opened during a voltage drop process described later. The bypass passage 38 and the bypass valve 39 function as bypass means for adjusting the bypass air flow rate.

燃料ガス供給系４０は、燃料ガス供給源４１と、燃料ガス供給源４１から燃料電池２０のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路４５と、燃料電池２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路４５に帰還させるための循環通路４６と、循環通路４６内の燃料オフガスを燃料ガス通路（ガス供給経路）４５に圧送する循環ポンプ（ポンプ）４７と、循環通路４６に分岐接続される排気排水通路４８とを有している。   The fuel gas supply system 40 includes a fuel gas supply source 41, a fuel gas passage 45 through which the fuel gas supplied from the fuel gas supply source 41 to the anode electrode of the fuel cell 20 flows, and a fuel off-gas discharged from the fuel cell 20. A circulation passage 46 for returning to the fuel gas passage 45, a circulation pump (pump) 47 for pumping the fuel off-gas in the circulation passage 46 to the fuel gas passage (gas supply passage) 45, and a branch connection to the circulation passage 46. And an exhaust drainage passage 48.

燃料ガス供給源４１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ〜７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。遮断弁４２を開くと、燃料ガス供給源４１から燃料ガス通路４５に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータ４３やインジェクタ４４により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池２０に供給される。   The fuel gas supply source 41 is made of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage alloy, and stores high-pressure (for example, 35 MPa to 70 MPa) hydrogen gas. When the shut-off valve 42 is opened, the fuel gas flows out from the fuel gas supply source 41 into the fuel gas passage 45. The fuel gas is decompressed to, for example, about 200 kPa by the regulator 43 and the injector 44 and supplied to the fuel cell 20.

尚、燃料ガス供給源４１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。   The fuel gas supply source 41 includes a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas from a hydrocarbon-based fuel, and a high-pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high-pressure state. It may be configured.

レギュレータ４３は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。   The regulator 43 is a device that regulates the upstream side pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure, and includes, for example, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure. The mechanical pressure reducing valve has a housing in which a back pressure chamber and a pressure adjusting chamber are formed with a diaphragm therebetween, and the primary pressure is reduced to a predetermined pressure in the pressure adjusting chamber by the back pressure in the back pressure chamber. It has a configuration for the next pressure.

インジェクタ４４は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ４４は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。   The injector 44 is an electromagnetically driven on-off valve capable of adjusting the gas flow rate and gas pressure by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with an electromagnetic driving force and separating the valve body from the valve seat. The injector 44 includes a valve seat having an injection hole for injecting gaseous fuel such as fuel gas, a nozzle body for supplying and guiding the gaseous fuel to the injection hole, and an axial direction (gas flow direction) with respect to the nozzle body. And a valve body that is slidably accommodated and opens and closes the injection hole.

循環通路４６に分岐接続された排気排水通路４８には、排気排水弁４９が配設されている。排気排水弁４９は、コントローラ７０からの指令によって作動することにより、循環通路４６内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁４９の開弁により、循環通路４６内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。   An exhaust / drain valve 49 is disposed in an exhaust / drain passage 48 branched and connected to the circulation passage 46. The exhaust / drain valve 49 is operated according to a command from the controller 70 to discharge the fuel off-gas and impurities including impurities in the circulation passage 46 to the outside. By opening the exhaust drain valve 49, the concentration of impurities in the fuel off-gas in the circulation passage 46 is lowered, and the hydrogen concentration in the fuel off-gas circulating in the circulation system can be increased.

排気排水弁４９を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路３４を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環通路４６には、循環通路４６内の燃料オフガスを燃料ガス通路４５に圧送する循環ポンプ４６を有する。供給通路２２に戻される燃料オフガス量の調整は、コントローラによる制御指令に基づき循環ポンプ４６の回転数を制御することで実現される。また、循環通路４６には、循環ポンプ４６に流入される燃料オフガスの圧力（上流圧力）を検知する圧力センサＰ１と、循環ポンプ４６から流出される燃料オフガスの圧力（下流圧力）を検知する圧力センサＰ２が設けられている。   The fuel off gas discharged through the exhaust drain valve 49 is mixed with the oxidizing off gas flowing through the oxidizing off gas passage 34 and diluted by a diluter (not shown). The circulation passage 46 has a circulation pump 46 that pumps the fuel off-gas in the circulation passage 46 to the fuel gas passage 45. Adjustment of the amount of fuel off-gas returned to the supply passage 22 is realized by controlling the rotational speed of the circulation pump 46 based on a control command from the controller. Further, in the circulation passage 46, a pressure sensor P1 that detects the pressure (upstream pressure) of the fuel off-gas flowing into the circulation pump 46, and a pressure that detects the pressure (downstream pressure) of the fuel off-gas that flows out of the circulation pump 46. A sensor P2 is provided.

電力系５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、トラクションモータ５４、及び補機類５５を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、バッテリ５２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ５３に出力する機能と、燃料電池２０が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ５４が回収した回生電力を降圧してバッテリ５２に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１のこれらの機能により、バッテリ５２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１による電圧変換制御により、燃料電池２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）が制御される。   The power system 50 includes a DC / DC converter 51, a battery 52, a traction inverter 53, a traction motor 54, and auxiliary machinery 55. The DC / DC converter 51 boosts the DC voltage supplied from the battery 52 and outputs it to the traction inverter 53, and the DC power generated by the fuel cell 20 or the regenerative power recovered by the traction motor 54 by regenerative braking. And a function of charging the battery 52 by lowering the voltage. The charge / discharge of the battery 52 is controlled by these functions of the DC / DC converter 51. Further, the operation point (output voltage, output current) of the fuel cell 20 is controlled by voltage conversion control by the DC / DC converter 51.

バッテリ５２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ５２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。   The battery 52 functions as a surplus power storage source, a regenerative energy storage source during regenerative braking, and an energy buffer during load fluctuations associated with acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle. As the battery 52, for example, a secondary battery such as a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, or a lithium secondary battery is suitable.

トラクションインバータ５３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、コントローラ７０からの制御指令に従って、燃料電池２０又はバッテリ５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ５４の回転トルクを制御する。トラクションモータ５４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。   The traction inverter 53 is, for example, a PWM inverter driven by a pulse width modulation method, and converts a DC voltage output from the fuel cell 20 or the battery 52 into a three-phase AC voltage according to a control command from the controller 70, The rotational torque of the traction motor 54 is controlled. The traction motor 54 is a three-phase AC motor, for example, and constitutes a power source of the fuel cell vehicle.

補機類５５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。   Auxiliary machines 55 are motors (for example, power sources such as pumps) arranged in each part in the fuel cell system 10, inverters for driving these motors, and various on-vehicle auxiliary machines. (For example, an air compressor, an injector, a cooling water circulation pump, a radiator, etc.) is a general term.

コントローラ７０は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、通常運転の制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。   The controller 70 is configured as a microcomputer having a CPU, ROM, and RAM therein. The CPU executes a desired calculation according to the control program and performs various processes and controls such as control of normal operation. The ROM stores control programs and control data processed by the CPU. The RAM is mainly used as various work areas for control processing.

コントローラ７０は、各圧力センサＰｓ、Ｐｄや温度センサ、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧ、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、各構成要素（コンプレッサ３２、水素循環ポンプ４７など）に制御信号を出力する。   The controller 70 is based on the pressure sensors Ps and Pd, the temperature sensor, the start signal IG output from the ignition switch, the accelerator opening signal ACC output from the accelerator sensor, the vehicle speed signal VC output from the vehicle speed sensor, and the like. A control signal is output to each component (compressor 32, hydrogen circulation pump 47, etc.).

以下、本実施形態の特徴である所定のタイミングで実ポンプ（実際の水素循環ポンプ４７）の体積効率を算出し、算出した体積効率に基づき実ポンプの運転を制御する点について詳細に説明する。
従来技術の項において説明したように、従来技術の水素循環ポンプ４７の特徴としては、製造時に許容される漏れ量の公差が大きい点が挙げられる。これは燃料ガスに含まれる水素の分子量が小さく、ポンプの隙間から漏れる水素のガス量が、ポンプの隙間から漏れる他の気体のガス量に対して多いことに起因する。このため、従来においては、各ポンプ間での漏れ量のバラツキを抑制することができないという問題があった。また、水素循環ポンプ４７が圧送する燃料オフガスには、水分（燃料電池の発電時に生成された水）が含まれるが、現在の技術では、水分を蒸発させることなしに（すなわち加熱することなしに）、水分を含んだガスの流量を正確に測定することは難しい。 Hereinafter, the point that the volume efficiency of the actual pump (actual hydrogen circulation pump 47) is calculated at a predetermined timing, which is a feature of the present embodiment, and the operation of the actual pump is controlled based on the calculated volume efficiency will be described in detail.
As explained in the section of the prior art, the characteristic of the hydrogen circulation pump 47 of the prior art is that the tolerance of the leak amount allowed at the time of manufacture is large. This is because the molecular weight of hydrogen contained in the fuel gas is small, and the amount of hydrogen gas leaking from the gap of the pump is larger than the amount of other gases leaking from the gap of the pump. For this reason, conventionally, there has been a problem that variation in the amount of leakage between pumps cannot be suppressed. In addition, the fuel off-gas pumped by the hydrogen circulation pump 47 includes moisture (water generated at the time of power generation of the fuel cell), but the current technology does not evaporate the moisture (that is, without heating). ), It is difficult to accurately measure the flow rate of gas containing moisture.

かかる事情に鑑み、本実施形態では、実ポンプの回転数を一定に制御した場合の実ポンプの仕事量（消費電力）を検知し、検知した実ポンプの消費電力と回転数に基づいてポンプの体積効率を算出し、算出した体積効率に基づき、実ポンプの運転を制御する。   In view of such circumstances, in the present embodiment, the work amount (power consumption) of the actual pump when the rotation speed of the actual pump is controlled to be constant is detected, and the pump power is determined based on the detected power consumption and rotation speed of the actual pump. The volume efficiency is calculated, and the operation of the actual pump is controlled based on the calculated volume efficiency.

図２及び図３は、メモリ（記憶手段）６０に格納されている実ポンプの運転管理マップ（ポンプ制御情報）Ｍ１を例示した図である。
図２に示すように、運転管理マップＭ１には、各体積効率ηｖ＝０．５（５０％）、ηｖ＝０．６（６０％）、ηｖ＝０．７（７０％）での回転数と仕事量の関係を表すラインｌ０１〜ｌ０３が示されている。このうち、体積効率ηｖ＝０．５（５０％）での回転数と仕事量の関係を表すラインｌ０１は、基準ラインとなる。 2 and 3 are diagrams illustrating an actual pump operation management map (pump control information) M1 stored in the memory (storage means) 60. FIG.
As shown in FIG. 2, the operation management map M1 includes rotational speeds at each volume efficiency ηv = 0.5 (50%), ηv = 0.6 (60%), and ηv = 0.7 (70%). Lines l01 to l03 representing the relationship between and the work amount are shown. Among these, the line l01 representing the relationship between the rotational speed and the work amount when the volumetric efficiency ηv = 0.5 (50%) is a reference line.

また、便宜上、図２ではηｖが３種類示されている場合を示しているが、体積効率ηｖ＝１（１００％）での回転数と仕事量の関係を表すラインも登録されている。もちろん、他の体積効率ηｖでの回転数と仕事量の関係を表すラインが登録されていても良い。なお、運転管理マップＭ１に予め登録される各体積効率ηｖでの回転数と仕事量の関係は、例えば実験などによって求めておくことができる。実験で利用するポンプは、当該車両に搭載される実ポンプ４７であっても良いが、公差範囲内で許容される他のポンプであっても良い。   For convenience, FIG. 2 shows a case where three types of ηv are shown, but a line representing the relationship between the rotational speed and the work amount when the volumetric efficiency ηv = 1 (100%) is also registered. Of course, a line representing the relationship between the rotational speed and the work amount at other volumetric efficiency ηv may be registered. In addition, the relationship between the rotation speed and the work amount at each volume efficiency ηv registered in advance in the operation management map M1 can be obtained by, for example, experiments. The pump used in the experiment may be the actual pump 47 mounted on the vehicle, but may be another pump allowed within the tolerance range.

＜製造直後に実ポンプの体積効率を求める場合＞
本実施形態では、まず、燃料電池システム１０を組み立てた後、水素循環ポンプ４７を初めて駆動する場合に体積効率を求める。このように、実ポンプ４７を初めて駆動する場合に体積効率を求める理由は、実ポンプの体積効率は個体差に依存する度合いが大きく、耐久性の劣化に依存する度合いが小さいためである。 <When volume efficiency of actual pump is calculated immediately after production>
In the present embodiment, first, after the fuel cell system 10 is assembled, the volumetric efficiency is obtained when the hydrogen circulation pump 47 is driven for the first time. Thus, the reason why the volume efficiency is obtained when the actual pump 47 is driven for the first time is that the volume efficiency of the actual pump is highly dependent on individual differences and is less dependent on durability deterioration.

コントローラ（算出手段）７０は、燃料電池システム１０の組み立て終了後に、実ポンプ４７に対して一定の回転数で回転を行うべき指示を送る。設定する回転数については、最高回転数近傍の回転数Ｎ（図２に示す回転数Ｎ１）が望ましい。この理由は、図２に示すように、回転数が高ければ高いほど、圧力損失は安定し、体積効率の差も大きくなり、精度良く体積効率が求められるからである。   After the assembly of the fuel cell system 10 is completed, the controller (calculating means) 70 sends an instruction to rotate at a constant rotational speed to the actual pump 47. As for the rotation speed to be set, the rotation speed N near the maximum rotation speed (the rotation speed N1 shown in FIG. 2) is desirable. The reason for this is that, as shown in FIG. 2, the higher the number of revolutions, the more stable the pressure loss, the greater the difference in volume efficiency, and the more efficient volume efficiency is required.

コントローラ７０は、回転数を一定に設定すると、この回転数で体積効率ηｖ＝１（１００％）と仮定した場合の仕事量（以下、理論値の仕事量）Ｑをメモリ６０から読み出す。理論値の仕事量Ｑは、下記式（１）に示すように、回転数Ｎ（ｒｐｍ）に比例する。なお、理論値の仕事量Ｑは、予め計算などして導出し、これをメモリ６０に登録しておけば良い。
Ｑ ∝ Ｎ ・・・（１） When the rotation speed is set to be constant, the controller 70 reads the work amount (hereinafter, the theoretical work amount) Q when assuming that the volume efficiency ηv = 1 (100%) at this rotation speed from the memory 60. The theoretical work Q is proportional to the rotational speed N (rpm) as shown in the following formula (1). It should be noted that the theoretical work Q is derived in advance by calculation or the like and registered in the memory 60.
Q Ｎ N (1)

さらに、コントローラ（算出手段）７０は、圧力センサ（第１圧力検知手段）Ｐ１より実ポンプ４７に流入される燃料オフガスの圧力（流入圧力）Ｐｓを受け取るとともに、圧力センサ（第２圧力検知手段）Ｐ２より実ポンプ４７から流出される燃料オフガスの圧力（流出圧力）Ｐｄを受け取る。また、コントローラ（算出主だｓン）７０は、メモリ６０に格納されている実ポンプ４７の機械的な損失（いわゆる機械損失）Ｗｍを取得するとともに、実ポンプ４７を駆動するモータ４６ａのインバータに接続された電流計、電圧計（電流・電圧検知手段）に示される電流値ｉ、電圧値ｖから仕事量Ｗ（＝ｉ＊ｖ；図３に示す仕事量Ｗ１）を求める。なお、機械損失Ｗｍの変動は、比較的小さいため、固定値としてメモリ６０に格納しておけば良い。コントローラ７０は、これらの値を下記式（２）に代入することにより、当該時点での実ポンプ４７の体積効率ηｖを算出する。
Ｗ ＝ （Ｐｂ−Ｐｓ）＊Ｑ／ηｖ＋Ｗｍ ・・・（２） Further, the controller (calculating means) 70 receives the pressure (inflow pressure) Ps of the fuel off-gas flowing into the actual pump 47 from the pressure sensor (first pressure detecting means) P1, and at the same time the pressure sensor (second pressure detecting means). The pressure (outflow pressure) Pd of the fuel off gas flowing out from the actual pump 47 is received from P2. In addition, the controller (the calculation main sun) 70 obtains the mechanical loss (so-called mechanical loss) Wm of the actual pump 47 stored in the memory 60, and serves as an inverter of the motor 46a that drives the actual pump 47. The work amount W (= i * v; work amount W1 shown in FIG. 3) is obtained from the current value i and voltage value v indicated by the connected ammeter and voltmeter (current / voltage detection means). Since the fluctuation of the mechanical loss Wm is relatively small, it may be stored in the memory 60 as a fixed value. The controller 70 calculates the volume efficiency ηv of the actual pump 47 at that time by substituting these values into the following formula (2).
W = (Pb−Ps) * Q / ηv + Wm (2)

その後、コントローラ（補正手段）７０は、メモリ６０に登録されている実ポンプ４７の運転管理マップＭ１を参照し、設定した回転数Ｎ（ここでは回転数Ｎ１）と得られた仕事量Ｗ（ここでは仕事量Ｗ１）を、運転管理マップＭ１にプロットし、基準となる体積効率ηｖのラインｌ１を補正することで、図３に示す実ラインｌ１１を得る。   Thereafter, the controller (correction means) 70 refers to the operation management map M1 of the actual pump 47 registered in the memory 60, and sets the rotation speed N (here, the rotation speed N1) and the obtained work amount W (here) Then, the work amount W1) is plotted on the operation management map M1, and the actual line l11 shown in FIG. 3 is obtained by correcting the reference line l1 of the volume efficiency ηv.

そして、コントローラ（駆動制御手段）７０は、得られた実ラインｌ１１を利用して実ポンプ（水素循環ポンプ）４７の運転を制御する。得られた実ラインｌ１１は、実ポンプ４７の性能が反映されているため、製造バラツキなどによる実ポンプ４７の性能を考慮することなく、最低ポンプを使用したときに得られる下限ライン（例えば、図３に示す基準ラインｌ０１）を常に利用していた従来例と比較して、システム効率の高い運転制御が可能となり、さらには実ポンプ４７の流量誤差を抑制することが可能となる。   The controller (drive control means) 70 controls the operation of the actual pump (hydrogen circulation pump) 47 using the obtained actual line l11. Since the actual line l11 obtained reflects the performance of the actual pump 47, the lower limit line (for example, the figure) obtained when the lowest pump is used without considering the performance of the actual pump 47 due to manufacturing variation or the like. Compared with the conventional example in which the reference line 1011) shown in FIG. 3 is always used, it is possible to control the operation with higher system efficiency and to suppress the flow rate error of the actual pump 47.

Ｂ．変形例
＜変形例１＞
上述した本実施形態では、製造直後に実ポンプ４７の体積効率ηｖを求める場合について説明したが、体積効率ηｖを求めるタイミングはシステム等に応じて適宜設定・変更可能である。具体的には、コントローラ（算出手段）が、（１）燃料電池の発電停止直後に行う、（２）燃料電池の電解質膜の乾燥度合いが所定値以上の場合に行う、（３）燃料電池の発電開始前、あるいは発電停止後の掃気処理直後（加圧処理直後）に行うようにしても良い。（１）によれば、発電停止直後（すなわち、シャットダウン直後）は水素循環系の濃度が安定しているため、圧力損失（ポンプの入口、出口での圧力差）も安定し、精度良く測定することが可能となる。また、（２）によれば、燃料電池２０の残水量が管理しやすく、圧力損失も安定し、精度良く測定することが可能となる。なお、燃料電池の電解質膜の乾燥度合いを測定する方法としては、コントローラ（検知手段、算出手段）７０が周知の交流インピーダンス法によって燃料電池２０のインピーダンスを測定し、測定結果に基づき電解質膜の乾燥度合いを求めれば良い。また、（３）によれば、水素循環系の濃度が安定しているため、圧力損失も安定し、精度良く測定することが可能となる。もちろん、これらのタイミングに限定する趣旨ではなく、一定期間毎（例えば１ヶ月毎など）に体積効率ηｖを求めるようにしても良い。 B. Modification <Modification 1>
In the present embodiment described above, the case where the volumetric efficiency ηv of the actual pump 47 is obtained immediately after manufacture has been described, but the timing for obtaining the volumetric efficiency ηv can be set and changed as appropriate according to the system or the like. Specifically, the controller (calculating means) performs (1) immediately after stopping the power generation of the fuel cell, (2) performed when the degree of drying of the electrolyte membrane of the fuel cell is a predetermined value or more, (3) the fuel cell It may be performed immediately before the start of power generation or immediately after the scavenging process after power generation is stopped (immediately after the pressurization process). According to (1), since the concentration of the hydrogen circulation system is stable immediately after power generation is stopped (that is, immediately after shutdown), the pressure loss (pressure difference between the inlet and outlet of the pump) is also stabilized and measured with high accuracy. It becomes possible. Further, according to (2), the remaining water amount of the fuel cell 20 can be easily managed, the pressure loss is stable, and the measurement can be performed with high accuracy. As a method for measuring the degree of drying of the electrolyte membrane of the fuel cell, the controller (detecting means, calculating means) 70 measures the impedance of the fuel cell 20 by a known AC impedance method, and the electrolyte membrane is dried based on the measurement result. Find the degree. Further, according to (3), since the concentration of the hydrogen circulation system is stable, the pressure loss is also stable and measurement can be performed with high accuracy. Of course, the purpose is not limited to these timings, and the volumetric efficiency ηv may be obtained at regular intervals (for example, every month).

＜変形例２＞
上述した本実施形態では、実ポンプ４７に流入される燃料オフガスの圧力（上流圧力）Ｐｓを検知する圧力センサＰ１、実ポンプ４７から流出される燃料オフガスの圧力（下流圧力）Ｐｄを検出する圧力センサＰ２が設けられている場合について説明したが、いずれか一方の圧力センサ（例えば、下流圧力Ｐｄを検出する圧力センサＰ２）のみが設けられている場合にも適用可能である。この場合、実際に測定されない圧力（たとえば上流圧力）については推定値を用いれば良い。このように、圧力について推定値を用いることができるのは、圧力損失のバラツキは個体差として大きくないため、推定値を利用したとしても誤差は小さいからである。なお、上流圧力Ｐｓ、下流圧力Ｐｄの両方について推定値を用いても良い。 <Modification 2>
In the present embodiment described above, the pressure sensor P1 that detects the pressure (upstream pressure) Ps of the fuel off-gas flowing into the actual pump 47, and the pressure that detects the pressure (downstream pressure) Pd of the fuel off-gas that flows out of the actual pump 47. Although the case where the sensor P2 is provided has been described, the present invention is also applicable when only one of the pressure sensors (for example, the pressure sensor P2 that detects the downstream pressure Pd) is provided. In this case, an estimated value may be used for a pressure that is not actually measured (for example, upstream pressure). Thus, the reason why the estimated value can be used for the pressure is that the variation in pressure loss is not large as an individual difference, so that even if the estimated value is used, the error is small. Note that estimated values may be used for both the upstream pressure Ps and the downstream pressure Pd.

＜変形例３＞
上述した本実施形態では、機械損失Ｗｍが常に一定としたが、変動する機械損失を考慮して体積効率ηｖを算出しても良い。一般に、実ポンプはトータル運転時間（生涯回転数）が増加するにつれ、シール付近の部材が磨耗するなどして機械損失は徐々に減少していく傾向にある。そこで、水素循環ポンプについて生涯回転数と機械損失の関係を予め実験などによって求め、これを機械損失管理マップＭ２としてメモリ６０に登録しておく。コントローラ７０は、体積効率ηｖを求める際、当該時点での回転数Ｎを検知した後、メモリ６０に登録されている機械損失管理マップＭ２を参照し、この回転数Ｎに対応する機械損失Ｗｍを取得する。そして、コントローラ７０は、取得した機械損失Ｗｍを上記式（２）に代入することで、体積効率ηｖを求める。かかる構成によれば、より精度良く体積効率ηｖを算出することが可能となる。 <Modification 3>
In the present embodiment described above, the mechanical loss Wm is always constant, but the volumetric efficiency ηv may be calculated in consideration of the varying mechanical loss. In general, as the total operating time (lifetime rotational speed) of an actual pump increases, mechanical loss tends to gradually decrease due to wear of members near the seal. Therefore, the relationship between the lifetime rotation speed and the mechanical loss of the hydrogen circulation pump is obtained in advance by experiments or the like, and this is registered in the memory 60 as the mechanical loss management map M2. When determining the volumetric efficiency ηv, the controller 70 detects the rotational speed N at that time, and then refers to the mechanical loss management map M2 registered in the memory 60 to determine the mechanical loss Wm corresponding to the rotational speed N. get. And the controller 70 calculates | requires volumetric efficiency (eta) v by substituting the acquired mechanical loss Wm to the said Formula (2). With this configuration, it is possible to calculate the volume efficiency ηv with higher accuracy.

＜変形例４＞
上述した本実施形態及び変形例では、回転数を一定に制御し、この場合に得られる仕事量（消費電力）Ｗと該回転数Ｎとに基づき体積効率ηｖを求めたが、回転数ではなく仕事量（消費電力）を予め決定し（別言すれば設定された電力で）、この場合に得られる回転数Ｎと該仕事量Ｗとに基づき体積効率ηｖを求めても良い。 <Modification 4>
In the present embodiment and the modification described above, the rotational speed is controlled to be constant, and the volume efficiency ηv is obtained based on the work amount (power consumption) W obtained in this case and the rotational speed N, but not the rotational speed. The work efficiency (power consumption) may be determined in advance (in other words, with the set power), and the volume efficiency ηv may be obtained based on the rotation speed N and the work W obtained in this case.

体積効率ηｖを求める際には、バッテリ５２などから供給される電力を利用して水素循環ポンプ４６を駆動することになるが、回転数を一定に制御する方法では、バッテリ５２に十分な電力が残っていないために、当該制御が行えず、体積効率ηｖを求めることができないことが懸念される。
そこで、予め水素循環ポンプ４７の消費電力（仕事量）を決めておき、決められた消費電力でコントローラ（算出手段）７０が回転数Ｎを求め、求めた回転数Ｎと消費電力とに基づき、体積効率を算出するようにしても良い。さらに、コントローラ７０が水素循環ポンプ４７のトルク値を用いて体積効率ηｖを算出するようにしても良い。 When obtaining the volumetric efficiency ηv, the hydrogen circulation pump 46 is driven using the power supplied from the battery 52 or the like. However, in the method of controlling the rotational speed to be constant, the battery 52 has sufficient power. Since it does not remain, there is a concern that the control cannot be performed and the volumetric efficiency ηv cannot be obtained.
Therefore, the power consumption (work amount) of the hydrogen circulation pump 47 is determined in advance, the controller (calculation means) 70 calculates the rotation speed N with the determined power consumption, and based on the calculated rotation speed N and power consumption, The volumetric efficiency may be calculated. Further, the controller 70 may calculate the volume efficiency ηv using the torque value of the hydrogen circulation pump 47.

本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 an embodiment. FIG. メモリに格納されている実ポンプの運転管理マップを例示した図である。It is the figure which illustrated the operation management map of the real pump stored in memory. メモリに格納されている実ポンプの運転管理マップを例示した図である。It is the figure which illustrated the operation management map of the real pump stored in memory. 燃料電池システムの燃料ガス供給系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the fuel gas supply system of a fuel cell system. 水素循環ポンプを利用する場合に利用される駆動マップを例示した図である。It is the figure which illustrated the drive map utilized when utilizing a hydrogen circulation pump.

符号の説明Explanation of symbols

１０・・・燃料電池システム、２０・・・燃料電池、３０・・・酸化ガス供給系、４０・・・燃料ガス供給系、４７・・・水素循環ポンプ、５０・・・電力系、６０・・・メモリ、７０・・・コントローラ、Ｐ１，Ｐ２・・・圧力センサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system, 20 ... Fuel cell, 30 ... Oxidation gas supply system, 40 ... Fuel gas supply system, 47 ... Hydrogen circulation pump, 50 ... Electric power system, 60. ..Memory, 70... Controller, P1, P2.

Claims (11)

燃料電池システムのガス供給経路に水素を含む燃料ガスを送り出すポンプと、
前記ポンプの回転数と消費電力との関係を対応づけたポンプ制御情報を記憶する記憶手段と、
検知した前記ポンプの回転数と消費電力に基づき、該ポンプの体積効率を算出する算出手段と、
算出された前記体積効率に基づき、前記ポンプ制御情報を補正する補正手段と、
前記ポンプ制御情報を用いて前記ポンプの駆動を制御する駆動制御手段と
を具備するポンプ駆動制御装置。 A pump for sending fuel gas containing hydrogen to the gas supply path of the fuel cell system;
Storage means for storing pump control information associating the relationship between the rotational speed of the pump and power consumption;
Calculation means for calculating the volumetric efficiency of the pump based on the detected rotational speed and power consumption of the pump;
Correction means for correcting the pump control information based on the calculated volumetric efficiency;
A pump drive control device comprising: drive control means for controlling drive of the pump using the pump control information. 前記算出手段は、ポンプの回転数を一定に制御した場合の該ポンプの消費電力を求め、求めたポンプの消費電力とポンプの回転数とに基づき、前記体積効率を算出する、請求項１に記載のポンプ駆動制御装置。   The said calculating means calculates | requires the power consumption of this pump at the time of controlling the rotation speed of a pump uniformly, and calculates the said volume efficiency based on the calculated | required power consumption of a pump and the rotation speed of a pump. The pump drive control device described. 前記ポンプは、燃料電池から出力される燃料オフガスの一部を前記ガス供給路に戻す循環ポンプであり、前記燃料オフガスには水分が含まれる、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。   The pump drive control device according to claim 2, wherein the pump is a circulation pump that returns a part of the fuel off-gas output from the fuel cell to the gas supply path, and the fuel off-gas contains moisture. 前記算出手段は、前記ポンプの最初の始動時に、前記体積効率を算出する、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。   The pump drive control device according to claim 2, wherein the calculation unit calculates the volumetric efficiency when the pump is first started. 前記算出手段は、前記燃料電池の発電を停止した後に、前記体積効率を算出する、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。   The pump drive control device according to claim 2, wherein the calculation unit calculates the volumetric efficiency after stopping the power generation of the fuel cell. 前記燃料電池の電解質膜の乾燥度合いを検知する検知手段をさらに備え、
前記算出手段は、前記電解質膜の乾燥度合いが設定値以上となった場合に、前記体積効率を算出する、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。 Further comprising a detecting means for detecting the degree of drying of the electrolyte membrane of the fuel cell,
The pump drive control device according to claim 2, wherein the calculation means calculates the volumetric efficiency when the degree of drying of the electrolyte membrane becomes a set value or more. 前記算出手段は、前記燃料電池の発電を停止した後、前記燃料ガスの循環系を掃気した後に前記体積効率を算出する、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。   3. The pump drive control device according to claim 2, wherein the calculation unit calculates the volumetric efficiency after scavenging the fuel gas circulation system after stopping the power generation of the fuel cell. 4. 前記算出手段は、前記ポンプの回転数を、設定された最高回転数近傍で一定に制御した場合の該ポンプの消費電力を求め、求めたポンプの消費電力とポンプの回転数とに基づき、前記体積効率を算出する、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。   The calculation means obtains the power consumption of the pump when the rotational speed of the pump is controlled to be constant in the vicinity of the set maximum rotational speed, and based on the obtained power consumption of the pump and the rotational speed of the pump, The pump drive control device according to claim 2 which calculates volumetric efficiency. 前記ポンプに接続されたインバータと、
前記インバータの出力電流、出力電圧を検知する電流・電圧検知手段とをさらに備え、
前記算出手段は、検知された前記インバータの出力電流、出力電圧に基づき、前記ポンプの消費電力を求める、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。 An inverter connected to the pump;
The output current of the inverter, further comprising a current / voltage detection means for detecting the output voltage,
The pump drive control device according to claim 2, wherein the calculation means obtains power consumption of the pump based on the detected output current and output voltage of the inverter. 前記ポンプに流入される燃料ガスの流入圧力を検知する第１圧力検知手段と、
前記ポンプから流出される燃料ガスの流出圧力を検知する第２圧力検知手段とをさらに備え、
前記算出手段は、ポンプの回転数を一定に制御した場合の該ポンプの消費電力を求め、求めたポンプの消費電力と、ポンプの回転数と、検知される流入圧力と、検知される流出圧力とに基づき、前記体積効率を算出する、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。 First pressure detecting means for detecting an inflow pressure of fuel gas flowing into the pump;
A second pressure detecting means for detecting an outflow pressure of the fuel gas flowing out from the pump;
The calculation means obtains the power consumption of the pump when the rotation speed of the pump is controlled to be constant, the obtained power consumption of the pump, the rotation speed of the pump, the detected inflow pressure, and the detected outflow pressure. The pump drive control device according to claim 2, wherein the volumetric efficiency is calculated based on: 前記算出手段は、設定された電力で前記ポンプを駆動した場合の該ポンプの回転数を検知し、検知したポンプの回転数とポンプの消費電力とに基づき、前記体積効率を算出する、請求項２に記載のポンプ駆動制御装置。   The calculation means detects the rotation speed of the pump when the pump is driven with a set power, and calculates the volumetric efficiency based on the detected rotation speed of the pump and power consumption of the pump. 2. The pump drive control device according to 2.
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