JP2009301981A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system in which a fault caused by oil is prevented such as effective prevention of flowing-in of oil in the fuel cell when using a roots pump for a pressure pump to pressurize and eject a reaction gas, and further a mounting performance is improved. <P>SOLUTION: The fuel cell system includes a hydrogen pump 46 which is the roots pump of two-axis rotating pump that is a pressure pump to pressurize and eject hydrogen gas being a reaction gas and a control part. The hydrogen pump 46 includes two cocoon shape rotors 72, 74 which are arranged on the outer diameter side of two rotor axes of rotation 68, 70 that are provided in a casing 66 rotatably mutually in parallel and are opposed to each other, and two motors 58, 60 of which the respective motor drive shafts 86, 88 are constructed by a part of each rotor axes of rotation 68, 70. The control part controls rotation drive of each motors 58, 60 so as to rotate in the reverse direction by synchronizing the two motors 58, 60. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、供給された反応ガスを加圧して吐出する加圧ポンプと、を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of a reaction gas, and a pressurizing pump that pressurizes and discharges the supplied reaction gas.

従来から反応ガスである燃料ガス、例えば水素を含む水素ガスと、反応ガスである酸化ガス、例えば空気との電気化学反応により発電する燃料電池である、燃料電池スタックを有する燃料電池システムが考えられている。燃料電池スタックは、例えばアノード側電極、電解質膜およびカソード側電極から成る膜−電極アセンブリ(MEA)とセパレータとを1組の燃料電池セルとして、これを複数組積層することにより構成している。すなわち、各燃料電池セルは、高分子イオン交換膜から成る電解質膜の一方の面にアノード側電極を、他方の面にカソード側電極を、それぞれ配置して、さらに両側にセパレータを設けることにより構成している。そして、このような燃料電池セルを複数組積層し、さらに集電板、絶縁板およびエンドプレートで狭持することにより、高電圧を発生する燃料電池スタックを構成する。   Conventionally, a fuel cell system having a fuel cell stack, which is a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas that is a reaction gas, for example, a hydrogen gas containing hydrogen, and an oxidizing gas that is a reaction gas, for example, air, has been considered. ing. The fuel cell stack is configured by stacking a plurality of sets of fuel cell units, for example, a membrane-electrode assembly (MEA) composed of an anode side electrode, an electrolyte membrane and a cathode side electrode and a separator. That is, each fuel cell is configured by arranging an anode side electrode on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane, a cathode side electrode on the other side, and further providing separators on both sides. is doing. A plurality of such fuel battery cells are stacked and sandwiched between current collector plates, insulating plates, and end plates to constitute a fuel cell stack that generates a high voltage.

このような燃料電池では、アノード側電極に燃料ガスを供給すると共に、カソード側電極に酸化ガスを供給する。これにより、燃料ガスおよび酸化ガスが電気化学反応に供されて、起電力を発生する。   In such a fuel cell, a fuel gas is supplied to the anode side electrode and an oxidizing gas is supplied to the cathode side electrode. As a result, the fuel gas and the oxidizing gas are subjected to an electrochemical reaction to generate an electromotive force.

また、燃料電池システムにおいて、このような燃料電池スタックに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給流路と、燃料電池スタックから燃料ガス系ガスを排出する燃料ガス系排出流路と、燃料電池スタックから排出された燃料ガス系ガスを燃料電池スタックに還流させるための循環流路と、燃料電池スタックに酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路と、燃料電池スタックから酸化ガス系ガスを排出する酸化ガス系排出流路とを備えることが考えられている。また、循環流路に供給された燃料ガス系ガスを加圧し吐出する加圧ポンプを備え、加圧ポンプを容積圧縮式ポンプであるルーツ式ポンプにより構成することが考えられている。   Further, in the fuel cell system, a fuel gas supply channel for supplying fuel gas to such a fuel cell stack, a fuel gas system discharge channel for discharging the fuel gas system gas from the fuel cell stack, and a fuel cell stack A circulation flow path for returning the fuel gas gas discharged from the fuel cell stack to the fuel cell stack, an oxidizing gas supply flow path for supplying oxidizing gas to the fuel cell stack, and discharging the oxidizing gas gas from the fuel cell stack It is considered to include an oxidizing gas-based discharge flow path. Further, it is considered that a pressurizing pump that pressurizes and discharges the fuel gas-based gas supplied to the circulation flow path is provided, and the pressurizing pump is constituted by a Roots pump that is a volumetric compression pump.

ルーツ式ポンプは、互いに同期して逆方向に回転する2個の繭形ロータにより、吸入口から送り込まれた燃料ガス系ガスを容積圧縮してから吐出口を通じて吐出する。従来から、このようなルーツ式ポンプにおいて、2個の繭形ロータを同期して駆動するために、各繭形ロータを固定した2個の回転軸にそれぞれタイミングギヤと呼ばれる歯車を固定して、両歯車を噛合させるとともに、2個の回転軸の一方の回転軸をモータで駆動することが考えられている。この場合、モータで駆動する一方の回転軸は駆動軸となり、2個の回転軸の他方の回転軸は、一方の回転軸から歯車を介して回転力が伝達される従動軸となる。   The Roots-type pump uses two saddle-shaped rotors that rotate in opposite directions in synchronization with each other, compresses the volume of fuel gas gas fed from the suction port, and then discharges it through the discharge port. Conventionally, in such a Roots type pump, in order to drive two saddle-shaped rotors synchronously, gears called timing gears are respectively fixed to two rotating shafts to which the saddle-shaped rotors are fixed, It is considered that both gears are meshed and one of the two rotating shafts is driven by a motor. In this case, one rotating shaft driven by the motor serves as a driving shaft, and the other rotating shaft of the two rotating shafts serves as a driven shaft to which rotational force is transmitted from one rotating shaft via a gear.

特許文献1には、一対の回転軸に設けられたルーツ型ロータが互いに噛み合いながら反対方向に回転する容積圧縮機であって、一対の回転軸に接続された一対のモータロータを具備するブラシレス直流モータを設け、モータロータは互いに同期して反対方向に回転するように構成される容積圧縮機が記載されている。   Patent Document 1 discloses a brushless DC motor including a pair of motor rotors connected to a pair of rotating shafts, which is a positive displacement compressor in which roots-type rotors provided on a pair of rotating shafts mesh with each other and rotate in opposite directions. , And the motor rotor is configured to rotate in opposite directions synchronously with each other.

また、特許文献2には、ハウジング内に第一回転軸、第二回転軸を収納し、各回転軸の上側に筒型の上部ロータ、下側に下部ロータが回転軸にかん合されている容積真空ポンプであって、各ロータの外周面にねじ溝が、互いに噛み合うように形成され、第一回転軸、第二回転軸はACサーボモータにより回転する容積真空ポンプが記載されている。また、下部ねじ溝は第一のポンプ部分であり、上部ねじ溝は第二のポンプ部分であるとされている。また、第一のポンプ、第二のポンプの形態として、ルーツ型であってもよいとされている。   Further, in Patent Document 2, a first rotating shaft and a second rotating shaft are housed in a housing, and a cylindrical upper rotor is engaged with the rotating shaft on the upper side of each rotating shaft, and a lower rotor is engaged with the rotating shaft on the lower side. A volumetric vacuum pump is described in which screw grooves are formed on the outer peripheral surface of each rotor so as to mesh with each other, and a first rotating shaft and a second rotating shaft are rotated by an AC servo motor. The lower screw groove is a first pump portion, and the upper screw groove is a second pump portion. Moreover, it is supposed that a roots type may be sufficient as a form of a 1st pump and a 2nd pump.

特開2000−329084号公報JP 2000-329084 A 特開平11−241694号公報JP-A-11-241694

従来から燃料電池システムを構成する加圧ポンプとして使用することが考えられているルーツ式ポンプの場合、従動軸を回転させるために駆動軸と従動軸とにタイミングギヤと呼ばれる歯車をそれぞれ固定して、両歯車同士を噛合させている。このため、両歯車の潤滑のために油を使用して、歯車の耐久性を高くすることが考えられている。ただし、このように油を使用する場合には、ポンプの故障時に燃料電池スタックに油が流れ込むのを有効に防止する面から改良の余地がある。もし燃料電池スタック内に油が流れ込んでしまった場合には、燃料電池スタックの交換の必要が生じる。また、油を使用する場合には、繭形ロータ部分等、油の流入を防止する必要がある部分と歯車の噛合部との間にオイルシール等を設ける必要があるが、オイルシールの摺動抵抗によりポンプ駆動用のモータの回転抵抗が過度に高くなる可能性がある。また、この場合には、燃料電池システムの保守・点検に要するコストが高くなる原因となる。   In the case of a Roots type pump that has been conventionally considered to be used as a pressure pump constituting a fuel cell system, a gear called a timing gear is fixed to the drive shaft and the driven shaft in order to rotate the driven shaft. The two gears are engaged with each other. For this reason, it is considered to increase the durability of the gears by using oil for lubricating both gears. However, when oil is used in this way, there is room for improvement in terms of effectively preventing the oil from flowing into the fuel cell stack when the pump fails. If oil flows into the fuel cell stack, the fuel cell stack needs to be replaced. In addition, when oil is used, it is necessary to provide an oil seal or the like between the gear rotor and the part where it is necessary to prevent the inflow of oil, such as a saddle type rotor part. The resistance may cause the rotational resistance of the pump driving motor to be excessively high. In this case, the cost required for maintenance and inspection of the fuel cell system becomes high.

また、駆動軸と従動軸とを回転させる駆動源として、駆動軸に固定した1個のモータのみを使用する場合には、モータの直径が大きくなる等によりルーツ式ポンプが大型化してルーツ式ポンプを設置する設置空間に対する設置自由度が大きく制限される可能性がある。   Further, when only one motor fixed to the drive shaft is used as a drive source for rotating the drive shaft and the driven shaft, the Roots pump is increased in size due to an increase in the diameter of the motor, etc. There is a possibility that the degree of freedom of installation with respect to the installation space for installing the is greatly limited.

また、燃料電池システムが、車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接またはバッテリ等の蓄電部を介して電力を供給する燃料電池車搭載用として使用される場合には、燃料電池車が氷点下等の低温環境で運転停止をした状態で長期間放置される等、燃料電池車が低温環境で使用または放置される可能性が考えられ、その場合にルーツ式ポンプの構成部品が凍結すると、燃料電池システムの運転や再起動を有効に行えなくなる可能性がある。このため、燃料電池システム用ルーツ式ポンプにおいて、低温環境で使用または放置される場合でも、構成部品を有効に凍結しにくくする手段の実現が望まれている。   Further, when the fuel cell system is mounted on a vehicle and used for mounting on a fuel cell vehicle that supplies power directly to a driving motor that is a driving source of the vehicle or via a power storage unit such as a battery, the fuel cell system There is a possibility that the fuel cell vehicle may be used or left in a low temperature environment, such as when the battery vehicle is left in a low temperature environment, such as below freezing, for a long period of time. If it freezes, there is a possibility that the fuel cell system cannot be operated or restarted effectively. For this reason, in a roots pump for a fuel cell system, it is desired to realize a means that makes it difficult to freeze components effectively even when used or left in a low temperature environment.

また、上記では、燃料ガス系ガスを加圧し吐出する加圧ポンプをルーツ式ポンプとした場合に生じる不都合を説明したが、酸化ガス供給流路の上流側に設けて、酸化ガスを加圧し吐出するエアコンプレッサ等の、他の反応ガスの加圧・吐出にルーツ式ポンプを使用する場合も同様の不都合が生じる可能性がある。また、燃料ガス系ガスを加圧し吐出する加圧ポンプ、または、酸化ガスを加圧し吐出するエアコンプレッサ等の、他の反応ガスの加圧・吐出に、ルーツ式ポンプ以外のねじ式ポンプ等の2軸回転式ポンプを使用する場合も上記と同様の不都合が生じる可能性がある。2軸回転式ポンプは、互いに平行に設けられる回転可能な2個のロータ回転軸と、2個のロータ回転軸の外径側に設けられた繭形ロータ、ねじ形状ロータ等の外周面を非円筒面とするロータとを備え、2個のロータ回転軸の互いの位相の関係を規制する必要がある。   In the above description, the inconvenience that occurs when the pressure pump that pressurizes and discharges the fuel gas is a Roots-type pump has been described. However, it is provided upstream of the oxidizing gas supply flow path to pressurize and discharge the oxidizing gas. The same inconvenience may occur when a roots type pump is used for pressurizing and discharging other reaction gases such as an air compressor. In addition, a pressure pump that pressurizes and discharges fuel gas system gas, or an air compressor that pressurizes and discharges oxidizing gas, etc. When using a biaxial rotary pump, the same inconveniences as described above may occur. The biaxial rotary pump has two rotatable rotor rotating shafts provided in parallel to each other, and the outer peripheral surfaces of a saddle-shaped rotor, a screw-shaped rotor, etc. provided on the outer diameter side of the two rotor rotating shafts are not It is necessary to provide a rotor having a cylindrical surface and regulate the phase relationship between the two rotor rotation shafts.

これに対して、特許文献1,2のいずれにもルーツ式ポンプ等の2軸回転式ポンプを燃料電池システムに使用することは、これを示唆する事項を含めて開示されていない。   On the other hand, neither of Patent Documents 1 and 2 discloses the use of a two-shaft rotary pump such as a Roots-type pump in a fuel cell system, including matters suggesting this.

本発明は、上記の課題の少なくとも1の課題を解決すべく発明したもので、本発明の目的は、燃料電池システムにおいて、反応ガスを加圧し吐出する加圧ポンプにルーツ式ポンプ等の2軸回転式ポンプを使用する場合に、燃料電池に油が流入することを有効に防止する等、油に起因する不都合を解消し、かつ、搭載性の向上を図ることである。   The present invention has been invented to solve at least one of the above-mentioned problems. An object of the present invention is to provide a fuel cell system in which a pressure pump for pressurizing and discharging a reaction gas is a biaxial shaft such as a roots pump. When using a rotary pump, it is intended to eliminate problems caused by oil, such as effectively preventing oil from flowing into the fuel cell, and to improve mountability.

本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、供給された反応ガスを加圧して吐出する加圧ポンプと、制御部と、を備える燃料電池システムであって、加圧ポンプは、ケーシング内に互いに平行に回転可能に設けられた2個のロータ回転軸と、各ロータ回転軸の外径側に設けられ、互いに対向する2個のロータと、ケーシングに設けられ、反応ガスを取り入れる吸入口と、ケーシングに設けられ、反応ガスを送り出す吐出口と、各ロータ回転軸の一部によりそれぞれのモータ駆動軸を構成する2個のモータと、を備える2軸回転式ポンプであり、制御部は、2個のモータを同期して逆方向に回転させるように各モータの回転駆動を制御することを特徴とする燃料電池システムである。   A fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system comprising a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of a reaction gas, a pressurizing pump that pressurizes and discharges the supplied reaction gas, and a control unit. The pressure pump is provided in the casing with two rotor rotation shafts provided rotatably in parallel to each other, two rotor rotation shafts provided on the outer diameter side of each rotor rotation shaft, and the casing facing each other. Two-axis rotation provided with a suction port for taking in the reaction gas, a discharge port provided in the casing and for sending out the reaction gas, and two motors constituting each motor drive shaft by a part of each rotor rotation shaft The fuel cell system is characterized by controlling the rotational drive of each motor so that the two motors are rotated in the reverse direction in synchronization.

上記の燃料電池システムによれば、2個のロータを設けた2個のロータ回転軸の一部により2個のモータのモータ駆動軸を構成するため、2個のロータ回転軸を、歯車機構を介することなく、2個のモータにより回転駆動させることができる。このため、1個のモータにより2個のロータ回転軸を回転させる場合と異なり、2個のロータ回転軸に互いに大きな力で噛み合う歯車を有する歯車機構を設ける必要がなくなる。したがって、歯車の潤滑のための油を使用する必要がなくなり、油が燃料電池に流入したり、オイルシールによる摺動抵抗が発生したり、燃料電池システムの保守・点検に要するコストが高くなる等の、油に起因する不都合を有効に防止できる。また、各モータは、2個のロータ回転軸の互いに別のロータ回転軸のみを駆動すればよいため、各モータの小型化を図れ、加圧ポンプの設置空間に対する加圧ポンプの設置自由度の向上を図れる。   According to the fuel cell system described above, since the motor drive shafts of the two motors are constituted by a part of the two rotor rotation shafts provided with the two rotors, the two rotor rotation shafts are connected to the gear mechanism. It can be rotated by two motors without intervention. Therefore, unlike the case where two rotor rotation shafts are rotated by one motor, there is no need to provide a gear mechanism having gears that mesh with the two rotor rotation shafts with a large force. Therefore, it is not necessary to use oil for gear lubrication, oil flows into the fuel cell, sliding resistance due to the oil seal occurs, and the cost required for maintenance and inspection of the fuel cell system increases. Inconvenience caused by oil can be effectively prevented. In addition, since each motor only needs to drive two rotor rotation shafts that are different from each other, each motor can be reduced in size, and the degree of freedom of installation of the pressure pump in the installation space of the pressure pump can be reduced. Improvements can be made.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、2個のロータの外周面は非円筒面であり、2個のロータ回転軸の互いの位相の関係が変化した場合に、各モータを回転させるのに必要な回転トルクが変化する。   In the fuel cell system according to the present invention, preferably, the outer peripheral surfaces of the two rotors are non-cylindrical surfaces, and each motor is rotated when the phase relationship between the two rotor rotation shafts changes. The rotational torque required to make it change.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、加圧ポンプは、各ロータ回転軸の外径側に設けられ、互いに対向する2個のロータである、2個の繭形ロータを備える、容積圧縮型のルーツ式ポンプ式である。   Moreover, in the fuel cell system according to the present invention, preferably, the pressurizing pump includes two saddle-shaped rotors that are provided on the outer diameter side of each rotor rotating shaft and are two rotors facing each other. It is a volume compression type Roots type pump type.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、2個のロータ回転軸に、互いの回転を同期させるための互いに噛み合う2個の歯車を結合していない。   In the fuel cell system according to the present invention, preferably, two gears that mesh with each other for synchronizing the rotations are not coupled to the two rotor rotation shafts.

上記の燃料電池システムによれば、歯車をなくせるか、または少なくできる。   According to the fuel cell system, gears can be eliminated or reduced.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、2個のモータは、ケーシングの両側に設けられている。   In the fuel cell system according to the present invention, preferably, the two motors are provided on both sides of the casing.

上記の燃料電池システムによれば、ケーシングの両側から2個のモータの回転に伴って発生する熱が、ケーシング内の構成部品に効率よくほぼ均一に伝達しやすくなる。このため、燃料電池システムを車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接またはバッテリ等の蓄電部を介して電力を供給する燃料電池車搭載用として使用する場合で、燃料電池車が低温環境で使用される場合でも、加圧ポンプの構成部品を有効に凍結しにくくでき、燃料電池システムの運転や再起動を有効に行いやすくなる。   According to the fuel cell system described above, the heat generated with the rotation of the two motors from both sides of the casing is easily and efficiently transmitted to the components in the casing efficiently. Therefore, when the fuel cell system is mounted on a vehicle and used for mounting on a fuel cell vehicle that supplies electric power directly to a driving motor that is a driving source of the vehicle or via a power storage unit such as a battery, the fuel cell vehicle Even when used in a low-temperature environment, the components of the pressurizing pump can be made difficult to freeze effectively, and the fuel cell system can be operated and restarted easily.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、制御部は、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出する回転制御回転トルク検出手段と、2個のモータの少なくとも1個のモータの検出された回転トルクが最小になる最適条件で、2個のモータが同期して回転するように、2個のモータの駆動を制御する最適条件モータ駆動制御手段と、を有する。   In the fuel cell system according to the present invention, preferably, the control unit rotates or stops one of the two motors at a constant speed and simultaneously accelerates or decelerates the other motor. Rotation control rotational torque detecting means for detecting rotational torque necessary to rotate at least one of the two motors when rotating the motors synchronously, and at least one of the two motors And an optimum condition motor drive control means for controlling the drive of the two motors so that the two motors rotate in synchronism under the optimum conditions that minimize the detected rotational torque.

上記の燃料電池システムによれば、2個のモータの位相差が、2個のモータを回転させるのに必要な回転トルクが最小になる適正位相差からずれた場合でも、2個のモータの位相差を適正位相差に修正することができ、モータを駆動するための消費エネルギの低減を図れる。   According to the fuel cell system described above, even when the phase difference between the two motors deviates from the appropriate phase difference that minimizes the rotational torque required to rotate the two motors, The phase difference can be corrected to an appropriate phase difference, and energy consumption for driving the motor can be reduced.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、回転制御回転トルク検出手段は、燃料電池の発電運転停止時、または燃料電池に接続された負荷に対するトルク指令が一定である場合において、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出する。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, preferably, the rotation control rotational torque detecting means includes two rotation control units when the power generation operation of the fuel cell is stopped or when the torque command for the load connected to the fuel cell is constant. At least one of the two motors in the case where one of the motors is rotated or stopped at a constant speed and at the same time the other motor is accelerated or decelerated and the two motors are rotated synchronously The rotational torque necessary to rotate the is detected.

上記の燃料電池システムによれば、燃料電池に対する要求発電量が小さく、または要求発電量の変動が生じにくい状況で、回転制御回転トルク検出手段により、少なくとも1個のモータの回転トルクを検出できる。このため、モータの回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータを駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも燃料電池システムを使用する商品の商品性の低下を抑えることができる。   According to the above fuel cell system, the rotational torque of at least one motor can be detected by the rotational control rotational torque detecting means in a situation where the required power generation amount for the fuel cell is small or the fluctuation of the required power generation amount hardly occurs. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motor can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motor can be reduced more effectively. In addition, it is possible to suppress a decrease in the merchantability of products that use the fuel cell system.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接または蓄電部を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、さらに、回転制御回転トルク検出手段は、車両側から燃料電池起動指令信号が入力された場合に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出する。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, preferably, the fuel cell system is mounted on a vehicle and used as a vehicle-mounted fuel cell system that supplies electric power directly or via a power storage unit to a traveling motor that is a driving source of the vehicle. Further, the rotation control rotational torque detecting means rotates or stops one of the two motors at a constant speed and accelerates or accelerates the other motor when a fuel cell start command signal is input from the vehicle side. After decelerating, the rotational torque required to rotate at least one of the two motors when the two motors are rotated synchronously is detected.

上記の燃料電池システムによれば、燃料電池に対する要求発電量が小さく、または0か、または要求発電量の変動が生じにくい状況で、回転制御回転トルク検出手段により、少なくとも1個のモータの回転トルクを検出できる。このため、モータの回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータを駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも燃料電池システムを使用する燃料電池搭載車両の商品性の低下を抑えることができる。   According to the fuel cell system described above, the rotational torque of at least one motor is detected by the rotational control rotational torque detecting means in a situation where the required power generation amount for the fuel cell is small, is 0, or the fluctuation of the required power generation amount hardly occurs. Can be detected. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motor can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motor can be reduced more effectively. In addition, it is possible to suppress a decrease in the merchantability of a fuel cell vehicle using the fuel cell system.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接または蓄電部を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、さらに、回転制御回転トルク検出手段は、車両側から燃料電池の起動停止指令信号が入力された場合に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出する。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, preferably, the fuel cell system is mounted on a vehicle and used as a vehicle-mounted fuel cell system that supplies electric power directly or via a power storage unit to a traveling motor that is a driving source of the vehicle. Further, the rotation control rotational torque detecting means rotates one of the two motors at a constant speed or stops at the same time when the fuel cell start / stop command signal is input from the vehicle side. After acceleration or deceleration, a rotational torque required to rotate at least one of the two motors when the two motors are rotated in synchronization is detected.

上記の燃料電池システムによれば、燃料電池に対する要求発電量が小さく、または0か、または要求発電量の変動が生じにくい状況で、回転制御回転トルク検出手段により、少なくとも1個のモータの回転トルクを検出できる。このため、モータの回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータを駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも燃料電池システムを使用する燃料電池搭載車両の商品性の低下を抑えることができる。   According to the fuel cell system described above, the rotational torque of at least one motor is detected by the rotational control rotational torque detecting means in a situation where the required power generation amount for the fuel cell is small, is 0, or the fluctuation of the required power generation amount hardly occurs. Can be detected. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motor can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motor can be reduced more effectively. In addition, it is possible to suppress a decrease in the merchantability of a fuel cell vehicle using the fuel cell system.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接または蓄電部を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、さらに、回転制御回転トルク検出手段は、車両側から、車両の走行停止時に走行用モータを定速で空回りさせ続けること、または燃料電池の負荷が変動しにくいアイドル運転状態で燃料電池に発電させること、または車両の走行時に減速しても走行用モータから回生電力を取り出さないことを指示するアイドル運転指令信号が入力された場合に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出する。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, preferably, the fuel cell system is mounted on a vehicle and used as a vehicle-mounted fuel cell system that supplies electric power directly or via a power storage unit to a traveling motor that is a driving source of the vehicle. Further, the rotation control rotational torque detection means causes the vehicle motor to continuously idle at a constant speed when the vehicle stops running, or to cause the fuel cell to generate power in an idle operation state in which the load of the fuel cell is unlikely to fluctuate. Or, when an idle operation command signal that instructs not to extract regenerative power from the traveling motor even if the vehicle is decelerated during traveling of the vehicle is input, one of the two motors is rotated or stopped at a constant speed. At the same time, after accelerating or decelerating the other motor, at least one of the two motors in the case of rotating the two motors synchronously. Detecting the rotational torque required to rotate the motor.

上記の燃料電池システムによれば、燃料電池に対する要求発電量が小さく、または0か、または要求発電量の変動が生じにくい状況で、回転制御回転トルク検出手段により、少なくとも1個のモータの回転トルクを検出できる。このため、モータの回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータを駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも燃料電池システムを使用する燃料電池搭載車両の商品性の低下を抑えることができる。   According to the fuel cell system described above, the rotational torque of at least one motor is detected by the rotational control rotational torque detecting means in a situation where the required power generation amount for the fuel cell is small, is 0, or the fluctuation of the required power generation amount hardly occurs. Can be detected. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motor can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motor can be reduced more effectively. In addition, it is possible to suppress a decrease in the merchantability of a fuel cell vehicle using the fuel cell system.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接または蓄電部を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、さらに、回転制御回転トルク検出手段は、車両側から、燃料電池に要求される要求発電量が予め設定される所定値以下の場合に燃料電池の発電運転を停止させ、再度所定値を超える場合に発電運転を再開させる間欠モードにおいて燃料電池の発電運転を停止させることを指示する間欠モード中発電停止指令信号が入力された場合に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出する。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, preferably, the fuel cell system is mounted on a vehicle and used as a vehicle-mounted fuel cell system that supplies electric power directly or via a power storage unit to a traveling motor that is a driving source of the vehicle. Further, the rotation control rotational torque detection means stops the power generation operation of the fuel cell from the vehicle side when the required power generation amount required for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value that is set in advance and exceeds the predetermined value again. When a power generation stop command signal instructed to stop the power generation operation of the fuel cell is input in the intermittent mode for restarting the power generation operation, one of the two motors is rotated or stopped at a constant speed. At the same time, after accelerating or decelerating the other motor, rotate at least one of the two motors when rotating the two motors synchronously. Detecting the rotational torque required to that.

上記の燃料電池システムによれば、燃料電池に対する要求発電量が小さく、または0か、または要求発電量の変動が生じにくい状況で、回転制御回転トルク検出手段により、少なくとも1個のモータの回転トルクを検出できる。このため、モータの回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータを駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも燃料電池システムを使用する燃料電池搭載車両の商品性の低下を抑えることができる。   According to the fuel cell system described above, the rotational torque of at least one motor is detected by the rotational control rotational torque detecting means in a situation where the required power generation amount for the fuel cell is small, is 0, or the fluctuation of the required power generation amount hardly occurs. Can be detected. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motor can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motor can be reduced more effectively. In addition, it is possible to suppress a decrease in the merchantability of a fuel cell vehicle using the fuel cell system.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、燃料電池から燃料ガス系ガスを排出するための排出流路と、燃料電池から排出された燃料ガス系ガスを燃料電池に還流させるための循環流路と、排出流路に接続された排気排水流路に設けられた排出弁と、を備え、加圧ポンプは、循環流路に設けられ、反応ガスである燃料ガス系ガスを加圧し吐出する循環ポンプであり、回転制御回転トルク検出手段は、燃料電池の発電運転停止時に排出弁を開弁させ、加圧ポンプを予め設定される所定時間駆動し続ける掃気処理時に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出する。   In the fuel cell system according to the present invention, preferably, a discharge flow path for discharging the fuel gas-based gas from the fuel cell, and a circulation for returning the fuel gas-based gas discharged from the fuel cell to the fuel cell. And a discharge valve provided in the exhaust drainage channel connected to the discharge channel, and the pressurizing pump is provided in the circulation channel and pressurizes and discharges the fuel gas system gas as the reaction gas The rotation control rotation torque detecting means opens the discharge valve when the fuel cell power generation operation is stopped, and performs a scavenging process in which the pressure pump is continuously driven for a predetermined time. When one motor is rotated or stopped at a constant speed, and at the same time the other motor is accelerated or decelerated, at least one of the two motors in the case of rotating the two motors synchronously is rotated. Detecting the rotational torque required.

上記の燃料電池システムによれば、掃気処理の面から加圧ポンプの加圧力を変動させることが要求されない状況で、回転制御回転トルク検出手段により、少なくとも1個のモータの回転トルクを検出できる。このため、モータの回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータを駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも、モータは高回転で長時間駆動させるため、加圧ポンプの構成部品の熱膨張により2個のロータ間、及びロータとケーシングとの間の隙間が小さくなりやすくなり、2個のモータの適正な位相差をより精度よく求めやすくなる。   According to the fuel cell system described above, the rotational torque of at least one motor can be detected by the rotational control rotational torque detecting means in a situation where it is not required to vary the pressure applied by the pressure pump from the aspect of the scavenging process. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motor can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motor can be reduced more effectively. Moreover, since the motor is driven at a high speed for a long time, the thermal expansion of the components of the pressure pump tends to reduce the gap between the two rotors and between the rotor and the casing, and the two motors are appropriate. It becomes easy to obtain a precise phase difference with higher accuracy.

本発明に係る燃料電池システムによれば、この結果、反応ガスを加圧し吐出する加圧ポンプにルーツ式ポンプ等の2軸回転式ポンプを使用する場合に、油に起因する不都合を解消できるとともに、搭載性の向上を図れる。   According to the fuel cell system of the present invention, as a result, when a biaxial rotary pump such as a Roots pump is used as a pressurizing pump that pressurizes and discharges the reaction gas, the inconvenience due to oil can be eliminated. , Improvement of mountability can be achieved.

以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態の1例につき詳細に説明する。図1は、本発明に係る実施の形態の燃料電池システムを搭載した燃料電池車の基本構成図である。図2は、本実施の形態の燃料電池システムの基本構成図である。図3は、図2に示す水素ポンプを示す略断面図である。図4は、図3のA−A略断面図である。図5は、本実施の形態で、モータの回転トルクが最小になる条件で2個のモータを同期して回転させる最適条件モータ駆動制御方法を示すフローチャートである。図6は、本実施の形態において、水素ポンプを構成する2個のモータの仮想位相差と、1個のモータの回転トルクの検出値との関係の1例を示す図である。図7は、従来から考えられている燃料電池システム用水素ポンプの1例の略図である。   Hereinafter, an example of an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a basic configuration diagram of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a basic configuration diagram of the fuel cell system of the present embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the hydrogen pump shown in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 5 is a flowchart illustrating an optimal condition motor drive control method in which two motors are rotated in synchronization with each other under the condition that the rotational torque of the motor is minimized in the present embodiment. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a relationship between a virtual phase difference between two motors constituting a hydrogen pump and a detected value of rotational torque of one motor in the present embodiment. FIG. 7 is a schematic diagram of an example of a conventional hydrogen pump for a fuel cell system.

図1に示すように、燃料電池搭載車両である燃料電池車10は、車両の前側に、燃料電池である燃料電池スタック(FC)12と、蓄電部であり二次電池であるバッテリ14とを搭載している。燃料電池スタック12とバッテリ14とを接続することにより、燃料電池スタック12で発電した電力をバッテリ14に供給することにより、バッテリ14を充電する。また、バッテリ14及び燃料電池スタック12と、車両の左右方向(図1の上下方向)両側に設けた車両の駆動源である、2個の走行用モータ16とを、図示しない昇圧コンバータやインバータを介して接続し、バッテリ14または燃料電池スタック12からの電力を各走行用モータ16に供給可能としている。各走行用モータ16の回転軸は、図示しないクラッチ機構を介して車輪18に結合され、各走行用モータ16の駆動により車輪18が駆動されるようにしている。なお、燃料電池スタック12と各走行用モータ16とを接続せず、燃料電池スタック12からはバッテリ14を介して各走行用モータ16に電力を供給することもできる。   As shown in FIG. 1, a fuel cell vehicle 10 that is a vehicle equipped with a fuel cell has a fuel cell stack (FC) 12 that is a fuel cell and a battery 14 that is a power storage unit and a secondary battery on the front side of the vehicle. It is installed. By connecting the fuel cell stack 12 and the battery 14, the battery 14 is charged by supplying the power generated by the fuel cell stack 12 to the battery 14. Further, a battery 14 and a fuel cell stack 12 and two traveling motors 16 that are vehicle drive sources provided on both sides of the vehicle in the left-right direction (vertical direction in FIG. 1) are connected to a boost converter and an inverter (not shown). The electric power from the battery 14 or the fuel cell stack 12 can be supplied to each traveling motor 16. The rotating shaft of each traveling motor 16 is coupled to the wheel 18 via a clutch mechanism (not shown), and the wheel 18 is driven by the driving of each traveling motor 16. It is also possible to supply power from the fuel cell stack 12 to each traveling motor 16 via the battery 14 without connecting the fuel cell stack 12 and each traveling motor 16.

なお、燃料電池車10に走行用モータ16を1個のみ設けて、走行用モータ16と2個の車輪18を駆動する図示しない車軸とを、クラッチ機構を含む動力伝達機構を介して動力の伝達可能に結合することもできる。この場合には、バッテリ14から1個の走行用モータ16に電力を供給可能とする。なお、本実施の形態では、上記のクラッチ機構を省略することもできる。なお、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池車10に搭載するものに限定するものではなく、他の用途に使用することもできる。   The fuel cell vehicle 10 is provided with only one traveling motor 16, and power is transmitted between the traveling motor 16 and an axle (not shown) that drives the two wheels 18 via a power transmission mechanism including a clutch mechanism. It can also be combined. In this case, electric power can be supplied from the battery 14 to one traveling motor 16. In the present embodiment, the above clutch mechanism can be omitted. The fuel cell system according to the present invention is not limited to the one mounted on the fuel cell vehicle 10, and can be used for other purposes.

次に、燃料電池スタック12を含む燃料電池システムについて説明する。図2に示すように、燃料電池システム20は、燃料電池スタック12と、制御部22とを備える。燃料電池スタック12は、複数の燃料電池セルを積層するとともに、燃料電池スタック12の積層方向両端部に、集電板と、エンドプレートとを設けている。そして、複数の燃料電池セルと集電板とエンドプレートとをタイロッド、ナット等で締め付けている。なお、集電板とエンドプレートとの間に絶縁板を設けることもできる。   Next, a fuel cell system including the fuel cell stack 12 will be described. As shown in FIG. 2, the fuel cell system 20 includes a fuel cell stack 12 and a control unit 22. The fuel cell stack 12 has a plurality of fuel cells stacked, and a current collector plate and an end plate are provided at both ends of the fuel cell stack 12 in the stacking direction. Then, the plurality of fuel cells, the current collector plate, and the end plate are fastened with tie rods, nuts, and the like. An insulating plate can also be provided between the current collector plate and the end plate.

各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、電解質膜をアノード電極とカソード電極とにより狭持して成る膜−アセンブリと、その両側のセパレータとを備えたものとする。また、アノード電極(以下、単に「アノード」という。)には燃料ガスであり、水素含有ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極(以下、単に「カソード」という。)には酸化ガスである空気を供給可能としている。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオン、すなわちプロトンH+を、電解質膜を介してカソードまで移動させ、カソードで酸素と電気化学反応を起こさせることにより、水を生成する。また、アノードからカソードへ外部回路を通じて電子を移動させることにより起電力を発生する。すなわち、図1に示す、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタック12は、それぞれ反応ガスである、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する。 Although a detailed view of each fuel cell is omitted, it is assumed that, for example, a membrane assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode and separators on both sides thereof are provided. Further, fuel gas is supplied to the anode electrode (hereinafter simply referred to as “anode”), and hydrogen gas that is a hydrogen-containing gas can be supplied, and oxidizing gas is supplied to the cathode side electrode (hereinafter simply referred to as “cathode”). It is possible to supply air. Then, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode, that is, proton H + are moved to the cathode through the electrolyte membrane, and water is generated by causing an electrochemical reaction with oxygen at the cathode. Also, an electromotive force is generated by moving electrons from the anode to the cathode through an external circuit. That is, the fuel cell stack 12 in which a plurality of fuel cells shown in FIG. 1 are stacked generates power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas, which are reaction gases.

燃料電池システム20は、空気を燃料電池スタック12に供給し、燃料電池スタック12から電気化学反応に供された後の空気であり、酸化ガス系ガスである空気オフガスを排出するための酸化ガス経路24と、水素ガスを燃料電池スタック12に供給し、燃料電池スタック12から電気化学反応に供された後の水素ガスであり、燃料ガス系ガスである水素オフガスを排出するための燃料ガス経路26とを備える。酸化ガス経路24は、空気を燃料電池スタック12に供給するための酸化ガス供給流路28と、燃料電池スタック12から空気オフガスを排出するための酸化ガス系排出流路30とを備える。また、酸化ガス供給流路28の上流部に、エアコンプレッサ32を設けている。そして、エアコンプレッサ32により加圧された空気が、加湿器34で加湿された後、燃料電池スタック12のカソード側の酸化ガス流路に供給されるようにしている。   The fuel cell system 20 supplies air to the fuel cell stack 12, and is an air after being subjected to an electrochemical reaction from the fuel cell stack 12, and an oxidizing gas path for discharging an air off-gas that is an oxidizing gas-based gas 24 and a fuel gas path 26 for discharging a hydrogen off-gas, which is a hydrogen gas after being supplied to the fuel cell stack 12 and subjected to an electrochemical reaction from the fuel cell stack 12 and being a fuel gas-based gas. With. The oxidizing gas path 24 includes an oxidizing gas supply flow path 28 for supplying air to the fuel cell stack 12 and an oxidizing gas system discharge flow path 30 for discharging air off-gas from the fuel cell stack 12. An air compressor 32 is provided upstream of the oxidizing gas supply channel 28. The air pressurized by the air compressor 32 is humidified by the humidifier 34 and then supplied to the oxidizing gas passage on the cathode side of the fuel cell stack 12.

燃料電池スタック12に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の空気オフガスは、燃料電池スタック12から酸化ガス系排出流路30を通じて排出された後、加湿器34を通過してから図示しない圧力制御弁を介して大気に排出される。加湿器34は、燃料電池スタック12から排出された後の空気オフガスから得た水分を、燃料電池スタック12に供給される前の空気に与えて、加湿する役目を果たす。   The air off-gas supplied to the fuel cell stack 12 and subjected to an electrochemical reaction in each fuel cell is discharged from the fuel cell stack 12 through the oxidizing gas system discharge flow path 30 and then passes through the humidifier 34. Then, it is discharged to the atmosphere via a pressure control valve (not shown). The humidifier 34 serves to humidify the moisture obtained from the air off-gas discharged from the fuel cell stack 12 to the air before being supplied to the fuel cell stack 12.

また、燃料ガス経路26は、水素ガスを燃料電池スタック12に供給するための燃料ガス供給流路38と、燃料電池スタック12から水素オフガスを排出するための燃料ガス系排出流路40と、燃料ガス系循環流路42とを備える。水素オフガスには、未反応の水素も含まれる。また、燃料ガス供給流路38の上流部に、燃料ガス供給装置である、高圧水素タンク等の図示しない水素ガス供給装置を設けている。そして、水素ガス供給装置から電磁弁である燃料ガス供給弁44を介して燃料電池スタック12に水素ガスが供給されるようにしている。   The fuel gas path 26 includes a fuel gas supply flow path 38 for supplying hydrogen gas to the fuel cell stack 12, a fuel gas system discharge flow path 40 for discharging hydrogen off-gas from the fuel cell stack 12, and a fuel. A gas circulation path 42. The hydrogen off gas includes unreacted hydrogen. A hydrogen gas supply device (not shown) such as a high-pressure hydrogen tank, which is a fuel gas supply device, is provided upstream of the fuel gas supply flow path 38. Then, hydrogen gas is supplied from the hydrogen gas supply device to the fuel cell stack 12 through a fuel gas supply valve 44 that is an electromagnetic valve.

燃料電池スタック12に設けられたアノード側の燃料ガス内部流路に供給され、電気化学反応に供された後の水素オフガスは、燃料電池スタック12から燃料ガス系排出流路40を通じて排出される。燃料ガス系循環流路42は、燃料電池スタック12から排出された、未反応の水素ガスを含む水素オフガスを、燃料ガス供給流路38に戻し、燃料電池スタック12に還流させるために設けている。   The hydrogen off-gas supplied to the anode-side fuel gas internal flow path provided in the fuel cell stack 12 and subjected to the electrochemical reaction is discharged from the fuel cell stack 12 through the fuel gas system discharge flow path 40. The fuel gas circulation path 42 is provided for returning the hydrogen off-gas containing unreacted hydrogen gas discharged from the fuel cell stack 12 to the fuel gas supply path 38 and returning it to the fuel cell stack 12. .

また、燃料ガス系循環流路42に、燃料ガス循環ポンプであり、加圧ポンプである水素ポンプ46を設けている。水素ポンプ46は、水素オフガスを、燃料ガス系循環流路42を通じて燃料ガス供給流路38に戻し、水素ガス供給装置から送られる新たな水素ガスと合流させてから、再び燃料電池スタック12に供給する。水素ポンプ46は、バッテリ14(図1)及び燃料電池スタック12に接続され、燃料電池スタック12からバッテリ14を介して、またはバッテリ14を介さずに電力を供給されて駆動する。水素ポンプ46は、回転数を調節可能としている。   The fuel gas circulation passage 42 is provided with a hydrogen pump 46 that is a fuel gas circulation pump and a pressurizing pump. The hydrogen pump 46 returns the hydrogen off gas to the fuel gas supply flow path 38 through the fuel gas system circulation flow path 42, merges with the new hydrogen gas sent from the hydrogen gas supply device, and then supplies the hydrogen off gas to the fuel cell stack 12 again. To do. The hydrogen pump 46 is connected to the battery 14 (FIG. 1) and the fuel cell stack 12, and is driven by being supplied with electric power from the fuel cell stack 12 via the battery 14 or not via the battery 14. The hydrogen pump 46 can adjust the rotation speed.

また、燃料ガス系排出流路40のガス下流端に接続した排気排水流路48に、電磁弁であり、排出弁であるパージ弁50を設けている。燃料ガス系排出流路40と排気排水流路48との接続部に設けられた図示しない気液分離器を介して、ガス下流側に送られたガスおよび水分は、酸化ガス系排出流路30を通じて送られる空気オフガスと、図示しない希釈器で合流させ、水素濃度を十分に低下させてから外部に排出させるようにしている。   A purge valve 50, which is an electromagnetic valve and is a discharge valve, is provided in the exhaust / drain passage 48 connected to the gas downstream end of the fuel gas system discharge passage 40. The gas and moisture sent to the gas downstream side through a gas-liquid separator (not shown) provided at the connection between the fuel gas system discharge flow path 40 and the exhaust drainage flow path 48 are converted into the oxidizing gas system discharge flow path 30. The air off-gas sent through the air is combined with a diluter (not shown) so that the hydrogen concentration is sufficiently lowered and then discharged to the outside.

また、エアコンプレッサ32、水素ポンプ46、燃料ガス供給弁44、パージ弁50は、それぞれ制御部22に接続している。制御部22は、ECUと呼ばれるもので、エアコンプレッサ32、水素ポンプ46に駆動を制御する制御信号を出力するとともに、燃料ガス供給弁44及びパージ弁50の開閉を制御するための制御信号を出力する。また、制御部22は、モータ駆動制御手段52と、回転制御回転トルク検出手段54と、最適条件モータ駆動制御手段56とを有する。   Further, the air compressor 32, the hydrogen pump 46, the fuel gas supply valve 44, and the purge valve 50 are each connected to the control unit 22. The control unit 22 is called an ECU, and outputs a control signal for controlling driving to the air compressor 32 and the hydrogen pump 46, and outputs a control signal for controlling the opening and closing of the fuel gas supply valve 44 and the purge valve 50. To do. The control unit 22 includes motor drive control means 52, rotation control rotation torque detection means 54, and optimum condition motor drive control means 56.

制御部22には、燃料電池システム20のイグニッションスイッチとして機能する図示しない起動スイッチが接続されており、起動スイッチからオン状態に対応する発電開始信号、すなわち燃料電池起動指令信号を受け取ることを条件に、発電開始処理が実行され、オフ状態に対応する発電停止信号を受け取ることを条件に、発電運転停止処理が実行される。   The control unit 22 is connected to a start switch (not shown) that functions as an ignition switch of the fuel cell system 20, on condition that a power generation start signal corresponding to an ON state, that is, a fuel cell start command signal is received from the start switch. The power generation operation stop process is executed on condition that the power generation start process is executed and a power generation stop signal corresponding to the off state is received.

制御部22は、発電開始処理実行時、及び、燃料電池スタック12の通常運転時に、エアコンプレッサ32を回転駆動させるとともに、燃料ガス供給弁44を開弁し、燃料電池スタック12に酸化ガス供給流路28を通じて空気を供給し、同じく燃料ガス供給流路38を通じて水素ガスを供給する。また、モータ駆動制御手段52は、通常運転時に水素ポンプ46に設けた、後述する2個のモータ58,60(図3)を駆動させる。   The controller 22 rotates the air compressor 32 and opens the fuel gas supply valve 44 when the power generation start process is executed and during normal operation of the fuel cell stack 12, and the oxidizing gas supply flow to the fuel cell stack 12. Air is supplied through the passage 28 and hydrogen gas is also supplied through the fuel gas supply passage 38. Further, the motor drive control means 52 drives two motors 58 and 60 (FIG. 3), which will be described later, provided in the hydrogen pump 46 during normal operation.

また、制御部22は、起動スイッチのオフに対応する燃料電池スタック12の発電運転停止指令、すなわち起動停止指令信号を受け取ることを条件に、エアコンプレッサ32の回転駆動を停止させて(オフさせて)、エアコンプレッサ32から燃料電池スタック12への空気の加圧供給を停止させるとともに、燃料ガス供給弁44を閉じて、水素ガス供給装置から燃料電池スタック12への水素ガスの供給を停止させる機能を有する。また、制御部22は、発電運転停止指令を受け取ることを条件に、水素ポンプ46の回転駆動を停止させて(オフさせて)、水素ポンプ46による燃料ガス系循環流路42から燃料ガス供給流路38への水素ガスの還流を停止させる機能を有する。   In addition, the control unit 22 stops (turns off) the rotational drive of the air compressor 32 on condition that a power generation operation stop command for the fuel cell stack 12 corresponding to turning off of the start switch, that is, a start stop command signal is received. ) The function of stopping the pressurized supply of air from the air compressor 32 to the fuel cell stack 12 and closing the fuel gas supply valve 44 to stop the supply of hydrogen gas from the hydrogen gas supply device to the fuel cell stack 12. Have Further, the control unit 22 stops (turns off) the rotation drive of the hydrogen pump 46 on the condition that the power generation operation stop command is received, and the fuel gas supply flow from the fuel gas system circulation passage 42 by the hydrogen pump 46. It has a function of stopping the reflux of hydrogen gas to the passage 38.

さらに、制御部22は、燃料電池スタック12の発電運転停止指令を受け取った場合に、エアコンプレッサ32の回転駆動を停止させるとともに、水素ポンプ46の回転駆動を停止させる前に、燃料電池スタック12内から残留水分を掃気する、すなわちパージする掃気処理を行うように、パージ弁50の開閉と水素ポンプ46及びエアコンプレッサ32の駆動とを制御する機能も有する。すなわち、掃気処理を行う場合には、制御部22は、燃料電池スタック12の発電運転停止時にパージ弁50を開弁させるとともに、エアコンプレッサ32と、水素ポンプ46とを、それぞれ予め設定される所定時間、定速で、すなわち一定回転速度で駆動し続けて、燃料電池スタック12のカソード側の流路及びアノード側の流路内の残留水分を掃気する、すなわち除去するように、パージ弁50の開閉とエアコンプレッサ32及び水素ポンプ46の駆動とを制御する。   Further, when receiving the power generation operation stop command for the fuel cell stack 12, the control unit 22 stops the rotation drive of the air compressor 32 and before stopping the rotation drive of the hydrogen pump 46. Further, it also has a function of controlling opening / closing of the purge valve 50 and driving of the hydrogen pump 46 and the air compressor 32 so as to perform a scavenging process for purging residual moisture from the gas. That is, when the scavenging process is performed, the control unit 22 opens the purge valve 50 when the power generation operation of the fuel cell stack 12 is stopped, and the air compressor 32 and the hydrogen pump 46 are set in advance respectively. The purge valve 50 is continuously driven at a constant speed, i.e., at a constant rotational speed, to scavenge, i.e. remove, residual moisture in the cathode-side channel and the anode-side channel of the fuel cell stack 12. The opening and closing and the driving of the air compressor 32 and the hydrogen pump 46 are controlled.

次に、図3、図4を用いて、加圧ポンプである水素ポンプ46の構成を詳しく説明する。図3、図4に示すように、水素ポンプ46は、2軸回転式ポンプである、容積圧縮型のルーツ式ポンプ式であり、吸入口62(図4)から供給された水素オフガスを加圧して吐出口64(図4)を通じて吐出する。すなわち、水素ポンプ46は、ケーシング66内に互いに平行に回転可能に設けられた、すなわち回転可能に支持された2個のロータ回転軸68,70と、それぞれ外周面が非円筒面である2個の繭形ロータ72,74と、吸入口62と、吐出口64と、2個のモータ58,60とを備える。2個の繭形ロータ72,74は、2個のロータ回転軸68,70の外径側に固定した状態で設けられ、両繭形ロータ72,74同士で互いに対向させている。   Next, the configuration of the hydrogen pump 46, which is a pressurizing pump, will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIGS. 3 and 4, the hydrogen pump 46 is a volume compression type Roots pump type that is a biaxial rotary pump, and pressurizes the hydrogen off-gas supplied from the suction port 62 (FIG. 4). Then, the ink is discharged through the discharge port 64 (FIG. 4). That is, the hydrogen pump 46 includes two rotor rotating shafts 68 and 70 that are rotatably provided in the casing 66 in parallel with each other, that is, are rotatably supported, and two that each have an outer peripheral surface that is a non-cylindrical surface. , And a suction port 62, a discharge port 64, and two motors 58 and 60. The two saddle-shaped rotors 72 and 74 are provided in a state of being fixed to the outer diameter side of the two rotor rotating shafts 68 and 70, and the two saddle-shaped rotors 72 and 74 are opposed to each other.

図4に示すように、吸入口62と吐出口64とは、それぞれケーシング66の反対側に設けている。吸入口62は、ケーシング66内に水素オフガスを取り入れ、吐出口64は、ケーシング66内から水素オフガスを送り出す。図3に戻り、2個のモータは、ケーシング66の外側に設けている。すなわち、ケーシング66に関して両側に、すなわちケーシング66を介して反対側に、2個のモータ58,60を構成するモータケース76,78を固定している。各モータ58,60は、ロータ回転軸68,70において、モータケース76,78の内側に位置する部分に設けたモータロータ80と、モータケース76,78の内側に固定され、モータロータ80と径方向に対向するモータステータ82とを備える。各モータ58,60は、例えば3相交流モータで、永久磁石型同期モータ、リラクタンスモータ、誘導モータ等である。   As shown in FIG. 4, the suction port 62 and the discharge port 64 are respectively provided on the opposite sides of the casing 66. The suction port 62 takes in hydrogen off gas into the casing 66, and the discharge port 64 sends out hydrogen off gas from inside the casing 66. Returning to FIG. 3, the two motors are provided outside the casing 66. That is, the motor cases 76 and 78 constituting the two motors 58 and 60 are fixed on both sides of the casing 66, that is, on the opposite side through the casing 66. Each of the motors 58 and 60 is fixed to a motor rotor 80 provided in a portion of the rotor rotating shafts 68 and 70 located inside the motor cases 76 and 78, and fixed inside the motor cases 76 and 78. And an opposing motor stator 82. Each of the motors 58 and 60 is, for example, a three-phase AC motor, and is a permanent magnet type synchronous motor, a reluctance motor, an induction motor, or the like.

各ロータ回転軸68,70の一部は、ケーシング66内に挿入している。図4に示すように、ケーシング66内に、断面が略楕円の柱状のロータ空間84を設けている。2個の繭形ロータ72,74は、各ロータ回転軸68,70の一部でロータ空間84内に位置する部分に固定している。すなわち、2個の繭形ロータ72,74は、各ロータ回転軸68,70の外径側に、互いの位相差が、例えば90度等の予め設定される所定角度に維持されて固定した状態で設けており、両繭形ロータ72,74を互いに対向させている。また、各ロータ回転軸68,70の一部で、図3に示す、各モータケース76,78内に位置する部分により、各モータ58,60を構成するモータ駆動軸86,88を構成している。   A part of each rotor rotating shaft 68, 70 is inserted into the casing 66. As shown in FIG. 4, a columnar rotor space 84 having a substantially elliptical cross section is provided in the casing 66. The two saddle-shaped rotors 72 and 74 are fixed to portions of the rotor rotation shafts 68 and 70 located in the rotor space 84. That is, the two saddle-shaped rotors 72 and 74 are fixed on the outer diameter side of the rotor rotation shafts 68 and 70 while maintaining a mutual phase difference at a preset predetermined angle such as 90 degrees. The both rotors 72 and 74 are opposed to each other. In addition, motor drive shafts 86 and 88 that constitute the motors 58 and 60 are configured by a part of the rotor rotation shafts 68 and 70 that are located in the motor cases 76 and 78 shown in FIG. Yes.

なお、図4に矢印α、βで示すように、2個のモータ58,60(図3)は互いに逆方向に回転する。本明細書全体で、「2個のモータ58,60の位相差」とは、図4に示すように、モータ駆動軸86,88(図3)を含むロータ回転軸68,70の軸方向に関して一方向に見た場合に、それぞれのロータ回転軸68,70を通る互いに平行な基準平面S1、S2に対してそれぞれの回転にしたがって大きくなるロータ回転軸68,70の位相θ2、θ1の間の差であり、図4では例えば(θ2−θ1)を意味する。   As shown by arrows α and β in FIG. 4, the two motors 58 and 60 (FIG. 3) rotate in opposite directions. Throughout this specification, “the phase difference between the two motors 58 and 60” refers to the axial direction of the rotor rotation shafts 68 and 70 including the motor drive shafts 86 and 88 (FIG. 3), as shown in FIG. When viewed in one direction, between the phases θ2 and θ1 of the rotor rotation shafts 68 and 70 that increase with each rotation with respect to parallel reference planes S1 and S2 passing through the rotor rotation shafts 68 and 70, respectively. FIG. 4 shows, for example, (θ2−θ1).

また、2個のロータ回転軸68,70には、互いの回転を同期させるための互いに噛み合う2個の歯車は結合していない。すなわち、本実施の形態では、2個のロータ回転軸68,70を同期回転させるためのタイミングギヤ等の歯車は存在しない。また、2個のロータ回転軸68,70の互いの位相の関係が変化した場合には、各モータ58,60を回転させるのに必要な回転トルクが変化する。また、2個のロータ回転軸68,70の互いの位相の関係である位相差が、適正位相差から過度に大きくずれた場合には、2個の繭形ロータ72,74が強く衝合して水素ポンプ46を正常に機能させることができなくなる可能性がある。このため、2個のロータ回転軸68,70は互いの位相の関係を規制する必要がある。   Further, the two rotor rotating shafts 68 and 70 are not coupled with two gears that mesh with each other to synchronize their rotations. That is, in the present embodiment, there is no gear such as a timing gear for synchronously rotating the two rotor rotating shafts 68 and 70. Further, when the phase relationship between the two rotor rotation shafts 68 and 70 changes, the rotational torque required to rotate the motors 58 and 60 changes. In addition, when the phase difference that is the phase relationship between the two rotor rotating shafts 68 and 70 deviates excessively from the appropriate phase difference, the two saddle-shaped rotors 72 and 74 collide strongly. Therefore, there is a possibility that the hydrogen pump 46 cannot function normally. For this reason, it is necessary to regulate the phase relationship between the two rotor rotating shafts 68 and 70.

図2に戻って示すように、このような水素ポンプ46の駆動は、制御部22により制御する。すなわち、制御部22が有するモータ駆動制御手段は、2個のモータ58,60(図3)を同期して逆方向に回転させるように各モータ58,60の回転駆動を制御する。   As shown in FIG. 2, the driving of the hydrogen pump 46 is controlled by the control unit 22. That is, the motor drive control means included in the control unit 22 controls the rotational drive of the motors 58 and 60 so that the two motors 58 and 60 (FIG. 3) are rotated in the reverse direction in synchronization.

また、本実施の形態では、図3に示すように、2個のモータ58,60のモータ駆動軸86,88を含むロータ回転軸68,70にタイミングギヤ等の互いに係合する歯車を結合しないのにもかかわらず、2個のモータ58,60を適切な位相差で同期して回転駆動することができるようにしている。このために、2個のモータ58,60の少なくとも一方のモータ58(または60)を回転させるのに必要な回転トルクが最小になる条件で、2個のモータ58,60を同期して逆方向に回転駆動するようにしている。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, gears that engage each other such as timing gears are not coupled to the rotor rotation shafts 68 and 70 including the motor drive shafts 86 and 88 of the two motors 58 and 60. Nevertheless, the two motors 58 and 60 can be driven to rotate synchronously with an appropriate phase difference. For this reason, the two motors 58 and 60 are synchronized in the reverse direction under the condition that the rotational torque required to rotate at least one of the two motors 58 and 60 is minimized. It is designed to be driven to rotate.

より具体的には、図2に示す、制御部22が有する回転制御回転トルク検出手段54は、図3に示す、2個のモータ58,60の一方のモータ58(または60、以下、同じ。)を定速で回転または停止させると同時に、他方のモータ60(または50、以下同じ。)を加速または減速させた後に、2個のモータ58,60を再度同期して逆方向に回転させる場合の、2個のモータ58,60の少なくとも1個のモータ58(または60)を回転させるのに必要な回転トルクを検出する。   More specifically, the rotation control rotational torque detecting means 54 of the control unit 22 shown in FIG. 2 is the same as one of the two motors 58 and 60 shown in FIG. 3 (or 60, hereinafter the same). ) Is rotated or stopped at a constant speed, and at the same time the other motor 60 (or 50, the same applies hereinafter) is accelerated or decelerated, and then the two motors 58 and 60 are rotated in the opposite direction in synchronization with each other. The rotational torque required to rotate at least one motor 58 (or 60) of the two motors 58 and 60 is detected.

また、図2に示す、最適条件モータ駆動制御手段56は、図3に示す、2個のモータ58,60の少なくとも1個のモータ58(または60)の検出された回転トルクが最小になる条件で、2個のモータ58,60が同期して回転するように、2個のモータ58,60の駆動を制御する。すなわち、2個の繭形ロータ72,74が、回転時に互いに摺れたり、熱膨張で互いに強く押し付け合ったりする等により、2個のモータ58,60を回転させるのに必要な必要回転トルクが大きくなる可能性がある。また、必要回転トルクは、2個のモータ58,60の位相差が適正位相差、例えば90度等からずれた場合にずれ量の増大にしたがって大きくなる。本実施の形態では、このような現象に着目して、必要回転トルクが最小になる条件で2個のモータ58,60が同期して回転するようにすることにより、2個のロータ回転軸68,70にタイミングギヤ等の互いに係合する歯車を結合しないのにもかかわらず、2個のモータ58,60を適切な位相差で同期して回転駆動することができるようにしている。   Further, the optimum condition motor drive control means 56 shown in FIG. 2 is such that the detected rotational torque of at least one motor 58 (or 60) of the two motors 58 and 60 shown in FIG. Thus, the drive of the two motors 58 and 60 is controlled so that the two motors 58 and 60 rotate in synchronization. That is, when the two saddle-shaped rotors 72 and 74 slide on each other at the time of rotation or are strongly pressed against each other by thermal expansion, the necessary rotational torque required to rotate the two motors 58 and 60 is obtained. It can grow. The required rotational torque increases as the amount of deviation increases when the phase difference between the two motors 58 and 60 deviates from an appropriate phase difference, for example, 90 degrees. In the present embodiment, paying attention to such a phenomenon, the two motors 58 and 60 are rotated in synchronization with each other under the condition that the required rotational torque is minimized, so that the two rotor rotating shafts 68 are rotated. , 70, the two motors 58, 60 can be driven to rotate synchronously with an appropriate phase difference, although the gears such as timing gears are not coupled to each other.

具体的には、次のようにして、モータ58,60の必要回転トルクが最小になる条件でモータ58,60を同期して回転させる最適条件モータ駆動制御方法を行う。なお、以下の説明では、図1から図4に示した要素と同一の要素には同一符号を付して説明する。図5に示すように、まず、ステップS1で、回転制御回転トルク検出手段54は、最適条件モータ駆動制御を行う前提条件が成立しているか否かを判定し、成立していると判定されたならばステップS2に移行する。前提条件は、予め設定し記憶部に記憶させている条件で、例えば、燃料電池スタック12の発電運転停止時であること、または燃料電池スタック12に接続された負荷である走行用モータ16に対するトルク指令が一定であることとする。また、前提条件は、車両側から燃料電池起動指令信号、燃料電池起動停止指令信号、車両の走行停止時に走行用モータ16を定速で、クラッチ機構の切断により空回りさせ続けること、または燃料電池スタック12の負荷が変動しにくいアイドル運転状態で燃料電池スタック12に発電させること、または車両の走行時に減速しても走行用モータ16から回生電力を取り出さないことを指示するアイドル運転指令信号、燃料電池スタック12に要求される要求発電量が予め設定される所定値以下の場合に燃料電池スタック12の発電運転を停止させ、再度要求発電量が所定値を超える場合に発電運転を再開させる間欠モードにおいて、燃料電池スタック12の発電運転を停止させることを指示する間欠モード中発電停止指令信号のいずれか1が入力されたこととすることもできる。また、前提条件は、車両側から燃料電池起動指令信号が入力された後において、アクセルペダルの踏み込みによる走行用モータ16の加速指令が入力される前とすることもできる。   Specifically, an optimum condition motor drive control method is performed in which the motors 58 and 60 are rotated in synchronization with each other under the condition that the required rotational torque of the motors 58 and 60 is minimized as follows. In the following description, the same elements as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 5, first, in step S1, the rotation control rotational torque detecting means 54 determines whether or not a precondition for performing optimal condition motor drive control is satisfied, and it is determined that it is satisfied. If so, the process proceeds to step S2. The precondition is a condition that is set in advance and stored in the storage unit, for example, when the power generation operation of the fuel cell stack 12 is stopped, or torque with respect to the traveling motor 16 that is a load connected to the fuel cell stack 12 Assume that the command is constant. Further, the precondition is that the fuel cell start command signal, the fuel cell start / stop command signal from the vehicle side, the traveling motor 16 is kept at a constant speed when the vehicle is stopped, and is kept idle by disengaging the clutch mechanism, or the fuel cell stack An idle operation command signal for instructing that the fuel cell stack 12 generate electric power in an idle operation state in which the load of 12 is less likely to fluctuate, or that no regenerative power is taken out from the traveling motor 16 even if the vehicle is decelerated during traveling. In the intermittent mode in which the power generation operation of the fuel cell stack 12 is stopped when the required power generation amount required for the stack 12 is equal to or less than a predetermined value set in advance, and the power generation operation is resumed when the required power generation amount exceeds the predetermined value again. Any one of the power generation stop command signals during the intermittent mode instructing to stop the power generation operation of the fuel cell stack 12 It is also possible to be entered. Further, the precondition may be that after the fuel cell activation command signal is input from the vehicle side, before the acceleration command of the traveling motor 16 by the depression of the accelerator pedal is input.

いずれにしても前提条件が成立すれば、ステップS2の加速検出処理に移行する。次いで、ステップS3で、回転制御回転トルク検出手段54は、予め設定された一定時間Aにおいて、2個のモータ58,60の一方のモータ58を定速回転または回転停止させた状態で、他方のモータ60を予め設定される一定の加速度で、加速させる。例えば、2個のモータ58,60を500回転/秒の回転速度で回転させている場合に、一方のモータ58の回転速度を500回転/秒としたまま、他方のモータ60をA時間501回転/秒に加速させた後に、他方のモータ60の回転速度を500回転/秒に戻す。この結果、2個のモータ58,60の位相差が初期状態からずれる。例えば、初期状態で2個のモータ58,60の位相差が90度であると仮定している場合に、他方のモータ60の加速後にθ1が大きくなることにより、仮定される仮想位相差は、θ2−θ1が小さくなり、例えば89度等にずれる。   In any case, if the precondition is satisfied, the process proceeds to the acceleration detection process in step S2. Next, in step S3, the rotation control rotational torque detecting means 54 is in a state where one motor 58 of the two motors 58, 60 is rotated at a constant speed or stopped at a predetermined time A. The motor 60 is accelerated at a preset constant acceleration. For example, when two motors 58 and 60 are rotated at a rotation speed of 500 rotations / second, the rotation speed of one motor 58 is set to 500 rotations / second, and the other motor 60 is rotated 501 hours A. After accelerating to / sec, the rotational speed of the other motor 60 is returned to 500 rpm. As a result, the phase difference between the two motors 58 and 60 deviates from the initial state. For example, when it is assumed that the phase difference between the two motors 58 and 60 is 90 degrees in the initial state, θ1 increases after acceleration of the other motor 60, so that the assumed virtual phase difference is θ2−θ1 becomes small, for example, shifts to 89 degrees or the like.

次いで、図5のステップS4で回転制御回転トルク検出手段54は、1個のモータ58(または60、以下同じ。)を回転させるのに必要な回転トルクを検出し、検出値を、現在の仮定される仮想位相差に関連付けて、制御部22が有する記憶部に記憶させる。例えば、一方のモータ58を所定の回転速度、例えば500回転/秒で回転させ続けるのに必要な一方のモータ58の回転トルクを検出し、検出された回転トルクの検出値を記憶部に、現在の仮定される仮想位相差と関連付けて記憶させる。   Next, in step S4 of FIG. 5, the rotation control rotational torque detecting means 54 detects the rotational torque necessary to rotate one motor 58 (or 60, the same applies hereinafter), and the detected value is assumed to be the current assumption. The information is stored in the storage unit included in the control unit 22 in association with the virtual phase difference. For example, the rotational torque of one motor 58 necessary to keep one motor 58 rotating at a predetermined rotational speed, for example, 500 revolutions / second is detected, and the detected value of the detected rotational torque is stored in the storage unit. Are stored in association with the assumed virtual phase difference.

次いで、図5のステップS5で、S2からS4までの加速検出処理を予め定められた所定回数N回繰り返したか否かを判定し、この判定結果が否定である場合にはステップS5で判定結果が肯定となるまで、ステップS2からS5の工程を繰り返す。また、各加速検出処理で他方のモータ60を加速させるので、加速検出処理の回数に応じて2個のモータ58,60の仮想位相差が小さくなる。   Next, in step S5 of FIG. 5, it is determined whether or not the acceleration detection process from S2 to S4 has been repeated N times a predetermined number of times. If this determination result is negative, the determination result is determined in step S5. Steps S2 to S5 are repeated until affirmative. Further, since the other motor 60 is accelerated in each acceleration detection process, the virtual phase difference between the two motors 58 and 60 is reduced according to the number of acceleration detection processes.

図5のステップS5で加速検出処理がN回繰り返されたと判定された場合には、ステップS6で、回転制御回転トルク検出手段54は、2個のモータ58,60の位相差を初期、すなわち初回の加速検出処理を行う前の仮想位相差、例えば90度に戻すように、2個のモータ58,60のいずれかを加速または減速させるように両モータ58,60の駆動を制御する。   If it is determined in step S5 in FIG. 5 that the acceleration detection process has been repeated N times, in step S6, the rotation control rotational torque detecting means 54 sets the phase difference between the two motors 58 and 60 to the initial value, that is, the first time. The driving of the two motors 58 and 60 is controlled so as to accelerate or decelerate one of the two motors 58 and 60 so that the virtual phase difference before the acceleration detection process is performed, for example, 90 degrees.

次いで、ステップS7の減速検出処理に移行し、ステップS8で、回転制御回転トルク検出手段54は、予め設定された一定時間Aにおいて、2個のモータ58,60の一方のモータ58を定速回転または回転停止させた状態で、他方のモータ60を予め設定される一定の加速度で、減速させる。例えば、2個のモータ58,60を500回転/秒の回転速度で回転させている場合に、一方のモータ58の回転速度を500回転/秒としたまま、他方のモータ60をA時間499回転/秒に減速させた後に、他方のモータ60の回転速度を500回転/秒に戻す。この結果、2個のモータ58,60の仮想位相差が初期状態からずれる。例えば、初期状態で2個のモータ58,60の仮想位相差が90度であると仮定している場合に、他方のモータ60の減速後にθ1が小さくなることにより、仮定される仮想位相差は、θ2−θ1が大きくなり、例えば91度等にずれる。   Next, the process proceeds to a deceleration detection process in step S7, and in step S8, the rotation control rotation torque detection means 54 rotates one of the two motors 58, 60 at a constant speed for a predetermined time A. Alternatively, with the rotation stopped, the other motor 60 is decelerated at a preset constant acceleration. For example, when two motors 58 and 60 are rotated at a rotation speed of 500 rotations / second, the rotation speed of one motor 58 is kept at 500 rotations / second, and the other motor 60 is rotated for 499 rotations per hour. After decelerating to / sec, the rotational speed of the other motor 60 is returned to 500 rpm. As a result, the virtual phase difference between the two motors 58 and 60 deviates from the initial state. For example, when it is assumed that the virtual phase difference between the two motors 58 and 60 is 90 degrees in the initial state, θ1 becomes smaller after the deceleration of the other motor 60, so that the assumed virtual phase difference is , Θ2−θ1 increases, and shifts to 91 degrees, for example.

次いで、図5のステップS9で回転制御回転トルク検出手段54は、1個のモータ58を回転させるのに必要な回転トルクを検出し、検出値を、現在の仮定される仮想位相差に関連付けて、制御部22が有する記憶部に記憶させる。例えば、一方のモータ58を所定の回転速度、例えば500回転/秒で回転させ続けるのに必要な一方のモータ58の回転トルクを検出し、検出された回転トルクの検出値を記憶部に、現在の仮定される仮想位相差と関連付けて記憶させる。   Next, in step S9 of FIG. 5, the rotation control rotational torque detecting means 54 detects the rotational torque necessary to rotate one motor 58, and associates the detected value with the currently assumed virtual phase difference. And stored in a storage unit included in the control unit 22. For example, the rotational torque of one motor 58 necessary to keep one motor 58 rotating at a predetermined rotational speed, for example, 500 revolutions / second is detected, and the detected value of the detected rotational torque is stored in the storage unit. Are stored in association with the assumed virtual phase difference.

次いで、図5のステップS10で、S7からS9までの減速検出処理を予め定められた所定回数N回繰り返したか否かを判定し、この判定結果が否定である場合にはステップS10で判定結果が肯定となるまで、ステップS7からS10の工程を繰り返す。また、各減速検出処理で他方のモータ60を減速させるので、減速検出処理の回数に応じて2個のモータ58,60の仮想位相差が大きくなる。   Next, in step S10 in FIG. 5, it is determined whether or not the deceleration detection process from S7 to S9 has been repeated a predetermined number of times N times. If the determination result is negative, the determination result is in step S10. Steps S7 to S10 are repeated until affirmative. In addition, since the other motor 60 is decelerated in each deceleration detection process, the virtual phase difference between the two motors 58 and 60 increases according to the number of deceleration detection processes.

図5のステップS10で減速検出処理がN回繰り返されたと判定された場合には、ステップS11で、最適条件モータ駆動制御手段56は、複数の検出された回転トルクの検出値が最小となる場合の仮想位相差を算出する。例えば、図6では、検出した1個のモータ58の回転トルクと仮想位相差との関係の1例を表しており、仮想位相差γで1個のモータ58の回転トルクが最小になっている。この場合には、最適条件モータ駆動制御手段56は、最小トルク検出の仮想位相差としてγを算出する。なお、仮想位相差γでの最小となるモータ58の回転トルクは、2個の繭形ロータ72,74間の隙間の発生による不感域に対応する。   If it is determined in step S10 in FIG. 5 that the deceleration detection process has been repeated N times, in step S11, the optimum condition motor drive control unit 56 determines that the detected values of the plurality of detected rotational torques are minimum. Is calculated. For example, FIG. 6 shows an example of the relationship between the detected rotational torque of one motor 58 and the virtual phase difference, and the rotational torque of one motor 58 is minimized by the virtual phase difference γ. . In this case, the optimum condition motor drive control means 56 calculates γ as a virtual phase difference for detecting the minimum torque. Note that the rotation torque of the motor 58 that is the smallest in the virtual phase difference γ corresponds to a dead zone due to the generation of a gap between the two saddle-shaped rotors 72 and 74.

次いで、図5のステップS12で、最適条件モータ駆動制御手段56は、最小回転トルクが検出されたのと同じ条件に設定した状態で、2個のモータ58,60を同期して逆方向に回転駆動するように、両モータ58,60の駆動を制御する。具体的には、仮想位相差γの条件に合わせるように、予め設定された一定時間Aにおいて、2個のモータ58,60の他方のモータ60を定速で回転または停止させると同時に、一方のモータ58を予め設定される一定の減速度で減速させ、この工程を2個のモータの仮想位相差がγになるまで繰り返す。これにより、2個のモータ58,60の位相差条件が最小回転トルク検出の条件に設定される。このため、例えば、2個のモータ58,60の仮想位相差が90度でモータ58,60の回転抵抗が最小になるとした場合に、仮想位相差が90度からずれている場合でも、回転制御回転トルク検出手段54と、最適条件モータ駆動制御手段56とにより、2個のモータ58,60の仮想位相差を適正位相差である、90度に自動修正できる。なお、仮想位相差が実際の位相差と一致するか否かは、初期状態の仮想位相差が初期状態の実際の位相差と一致しているか否かによるが、本実施の形態によれば、実際の正確な位相差を検出することなく、回転トルクが最小になるように2個のモータ58,60の位相差を自動修正した状態で、2個のモータ58,60を同期して駆動できる。   Next, in step S12 of FIG. 5, the optimum condition motor drive control means 56 rotates the two motors 58 and 60 in the reverse direction in a state set to the same condition as that at which the minimum rotational torque is detected. The drive of both motors 58 and 60 is controlled so as to drive. Specifically, in order to match the condition of the virtual phase difference γ, the other motor 60 of the two motors 58 and 60 is rotated or stopped at a constant speed for a predetermined time A, and at the same time, The motor 58 is decelerated at a predetermined constant deceleration, and this process is repeated until the virtual phase difference between the two motors becomes γ. As a result, the phase difference condition between the two motors 58 and 60 is set as the minimum rotational torque detection condition. Therefore, for example, when the virtual phase difference between the two motors 58 and 60 is 90 degrees and the rotational resistance of the motors 58 and 60 is minimized, the rotation control is performed even when the virtual phase difference is deviated from 90 degrees. The rotational phase detector 54 and the optimum condition motor drive controller 56 can automatically correct the virtual phase difference between the two motors 58 and 60 to 90 degrees, which is an appropriate phase difference. Note that whether or not the virtual phase difference matches the actual phase difference depends on whether or not the virtual phase difference in the initial state matches the actual phase difference in the initial state, but according to the present embodiment, The two motors 58 and 60 can be driven synchronously with the phase difference between the two motors 58 and 60 automatically corrected so as to minimize the rotational torque without detecting the actual accurate phase difference. .

また、繭形ロータ72,74の形状等に応じて2個のモータ58,60の位相差が90度以外、例えば87度等で回転トルクが最小になることも考えられるが、最適条件モータ駆動制御手段56により、2個のモータ58,60の位相差を、回転トルクが最小になる例えば87度等の位相差に修正することができる。また、2個のモータ58,60の位相差は、例えば0.1度等、予め設定される所定の角度分ずつずらせて、ずらせた位相差に対応する回転トルクの検出値を求めることもできる。   Further, depending on the shape of the saddle-shaped rotors 72 and 74, the rotational torque may be minimized when the phase difference between the two motors 58 and 60 is other than 90 degrees, for example, 87 degrees. The control means 56 can correct the phase difference between the two motors 58 and 60 to a phase difference of, for example, 87 degrees that minimizes the rotational torque. In addition, the phase difference between the two motors 58 and 60 can be shifted by a predetermined angle such as 0.1 degrees, for example, and a detection value of rotational torque corresponding to the shifted phase difference can be obtained. .

また、回転制御回転トルク検出手段54により、2個のモータ58,60の一方のモータ58を停止させると同時に、他方のモータ60を加速させることにより、仮想位相差をずらせた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出するようにすることもできる。また、図5に示した最適条件モータ駆動制御方法において、加速検出処理の後に減速検出処理を行うのではなく、減速検出処理の後に加速検出処理を行うようにすることもできる。また、図5に示した最適条件モータ駆動制御方法において、回転制御回転トルク検出手段54により複数回の加速検出処理または減速検出処理を行う場合に、最適条件モータ駆動制御手段56は、前回の加速検出処理または減速検出処理で記憶した検出回転トルクに対して、現在の加速検出処理または減速検出処理で記憶した検出回転トルクが大きくなる場合に、2個のモータ58,60の位相差を前回の仮想位相差に修正するように、2個のモータ58,60の駆動をフィードバック制御することもできる。この場合には、回転制御回転トルク検出手段54は、前回の仮想位相差に修正された後、前回と異なる複数回の減速検出処理または加速検出処理を行い、最適条件モータ駆動制御手段56は、その検出処理中の前回の減速検出処理または加速検出処理で記憶した検出回転トルクに対して、現在の減速検出処理または加速検出処理で記憶した検出回転トルクが大きくなる場合に、2個のモータ58,60の位相差を前回の仮想位相差に修正することで、1個のモータ58(または60)の検出された回転トルクが最小になる最適条件で、2個のモータ58,60が同期して回転するように、2個のモータ58,60の駆動を制御する。   Further, the rotation control rotational torque detecting means 54 stops one motor 58 of the two motors 58, 60 and simultaneously accelerates the other motor 60, thereby shifting the virtual phase difference and It is also possible to detect a rotational torque necessary to rotate at least one of the two motors when the motors are rotated synchronously. Further, in the optimum condition motor drive control method shown in FIG. 5, the acceleration detection process may be performed after the deceleration detection process instead of performing the deceleration detection process after the acceleration detection process. In the optimum condition motor drive control method shown in FIG. 5, when the rotation control rotation torque detection means 54 performs the acceleration detection process or the deceleration detection process a plurality of times, the optimum condition motor drive control means 56 When the detected rotational torque stored in the current acceleration detection process or the deceleration detection process is larger than the detected rotational torque stored in the detection process or the deceleration detection process, the phase difference between the two motors 58 and 60 is set to the previous value. The drive of the two motors 58 and 60 can be feedback controlled so as to correct the virtual phase difference. In this case, the rotation control rotation torque detection means 54 performs a plurality of times of deceleration detection processing or acceleration detection processing different from the previous time after being corrected to the previous virtual phase difference, and the optimum condition motor drive control means 56 When the detected rotational torque stored in the current deceleration detection process or acceleration detection process becomes larger than the detected rotational torque stored in the previous deceleration detection process or acceleration detection process during the detection process, the two motors 58 , 60 is corrected to the previous virtual phase difference, so that the two motors 58, 60 are synchronized under the optimum condition in which the detected rotational torque of one motor 58 (or 60) is minimized. The drive of the two motors 58 and 60 is controlled so as to rotate.

なお、上記の図5のステップS1における前提条件は、燃料電池スタック12の発電運転停止時にパージ弁50を開弁させ、水素ポンプ46を予め設定される所定時間駆動し続ける掃気処理時とすることもできる。すなわち、回転制御回転トルク検出手段54は、掃気処理時に、2個のモータ58,60の一方のモータ58(または他方のモータ60)を定速で回転または停止させると同時に、他方のモータ60(または一方のモータ58)を加速または減速させた後に、2個のモータ58,60を同期して回転させる場合の2個のモータ58,60の少なくとも1個のモータ58(または60)の回転抵抗または回転トルクを検出するようにすることもできる。   Note that the precondition in step S1 of FIG. 5 is that the purge valve 50 is opened when the power generation operation of the fuel cell stack 12 is stopped, and the scavenging process continues to drive the hydrogen pump 46 for a predetermined time. You can also. That is, the rotation control rotation torque detecting means 54 rotates or stops one motor 58 (or the other motor 60) of the two motors 58, 60 at a constant speed at the same time as the other motor 60 ( Alternatively, the rotational resistance of at least one motor 58 (or 60) of the two motors 58 and 60 when the two motors 58 and 60 are rotated synchronously after the one motor 58) is accelerated or decelerated. Alternatively, the rotational torque can be detected.

このような本実施の形態の燃料電池システムによれば、2個の繭形ロータ72,74を設けた2個のロータ回転軸68,70の一部により2個のモータ58,60のモータ駆動軸86,88を構成するため、2個のロータ回転軸68,70を、歯車機構を介することなく、2個のモータ58,60により回転駆動させることができる。このため、1個のモータ58,60により2個のロータ回転軸68,70を回転させる場合と異なり、2個のロータ回転軸68,70に互いに大きな力で噛み合うタイミングギヤ等の歯車を有する歯車機構を設ける必要がなくなる。したがって、歯車の潤滑のための油を使用する必要がなくなり、油が燃料電池に流入したり、オイルシールによる摺動抵抗が発生したり、燃料電池システム20の保守・点検に要するコストが高くなる等の、油に起因する不都合を有効に防止できる。   According to such a fuel cell system of the present embodiment, the motors of the two motors 58 and 60 are driven by a part of the two rotor rotating shafts 68 and 70 provided with the two saddle-shaped rotors 72 and 74. Since the shafts 86 and 88 are configured, the two rotor rotating shafts 68 and 70 can be rotationally driven by the two motors 58 and 60 without using a gear mechanism. Therefore, unlike the case where the two rotor rotating shafts 68 and 70 are rotated by one motor 58 and 60, a gear having a gear such as a timing gear that meshes with the two rotor rotating shafts 68 and 70 with a large force. There is no need to provide a mechanism. Therefore, it is not necessary to use oil for lubricating the gear, oil flows into the fuel cell, sliding resistance is generated by the oil seal, and the cost required for maintenance and inspection of the fuel cell system 20 increases. It is possible to effectively prevent inconvenience caused by oil.

また、各モータ58,60は、2個のロータ回転軸68,70の互いに別のロータ回転軸68(または70)のみを駆動すればよいため、各モータ58,60の小型化を図れ、ルーツ式ポンプである水素ポンプ46の設置空間に対する水素ポンプ46の設置自由度の向上を図れる。この結果、水素オフガスを加圧し吐出する水素ポンプ46にルーツ式ポンプを使用する場合に、油に起因する不都合を解消できるとともに、搭載性の向上を図れる。   Further, since each motor 58, 60 only needs to drive two rotor rotation shafts 68, 70 that are different from each other, each motor 58, 60 can be reduced in size, and the roots can be reduced. It is possible to improve the degree of freedom in installing the hydrogen pump 46 with respect to the installation space of the hydrogen pump 46 that is a type pump. As a result, when a roots type pump is used for the hydrogen pump 46 that pressurizes and discharges the hydrogen off-gas, inconveniences caused by oil can be eliminated, and mountability can be improved.

これに対して、図7は、本発明から外れる構成による不都合を説明するための、従来から考えられている燃料電池システム用水素ポンプの1例の略図を示している。図7に示す従来例の水素ポンプ46aは、ルーツ式ポンプであり、図示しないケーシング内に2個の繭形ロータ72,74を回転可能に配置するとともに、1個のモータ92を構成するモータ駆動軸94のケーシング内に突出した部分に、1個の繭形ロータ72,74を固定し、モータ駆動軸94を2個の軸受96により、ケーシング、またはモータ92を構成する図示しないモータケース内に回転可能に支持している。また、ケーシング内に従動軸98を、軸受96により回転可能に支持している。従動軸98とモータ駆動軸94とにタイミングギヤである2個の歯車100,102を固定するとともに、2個の歯車100,102同士を噛合させている。   On the other hand, FIG. 7 shows a schematic diagram of an example of a hydrogen pump for a fuel cell system, which has been conventionally considered, for explaining inconvenience due to a configuration deviating from the present invention. A conventional hydrogen pump 46a shown in FIG. 7 is a Roots-type pump, and two motors 72 and 74 are rotatably arranged in a casing (not shown), and a motor drive that constitutes one motor 92 is provided. One saddle-shaped rotor 72, 74 is fixed to a portion of the shaft 94 protruding into the casing, and the motor drive shaft 94 is placed in a casing or a motor case (not shown) constituting the motor 92 by two bearings 96. It is rotatably supported. Further, the driven shaft 98 is rotatably supported by the bearing 96 in the casing. The two gears 100 and 102 which are timing gears are fixed to the driven shaft 98 and the motor drive shaft 94, and the two gears 100 and 102 are engaged with each other.

モータ駆動軸94とモータケースまたはケーシングとの間、及び、従動軸98とケーシングとの間にそれぞれシール部材104を設けて、歯車100,102部分に潤滑のために封入する油が繭形ロータ72,74設置部分や、外部に漏れ出ることを防止している。このような従来例の水素ポンプ46aの場合には、例えば、1個のモータ92から2個の繭形ロータ72,74に50%ずつのトルクが伝達される。このような従来例の水素ポンプ46aの場合には、油が必要になるので、シール部材104が必要になり、シール部材104の摺動抵抗によりモータ92の回転抵抗が大きくなる可能性がある等、油に起因する不都合が生じる可能性がある。これに対して、本実施の形態によれば、図3、図4に示したように、水素ポンプ46に油を使用せずに済むため、各モータ58,60の回転抵抗を小さくできる等、油に起因する不都合を解消できる。   Seal members 104 are provided between the motor drive shaft 94 and the motor case or casing, and between the driven shaft 98 and the casing, respectively, and the oil sealed in the gears 100 and 102 for lubrication is a saddle-shaped rotor 72. 74, and prevents leakage to the outside. In the case of such a conventional hydrogen pump 46a, for example, a torque of 50% is transmitted from one motor 92 to the two saddle rotors 72 and 74. In the case of such a conventional hydrogen pump 46a, oil is required, so the seal member 104 is necessary, and the rotational resistance of the motor 92 may increase due to the sliding resistance of the seal member 104. Inconvenience due to oil may occur. On the other hand, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, since it is not necessary to use oil for the hydrogen pump 46, the rotational resistance of the motors 58 and 60 can be reduced. Inconvenience caused by oil can be eliminated.

また、本実施の形態では、2個のロータ回転軸68,70に、互いの回転を同期させるための互いに噛み合う2個の歯車を結合していないので、燃料電池システム20において、歯車をなくせるか、または少なくできる。   Further, in the present embodiment, the two rotor rotating shafts 68 and 70 are not coupled with two gears that mesh with each other to synchronize their rotations, so the gears can be eliminated in the fuel cell system 20. Can or less.

また、2個のモータ58,60は、ケーシング66の両側に設けているので、ケーシング66の両側から2個のモータ58,60の回転に伴って発生する熱が、ケーシング66内の構成部品に効率よくほぼ均一に伝達しやすくなる。このため、本実施の形態のように、燃料電池システム20を車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータ16に直接またはバッテリ14を介して電力を供給する燃料電池車10搭載用として使用する場合で、燃料電池車10が氷点下等の低温環境で使用される場合でも、ルーツ式ポンプである水素ポンプ46の構成部品を有効に凍結しにくくでき、燃料電池システム20の運転や再起動を有効に行いやすくなる。   In addition, since the two motors 58 and 60 are provided on both sides of the casing 66, heat generated by the rotation of the two motors 58 and 60 from both sides of the casing 66 is generated in the components in the casing 66. It becomes easy to transmit efficiently and almost uniformly. For this reason, as in the present embodiment, the fuel cell system 20 is mounted on a vehicle, and is used for mounting the fuel cell vehicle 10 that supplies electric power directly or via the battery 14 to the traveling motor 16 that is a driving source of the vehicle. Even when the fuel cell vehicle 10 is used in a low temperature environment such as below freezing, the components of the hydrogen pump 46, which is a roots type pump, can be effectively prevented from freezing, and the fuel cell system 20 can be operated or restarted. It becomes easy to perform effectively.

また、モータ58,60で発生した熱は、モータ駆動軸86,88を含むロータ回転軸68,70を通じてケーシング66内の構成部品等、他の部品に伝達、すなわち放熱される。これに対して、本実施の形態のように、水素ポンプ46に用いるモータ58,60を2個とすることにより、モータ58,60から有効な熱伝達を行える熱伝達部分の面積を大きくして、モータ58,60の出力向上を有効に行いやすくできる。   Further, the heat generated by the motors 58 and 60 is transmitted, that is, dissipated, to other components such as components in the casing 66 through the rotor rotation shafts 68 and 70 including the motor drive shafts 86 and 88. On the other hand, by using two motors 58 and 60 for the hydrogen pump 46 as in the present embodiment, the area of the heat transfer portion that can effectively transfer heat from the motors 58 and 60 is increased. The output of the motors 58 and 60 can be easily improved effectively.

また、制御部22は、2個のモータ58,60の一方のモータ58(または60)を定速で回転または停止させると同時に、他方のモータ60(または58)を加速または減速させた後に、2個のモータ58,60を同期して回転させる場合の2個のモータ58,60の少なくとも1個のモータ58(または60)を回転させるのに必要な回転トルクを検出する回転制御回転トルク検出手段54と、2個のモータ58,60の少なくとも1個のモータ58(または60)の検出された回転トルクが最小になる最適条件で、2個のモータ58,60が同期して回転するように、2個のモータ58,60の駆動を制御する最適条件モータ駆動制御手段56と、を有する。このため、2個のモータ58,60の位相差が、2個のモータ58,60の回転トルクが最小になる適正位相差からずれた場合でも、2個のモータ58,60の位相差を適正位相差に修正することができ、モータ58,60を駆動するための消費エネルギの低減を図れる。また、この場合には、水素ポンプ46の組立時に、2個のモータ58,60の位相差を高精度に設定した状態で組み立てるという工程を行う必要がなくなる。すなわち、組立時には2個のモータ58,60の位相差を高精度に設定する必要がなく、組立後、使用開始時に適正位相差に修正すればよい。   Further, the control unit 22 rotates or stops one motor 58 (or 60) of the two motors 58 and 60 at a constant speed and simultaneously accelerates or decelerates the other motor 60 (or 58). Rotation control rotational torque detection for detecting rotational torque required to rotate at least one motor 58 (or 60) of the two motors 58, 60 when the two motors 58, 60 are rotated synchronously The two motors 58 and 60 are rotated in synchronism with each other under the optimum condition that the detected rotational torque of the means 54 and at least one motor 58 (or 60) of the two motors 58 and 60 is minimized. And optimal condition motor drive control means 56 for controlling the drive of the two motors 58 and 60. Therefore, even when the phase difference between the two motors 58 and 60 deviates from the appropriate phase difference at which the rotational torque of the two motors 58 and 60 is minimized, the phase difference between the two motors 58 and 60 is set appropriately. The phase difference can be corrected, and energy consumption for driving the motors 58 and 60 can be reduced. In this case, when the hydrogen pump 46 is assembled, there is no need to perform a process of assembling the two motors 58 and 60 with the phase difference set with high accuracy. That is, it is not necessary to set the phase difference between the two motors 58 and 60 with high accuracy at the time of assembly, and the phase difference may be corrected to an appropriate phase difference at the start of use after assembly.

また、回転制御回転トルク検出手段54は、燃料電池スタック12の発電運転停止時、または燃料電池スタック12に接続された負荷である走行用モータ16に対するトルク指令が一定である場合において、2個のモータ58,60の一方のモータ58(または60)を定速で回転または停止させると同時に、他方のモータ58(または60)を加速または減速させた後に、2個のモータ58,60を同期して回転させる場合の2個のモータ58,60の少なくとも1個のモータ58(または60)を回転させるのに必要な回転トルクを検出する。このため、燃料電池スタック12に対する要求発電量が小さく、または要求発電量の変動が生じにくい状況で、回転制御回転トルク検出手段54により、少なくとも1個のモータ58(または60)の回転トルクを検出できる。このため、モータ58,60の回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータ58,60を駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも燃料電池システム20を使用する商品である燃料電池車10の商品性の低下を抑えることができる。   Further, the rotation control rotational torque detecting means 54 has two pieces of torque command when the fuel cell stack 12 stops the power generation operation or when the torque command to the traveling motor 16 that is a load connected to the fuel cell stack 12 is constant. One motor 58 (or 60) of the motors 58 and 60 is rotated or stopped at a constant speed, and at the same time, the other motor 58 (or 60) is accelerated or decelerated, and then the two motors 58 and 60 are synchronized. Rotational torque required to rotate at least one motor 58 (or 60) of the two motors 58 and 60 when rotating the motor is detected. Therefore, the rotational torque of at least one motor 58 (or 60) is detected by the rotational control rotational torque detecting means 54 in a situation where the required power generation amount for the fuel cell stack 12 is small or the fluctuation of the required power generation amount hardly occurs. it can. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motors 58 and 60 can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motors 58 and 60 can be reduced more effectively. In addition, it is possible to suppress a decrease in the merchantability of the fuel cell vehicle 10 that is a product that uses the fuel cell system 20.

また、燃料電池システム20は、車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータ16に直接またはバッテリ14を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、さらに、回転制御回転トルク検出手段54は、車両側から燃料電池起動指令信号、燃料電池起動停止指令信号、車両の走行停止時に走行用モータ16を定速で空回りさせ続けること、または燃料電池スタック12の負荷が変動しにくいアイドル運転状態で燃料電池スタック12に発電させること、または車両の走行時に減速しても走行用モータ16から回生電力を取り出さない、すなわち走行用モータ16により発電させず、走行用モータ16を単に回転させることを指示するアイドル運転指令信号、燃料電池スタック12に要求される要求発電量が予め設定される所定値以下の場合に燃料電池スタック12の発電運転を停止させ、再度所定値を超える場合に発電運転を再開させる間欠モードにおいて燃料電池スタック12の発電運転を停止させることを指示する間欠モード中発電停止指令信号のいずれか1が入力された場合に、2個のモータ58,60の一方のモータ58(または60)を定速で回転または停止させると同時に、他方のモータ60(または58)を加速または減速させた後に、2個のモータ58,60を同期して回転させる場合の2個のモータ58,60の少なくとも1個のモータ58(または60)を回転させるのに必要な回転トルクを検出する構成とすることもできる。この構成とした場合には、燃料電池スタック12に対する要求発電量が小さく、または0か、または要求発電量の変動が生じにくい状況で、回転制御回転トルク検出手段54により、少なくとも1個のモータ58(または60)の回転トルクを検出できる。このため、モータ58,60の回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータ58,60を駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも燃料電池システム20を使用する燃料電池車10の商品性の低下を抑えることができる。なお、燃料電池スタック12の負荷が変動しにくいアイドル運転状態で燃料電池スタック12に発電させる場合とは、例えば、「最低発電量」である、不安定で走行用の機器の電力としては使用できないが、発電か非発電かの判定には使用できる程度の発電量で発電させる場合や、燃料電池スタック12により走行用としての電力を供給しない場合で、例えば、単に車両停止時に車載TV等のアクセサリの電源分の電力だけを発電する場合等を含む。   The fuel cell system 20 is mounted on a vehicle and used as a vehicle-mounted fuel cell system that supplies electric power directly or via a battery 14 to a travel motor 16 that is a vehicle drive source. The torque detection means 54 keeps the fuel cell start command signal, the fuel cell start / stop command signal from the vehicle side, keeps the traveling motor 16 idling at a constant speed when the vehicle stops traveling, or the load of the fuel cell stack 12 fluctuates. Even when the fuel cell stack 12 is caused to generate power in a difficult idle operation state, or even when the vehicle is decelerated, the regenerative electric power is not taken out from the travel motor 16, that is, the travel motor 16 does not generate power, and the travel motor 16 is simply The idle operation command signal for instructing the rotation and the required power generation amount required for the fuel cell stack 12 are set in advance. The intermittent mode instructing to stop the power generation operation of the fuel cell stack 12 in the intermittent mode in which the power generation operation of the fuel cell stack 12 is stopped when the predetermined value or less is exceeded and the power generation operation is resumed when the predetermined value is exceeded again. When any one of the intermediate power generation stop command signals is input, one motor 58 (or 60) of the two motors 58 and 60 is rotated or stopped at a constant speed, and at the same time, the other motor 60 (or 58). ) Is required to rotate at least one motor 58 (or 60) of the two motors 58 and 60 when the two motors 58 and 60 are rotated synchronously after acceleration or deceleration. It can also be configured to detect torque. In the case of this configuration, at least one motor 58 is detected by the rotation control rotation torque detecting means 54 in a situation where the required power generation amount for the fuel cell stack 12 is small, zero, or fluctuation of the required power generation amount hardly occurs. (Or 60) rotational torque can be detected. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motors 58 and 60 can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motors 58 and 60 can be reduced more effectively. In addition, it is possible to suppress a decrease in the merchantability of the fuel cell vehicle 10 that uses the fuel cell system 20. The case where the fuel cell stack 12 generates power in an idle operation state in which the load of the fuel cell stack 12 is unlikely to fluctuate is, for example, the “minimum power generation amount” that cannot be used as power for unstable and traveling equipment. However, in the case of generating power with a power generation amount that can be used for the determination of power generation or non-power generation, or when power for traveling is not supplied by the fuel cell stack 12, for example, an accessory such as an in-vehicle TV when the vehicle is stopped This includes the case where only the power for the power source is generated.

また、燃料電池スタック12から水素オフガスを排出するための燃料ガス系排出流路40と、燃料電池スタック12から排出された水素オフガスを燃料電池スタック12に還流させるための燃料ガス系循環流路42と、燃料ガス系排出流路40に接続された排気排水流路48に設けられたパージ弁50と、を備え、水素ポンプ46は、燃料ガス系循環流路42に設けられ、水素オフガスを加圧し吐出する循環ポンプであり、回転制御回転トルク検出手段54は、燃料電池スタック12の発電運転停止時にパージ弁50を開弁させ、水素ポンプ46を予め設定される所定時間駆動し続ける掃気処理時に、2個のモータ58,60の一方のモータ58(または60)を定速で回転または停止させると同時に、他方のモータ60(または58)を加速または減速させた後に、2個のモータ58,60を同期して回転させる場合の2個のモータ58,60の少なくとも1個のモータ58(または60)を回転させるのに必要な回転トルクを検出する構成とすることもできる。この構成とした場合には、掃気処理の面から水素ポンプ46の加圧力を変動させることが要求されない状況で、回転制御回転トルク検出手段54により、少なくとも1個のモータ58(または60)の回転トルクを検出できる。このため、モータ58,60の回転トルクの検出精度を有効に高くでき、モータ58,60を駆動するための消費エネルギの低減をより有効に図れる。しかも、モータ58,60は高回転で長時間駆動させるため、水素ポンプ46の構成部品の熱膨張により2個の繭形ロータ72,74間、及び繭形ロータ72,74とケーシング66との間の隙間が小さくなりやすくなり、2個のモータ58,60の適正な位相差をより精度よく求めやすくなる。   Further, a fuel gas system discharge flow path 40 for discharging hydrogen off gas from the fuel cell stack 12 and a fuel gas system circulation flow path 42 for returning the hydrogen off gas discharged from the fuel cell stack 12 to the fuel cell stack 12. And a purge valve 50 provided in the exhaust drainage flow path 48 connected to the fuel gas system discharge flow path 40, and a hydrogen pump 46 is provided in the fuel gas system circulation flow path 42 to add hydrogen off-gas. The rotation control rotational torque detecting means 54 is a circulating pump that pressurizes and discharges. The purge valve 50 is opened when the power generation operation of the fuel cell stack 12 is stopped, and the hydrogen pump 46 is continuously driven for a predetermined time during a scavenging process. One motor 58 (or 60) of the two motors 58, 60 is rotated or stopped at a constant speed, and at the same time, the other motor 60 (or 58) is added. Or, after decelerating, the rotational torque required to rotate at least one motor 58 (or 60) of the two motors 58, 60 when the two motors 58, 60 are rotated synchronously is detected. It can also be set as the structure to do. In this configuration, the rotation control rotational torque detecting means 54 rotates at least one motor 58 (or 60) in a situation where it is not required to change the pressure of the hydrogen pump 46 from the aspect of the scavenging process. Torque can be detected. For this reason, the detection accuracy of the rotational torque of the motors 58 and 60 can be effectively increased, and the energy consumption for driving the motors 58 and 60 can be reduced more effectively. Moreover, since the motors 58 and 60 are driven at a high rotation for a long time, the thermal expansion of the components of the hydrogen pump 46 causes the two saddle-shaped rotors 72 and 74 and between the saddle-shaped rotors 72 and 74 and the casing 66. The gap between the two motors 58 and 60 is likely to be reduced, and an appropriate phase difference between the two motors 58 and 60 can be obtained more accurately.

なお、本実施の形態では、モータ58,60の回転速度を検出する等の目的のために、それぞれのモータ58,60に回転角センサを設けることもできる。また、回転角センサを設ける場合よりもコストの低減を図る等を目的として、従来からDCブラスレスモータ等のセンサレス形で使用することが考えられているような、検出電流波形からそれぞれのモータ58,60の位置や、複数の位置と対応する時間とから、時間微分したモータ58,60の回転速度を検出する方法を用いて、モータ58,60の回転速度等を求めることもできる。   In the present embodiment, a rotation angle sensor can be provided in each of the motors 58 and 60 for the purpose of detecting the rotational speed of the motors 58 and 60, for example. Further, for the purpose of reducing the cost compared to the case where a rotation angle sensor is provided, each motor 58 is detected from the detected current waveform, which has been conventionally considered to be used in a sensorless form such as a DC brassless motor. , 60, and the time corresponding to the plurality of positions, the rotational speed of the motors 58, 60, etc. can be obtained using a method of detecting the rotational speed of the motors 58, 60 differentiated over time.

また、本実施の形態では、水素オフガスを加圧し吐出する水素ポンプ46が、ルーツ式ポンプ式である加圧ポンプである場合を説明したが、本発明は、このような構成に限定するものではなく、空気を加圧し吐出するエアコンプレッサ32を、ルーツ式ポンプ式である加圧ポンプとする場合に本発明を適用することもできる。   Further, in the present embodiment, the case where the hydrogen pump 46 that pressurizes and discharges the hydrogen off-gas is a pressure pump that is a Roots pump type, but the present invention is not limited to such a configuration. However, the present invention can also be applied to the case where the air compressor 32 that pressurizes and discharges air is a root pump pump.

また、本実施の形態では、水素ポンプ46を構成するケーシング66の両側に2個のモータ58,60を設けた場合を説明したが、本発明は、このような構成に限定するものではなく、水素ポンプ46を構成するケーシング66の片側のみに2個のモータ58,60を設け、2個の繭形ロータ72,74を固定したロータ回転軸68,70の一部により、2個のモータ58,60のモータ駆動軸86,88を構成するようにすることもできる。この場合には、ケーシング66の両側から2個のモータ58,60の回転に伴って発生する熱が、ケーシング66内の構成部品に効率よくほぼ均一に伝達しやすくなるという効果は、本実施の形態に比べて劣る。ただし、この構成の場合でも、2個の繭形ロータ72,74を設けた2個のロータ回転軸68,70の一部により2個のモータ58,60のモータ駆動軸を構成するため、2個のロータ回転軸68,70を、歯車機構を介することなく、2個のモータ58,60により回転駆動させることができ、油に起因する不都合を有効に防止でき、搭載性の向上を図れるという効果が本実施の形態と同様に得られる。   In the present embodiment, the case where the two motors 58 and 60 are provided on both sides of the casing 66 constituting the hydrogen pump 46 has been described, but the present invention is not limited to such a configuration. The two motors 58 and 60 are provided only on one side of the casing 66 constituting the hydrogen pump 46, and the two motors 58 are provided by a part of the rotor rotating shafts 68 and 70 to which the two saddle-shaped rotors 72 and 74 are fixed. , 60 motor drive shafts 86 and 88 can be configured. In this case, the effect that the heat generated by the rotation of the two motors 58 and 60 from both sides of the casing 66 is easily and efficiently transmitted to the components in the casing 66 efficiently is substantially the same as that of the present embodiment. Inferior to form. However, even in this configuration, the motor drive shafts of the two motors 58 and 60 are constituted by a part of the two rotor rotation shafts 68 and 70 provided with the two saddle-shaped rotors 72 and 74. The rotor rotating shafts 68 and 70 can be rotationally driven by the two motors 58 and 60 without using a gear mechanism, effectively preventing inconvenience caused by oil and improving the mountability. The effect is obtained in the same manner as in the present embodiment.

また、上記では、水素ポンプ46、またはエアコンプレッサ32が、ルーツ式ポンプ式である加圧ポンプである場合を説明したが、本発明は、このような構成に限定するものではなく、2個のロータ回転軸の外径側に、繭形ロータ以外のロータ、例えば外周面が非円筒面であるねじ形状のロータを設ける2軸回転式ポンプである加圧ポンプである場合でも、本発明を実施できる。   In the above description, the hydrogen pump 46 or the air compressor 32 is a pressure pump that is a Roots pump type. However, the present invention is not limited to such a configuration. The present invention is implemented even in the case of a pressurizing pump that is a biaxial rotary pump in which a rotor other than a saddle-shaped rotor, for example, a screw-shaped rotor whose outer peripheral surface is a non-cylindrical surface is provided on the outer diameter side of the rotor rotation shaft it can.

本発明に係る実施の形態の燃料電池システムを搭載した燃料電池車の基本構成図である。1 is a basic configuration diagram of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る実施の形態の燃料電池システムの基本構成図である。1 is a basic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図2に示す水素ポンプを示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the hydrogen pump shown in FIG. 図3のA−A略断面図である。It is AA schematic sectional drawing of FIG. 本発明に係る実施の形態で、モータの回転トルクが最小になる条件で2個のモータを同期して回転させる最適条件モータ駆動制御方法を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an optimal condition motor drive control method for rotating two motors in synchronization with each other under the condition that the rotational torque of the motor is minimized in the embodiment according to the present invention. 本発明に係る実施の形態において、水素ポンプを構成する2個のモータの仮想位相差と、1個のモータの回転トルクの検出値との関係の1例を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an example of the relationship between the virtual phase difference of the two motors which comprise a hydrogen pump, and the detected value of the rotational torque of one motor. 従来から考えられている燃料電池システム用水素ポンプの1例の略図である。1 is a schematic diagram of an example of a conventional hydrogen pump for a fuel cell system.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池車、12 燃料電池スタック(FC)、14 バッテリ、16 走行用モータ、18 車輪、20 燃料電池システム、22 制御部、24 酸化ガス経路、26 燃料ガス経路、28 酸化ガス供給流路、30 酸化ガス系排出流路、32 エアコンプレッサ、34 加湿器、38 燃料ガス供給流路、40 燃料ガス系排出流路、42 燃料ガス系循環流路、44 燃料ガス供給流路、46,46a 水素ポンプ、48 排気排水流路、50 パージ弁、52 モータ駆動制御手段、54 回転制御回転トルク検出手段、56 最適条件モータ駆動制御手段、58,60 モータ、62 吸入口、64 吐出口、66 ケーシング、68,70 ロータ回転軸、72,74 繭形ロータ、76,78 モータケース、80 モータロータ、82 モータステータ、84 ロータ空間、86,88 モータ駆動軸、92 モータ、94 モータ駆動軸、96 軸受、98 従動軸、100,102 歯車、104 シール部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell vehicle, 12 Fuel cell stack (FC), 14 Battery, 16 Driving motor, 18 Wheel, 20 Fuel cell system, 22 Control part, 24 Oxidation gas path, 26 Fuel gas path, 28 Oxidation gas supply flow path, 30 Oxidation gas system discharge flow path, 32 Air compressor, 34 Humidifier, 38 Fuel gas supply flow path, 40 Fuel gas system discharge flow path, 42 Fuel gas system circulation flow path, 44 Fuel gas supply flow path, 46, 46a Hydrogen Pump, 48 Exhaust drain passage, 50 Purge valve, 52 Motor drive control means, 54 Rotation control rotational torque detection means, 56 Optimal condition motor drive control means, 58, 60 Motor, 62 Suction port, 64 Discharge port, 66 Casing, 68, 70 Rotor rotation shaft, 72, 74 Spider rotor, 76, 78 Motor case, 80 Motor rotor, 82 Motor stator, 84 rotor space, 86, 88 motor drive shaft, 92 motor, 94 motor drive shaft, 96 bearing, 98 driven shaft, 100, 102 gear, 104 seal member.

Claims (11)

反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
供給された反応ガスを加圧して吐出する加圧ポンプと、
制御部と、を備える燃料電池システムであって、
加圧ポンプは、
ケーシング内に互いに平行に回転可能に設けられた2個のロータ回転軸と、
各ロータ回転軸の外径側に設けられ、互いに対向する2個のロータと、
ケーシングに設けられ、反応ガスを取り入れる吸入口と、
ケーシングに設けられ、反応ガスを送り出す吐出口と、
各ロータ回転軸の一部によりそれぞれのモータ駆動軸を構成する2個のモータと、を備える2軸回転式ポンプであり、
制御部は、2個のモータを同期して逆方向に回転させるように各モータの回転駆動を制御することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of the reaction gas; and
A pressurizing pump for pressurizing and discharging the supplied reaction gas;
A fuel cell system comprising a control unit,
The pressure pump is
Two rotor rotation shafts provided in the casing so as to be rotatable in parallel with each other;
Two rotors provided on the outer diameter side of each rotor rotation shaft and facing each other;
An inlet provided in the casing for receiving the reaction gas;
A discharge port provided in the casing for sending out the reaction gas;
A two-shaft rotary pump comprising two motors constituting each motor drive shaft by a part of each rotor rotary shaft,
The control unit controls the rotational drive of each motor so as to rotate the two motors in the reverse direction in synchronization with each other.
加圧ポンプは、各ロータ回転軸の外径側に設けられ、互いに対向する2個のロータである、2個の繭形ロータを備える、容積圧縮型のルーツ式ポンプ式であることを特徴とする燃料電池システム。   The pressurizing pump is a volume compression type roots type pump type provided with two saddle-shaped rotors which are provided on the outer diameter side of each rotor rotating shaft and are opposed to each other. Fuel cell system. 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
2個のロータ回転軸に、互いの回転を同期させるための互いに噛み合う2個の歯車を結合していないことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2,
2. A fuel cell system characterized in that two gears meshing with each other for synchronizing the rotation of the two rotor rotating shafts are not coupled.
請求項1から請求項3のいずれか1に記載の燃料電池システムにおいて、
2個のモータは、ケーシングの両側に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
In the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The two motors are provided on both sides of the casing.
請求項1から請求項4のいずれか1に記載の燃料電池システムにおいて、
制御部は、
2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出する回転制御回転トルク検出手段と、
2個のモータの少なくとも1個のモータの検出された回転トルクが最小になる最適条件で、2個のモータが同期して回転するように、2個のモータの駆動を制御する最適条件モータ駆動制御手段と、を有することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein
The control unit
At least one of the two motors when rotating one motor of the two motors at a constant speed and simultaneously rotating the two motors after accelerating or decelerating the other motor A rotational control rotational torque detecting means for detecting rotational torque necessary to rotate the motor of the motor;
Optimal condition motor drive that controls the drive of the two motors so that the two motors rotate in synchronism with the optimum condition in which the detected rotational torque of at least one of the two motors is minimized. And a fuel cell system.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
回転制御回転トルク検出手段は、燃料電池の発電運転停止時、または燃料電池に接続された負荷に対するトルク指令が一定である場合において、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
The rotation control rotational torque detection means rotates or stops one of the two motors at a constant speed when the fuel cell power generation operation is stopped or when a torque command for a load connected to the fuel cell is constant. At the same time, after accelerating or decelerating the other motor, detecting the rotational torque required to rotate at least one of the two motors when rotating the two motors synchronously A fuel cell system.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接または蓄電部を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、
さらに、回転制御回転トルク検出手段は、車両側から燃料電池起動指令信号が入力された場合に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
Used as a vehicle-mounted fuel cell system that is mounted on a vehicle and supplies power directly or via a power storage unit to a driving motor that is a driving source of the vehicle,
Further, the rotation control rotational torque detecting means rotates or stops one of the two motors at a constant speed and accelerates or accelerates the other motor when a fuel cell start command signal is input from the vehicle side. A fuel cell system for detecting a rotational torque required to rotate at least one of two motors when the two motors are rotated synchronously after being decelerated.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接または蓄電部を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、
さらに、回転制御回転トルク検出手段は、車両側から燃料電池の起動停止指令信号が入力された場合に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
Used as a vehicle-mounted fuel cell system that is mounted on a vehicle and supplies power directly or via a power storage unit to a driving motor that is a driving source of the vehicle,
Further, the rotation control rotational torque detecting means rotates one of the two motors at a constant speed or stops at the same time when the fuel cell start / stop command signal is input from the vehicle side. A fuel cell system for detecting a rotational torque required to rotate at least one of two motors when the two motors are rotated synchronously after being accelerated or decelerated.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接または蓄電部を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、
さらに、回転制御回転トルク検出手段は、車両側から、車両の走行停止時に走行用モータを定速で空回りさせ続けること、または燃料電池の負荷が変動しにくいアイドル運転状態で燃料電池に発電させること、または車両の走行時に減速しても走行用モータから回生電力を取り出さないことを指示するアイドル運転指令信号が入力された場合に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
Used as a vehicle-mounted fuel cell system that is mounted on a vehicle and supplies power directly or via a power storage unit to a driving motor that is a driving source of the vehicle,
Further, the rotation control rotational torque detection means causes the vehicle motor to continuously idle at a constant speed when the vehicle stops running, or to cause the fuel cell to generate power in an idle operation state in which the load of the fuel cell is unlikely to fluctuate. Or, when an idle operation command signal that instructs not to extract regenerative power from the traveling motor even if the vehicle is decelerated during traveling of the vehicle is input, one of the two motors is rotated or stopped at a constant speed. At the same time, after accelerating or decelerating the other motor, detecting the rotational torque required to rotate at least one of the two motors when rotating the two motors synchronously A fuel cell system.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
車両に搭載され、車両の駆動源である走行用モータに直接または蓄電部を介して電力を供給する車両搭載用燃料電池システムとして使用し、
さらに、回転制御回転トルク検出手段は、車両側から、燃料電池に要求される要求発電量が予め設定される所定値以下の場合に燃料電池の発電運転を停止させ、再度所定値を超える場合に発電運転を再開させる間欠モードにおいて燃料電池の発電運転を停止させることを指示する間欠モード中発電停止指令信号が入力された場合に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
Used as a vehicle-mounted fuel cell system that is mounted on a vehicle and supplies power directly or via a power storage unit to a driving motor that is a driving source of the vehicle,
Further, the rotation control rotational torque detection means stops the power generation operation of the fuel cell from the vehicle side when the required power generation amount required for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value that is set in advance and exceeds the predetermined value again. When a power generation stop command signal instructed to stop the power generation operation of the fuel cell is input in the intermittent mode for restarting the power generation operation, one of the two motors is rotated or stopped at a constant speed. At the same time, after accelerating or decelerating the other motor, detecting the rotational torque required to rotate at least one of the two motors when rotating the two motors synchronously A fuel cell system.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池から燃料ガス系ガスを排出するための排出流路と、
燃料電池から排出された燃料ガス系ガスを燃料電池に還流させるための循環流路と、
排出流路に接続された排気排水流路に設けられた排出弁と、を備え、
加圧ポンプは、循環流路に設けられ、反応ガスである燃料ガス系ガスを加圧し吐出する循環ポンプであり、
回転制御回転トルク検出手段は、燃料電池の発電運転停止時に排出弁を開弁させ、加圧ポンプを予め設定される所定時間駆動し続ける掃気処理時に、2個のモータの一方のモータを定速で回転または停止させると同時に、他方のモータを加速または減速させた後に、2個のモータを同期して回転させる場合の2個のモータの少なくとも1個のモータを回転させるのに必要な回転トルクを検出することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
A discharge passage for discharging the fuel gas-based gas from the fuel cell;
A circulation channel for recirculating the fuel gas-based gas discharged from the fuel cell to the fuel cell;
A discharge valve provided in the exhaust drainage channel connected to the discharge channel,
The pressurizing pump is a circulating pump that is provided in the circulation channel and pressurizes and discharges the fuel gas system gas that is a reaction gas,
The rotational control rotational torque detecting means opens the discharge valve when the fuel cell power generation operation is stopped, and drives one of the two motors at a constant speed during a scavenging process in which the pressure pump is continuously driven for a predetermined time. Rotation torque required to rotate at least one of the two motors when rotating or stopping at the same time and simultaneously accelerating or decelerating the other motor and then rotating the two motors synchronously A fuel cell system characterized by
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017184594A (en) * 2016-03-28 2017-10-05 株式会社豊田自動織機 Inverter controller and on-vehicle fluid machinery

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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