JP2010118252A - Control method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池車などに搭載される燃料電池の制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling a fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or the like.
近年、反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)の電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とする燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、燃料電池のアノードに燃料タンクから高圧の燃料ガスを供給するとともに、カソードに酸化ガスとしての空気を供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させ、起電力を発生させるものである。
このような燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力性能が低下したときに、燃料電池の触媒の活性化処理を行うものや、燃料電池の電圧に基づいて触媒を回復させるリフレッシュを行うか否かを判断するものが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
In such a fuel cell system, when the output performance of the fuel cell deteriorates, whether to perform the activation process of the catalyst of the fuel cell or whether to perform the refresh to recover the catalyst based on the voltage of the fuel cell. What is determined is known (see, for example,
ところで、燃料電池システムを搭載した車両などでは、高電圧にて長時間使用されると燃料電池の触媒活性が低下して最大出力が低下し、車両のトラクションモータへ供給可能な電力も低下する。このような状況では、アクセル開度に対応したドライバーが意図した加速性能が得られにくかった。 By the way, in a vehicle or the like equipped with a fuel cell system, when used at a high voltage for a long time, the catalytic activity of the fuel cell decreases, the maximum output decreases, and the power that can be supplied to the traction motor of the vehicle also decreases. In such a situation, it was difficult to obtain the acceleration performance intended by the driver corresponding to the accelerator opening.
そこで、本発明は、負荷の要求に応じた出力を円滑に引き出すことが可能な燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell control method capable of smoothly extracting an output according to a load request.
本発明の燃料電池の制御方法は、反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池の制御方法であって、燃料電池の出力状況を監視し、燃料電池の出力が低出力であるか否かを判定する燃料電池低出力判定ステップと、燃料電池の出力が低出力である場合に、燃料電池に対する運転要求が高負荷要求であるか否かを判定する燃料電池高負荷要求判定ステップと、燃料電池に対する運転要求が高負荷要求である場合に、燃料電池の触媒の活性を回復させる触媒リフレッシュ処理ステップと、を含む。 The fuel cell control method of the present invention is a control method of a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of a reaction gas, and monitors the output status of the fuel cell to determine whether the output of the fuel cell is low or not. A fuel cell low output determination step for determining, a fuel cell high load request determination step for determining whether or not an operation request for the fuel cell is a high load request when the output of the fuel cell is a low output, and a fuel cell A catalyst refresh processing step of recovering the activity of the catalyst of the fuel cell when the operation request for is a high load request.
かかる制御方法によれば、燃料電池の出力が低く、かつ燃料電池に対する運転要求が高負荷である場合に、触媒の活性を回復させるので、運転要求に応じた高出力を得ることができる。 According to such a control method, when the output of the fuel cell is low and the operation request for the fuel cell is a high load, the activity of the catalyst is recovered, so that a high output corresponding to the operation request can be obtained.
本発明の燃料電池の制御方法によれば、負荷の要求に応じた出力を円滑に引き出すことが可能となる。 According to the control method of the fuel cell of the present invention, it is possible to smoothly draw out the output corresponding to the load demand.
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態では、燃料電池自動車(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される燃料電池システムを想定するが、車両のみならず各種移動体(例えば、二輪車や船舶、飛行機、ロボットなど)にも適用可能である。さらに、移動体に搭載された燃料電池システムに限らず、定置型の燃料電池システムや携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。 In the present embodiment, a fuel cell system mounted on a vehicle such as a fuel cell vehicle (FCHV), an electric vehicle, or a hybrid vehicle is assumed. However, not only the vehicle but also various moving bodies (for example, motorcycles and ships) , Airplanes, robots, etc.). Furthermore, the present invention is not limited to a fuel cell system mounted on a moving body, but can be applied to a stationary fuel cell system and a portable fuel cell system.
図1は本実施形態に係る燃料電池システム1の概略構成を示す図である。
この車両は、減速ギア12を介して車輪13に連結されたトラクションモータ14を駆動力源として走行する。トラクションモータ14の電源は、電源システム21であり、電源システム21は、燃料電池23、DC/DCコンバータ24、制御装置25などから構成される。電源システム21から出力される直流は、インバータ22で三相交流に変換され、トラクションモータ14に供給される。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
This vehicle travels using a
燃料電池23は、供給される反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、溶融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池23は、フッ素系樹脂などで形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜を備え、高分子電解質膜の表面にはPt触媒(電極触媒)が塗布されている。なお、高分子電解質膜に塗布する触媒は白金触媒に限らず、白金コバルト触媒(以下、単に触媒という)などにも適用可能である。
The
燃料電池23の燃料極(アノード)には、燃料ガス供給源から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極(カソード)には、酸化ガス供給源から空気などの酸化ガスが供給される。
The fuel electrode (anode) of the
インバータ22は、例えば複数のスイッチング素子によって構成されたパルス幅変調方式のPWMインバータであり、制御装置25から与えられる制御指令に応じて燃料電池23から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、トラクションモータ14へ供給する。トラクションモータ14は、車輪13を駆動するためのモータであり、かかるモータの回転数はインバータ22によって制御される。
The
DC/DCコンバータ24は、例えば4つのパワー・トランジスタ(スイッチング素子)と専用のドライブ回路(いずれも図示略)によって構成されたフルブリッジ・コンバータである。
The DC /
上述した各要素の運転は制御装置25によって制御される。制御装置25は、内部にCPU、ROM、RAMを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。
The operation of each element described above is controlled by the
制御装置25には、ペダル型のアクセルセンサ31及びブレーキセンサ32が接続されている。そして、この制御装置25は、アクセルセンサ31及びブレーキセンサ32の踏み込み量に応じて変動するセンサ信号に基づいて燃料ガス及び酸化ガスの供給量を調整するとともに、DC/DCコンバータ24、インバータ22などのシステム各部を制御する。
A pedal-
次に、制御装置25による燃料電池23の制御について説明する。
図2は制御装置25による燃料電池の制御を示すフローチャートである。
制御装置25は、燃料電池23の出力状況を監視し、燃料電池23の出力が低出力であるか否かの燃料電池低出力判定を行う(ステップS01:燃料電池低出力判定ステップ)。
Next, control of the
FIG. 2 is a flowchart showing control of the fuel cell by the
The
具体的には、燃料電池23の下限電圧時FC電流値が予め設定された第1の閾値より小さいか否かで判定する。
Specifically, determination is made based on whether or not the FC current value at the lower limit voltage of the
ここで、下限電圧時FC電流値は、図3に示すように、燃料電池の電圧値が下限電圧(図3中A参照)であるときの最大の電流値(図3中B参照)である。 Here, the FC current value at the lower limit voltage is the maximum current value (see B in FIG. 3) when the fuel cell voltage value is the lower limit voltage (see A in FIG. 3), as shown in FIG. .
上記の判定の結果、燃料電池23の出力が低出力であると判定されると、燃料電池23に対する運転要求が高負荷要求であるか否かの燃料電池高負荷要求判定を行う(ステップS02:FC高負荷要求判定ステップ)。
If it is determined as a result of the above determination that the output of the
具体的には、ブレーキセンサ32のペダルの踏力が予め設定された第2の閾値より小さく、かつアクセルセンサ31のペダルの踏み込みによるアクセル開度が予め設定された第3の閾値より大きいときに運転要求が高負荷要求であると判定する。
Specifically, the operation is performed when the pedal force of the
上記の判定の結果、燃料電池23に対する運転要求が高負荷要求であると判定されると、燃料電池23に対して触媒リフレッシュ処理を行う(ステップS03:触媒リフレッシュ処理ステップ)。
As a result of the above determination, if it is determined that the operation request for the
具体的には、図4に示すように、DC/DCコンバータ24によってFCセル電圧を、回復目標電圧として予め設定された第4の閾値まで下げる(図4中C参照)。その後、コンバータ指令電圧を第4の閾値に維持して酸化ガスをブローして酸素利用率を100%以上とし(図4中D参照)、コンバータ24による電圧降下を解除する。このようにすると、FCセル電圧が還元領域まで下げられ、Pt触媒の表面の酸化皮膜が還元されて取り除かれ、触媒の回復が図れる。
Specifically, as shown in FIG. 4, the DC /
これにより、燃料電池23は、触媒リフレッシュ処理により、出力の向上が図られ、高負荷要求の運転要求に対応して出力することができる。
Thereby, the
以上、説明したように、上記実施形態にかかる燃料電池システムによれば、燃料電池23の出力が低く、かつ燃料電池23に対する運転要求が高負荷である場合に、触媒の活性を回復させるので、運転要求に応じた高出力を得ることができる。
As described above, according to the fuel cell system according to the above embodiment, when the output of the
これにより、上記燃料電池システム1を搭載した車両にて、発進時や本線への合流時などの加速が要求される状況においても、アクセル開度に対応したドライバーが意図した円滑な加速性能を得ることができる。
As a result, in a vehicle equipped with the
1…燃料電池システム、23…燃料電池、25…制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
燃料電池の出力状況を監視し、燃料電池の出力が低出力であるか否かを判定する燃料電池低出力判定ステップと、
燃料電池の出力が低出力である場合に、燃料電池に対する運転要求が高負荷要求であるか否かを判定する燃料電池高負荷要求判定ステップと、
燃料電池に対する運転要求が高負荷要求である場合に、燃料電池の触媒の活性を回復させる触媒リフレッシュ処理ステップと、
を含む燃料電池の制御方法。 A method for controlling a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of a reaction gas,
A fuel cell low output determination step of monitoring the output status of the fuel cell and determining whether the output of the fuel cell is low;
A fuel cell high load request determination step for determining whether or not the operation request for the fuel cell is a high load request when the output of the fuel cell is a low output;
A catalyst refresh processing step for recovering the activity of the fuel cell catalyst when the operation request for the fuel cell is a high load request; and
A method for controlling a fuel cell comprising:
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