JP2013062097A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which, while preventing the degradation of a fuel cell, can control the output of the fuel cell flexibly.SOLUTION: Power generation control means 24 of an FC vehicle 10 executes both modes of control: power generation amount increase control in which, when the requested power of a load 14 rises, the supply amount of at least one of oxygen and hydrogen to an FC unit 18 is increased while an FC current remains fixed, to raise an FC voltage out of an oxidoreduction progress voltage range, whereby the power generation amount of the FC unit 18 is increased; and power generation amount reduction control in which, when the requested power of the load 14 drops, the supply amount of at least one of oxygen and hydrogen to the FC unit 18 is reduced while the FC current remains fixed, to lower the FC voltage out of the oxidoreduction progress voltage range, whereby the power generation amount of the FC unit 18 is reduced.

Description

この発明は、燃料電池から負荷に対して電力供給を行う燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that supplies power from a fuel cell to a load.

従来、燃料電池車両等に利用される燃料電池の劣化を抑制するために、特定の電圧領域を回避して燃料電池を発電する燃料電池システムが提案されている(特許文献1)。   Conventionally, in order to suppress deterioration of a fuel cell used in a fuel cell vehicle or the like, a fuel cell system that generates power by avoiding a specific voltage region has been proposed (Patent Document 1).

特許文献1は、燃料電池の出力制限要求がある燃料電池システムにおいて、燃料電池の劣化抑制と、システム効率の維持とを実現させることを課題とする(要約、[0006])。当該課題を解決するため、特許文献1の燃料電池システム1は、反応ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池2と、燃料電池2への反応ガスの供給流量を制御する流量制御手段6とを備え、第1の運転モードと、この第1の運転モードよりも低効率の第2の運転モードとの間で運転切替えを行う。また、流量制御手段6は、出力制限要求がない場合に、第1の運転モードにおいて燃料電池2の出力電圧を高電位回避電圧以下に抑制するように反応ガスの供給流量を制御する一方、出力制限要求がある場合にのみ、燃料電池2の出力電圧を高電位回避電圧以下に維持しながら第1の運転モードから第2の運転モードへの運転切替を行うように反応ガスの供給流量を制御する(要約)。   Patent document 1 makes it a subject to implement | achieve deterioration suppression of a fuel cell, and maintenance of system efficiency in a fuel cell system with the output restriction request | requirement of a fuel cell (summary, [0006]). In order to solve the problem, the fuel cell system 1 of Patent Document 1 includes a fuel cell 2 that generates power upon receiving supply of a reaction gas, and a flow rate control unit 6 that controls a supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell 2. The operation is switched between the first operation mode and the second operation mode having a lower efficiency than the first operation mode. The flow rate control means 6 controls the supply flow rate of the reaction gas so as to suppress the output voltage of the fuel cell 2 below the high potential avoidance voltage in the first operation mode when there is no output restriction request. Only when there is a restriction request, the supply flow rate of the reaction gas is controlled so as to switch the operation from the first operation mode to the second operation mode while maintaining the output voltage of the fuel cell 2 below the high potential avoidance voltage. (Summary)

特開2010−157426号公報JP 2010-157426 A

上記のように、特許文献1の第1の運転モードでは、燃料電池2の出力電圧を高電位回避電圧以下に抑制するように反応ガスの供給流量を制御する。当該制御では、燃料電池2の低出力状態が続く場合、燃料電池2の出力電圧を高電位回避電圧で維持することが必要となる(図2及び図3参照)。出力電圧が高電位回避電圧である状態が維持される場合、高電位回避電圧の設定によっては、燃料電池2の劣化が比較的に進行するおそれがある。   As described above, in the first operation mode of Patent Document 1, the supply flow rate of the reaction gas is controlled so as to suppress the output voltage of the fuel cell 2 to be equal to or lower than the high potential avoidance voltage. In this control, when the low output state of the fuel cell 2 continues, it is necessary to maintain the output voltage of the fuel cell 2 at the high potential avoidance voltage (see FIGS. 2 and 3). When the state where the output voltage is the high potential avoidance voltage is maintained, the deterioration of the fuel cell 2 may proceed relatively depending on the setting of the high potential avoidance voltage.

また、例えば、モータの使用状況によっては、燃料電池の出力電流を一定にすることが必要となる場合があり得る。しかし、特許文献1の制御では、出力電圧が高電位回避電圧である状態を継続しつつ、燃料電池の発電電力を維持するためには、出力電流を減少させる必要が生じ、そのような場合に対応できない。   Further, for example, depending on the use situation of the motor, it may be necessary to make the output current of the fuel cell constant. However, in the control of Patent Document 1, it is necessary to reduce the output current in order to maintain the power generated by the fuel cell while maintaining the output voltage at the high potential avoidance voltage. I can not cope.

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池の劣化を防止しつつ、燃料電池の出力制御を柔軟に行うことが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of flexibly performing output control of a fuel cell while preventing deterioration of the fuel cell. .

この発明に係る燃料電池システムは、触媒を有し、前記触媒で酸素又は水素を反応させることで発電する燃料電池と、前記酸素及び前記水素の少なくとも一方を、前記燃料電池に供給するガス供給手段と、前記燃料電池の出力電圧を制御する電圧制御手段と、前記燃料電池の発電電力により駆動する負荷と、前記燃料電池の発電量を制御する発電制御手段とを有するものであって、前記発電制御手段は、前記負荷の要求電力が上昇するとき、前記燃料電池の出力電流を固定した状態で、前記燃料電池に対する前記酸素及び前記水素の少なくとも一方の供給量を増加させ、前記燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲外で増加させることにより前記燃料電池の発電量を増加させる発電量増加制御と、前記負荷の要求電力が下降するとき、前記燃料電池の出力電流を固定した状態で、前記燃料電池に対する前記酸素及び前記水素の少なくとも一方の供給量を減少させ、前記燃料電池の出力電圧を前記酸化還元進行電圧範囲外で減少させることにより前記燃料電池の発電量を減少させる発電量減少制御との両方を実行することを特徴とする。   A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that has a catalyst and generates power by reacting oxygen or hydrogen with the catalyst, and a gas supply unit that supplies at least one of the oxygen and the hydrogen to the fuel cell. And a voltage control means for controlling the output voltage of the fuel cell, a load driven by the power generated by the fuel cell, and a power generation control means for controlling the power generation amount of the fuel cell, The control means increases the supply amount of at least one of the oxygen and the hydrogen to the fuel cell in a state where the output current of the fuel cell is fixed when the required power of the load increases, and the output of the fuel cell A power generation amount increase control for increasing the power generation amount of the fuel cell by increasing the voltage outside the oxidation-reduction progress voltage range; In a state where the output current of the fuel cell is fixed, the supply amount of at least one of the oxygen and the hydrogen to the fuel cell is decreased, and the output voltage of the fuel cell is decreased outside the redox advance voltage range. Both the power generation amount reduction control for reducing the power generation amount of the fuel cell is executed.

この発明によれば、燃料電池の劣化を防止しつつ、燃料電池の出力制御を柔軟に行うことが可能となる。   According to the present invention, it is possible to flexibly perform output control of a fuel cell while preventing deterioration of the fuel cell.

すなわち、発電量増加制御及び発電量減少制御のいずれにおいても、燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲外で変化させる。このため、燃料電池の出力電圧が酸化還元進行電圧範囲内となることによる劣化を防止することができる。また、発電量増加制御及び発電量減少制御のいずれにおいても、燃料電池の出力電流を固定した状態で、酸素及び水素の少なくとも一方の供給量と燃料電池の出力電圧を変化させる。これにより、例えば、燃料電池の出力が低い場合でも、燃料電池の出力電圧を変化させることが可能になるため、燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲近傍に固定する場合と比べて、燃料電池の出力電圧が酸化還元進行電圧範囲から遠ざかる程度及び頻度を上げることが可能となる。従って、燃料電池の劣化を好適に抑制することが可能となる。また、燃料電池の出力電流を固定した状態で燃料電池の発電量を変化させるため、負荷に供給する電流を一定にしつつ負荷の大きさを変化させたい場合に好適に用いることができる。   That is, in both the power generation amount increase control and the power generation amount decrease control, the output voltage of the fuel cell is changed outside the oxidation-reduction progress voltage range. For this reason, it is possible to prevent deterioration due to the output voltage of the fuel cell being within the redox progressing voltage range. In both the power generation amount increase control and the power generation amount decrease control, the supply amount of at least one of oxygen and hydrogen and the output voltage of the fuel cell are changed while the output current of the fuel cell is fixed. Thereby, for example, even when the output of the fuel cell is low, the output voltage of the fuel cell can be changed. Therefore, compared with the case where the output voltage of the fuel cell is fixed near the oxidation-reduction progress voltage range, the fuel cell It is possible to increase the degree and frequency with which the output voltage of the battery moves away from the oxidation-reduction progress voltage range. Accordingly, it is possible to suitably suppress the deterioration of the fuel cell. Further, since the power generation amount of the fuel cell is changed in a state where the output current of the fuel cell is fixed, it can be suitably used when it is desired to change the size of the load while keeping the current supplied to the load constant.

前記燃料電池システムは、車両に搭載され、さらに、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の出力をアシストする蓄電装置を備え、前記ガス供給手段は、エア供給配管を介して前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、エア排出配管から分岐して前記エアポンプの上流側で前記エア供給配管に連通し、前記燃料電池から排出されたエアオフガスを前記エア供給配管に還流させるエア還流配管と、前記エア還流配管における前記エアオフガスの還流量を調整する調整装置とを備え、前記制御手段は、前記車両が所定の低負荷状態である場合に、前記エアポンプの駆動量を一定としつつ、前記調整装置を制御して前記エアオフガスの還流量を調整して前記発電量増加制御及び前記発電量減少制御を行ってもよい。   The fuel cell system is mounted on a vehicle, the fuel cell system further includes a power storage device that assists the output of the fuel cell, and the gas supply means supplies air to the fuel cell via an air supply pipe. An air pump to be supplied; an air return pipe branched from the air discharge pipe; communicated with the air supply pipe on the upstream side of the air pump; and returning the air off gas discharged from the fuel cell to the air supply pipe; And an adjustment device that adjusts the recirculation amount of the air-off gas in the piping, and the control means controls the adjustment device while keeping the drive amount of the air pump constant when the vehicle is in a predetermined low load state. The power generation amount increase control and the power generation amount decrease control may be performed by adjusting the recirculation amount of the air-off gas.

この発明によれば、車両が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプの駆動量を一定とする。このため、低負荷状態において蓄電装置の蓄電量が設定上限値に到達したことに伴ってエアポンプが停止することにより、エアポンプの出力音が不意に変化すること等がない。従って、低負荷状態におけるエアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、蓄電装置の蓄電量を適切に保つことが可能となる。   According to this invention, when the vehicle is in a predetermined low load state, the driving amount of the air pump is made constant. For this reason, the output sound of the air pump does not change unexpectedly when the air pump stops when the amount of power stored in the power storage device reaches the set upper limit value in the low load state. Therefore, it is possible to appropriately maintain the amount of power stored in the power storage device without giving a sense of incongruity to the passenger about the output sound of the air pump in a low load state.

また、単にエアポンプの駆動量を一定とするだけでなく、調整装置を制御してエアオフガスの還流量を調整する。エアオフガスは酸素濃度が低いため、エアオフガスの還流量を多くすると、燃料電池内部で生成される水分が少なくなり、燃料電池内部が乾燥状態になる。燃料電池内部が乾燥状態になると燃料電池の劣化が促進されるおそれがある。その一方、エアオフガスは、水分を生成する燃料電池の内部を通過したものであるため、相対的に水分を多く含んでいる。このため、エアオフガスの還流量を調整することにより、燃料電池の電解質膜を良好に加湿することが可能となり、燃料電池の劣化を抑制することができる。   Further, not only the driving amount of the air pump is made constant, but also the adjusting device is controlled to adjust the recirculation amount of the air off gas. Since the air-off gas has a low oxygen concentration, if the amount of air-off gas recirculation is increased, the amount of water generated inside the fuel cell is reduced, and the fuel cell is dried. When the inside of the fuel cell becomes dry, the deterioration of the fuel cell may be promoted. On the other hand, since the air off gas has passed through the inside of the fuel cell that generates moisture, it contains a relatively large amount of moisture. For this reason, by adjusting the recirculation amount of the air-off gas, the electrolyte membrane of the fuel cell can be favorably humidified, and deterioration of the fuel cell can be suppressed.

さらに、上記のような効果を得つつ、所定の低負荷状態に応じて燃料電池の発電電流を小さくすることにより、蓄電装置の蓄電量を管理すること(例えば、蓄電量の設定上限値を超えないように制御することや不要な充電を避けること)が可能となる。   Furthermore, the amount of power stored in the power storage device can be managed by reducing the generated current of the fuel cell in accordance with a predetermined low load state while obtaining the above effects (for example, exceeding the set upper limit value of the amount of stored power). Control and avoid unnecessary charging).

前記発電量増加制御及び前記発電量減少制御のうち少なくともいずれかの実行中は前記燃料電池の出力電圧の変化速度を制限してもよい。燃料電池の出力電圧を急激に変化させると、燃料電池が劣化することがあるが、上記構成によれば、出力電圧の急激な変動を抑制することができるため、燃料電池の劣化を抑制することが可能となる。   The change rate of the output voltage of the fuel cell may be limited during execution of at least one of the power generation amount increase control and the power generation amount decrease control. When the output voltage of the fuel cell is suddenly changed, the fuel cell may be deteriorated. However, according to the above configuration, rapid fluctuations in the output voltage can be suppressed, so that deterioration of the fuel cell is suppressed. Is possible.

この発明によれば、燃料電池の劣化を防止しつつ、燃料電池の出力制御を柔軟に行うことが可能となる。   According to the present invention, it is possible to flexibly perform output control of a fuel cell while preventing deterioration of the fuel cell.

この発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略全体構成図である。1 is a schematic overall configuration diagram of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池車両の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the said fuel cell vehicle. 前記実施形態における燃料電池ユニットの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell unit in the said embodiment. 前記実施形態におけるDC/DCコンバータの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the DC / DC converter in the said embodiment. 電子制御装置(ECU)における基本的な制御のフローチャートである。It is a flowchart of basic control in an electronic control unit (ECU). システム負荷を計算するフローチャートである。It is a flowchart which calculates a system load. 現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the present motor rotation speed and motor expected power consumption. 燃料電池を構成する燃料電池セルの電位とセルの劣化量との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the electric potential of the fuel cell which comprises a fuel cell, and the amount of degradation of a cell. 燃料電池セルの電位の変動速度が異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。It is a cyclic voltammetry figure which shows the example of the mode of progress of oxidation and the progress of reduction | restoration when the fluctuation speeds of the electric potential of a fuel cell differ. 前記実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。It is explanatory drawing of the several electric power supply mode in the said embodiment. 前記ECUが、前記燃料電池車両のエネルギマネジメントを行うフローチャートである。4 is a flowchart in which the ECU performs energy management of the fuel cell vehicle. バッテリのSOC、充放電係数及び平均回生電力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of SOC of a battery, a charge / discharge coefficient, and average regenerative electric power. カソードストイキ比とセル電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a cathode stoichiometric ratio and a cell current. 図14Aは、第2モードにおける燃料電池の出力電流(FC電流)と出力電圧(FC電圧)の関係を示す図であり、図14Bは、第2モードにおけるFC電流と燃料電池の発電電力(FC電力)の関係を示す図である。FIG. 14A is a diagram showing the relationship between the output current (FC current) and the output voltage (FC voltage) of the fuel cell in the second mode, and FIG. 14B shows the FC current and the generated power (FC) of the fuel cell in the second mode. It is a figure which shows the relationship of electric power. 第2モードのフローチャートである。It is a flowchart in the second mode. 第2モードにおける燃料電池の目標出力電圧(目標FC電圧)と目標酸素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the target output voltage (target FC voltage) of a fuel cell in 2nd mode, and target oxygen concentration. 第2モードにおける目標酸素濃度及び目標FC電圧と目標エアポンプ回転数及び目標ウォータポンプ回転数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the target oxygen concentration in the 2nd mode, the target FC voltage, the target air pump rotational speed, and the target water pump rotational speed. 第2モードにおける目標酸素濃度及び目標FC電圧と目標背圧弁開度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the target oxygen concentration in 2nd mode, the target FC voltage, and the target back pressure valve opening degree. 第2モードにおける目標FC電圧と空気流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the target FC voltage and air flow rate in 2nd mode. 第2モードにおける循環弁の開度と循環ガス流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the opening degree of the circulation valve in 2nd mode, and the circulation gas flow rate. モータのトルク制御のフローチャートである。It is a flowchart of torque control of a motor. 図22Aは、本実施形態に係る制御(第2モード)及び比較例に係る制御におけるFC電流とFC電圧の関係を示す図であり、図22Bは、本実施形態に係る制御(第2モード)及び比較例に係る制御におけるFC電流とFC電力の関係を示す図である。FIG. 22A is a diagram showing the relationship between FC current and FC voltage in the control according to the present embodiment (second mode) and the control according to the comparative example, and FIG. 22B is the control according to the present embodiment (second mode). It is a figure which shows the relationship between FC electric current and FC electric power in control which concerns on a comparative example. 前記実施形態に係る燃料電池車両の第1変形例の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the 1st modification of the fuel cell vehicle which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池車両の第2変形例の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the 2nd modification of the fuel cell vehicle which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池車両の第3変形例の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the 3rd modification of the fuel cell vehicle which concerns on the said embodiment. 目標エアポンプ回転数を一定とし、目標循環弁開度を可変とする第2モードの変形例に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例である。It is an example of the time chart at the time of using the various control which concerns on the modification of the 2nd mode which makes a target air pump rotation speed constant and makes a target circulation valve opening variable.

1.全体的な構成の説明
[1−1.全体構成]
図1は、この発明の一実施形態に係る燃料電池システム12(以下「FCシステム12」という。)を搭載した燃料電池車両10(以下「FC車両10」又は「車両10」という。)の概略全体構成図である。図2は、FC車両10の電力系のブロック図である。図1及び図2に示すように、FC車両10は、FCシステム12に加え、走行モータ14(以下「モータ14」という。)と、インバータ16とを有する。
1. Explanation of overall configuration [1-1. overall structure]
FIG. 1 schematically shows a fuel cell vehicle 10 (hereinafter referred to as “FC vehicle 10” or “vehicle 10”) equipped with a fuel cell system 12 (hereinafter referred to as “FC system 12”) according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2 is a block diagram of the power system of the FC vehicle 10. As shown in FIGS. 1 and 2, the FC vehicle 10 includes a travel motor 14 (hereinafter referred to as “motor 14”) and an inverter 16 in addition to the FC system 12.

FCシステム12は、燃料電池ユニット18(以下「FCユニット18」という。)と、高電圧バッテリ20(以下「バッテリ20」ともいう。)(蓄電装置)と、DC/DCコンバータ22と、電子制御装置24(以下「ECU24」という。)とを有する。   The FC system 12 includes a fuel cell unit 18 (hereinafter referred to as “FC unit 18”), a high voltage battery 20 (hereinafter also referred to as “battery 20”) (power storage device), a DC / DC converter 22, and electronic control. And a device 24 (hereinafter referred to as “ECU 24”).

[1−2.駆動系]
モータ14は、FCユニット18及びバッテリ20から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション26を通じて車輪28を回転させる。また、モータ14は、回生を行うことで生成した電力(回生電力Preg)[W]をバッテリ20等に出力する(図2参照)。
[1-2. Drive system]
The motor 14 generates a driving force based on the electric power supplied from the FC unit 18 and the battery 20, and rotates the wheels 28 through the transmission 26 by the driving force. Further, the motor 14 outputs electric power (regenerative power Preg) [W] generated by performing regeneration to the battery 20 or the like (see FIG. 2).

インバータ16は、3相ブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、直流を3相の交流に変換してモータ14に供給する一方、回生動作に伴う交流/直流変換後の直流をDC/DCコンバータ22を通じてバッテリ20等に供給する。   The inverter 16 is configured as a three-phase bridge type, performs DC / AC conversion, converts DC to three-phase AC and supplies it to the motor 14, and supplies the DC after AC / DC conversion accompanying the regenerative operation. It is supplied to the battery 20 or the like through the DC / DC converter 22.

なお、モータ14とインバータ16を併せて負荷30という。負荷30には、後述するエアポンプ60、ウォータポンプ80、エアコンディショナ90等の構成要素を含めることもできる。   The motor 14 and the inverter 16 are collectively referred to as a load 30. The load 30 can also include components such as an air pump 60, a water pump 80, and an air conditioner 90 described later.

[1−3.FC系]
(1−3−1.全体構成)
図3は、FCユニット18の概略構成図である。FCユニット18は、燃料電池スタック40(以下「FCスタック40」又は「FC40」という。)と、FCスタック40のアノードに対して水素(燃料ガス)を給排するアノード系と、FCスタック40のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス)を給排するカソード系と、FCスタック40を冷却する冷却系と、セル電圧モニタ42とを備える。
[1-3. FC system]
(1-3-1. Overall configuration)
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the FC unit 18. The FC unit 18 includes a fuel cell stack 40 (hereinafter referred to as “FC stack 40” or “FC40”), an anode system that supplies and discharges hydrogen (fuel gas) to and from the anode of the FC stack 40, A cathode system for supplying and discharging air containing oxygen (oxidant gas) to the cathode, a cooling system for cooling the FC stack 40, and a cell voltage monitor 42 are provided.

(1−3−2.FCスタック40)
FCスタック40は、例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された燃料電池セル(以下「FCセル」という。)を積層した構造を有する。
(1-3-2. FC stack 40)
The FC stack 40 has, for example, a structure in which fuel cell cells (hereinafter referred to as “FC cells”) formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane from both sides between an anode electrode and a cathode electrode are stacked.

(1−3−3.アノード系)
アノード系は、水素タンク44、レギュレータ46、エゼクタ48及びパージ弁50を有する。水素タンク44は、燃料ガスとしての水素を収容するものであり、配管44a、レギュレータ46、配管46a、エゼクタ48及び配管48aを介して、アノード流路52の入口に接続されている。これにより、水素タンク44の水素は、配管44a等を介してアノード流路52に供給可能である。なお、配管44aには、遮断弁(図示せず)が設けられており、FCスタック40の発電の際、当該遮断弁は、ECU24により開とされる。
(1-3-3. Anode system)
The anode system includes a hydrogen tank 44, a regulator 46, an ejector 48, and a purge valve 50. The hydrogen tank 44 stores hydrogen as a fuel gas, and is connected to the inlet of the anode flow path 52 through a pipe 44a, a regulator 46, a pipe 46a, an ejector 48, and a pipe 48a. Thereby, the hydrogen in the hydrogen tank 44 can be supplied to the anode flow path 52 via the pipe 44a and the like. Note that a shutoff valve (not shown) is provided in the pipe 44a, and the shutoff valve is opened by the ECU 24 when the FC stack 40 generates power.

レギュレータ46は、導入される水素の圧力を所定値に調整して排出する。すなわち、レギュレータ46は、配管46bを介して入力されるカソード側の空気の圧力(パイロット圧)に応じて、下流側の圧力(アノード側の水素の圧力)を制御する。従って、アノード側の水素の圧力は、カソード側の空気の圧力に連動し、後記するように、酸素濃度を変化させるべくエアポンプ60の回転数等を変化させると、アノード側の水素の圧力も変化する。   The regulator 46 adjusts the pressure of the introduced hydrogen to a predetermined value and discharges it. That is, the regulator 46 controls the downstream pressure (anode hydrogen pressure) in accordance with the cathode pressure (pilot pressure) input via the pipe 46b. Accordingly, the hydrogen pressure on the anode side is linked to the air pressure on the cathode side. As will be described later, when the rotation speed of the air pump 60 is changed to change the oxygen concentration, the hydrogen pressure on the anode side also changes. To do.

エゼクタ48は、水素タンク44からの水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管48bのアノードオフガスを吸引する。   The ejector 48 generates a negative pressure by injecting hydrogen from the hydrogen tank 44 with a nozzle, and sucks the anode off gas of the pipe 48b by this negative pressure.

アノード流路52の出口は、配管48bを介して、エゼクタ48の吸気口に接続されている。そして、アノード流路52から排出されたアノードオフガスは、配管48bを通って、エゼクタ48に再度導入されることでアノードオフガス(水素)が循環する。   The outlet of the anode flow path 52 is connected to the intake port of the ejector 48 through the pipe 48b. Then, the anode off gas discharged from the anode flow path 52 is introduced again into the ejector 48 through the pipe 48b, whereby the anode off gas (hydrogen) circulates.

なお、アノードオフガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素及び水蒸気を含んでいる。また、配管48bには、アノードオフガスに含まれる水分{凝縮水(液体)、水蒸気(気体)}を分離・回収する気液分離器(図示せず)が設けられている。   The anode off gas contains hydrogen and water vapor that were not consumed by the electrode reaction at the anode. The pipe 48b is provided with a gas-liquid separator (not shown) that separates and collects moisture {condensed water (liquid), water vapor (gas)} contained in the anode off gas.

配管48bの一部は、配管50a、パージ弁50及び配管50bを介して、後記する配管64bに設けられた希釈ボックス54に接続されている。パージ弁50は、FCスタック40の発電が安定していないと判定された場合、ECU24からの指令に基づき所定時間、開となる。希釈ボックス54は、パージ弁50からのアノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する。   A part of the pipe 48b is connected to a dilution box 54 provided in a pipe 64b described later via a pipe 50a, a purge valve 50, and a pipe 50b. When it is determined that the power generation of the FC stack 40 is not stable, the purge valve 50 is opened for a predetermined time based on a command from the ECU 24. The dilution box 54 dilutes the hydrogen in the anode off gas from the purge valve 50 with the cathode off gas.

(1−3−4.カソード系)
カソード系は、エアポンプ60、加湿器62、背圧弁64、循環弁66、流量センサ68、70及び温度センサ72を有する。
(1-3-4. Cathode system)
The cathode system includes an air pump 60, a humidifier 62, a back pressure valve 64, a circulation valve 66, flow rate sensors 68 and 70, and a temperature sensor 72.

エアポンプ60は、外気(空気)を圧縮してカソード側に送り込むものであり、その吸気口は、配管60aを介して車外(外部)と連通している。エアポンプ60の吐出口は、配管60b、加湿器62及び配管62aを介して、カソード流路74の入口に接続されている。エアポンプ60がECU24の指令に従って作動すると、エアポンプ60は、配管60aを介して車外の空気を吸気して圧縮し、この圧縮された空気が配管60b等を通ってカソード流路74に圧送される。   The air pump 60 compresses the outside air (air) and sends it to the cathode side, and the intake port thereof communicates with the outside of the vehicle (outside) via a pipe 60a. The discharge port of the air pump 60 is connected to the inlet of the cathode channel 74 through the pipe 60b, the humidifier 62, and the pipe 62a. When the air pump 60 operates in accordance with a command from the ECU 24, the air pump 60 sucks and compresses air outside the vehicle via the pipe 60a, and the compressed air is pumped to the cathode channel 74 through the pipe 60b and the like.

加湿器62は、水分透過性を有する複数の中空糸膜62eを備えている。そして、加湿器62は、中空糸膜62eを介して、カソード流路74に向かう空気とカソード流路74から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、カソード流路74に向かう空気を加湿する。   The humidifier 62 includes a plurality of hollow fiber membranes 62e having moisture permeability. The humidifier 62 exchanges moisture between the air toward the cathode channel 74 and the humid cathode offgas discharged from the cathode channel 74 via the hollow fiber membrane 62e, and the air toward the cathode channel 74 Humidify.

カソード流路74の出口側には、配管62b、加湿器62、配管64a、背圧弁64及び配管64bが配置されている。カソード流路74から排出されたカソードオフガス(酸化剤オフガス)は、配管62b等を通って、車外に排出される。   On the outlet side of the cathode channel 74, a pipe 62b, a humidifier 62, a pipe 64a, a back pressure valve 64, and a pipe 64b are arranged. The cathode off gas (oxidant off gas) discharged from the cathode channel 74 is discharged outside the vehicle through the pipe 62b and the like.

背圧弁64は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がECU24によって制御されることで、カソード流路74における空気の圧力を制御する。より具体的には、背圧弁64の開度が小さくなると、カソード流路74における空気の圧力が上昇し、体積流量当たりにおける酸素濃度(体積濃度)が高くなる。逆に、背圧弁64の開度が大きくなると、カソード流路74における空気の圧力が下降し、体積流量当たりにおける酸素濃度(体積濃度)が低くなる。   The back pressure valve 64 is configured by, for example, a butterfly valve, and the air pressure in the cathode channel 74 is controlled by controlling the opening degree of the back pressure valve 64 by the ECU 24. More specifically, when the opening degree of the back pressure valve 64 is reduced, the air pressure in the cathode flow path 74 is increased, and the oxygen concentration (volume concentration) per volume flow rate is increased. On the contrary, when the opening degree of the back pressure valve 64 increases, the pressure of the air in the cathode flow path 74 decreases, and the oxygen concentration (volume concentration) per volume flow rate decreases.

配管64bは、配管66a、循環弁66及び配管66bを介して、エアポンプ60の上流側の配管60aに接続されている。これにより、排気ガス(カソードオフガス)の一部が、循環ガスとして、配管66a、循環弁66及び配管66bを通って、配管60aに供給され、車外からの新規空気に合流し、エアポンプ60に吸気される。   The pipe 64b is connected to the pipe 60a on the upstream side of the air pump 60 through the pipe 66a, the circulation valve 66, and the pipe 66b. As a result, a part of the exhaust gas (cathode off-gas) is supplied as circulation gas to the pipe 60a through the pipe 66a, the circulation valve 66, and the pipe 66b, merges with new air from the outside of the vehicle, and is taken into the air pump 60. Is done.

循環弁66は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がECU24によって制御されることで循環ガスの流量を制御する。   The circulation valve 66 is constituted by, for example, a butterfly valve, and the flow rate of the circulation gas is controlled by the opening degree of the circulation valve 66 being controlled by the ECU 24.

流量センサ68は、配管60bに取り付けられ、カソード流路74に向かう空気の流量[g/s]を検出してECU24に出力する。流量センサ70は、配管66bに取り付けられ、配管60aに向かう循環ガスの流量Qc[g/s]を検出してECU24に出力する。   The flow rate sensor 68 is attached to the pipe 60b, detects the flow rate [g / s] of the air flowing toward the cathode flow path 74, and outputs it to the ECU 24. The flow rate sensor 70 is attached to the pipe 66b, detects the flow rate Qc [g / s] of the circulating gas toward the pipe 60a, and outputs it to the ECU 24.

温度センサ72は、配管64aに取り付けられ、カソードオフガスの温度を検出してECU24に出力する。ここで、循環ガスの温度は、カソードオフガスの温度と略等しいため、温度センサ72の検出するカソードオフガスの温度に基づいて、循環ガスの温度を検知することができる。   The temperature sensor 72 is attached to the pipe 64a, detects the temperature of the cathode off gas, and outputs it to the ECU 24. Here, since the temperature of the circulating gas is substantially equal to the temperature of the cathode off gas, the temperature of the circulating gas can be detected based on the temperature of the cathode off gas detected by the temperature sensor 72.

(1−3−5.冷却系)
冷却系は、ウォータポンプ80及び図示しないラジエータ、ラジエータファン等を有する。ウォータポンプ80は、FC40内に冷却水(冷媒)を循環させることでFC40を冷却する。FC40を冷却して温度が上昇した冷却水は、前記ラジエータファンによる送風を受ける前記ラジエータで放熱される。
(1-3-5. Cooling system)
The cooling system includes a water pump 80, a radiator (not shown), a radiator fan, and the like. The water pump 80 cools the FC 40 by circulating cooling water (refrigerant) in the FC 40. The cooling water whose temperature has risen by cooling the FC 40 is radiated by the radiator that receives the air blown by the radiator fan.

(1−3−6.セル電圧モニタ42)
セル電圧モニタ42は、FCスタック40を構成する複数の単セル毎のセル電圧Vcellを検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備える。モニタ本体は、所定周期で全ての単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧Vcellを検出し、平均セル電圧及び最低セル電圧を算出する。そして、平均セル電圧及び最低セル電圧をECU24に出力する。
(1-3-6. Cell voltage monitor 42)
The cell voltage monitor 42 is a device that detects a cell voltage Vcell for each of a plurality of single cells constituting the FC stack 40, and includes a monitor main body and a wire harness that connects the monitor main body and each single cell. The monitor main body scans all the single cells at a predetermined period, detects the cell voltage Vcell of each single cell, and calculates the average cell voltage and the lowest cell voltage. Then, the average cell voltage and the lowest cell voltage are output to the ECU 24.

(1−3−7.電力系)
図2に示すように、FC40からの電力(以下「FC電力Pfc」という。)は、インバータ16及びモータ14(力行時)とDC/DCコンバータ22及び高電圧バッテリ20(充電時)とに加え、前記エアポンプ60、前記ウォータポンプ80、前記エアコンディショナ90、ダウンバータ92(降圧型DC−DCコンバータ)、低電圧バッテリ94、アクセサリ96及びECU24に供給される。なお、図1に示すように、FCユニット18(FC40)とインバータ16及びDC/DCコンバータ22との間には、逆流防止ダイオード98が配置されている。また、FC40の発電電圧(以下「FC電圧Vfc」という。)は、電圧センサ100(図4)により検出され、FC40の発電電流(以下「FC電流Ifc」という。)は、電流センサ102により検出され、いずれもECU24に出力される。
(1-3-7. Power system)
As shown in FIG. 2, the power from the FC 40 (hereinafter referred to as “FC power Pfc”) is added to the inverter 16 and the motor 14 (during power running), the DC / DC converter 22 and the high voltage battery 20 (during charging). The air pump 60, the water pump 80, the air conditioner 90, the downverter 92 (step-down DC-DC converter), the low voltage battery 94, the accessory 96, and the ECU 24. As shown in FIG. 1, a backflow prevention diode 98 is disposed between the FC unit 18 (FC 40), the inverter 16, and the DC / DC converter 22. Further, the power generation voltage of FC 40 (hereinafter referred to as “FC voltage Vfc”) is detected by voltage sensor 100 (FIG. 4), and the power generation current of FC 40 (hereinafter referred to as “FC current Ifc”) is detected by current sensor 102. Both are output to the ECU 24.

[1−4.高電圧バッテリ20]
バッテリ20は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置(エネルギストレージ)であり、例えば、リチウムイオン2次電池、ニッケル水素二次電池又はキャパシタ等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン2次電池を利用している。バッテリ20の出力電圧(以下「バッテリ電圧Vbat」という。)[V]は、電圧センサ104(図2)により検出され、バッテリ20の出力電流(以下「バッテリ電流Ibat」という。)[A]は、電流センサ106により検出され、それぞれECU24に出力される。ECU24は、バッテリ電圧Vbatとバッテリ電流Ibatとに基づいて、バッテリ20の残容量(以下「SOC」という。)[%]を算出する。
[1-4. High voltage battery 20]
The battery 20 is a power storage device (energy storage) including a plurality of battery cells. For example, a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, or a capacitor can be used. In this embodiment, a lithium ion secondary battery is used. The output voltage of the battery 20 (hereinafter referred to as “battery voltage Vbat”) [V] is detected by the voltage sensor 104 (FIG. 2), and the output current of the battery 20 (hereinafter referred to as “battery current Ibat”) [A] is obtained. Are detected by the current sensor 106 and output to the ECU 24, respectively. The ECU 24 calculates the remaining capacity (hereinafter referred to as “SOC”) [%] of the battery 20 based on the battery voltage Vbat and the battery current Ibat.

[1−5.DC/DCコンバータ22]
DC/DCコンバータ22は、FCユニット18からのFC電力Pfcと、バッテリ20から供給された電力(以下「バッテリ電力Pbat」という。)[W]と、モータ14からの回生電力Pregとの供給先を制御する。
[1-5. DC / DC converter 22]
The DC / DC converter 22 supplies FC power Pfc from the FC unit 18, power supplied from the battery 20 (hereinafter referred to as “battery power Pbat”) [W], and regenerative power Preg from the motor 14. To control.

図4には、本実施形態におけるDC/DCコンバータ22の詳細が示されている。図4に示すように、DC/DCコンバータ22は、一方がバッテリ20のある1次側1Sに接続され、他方が負荷30とFC40との接続点である2次側2Sに接続されている。   FIG. 4 shows details of the DC / DC converter 22 in the present embodiment. As shown in FIG. 4, one of the DC / DC converters 22 is connected to the primary side 1 </ b> S where the battery 20 is located, and the other is connected to the secondary side 2 </ b> S which is a connection point between the load 30 and the FC 40.

DC/DCコンバータ22は、1次側1Sの電圧(1次電圧V1)[V]を2次側2Sの電圧(2次電圧V2)[V](V1≦V2)に昇圧するとともに、2次電圧V2を1次電圧V1に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。   The DC / DC converter 22 boosts the voltage on the primary side 1S (primary voltage V1) [V] to the voltage (secondary voltage V2) [V] (V1 ≦ V2) on the secondary side 2S and secondary voltage This is a step-up / step-down and chopper-type voltage converter that steps down the voltage V2 to the primary voltage V1.

図4に示すように、DC/DCコンバータ22は、1次側1Sと2次側2Sとの間に配される相アームUAと、リアクトル110とから構成される。   As shown in FIG. 4, the DC / DC converter 22 includes a phase arm UA disposed between the primary side 1S and the secondary side 2S, and a reactor 110.

相アームUAは、上アーム素子(上アームスイッチング素子112と逆並列ダイオード114)と下アーム素子(下アームスイッチング素子116と逆並列ダイオード118)とで構成される。上アームスイッチング素子112と下アームスイッチング素子116には、それぞれ例えば、MOSFET又はIGBT等が採用される。   The phase arm UA includes an upper arm element (upper arm switching element 112 and antiparallel diode 114) and a lower arm element (lower arm switching element 116 and antiparallel diode 118). As the upper arm switching element 112 and the lower arm switching element 116, for example, a MOSFET or an IGBT is employed.

リアクトル110は、相アームUAの中点(共通接続点)とバッテリ20の正極との間に挿入され、DC/DCコンバータ22により1次電圧V1と2次電圧V2との間で電圧を変換する際に、エネルギーを蓄積及び放出する作用を有する。   Reactor 110 is inserted between the middle point (common connection point) of phase arm UA and the positive electrode of battery 20, and converts voltage between primary voltage V <b> 1 and secondary voltage V <b> 2 by DC / DC converter 22. In particular, it has the function of storing and releasing energy.

上アームスイッチング素子112は、ECU24から出力されるゲート駆動信号(駆動電圧)UHのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子116は、ゲート駆動信号(駆動電圧)ULのハイレベルによりオンにされる。   The upper arm switching element 112 is turned on by the high level of the gate drive signal (drive voltage) UH output from the ECU 24, and the lower arm switching element 116 is turned on by the high level of the gate drive signal (drive voltage) UL. The

なお、ECU24は、1次側の平滑コンデンサ122に並列に設けられた電圧センサ120により1次電圧V1を検出し、電流センサ124により1次側の電流(1次電流I1)[A]を検出する。また、ECU24は、2次側の平滑コンデンサ128に並列に設けられた電圧センサ126により2次電圧V2を検出し、電流センサ130により2次側の電流(2次電流I2)[A]を検出する。   The ECU 24 detects the primary voltage V1 with the voltage sensor 120 provided in parallel with the primary-side smoothing capacitor 122, and detects the primary-side current (primary current I1) [A] with the current sensor 124. To do. Further, the ECU 24 detects the secondary voltage V2 by the voltage sensor 126 provided in parallel with the secondary-side smoothing capacitor 128, and detects the secondary-side current (secondary current I2) [A] by the current sensor 130. To do.

[1−6.ECU24]
ECU24は、通信線140(図1等)を介して、モータ14、インバータ16、FCユニット18、バッテリ20及びDC/DCコンバータ22を制御する。当該制御に際しては、メモリ(ROM)に格納されたプログラムを実行し、また、セル電圧モニタ42、流量センサ68、70、温度センサ72、電圧センサ100、104、120、126、電流センサ102、106、124、130等の各種センサの検出値を用いる。
[1-6. ECU 24]
The ECU 24 controls the motor 14, the inverter 16, the FC unit 18, the battery 20, and the DC / DC converter 22 via the communication line 140 (FIG. 1 and the like). In the control, a program stored in a memory (ROM) is executed, and the cell voltage monitor 42, the flow rate sensors 68 and 70, the temperature sensor 72, the voltage sensors 100, 104, 120, and 126, and the current sensors 102 and 106 are executed. , 124, 130 and the like are used.

ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ150及びモータ回転数センサ152(以下「回転数センサ152」という。)(図1)が含まれる。開度センサ150は、アクセルペダル154の開度θp[度]を検出する。回転数センサ152は、モータ14の回転数(以下「モータ回転数Nm」又は「回転数Nm」という。)[rpm]を検出する。ECU24は、回転数Nmを用いてFC車両10の車速V[km/h]を検出する。さらに、ECU24には、メインスイッチ156(以下「メインSW156」という。)が接続される。メインSW156は、FCユニット18及びバッテリ20からモータ14への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。   The various sensors here include an opening degree sensor 150 and a motor rotation speed sensor 152 (hereinafter referred to as “rotation speed sensor 152”) (FIG. 1) in addition to the above sensors. The opening sensor 150 detects the opening θp [degree] of the accelerator pedal 154. The rotational speed sensor 152 detects the rotational speed of the motor 14 (hereinafter referred to as “motor rotational speed Nm” or “rotational speed Nm”) [rpm]. The ECU 24 detects the vehicle speed V [km / h] of the FC vehicle 10 using the rotational speed Nm. Further, a main switch 156 (hereinafter referred to as “main SW 156”) is connected to the ECU 24. The main SW 156 switches whether or not power can be supplied from the FC unit 18 and the battery 20 to the motor 14, and can be operated by the user.

ECU24は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、タイマ、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェースを有する。なお、ECU24は、1つのECUのみからなるのではなく、モータ14、FCユニット18、バッテリ20及びDC/DCコンバータ22毎の複数のECUから構成することもできる。   The ECU 24 includes a microcomputer and has an input / output interface such as a timer, an A / D converter, and a D / A converter as necessary. Note that the ECU 24 is not limited to only one ECU, but can be composed of a plurality of ECUs for each of the motor 14, the FC unit 18, the battery 20, and the DC / DC converter 22.

ECU24は、FCスタック40の状態、バッテリ20の状態及びモータ14の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力(負荷要求)に基づき決定したFC車両10全体としてFCシステム12に要求される負荷から、FCスタック40が負担すべき負荷と、バッテリ20が負担すべき負荷と、回生電源(モータ14)が負担すべき負荷の配分(分担)を調停しながら決定し、モータ14、インバータ16、FCユニット18、バッテリ20及びDC/DCコンバータ22に指令を送出する。   The ECU 24 determines the load required for the FC system 12 as a whole of the FC vehicle 10 determined based on the input (load request) from various switches and various sensors in addition to the state of the FC stack 40, the state of the battery 20, and the state of the motor 14. Thus, the load to be borne by the FC stack 40, the load to be borne by the battery 20, and the distribution (sharing) of the load to be borne by the regenerative power source (motor 14) are determined while arbitrating, and the motor 14, inverter 16, Commands are sent to the FC unit 18, the battery 20 and the DC / DC converter 22.

2.本実施形態の制御
次に、ECU24における制御について説明する。
2. Control of this Embodiment Next, the control in ECU24 is demonstrated.

[2−1.基本制御]
図5には、ECU24における基本的な制御のフローチャートが示されている。ステップS1において、ECU24は、メインSW156がオンであるかどうかを判定する。メインSW156がオンでない場合(S1:NO)、ステップS1を繰り返す。メインSW156がオンである場合(S1:YES)、ステップS2に進む。ステップS2において、ECU24は、FCシステム12に要求される負荷(システム負荷Psys)[W]を計算する。
[2-1. Basic control]
FIG. 5 shows a flowchart of basic control in the ECU 24. In step S1, the ECU 24 determines whether the main SW 156 is on. If the main SW 156 is not on (S1: NO), step S1 is repeated. If the main SW 156 is on (S1: YES), the process proceeds to step S2. In step S2, the ECU 24 calculates a load (system load Psys) [W] required for the FC system 12.

ステップS3において、ECU24は、FCシステム12のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、主として、FC40の発電量(FC電力Pfc)及びバッテリ20の出力(バッテリ電力Pbat)を算出する処理であり、FCスタック40の劣化を抑制しつつ、FCシステム12全体の出力を効率化することを企図している。   In step S3, the ECU 24 performs energy management of the FC system 12. The energy management here is mainly a process of calculating the power generation amount of the FC 40 (FC power Pfc) and the output of the battery 20 (battery power Pbat), while suppressing the deterioration of the FC stack 40 and the entire FC system 12. It is intended to make the output more efficient.

ステップS4において、ECU24は、FCスタック40の周辺機器、すなわち、エアポンプ60、背圧弁64、循環弁66及びウォータポンプ80の制御(FC発電制御)を行う。ステップS5において、ECU24は、モータ14のトルク制御を行う。   In step S4, the ECU 24 controls peripheral devices of the FC stack 40, that is, the air pump 60, the back pressure valve 64, the circulation valve 66, and the water pump 80 (FC power generation control). In step S <b> 5, the ECU 24 performs torque control of the motor 14.

ステップS6において、ECU24は、メインSW156がオフであるかどうかを判定する。メインSW156がオフでない場合(S6:NO)、ステップS2に戻る。メインSW156がオフである場合(S6:YES)、今回の処理を終了する。   In step S6, the ECU 24 determines whether the main SW 156 is off. If the main SW 156 is not off (S6: NO), the process returns to step S2. If the main SW 156 is off (S6: YES), the current process is terminated.

[2−2.システム負荷Psysの計算]
図6には、システム負荷Psysを計算するフローチャートが示されている。ステップS11において、ECU24は、開度センサ150からアクセルペダル154の開度θpを読み込む。ステップS12において、ECU24は、回転数センサ152からモータ14の回転数Nmを読み込む。
[2-2. Calculation of system load Psys]
FIG. 6 shows a flowchart for calculating the system load Psys. In step S <b> 11, the ECU 24 reads the opening degree θp of the accelerator pedal 154 from the opening degree sensor 150. In step S <b> 12, the ECU 24 reads the rotational speed Nm of the motor 14 from the rotational speed sensor 152.

ステップS13において、ECU24は、開度θpと回転数Nmに基づいてモータ14の予想消費電力Pm[W]を算出する。具体的には、図7に示すマップにおいて、開度θp毎に回転数Nmと予想消費電力Pmの関係を記憶しておく。例えば、開度θpがθp1であるとき、特性160を用いる。同様に、開度θpがθp2、θp3、θp4、θp5、θp6であるとき、それぞれ特性162、164、166、168、170を用いる。そして、開度θpに基づいて回転数Nmと予想消費電力Pmとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Nmに応じた予想消費電力Pmを特定する。   In step S13, the ECU 24 calculates the expected power consumption Pm [W] of the motor 14 based on the opening degree θp and the rotational speed Nm. Specifically, in the map shown in FIG. 7, the relationship between the rotational speed Nm and the predicted power consumption Pm is stored for each opening θp. For example, the characteristic 160 is used when the opening degree θp is θp1. Similarly, when the opening degree θp is θp2, θp3, θp4, θp5, and θp6, the characteristics 162, 164, 166, 168, and 170 are used, respectively. And after specifying the characteristic which shows the relationship between the rotation speed Nm and estimated power consumption Pm based on opening degree (theta) p, the expected power consumption Pm according to rotation speed Nm is specified.

ステップS14において、ECU24は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、エアポンプ60、ウォータポンプ80及びエアコンディショナ90を含む高電圧系の補機や、低電圧バッテリ94、アクセサリ96及びECU24を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ60及びウォータポンプ80であれば、回転数Nap、Nwp[rpm]を読み込む。エアコンディショナ90であれば、その出力設定を読み込む。   In step S14, the ECU 24 reads the current operation status from each auxiliary machine. The auxiliary machine here includes, for example, a high-voltage auxiliary machine including the air pump 60, the water pump 80 and the air conditioner 90, and a low-voltage auxiliary machine including the low-voltage battery 94, the accessory 96 and the ECU 24. It is. For example, in the case of the air pump 60 and the water pump 80, the rotation speed Nap and Nwp [rpm] are read. If it is the air conditioner 90, the output setting is read.

ステップS15において、ECU24は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Pa[W]を算出する。ステップS16において、ECU24は、モータ14の予想消費電力Pmと補機の消費電力Paの和をFC車両10全体での予想消費電力(すなわち、システム負荷Psys)として算出する。   In step S15, the ECU 24 calculates the power consumption Pa [W] of the auxiliary machine according to the current operation status of each auxiliary machine. In step S16, the ECU 24 calculates the sum of the predicted power consumption Pm of the motor 14 and the power consumption Pa of the auxiliary machine as the predicted power consumption of the FC vehicle 10 as a whole (that is, the system load Psys).

[2−3.エネルギマネジメント]
上記のように、本実施形態におけるエネルギマネジメントでは、FCスタック40の劣化を抑制しつつ、FCシステム12全体の出力を効率化することを企図している。
[2-3. Energy management]
As described above, the energy management in the present embodiment intends to improve the efficiency of the output of the entire FC system 12 while suppressing the deterioration of the FC stack 40.

(2−3−1.前提事項)
図8は、FCスタック40を構成するFCセルの電位(セル電圧Vcell)[V]とセルの劣化量Dとの関係の一例を示している。すなわち、図8中の曲線180は、セル電圧Vcellと劣化量Dとの関係を示す。
(2-3-1. Assumptions)
FIG. 8 shows an example of the relationship between the potential (cell voltage Vcell) [V] of the FC cells constituting the FC stack 40 and the amount of cell degradation D. That is, the curve 180 in FIG. 8 shows the relationship between the cell voltage Vcell and the deterioration amount D.

図8において、電位v1(例えば、0.5V)を下回る領域(以下「白金凝集増加領域R1」又は「凝集増加領域R1」という。)では、FCセルに含まれる白金(酸化白金)について還元反応が激しく進行し、白金が過度に凝集する。電位v1から電位v2(例えば、0.8V)までは、還元反応が安定的に進行する領域(以下「白金還元領域R2」又は「還元領域R2」という。)である。   In FIG. 8, in a region below potential v1 (for example, 0.5 V) (hereinafter referred to as “platinum aggregation increasing region R1” or “aggregation increasing region R1”), a reduction reaction is performed on platinum (platinum oxide) contained in the FC cell. Proceeds violently and platinum aggregates excessively. The potential v1 to the potential v2 (for example, 0.8 V) is a region where the reduction reaction proceeds stably (hereinafter referred to as “platinum reduction region R2” or “reduction region R2”).

電位v2から電位v3(例えば、0.9V)までは、白金について酸化還元反応が進行する領域(以下「白金酸化還元進行領域R3」又は「酸化還元領域R3」という。)である。電位v3から電位v4(例えば、0.95V)までは、白金について酸化反応が安定的に進行する領域(以下「白金酸化安定領域R4」又は「酸化領域R4」という。)である。電位v4からOCV(開回路電圧)までは、セルに含まれるカーボンの酸化が進行する領域(以下「カーボン酸化領域R5」という。)である。   The potential v2 to the potential v3 (for example, 0.9 V) is a region where the redox reaction proceeds with respect to platinum (hereinafter referred to as “platinum redox progress region R3” or “redox region R3”). The potential v3 to the potential v4 (for example, 0.95 V) is a region where the oxidation reaction of platinum proceeds stably (hereinafter referred to as “platinum oxidation stable region R4” or “oxidation region R4”). The potential v4 to OCV (open circuit voltage) is a region where the oxidation of carbon contained in the cell proceeds (hereinafter referred to as “carbon oxidation region R5”).

上記のように、図8では、セル電圧Vcellが白金還元領域R2又は白金酸化安定領域R4にあれば、隣り合う領域と比較してFCセルの劣化の進行度合が小さい。一方、セル電圧Vcellが白金凝集増加領域R1、白金酸化還元進行領域R3、又はカーボン酸化領域R5にあれば、隣り合う領域と比較してFCセルの劣化の進行度合が大きい。   As described above, in FIG. 8, if the cell voltage Vcell is in the platinum reduction region R2 or the platinum oxidation stable region R4, the progress of deterioration of the FC cell is small compared to the adjacent regions. On the other hand, when the cell voltage Vcell is in the platinum aggregation increasing region R1, the platinum oxidation-reduction progress region R3, or the carbon oxidation region R5, the progress of deterioration of the FC cell is larger than that of the adjacent region.

なお、図8では、曲線180を一義的に定まるような表記としているが、実際は、単位時間当たりにおけるセル電圧Vcellの変動量(変動速度Acell)[V/sec]に応じて曲線180は変化する。   In FIG. 8, the curve 180 is uniquely defined, but in actuality, the curve 180 changes according to the amount of fluctuation (fluctuation speed Acell) [V / sec] of the cell voltage Vcell per unit time. .

図9には、変動速度Acellが異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。図9において、曲線190は、変動速度Acellが高い場合を示し、曲線192は、変動速度Acellが低い場合を示す。図9からわかるように、変動速度Acellに応じて酸化又は還元の進行度合が異なるため、必ずしも各電位v1〜v4は一義的に特定されない。また、FCセルの個体差によっても各電位v1〜v4は変化し得る。このため、電位v1〜v4は、理論値、シミュレーション値又は実測値に誤差分を反映させたものとして設定することが好ましい。   FIG. 9 is a cyclic voltammetry diagram showing an example of the progress of oxidation and the progress of reduction when the fluctuation rates Acell are different. In FIG. 9, a curve 190 indicates a case where the fluctuation speed Acell is high, and a curve 192 indicates a case where the fluctuation speed Acell is low. As can be seen from FIG. 9, since the degree of progress of oxidation or reduction differs depending on the fluctuation speed Acell, the potentials v1 to v4 are not necessarily uniquely specified. In addition, the potentials v1 to v4 can change depending on individual differences of FC cells. For this reason, it is preferable to set the potentials v1 to v4 as those in which an error is reflected in the theoretical value, the simulation value, or the actual measurement value.

また、FCセルの電流−電圧(IV)特性は、一般的な燃料電池セルと同様、セル電圧Vcellが下がるほど、セル電流Icell[A]が増加する(図10参照)。加えて、FCスタック40の発電電圧(FC電圧Vfc)は、セル電圧VcellにFCスタック40内の直列接続数Nfcを乗算したものである。直列接続数Nfcは、FCスタック40内で直列に接続されるFCセルの数であり、以下、単に「セル数」ともいう。   Further, in the current-voltage (IV) characteristics of the FC cell, the cell current Icell [A] increases as the cell voltage Vcell decreases (see FIG. 10), as in a general fuel cell. In addition, the power generation voltage (FC voltage Vfc) of the FC stack 40 is obtained by multiplying the cell voltage Vcell by the number Nfc of serial connections in the FC stack 40. The serial connection number Nfc is the number of FC cells connected in series in the FC stack 40, and is also simply referred to as “cell number” hereinafter.

以上を踏まえ、本実施形態では、DC/DCコンバータ22が、電圧変換動作を行っている際、FCスタック40の目標電圧(目標FC電圧Vfctgt)[V]を、主として、白金還元領域R2内に設定しつつ、必要に応じて白金酸化安定領域R4内に設定する(具体例は、図10等を用いて説明する。)。このような目標FC電圧Vfctgtの切替えを行うことにより、FC電圧Vfcが、領域R1、R3、R5(特に、白金酸化還元進行領域R3)内にある時間を極力短縮し、FCスタック40の劣化を防止することができる。   Based on the above, in the present embodiment, when the DC / DC converter 22 is performing the voltage conversion operation, the target voltage (target FC voltage Vfctgt) [V] of the FC stack 40 is mainly set in the platinum reduction region R2. While setting, it is set in the platinum oxidation stable region R4 as necessary (a specific example will be described with reference to FIG. 10 and the like). By switching the target FC voltage Vfctgt in this way, the time during which the FC voltage Vfc is within the regions R1, R3, R5 (particularly, the platinum oxidation-reduction progress region R3) is shortened as much as possible, and the FC stack 40 is deteriorated. Can be prevented.

なお、上記の処理では、FCスタック40の供給電力(FC電力Pfc)と、システム負荷Psysが等しくならない場合が存在する。この点、FC電力Pfcがシステム負荷Psysを下回っている場合、その不足分は、バッテリ20から供給する。また、FC電力Pfcがシステム負荷Psysを上回っている場合、その余剰分は、バッテリ20に充電する。   In the above processing, there is a case where the power supplied to the FC stack 40 (FC power Pfc) and the system load Psys are not equal. In this regard, when the FC power Pfc is below the system load Psys, the shortage is supplied from the battery 20. Further, when the FC power Pfc exceeds the system load Psys, the excess is charged in the battery 20.

なお、図8では、電位v1〜v4を具体的な数値として特定したが、これは、後述する制御を行うためであり、当該数値は、あくまで制御の便宜を考慮して決定するものである。換言すると、曲線180からもわかるように、劣化量Dは連続的に変化するため、制御の仕様に応じて、電位v1〜v4は、適宜設定することができる。   In FIG. 8, the potentials v1 to v4 are specified as specific numerical values, but this is for performing the control described later, and the numerical values are determined taking into account the convenience of control. In other words, as can be seen from the curve 180, the deterioration amount D changes continuously, so that the potentials v1 to v4 can be appropriately set according to the control specifications.

但し、白金還元領域R2は、曲線180の極小値(第1極小値Vlmi1)を含む。白金酸化還元進行領域R3では、曲線180の極大値(極大値Vlmx)を含む。白金酸化安定領域R4は、曲線180の別の極小値(第2極小値Vlmi2)を含む。   However, the platinum reduction region R2 includes the minimum value of the curve 180 (first minimum value Vlmi1). The platinum redox progression region R3 includes the maximum value (maximum value Vlmx) of the curve 180. The platinum oxidation stable region R4 includes another minimum value (second minimum value Vlmi2) of the curve 180.

(2−3−2.エネルギマネジメントで用いる電力供給モード)
図10は、本実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。本実施形態では、エネルギマネジメントで用いる電力供給の制御方法(電力供給モード)として、2つの制御方法(電力供給モード)を用いる。すなわち、本実施形態では、エネルギマネジメントで用いる電力供給モード(動作モード)として、第1モードと第2モードを切り替えて用いる。第1モードは、目標FC電圧Vfctgt及びFC電流Ifc(FC電力Pfc)がいずれも可変である電圧可変・電流可変制御(電圧可変・出力可変制御)である。第2モードは、FC電流Ifc(目標FC電流Ifctgt)が一定であり目標FC電圧Vfctgt(FC電力Pfc)が可変である電圧可変・電流固定制御(電流固定・出力可変制御)である。
(2-3-2. Power supply mode used in energy management)
FIG. 10 is an explanatory diagram of a plurality of power supply modes in the present embodiment. In the present embodiment, two control methods (power supply modes) are used as power supply control methods (power supply modes) used in energy management. That is, in the present embodiment, the first mode and the second mode are switched and used as the power supply mode (operation mode) used in energy management. The first mode is voltage variable / current variable control (voltage variable / output variable control) in which both the target FC voltage Vfctgt and the FC current Ifc (FC power Pfc) are variable. The second mode is voltage variable / current fixed control (current fixed / output variable control) in which the FC current Ifc (target FC current Ifctgt) is constant and the target FC voltage Vfctgt (FC power Pfc) is variable.

第1モード(電圧可変・電流可変制御)は、主として、システム負荷Psysが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Cotgtを固定(或いは、酸素を豊潤な状態に維持)した状態で、目標FC電圧Vfctgtを調整することによりFC電流Ifcを制御する。これにより、基本的に、FC電力Pfcによりシステム負荷Psysをまかなうことが可能となる。   The first mode (variable voltage / current variable control) is mainly used when the system load Psys is relatively high, and the target oxygen concentration Cotgt is fixed (or oxygen is maintained in a rich state). Thus, the FC current Ifc is controlled by adjusting the target FC voltage Vfctgt. Thus, basically, the system load Psys can be covered by the FC power Pfc.

第2モード(電圧可変・電流固定制御)は、主として、システム負荷Psysが相対的に低いときに用いられるものであり、目標FC電流Ifctgtを固定した状態で、目標セル電圧Vcelltgt(=目標FC電圧Vfctgt/セル数)を、酸化還元領域R3よりも低い電位以下で設定された基準電位{本実施形態では、電位v2(=0.8V)}以下の範囲内で可変とすると共に、目標酸素濃度Cotgtを可変とすることにより、FC電力Pfcを可変とする。これにより、基本的に、FC電力Pfcによりシステム負荷Psysをまかなうことが可能となる(詳細は後述する。)。FC電力Pfcの不足分は、バッテリ20からアシストする。   The second mode (voltage variable / current fixing control) is mainly used when the system load Psys is relatively low, and the target cell voltage Vcelltgt (= target FC voltage) with the target FC current Ifctgt fixed. Vfctgt / number of cells) is variable within the range of the reference potential {potential v2 (= 0.8 V)} in the present embodiment, which is set below the potential lower than the oxidation-reduction region R3, and the target oxygen concentration By making Cotgt variable, the FC power Pfc is made variable. Thus, basically, the system load Psys can be covered by the FC power Pfc (details will be described later). The shortage of the FC power Pfc is assisted from the battery 20.

(2−3−3.エネルギマネジメントの全体フロー)
図11には、ECU24が、FCシステム12のエネルギマネジメント(図5のS3)を行うフローチャートが示されている。ステップS21において、ECU24は、システム平均負荷Psysaveを算出する。システム平均負荷Psysaveは、ステップS2で計算したシステム負荷Psysの移動平均である。
(2-3-3. Overall flow of energy management)
FIG. 11 shows a flowchart in which the ECU 24 performs energy management of the FC system 12 (S3 in FIG. 5). In step S21, the ECU 24 calculates a system average load Psysave. The system average load Psysave is a moving average of the system load Psys calculated in step S2.

ステップS22において、ECU24は、充放電係数αを算出する。充放電係数αは、システム平均負荷Psysaveに乗算してFC電力Pfcの目標値(目標FC電力Pfctgt)を算出するための係数であり、バッテリ20のSOCとモータ14の回生電力Pregの平均値(以下「平均回生電力Pregave」という。)とに応じて設定される。平均回生電力Pregaveは、所定期間内に得られた回生電力Pregの平均値である。   In step S22, the ECU 24 calculates a charge / discharge coefficient α. The charge / discharge coefficient α is a coefficient for multiplying the system average load Psysave to calculate the target value of FC power Pfc (target FC power Pfctgt), and is the average value of the SOC of the battery 20 and the regenerative power Preg of the motor 14 ( (Hereinafter referred to as “average regenerative power Pregave”). The average regenerative power Pregave is an average value of the regenerative power Preg obtained within a predetermined period.

図12は、SOC、充放電係数α及び平均回生電力Pregaveの関係を示すマップである。図12の例では、目標SOCを50%に設定しており、SOCが50%を上回るとき(十分な充電状態にあるとき)、充放電係数αが1未満とされる。これにより、システム平均負荷Psysaveに1未満の乗数を掛けることで目標FC電力Pfctgtを小さくし、バッテリ20の余分なSOCを消費することが可能となる。また、SOCが50%を下回るとき(充電を要するとき)、充放電係数αを1より大きくする。これにより、システム平均負荷Psysaveに1を超える乗数を掛けることで目標FC電力Pfctgtを大きくし、SOCの不足分を補うことが可能となる。   FIG. 12 is a map showing the relationship among the SOC, the charge / discharge coefficient α, and the average regenerative power Pregave. In the example of FIG. 12, the target SOC is set to 50%, and when the SOC exceeds 50% (when in a sufficiently charged state), the charge / discharge coefficient α is set to less than 1. As a result, the target FC power Pfctgt can be reduced by multiplying the system average load Psysave by a multiplier of less than 1, and the excess SOC of the battery 20 can be consumed. Further, when the SOC is less than 50% (when charging is required), the charge / discharge coefficient α is made larger than 1. Accordingly, the target FC power Pfctgt can be increased by multiplying the system average load Psysave by a multiplier greater than 1, thereby making up for the shortage of the SOC.

また、図12の例では、平均回生電力Pregaveに応じてSOCと充放電係数αの関係を切り替える。すなわち、図12に示すように、平均回生電力Pregaveが低い場合(回生電力Pregが得難い環境にあるとき)、回生電力Pregをあまり見込めない分、SOCが50%を上回る範囲では充放電係数αを相対的に大きくし、SOCが50%を下回る範囲では充放電係数αを相対的に1から遠い値とする。一方、平均回生電力Pregaveが高い場合(回生電力Pregを得易い環境にあるとき)、回生電力Pregをより多く見込める分、SOCが50%を上回る範囲では充放電係数αを相対的に小さくし、SOCが50%を下回る範囲では充放電係数αを1に近づける。なお、目標SOCは、50%以外の値に設定してもよい。また、図12のマップは、例えば、実測値、シミュレーション値を用いることができる。   In the example of FIG. 12, the relationship between the SOC and the charge / discharge coefficient α is switched according to the average regenerative power Pregave. That is, as shown in FIG. 12, when the average regenerative power Pregave is low (in an environment where it is difficult to obtain the regenerative power Preg), the charge / discharge coefficient α is set in a range where the SOC exceeds 50% because the regenerative power Preg cannot be expected so much. The charge / discharge coefficient α is relatively far from 1 in a range where the SOC is relatively large and the SOC is less than 50%. On the other hand, when the average regenerative power Pregave is high (when it is in an environment where it is easy to obtain the regenerative power Preg), the charge / discharge coefficient α is relatively reduced in the range where the SOC exceeds 50%, as much as the regenerative power Preg can be expected. In the range where the SOC is less than 50%, the charge / discharge coefficient α is brought close to 1. The target SOC may be set to a value other than 50%. In addition, for example, measured values and simulation values can be used in the map of FIG.

図11に戻り、ステップS23において、ECU24は、システム平均負荷Psysaveに充放電係数αを乗算して目標FC電力Pfctgtを算出する。   Returning to FIG. 11, in step S23, the ECU 24 calculates the target FC power Pfctgt by multiplying the system average load Psysave by the charge / discharge coefficient α.

ステップS24において、ECU24は、車両10又はFC40が高負荷状態であるか否か(又は低負荷状態でないか否か)を判定する。具体的には、ECU24は、ステップS23で計算した目標FC電力Pfctgtが、高負荷を判定するための閾値Pthp以上であるか否かを判定する。ここにいう高負荷とは、例えば、酸素が豊潤な状態とし且つセル電圧Vcellを還元領域R2内の値にして(FC電圧Vfcを還元領域R2内の値×セル数にして)FC40を発電させた際に得られるFC電力Pfcを意味する。   In step S24, the ECU 24 determines whether the vehicle 10 or the FC 40 is in a high load state (or whether it is not in a low load state). Specifically, the ECU 24 determines whether or not the target FC power Pfctgt calculated in step S23 is greater than or equal to a threshold value Pthp for determining a high load. The high load referred to here is, for example, a state in which oxygen is abundant and the cell voltage Vcell is set to a value in the reduction region R2 (the FC voltage Vfc is set to the value in the reduction region R2 × the number of cells) to generate FC40. FC power Pfc obtained at the time.

目標FC電力Pfctgtが閾値Pthp以上である場合、車両10又はFC40が高負荷状態であり、目標FC電力Pfctgtが閾値Pthp以上でない場合、車両10又はFC40は高負荷状態ではない。なお、高負荷状態の判定は、その他の方法によって行ってもよい。例えば、車速Vが、高負荷を判定するための閾値THV以上であるか否かにより高負荷状態を判定することもできる。或いは、車両10の加速度(車速Vの変化量)が、高負荷を判定するための閾値以上であるか否かにより高負荷状態を判定してもよい。或いは、モータ14のトルクが、高負荷を判定するための閾値以上であるか否かにより高負荷状態を判定してもよい。   When the target FC power Pfctgt is greater than or equal to the threshold Pthp, the vehicle 10 or FC40 is in a high load state, and when the target FC power Pfctgt is not greater than or equal to the threshold Pthp, the vehicle 10 or FC40 is not in a high load state. The determination of the high load state may be performed by other methods. For example, it is possible to determine the high load state based on whether or not the vehicle speed V is equal to or higher than a threshold value THV for determining a high load. Alternatively, the high load state may be determined based on whether or not the acceleration of the vehicle 10 (the amount of change in the vehicle speed V) is equal to or greater than a threshold for determining a high load. Or you may determine a high load state by whether the torque of the motor 14 is more than the threshold value for determining a high load.

車両10又はFC40が高負荷状態である場合(S24:YES)、ステップS25において、ECU24は、第1モード(電圧可変・電流可変制御)を行う(詳細は後述する)。車両10が高負荷状態でない場合(S24:NO)、ステップS26において、ECU24は、第2モード(電圧可変・電流固定制御)を行う(詳細は図14A等を参照して後述する。)。   When the vehicle 10 or the FC 40 is in a high load state (S24: YES), in step S25, the ECU 24 performs the first mode (voltage variable / current variable control) (details will be described later). When the vehicle 10 is not in a high load state (S24: NO), in step S26, the ECU 24 performs the second mode (voltage variable / current fixing control) (details will be described later with reference to FIG. 14A and the like).

(2−3−4.第1モード)
上記のように、第1モードは、主として、目標FC電力Pfctgt(又はシステム負荷Psys)が相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Cotgtを固定(或いは、酸素を豊潤な状態に維持)した状態で、目標FC電圧Vfctgtを調整することによりFC電流Ifcを制御する。
(2-3-4. First mode)
As described above, the first mode is mainly used when the target FC power Pfctgt (or system load Psys) is relatively high, and the target oxygen concentration Cotgt is fixed (or the oxygen is in a rich state). Maintained), the FC current Ifc is controlled by adjusting the target FC voltage Vfctgt.

すなわち、図10に示すように、第1モードでは、FC40の電流−電圧特性(IV特性)が通常のもの(図10中、実線で表されるもの)を用いる。通常の燃料電池と同様、FC40のIV特性は、セル電圧Vcell(FC電圧Vfc)が低くなるほど、セル電流Icell(FC電流Ifc)が大きくなる。このため、第1モードでは、目標FC電力Pfctgtに応じて目標FC電流Ifctgtを算出し、さらに目標FC電流Ifctgtに対応する目標FC電圧Vfctgtを算出する。そして、FC電圧Vfcが目標FC電圧Vfctgtとなるように、ECU24は、DC/DCコンバータ22を制御する。すなわち、2次電圧V2が目標FC電圧Vfctgtとなるように1次電圧V1をDC/DCコンバータ22により昇圧することで、FC電圧Vfcを制御してFC電流Ifcを制御する。   That is, as shown in FIG. 10, in the first mode, the current-voltage characteristic (IV characteristic) of the FC 40 is normal (represented by a solid line in FIG. 10). As in the case of a normal fuel cell, in the IV characteristics of FC40, the cell current Icell (FC current Ifc) increases as the cell voltage Vcell (FC voltage Vfc) decreases. Therefore, in the first mode, the target FC current Ifctgt is calculated according to the target FC power Pfctgt, and the target FC voltage Vfctgt corresponding to the target FC current Ifctgt is calculated. Then, the ECU 24 controls the DC / DC converter 22 so that the FC voltage Vfc becomes the target FC voltage Vfctgt. That is, the primary voltage V1 is boosted by the DC / DC converter 22 so that the secondary voltage V2 becomes the target FC voltage Vfctgt, thereby controlling the FC voltage Vfc and controlling the FC current Ifc.

なお、酸素が豊潤な状態にあるとは、例えば、図13に示すように、カソードストイキ比を上昇させても、セル電流Icellが略一定となり、実質的に飽和した状態となる通常ストイキ比以上の領域における酸素を意味する。水素が豊潤であるという場合も、同様である。なお、カソードストイキ比とは、カソード流路74に供給するエアの流量/FC40の発電により消費されたエアの流量であり、カソード流路74における酸素濃度Coに近似する。また、カソードストイキ比の調整は、例えば、酸素濃度Coの制御により行う。   For example, as shown in FIG. 13, when the cathode stoichiometric ratio is increased, the cell current Icell becomes substantially constant and is substantially higher than the normal stoichiometric ratio where the cell is substantially saturated. Means oxygen in the region. The same applies when hydrogen is rich. The cathode stoichiometric ratio is the flow rate of air supplied to the cathode channel 74 / the flow rate of air consumed by the power generation of the FC 40, and approximates the oxygen concentration Co in the cathode channel 74. The cathode stoichiometric ratio is adjusted by controlling the oxygen concentration Co, for example.

以上のような第1モードによれば、車両10又はFC40が高負荷であっても、基本的に目標FC電力Pfctgt(又はシステム負荷Psys)の全てをFC電力Pfcによりまかなうことが可能となる。   According to the first mode as described above, even if the vehicle 10 or the FC 40 has a high load, basically all of the target FC power Pfctgt (or system load Psys) can be covered by the FC power Pfc.

(2−3−5.第2モードの全体)
上記のように、第2モードは、主として、車両10又はFC40が相対的に低負荷のときに用いられるものであり、目標FC電流Ifctgtを固定した状態で、目標セル電圧Vcelltgt(=目標FC電圧Vfctgt/セル数)を、酸化還元領域R3よりも低い電位以下で設定された基準電位{本実施形態では、電位v2(=0.8V)}以下の範囲内で可変とすると共に、目標酸素濃度Cotgtを可変とすることにより、FC電力Pfcを可変とする。
(2-3-5. Overall second mode)
As described above, the second mode is mainly used when the vehicle 10 or the FC 40 has a relatively low load, and the target cell voltage Vcelltgt (= target FC voltage) with the target FC current Ifctgt fixed. Vfctgt / number of cells) is variable within the range of the reference potential {potential v2 (= 0.8 V)} in the present embodiment, which is set below the potential lower than the oxidation-reduction region R3, and the target oxygen concentration By making Cotgt variable, the FC power Pfc is made variable.

すなわち、図10に示すように、第2モードでは、セル電流Icell(FC電流Ifc)を一定に保った状態で、セル電圧Vcell(FC電圧Vfc)を下げると共に目標酸素濃度Cotgtを下げていくことで酸素濃度Coを下げる。   That is, as shown in FIG. 10, in the second mode, the cell voltage Vcell (FC voltage Vfc) is lowered and the target oxygen concentration Cotgt is lowered while the cell current Icell (FC current Ifc) is kept constant. To lower the oxygen concentration Co.

図14Aは、第2モードにおけるFC電流IfcとFC電圧Vfcの関係を示す図であり、図14Bは、第2モードにおけるFC電流IfcとFC電力Pfcの関係を示す図である。   FIG. 14A is a diagram illustrating a relationship between the FC current Ifc and the FC voltage Vfc in the second mode, and FIG. 14B is a diagram illustrating a relationship between the FC current Ifc and the FC power Pfc in the second mode.

図14A及び図14Bにおいて、実線は、酸素濃度Coが通常であるときの電流−電圧(IV)特性であり、破線は、酸素濃度Coを通常よりも50%減少させたときのIV特性であり、一点鎖線は、酸素濃度Coを通常よりも75%減少させたときのIV特性であり、二点鎖線は、酸素濃度Coを通常よりも90%減少させたときのIV特性である。   14A and 14B, the solid line is the current-voltage (IV) characteristic when the oxygen concentration Co is normal, and the broken line is the IV characteristic when the oxygen concentration Co is decreased by 50% from the normal value. The alternate long and short dash line is the IV characteristic when the oxygen concentration Co is decreased by 75% from the normal value, and the double dotted line is the IV characteristic when the oxygen concentration Co is decreased by 90% from the normal value.

図14Aに示すように、酸素濃度Coを下げつつFC電圧Vfcを下げれば、FC電流Ifcを一定にすることが可能である。すなわち、図13に示すように、カソードストイキ比(酸素濃度Co)が低下するとセル電流Icell(FC電流Ifc)も低下するが、本実施形態では、酸素濃度Coを下げる際にFC電圧Vfcをも下げる。図14Aに示すように、酸素濃度Coが一定であれば、FC電圧Vfcを下げるとFC電流Ifcは増加する。このため、酸素濃度Coを低下させることによるFC電流Ifcの減少分を、FC電圧Vfcを低下させることによるFC電流Ifcの増加分で相殺させることにより、FC電流Ifcを一定に保つことができる。なお、FC電力Pfcの不足分は、バッテリ20からアシストする。   As shown in FIG. 14A, the FC current Ifc can be made constant by decreasing the FC voltage Vfc while decreasing the oxygen concentration Co. That is, as shown in FIG. 13, when the cathode stoichiometric ratio (oxygen concentration Co) decreases, the cell current Icell (FC current Ifc) also decreases. However, in this embodiment, when the oxygen concentration Co is decreased, the FC voltage Vfc is also decreased. Lower. As shown in FIG. 14A, if the oxygen concentration Co is constant, the FC current Ifc increases when the FC voltage Vfc is lowered. Therefore, the FC current Ifc can be kept constant by offsetting the decrease in the FC current Ifc due to the decrease in the oxygen concentration Co with the increase in the FC current Ifc due to the decrease in the FC voltage Vfc. Note that the shortage of the FC power Pfc is assisted from the battery 20.

また、FC電力PfcをFC電圧VfcとFC電流Ifcの積とする場合、FC電流Ifcを一定としつつ、FC電圧Vfcを可変とすれば、FC電力Pfcを可変とすることができる。   When the FC power Pfc is the product of the FC voltage Vfc and the FC current Ifc, the FC power Pfc can be made variable by making the FC voltage Vfc variable while keeping the FC current Ifc constant.

図15には、第2モードのフローチャートが示されている。ステップS31において、ECU24は、目標FC電流Ifctgtを固定する。本実施形態では、セル電圧Vcellが電位v2(=0.8V)であり(換言すると、FC電圧Vfcが電位v2×セル数であり)且つ酸素濃度Coが通常であるときにおけるFC電流Ifc(図10参照)を目標FC電流Ifctgtに設定する。目標FC電流Ifctgtは、その他の値に設定してもよい。   FIG. 15 shows a flowchart of the second mode. In step S31, the ECU 24 fixes the target FC current Ifctgt. In the present embodiment, the FC current Ifc when the cell voltage Vcell is the potential v2 (= 0.8 V) (in other words, the FC voltage Vfc is the potential v2 × the number of cells) and the oxygen concentration Co is normal (FIG. 10) is set to the target FC current Ifctgt. The target FC current Ifctgt may be set to other values.

ステップS32において、ECU24は、目標FC電力Pfctgtに対応する目標FC電圧Vfctgtを算出する。上記のように、FC電力PfcをFC電圧VfcとFC電流Ifcの積とする場合、FC電流Ifcが決まれば、FC電圧Vfcも決めることができる。すなわち、目標FC電圧Vfctgtは、目標FC電力Pfctgtを目標FC電流Ifctgtで割った商とすることが可能である(Vfctgt←Pfctgt/Ifctgt)。   In step S32, the ECU 24 calculates a target FC voltage Vfctgt corresponding to the target FC power Pfctgt. As described above, when the FC power Pfc is the product of the FC voltage Vfc and the FC current Ifc, if the FC current Ifc is determined, the FC voltage Vfc can also be determined. That is, the target FC voltage Vfctgt can be a quotient obtained by dividing the target FC power Pfctgt by the target FC current Ifctgt (Vfctgt ← Pfctgt / Ifctgt).

但し、FC電圧Vfcの変化が大きい場合、FC40の劣化量が大きくなってしまう。そこで、目標FC電圧Vfctgtの単位時間当たりの変化量(以下「電圧変化量ΔVfctgt」という。)に制限(以下「レートリミット制御」という。)を設けることができる。レートリミット制御では、例えば、1回の演算周期における電圧変化量ΔVfctgtの許容値を設定し、電圧変化量ΔVfctgtが許容値を超える場合、当該許容値までの変化しか認めない。   However, when the change in the FC voltage Vfc is large, the deterioration amount of the FC 40 becomes large. Therefore, a limit (hereinafter referred to as “rate limit control”) can be provided for the amount of change per unit time of the target FC voltage Vfctgt (hereinafter referred to as “voltage change amount ΔVfctgt”). In the rate limit control, for example, an allowable value of the voltage change amount ΔVfctgt in one calculation cycle is set, and when the voltage change amount ΔVfctgt exceeds the allowable value, only a change up to the allowable value is recognized.

ステップS33において、ECU24は、目標FC電圧Vfctgtに対応する目標酸素濃度Cotgtを算出する(図14A、図14B及び図16参照)。なお、図16は、目標FC電圧Vfctgtと目標酸素濃度Cotgtとの関係を示す。   In step S33, the ECU 24 calculates a target oxygen concentration Cotgt corresponding to the target FC voltage Vfctgt (see FIGS. 14A, 14B, and 16). FIG. 16 shows the relationship between the target FC voltage Vfctgt and the target oxygen concentration Cotgt.

ステップS34において、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtに応じて各部への指令値を算出及び送信する。ここで算出される指令値には、エアポンプ60の回転数(以下「エアポンプ回転数Nap」又は「回転数Nap」という。)、ウォータポンプ80の回転数(以下「ウォータポンプ回転数Nwp」又は「回転数Nwp」という。)、背圧弁64の開度(以下「背圧弁開度θbp」又は「開度θbp」という。)及び循環弁66の開度(以下「循環弁開度θc」又は「開度θc」という。)が含まれる。   In step S34, the ECU 24 calculates and transmits a command value to each unit in accordance with the target oxygen concentration Cotgt. The command value calculated here includes the rotational speed of the air pump 60 (hereinafter referred to as “air pump rotational speed Nap” or “rotational speed Nap”), and the rotational speed of the water pump 80 (hereinafter referred to as “water pump rotational speed Nwp” or “ ), The opening of the back pressure valve 64 (hereinafter referred to as “back pressure valve opening θbp” or “opening θbp”), and the opening of the circulation valve 66 (hereinafter referred to as “circulation valve opening θc” or “ "Opening angle θc").

すなわち、図17及び図18に示すように、目標酸素濃度Cotgt(又は目標FC電圧Vfctgt)に応じて目標エアポンプ回転数Naptgt、目標ウォータポンプ回転数Nwptgt及び目標背圧弁開度θbptgtが設定される。また、循環弁66の目標開度θctgtは、初期値(例えば、循環ガスがゼロとなる開度)に設定される。なお、後述するように、目標エアポンプ回転数Naptgtは、目標酸素濃度Cotgt(又は目標FC電圧Vfctgt)にかかわらず一定とし、循環弁66の目標開度θctgtを調整することで酸素濃度Coを可変とすることもできる。   That is, as shown in FIGS. 17 and 18, the target air pump rotation speed Naptgt, the target water pump rotation speed Nwptgt, and the target back pressure valve opening degree θbptgt are set according to the target oxygen concentration Cotgt (or the target FC voltage Vfctgt). Moreover, the target opening degree θctgt of the circulation valve 66 is set to an initial value (for example, an opening degree at which the circulating gas becomes zero). As will be described later, the target air pump speed Naptgt is constant regardless of the target oxygen concentration Cotgt (or the target FC voltage Vfctgt), and the oxygen concentration Co can be varied by adjusting the target opening degree θctgt of the circulation valve 66. You can also

ステップS35において、ECU24は、FC40による発電が安定しているか否かを判定する。当該判定として、ECU24は、セル電圧モニタ42から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合{最低セル電圧<(平均セル電圧−所定電圧)}、FC40の発電が不安定であると判定する。なお、前記所定電圧は、例えば、実験値、シミュレーション値等を用いることができる。   In step S35, the ECU 24 determines whether power generation by the FC 40 is stable. As the determination, when the lowest cell voltage input from the cell voltage monitor 42 is lower than the voltage obtained by subtracting the predetermined voltage from the average cell voltage {lowest cell voltage <(average cell voltage−predetermined voltage)}, the FC 40 Is determined to be unstable. As the predetermined voltage, for example, an experimental value, a simulation value, or the like can be used.

発電が安定している場合(S35:YES)、今回の処理を終える。発電が安定していない場合(S35:NO)、ステップS36において、ECU24は、流量センサ70を介して循環ガスの流量Qc[g/s]を監視しながら、循環弁66の開度θcを大きくし、流量Qcを一段階増加する(図19参照)。なお、図19では、循環弁66を全開とした場合、流量Qcが4段階目の増加となり、最大流量となる場合を例示している。   When the power generation is stable (S35: YES), the current process is finished. When the power generation is not stable (S35: NO), in step S36, the ECU 24 increases the opening degree θc of the circulation valve 66 while monitoring the flow rate Qc [g / s] of the circulation gas via the flow rate sensor 70. Then, the flow rate Qc is increased by one step (see FIG. 19). FIG. 19 illustrates the case where the flow rate Qc is increased in the fourth stage and the maximum flow rate is obtained when the circulation valve 66 is fully opened.

但し、循環弁66の開度θcが増加すると、エアポンプ60に吸気される吸気ガスにおいて、循環ガスの割合が増加する。すなわち、吸気ガスについて、新規空気(車外から吸気される空気)と、循環ガスとの割合において、循環ガスの割合が増加するように変化する。従って、全単セルへの酸素の分配能力が向上する。ここで、循環ガス(カソードオフガス)の酸素濃度Coは、新規空気の酸素濃度Coに対して低い。このため、循環弁66の開度θcの制御前後において、エアポンプ60の回転数Nap及び背圧弁64の開度θbpが同一である場合、カソード流路74を通流するガスの酸素濃度Coが低下することになる。   However, when the opening degree θc of the circulation valve 66 increases, the ratio of the circulation gas in the intake gas sucked into the air pump 60 increases. That is, the intake gas changes such that the ratio of the circulating gas increases in the ratio of new air (air taken from outside the vehicle) and the circulating gas. Therefore, the ability to distribute oxygen to all single cells is improved. Here, the oxygen concentration Co of the circulating gas (cathode off gas) is lower than the oxygen concentration Co of the new air. Therefore, before and after the control of the opening degree θc of the circulation valve 66, the oxygen concentration Co of the gas flowing through the cathode channel 74 decreases when the rotation speed Nap of the air pump 60 and the opening degree θbp of the back pressure valve 64 are the same. Will do.

そこで、ステップS36では、ステップS33で算出した目標酸素濃度Cotgtが維持されるように、循環ガスの流量Qcの増加に連動して、エアポンプ60の回転数Napの増加及び背圧弁64の開度θbpの減少の少なくとも一方を実行することが好ましい。   Therefore, in step S36, the increase in the rotational speed Nap of the air pump 60 and the opening degree θbp of the back pressure valve 64 are interlocked with the increase in the circulation gas flow rate Qc so that the target oxygen concentration Cotgt calculated in step S33 is maintained. Preferably, at least one of the reductions is performed.

例えば、循環ガスの流量Qcを増加した場合、エアポンプ60の回転数Napを増加させ、新規空気の流量を増加することが好ましい。そして、このようにすれば、カソード流路74に向かうガス(新規空気と循環ガスとの混合ガス)全体の流量が増加するので、全単セルへの酸素の分配能力がさらに向上し、FC40の発電性能が回復し易くなる。   For example, when the flow rate Qc of the circulating gas is increased, it is preferable to increase the rotational speed Nap of the air pump 60 and increase the flow rate of new air. In this way, the flow rate of the entire gas (mixed gas of new air and circulating gas) toward the cathode flow path 74 increases, so that the ability to distribute oxygen to all single cells is further improved, and the FC 40 The power generation performance is easily recovered.

このようにして、目標酸素濃度Cotgtを維持しつつ、循環ガスを新規空気に合流させるので、カソード流路74を通流するガスの体積流量[L/s]が増加する。これにより、目標酸素濃度Cotgtが維持されつつ体積流量の増加したガスが、FC40内で複雑に形成されたカソード流路74全体に行き渡り易くなる。したがって、各単セルに前記ガスが同様に供給され易くなり、FC40の発電の不安定が解消され易くなる。また、MEA(膜電極接合体)の表面やカソード流路74を囲む壁面に付着する水滴(凝縮水等)も除去され易くなる。   Thus, since the circulating gas is merged with the new air while maintaining the target oxygen concentration Cotgt, the volume flow rate [L / s] of the gas flowing through the cathode channel 74 is increased. As a result, the gas whose volume flow rate has increased while the target oxygen concentration Cotgt is maintained can easily reach the entire cathode channel 74 formed in a complex manner in the FC 40. Accordingly, the gas is easily supplied to each single cell as well, and the unstable power generation of the FC 40 is easily resolved. In addition, water droplets (condensed water, etc.) adhering to the surface of the MEA (membrane electrode assembly) and the wall surface surrounding the cathode channel 74 are easily removed.

ステップS37において、ECU24は、流量センサ70を介して検出される循環ガスの流量Qcが上限値以上であるか否か判定する。判定基準となる上限値は、循環弁66の開度θcが全開となる値に設定される。   In step S <b> 37, the ECU 24 determines whether or not the circulation gas flow rate Qc detected via the flow rate sensor 70 is equal to or higher than the upper limit value. The upper limit value serving as the determination criterion is set to a value at which the opening degree θc of the circulation valve 66 is fully opened.

この場合において、循環弁開度θcが同一であっても、エアポンプ60の回転数Napが増加すると、流量センサ70で検出される循環ガスの流量Qcが増加するので、前記上限値は、エアポンプ回転数Napに関連付けて、つまり、エアポンプ60の回転数Napが大きくなると、前記上限値が大きくなるように設定されることが好ましい。   In this case, even if the circulation valve opening degree θc is the same, if the rotation speed Nap of the air pump 60 increases, the flow rate Qc of the circulating gas detected by the flow sensor 70 increases. In association with the number Nap, that is, when the rotation speed Nap of the air pump 60 is increased, the upper limit value is preferably set to be increased.

循環ガスの流量Qcが上限値以上でないと判定した場合(S37:NO)、ステップS35に戻る。循環ガスの流量Qcが上限値以上であると判定した場合(S37:YES)、ステップS38に進む。   When it is determined that the flow rate Qc of the circulating gas is not equal to or higher than the upper limit (S37: NO), the process returns to step S35. When it is determined that the flow rate Qc of the circulating gas is equal to or higher than the upper limit value (S37: YES), the process proceeds to step S38.

ここで、ステップS36、S37では、流量センサ70が直接検出する循環ガスの流量Qcに基づいて処理を実行したが、循環弁開度θcに基づいて処理を実行してもよい。すなわち、ステップS36において、循環弁開度θcを開方向に一段階(例えば30°)にて増加する構成とし、ステップS37において、循環弁66が全開である場合(S37:YES)、ステップS38に進む構成としてもよい。   Here, in steps S36 and S37, the process is executed based on the circulation gas flow rate Qc directly detected by the flow sensor 70, but the process may be executed based on the circulation valve opening θc. That is, in step S36, the circulation valve opening degree θc is increased in one step (for example, 30 °) in the opening direction. If the circulation valve 66 is fully open in step S37 (S37: YES), the process proceeds to step S38. It is good also as a structure to advance.

また、この場合において、循環弁66の開度θcと、循環ガスの温度と、図20のマップとに基づいて、循環ガスの流量Qc[g/s]を算出することもできる。図20に示すように、循環ガスの温度が高くなるにつれて、その密度が小さくなるので、流量Qc[g/s]が小さくなる関係となっている。   In this case, the circulation gas flow rate Qc [g / s] can also be calculated based on the degree of opening θc of the circulation valve 66, the temperature of the circulation gas, and the map of FIG. As shown in FIG. 20, the density decreases as the temperature of the circulating gas increases, so that the flow rate Qc [g / s] decreases.

ステップS38において、ECU24は、ステップS35と同様に、発電が安定しているか否かを判定する。発電が安定している場合(S38:YES)、今回の処理を終える。発電が安定していない場合(S38:NO)、ステップS39において、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtを1段増加させる(通常の濃度に近づける)。具体的には、エアポンプ60の回転数Napの増加及び背圧弁64の開度θbpの減少の少なくとも一方を1段階行う。   In step S38, the ECU 24 determines whether or not power generation is stable, as in step S35. If the power generation is stable (S38: YES), the current process is terminated. When the power generation is not stable (S38: NO), in step S39, the ECU 24 increases the target oxygen concentration Cotgt by one step (approaches the normal concentration). Specifically, at least one of increasing the rotation speed Nap of the air pump 60 and decreasing the opening θbp of the back pressure valve 64 is performed in one step.

ステップS40において、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtが通常のIV特性における目標酸素濃度Cotgt(通常酸素濃度Conml)以下であるか否かを判定する。目標酸素濃度Cotgtが通常酸素濃度Conml以下である場合(S40:YES)、ステップS38に戻る。目標酸素濃度Cotgtが通常酸素濃度Conml以下でない場合(S40:NO)、ステップS41において、ECU24は、FCユニット18を停止する。すなわち、ECU24は、FC40への水素及び空気の供給を停止し、FC40の発電を停止する。そして、ECU24は、図示しない警告ランプを点灯させ、運転者にFC40が異常であることを通知する。なお、ECU24は、バッテリ20からモータ14に電力を供給し、FC車両10の走行は継続させる。   In step S40, the ECU 24 determines whether or not the target oxygen concentration Cotgt is less than or equal to the target oxygen concentration Cogt (normal oxygen concentration Conml) in the normal IV characteristics. When the target oxygen concentration Cotgt is less than or equal to the normal oxygen concentration Conml (S40: YES), the process returns to step S38. When the target oxygen concentration Cotgt is not equal to or lower than the normal oxygen concentration Conml (S40: NO), the ECU 24 stops the FC unit 18 in step S41. That is, the ECU 24 stops the supply of hydrogen and air to the FC 40 and stops the power generation of the FC 40. Then, the ECU 24 turns on a warning lamp (not shown) to notify the driver that the FC 40 is abnormal. Note that the ECU 24 supplies electric power from the battery 20 to the motor 14 and continues running of the FC vehicle 10.

以上のような第2モードによれば、車両10又はFC40が低負荷である場合に、FC電流Ifc(目標FC電流Ifctgt)を一定にした状態で、FC電圧Vfc及び酸素濃度Co(カソードストイキ比)を調整することにより、基本的に目標FC電力Pfctgt(又はシステム負荷Psys)の全てをFC電力Pfcによりまかなうことが可能となる。   According to the second mode as described above, when the vehicle 10 or the FC 40 has a low load, the FC voltage Ifc (target FC current Ifctgt) is kept constant, the FC voltage Vfc and the oxygen concentration Co (cathode stoichiometric ratio). ) Is basically able to cover all of the target FC power Pfctgt (or system load Psys) with the FC power Pfc.

[2−4.FC発電制御]
上記のように、FC発電制御(図5のS4)として、ECU24は、FCスタック40の周辺機器、すなわち、エアポンプ60、背圧弁64、循環弁66及びウォータポンプ80を制御する。具体的には、ECU24は、エネルギマネジメント(図5のS3)で算出したこれらの機器の指令値(例えば、図15のS34)を用いてこれらの機器を制御する。
[2-4. FC power generation control]
As described above, as the FC power generation control (S4 in FIG. 5), the ECU 24 controls peripheral devices of the FC stack 40, that is, the air pump 60, the back pressure valve 64, the circulation valve 66, and the water pump 80. Specifically, the ECU 24 controls these devices using a command value (for example, S34 in FIG. 15) of these devices calculated by energy management (S3 in FIG. 5).

[2−5.モータ14のトルク制御]
図21には、モータ14のトルク制御(図5のS5)のフローチャートが示されている。ステップS51において、ECU24は、回転数センサ152からモータ回転数Nmを読み込む。ステップS52において、ECU24は、開度センサ150からアクセルペダル154の開度θpを読み込む。
[2-5. Torque control of motor 14]
FIG. 21 shows a flowchart of torque control of the motor 14 (S5 in FIG. 5). In step S51, the ECU 24 reads the motor rotational speed Nm from the rotational speed sensor 152. In step S52, the ECU 24 reads the opening degree θp of the accelerator pedal 154 from the opening degree sensor 150.

ステップS53において、ECU24は、モータ回転数Nmと開度θpに基づいてモータ14の仮目標トルクTtgt_p[N・m]を算出する。具体的には、図示しない記憶手段に回転数Nmと開度θpと仮目標トルクTtgt_pを関連付けたマップを記憶しておき、当該マップと、回転数Nm及び開度θpとに基づいて仮目標トルクTtgt_pを算出する。   In step S53, the ECU 24 calculates a temporary target torque Ttgt_p [N · m] of the motor 14 based on the motor rotational speed Nm and the opening degree θp. Specifically, a map that associates the rotational speed Nm, the opening degree θp, and the temporary target torque Ttgt_p is stored in a storage unit (not shown), and the temporary target torque is based on the map, the rotational speed Nm, and the opening degree θp. Ttgt_p is calculated.

ステップS54において、ECU24は、FCシステム12からモータ14に供給可能な電力の限界値(限界供給電力Ps_lim)[W]に等しいモータ14の限界出力(モータ限界出力Pm_lim)[W]を算出する。具体的には、限界供給電力Ps_lim及びモータ限界出力Pm_limは、FCスタック40からのFC電力Pfcとバッテリ20から供給可能な電力の限界値(限界出力Pbat_lim)[W]との和から補機の消費電力Paを引いたものである(Pm_lim=Ps_lim←Pfc+Pbat_lim−Pa)。   In step S54, the ECU 24 calculates a limit output (motor limit output Pm_lim) [W] of the motor 14 equal to a limit value (limit supply power Ps_lim) [W] of power that can be supplied from the FC system 12 to the motor 14. Specifically, the limit supply power Ps_lim and the motor limit output Pm_lim are calculated from the sum of the FC power Pfc from the FC stack 40 and the limit value of the power that can be supplied from the battery 20 (limit output Pbat_lim) [W]. The power consumption Pa is subtracted (Pm_lim = Ps_lim ← Pfc + Pbat_lim−Pa).

ステップS55において、ECU24は、モータ14のトルク制限値Tlim[N・m]を算出する。具体的には、モータ限界出力Pm_limを車速Vで除したものをトルク制限値Tlimとする(Tlim←Pm_lim/V)。   In step S55, the ECU 24 calculates a torque limit value Tlim [N · m] of the motor 14. More specifically, the torque limit value Tlim is obtained by dividing the motor limit output Pm_lim by the vehicle speed V (Tlim ← Pm_lim / V).

一方、ステップS54において、ECU24は、モータ14が回生中であると判定した場合には、限界供給回生電力Ps_reglimを算出する。限界供給回生電力Ps_reglimは、バッテリ20に充電可能な電力の限界値(限界充電Pbat_chglim)とFCスタック40からのFC電力Pfcとの和から補機の消費電力Paを引いたものである(Ps_reglim=Pbat_chglim+Pfc−Pa)。回生中である場合、ステップS55において、ECU24は、モータ14の回生トルク制限値Treglim[N・m]を算出する。具体的には、限界供給回生電力Ps_reglimを車速Vsで除したものをトルク制限値Tlimとする(Tlim←Ps_reglim/Vs)。   On the other hand, if it is determined in step S54 that the motor 14 is regenerating, the ECU 24 calculates the limit supply regenerative power Ps_reglim. The limit supply regenerative power Ps_reglim is obtained by subtracting the power consumption Pa of the auxiliary machine from the sum of the limit value of power that can be charged to the battery 20 (limit charge Pbat_chglim) and the FC power Pfc from the FC stack 40 (Ps_reglim = Pbat_chglim + Pfc−Pa). If regeneration is in progress, the ECU 24 calculates the regenerative torque limit value Treglim [N · m] of the motor 14 in step S55. Specifically, a value obtained by dividing the limit supply regenerative power Ps_reglim by the vehicle speed Vs is set as a torque limit value Tlim (Tlim ← Ps_reglim / Vs).

ステップS56において、ECU24は、目標トルクTtgt[N・m]を算出する。具体的には、ECU24は、仮目標トルクTtgt_pに対してトルク制限値Tlimによる制限を加えたものを目標トルクTtgtとする。例えば、仮目標トルクTtgt_pがトルク制限値Tlim以下である場合(Ttgt_p≦Tlim)、仮目標トルクTtgt_pをそのまま目標トルクTtgtとする(Ttgt←Ttgt_p)。一方、仮目標トルクTtgt_pがトルク制限値Tlimを超える場合(Ttgt_p>Tlim)、トルク制限値Tlimを目標トルクTtgtとする(Ttgt←Tlim)。   In step S56, the ECU 24 calculates a target torque Ttgt [N · m]. Specifically, the ECU 24 sets the provisional target torque Ttgt_p, which is limited by the torque limit value Tlim, as the target torque Ttgt. For example, when the temporary target torque Ttgt_p is equal to or less than the torque limit value Tlim (Ttgt_p ≦ Tlim), the temporary target torque Ttgt_p is set as the target torque Ttgt as it is (Ttgt ← Ttgt_p). On the other hand, when the temporary target torque Ttgt_p exceeds the torque limit value Tlim (Ttgt_p> Tlim), the torque limit value Tlim is set as the target torque Ttgt (Ttgt ← Tlim).

そして、算出した目標トルクTtgtを用いてモータ14を制御する。   Then, the motor 14 is controlled using the calculated target torque Ttgt.

3.比較例との比較
図22Aは、本実施形態に係る制御(第2モード)及び比較例に係る制御におけるFC電流IfcとFC電圧Vfcの関係を示す図であり、図22Bは、本実施形態に係る制御(第2モード)及び比較例に係る制御におけるFC電流IfcとFC電力Pfcの関係を示す図である。ここでの比較例は、第2モードは用いずに、第1モードのみを用いる。図22A及び図22Bにおける白抜きの矢印は本実施形態に係るものであり、黒矢印が比較例に係るものである。また、図22Aにおいて、地点A1は、開始地点であり、地点A2は、比較例における移動後の地点であり、地点A3は、本実施形態における移動後の地点である。同様に、図22Bにおいて、地点B1は、開始地点であり、地点B2は、比較例における移動後の地点であり、地点B3は、本実施形態における移動後の地点である。
3. Comparison with Comparative Example FIG. 22A is a diagram illustrating a relationship between the FC current Ifc and the FC voltage Vfc in the control according to the present embodiment (second mode) and the control according to the comparative example, and FIG. It is a figure which shows the relationship between FC electric current Ifc and FC electric power Pfc in the control (2nd mode) which concerns, and the control which concerns on a comparative example. The comparative example here uses only the first mode without using the second mode. In FIG. 22A and FIG. 22B, the white arrow is related to the present embodiment, and the black arrow is related to the comparative example. In FIG. 22A, point A1 is a start point, point A2 is a point after movement in the comparative example, and point A3 is a point after movement in the present embodiment. Similarly, in FIG. 22B, a point B1 is a start point, a point B2 is a point after movement in the comparative example, and a point B3 is a point after movement in the present embodiment.

図22A及び図22Bからわかるように、比較例では、通常の酸素濃度CoのIV特性を用いてFC電圧Vfc及びFC電流Ifcが決定される。このため、比較例では、FC電圧Vfc及びFC電流Ifcの両方が可変となる。そして、FC電圧Vfcは、酸化還元進行領域R3内の値をも取ることとなる。これに対し、本実施形態では、FC電流Ifcを一定としつつ、FC電圧Vfc及び酸素濃度Coが決定される。このため、本実施形態では、FC電圧Vfcは、酸化還元進行領域R3内の値を取ることを避けることが可能となる。   As can be seen from FIGS. 22A and 22B, in the comparative example, the FC voltage Vfc and the FC current Ifc are determined using the IV characteristics of the normal oxygen concentration Co. For this reason, in the comparative example, both the FC voltage Vfc and the FC current Ifc are variable. And FC voltage Vfc will also take the value in oxidation reduction progress area | region R3. In contrast, in the present embodiment, the FC voltage Vfc and the oxygen concentration Co are determined while keeping the FC current Ifc constant. For this reason, in this embodiment, it is possible to avoid the FC voltage Vfc taking a value in the oxidation-reduction progress region R3.

4.本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、FC40の劣化を防止しつつ、FC40の出力制御を柔軟に行うことが可能となる。
4). Advantages of the present embodiment As described above, according to the present embodiment, the output control of the FC 40 can be flexibly performed while the deterioration of the FC 40 is prevented.

すなわち、第2モードが選択されている場合、目標FC電力Pfctgtの増加時及び減少時のいずれにおいても、FC電圧Vfcを酸化還元領域R3外で変化させる。このため、FC電圧Vfcが領域R3内となることによる劣化を防止することができる。また、第2モードが選択されている場合、目標FC電力Pfctgtの増加時及び減少時のいずれにおいても、FC電流Ifc(目標FC電流Ifctgt)を固定した状態で、FC電圧Vfcと酸素濃度Coを変化させる。これにより、車両10又はFC40が低出力である場合でも、FC電圧Vfcを変化させることが可能になるため、FC電圧Vfcを領域R3近傍に固定する場合と比べて、FC電圧Vfcが領域R3から遠ざかる程度及び頻度を上げることが可能となる。従って、FC40の劣化を好適に抑制することが可能となる。また、FC電流Ifc(目標FC電流Ifctgt)を固定した状態でFC電力Pfcを変化させるため、モータ14等の負荷に供給する電流を一定にしつつ負荷の大きさを変化させたい場合に好適に用いることができる。   That is, when the second mode is selected, the FC voltage Vfc is changed outside the redox region R3 when the target FC power Pfctgt is both increased and decreased. For this reason, it is possible to prevent deterioration due to the FC voltage Vfc being in the region R3. In addition, when the second mode is selected, the FC voltage Vfc and the oxygen concentration Co are set with the FC current Ifc (target FC current Ifctgt) being fixed, regardless of whether the target FC power Pfctgt is increasing or decreasing. Change. As a result, even when the vehicle 10 or the FC 40 has a low output, the FC voltage Vfc can be changed. Therefore, compared with the case where the FC voltage Vfc is fixed in the vicinity of the region R3, the FC voltage Vfc is changed from the region R3. It is possible to increase the degree and frequency of moving away. Therefore, it becomes possible to suppress deterioration of FC40 suitably. Further, since the FC power Pfc is changed in a state where the FC current Ifc (target FC current Ifctgt) is fixed, it is suitably used when it is desired to change the magnitude of the load while keeping the current supplied to the load such as the motor 14 constant. be able to.

本実施形態では、目標FC電圧Vfcを演算する際にレートリミット制御を行う。FC電圧Vfcを急激に変化させると、FC40が劣化することがあるが、上記構成によれば、FC電圧Vfcの急激な変動を抑制することができるため、FC40の劣化を抑制することが可能となる。   In this embodiment, rate limit control is performed when calculating the target FC voltage Vfc. When the FC voltage Vfc is suddenly changed, the FC 40 may be deteriorated. However, according to the above configuration, it is possible to suppress the rapid fluctuation of the FC voltage Vfc, and thus it is possible to suppress the deterioration of the FC 40. Become.

5.変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
5. Modifications It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification. For example, the following configuration can be adopted.

[5−1.搭載対象]
上記実施形態では、FCシステム12をFC車両10に搭載したが、これに限らず、FCシステム12を搭載可能なものであれば、別の対象に搭載してもよい。例えば、FCシステム12を船舶等の移動体、ロボット、製造装置、家庭用電力システム、家庭用電化製品等に用いることもできる。
[5-1. Installation target]
In the above-described embodiment, the FC system 12 is mounted on the FC vehicle 10. However, the present invention is not limited to this, and the FC system 12 may be mounted on another target as long as the FC system 12 can be mounted. For example, the FC system 12 can be used for a moving body such as a ship, a robot, a manufacturing apparatus, a home power system, a home appliance, and the like.

[5−2.FCシステム12の構成]
上記実施形態では、FC40と高電圧バッテリ20を並列に配置し、バッテリ20の手前にDC/DCコンバータ22を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、図23に示すように、FC40とバッテリ20を並列に配置し、昇圧式、降圧式又は昇降圧式のDC/DCコンバータ22をFC40の手前に配置する構成であってもよい。或いは、図24に示すように、FC40とバッテリ20を並列に配置し、FC40の手前に昇圧式、降圧式又は昇降圧式のDC/DCコンバータ22aを、バッテリ20の手前にDC/DCコンバータ22を配置する構成であってもよい。或いは、図25に示すように、FC40とバッテリ20を直列に配置し、バッテリ20とモータ14の間にDC/DCコンバータ22を配置する構成であってもよい。
[5-2. Configuration of FC system 12]
In the above embodiment, the FC 40 and the high voltage battery 20 are arranged in parallel, and the DC / DC converter 22 is arranged in front of the battery 20, but this is not restrictive. For example, as shown in FIG. 23, the FC 40 and the battery 20 may be arranged in parallel, and the step-up, step-down or step-up / step-down DC / DC converter 22 may be arranged in front of the FC 40. Alternatively, as shown in FIG. 24, the FC 40 and the battery 20 are arranged in parallel, and the DC / DC converter 22a of the step-up, step-down or step-up / step-down type is placed in front of the FC 40, and the DC / DC converter 22 is placed in front of the battery 20. The structure to arrange | position may be sufficient. Alternatively, as shown in FIG. 25, the FC 40 and the battery 20 may be arranged in series, and the DC / DC converter 22 may be arranged between the battery 20 and the motor 14.

[5−3.ストイキ比]
上記実施形態では、ストイキ比を調整する手段又は方法として、目標酸素濃度Cotgtを調整するものを用いたが、これに限らず、目標水素濃度を調整することも可能である。また、目標濃度の代わりに、目標流量又は目標濃度と目標流量の両方を用いることもできる。
[5-3. Stoichi ratio]
In the above embodiment, the means or method for adjusting the stoichiometric ratio is one that adjusts the target oxygen concentration Cotgt. However, the present invention is not limited to this, and the target hydrogen concentration can also be adjusted. Further, instead of the target concentration, the target flow rate or both the target concentration and the target flow rate can be used.

上記実施形態では、酸素を含む空気を供給するエアポンプ60を備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、水素を供給する水素ポンプを備える構成としてもよい。   In the said embodiment, although the structure provided with the air pump 60 which supplies the air containing oxygen was illustrated, it is good also as a structure provided with the hydrogen pump which supplies hydrogen instead of or in addition to this.

上記実施形態では、カソードオフガスを新規空気に合流させる合流流路(配管66a、66b)と、循環弁66とを備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、アノード側も同様に構成してもよい。例えば、配管48bに循環弁を設け、この循環弁により、新規水素に合流するアノードオフガスの流量を制御してもよい。   In the above-described embodiment, the configuration including the merging flow path (piping 66a, 66b) for merging the cathode off gas with the new air and the circulation valve 66 is illustrated, but instead of or in addition to this, the anode side is similarly configured. May be. For example, a circulation valve may be provided in the pipe 48b, and the flow rate of the anode off gas that joins the new hydrogen may be controlled by this circulation valve.

[5−4.電力供給モード]
上記実施形態では、電力供給モードとして、第1モード及び第2モードを用いたが、第2モードのみを用いてもよい。或いは、第1モード及び第2モードに加え、その他の電力供給モードを設定してもよい。例えば、特許文献1に記載された第1の運転モード及び第2の運転モードのいずれか一方又は両方を組み合わせることもできる。
[5-4. Power supply mode]
In the said embodiment, although 1st mode and 2nd mode were used as electric power supply mode, you may use only 2nd mode. Alternatively, other power supply modes may be set in addition to the first mode and the second mode. For example, one or both of the first operation mode and the second operation mode described in Patent Document 1 can be combined.

第2モードでは、酸素濃度Coを変化させるために目標エアポンプ回転数Naptgt及び循環弁開度θcを可変としたが(図17及び図20)、FC電流Ifcを固定した状態でFC電圧Vfc(FC電力Pfc)を可変とすることができれば、これに限らない。例えば、目標エアポンプ回転数Naptgtを一定とし、目標循環弁開度θctgtを可変としてもよい。   In the second mode, the target air pump rotational speed Naptgt and the circulation valve opening degree θc are made variable in order to change the oxygen concentration Co (FIGS. 17 and 20), but the FC voltage Vfc (FC If the electric power Pfc) can be made variable, it is not limited to this. For example, the target air pump rotation speed Naptgt may be constant and the target circulation valve opening degree θctgt may be variable.

図26には、目標エアポンプ回転数Naptgtを一定とし、目標循環弁開度θctgtを可変とする第2モード(図15)の変形例に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。すなわち、本変形例では、図11のフローチャートを利用しつつ、図15のステップS34における各部への指令値のうち、目標エアポンプ回転数Naptgtを一定とし、目標循環弁開度θctgtを目標酸素濃度Cotgtに応じて可変とする。また、目標ウォータポンプ回転数Nwptgtは、例えば、図17のような特性により可変とする。目標背圧弁開度θbptgtは、例えば、図18のような特性により可変とする又は目標酸素濃度Cotgtにかかわらず一定とする。   FIG. 26 shows an example of a time chart in the case of using various controls according to the modified example of the second mode (FIG. 15) in which the target air pump rotation speed Naptgt is constant and the target circulation valve opening degree θctgt is variable. ing. That is, in the present modification, the target air pump rotation speed Naptgt is made constant among the command values to each part in step S34 of FIG. 15 while using the flowchart of FIG. 11, and the target circulation valve opening θctgt is set to the target oxygen concentration Cotgt. Variable depending on Further, the target water pump rotational speed Nwptgt is variable depending on characteristics as shown in FIG. 17, for example. For example, the target back pressure valve opening degree θbptgt is made variable according to the characteristics shown in FIG. 18 or constant regardless of the target oxygen concentration Cotgt.

図26では、常に、目標FC電力Pfctgtが閾値Pthpより小さい(図11のS24:NO)。このため、本変形例では、常に、第2モードが選択される。   In FIG. 26, the target FC power Pfctgt is always smaller than the threshold value Pthp (S24 in FIG. 11: NO). For this reason, in the present modification, the second mode is always selected.

時点t1から時点t2まで目標FC電力Pfctgtは一定である。これに伴い、車速V、エアポンプ回転数Nap、循環弁開度θc、FC電圧Vfc、FC電流Ifc及びFC電力Pfcはいずれも一定である。   The target FC power Pfctgt is constant from time t1 to time t2. Accordingly, the vehicle speed V, the air pump rotation speed Nap, the circulation valve opening θc, the FC voltage Vfc, the FC current Ifc, and the FC power Pfc are all constant.

時点t2から時点t3まで目標FC電力Pfctgtは増加する。これに伴い、FC電流Ifcを一定にした状態で、FC電圧Vfcを増加させると共に、エアポンプ回転数Napは一定のまま循環弁開度θcを下げて(循環弁66を閉じて)酸素濃度Coを増加させる。これにより、FC電力Pfcが増加し、モータ14の出力が上昇することで、車速Vが増加する。   The target FC power Pfctgt increases from time t2 to time t3. Accordingly, while keeping the FC current Ifc constant, the FC voltage Vfc is increased, and the circulation valve opening degree θc is lowered (the circulation valve 66 is closed) while the air pump rotational speed Nap is kept constant. increase. As a result, the FC power Pfc increases and the output of the motor 14 increases, so that the vehicle speed V increases.

時点t3から時点t4まで目標FC電力Pfctgtは一定である。これに伴い、車速V、エアポンプ回転数Nap、循環弁開度θc、FC電圧Vfc、FC電流Ifc及びFC電力Pfcはいずれも一定である。   The target FC power Pfctgt is constant from time t3 to time t4. Accordingly, the vehicle speed V, the air pump rotation speed Nap, the circulation valve opening θc, the FC voltage Vfc, the FC current Ifc, and the FC power Pfc are all constant.

時点t4から時点t5まで目標FC電力Pfctgtは減少する。これに伴い、FC電流Ifcを一定にした状態で、FC電圧Vfcを減少させると共に、エアポンプ回転数Napは一定のまま循環弁開度θcを上げて(循環弁66を開いて)酸素濃度Coを減少させる。これにより、FC電力Pfcが減少し、モータ14の出力が低下することで、車速Vが減少する。   The target FC power Pfctgt decreases from time t4 to time t5. Along with this, while keeping the FC current Ifc constant, the FC voltage Vfc is decreased and the air pump rotational speed Nap is kept constant and the circulation valve opening degree θc is increased (opening the circulation valve 66) to increase the oxygen concentration Co. Decrease. As a result, the FC power Pfc is reduced and the output of the motor 14 is reduced, whereby the vehicle speed V is reduced.

なお、バッテリSOCは、時点t1から時点t5まで一定である。これは、目標FC電力Pfctgt(又はシステム負荷Psys)は、全てFC電力Pfcによりまかなわれたことを意味する。   Battery SOC is constant from time t1 to time t5. This means that the target FC power Pfctgt (or system load Psys) is all covered by the FC power Pfc.

本変形例に係る制御によれば、車両10が所定の低負荷状態である場合(すなわち、第2モードを選択した場合)に、エアポンプ回転数Napを一定とする。このため、低負荷状態においてバッテリSOCが設定上限値に到達したことに伴ってエアポンプ60が停止することにより、エアポンプ60の出力音が不意に変化すること等がない。従って、低負荷状態におけるエアポンプ60の出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、バッテリSOCを適切に保つことが可能となる。   According to the control according to this modification, when the vehicle 10 is in a predetermined low load state (that is, when the second mode is selected), the air pump rotation speed Nap is made constant. For this reason, the output sound of the air pump 60 does not change unexpectedly by stopping the air pump 60 when the battery SOC reaches the set upper limit value in the low load state. Therefore, the battery SOC can be appropriately maintained without giving a sense of incongruity to the passenger about the output sound of the air pump 60 in the low load state.

また、単にエアポンプ回転数Napを一定とするだけでなく、循環弁66を制御して循環ガスの流量Qc(エアオフガスの還流量)を調整する。エアオフガスは酸素濃度Coが低いため、エアオフガスの還流量Qcを多くすると、FC40内部で生成される水分が少なくなり、FC40内部が乾燥状態になる。FC40内部が乾燥状態になるとFC40の劣化が促進されるおそれがある。その一方、エアオフガスは、水分を生成するFC40の内部を通過したものであるため、相対的に水分を多く含んでいる。このため、エアオフガスの還流量Qcを調整することにより、FC40の電解質膜を良好に加湿することが可能となり、FC40の劣化を抑制することができる。   In addition, the air pump rotational speed Nap is not only made constant, but the circulation valve 66 is controlled to adjust the circulation gas flow rate Qc (the recirculation amount of the air-off gas). Since the air-off gas has a low oxygen concentration Co, increasing the amount of recirculation Qc of the air-off gas reduces the amount of moisture generated inside the FC 40 and makes the inside of the FC 40 dry. When the inside of the FC 40 becomes dry, the deterioration of the FC 40 may be promoted. On the other hand, since the air-off gas has passed through the inside of the FC 40 that generates moisture, it contains a relatively large amount of moisture. For this reason, by adjusting the recirculation amount Qc of the air-off gas, the electrolyte membrane of the FC 40 can be favorably humidified, and deterioration of the FC 40 can be suppressed.

さらに、上記のような効果を得つつ、所定の低負荷状態に応じてFC電流Ifcを小さくすることにより、バッテリSOCを管理すること(例えば、SOCの設定上限値を超えないように制御することや不要な充電を避けること)が可能となる。   Further, the battery SOC is managed by reducing the FC current Ifc in accordance with a predetermined low load state while obtaining the above-described effect (for example, controlling so as not to exceed the set upper limit value of the SOC) And avoid unnecessary charging).

上記実施形態では、第2モードにおける目標FC電圧Vfctgtを還元領域R2内の値(電位v2(=0.8V)×セル数以下)に設定したが、FC電流Ifc(又は目標FC電流Ifctgt)を固定した状態で、FC電圧Vfc及び酸素濃度Coを可変とすることによりFC電力Pfcを調整するものであれば、これに限らない。例えば、第2モードにおける目標FC電圧Vfctgtを酸化領域R4内の値に設定することもできる。   In the above embodiment, the target FC voltage Vfctgt in the second mode is set to a value in the reduction region R2 (potential v2 (= 0.8 V) × number of cells or less), but the FC current Ifc (or target FC current Ifctgt) is set. The present invention is not limited to this as long as the FC power Pfc is adjusted by making the FC voltage Vfc and the oxygen concentration Co variable in a fixed state. For example, the target FC voltage Vfctgt in the second mode can be set to a value in the oxidation region R4.

10…燃料電池車両 12…燃料電池システム
14…モータ(負荷) 16…インバータ(負荷)
20…高電圧バッテリ(蓄電装置)
22…DC/DCコンバータ(電圧制御手段)
24…ECU(発電制御手段) 30…負荷
40…燃料電池 60…エアポンプ(ガス供給手段、負荷)
60a、60b、62a…配管(エア供給配管)
62b、64a、64b…配管(エア排出配管)
66…循環弁(調整装置) 66a、66b…配管(エア還流配管)
80…ウォータポンプ(負荷) 90…エアコンディショナ(負荷)
92…ダウンバータ(負荷) 94…低電圧バッテリ(負荷)
96…アクセサリ(負荷)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell vehicle 12 ... Fuel cell system 14 ... Motor (load) 16 ... Inverter (load)
20 ... High voltage battery (power storage device)
22 ... DC / DC converter (voltage control means)
24 ... ECU (power generation control means) 30 ... Load 40 ... Fuel cell 60 ... Air pump (gas supply means, load)
60a, 60b, 62a ... piping (air supply piping)
62b, 64a, 64b ... piping (air discharge piping)
66 ... Circulation valve (regulator) 66a, 66b ... Piping (air recirculation piping)
80 ... Water pump (load) 90 ... Air conditioner (load)
92 ... Downverter (load) 94 ... Low voltage battery (load)
96 ... Accessories (load)

Claims (3)

触媒を有し、前記触媒で酸素又は水素を反応させることで発電する燃料電池と、
前記酸素及び前記水素の少なくとも一方を、前記燃料電池に供給するガス供給手段と、
前記燃料電池の出力電圧を制御する電圧制御手段と、
前記燃料電池の発電電力により駆動する負荷と、
前記燃料電池の発電量を制御する発電制御手段と
を有する燃料電池システムであって、
前記発電制御手段は、
前記負荷の要求電力が上昇するとき、前記燃料電池の出力電流を固定した状態で、前記燃料電池に対する前記酸素及び前記水素の少なくとも一方の供給量を増加させ、前記燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲外で増加させることにより前記燃料電池の発電量を増加させる発電量増加制御と、
前記負荷の要求電力が下降するとき、前記燃料電池の出力電流を固定した状態で、前記燃料電池に対する前記酸素及び前記水素の少なくとも一方の供給量を減少させ、前記燃料電池の出力電圧を前記酸化還元進行電圧範囲外で減少させることにより前記燃料電池の発電量を減少させる発電量減少制御と
の両方を実行する
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell having a catalyst and generating electricity by reacting oxygen or hydrogen with the catalyst;
Gas supply means for supplying at least one of the oxygen and the hydrogen to the fuel cell;
Voltage control means for controlling the output voltage of the fuel cell;
A load driven by power generated by the fuel cell;
A fuel cell system having power generation control means for controlling the power generation amount of the fuel cell,
The power generation control means includes
When the required power of the load increases, with the output current of the fuel cell being fixed, the supply amount of at least one of the oxygen and hydrogen to the fuel cell is increased, and the output voltage of the fuel cell is oxidized / reduced A power generation amount increase control for increasing the power generation amount of the fuel cell by increasing it outside the traveling voltage range;
When the required power of the load decreases, with the output current of the fuel cell fixed, the supply amount of at least one of the oxygen and hydrogen to the fuel cell is decreased, and the output voltage of the fuel cell is reduced to the oxidation Both the power generation amount reduction control for reducing the power generation amount of the fuel cell by decreasing outside the reduction progress voltage range is executed.
請求項1記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは、車両に搭載され、
さらに、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の出力をアシストする蓄電装置を備え、
前記ガス供給手段は、
エア供給配管を介して前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、
エア排出配管から分岐して前記エアポンプの上流側で前記エア供給配管に連通し、前記燃料電池から排出されたエアオフガスを前記エア供給配管に還流させるエア還流配管と、
前記エア還流配管における前記エアオフガスの還流量を調整する調整装置と
を備え、
前記制御手段は、前記車両が所定の低負荷状態である場合に、前記エアポンプの駆動量を一定としつつ、前記調整装置を制御して前記エアオフガスの還流量を調整して前記発電量増加制御及び前記発電量減少制御を行う
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system is mounted on a vehicle,
Further, the fuel cell system includes a power storage device that assists the output of the fuel cell,
The gas supply means includes
An air pump for supplying air to the fuel cell via an air supply pipe;
An air recirculation pipe branching from an air discharge pipe and communicating with the air supply pipe on the upstream side of the air pump to recirculate the air off gas discharged from the fuel cell to the air supply pipe;
An adjustment device that adjusts the amount of recirculation of the air-off gas in the air recirculation pipe;
When the vehicle is in a predetermined low load state, the control means controls the adjusting device to adjust the recirculation amount of the air-off gas while keeping the driving amount of the air pump constant, and the power generation amount increase control and The fuel cell system, wherein the power generation amount reduction control is performed.
請求項1又は2記載の燃料電池システムにおいて、
前記発電量増加制御及び前記発電量減少制御のうち少なくともいずれかの実行中は前記燃料電池の出力電圧の変化速度を制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2,
During the execution of at least one of the power generation amount increase control and the power generation amount decrease control, the change rate of the output voltage of the fuel cell is limited.
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