JP2013191438A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of suppressing fluctuation range of power storage amount in a power storage device, while suppressing fluctuation of generation power and melting of a metal catalyst caused thereby as well.SOLUTION: Disclosed is a fuel cell system that calculates a generation power command value SFP by performing an equalization processing that eliminates components of a frequency higher than a cutoff frequency, and thus controls its generation power so as to follow the generation power command value SFP in response to a measured amount of required power RP. The system performs a power storage amount adjustment control that suppresses fluctuation range of an SOC by varying the cutoff frequency on the basis of the SOC of a battery.

Description

本発明は、燃料電池の発電電力を負荷に供給する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that supplies power generated by a fuel cell to a load.

燃料電池システムを構成する燃料電池は、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換するものである。この燃料電池は、水素イオンを選択的に輸送するための高分子電解質膜の両側面を多孔質材料から成る一対の電極によって挟持してなる膜−電極アッセンブリを有する。一対の電極のそれぞれは、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有している。   A fuel cell constituting a fuel cell system directly converts energy released in an oxidation reaction into electric energy by oxidizing fuel by an electrochemical process. This fuel cell has a membrane-electrode assembly in which both side surfaces of a polymer electrolyte membrane for selectively transporting hydrogen ions are sandwiched between a pair of electrodes made of a porous material. Each of the pair of electrodes is mainly composed of a carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst, and is formed on the surface of the catalyst layer in contact with the polymer electrolyte membrane and a gas having both air permeability and electronic conductivity. And a diffusion layer.

このような燃料電池システムでは、運転効率を高めることを目的として、所謂「負荷追従運転」が行われる。これは、負荷からの要求電力に追従するように、燃料電池システムの出力電力(負荷に供給する電力)を変化させる運転方法である。例えば、負荷からの要求電力が小さい場合には、燃料電池に対して供給する燃料等の量を減少させることにより発電電力を低下させる。一方、負荷からの要求電力が大きい場合には、燃料電池に対して供給する燃料等の量を増加させることにより発電電力を増加させる。   In such a fuel cell system, so-called “load following operation” is performed for the purpose of improving the operation efficiency. This is an operation method in which the output power (power supplied to the load) of the fuel cell system is changed so as to follow the required power from the load. For example, when the required power from the load is small, the generated power is reduced by reducing the amount of fuel supplied to the fuel cell. On the other hand, when the required power from the load is large, the generated power is increased by increasing the amount of fuel or the like supplied to the fuel cell.

ところで、上記のように発電電力を変動させると、燃料電池の発電電圧が変動することに起因して白金系の金属触媒が溶解、析出し、燃料電池の発電性能が劣化してしまうことが知られている。この対策としては、発電電力の一部を蓄えることが可能なバッテリ等の蓄電装置を備えて、燃料電池の発電電力と、蓄電装置の放電による電力との両方を負荷に供給可能な構成とすることが一般的に行われている。   By the way, it is known that when the generated power is changed as described above, the platinum-based metal catalyst is dissolved and deposited due to the change in the generated voltage of the fuel cell, and the power generation performance of the fuel cell is deteriorated. It has been. As a countermeasure, a power storage device such as a battery capable of storing a part of the generated power is provided, and both the power generated by the fuel cell and the power discharged by the power storage device can be supplied to the load. It is generally done.

このような構成の燃料電池システムにおいては、負荷からの要求電力をフィルタ処理によって平準化して変動の少ない平準化要求電力とし、燃料電池の発電電力を当該平準化要求電力に追従させるような制御を行うことができる。このような制御においては、発電電力と要求電力とが一致しない場合が生じるが、かかる不一致は蓄電装置の充放電によって補われる。   In the fuel cell system having such a configuration, the power required from the load is leveled by a filter process to obtain a leveled required power with less fluctuation, and control is performed so that the generated power of the fuel cell follows the leveled required power. It can be carried out. In such control, the generated power and the required power may not match, but such mismatch is compensated by charging and discharging of the power storage device.

すなわち、要求電力に対して発電電力(平準化要求電力)が小さい場合には、不足した電力が蓄電装置の放電によって補われる。要求電力に対して発電電力(平準化要求電力)が大きい場合には、余剰の電力が蓄電装置に蓄えられる。その結果、燃料電池の発電電力を平準化することによって金属触媒の溶解、析出を防止しながら、燃料電池システムの出力電力を負荷からの要求電力に一致させることが可能となる。   That is, when the generated power (leveling required power) is smaller than the required power, the insufficient power is compensated by the discharge of the power storage device. When the generated power (leveling required power) is larger than the required power, surplus power is stored in the power storage device. As a result, the output power of the fuel cell system can be matched with the required power from the load while the generated power of the fuel cell is leveled to prevent the metal catalyst from being dissolved and deposited.

このような燃料電池システムの一例として、下記特許文献1には、所定期間における要求電力の平均値を算出し、かかる平均値に基づいて発電電力の指令値を設定することで、発電電力の平準化を行う燃料電池システムが記載されている。   As an example of such a fuel cell system, Patent Document 1 below calculates an average value of required power in a predetermined period and sets a command value of generated power based on the average value, thereby leveling the generated power. A fuel cell system is described.

更に、当該燃料電池システムでは、蓄電装置の蓄電量が大きい場合には、発電電力の指令値を要求電力よりも小さく補正して設定している。また、蓄電量が小さい場合には、発電電力の指令値を要求電力よりも大きく補正して設定している。このように、発電電力の指令値を蓄電量に基づいて補正することにより、蓄電量を目標蓄電量に収束させている。これは、蓄電装置が蓄えることのできる電力量が有限であることを考慮したものであって、蓄電量が0%、又は100%に到達し、上記のような発電電力の平準化が不可能な状態となってしまうことを防止するものである。   Further, in the fuel cell system, when the power storage amount of the power storage device is large, the command value of the generated power is corrected and set to be smaller than the required power. When the amount of stored electricity is small, the command value of the generated power is corrected and set larger than the required power. In this manner, the stored power amount is converged to the target stored power amount by correcting the command value of the generated power based on the stored power amount. This is because the amount of power that can be stored in the power storage device is considered to be finite, and the amount of stored power reaches 0% or 100%, so that it is impossible to level the generated power as described above. This is to prevent the situation from occurring.

特開2004−7977号公報JP 2004-7777 A

上記特許文献1に記載の燃料電池システムにおいては、蓄電装置の蓄電量に基づいた補正値を、発電電力の指令値に対して直接加算若しくは減算している。このため、蓄電量が広い範囲で変動すると、発電電力の指令値はその影響を直接受けることにより大きく変動し、それに伴って発電電圧も変動する。その結果、白金系の金属触媒が溶解、析出してしまう場合があった。   In the fuel cell system described in Patent Document 1, the correction value based on the amount of power stored in the power storage device is directly added to or subtracted from the command value of the generated power. For this reason, if the amount of stored electricity fluctuates in a wide range, the command value of the generated power is greatly fluctuated by being directly affected by it, and the generated voltage fluctuates accordingly. As a result, the platinum-based metal catalyst sometimes dissolved and precipitated.

また、蓄電量は、蓄電装置に設置された電圧センサ等によって測定又は推定されるが、電圧センサ等からの入力信号にはノイズが生じる場合がある。このようなノイズが生じると、発電電力の指令値に当該ノイズが直接加わるため、発電電力の指令値が大きく変動する。その結果、発電電圧も大きく変動し、短期間の運転でも白金系の金属触媒が溶解、析出してしまう場合があった。   In addition, the amount of power storage is measured or estimated by a voltage sensor or the like installed in the power storage device, but noise may occur in an input signal from the voltage sensor or the like. When such noise occurs, the noise directly adds to the command value of the generated power, so that the command value of the generated power fluctuates greatly. As a result, the generated voltage also fluctuated greatly, and the platinum-based metal catalyst sometimes dissolved and precipitated even during short-term operation.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電装置の蓄電量の変動幅を抑制しながら、発電電力の変動及びこれに起因した金属触媒の溶解等をも抑制することのできる燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to suppress fluctuations in the amount of electricity stored in a power storage device, and also suppress fluctuations in generated power and dissolution of a metal catalyst resulting therefrom. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be used.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池からの発電電力を、負荷からの要求電力に基づいて前記負荷に出力する燃料電池システムにおいて、前記要求電力を測定する要求電力測定手段と、前記発電電力を制御する制御手段と、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され、蓄電及び放電を行う蓄電装置と、前記蓄電装置の蓄電量を測定する蓄電量測定手段と、を備え、前記制御装置は、前記要求電力の測定値に対し、遮断周波数よりも高い周波数の成分を除去する平準化処理を行うことによって平準化要求電力を算出し、前記平準化要求電力に追従するように前記発電電力を制御するものであって、前記遮断周波数を前記蓄電量に基づいて変化させることにより、前記蓄電量の変動幅を抑制する蓄電量調整制御を行うことを特徴としている。   In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention provides a required power for measuring the required power in a fuel cell system that outputs generated power from a fuel cell to the load based on required power from a load. Measuring means, control means for controlling the generated power, a power storage device connected in parallel to the fuel cell with respect to the load, for storing and discharging, and a storage amount measuring means for measuring a storage amount of the power storage device The control device calculates a leveling request power by performing a leveling process for removing a component having a frequency higher than a cut-off frequency for the measurement value of the required power, and the leveling request power The amount of electricity stored is controlled so as to suppress the fluctuation range of the amount of electricity stored by changing the cutoff frequency based on the amount of electricity stored. It is characterized by performing the control.

本発明では、制御装置が、要求電力の測定値に対し平準化処理を行うことによって平準化要求電力を算出し、当該平準化要求電力に追従するように発電電力を制御する。平準化処理とは、要求電力の測定値から遮断周波数よりも高い周波数の成分を除去する処理であって、所謂ローパスフィルタと呼ばれるフィルタ処理である。   In the present invention, the control device calculates the leveling request power by performing the leveling process on the measurement value of the required power, and controls the generated power so as to follow the leveling request power. The leveling process is a process for removing a component having a frequency higher than the cutoff frequency from the measured value of the required power, and is a so-called low-pass filter.

このような平準化処理を行うことによって、要求電力が急峻な変動成分を含んでいたとしても、そのような変動成分が除去される。制御装置は、このように平準化されたあとの平準化要求電力に追従するように発電電力を制御するため、発電電圧が変動することに起因した金属触媒の溶解等が抑制される。   By performing such leveling processing, even if the required power includes steep fluctuation components, such fluctuation components are removed. Since the control device controls the generated power so as to follow the leveling required power after leveling in this way, dissolution of the metal catalyst caused by fluctuations in the generated voltage is suppressed.

ここで、もし上記平準化処理の遮断周波数が変化すると、発電電力の変化速度が変化し、蓄電装置の蓄電量及びその変化速度も変化することとなる。本発明ではこれを利用しており、制御手段は、蓄電量の変動幅を抑制するように遮断周波数を変化させる。すなわち、蓄電量測定手段によって測定された蓄電量に基づいて、当該蓄電量の変動幅が抑制されるように、平準化処理の遮断周波数を変化させる制御(蓄電量調整制御)を行う。   Here, if the cutoff frequency of the leveling process changes, the change rate of the generated power changes, and the amount of electricity stored in the power storage device and the change rate thereof also change. This is utilized in the present invention, and the control means changes the cutoff frequency so as to suppress the fluctuation range of the charged amount. That is, based on the amount of electricity stored measured by the amount of electricity storage means, control is performed to change the cutoff frequency of the leveling process (power amount adjustment control) so that the fluctuation range of the amount of electricity stored is suppressed.

このような蓄電量調整制御によって、蓄電装置の蓄電量の変動幅を抑制することができる。尚、蓄電量調整制御は、蓄電量に基づいて発電電力の指令値を補正するものではあるが、当該補正は、発電電力の指令値に対して補正値を加算若しくは減算するような直接的なものではなく、平準化処理の遮断周波数を変化させるという間接的なものである。   By such power storage amount adjustment control, the fluctuation range of the power storage amount of the power storage device can be suppressed. The storage amount adjustment control corrects the command value of the generated power based on the stored power amount, but the correction is a direct operation that adds or subtracts the correction value from the command value of the generated power. It is not a thing but an indirect thing of changing the cut-off frequency of leveling processing.

このため、蓄電量が変動したり、蓄電量の測定値にノイズが生じたりした場合であっても、発電電力の指令値は、そのような変動要因の影響によって大きく変動してしまうことがない。このため、燃料電池の発電電圧の変動が抑制され、金属触媒の溶解等が更に抑制される。   For this reason, even if the amount of stored electricity fluctuates or noise occurs in the measured value of the stored amount of electricity, the command value of the generated power does not fluctuate greatly due to the influence of such fluctuation factors. . For this reason, the fluctuation | variation of the electric power generation voltage of a fuel cell is suppressed, and melt | dissolution etc. of a metal catalyst are further suppressed.

また本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御装置は、前記遮断周波数として、前記要求電力が増加した際に用いる第一遮断周波数と、前記要求電力が減少した際に用いる第二遮断周波数と、を有しており、前記蓄電量が所定の目標蓄電量よりも多い場合には前記第一遮断周波数を減少させ、前記蓄電量が前記目標蓄電量よりも少ない場合には前記第二遮断周波数を減少させることも好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the control device uses, as the cutoff frequency, a first cutoff frequency that is used when the required power is increased, and a second cutoff frequency that is used when the required power is reduced, The first cut-off frequency is decreased when the charged amount is larger than a predetermined target charged amount, and the second cut-off frequency is set when the charged amount is smaller than the target charged amount. It is also preferable to reduce it.

この好ましい態様では、平準化処理に用いる遮断周波数として二つの周波数(第一遮断周波数、第二遮断周波数)を有している。第一遮断周波数は、要求電力が増加した際の平準化処理に用いる遮断周波数である。第二遮断周波数は、要求電力が減少した際の平準化処理に用いる遮断周波数である。   In this preferred embodiment, there are two frequencies (first cutoff frequency and second cutoff frequency) as cutoff frequencies used in the leveling process. The first cut-off frequency is a cut-off frequency used for leveling processing when the required power increases. The second cutoff frequency is a cutoff frequency used for the leveling process when the required power is reduced.

蓄電量測定手段によって測定された蓄電量が所定の目標蓄電量よりも多い場合には、第一遮断周波数を減少させる。第一遮断周波数を減少させることにより、要求電力が増加した際における平準化要求電力は小さな周波数成分のみを有することになる。その結果、平準化要求電力に追従する発電電力は要求電力よりもゆっくりと増加するため、要求電力に対して不足した電力が蓄電装置の放電によって補われ、蓄電装置の蓄電量は目標蓄電量に近づくこととなる。   When the charged amount measured by the charged amount measuring means is larger than the predetermined target charged amount, the first cutoff frequency is decreased. By reducing the first cut-off frequency, the leveling required power when the required power increases has only a small frequency component. As a result, the generated power that follows the leveling required power increases more slowly than the required power, so that the power shortage with respect to the required power is compensated by the discharge of the power storage device, and the power storage amount of the power storage device becomes the target power storage amount. It will approach.

一方、蓄電量測定手段によって測定された蓄電量が所定の目標蓄電量よりも少ない場合には、第二遮断周波数を減少させる。第二遮断周波数を減少させることにより、要求電力が減少した際における平準化要求電力は小さな周波数成分のみを有することになる。その結果、平準化要求電力に追従する発電電力は要求電力よりもゆっくりと減少するため、要求電力に対して余剰となる電力が蓄電装置に蓄えられ、蓄電装置の蓄電量は目標蓄電量に近づくこととなる。   On the other hand, when the amount of electricity measured by the amount of electricity storage means is smaller than a predetermined target amount of electricity stored, the second cutoff frequency is decreased. By reducing the second cut-off frequency, the leveling required power when the required power is reduced has only a small frequency component. As a result, the generated power that follows the leveling required power decreases more slowly than the required power, so surplus power with respect to the required power is stored in the power storage device, and the power storage amount of the power storage device approaches the target power storage amount. It will be.

このように、第一周波数及び第二周波数を変化させることによって蓄電量が目標蓄電量に収束するように変化するため、蓄電量の変動幅を更に抑制することができる。   Thus, since the amount of stored electricity changes so as to converge to the target amount of stored electricity by changing the first frequency and the second frequency, the fluctuation range of the stored amount of electricity can be further suppressed.

また本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御装置は、前記蓄電量が前記目標蓄電量よりも多いほど、前記第一遮断周波数を大きく減少させ、前記蓄電量が前記目標蓄電量よりも少ないほど、前記第二遮断周波数を大きく減少させることも好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the control device decreases the first cutoff frequency as the storage amount is larger than the target storage amount, and decreases as the storage amount is smaller than the target storage amount. It is also preferable to greatly reduce the second cutoff frequency.

この好ましい態様では、制御装置は、蓄電量が目標蓄電量よりも多いほど、第一遮断周波数を大きく減少させる。このため、要求電力に対する不足分を補うために蓄電装置から放電される電力が大きくなる。その結果、蓄電量の減少量が大きくなり、蓄電量を目標蓄電量により近づけることができる。   In this preferred embodiment, the control device greatly decreases the first cutoff frequency as the charged amount is larger than the target charged amount. For this reason, the electric power discharged from the power storage device is increased in order to compensate for the shortage with respect to the required power. As a result, the amount of decrease in the amount of power storage increases, and the amount of power storage can be made closer to the target power storage amount.

また、蓄電量が目標蓄電量よりも少ないほど、第二遮断周波数を大きく減少させる。このため、要求電力に対して余剰となり蓄電装置に蓄電される電力が大きくなる。その結果、蓄電量の増加量が大きくなり、蓄電量を目標蓄電量により近づけることができる。   Further, the second cutoff frequency is greatly reduced as the charged amount is smaller than the target charged amount. For this reason, there is a surplus with respect to the required power, and the power stored in the power storage device increases. As a result, the amount of increase in the amount of power storage increases, and the amount of power storage can be made closer to the target power storage amount.

すなわち、この好ましい態様によれば、蓄電装置の蓄電量に応じてより適切な蓄電量調整制御を行い、蓄電量の変動幅を更に抑制することができる。   That is, according to this preferable aspect, more appropriate storage amount adjustment control can be performed according to the storage amount of the power storage device, and the fluctuation range of the storage amount can be further suppressed.

また本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御装置は、前記要求電力と前記発電電力との差にフィルタゲインを掛け、その後積分処理を行うことによって前記平準化要求電力を算出するものであって、前記フィルタゲインを前記蓄電量に基づいて減少させることにより、前記第一遮断周波数又は前記第二遮断周波数を減少させることも好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the control device calculates the leveled demand power by multiplying a difference between the demand power and the generated power by a filter gain and then performing an integration process. It is also preferable to reduce the first cutoff frequency or the second cutoff frequency by reducing the filter gain based on the charged amount.

この好ましい態様では、制御装置は、要求電力と発電電力との差にフィルタゲインを掛け、その後、積分処理を行うことによって平準化要求電力を算出する。制御装置は、蓄電量調整制御を行うに当たり、当該フィルタゲインの値を蓄電量に基づいて減少させることによって、第一遮断周波数又は第二遮断周波数を減少させる。   In this preferred embodiment, the control device calculates the leveled demand power by multiplying the difference between the demand power and the generated power by a filter gain and then performing an integration process. When performing the storage amount adjustment control, the control device decreases the first cutoff frequency or the second cutoff frequency by decreasing the value of the filter gain based on the storage amount.

この好ましい態様によれば、FFT等のような複雑な周波数計算や制御を行うことなく、フィルタゲインの値を変更するという簡単な態様によって平準化処理を行うことが可能となる。   According to this preferable aspect, the leveling process can be performed by a simple aspect of changing the value of the filter gain without performing complicated frequency calculation and control such as FFT.

また本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御手段は、前記蓄電量が前記目標蓄電量に収束するように、前記目標蓄電量に対する前記蓄電量の偏差をフィードバックしながら前記発電電力を制御することも好ましい。   In the fuel cell system according to the present invention, the control means controls the generated power while feeding back a deviation of the charged amount with respect to the target charged amount so that the charged amount converges to the target charged amount. Is also preferable.

上記の蓄電量調整制御によれば、負荷からの要求電力が変動する際においてのみ、蓄電装置の蓄電量を目標蓄電量に近づけるような制御が行われる。従って、負荷からの要求電力の変動が少ない状況においては、蓄電量と目標蓄電量との間に一定の偏差が残ってしまう場合がある。   According to the power storage amount adjustment control described above, control is performed so that the power storage amount of the power storage device approaches the target power storage amount only when the required power from the load fluctuates. Therefore, in a situation where there is little fluctuation in the required power from the load, there may be a certain deviation between the charged amount and the target charged amount.

この好ましい態様では、制御手段は、蓄電量が目標蓄電量に収束するように、目標蓄電量に対する蓄電量の偏差をフィードバックしながら発電電力を制御する。これにより、負荷からの要求電力の変動が少ない状況においても蓄電装置の蓄電量が目標蓄電量に収束するように制御し、蓄電量の変動幅を更に抑制することができる。   In this preferable aspect, the control means controls the generated power while feeding back the deviation of the charged amount with respect to the target charged amount so that the charged amount converges to the target charged amount. As a result, even in a situation where there is little fluctuation in the required power from the load, it is possible to control the power storage amount of the power storage device to converge to the target power storage amount, and to further suppress the fluctuation range of the power storage amount.

また本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電性能が低下したと判断した場合には、前記蓄電量調整制御を行わないことも好ましい。   In the fuel cell system according to the present invention, it is also preferable that the control device does not perform the power storage amount adjustment control when it is determined that the power storage performance of the power storage device has deteriorated.

蓄電装置の蓄電性能が低下している状況においては、蓄電装置の充電又は放電によって、発電電力と要求電力との不一致を補うことができない。このため、蓄電量調整制御が適切に行われず、金属触媒の溶解、析出を却って促進してしまうような場合も起こりうる。   In a situation where the power storage performance of the power storage device is degraded, the mismatch between the generated power and the required power cannot be compensated for by charging or discharging the power storage device. For this reason, there is a possibility that the storage amount adjustment control is not properly performed and the dissolution and precipitation of the metal catalyst are accelerated instead.

この好ましい態様では、制御装置は、蓄電装置の蓄電性能が低下したと判断した場合には、蓄電量調整制御を行わない。これにより、蓄電装置の蓄電性能が低下している状況において、蓄電量調整制御が適切に行われなくなることを防止することができる。   In this preferable aspect, the control device does not perform the power storage amount adjustment control when it is determined that the power storage performance of the power storage device has decreased. Thereby, in the situation where the power storage performance of the power storage device is degraded, it is possible to prevent the power storage amount adjustment control from being appropriately performed.

本発明によれば、蓄電装置の蓄電量の変動幅を抑制しながら、発電電力の変動及びこれに起因した金属触媒の溶解等をも抑制することのできる燃料電池システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can also suppress the fluctuation | variation of generated electric power, the melt | dissolution of the metal catalyst resulting from this, etc. can be provided, suppressing the fluctuation range of the electrical storage amount of an electrical storage apparatus.

本発明の一実施形態である燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の、システム構成を示した図である。It is the figure which showed the system configuration | structure of the fuel cell vehicle carrying the fuel cell system which is one Embodiment of this invention. 図1に示した燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電電力の時間変化を示すグラフである。2 is a graph showing a change with time of power generated by the fuel cell in the fuel cell system shown in FIG. 1. 図1に示した燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電電力の時間変化を示すグラフである。2 is a graph showing a change with time of power generated by the fuel cell in the fuel cell system shown in FIG. 1. 図1に示した燃料電池システムにおいて行われる制御を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the control performed in the fuel cell system shown in FIG. 図1に示した燃料電池システムにおいて行われる制御を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the control performed in the fuel cell system shown in FIG. 図5に示した制御ブロック図における、ゲインマップを表す図である。It is a figure showing the gain map in the control block diagram shown in FIG. 蓄電装置の蓄電性能が低下した際における制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control when the electrical storage performance of an electrical storage apparatus falls. 別の実施形態において行われる平準化処理の内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the content of the leveling process performed in another embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

図1は、本発明の一実施形態である燃料電池システム10を搭載した燃料電池車両の、システム構成を示す図である。燃料電池システム10は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス(燃料ガス、酸化剤ガス)の供給を受けて発電する燃料電池スタック20と、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池スタック20に供給するための酸化剤ガス供給系30(酸化剤ガス供給手段)と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック20に供給するための燃料ガス供給系40(燃料ガス供給手段)と、電力の充放電を制御するための電力系50と、システム全体を統括制御するコントローラ60(制御手段)とを備えている。   FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 functions as an in-vehicle power supply system mounted on a fuel cell vehicle. The fuel cell stack 20 generates electric power by receiving supply of reaction gas (fuel gas, oxidant gas), and oxidant gas. An oxidant gas supply system 30 (oxidant gas supply means) for supplying the air to the fuel cell stack 20 and a fuel gas supply system 40 (fuel for supplying hydrogen gas as fuel gas to the fuel cell stack 20) Gas supply means), a power system 50 for controlling charge / discharge of power, and a controller 60 (control means) for overall control of the entire system.

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

H2 → 2H++2e- …(1)
(1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2)
H2+(1/2)O2 → H2O …(3)
H2 → 2H ++ 2e- (1)
(1/2) O2 + 2H ++ 2e-> H2O (2)
H2 + (1/2) O2 → H2O (3)

燃料電池スタック20には、燃料電池スタック20の出力端子電圧(スタック電圧Vc)を検出するための電圧センサ71、及び出力電流(スタック電流)を検出するための電流センサ72が取り付けられている。   A voltage sensor 71 for detecting the output terminal voltage (stack voltage Vc) of the fuel cell stack 20 and a current sensor 72 for detecting the output current (stack current) are attached to the fuel cell stack 20.

酸化剤ガス供給系30は、燃料電池スタック20のカソード極に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス通路33と、燃料電池スタック20から排出される酸化オフガスが流れる酸化オフガス通路34とを有している。酸化剤ガス通路33には、フィルタ31を介して大気中から酸化剤ガスを取り込むエアコンプレッサ32と、エアコンプレッサ32により加圧される酸化剤ガスを加湿するための加湿器35と、燃料電池スタック20への酸化剤ガス供給を遮断するための遮断弁A1とが設けられている。酸化オフガス通路34には、燃料電池スタック20からの酸化オフガス排出を遮断するための遮断弁A2と、酸化剤ガス供給圧を調整するための背圧調整弁A3と、酸化剤ガス(ドライガス)と酸化オフガス(ウェットガス)との間で水分交換するための加湿器35とが設けられている。   The oxidant gas supply system 30 has an oxidant gas passage 33 through which the oxidant gas supplied to the cathode electrode of the fuel cell stack 20 flows and an oxidant off gas passage 34 through which the oxidant off-gas discharged from the fuel cell stack 20 flows. doing. The oxidant gas passage 33 has an air compressor 32 that takes in the oxidant gas from the atmosphere via the filter 31, a humidifier 35 for humidifying the oxidant gas pressurized by the air compressor 32, and a fuel cell stack. A shutoff valve A1 for shutting off the oxidant gas supply to 20 is provided. In the oxidizing off gas passage 34, a shutoff valve A2 for shutting off the oxidizing off gas discharge from the fuel cell stack 20, a back pressure adjusting valve A3 for adjusting the oxidizing gas supply pressure, and an oxidizing gas (dry gas). And a humidifier 35 for exchanging moisture between the gas and the oxidizing off gas (wet gas).

燃料ガス供給系40は、燃料ガス供給源41と、燃料ガス供給源41から燃料電池スタック20のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路43と、燃料電池スタック20から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路43に帰還させるための循環通路44と、循環通路44内の燃料オフガスを燃料ガス通路43に圧送する循環ポンプ45と、循環通路44に分岐接続される排気排水通路46とを有している。   The fuel gas supply system 40 includes a fuel gas supply source 41, a fuel gas passage 43 through which fuel gas supplied from the fuel gas supply source 41 to the anode electrode of the fuel cell stack 20 flows, and fuel discharged from the fuel cell stack 20. A circulation passage 44 for returning off-gas to the fuel gas passage 43, a circulation pump 45 for pressure-feeding the fuel off-gas in the circulation passage 44 to the fuel gas passage 43, and an exhaust / drain passage 46 branched and connected to the circulation passage 44 Have.

燃料ガス供給源41は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧(例えば、35MPa乃至70MPa)の水素ガスを貯留する。遮断弁H1を開くと、燃料ガス供給源41から燃料ガス通路43に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータH2やインジェクタ42により、例えば、200kPa程度まで減圧されて、燃料電池スタック20に供給される。   The fuel gas supply source 41 is composed of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage alloy, and stores high-pressure (for example, 35 MPa to 70 MPa) hydrogen gas. When the shut-off valve H1 is opened, the fuel gas flows out from the fuel gas supply source 41 into the fuel gas passage 43. The fuel gas is decompressed to about 200 kPa, for example, by the regulator H2 and the injector 42, and supplied to the fuel cell stack 20.

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

燃料ガス通路43には、燃料ガス供給源41からの燃料ガスの供給を遮断又は許容するための遮断弁H1と、燃料ガスの圧力を調整するレギュレータH2と、燃料電池スタック20への燃料ガス供給量を制御するインジェクタ42と、燃料電池スタック20への燃料ガス供給を遮断するための遮断弁H3と、圧力センサ74とが設けられている。   In the fuel gas passage 43, a shutoff valve H1 for shutting off or allowing the supply of the fuel gas from the fuel gas supply source 41, a regulator H2 for adjusting the pressure of the fuel gas, and a fuel gas supply to the fuel cell stack 20 An injector 42 for controlling the amount, a shutoff valve H3 for shutting off the supply of fuel gas to the fuel cell stack 20, and a pressure sensor 74 are provided.

レギュレータH2は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタ42の上流側にレギュレータH2を配置することにより、インジェクタ42の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ42の機械的構造(弁体、筺体、流路、駆動装置等)の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ42の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ42の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ42の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ42の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ42の応答性の低下を抑制することができる。   The regulator H2 is a device that regulates the upstream side pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure, and includes, for example, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure. The mechanical pressure reducing valve has a housing in which a back pressure chamber and a pressure adjusting chamber are formed with a diaphragm therebetween, and the primary pressure is reduced to a predetermined pressure in the pressure adjusting chamber by the back pressure in the back pressure chamber. It has a configuration for the next pressure. By arranging the regulator H2 upstream of the injector 42, the upstream pressure of the injector 42 can be effectively reduced. For this reason, the design freedom of the mechanical structure (a valve body, a housing, a flow path, a drive device, etc.) of the injector 42 can be increased. Further, since the upstream pressure of the injector 42 can be reduced, it is possible to prevent the valve body of the injector 42 from becoming difficult to move due to an increase in the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the injector 42. be able to. Therefore, it is possible to widen the adjustable pressure width of the downstream pressure of the injector 42 and to suppress a decrease in responsiveness of the injector 42.

インジェクタ42は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ42は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。   The injector 42 is an electromagnetically driven on-off valve capable of adjusting the gas flow rate and gas pressure by driving the valve body directly at a predetermined driving cycle with an electromagnetic driving force and separating it from the valve seat. The injector 42 includes a valve seat having an injection hole for injecting gaseous fuel such as fuel gas, a nozzle body for supplying and guiding the gaseous fuel to the injection hole, and an axial direction (gas flow direction) with respect to the nozzle body. And a valve body that is slidably accommodated and opens and closes the injection hole.

本実施形態においては、インジェクタ42の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を2段階に切り替えることができる。コントローラ60から出力される制御信号によってインジェクタ42のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、燃料ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ42は、弁(弁体及び弁座)を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。インジェクタ42は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ42のガス流路に設けられた弁体の開口面積(開度)及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量(又は水素モル濃度)を調整する。   In the present embodiment, the valve element of the injector 42 is driven by a solenoid that is an electromagnetic drive device, and the opening area of the injection hole can be switched in two stages by turning on and off the pulsed excitation current supplied to the solenoid. it can. By controlling the gas injection time and gas injection timing of the injector 42 by the control signal output from the controller 60, the flow rate and pressure of the fuel gas are controlled with high accuracy. The injector 42 directly opens and closes the valve (valve body and valve seat) with an electromagnetic driving force, and has a high responsiveness because its driving cycle can be controlled to a highly responsive region. The injector 42 changes its downstream area by changing at least one of the opening area (opening) and the opening time of the valve provided in the gas flow path of the injector 42 in order to supply the required gas flow rate downstream. The gas flow rate (or hydrogen molar concentration) supplied to the side is adjusted.

循環通路44には、燃料電池スタック20からの燃料オフガス排出を遮断するための遮断弁H4と、循環通路44から分岐する排気排水通路46とが接続されている。排気排水通路46には、排気排水弁H5が配設されている。排気排水弁H5は、コントローラ60からの指令によって作動することにより、循環通路44内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁H5の開弁により、循環通路44内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。   The circulation passage 44 is connected to a shutoff valve H4 for shutting off the fuel off-gas discharge from the fuel cell stack 20 and an exhaust drainage passage 46 branched from the circulation passage 44. An exhaust / drain valve H5 is disposed in the exhaust / drain passage 46. The exhaust / drain valve H <b> 5 is operated according to a command from the controller 60, thereby discharging the fuel off-gas containing impurities in the circulation passage 44 and moisture to the outside. By opening the exhaust / drain valve H5, the concentration of impurities in the fuel off-gas in the circulation passage 44 decreases, and the hydrogen concentration in the fuel off-gas circulating in the circulation system can be increased.

排気排水弁H5を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路34を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器(図示せず)によって希釈される。循環ポンプ45は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池スタック20に循環供給する。   The fuel off-gas discharged through the exhaust / drain valve H5 is mixed with the oxidizing off-gas flowing through the oxidizing off-gas passage 34 and diluted by a diluter (not shown). The circulation pump 45 circulates and supplies the fuel off gas in the circulation system to the fuel cell stack 20 by driving the motor.

電力系50は、DC/DCコンバータ51、バッテリ52、トラクションインバータ53、トラクションモータ54、及び補機類55を備えている。燃料電池システム10は、DC/DCコンバータ51とトラクションインバータ53とが並列に燃料電池スタック20に接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。DC/DCコンバータ51は、バッテリ52から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ53に出力する機能と、燃料電池スタック20が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ54が回収した回生電力を降圧してバッテリ52に充電する機能とを有する。DC/DCコンバータ51のこれらの機能により、バッテリ52の充放電が制御される。また、DC/DCコンバータ51による電圧変換制御により、燃料電池スタック20の運転ポイント(出力電圧、出力電流)が制御される。   The power system 50 includes a DC / DC converter 51, a battery 52, a traction inverter 53, a traction motor 54, and auxiliary machinery 55. The fuel cell system 10 is configured as a parallel hybrid system in which a DC / DC converter 51 and a traction inverter 53 are connected to the fuel cell stack 20 in parallel. The DC / DC converter 51 boosts the DC voltage supplied from the battery 52 and outputs it to the traction inverter 53, and the DC power generated by the fuel cell stack 20, or the regenerative power collected by the traction motor 54 by regenerative braking. And a function of charging the battery 52 by stepping down the voltage. The charge / discharge of the battery 52 is controlled by these functions of the DC / DC converter 51. Further, the operation point (output voltage, output current) of the fuel cell stack 20 is controlled by voltage conversion control by the DC / DC converter 51.

バッテリ52は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ52としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリ52には、SOC(State of charge)を検出するためのSOCセンサ73が取り付けられている。   The battery 52 functions as a surplus power storage source, a regenerative energy storage source during regenerative braking, and an energy buffer during load fluctuations associated with acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle. As the battery 52, for example, a secondary battery such as a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, or a lithium secondary battery is suitable. An SOC sensor 73 for detecting SOC (State of charge) is attached to the battery 52.

トラクションインバータ53は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるPWMインバータであり、コントローラ60からの制御指令に従って、燃料電池スタック20又はバッテリ52から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ54の回転トルクを制御する。トラクションモータ54は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。   The traction inverter 53 is, for example, a PWM inverter driven by a pulse width modulation method, and converts a DC voltage output from the fuel cell stack 20 or the battery 52 into a three-phase AC voltage in accordance with a control command from the controller 60. The rotational torque of the traction motor 54 is controlled. The traction motor 54 is a three-phase AC motor, for example, and constitutes a power source of the fuel cell vehicle.

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

コントローラ60は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム10の各部を制御する。例えば、コントローラ60は、イグニッションスイッチIGの状態がONになったことを検知すると、燃料電池システム10の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ACCや、車速センサから出力される車速信号VVなどを基に、負荷からの要求電力を求める。すなわち、コントローラ60は、要求電力を検知する要求電力検知手段としての機能を備えている。負荷からの要求電力とは、車両走行電力と補機電力との合計値である。   The controller 60 is a computer system including a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface, and controls each part of the fuel cell system 10. For example, when the controller 60 detects that the state of the ignition switch IG is ON, the controller 60 starts the operation of the fuel cell system 10 and is output from the accelerator opening signal ACC output from the accelerator sensor or the vehicle speed sensor. The required power from the load is obtained based on the vehicle speed signal VV and the like. That is, the controller 60 has a function as required power detection means for detecting required power. The required power from the load is the total value of the vehicle running power and the auxiliary machine power.

ここで、補機電力とは、加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、冷却水循環ポンプ等の補機で消費される電力のことである。すなわち、本実施形態の燃料電池システム10においては、燃料電池車両の動力源であるトラクションモータ54及び上記補機が、燃料電池システム10から電力の供給を受ける負荷に相当する。   Here, the auxiliary power is the power consumed by auxiliary equipment such as a humidifier, an air compressor, a hydrogen pump, and a cooling water circulation pump. That is, in the fuel cell system 10 of the present embodiment, the traction motor 54 and the auxiliary machine, which are power sources of the fuel cell vehicle, correspond to a load that receives power supply from the fuel cell system 10.

そして、コントローラ60は、燃料電池スタック20とバッテリ52とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック20の発電電力FPが目標電力に一致するように、酸化剤ガス供給系30及び燃料ガス供給系40を制御するとともに、DC/DCコンバータ51を制御して、燃料電池スタック20の出力電圧を調整することにより、燃料電池スタック20の運転ポイント(出力電圧、出力電流)を制御する。更に、コントローラ60は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、U相、V相、及びW相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ53に出力し、トラクションモータ54の出力トルク、及び回転数を制御する。   Then, the controller 60 determines the distribution of the output power of each of the fuel cell stack 20 and the battery 52, and the oxidant gas supply system 30 and the fuel so that the generated power FP of the fuel cell stack 20 matches the target power. The operating point (output voltage, output current) of the fuel cell stack 20 is controlled by controlling the gas supply system 40 and the DC / DC converter 51 to adjust the output voltage of the fuel cell stack 20. Further, the controller 60 outputs, for example, each of the U-phase, V-phase, and W-phase AC voltage command values to the traction inverter 53 as a switching command so as to obtain a target torque corresponding to the accelerator opening, The output torque of the motor 54 and the rotation speed are controlled.

本実施形態の燃料電池システム10では、上記のように、負荷からの要求電力RPの変化に応じて、燃料電池システム10から負荷に供給(出力)する電力が変化するように、コントローラ60による制御が行われる。要求電力RP、燃料電池スタック20の発電電力FP、及び、燃料電池システム10から実際に負荷に供給されるシステム電力SPの時間変化を、図2及び図3を参照しながら説明する。   In the fuel cell system 10 of the present embodiment, as described above, the control by the controller 60 is performed so that the power supplied (output) from the fuel cell system 10 to the load changes according to the change in the required power RP from the load. Is done. The time change of the required power RP, the generated power FP of the fuel cell stack 20, and the system power SP actually supplied from the fuel cell system 10 to the load will be described with reference to FIGS.

図2は、バッテリ52のSOCが、その目標値である目標蓄電量TSOCである50%よりも少ない状況において、負荷からの要求電力RPが変化した際の発電電力FP、及び、システム電力SPの時間変化を示すグラフである。図2では、時刻t1において要求電力RPがW0からW1に増加した後、時刻t2において要求電力RPがW1からW0に減少した場合の時間変化を示している。   FIG. 2 shows the state of the generated power FP and the system power SP when the required power RP from the load changes in a situation where the SOC of the battery 52 is less than 50% which is the target storage amount TSOC as the target value. It is a graph which shows a time change. FIG. 2 shows a time change when the required power RP decreases from W0 to W1 at time t1, and then the required power RP decreases from W1 to W0 at time t2.

時刻t1において要求電力RPがW0からW1に増加すると、コントローラ60は、燃料電池スタック20の発電電力FPをW1まで直ちに増加させる。すなわち、要求電力RPを全て発電電力FPで賄うように、燃料電池システム10の電力出力が制御される。このため、時刻t1から時刻t2にかけては、発電電力FPとシステム電力SPとが等しくなっている。   When the required power RP increases from W0 to W1 at time t1, the controller 60 immediately increases the generated power FP of the fuel cell stack 20 to W1. That is, the power output of the fuel cell system 10 is controlled so that the required power RP is entirely covered by the generated power FP. For this reason, the generated power FP and the system power SP are equal from the time t1 to the time t2.

続いて、時刻t2において要求電力RPがW1からW0に減少すると、コントローラ60は、燃料電池スタック20の発電電力FPをW0まで減少させる。このとき、W0まで直ちに減少させるのではなく、発電電力FPの減少を抑制し、減少速度が緩やかになるように制御が行われる。このとき、発電電力FPには余剰分が発生するが、かかる余剰分はバッテリ52に蓄電される。その結果、燃料電池システム10から負荷に供給されるシステム電力SPは、W0まで直ちに減少している。   Subsequently, when the required power RP decreases from W1 to W0 at time t2, the controller 60 decreases the generated power FP of the fuel cell stack 20 to W0. At this time, the control is performed so as not to immediately decrease to W0 but to suppress the decrease in the generated power FP and to reduce the decrease rate. At this time, a surplus is generated in the generated power FP, but the surplus is stored in the battery 52. As a result, the system power SP supplied from the fuel cell system 10 to the load immediately decreases to W0.

時刻t2においては、それまでの燃料電池スタック20の発電電力FPが大きかったため、高分子電解質膜のプロトン導電率が向上しており、燃料電池スタック20は高い発電効率で発電を行っている状態となっている。高分子電解質膜のプロトン導電率は、その後、燃料電池スタック20の発電電力FPを減少させても直ちには減少せず、一定の遅れをもって減少することが知られている。すなわち、燃料電池スタック20の発電電力FPを減少させる際は発電効率が高い。   At time t2, since the generated power FP of the fuel cell stack 20 so far was large, the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane has been improved, and the fuel cell stack 20 is generating power with high power generation efficiency. It has become. It is known that the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane does not decrease immediately even if the generated power FP of the fuel cell stack 20 is decreased thereafter, but decreases with a certain delay. That is, the power generation efficiency is high when the generated power FP of the fuel cell stack 20 is reduced.

そこで、本実施形態では上記のように、システム電力SPが減少する時刻t2以降においても、燃料電池スタック20における発電電力FPを直ちには減少させないことで、高い発電効率で発電を行っている状態を利用している。このときの発電電力FPの余剰分はバッテリ52に蓄電されるため、バッテリ52のSOCを目標蓄電量TSOCである50%に近づけることができる。尚、目標蓄電量TSOCは50%に限られるものではなく、バッテリ52の種類や構成などに応じて適宜設定されるものである。一般的には、40%から80%の範囲で設定される。   Therefore, in the present embodiment, as described above, even after time t2 when the system power SP decreases, the generated power FP in the fuel cell stack 20 is not immediately decreased, so that the power generation is performed with high power generation efficiency. We are using. Since the surplus of the generated power FP at this time is stored in the battery 52, the SOC of the battery 52 can be brought close to the target storage amount TSOC of 50%. Note that the target power storage amount TSOC is not limited to 50%, and is appropriately set according to the type and configuration of the battery 52. Generally, it is set in the range of 40% to 80%.

一方、時刻t1においては、それまでの燃料電池スタック20の発電電力FPが小さかったため、高分子電解質膜のプロトン導電率が低下しており、燃料電池スタック20は低い発電効率で発電を行っている状態となっている。高分子電解質膜のプロトン導電率は、その後、燃料電池スタック20の発電電力FPを増加させても直ちには増加せず、一定の遅れをもって増加することが知られている。すなわち、燃料電池スタック20の発電電力FPを増加させる際は発電効率が低い。   On the other hand, at time t1, the generated electric power FP of the fuel cell stack 20 so far has been small, so the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane is reduced, and the fuel cell stack 20 is generating power with low power generation efficiency. It is in a state. It is known that the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane does not increase immediately even if the generated power FP of the fuel cell stack 20 is increased thereafter, but increases with a certain delay. That is, when the generated power FP of the fuel cell stack 20 is increased, the power generation efficiency is low.

このため、時刻t1以降においては燃料電池スタック20の発電電力FPを直ちには増加させず、不足分をバッテリ52からの放電によって補う方が、燃料電池スタック20の発電効率の観点からは望ましい。しかしその場合、バッテリ52のSOCが更に減少することとなる。SOCが目標蓄電量TSOCである50%よりも少ない状況から更に減少すると、バッテリ52への負担が大きくなり、バッテリ52が短期間で劣化してしまう。そこで、本実施形態では図2のように、バッテリ52のSOCが目標蓄電量TSOCである50%よりも少ない状況では、時刻t1において発電電力FPを直ちに増加させている。すなわち、バッテリ52のSOCの変動と、燃料電池スタック20の発電効率をいずれも考慮しながら、燃料電池スタック20の発電電力FPを制御している。   For this reason, it is desirable from the viewpoint of power generation efficiency of the fuel cell stack 20 that the generated power FP of the fuel cell stack 20 is not immediately increased after time t1 and the shortage is compensated by discharge from the battery 52. However, in that case, the SOC of the battery 52 is further reduced. If the SOC further decreases from a state where the SOC is less than the target power storage amount TSOC of 50%, the burden on the battery 52 increases and the battery 52 deteriorates in a short period of time. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, in a situation where the SOC of the battery 52 is less than 50%, which is the target charged amount TSOC, the generated power FP is immediately increased at time t1. That is, the generated power FP of the fuel cell stack 20 is controlled while taking into consideration both the SOC variation of the battery 52 and the power generation efficiency of the fuel cell stack 20.

図3は、バッテリ52のSOCが目標蓄電量TSOCである50%よりも多い状況において、負荷からの要求電力RPが変化した際の発電電力FP、及び、システム電力SPの時間変化を示すグラフである。図3では、時刻t3において要求電力RPがW0からW1に増加した後、時刻t4において要求電力RPがW1からW0に減少した場合の時間変化を示している。   FIG. 3 is a graph showing temporal changes in the generated power FP and the system power SP when the required power RP from the load changes in a situation where the SOC of the battery 52 is greater than 50%, which is the target storage amount TSOC. is there. FIG. 3 shows a time change when the required power RP decreases from W1 to W0 at time t4 after the required power RP increases from W0 to W1 at time t3.

図2の場合と異なり、時刻t3において要求電力RPがW0からW1に増加すると、コントローラ60は、燃料電池スタック20の発電電力FPをW1まで直ちに増加させず、発電電力FPの増加を抑制し、増加速度が緩やかになるように制御する。このとき、発電電力FPだけでは要求電力RPに満たないが、かかる不足分はバッテリ52からの放電によって補われる。その結果、燃料電池システム10から負荷に供給されるシステム電力SPは、W1まで直ちに増加している。   Unlike the case of FIG. 2, when the required power RP increases from W0 to W1 at time t3, the controller 60 does not immediately increase the generated power FP of the fuel cell stack 20 to W1, but suppresses the increase in the generated power FP, Control the increase rate to be gradual. At this time, the generated power FP alone is less than the required power RP, but the shortage is compensated by the discharge from the battery 52. As a result, the system power SP supplied from the fuel cell system 10 to the load immediately increases to W1.

時刻t3においては、それまでの燃料電池スタック20の発電電力FPが小さかったため、高分子電解質膜のプロトン導電率が低下しており、燃料電池スタック20は低い発電効率で発電を行っている状態となっている。高分子電解質膜のプロトン導電率は、その後、燃料電池スタック20の発電電力FPを増加させても直ちには増加せず、一定の遅れをもって増加することが知られている。すなわち、燃料電池スタック20の発電電力FPを増加させる際は発電効率が低い。   At time t3, since the generated power FP of the fuel cell stack 20 until then was small, the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane was lowered, and the fuel cell stack 20 was generating power with low power generation efficiency. It has become. It is known that the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane does not increase immediately even if the generated power FP of the fuel cell stack 20 is increased thereafter, but increases with a certain delay. That is, when the generated power FP of the fuel cell stack 20 is increased, the power generation efficiency is low.

そこで、本実施形態では上記のように、システム電力SPが増加する時刻t3以降においても、燃料電池スタック20における発電電力FPを直ちには増加させないことで、発電効率が低い状態における発電を抑制している。このときの発電電力FPの不足分はバッテリ52の放電によって補われるため、バッテリ52のSOCが減少し、SOCを目標蓄電量TSOCである50%に近づけることができる。   Therefore, in the present embodiment, as described above, even after the time t3 when the system power SP increases, the power generation FP in the fuel cell stack 20 is not immediately increased, thereby suppressing power generation in a state where the power generation efficiency is low. Yes. Since the shortage of the generated power FP at this time is compensated by the discharge of the battery 52, the SOC of the battery 52 is reduced, and the SOC can be brought close to 50% that is the target charged amount TSOC.

一方、時刻t4において要求電力RPがW1からW0に減少すると、コントローラ60は、燃料電池スタック20の発電電力FPをW0まで直ちに減少させる。すなわち、発電電力FPの余剰分が発生しないように、燃料電池システム10の電力出力が制御される。   On the other hand, when the required power RP decreases from W1 to W0 at time t4, the controller 60 immediately decreases the generated power FP of the fuel cell stack 20 to W0. That is, the power output of the fuel cell system 10 is controlled so that the surplus of the generated power FP does not occur.

時刻t4においては、それまでの燃料電池スタック20の発電電力FPが大きかったため、高分子電解質膜のプロトン導電率が向上しており、燃料電池スタック20は高い発電効率で発電を行っている状態となっている。高分子電解質膜のプロトン導電率は、その後、燃料電池スタック20の発電電力FPを減少させても直ちには減少せず、一定の遅れをもって減少することが知られている。すなわち、燃料電池スタック20の発電電力FPを減少させる際は発電効率が高い。   At time t4, since the generated power FP of the fuel cell stack 20 so far was large, the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane has been improved, and the fuel cell stack 20 is generating power with high power generation efficiency. It has become. It is known that the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane does not decrease immediately even if the generated power FP of the fuel cell stack 20 is decreased thereafter, but decreases with a certain delay. That is, the power generation efficiency is high when the generated power FP of the fuel cell stack 20 is reduced.

このため、時刻t4以降においては燃料電池スタック20の発電電力FPを直ちには減少させず、余剰分をバッテリ52に蓄電する方が、燃料電池スタック20の発電効率の観点からは望ましい。しかしその場合、バッテリ52のSOCが更に増加することとなる。SOCが目標蓄電量TSOCである50%よりも多い状況から更に増加すると、バッテリ52への負担が大きくなり、バッテリ52が短期間で劣化してしまう。そこで、本実施形態では図3のように、バッテリ52のSOCが目標蓄電量TSOCである50%よりも多い状況では、時刻t4において発電電力FPを直ちに減少させている。すなわち、バッテリ52のSOCの変動と、燃料電池スタック20の発電効率をいずれも考慮しながら、燃料電池スタック20の発電電力FPを制御している。   Therefore, it is desirable from the viewpoint of power generation efficiency of the fuel cell stack 20 that the generated power FP of the fuel cell stack 20 is not immediately decreased after time t4 and the surplus is stored in the battery 52. However, in that case, the SOC of the battery 52 further increases. If the SOC further increases from the situation where the SOC is greater than the target power storage amount TSOC of 50%, the burden on the battery 52 increases and the battery 52 deteriorates in a short period of time. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, in a situation where the SOC of the battery 52 is larger than the target charged amount TSOC of 50%, the generated power FP is immediately reduced at time t4. That is, the generated power FP of the fuel cell stack 20 is controlled while taking into consideration both the SOC variation of the battery 52 and the power generation efficiency of the fuel cell stack 20.

以上において説明したように、本実施形態に係る燃料電池システム10では、負荷からの要求電力RPの増加時においては燃料電池スタック20からの発電電力FPの増加を抑制する一方、要求電力RPの減少時においては燃料電池スタック20からの発電電力FPの減少を抑制する。これにより、燃料電池システム10の運転効率を向上させている。一方、本実施形態に係る燃料電池システム10では、負荷からの要求電力RPの増加時における発電電力FPの増加の抑制、及び、要求電力RPの減少時における発電電力FPの減少の抑制を、常に行うのではなく、バッテリ52のSOCに基づいて行う。発電電力FPの変化に伴ってバッテリ52のSOCが目標蓄電量TSOCである50%に近づくように制御するため、上記制御は、SOCの変動幅を抑制する蓄電量調整制御を構成している。   As described above, in the fuel cell system 10 according to the present embodiment, when the required power RP from the load increases, the increase in the generated power FP from the fuel cell stack 20 is suppressed, while the decrease in the required power RP. In some cases, a decrease in the generated power FP from the fuel cell stack 20 is suppressed. Thereby, the operation efficiency of the fuel cell system 10 is improved. On the other hand, in the fuel cell system 10 according to the present embodiment, the suppression of the increase in the generated power FP when the required power RP from the load increases and the suppression of the decrease in the generated power FP when the required power RP decreases are always performed. This is not based on the SOC of the battery 52. In order to control the SOC of the battery 52 so as to approach 50%, which is the target storage amount TSOC, with the change in the generated power FP, the above control constitutes a storage amount adjustment control that suppresses the fluctuation range of the SOC.

本実施形態では、上記蓄電量調整制御によりSOCの変動幅が抑制することによって、バッテリ52への負担を低減し、バッテリ52の劣化を抑制している。また、SOCの変動幅を抑制することによって、バッテリ52の容量が小さくて済み、バッテリ52を小型化することができるという利点もある。   In this embodiment, the fluctuation range of the SOC is suppressed by the power storage amount adjustment control, so that the burden on the battery 52 is reduced and the deterioration of the battery 52 is suppressed. Further, by suppressing the fluctuation range of the SOC, there is an advantage that the capacity of the battery 52 can be reduced and the battery 52 can be reduced in size.

更に、上記蓄電量調整制御によって、バッテリ52のSOCが0%又は100%に到達してしまうことが抑制される。このため、上記のような発電電力FPの増加を抑制する制御、及び、発電電力FPの減少を抑制する制御が、常に実行可能な状態となっている。   Furthermore, the SOC of the battery 52 is suppressed from reaching 0% or 100% by the power storage amount adjustment control. For this reason, the control which suppresses the increase of the above-mentioned generated electric power FP and the control which suppresses the reduction | decrease in the generated electric power FP are always executable.

続いて、図4、図5、及び図6を参照しながら、以上に説明した蓄電量調整制御の具体的な内容について、更に詳しく説明する。図4は、コントローラ60が行う内容を示す制御ブロック図であって、要求電力RP及びSOCに基づいて発電電力FPを制御する処理を示している。   Next, the specific contents of the power storage amount adjustment control described above will be described in more detail with reference to FIGS. 4, 5, and 6. FIG. 4 is a control block diagram showing the contents performed by the controller 60, and shows processing for controlling the generated power FP based on the required power RP and the SOC.

コントローラ60は、図4に示したように、要求電力RP、バッテリ52のSOC、SOCの目標値である目標蓄電量TSOCに基づいて、発電電力FPの制御指令値である発電電力指令値SFPを決定する。コントローラ60は、発電電力FPが発電電力指令値SFPに一致するように、燃料ガスの流量やDC/DCコンバータ51等の制御を行う。   As shown in FIG. 4, the controller 60 generates a generated power command value SFP, which is a control command value of the generated power FP, based on the required power RP, the SOC of the battery 52, and the target charged amount TSOC that is the target value of SOC. decide. The controller 60 controls the flow rate of the fuel gas and the DC / DC converter 51 so that the generated power FP matches the generated power command value SFP.

図4において制御ブロックCT1は、SOCと、要求電力RP(又は、これに基づいた補正要求電力RP0)との入力を受け、当該入力に基づいて発電電力FPをどのように変化させるのかを決定し、発電電力指令値SFPを出力するものである。制御ブロックCT1が出力する発電電力指令値SFPは、最終的には入力された要求電力RP(又は補正要求電力RP0)と一致するように制御される。制御ブロックCT1の具体的な処理については、後に説明する。   In FIG. 4, the control block CT1 receives an input of the SOC and the required power RP (or the corrected required power RP0 based on the input), and determines how to change the generated power FP based on the input. The generated power command value SFP is output. The generated power command value SFP output from the control block CT1 is finally controlled so as to coincide with the input required power RP (or corrected required power RP0). Specific processing of the control block CT1 will be described later.

バッテリ52のSOCには、その目標値として目標蓄電量TSOCが設定されている。コントローラ60はSOCと目標蓄電量TSOCとの偏差を算出し(符号SM2)、PID制御ブロックP1に入力する。PID制御ブロックP1は、上記偏差を0にするために、要求電力RPに対して必要な加算分を通常のPIDにて算出する制御ブロックである。   For the SOC of the battery 52, the target charged amount TSOC is set as the target value. The controller 60 calculates the deviation between the SOC and the target charged amount TSOC (reference numeral SM2) and inputs it to the PID control block P1. The PID control block P1 is a control block that calculates an addition amount necessary for the required power RP with a normal PID in order to set the deviation to zero.

ここで、制御ブロックCT1には要求電力RPを直接入力してもよい。すなわち、PID制御ブロックP1を省略し、図4の符合SM1で示した加算を行わないような態様であってもよい。かかる態様であってもSOCの変動幅を抑制することは可能であり、本願発明の実施形態に含まれるものである。   Here, the required power RP may be directly input to the control block CT1. That is, the PID control block P1 may be omitted and the addition indicated by the symbol SM1 in FIG. 4 may not be performed. Even in this aspect, it is possible to suppress the fluctuation range of the SOC, and it is included in the embodiment of the present invention.

しかし、本実施形態においては図4に示したように、要求電力RPを制御ブロックCT1に直接入力するのではなく、PID制御ブロックP1により算出された加算分を加算した補正要求電力RP0を、制御ブロックCT1に入力している。   However, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the required power RP is not directly input to the control block CT1, but the corrected required power RP0 obtained by adding the addition calculated by the PID control block P1 is controlled. Input to block CT1.

例えば、目標蓄電量TSOCよりもSOCが下回っている場合、PID制御ブロックP1ではこの不足分を補うために必要な要求電力RPへの加算分(増加分)が算出され、コントローラ60は、かかる加算分を要求電力RPに加算する(符号SM1)。要求電力RPはその分増加して補正要求電力RP0となり、かかる補正要求電力RP0が制御ブロックCT1に入力される。   For example, when the SOC is lower than the target power storage amount TSOC, the PID control block P1 calculates an addition (increase) to the required power RP necessary to make up for this shortage, and the controller 60 performs the addition. Minutes are added to the required power RP (symbol SM1). The required power RP increases correspondingly to become the corrected required power RP0, and the corrected required power RP0 is input to the control block CT1.

その結果、補正要求電力RP0と一致するように制御される発電電力指令値SFPも増加することとなるため、発電電力FPが増加する。増加した発電電力FPによってSOCの不足分が補われ、SOCは目標蓄電量TSOCに近づくこととなる。尚、PID制御ブロックP1の内部処理は積分項を含むため、SOCと目標蓄電量TSOCとの間に定常的な偏差が生じることが抑制されている。   As a result, the generated power command value SFP that is controlled to coincide with the correction required power RP0 also increases, and thus the generated power FP increases. The increased generated power FP compensates for the shortage of SOC, and the SOC approaches the target power storage amount TSOC. In addition, since the internal process of the PID control block P1 includes an integral term, a steady deviation between the SOC and the target charged amount TSOC is suppressed.

すなわち、コントローラ60は、SOCが目標蓄電量TSOCに収束するように、SOCと目標蓄電量TSOCとの偏差をフィードバックしながら発電電力FPを制御している。これにより、負荷からの要求電力RPの変動が少ない状況においてもバッテリ52のSOCが目標蓄電量TSOCに収束するように制御し、SOCの変動幅を更に抑制している。   That is, the controller 60 controls the generated power FP while feeding back the deviation between the SOC and the target charged amount TSOC so that the SOC converges to the target charged amount TSOC. Thus, the SOC of the battery 52 is controlled so as to converge to the target charged amount TSOC even in a situation where the required power RP from the load is small, and the fluctuation range of the SOC is further suppressed.

尚、SOCと目標蓄電量TSOCとの偏差を、制御ブロックCT1が出力する発電電力指令値SFPに加算し、加算後の新たな発電電力指令値に一致するように発電電力FPを制御することも考えられる。しかしその場合、SOCと目標蓄電量TSOCとの間の偏差は抑制されるが、SOCセンサ73からの入力信号にノイズが生じた場合、かかるノイズの影響により発電電力FPが大きく変動してしまう可能性がある。後に詳しく説明するように、本実施形態では、SOCと目標蓄電量TSOCとの偏差を出力側ではなく入力側(要求電力RP)に加算することで、発電電力FPがSOCセンサ73のノイズや測定値変動の影響を直接的に受けてしまうことを防止している。   The deviation between the SOC and the target charged amount TSOC is added to the generated power command value SFP output from the control block CT1, and the generated power FP may be controlled to match the new generated power command value after the addition. Conceivable. However, in that case, the deviation between the SOC and the target charged amount TSOC is suppressed, but if noise occurs in the input signal from the SOC sensor 73, the generated power FP may fluctuate greatly due to the influence of the noise. There is sex. As will be described in detail later, in the present embodiment, the generated power FP is added to the input side (required power RP) instead of the output side, so that the generated power FP can be detected by noise or measurement of the SOC sensor 73. It is prevented from being directly affected by value fluctuations.

続いて図5を参照しながら、制御ブロックCT1の具体的な処理について説明する。図5は、コントローラ60が行う内容を示す制御ブロック図であって、図4に示した制御ブロックCT1の内部で行われる具体的な処理を示している。先に述べたように、制御ブロックCT1は、SOCと、要求電力RP(又は、これに基づいた補正要求電力RP0)との入力を受け、発電電力FPをどのように変化させるのかを決定し、発電電力指令値SFPを出力する制御ブロックである。   Next, specific processing of the control block CT1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a control block diagram showing the contents performed by the controller 60, and shows the specific processing performed inside the control block CT1 shown in FIG. As described above, the control block CT1 receives the SOC and the required power RP (or the corrected required power RP0 based on the input), determines how to change the generated power FP, It is a control block which outputs generated electric power command value SFP.

制御ブロックCT1における基本的な処理は、入力された補正要求電力RP0と現在の発電電力指令値SFPとの偏差を算出し(符号SM3)、これにゲイン(ゲインPG又はゲインMG)を掛けた後に積分処理を行って(符号ITG)、出力すべき発電電力指令値SFPを算出するというものである。ただし、サチュレータPST、MSTを備えることよって、補正要求電力RP0と発電電力指令値SFPとの偏差がプラスの時とマイナスの時とで、それぞれ異なるゲイン(それぞれ、ゲインPG、ゲインMG)を掛ける点が特徴的である。   The basic process in the control block CT1 is to calculate a deviation between the input correction request power RP0 and the current generated power command value SFP (reference numeral SM3), and multiply this by a gain (gain PG or gain MG). An integration process is performed (symbol ITG), and a generated power command value SFP to be output is calculated. However, by providing the saturators PST and MST, different gains (gain PG and gain MG, respectively) are applied when the deviation between the correction required power RP0 and the generated power command value SFP is positive and negative. Is characteristic.

サチュレータPSTは、上記偏差がプラスの時、すなわち、補正要求電力RP0が発電電力指令値SFPよりも大きいときのみ信号を通過させ、それ以外の時は0を出力する制御ブロックである。また、サチュレータMSTは、上記偏差がマイナスの時、すなわち、補正要求電力RP0が発電電力指令値SFPよりも小さいときのみ信号を通過させ、それ以外の時は0を出力する制御ブロックである。このため、補正要求電力RP0が発電電力指令値SFPよりも大きいときは、両者の偏差に対してゲインPGが掛けられ、補正要求電力RP0が発電電力指令値SFPよりも小さいときは、両者の偏差に対してゲインMGが掛けられる。   The saturator PST is a control block that allows a signal to pass only when the deviation is positive, that is, when the correction required power RP0 is larger than the generated power command value SFP, and otherwise outputs 0. The saturator MST is a control block that passes a signal only when the deviation is negative, that is, when the correction required power RP0 is smaller than the generated power command value SFP, and outputs 0 at other times. Therefore, when the correction required power RP0 is larger than the generated power command value SFP, the gain PG is multiplied by the deviation between the two, and when the correction required power RP0 is smaller than the generated power command value SFP, the deviation between the two is obtained. Is multiplied by a gain MG.

ここで、ゲインPG及びゲインMGは、いずれも固定値ではなく、バッテリ52のSOCによりその値が変更される。具体的には、図6に示したゲインマップを参照しながら、その値が決定されるものである。   Here, the gain PG and the gain MG are not fixed values, and the values are changed by the SOC of the battery 52. Specifically, the value is determined with reference to the gain map shown in FIG.

図6は、SOCとゲインPGとの関係を規定したゲインマップPGMと、SOCとゲインMGとの関係を規定したゲインマップMGMとを表す図である。図6に示したように、ゲインマップPGMは、SOCが目標蓄電量TSOCである50%以下の時は、その値が一定のG0となっている。一方、SOCが目標蓄電量TSOCである50%を超えると、SOCが高くなるに伴って、その値が徐々に減少するように設定されている。   FIG. 6 is a diagram illustrating a gain map PGM that defines the relationship between the SOC and the gain PG, and a gain map MGM that defines the relationship between the SOC and the gain MG. As shown in FIG. 6, the gain map PGM has a constant value G0 when the SOC is 50% or less, which is the target charged amount TSOC. On the other hand, when the SOC exceeds 50%, which is the target power storage amount TSOC, the value is set to gradually decrease as the SOC increases.

一方、ゲインマップMGMは、SOCが目標蓄電量TSOCである50%以上の時は、その値が一定のG0となっている。一方、SOCが目標蓄電量TSOCである50%を下回ると、SOCが低くなるに伴って、その値が徐々に減少するように設定されている。   On the other hand, the gain map MGM has a constant value G0 when the SOC is 50% or more, which is the target storage amount TSOC. On the other hand, when the SOC falls below 50%, which is the target power storage amount TSOC, the value is set to gradually decrease as the SOC decreases.

本実施形態に係る燃料電池システム10においては、コントローラ60においてゲインマップPGM及びゲインマップMGMが上記のように設定されている結果、既に説明した蓄電量調整制御が行われ、要求電力RPの変化に応じた発電電力FPの変化が図2及び図3に示したようなものとなっている。   In the fuel cell system 10 according to the present embodiment, as a result of the gain map PGM and the gain map MGM being set as described above in the controller 60, the power storage amount adjustment control already described is performed, and the change in the required power RP The corresponding change in the generated power FP is as shown in FIGS.

すなわち、要求電力RPが上昇すると、補正要求電力RP0と発電電力指令値SFPとの偏差がプラスになる。このとき、当該偏差に対して掛けられるゲインPGは、SOCが目標蓄電量TSOCよりも小さい場合には高い値(G0)となるため、発電電力指令値SFPは直ちに増加することとなる。その結果、発電電力FPは直ちに増加する(図2の時刻t1から時刻t2)。   That is, when the required power RP increases, the deviation between the corrected required power RP0 and the generated power command value SFP becomes positive. At this time, the gain PG multiplied by the deviation becomes a high value (G0) when the SOC is smaller than the target charged amount TSOC, so the generated power command value SFP immediately increases. As a result, the generated power FP immediately increases (from time t1 to time t2 in FIG. 2).

一方、ゲインPGは、SOCが目標蓄電量TSOCよりも大きい場合には、SOCが高い程その値が減少するため、発電電力指令値SFPの増加が抑制される。その結果、発電電力FPの増加が抑制され、発電電力FPの増加速度は緩やかになる(図3の時刻t3から時刻t4)。   On the other hand, when the SOC is larger than the target charged amount TSOC, the value of the gain PG decreases as the SOC increases. Therefore, the increase in the generated power command value SFP is suppressed. As a result, the increase in the generated power FP is suppressed, and the increasing speed of the generated power FP becomes slow (from time t3 to time t4 in FIG. 3).

また、要求電力RPが減少すると、補正要求電力RP0と発電電力指令値SFPとの偏差がマイナスになる。このとき、当該偏差に対して掛けられるゲインMGは、SOCが目標蓄電量TSOCよりも大きい場合には高い値(G0)となるため、発電電力指令値SFPは直ちに減少することとなる。その結果、発電電力FPは直ちに減少する(図3の時刻t4以降)。一方、ゲインMGは、SOCが目標蓄電量TSOCよりも小さい場合には、SOCが低い程その値が減少するため、発電電力指令値SFPの減少が抑制される。その結果、発電電力FPの減少が抑制され、発電電力FPの減少速度は緩やかになる(図2の時刻t2以降)。   Further, when the required power RP decreases, the deviation between the corrected required power RP0 and the generated power command value SFP becomes negative. At this time, the gain MG multiplied by the deviation becomes a high value (G0) when the SOC is larger than the target charged amount TSOC, so the generated power command value SFP is immediately reduced. As a result, the generated power FP decreases immediately (after time t4 in FIG. 3). On the other hand, when the SOC is smaller than the target charged amount TSOC, the value of the gain MG decreases as the SOC decreases. Therefore, the decrease in the generated power command value SFP is suppressed. As a result, the decrease in the generated power FP is suppressed, and the decrease rate of the generated power FP becomes slow (after time t2 in FIG. 2).

このように、本実施形態では、SOCに応じてゲインが変化するように設定されたゲインマップPGM、MGMを有することにより、図2及び図3に示したような蓄電量調整制御を実現している。   Thus, in the present embodiment, by having the gain maps PGM and MGM set so that the gain changes according to the SOC, the storage amount adjustment control as shown in FIGS. 2 and 3 is realized. Yes.

ゲインマップPGMによれば、バッテリ52のSOCと目標蓄電量TSOCとの差が大きいほど(SOCが大きいほど)、要求電力RPが増加した際における発電電力FPの増加の抑制量が大きくなるように制御するため、要求電力RPに対する不足分を補うためにバッテリ52から放電される電力が大きくなる。このため、SOCの減少量が大きくなり、SOCを目標蓄電量TSOCにより近づけることができる。   According to the gain map PGM, the greater the difference between the SOC of the battery 52 and the target charged amount TSOC (the greater the SOC), the greater the amount of suppression of the increase in the generated power FP when the required power RP increases. In order to control, the electric power discharged from the battery 52 is increased in order to compensate for the shortage with respect to the required power RP. For this reason, the amount of decrease in the SOC increases, and the SOC can be brought closer to the target charged amount TSOC.

また、ゲインマップMGMによれば、目標蓄電量TSOCとバッテリ52のSOCとの差が大きいほど(SOCが小さいほど)、要求電力RPが減少した際における発電電力FPの減少の抑制量が大きくなるように制御するため、バッテリ52に蓄電される余剰電力が大きくなる。このため、SOCの増加量が大きくなり、SOCを目標蓄電量TSOCにより近づけることができる。   Further, according to the gain map MGM, the greater the difference between the target charged amount TSOC and the SOC of the battery 52 (the smaller the SOC), the greater the amount of suppression of the decrease in the generated power FP when the required power RP decreases. Thus, the surplus power stored in the battery 52 is increased. For this reason, the increase amount of SOC becomes large, and it is possible to bring the SOC closer to the target power storage amount TSOC.

ここで、上記のような制御を行う制御ブロックCT1は、入力された要求電力RP(又は、これに基づいた補正要求電力RP0)に対し、所定の遮断周波数よりも高い周波数の成分を除去した後に発電電力指令値SFPとして出力する、平準化装置の一種ということができる。すなわち、発電電力指令値SFPは、本発明における平準化要求電力に該当するものである。ゲインマップPGM及びゲインマップMGMによりゲインPG及びゲインMGを設定することは、平準化装置の遮断周波数(それぞれ第一遮断周波数、第二遮断周波数)を設定することに該当する。   Here, after the control block CT1 that performs the control as described above removes a component having a frequency higher than a predetermined cutoff frequency from the input required power RP (or the corrected required power RP0 based thereon). It can be said that it is a kind of leveling device that outputs the generated power command value SFP. That is, the generated power command value SFP corresponds to the leveling request power in the present invention. Setting the gain PG and the gain MG by the gain map PGM and the gain map MGM corresponds to setting the cutoff frequency (first cutoff frequency and second cutoff frequency, respectively) of the leveling device.

例えば、図2の時刻t1以降や図3の時刻t4以降のように、ゲインPG又はゲインMGが高い値(G0)である場合は、遮断周波数が高く設定された場合に該当する。このため、出力される発電電力指令値SFPの時間変化は、入力された補正要求電力RP0に高速で追従するような時間変化となる。   For example, when the gain PG or gain MG is a high value (G0) after time t1 in FIG. 2 or after time t4 in FIG. 3, this corresponds to the case where the cutoff frequency is set high. For this reason, the time change of the generated power command value SFP output is a time change that follows the input correction request power RP0 at high speed.

一方、図2の時刻t2以降や図3の時刻t3以降のように、ゲインPG又はゲインMGが低い値である場合は、遮断周波数が低く設定された場合に該当する。入力された補正要求電力RP0のうち急峻な変動成分が除去される結果、出力される発電電力指令値SFPの時間変化は、入力された補正要求電力RP0の時間変化に比べて緩やかなものとなる。   On the other hand, when the gain PG or the gain MG is a low value after time t2 in FIG. 2 or after time t3 in FIG. 3, this corresponds to the case where the cutoff frequency is set low. As a result of removing the steep fluctuation component from the input correction request power RP0, the time change of the generated power generation command value SFP is more gradual than the time change of the input correction request power RP0. .

以上のように、本実施形態に係る燃料電池システム10では、コントローラ60が、SOCの変動幅を抑制するように制御ブロックCT1の遮断周波数を変化させる。すなわち、SOCセンサ73によって測定されたSOCに基づいてゲインPG又はゲインMGを設定することにより遮断周波数を変化させ、SOCの変動幅を抑制する制御(蓄電量調整制御)を行っている。   As described above, in the fuel cell system 10 according to the present embodiment, the controller 60 changes the cutoff frequency of the control block CT1 so as to suppress the fluctuation range of the SOC. That is, by setting the gain PG or the gain MG based on the SOC measured by the SOC sensor 73, the cutoff frequency is changed, and control for suppressing the fluctuation range of the SOC (power storage amount adjustment control) is performed.

尚、上記の蓄電量調整制御は、SOCに基づいて発電電力指令値SFPを補正するものではあるが、当該補正は、発電電力指令値SFPに対して補正値を加算若しくは減算するような直接的なものではなく、制御ブロックCT1の遮断周波数を変化させるという間接的なものである。   In addition, although the above-described power storage amount adjustment control corrects the generated power command value SFP based on the SOC, the correction is performed directly by adding or subtracting a correction value to the generated power command value SFP. However, this is an indirect method of changing the cutoff frequency of the control block CT1.

このため、SOCが変動したり、SOCの測定値にノイズが生じたりした場合であっても、発電電力指令値SFP(及び発電電力FP)はそのような変動要因の影響によって大きく変動してしまうことがない。このため、燃料電池スタック20のスタック電圧Vcの変動が抑制され、金属触媒の溶解等が抑制されている。   For this reason, even if the SOC fluctuates or noise occurs in the measured value of the SOC, the generated power command value SFP (and the generated power FP) greatly fluctuates due to the influence of such fluctuation factors. There is nothing. For this reason, fluctuations in the stack voltage Vc of the fuel cell stack 20 are suppressed, and dissolution of the metal catalyst and the like are suppressed.

続いて、バッテリ52の蓄電性能が低下した場合において行われる燃料電池システム10の制御について説明する、バッテリ52は、長期間の使用や充放電を繰り返すこと等により、次第に蓄電性能が低下していく。蓄電性能が低下した状態においては、蓄電できる電力量が小さくなるため、発電電力と要求電力との不一致を補うような十分な充放電ができなくなる。このため、このような状態において上記のような蓄電量調整制御を行おうとすると、蓄電量調整制御が適切に行われず、金属触媒の溶解、析出を却って促進してしまうような場合も起こりうる。   Subsequently, the control of the fuel cell system 10 performed when the storage performance of the battery 52 is reduced will be described. The storage performance of the battery 52 gradually decreases due to repeated use over a long period of time or charging and discharging. . In a state where the power storage performance is deteriorated, the amount of power that can be stored is small, so that sufficient charge / discharge that compensates for the mismatch between the generated power and the required power cannot be performed. For this reason, if it is attempted to perform the storage amount adjustment control as described above in such a state, the storage amount adjustment control may not be performed properly, and the dissolution and deposition of the metal catalyst may be accelerated instead.

これを防止するために、燃料電池システム10では、ゲインPG等にフィルタゲイン下限値を設定している。図6に示したゲインマップにより設定されるゲインPG等の値がフィルタゲイン下限値を下回った場合は、当該ゲインPG等としてフィルタゲイン下限値が設定される。   In order to prevent this, the fuel cell system 10 sets a filter gain lower limit value for the gain PG and the like. When the value of the gain PG or the like set by the gain map shown in FIG. 6 falls below the filter gain lower limit value, the filter gain lower limit value is set as the gain PG or the like.

その上で、コントローラ60は、フィルタゲイン下限値をバッテリ52の蓄電性能に応じて変化させる。バッテリ52の蓄電性能が低下した状態においては、フィルタゲイン下限値を高めに設定することで蓄電量調整制御を抑制する。更に蓄電性能が低下した状態では、蓄電量調整制御が行われないよう、フィルタゲイン下限値を更に高めに設定する。   In addition, the controller 60 changes the filter gain lower limit value according to the storage performance of the battery 52. In a state where the power storage performance of the battery 52 is lowered, the power storage amount adjustment control is suppressed by setting the filter gain lower limit value higher. Further, the filter gain lower limit value is set to a higher value so that the storage amount adjustment control is not performed in a state where the storage performance has deteriorated.

図7は、バッテリ52の蓄電性能が低下した際における制御を説明するための図であって、バッテリ52の蓄電性能とフィルタゲイン下限値との関係を示している。図7の横軸に示した「蓄電性能」とは、バッテリ52の温度から換算されるものであって、バッテリ52の蓄電性能が全く劣化していない場合の温度(低温)を100%とし、蓄電性能が著しく低下し、充放電を行えなくなった場合の温度(高温)を0%としている。   FIG. 7 is a diagram for explaining the control when the storage performance of the battery 52 is lowered, and shows the relationship between the storage performance of the battery 52 and the filter gain lower limit value. The “power storage performance” shown on the horizontal axis of FIG. 7 is calculated from the temperature of the battery 52, and the temperature (low temperature) when the power storage performance of the battery 52 is not deteriorated is 100%. The temperature (high temperature) when the power storage performance is significantly lowered and charging / discharging cannot be performed is set to 0%.

バッテリ52には、その温度を測定するための温度センサを備えており、その測定値はコントローラ60に入力される。これにより、コントローラ60はバッテリ52の蓄電性能の状態を常に把握し、蓄電性能に基づいてフィルタゲイン下限値を所定周期で更新している。尚、バッテリ52の温度と蓄電性能との関係は、予め実験等で求めることができる。   The battery 52 includes a temperature sensor for measuring the temperature, and the measured value is input to the controller 60. Thereby, the controller 60 always grasps the state of the storage performance of the battery 52, and updates the filter gain lower limit value at a predetermined cycle based on the storage performance. It should be noted that the relationship between the temperature of the battery 52 and the power storage performance can be obtained in advance through experiments or the like.

バッテリ52の温度が低く、蓄電性能が閾値TH以上である場合には、フィルタゲイン下限値はmin0に設定される。min0は十分低く、図6に示したゲインマップにより設定されるゲインPG等の値が、min0を下回ることはほとんど無いような値として設定されている。   When the temperature of the battery 52 is low and the power storage performance is equal to or higher than the threshold value TH, the filter gain lower limit value is set to min0. min0 is sufficiently low, and the value such as the gain PG set by the gain map shown in FIG. 6 is set to a value that hardly falls below min0.

バッテリ52の温度が上昇し、蓄電性能が閾値THを下回った場合には、図7のようにフィルタゲイン下限値がmin0よりも高い値として設定される。その後、バッテリ52の温度が更に高くなる程、フィルタゲイン下限値はより高い値として設定され、最終的には(蓄電性能が著しく低下して0%近くとなった状態では)min1として設定される。min1は、本実施形態においては図6のG0と等しい値となっている。即ち、蓄電性能が0%に近い状態ではゲインPG、ゲインMGはいずれもG0で一定となるように設定されるため、蓄電量調整制御は実行されなくなる。尚、min1は、G0よりも高い値として設定してもよい。   When the temperature of the battery 52 rises and the power storage performance falls below the threshold value TH, the filter gain lower limit value is set to a value higher than min0 as shown in FIG. Thereafter, as the temperature of the battery 52 further increases, the lower limit value of the filter gain is set to a higher value, and finally set to min1 (in a state where the storage performance is remarkably reduced to near 0%). . In this embodiment, min1 has a value equal to G0 in FIG. That is, when the power storage performance is close to 0%, the gain PG and the gain MG are both set to be constant at G0, so that the power storage amount adjustment control is not executed. Note that min1 may be set as a value higher than G0.

以上のように、コントローラ60は、バッテリ52の蓄電性能が低下したと判断した場合には、蓄電量調整制御を行わない。これにより、バッテリ52の蓄電性能が低下している状況において、蓄電量調整制御が適切に行われなくなることを防止している。   As described above, the controller 60 does not perform the storage amount adjustment control when determining that the storage performance of the battery 52 has decreased. As a result, in a situation where the power storage performance of the battery 52 is degraded, the power storage amount adjustment control is prevented from being appropriately performed.

続いて、本発明の別の実施形態について説明する。当該実施形態においては、制御ブロックCT1が行う平準化処理の内容のみが異なっており、他は燃料電池システム10と同一である。従って、以下では当該制御ブロックを制御ブロックCT2と表記することとし、制御ブロックCT2が行う平準化処理の内容のみを説明し他の説明を省略する。   Subsequently, another embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, only the leveling process performed by the control block CT1 is different, and the rest is the same as the fuel cell system 10. Therefore, hereinafter, the control block will be referred to as a control block CT2, and only the content of the leveling process performed by the control block CT2 will be described, and the other description will be omitted.

制御ブロックCT2は、制御ブロックCT1と同様に、SOCと、補正要求電力RP0との入力を受け、当該入力に基づいて発電電力FPをどのように変化させるのかを決定し、発電電力指令値SFPを出力するものである。制御ブロックCT2は、入力された補正要求電力RP0に対し、所定の遮断周波数よりも高い周波数の成分を除去した後に発電電力指令値SFPとして出力する、所謂ローパスフィルタと称される平準化装置である。   Similar to the control block CT1, the control block CT2 receives the SOC and the correction request power RP0, determines how to change the generated power FP based on the input, and generates the generated power command value SFP. Output. The control block CT2 is a leveling device called a so-called low-pass filter that outputs a generated power command value SFP after removing a component having a frequency higher than a predetermined cut-off frequency from the input correction request power RP0. .

制御ブロックCT2では、SOCと遮断周波数との関係を記憶した設定テーブルを有しており、かかる設定テーブルを参照しながら、入力されるSOCに応じて遮断周波数が設定される。図8は、当該設定テーブルの内容を示す図である。   The control block CT2 has a setting table that stores the relationship between the SOC and the cutoff frequency, and the cutoff frequency is set according to the input SOC while referring to the setting table. FIG. 8 shows the contents of the setting table.

図8に示したように、遮断周波数として、SOCに応じた複数の値が設定されている。また、要求電力RP(及び補正要求電力RP0)が上昇した場合の設定値(第一遮断周波数)と、下降した場合の設定値(第二遮断周波数)とがそれぞれ設定されている。   As shown in FIG. 8, a plurality of values corresponding to the SOC are set as the cutoff frequency. In addition, a set value (first cutoff frequency) when the required power RP (and correction required power RP0) increases and a set value (second cutoff frequency) when it decreases are set.

SOCが適正な状態(例えば40%から80%の状態)では、要求電力RPが上昇した場合、及び下降した場合のいずれにおいても、基準遮断周波数Fcが遮断周波数として設定される。基準遮断周波数Fcは比較的高い周波数であって、例えば図2の時刻t1以降のように、出力される発電電力指令値SFPが、入力された補正要求電力RP0に高速で追従することが可能となるような周波数である。   In a state where the SOC is appropriate (for example, a state where the SOC is 40% to 80%), the reference cutoff frequency Fc is set as the cutoff frequency regardless of whether the required power RP increases or decreases. The reference cut-off frequency Fc is a relatively high frequency, and for example, the output generated power command value SFP can follow the input correction request power RP0 at high speed, for example, after time t1 in FIG. The frequency is such that

SOCが高めの状態(例えば80%から90%の状態)では、SOCと目標蓄電量TSOCとの偏差(ΔSOC)の絶対値に対して所定の比例定数Kを掛けたものに1を加え、掛かる値で基準遮断周波数Fcを除したもの(以下、調整遮断周波数Fc2と表記する)が、要求電力RPが上昇した場合の遮断周波数として設定される。一方、要求電力RPが下降した場合の遮断周波数は、基準遮断周波数Fcのままで変更されない。   When the SOC is high (for example, 80% to 90%), the absolute value of the deviation (ΔSOC) between the SOC and the target power storage amount TSOC is multiplied by a predetermined proportional constant K and multiplied by 1. A value obtained by dividing the reference cutoff frequency Fc by the value (hereinafter referred to as an adjusted cutoff frequency Fc2) is set as the cutoff frequency when the required power RP increases. On the other hand, the cut-off frequency when the required power RP decreases is not changed with the reference cut-off frequency Fc.

調整遮断周波数Fc2は、基準遮断周波数Fcに比べて低い周波数である。従って、要求電力RPが上昇した場合においては、入力された補正要求電力RP0のうち急峻な変動成分が除去される結果、出力される発電電力指令値SFPの時間変化は、入力された補正要求電力RP0の時間変化に比べて緩やかなものとなる。要求電力RPに対して発電電力FPが不足し、バッテリ52の放電が促される。その結果、バッテリ52の蓄電収支はマイナスとなり、高めのSOCは目標蓄電量TSOCに近づくこととなる。   The adjusted cutoff frequency Fc2 is a lower frequency than the reference cutoff frequency Fc. Therefore, when the required power RP increases, as a result of removing the steep fluctuation component from the input correction required power RP0, the temporal change in the generated power command value SFP output is the input correction required power. Compared to the time change of RP0, it becomes gradual. The generated power FP is insufficient with respect to the required power RP, and the battery 52 is prompted to discharge. As a result, the power storage balance of the battery 52 becomes negative, and the higher SOC approaches the target power storage amount TSOC.

SOCがさらに高くなり、上限(例えば90%)以上となった状態では、要求電力RPが上昇した場合の遮断周波数は上記と同様に調整遮断周波数Fc2となるよう設定される。尚、ΔSOCが大きくなることにより、調整遮断周波数Fc2は上記よりもさらに低い値となっている。   In a state where the SOC is further increased and becomes equal to or higher than the upper limit (for example, 90%), the cutoff frequency when the required power RP increases is set to be the adjusted cutoff frequency Fc2 as described above. Note that as ΔSOC increases, the adjusted cut-off frequency Fc2 has a lower value than the above.

一方、要求電力RPが下降した場合の遮断周波数は無限大に設定される。すなわち、入力された補正要求電力RP0はそのまま発電電力指令値SFPとして出力される。すなわち、要求電力RPが下降した場合には迅速に発電電力FPを減少させる結果、この場合にもバッテリ52の放電が促されることとなる。このため、バッテリ52の蓄電収支は大きなマイナスとなり、上限以上であったSOCは直ちに減少して目標蓄電量TSOCに近づくこととなる。   On the other hand, the cutoff frequency when the required power RP decreases is set to infinity. That is, the input correction required power RP0 is output as it is as the generated power command value SFP. That is, when the required power RP decreases, the generated power FP is quickly reduced, and as a result, the battery 52 is also discharged. For this reason, the power storage balance of the battery 52 is greatly negative, and the SOC that is equal to or higher than the upper limit immediately decreases and approaches the target power storage amount TSOC.

SOCが低めの状態(例えば20%から40%の状態)では、調整遮断周波数Fc2が要求電力RPが下降した場合の遮断周波数として設定される。一方、要求電力RPが上昇した場合の遮断周波数は、基準遮断周波数Fcのままで変更されない。   In a state where the SOC is low (for example, a state of 20% to 40%), the adjusted cutoff frequency Fc2 is set as a cutoff frequency when the required power RP decreases. On the other hand, the cut-off frequency when the required power RP is increased remains the reference cut-off frequency Fc.

調整遮断周波数Fc2は、基準遮断周波数Fcに比べて低い周波数である。従って、要求電力RPが下降した場合においては、入力された補正要求電力RP0のうち急峻な変動成分が除去される結果、出力される発電電力指令値SFPの時間変化は、入力された補正要求電力RP0の時間変化に比べて緩やかなものとなる。要求電力RPに対して発電電力FPが余剰となり、バッテリ52に蓄電される。その結果、バッテリ52の蓄電収支はプラスとなり、低めのSOCは目標蓄電量TSOCに近づくこととなる。   The adjusted cutoff frequency Fc2 is a lower frequency than the reference cutoff frequency Fc. Therefore, when the required power RP decreases, as a result of removing the steep fluctuation component from the input correction required power RP0, the time change of the generated power command value SFP output is the input correction required power. Compared to the time change of RP0, it becomes gradual. The generated power FP becomes surplus with respect to the required power RP and is stored in the battery 52. As a result, the storage balance of the battery 52 becomes positive, and the lower SOC approaches the target storage amount TSOC.

SOCがさらに低くなり、下限(例えば20%)以下となった状態では、要求電力RPが下降した場合の遮断周波数は上記と同様に調整遮断周波数Fc2となるよう設定される。尚、ΔSOCが大きくなることにより、調整遮断周波数Fc2は上記よりもさらに低い値となっている。   In a state where the SOC is further lowered and is lower than the lower limit (for example, 20%), the cutoff frequency when the required power RP decreases is set to be the adjusted cutoff frequency Fc2 as described above. Note that as ΔSOC increases, the adjusted cut-off frequency Fc2 has a lower value than the above.

一方、要求電力RPが上昇した場合の遮断周波数は無限大に設定される。すなわち、入力された補正要求電力RP0はそのまま発電電力指令値SFPとして出力される。すなわち、要求電力RPが上昇した場合には迅速に発電電力FPを増加させる結果、この場合にも余剰の電力がバッテリ52へ蓄電されることとなる。このため、バッテリ52の蓄電収支は大きなプラスとなり、下限以下であったSOCは直ちに増加して目標蓄電量TSOCに近づくこととなる。   On the other hand, the cutoff frequency when the required power RP increases is set to infinity. That is, the input correction required power RP0 is output as it is as the generated power command value SFP. That is, when the required power RP increases, the generated power FP is quickly increased. As a result, excess power is also stored in the battery 52 in this case. For this reason, the power storage balance of the battery 52 becomes a large plus, and the SOC that is equal to or lower than the lower limit immediately increases and approaches the target power storage amount TSOC.

以上のように、コントローラ60は、SOCの変動幅を抑制するように制御ブロックCT2の遮断周波数を変化させる。すなわち、SOCセンサ73によって測定されたSOCと、図8に示した設定テーブルとに基づいて遮断周波数を設定することにより、SOCの変動幅を抑制する制御(蓄電量調整制御)を行っている。   As described above, the controller 60 changes the cutoff frequency of the control block CT2 so as to suppress the fluctuation range of the SOC. In other words, the control for suppressing the fluctuation range of the SOC (power storage amount adjustment control) is performed by setting the cutoff frequency based on the SOC measured by the SOC sensor 73 and the setting table shown in FIG.

本実施形態においては、制御ブロックCT1が行う制御と同様に、SOCに基づく発電電力指令値SFPの補正を、制御ブロックCT2の遮断周波数を変化させるという間接的な方法により行っている。このため、SOCが変動したり、SOCの測定値にノイズが生じたりした場合であっても、発電電力指令値SFP(及び発電電力FP)はそのような変動要因の影響によって大きく変動してしまうことがない。このため、燃料電池スタック20のスタック電圧Vcの変動が抑制され、金属触媒の溶解等が抑制されている。   In the present embodiment, similar to the control performed by the control block CT1, the correction of the generated power command value SFP based on the SOC is performed by an indirect method of changing the cutoff frequency of the control block CT2. For this reason, even if the SOC fluctuates or noise occurs in the measured value of the SOC, the generated power command value SFP (and the generated power FP) greatly fluctuates due to the influence of such fluctuation factors. There is nothing. For this reason, fluctuations in the stack voltage Vc of the fuel cell stack 20 are suppressed, and dissolution of the metal catalyst and the like are suppressed.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. For example, the elements included in each of the specific examples described above and their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like are not limited to those illustrated, but can be changed as appropriate. Moreover, each element with which each embodiment mentioned above is provided can be combined as long as technically possible, and the combination of these is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.

10:燃料電池システム
20:燃料電池スタック
30:酸化剤ガス供給系
31:フィルタ
32:エアコンプレッサ
33:酸化剤ガス通路
34:酸化オフガス通路
35:加湿器
40:燃料ガス供給系
41:燃料ガス供給源
42:インジェクタ
43:燃料ガス通路
44:循環通路
45:循環ポンプ
46:排気排水通路
50:電力系
51:DC/DCコンバータ
52:バッテリ
53:トラクションインバータ
54:トラクションモータ
55:補機類
60:コントローラ
71:電圧センサ
72:電流センサ
73:SOCセンサ
74:圧力センサ
A2:遮断弁
A3:背圧調整弁
ACC:アクセル開度信号
VV:車速信号
FP:発電電力
H1:遮断弁
H2:レギュレータ
H3:遮断弁
H4:遮断弁
H5:排気排水弁
IG:イグニッションスイッチ
PG,MG:ゲイン
PGM,MGM:ゲインマップ
PST,MST:サチュレータ
RP:要求電力
RP0:補正要求電力
SP:システム電力
SFP:発電電力指令値
TSOC:目標蓄電量
TH:閾値
Vc:スタック電圧
CT1,CT2:制御ブロック
P1:PID制御ブロック
基準遮断周波数:Fc
10: Fuel cell system 20: Fuel cell stack 30: Oxidant gas supply system 31: Filter 32: Air compressor 33: Oxidant gas passage 34: Oxidation off-gas passage 35: Humidifier 40: Fuel gas supply system 41: Fuel gas supply Source 42: Injector 43: Fuel gas passage 44: Circulation passage 45: Circulation pump 46: Exhaust drain passage 50: Electric power system 51: DC / DC converter 52: Battery 53: Traction inverter 54: Traction motor 55: Auxiliary machinery 60: Controller 71: Voltage sensor 72: Current sensor 73: SOC sensor 74: Pressure sensor A2: Shut-off valve A3: Back pressure adjustment valve ACC: Accelerator opening signal VV: Vehicle speed signal FP: Generated power H1: Shut-off valve H2: Regulator H3: Shut-off valve H4: Shut-off valve H5: Exhaust drain valve IG: Igni Switch PG, MG: Gain PGM, MGM: Gain map PST, MST: Saturator RP: Required power RP0: Correction required power SP: System power SFP: Generated power command value TSOC: Target power storage amount TH: Threshold voltage Vc: Stack voltage CT1 , CT2: Control block P1: PID control block Reference cutoff frequency: Fc

Claims (6)

燃料電池からの発電電力を、負荷からの要求電力に基づいて前記負荷に出力する燃料電池システムにおいて、
前記要求電力を測定する要求電力測定手段と、
前記発電電力を制御する制御手段と、
前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され、蓄電及び放電を行う蓄電装置と、
前記蓄電装置の蓄電量を測定する蓄電量測定手段と、
を備え、
前記制御装置は、
前記要求電力の測定値に対し、遮断周波数よりも高い周波数の成分を除去する平準化処理を行うことによって平準化要求電力を算出し、
前記平準化要求電力に追従するように前記発電電力を制御するものであって、
前記遮断周波数を前記蓄電量に基づいて変化させることにより、前記蓄電量の変動幅を抑制する蓄電量調整制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。
In the fuel cell system for outputting the generated power from the fuel cell to the load based on the required power from the load,
Required power measuring means for measuring the required power;
Control means for controlling the generated power;
A power storage device connected in parallel to the fuel cell with respect to the load for performing power storage and discharge;
A storage amount measuring means for measuring a storage amount of the power storage device;
With
The controller is
For the measured value of the required power, calculate the leveled required power by performing a leveling process that removes a frequency component higher than the cutoff frequency,
The generated power is controlled to follow the leveling required power,
A fuel cell system that performs power storage amount adjustment control that suppresses a fluctuation range of the power storage amount by changing the cutoff frequency based on the power storage amount.
前記制御装置は、前記遮断周波数として、
前記要求電力が増加した際に用いる第一遮断周波数と、
前記要求電力が減少した際に用いる第二遮断周波数と、を有しており、
前記蓄電量が所定の目標蓄電量よりも多い場合には前記第一遮断周波数を減少させ、
前記蓄電量が前記目標蓄電量よりも少ない場合には前記第二遮断周波数を減少させることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム。
The control device, as the cutoff frequency,
A first cut-off frequency used when the required power increases;
A second cutoff frequency used when the required power is reduced,
If the amount of electricity stored is greater than a predetermined target amount of electricity, reduce the first cutoff frequency,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second cutoff frequency is decreased when the charged amount is smaller than the target charged amount.
前記制御装置は、
前記蓄電量が前記目標蓄電量よりも多いほど、前記第一遮断周波数を大きく減少させ、
前記蓄電量が前記目標蓄電量よりも少ないほど、前記第二遮断周波数を大きく減少させることを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池システム。
The controller is
The more the power storage amount is greater than the target power storage amount, the greater the first cutoff frequency,
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the second cutoff frequency is greatly decreased as the charged amount is smaller than the target charged amount. 4.
前記制御装置は、
前記要求電力と前記発電電力との差にフィルタゲインを掛け、その後積分処理を行うことによって前記平準化要求電力を算出するものであって、
前記フィルタゲインを前記蓄電量に基づいて減少させることにより、前記第一遮断周波数又は前記第二遮断周波数を減少させることを特徴とする、請求項3に記載の燃料電池システム。
The controller is
The leveled required power is calculated by multiplying the difference between the required power and the generated power by a filter gain and then performing an integration process,
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the first cutoff frequency or the second cutoff frequency is decreased by decreasing the filter gain based on the charged amount. 5.
前記制御手段は、前記蓄電量が前記目標蓄電量に収束するように、前記目標蓄電量に対する前記蓄電量の偏差をフィードバックしながら前記発電電力を制御することを特徴とする、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The control means controls the generated power while feeding back a deviation of the charged amount relative to the target charged amount so that the charged amount converges to the target charged amount. Item 5. The fuel cell system according to any one of Items 4. 前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電性能が低下したと判断した場合には、前記蓄電量調整制御を行わないことを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the control device does not perform the power storage amount adjustment control when it is determined that the power storage performance of the power storage device has deteriorated. .
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