JP2014002844A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2014002844A
JP2014002844A JP2012135561A JP2012135561A JP2014002844A JP 2014002844 A JP2014002844 A JP 2014002844A JP 2012135561 A JP2012135561 A JP 2012135561A JP 2012135561 A JP2012135561 A JP 2012135561A JP 2014002844 A JP2014002844 A JP 2014002844A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
power
request
load
power generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012135561A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroto Chiba
裕人 千葉
Koichiro Furusawa
宏一朗 古澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2012135561A priority Critical patent/JP2014002844A/en
Publication of JP2014002844A publication Critical patent/JP2014002844A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of suppressing shortage of anode stoichiometric generated at rapid acceleration with certainty, of improving the power generation stability at heavy load, and of suppressing deterioration of a fuel cell.SOLUTION: A fuel cell system comprises: power request determination means determining presence or absence of a request and its amount with respect to a power supplied from a fuel cell and a battery; power generation restriction means restricting power generation of the fuel cell on the basis of an operation condition at the time when the fuel cell is deteriorated; and control means receiving the determination of the power request determination means to control the fuel cell and the battery. The control means, when the power request determination means determines the request for increasing the power, firstly performs battery power supply processing of supplying the power from the battery, and next, performs fuel cell power supply processing of supplying the power from the fuel cell under restriction of the power generation restriction means.

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜（以下、電解質膜という）をアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）とで両側から挟んで膜電極構造体（ＭＥＡ）を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を構成し、この単位セルを複数枚積層して燃料電池スタックとするものが知られている。燃料電池は、アノードにアノードガス（燃料）として水素が供給され、カソードにカソードガス（酸化剤）として空気が供給されることで、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードで空気中の酸素と電気化学反応（Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ）を起こして発電するようになっている。なお、この発電に伴って燃料電池内では水分（特に、水蒸気）が生成される。 A fuel cell mounted on a fuel cell vehicle includes a membrane electrode assembly (MEA) in which a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter referred to as an electrolyte membrane) is sandwiched between an anode (fuel electrode) and a cathode (oxidant electrode) from both sides. And a pair of separators are arranged on both sides of the membrane electrode structure to constitute a flat unit fuel cell (hereinafter referred to as “unit cell”), and a plurality of the unit cells are stacked to form a fuel cell stack. Is known. In a fuel cell, hydrogen is supplied to the anode as anode gas (fuel) and air is supplied to the cathode as cathode gas (oxidant), so that hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode pass through the electrolyte membrane. It moves to the cathode and generates electricity by causing an electrochemical reaction (O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O) with oxygen in the air at the cathode. Note that moisture (particularly, water vapor) is generated in the fuel cell with this power generation.

このような燃料電池では、燃料電池車両からの負荷要求に基づいて電流指令値が算出され、算出された電流指令値に基づいて反応ガス（アノードガス、及びカソードガス）が所望の目標値（圧力や流量等）で燃料電池に供給されるようになっている。そのため、燃料電池車両に急な負荷変動（例えば、急加速）が生じた場合、電流指令値に応じた反応ガス目標値まで反応ガス供給量を増加させるのが難しい。この場合には、反応ガス供給量が反応ガス目標値に達する猶予なく燃料電池に負荷がかかるため、実際に燃料電池で発電される出力電流値に対して、例えばアノードガス供給量が不足した、いわゆるアノードストイキ（燃料電池への供給量／理論水素消費量）不足となる虞がある。   In such a fuel cell, a current command value is calculated based on a load request from the fuel cell vehicle, and the reaction gas (anode gas and cathode gas) is set to a desired target value (pressure) based on the calculated current command value. Or the flow rate) is supplied to the fuel cell. Therefore, when a sudden load fluctuation (for example, rapid acceleration) occurs in the fuel cell vehicle, it is difficult to increase the reaction gas supply amount to the reaction gas target value corresponding to the current command value. In this case, since the load is applied to the fuel cell without the reaction gas supply amount reaching the reaction gas target value, for example, the anode gas supply amount is insufficient with respect to the output current value actually generated by the fuel cell. There is a risk of so-called anode stoichiometry (supply amount to fuel cell / theoretical hydrogen consumption amount).

アノードストイキ不足の状態で発電を行うと、アノードの電極の劣化等が誘発される。そして、電極の劣化は、出力低下を引き起こすとともに、電解質膜に取り込まれて電解質膜の劣化も加速させ、電解質膜の寿命を低下させる要因となる。
また、急な負荷変動に応じて燃料電池の電位を急激に変動させることも、アノードの電極を劣化させる要因となる。 When power generation is performed in a state where the anode stoichiometry is insufficient, deterioration of the anode electrode or the like is induced. The deterioration of the electrode causes a decrease in output and is taken into the electrolyte membrane to accelerate the deterioration of the electrolyte membrane, thereby reducing the life of the electrolyte membrane.
Further, abruptly changing the potential of the fuel cell in response to a sudden load change also causes deterioration of the anode electrode.

ここで、例えば下記特許文献１〜４には、急な負荷変動に対応するための技術が開示されている。
具体的に、特許文献１には、走行駆動用のモータの負荷変動率が所定値より大きいときに、モータに供給される総電力量のうち、バッテリからモータに供給する電力量の割合が、燃料電池からモータに供給する電力量の割合よりも大きくなるようにする構成が記載されている。
特許文献２には、車両が加速状態の場合、エネルギー電源（燃料電池）の放電量を増加し、パワー電源の放電量を小さくする構成が記載されている。
特許文献３には、車両が急加速されたと仮定したときに必要とされる過渡発電量を算出し、実際に急加速されたときに過渡発電量に応じた発電を燃料電池にて行えるように、急加速される前からガス循環量を予め高めの待機流量に設定する技術が記載されている。
特許文献４には、燃料電池の発電能力の低下を検知した場合、燃料電池へ供給する水素の流量及び圧力を増加させてから、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断するとともに、蓄電部から負荷装置へ電力を供給する構成が記載されている。 Here, for example, Patent Documents 1 to 4 listed below disclose techniques for dealing with sudden load fluctuations.
Specifically, in Patent Document 1, when the load fluctuation rate of the driving motor is larger than a predetermined value, the ratio of the amount of power supplied from the battery to the motor out of the total amount of power supplied to the motor is as follows: A configuration is described in which the ratio is greater than the ratio of the amount of power supplied from the fuel cell to the motor.
Patent Document 2 describes a configuration in which when the vehicle is in an accelerated state, the amount of discharge of the energy power source (fuel cell) is increased and the amount of discharge of the power source is reduced.
In Patent Document 3, the amount of transient power generation required when the vehicle is assumed to be suddenly accelerated is calculated, and the fuel cell can generate power according to the amount of transient power generation when the vehicle is actually suddenly accelerated. A technique for setting the gas circulation amount to a higher standby flow rate before the sudden acceleration is described.
In Patent Document 4, when a decrease in the power generation capacity of a fuel cell is detected, the flow rate and pressure of hydrogen supplied to the fuel cell are increased, and then the connection of the fuel cell to the load device is temporarily interrupted. Describes a configuration for supplying power to the load device.

特開２００２−２８９２３８号公報JP 2002-289238 A 特許第３４２９０６８号公報Japanese Patent No. 3429068 特開２００６−３０９９７７号公報JP 2006-309977 A 特開２０１１−１３４５２９号公報JP 2011-134529 A

しかしながら、上述した各特許文献のうち、特許文献１の構成にあっては、単にバッテリと燃料電池との負荷配分の変化だけでは、急な負荷変動に十分に対応することが難しい。すなわち、燃料電池が負荷指令値に対応できる環境になっていない場合（例えば、アノードガス目標値が負荷指令値に対して設定される値まで達していない場合等）や、バッテリのＳＯＣ状態等によっては、上述した負荷配分に対応することができない場合等がある。
また、特許文献２の構成のように、車両が加速状態の場合、エネルギー電源（燃料電池）の放電量を増加させると、上述したアノードストイキ不足が発生し易くなる。
特許文献３の構成では、上述したように負荷指令値に応じたアノードガス目標値の供給には遅れが生じるため、ガス循環量の制御だけでは急な負荷変動に十分に対応することが難しい。
特許文献４の構成にあっては、発電能力の低下を検知した時点で、アノードストイキ不足によるダメージが燃料電池に与えられ、燃料電池の劣化が既に進行している可能性がある。 However, among the patent documents described above, in the configuration of Patent Document 1, it is difficult to sufficiently cope with a sudden load fluctuation by simply changing the load distribution between the battery and the fuel cell. That is, when the fuel cell is not in an environment that can handle the load command value (for example, when the anode gas target value has not reached the value set for the load command value), or depending on the SOC state of the battery, etc. May not be able to cope with the load distribution described above.
In addition, when the vehicle is in an accelerated state as in the configuration of Patent Document 2, if the discharge amount of the energy power source (fuel cell) is increased, the above-described shortage of anode stoichiometry is likely to occur.
In the configuration of Patent Document 3, as described above, there is a delay in the supply of the anode gas target value according to the load command value. Therefore, it is difficult to sufficiently cope with a sudden load fluctuation only by controlling the gas circulation amount.
In the configuration of Patent Document 4, when a decrease in power generation capacity is detected, damage due to insufficient anode stoichiometry is given to the fuel cell, and deterioration of the fuel cell may have already progressed.

そこで、本発明は、上述した事情に考慮してなされたもので、急加速時に発生するアノードストイキ不足を確実に抑制して、高負荷時の発電安定性を向上させるとともに、燃料電池の劣化を抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and reliably suppresses the shortage of anode stoichiometry that occurs during rapid acceleration, improves power generation stability at high loads, and prevents deterioration of the fuel cell. It aims at providing the fuel cell system which can be suppressed.

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、反応ガスを受けて発電する燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池２）、及び充放電が可能な二次電池（例えば、実施形態におけるバッテリ１１）を有する電気供給系と、前記電気供給系から供給される電力について要求の有無、及びその量を判定する電力要求判定手段（例えば、実施形態における電力要求判定手段６１）と、前記燃料電池が劣化する際の作動条件（例えば、実施形態における遅れ時間Ｔｄｙや加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤ）に基づき、前記燃料電池の発電を制限する発電制限手段（例えば、実施形態における発電制限手段６２）と、前記電力要求判定手段の判定を受けて前記電気供給系を制御する制御手段（例えば、実施形態における制御手段６３）と、を備え、前記制御手段は、前記電力要求判定手段により電力増加の要求と判定した際、先に前記二次電池から電力を供給させる二次電池電力供給処理を行い、続いて前記発電制限手段による制限下で、前記燃料電池から電力を供給させる燃料電池電力供給処理を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is directed to a fuel cell (for example, the fuel cell 2 in the embodiment) that generates power by receiving a reaction gas, and a secondary battery that can be charged and discharged (for example, an implementation). An electric supply system having a battery 11) in the form, and a power request determination means (for example, a power request determination means 61 in the embodiment) for determining the presence or absence and amount of power supplied from the electric supply system, Power generation limiting means (for example, power generation limiting means 62 in the embodiment) for limiting power generation of the fuel cell based on operating conditions (for example, delay time Tdy and acceleration upper limit rate IRFCCMD in the embodiment) when the fuel cell deteriorates And a control means (for example, the control means 63 in the embodiment) for controlling the electric supply system in response to the determination of the power request determination means, And the control means performs a secondary battery power supply process for supplying power from the secondary battery first when the power request determination means determines that the power increase is requested, and then performs the restriction by the power generation restriction means. A fuel cell power supply process for supplying power from the fuel cell is performed below.

請求項２に記載した発明では、前記制御手段は、前記二次電池電力供給処理の際に、前記電力増加の要求に基づく作動条件を前記燃料電池に入力することを特徴とする。   The invention described in claim 2 is characterized in that the control means inputs an operating condition based on the request to increase the power to the fuel cell during the secondary battery power supply process.

請求項３に記載した発明では、前記制御手段は、前記燃料電池電力供給処理を、前記二次電池電力供給処理の開始から所定時間（例えば、実施形態における遅れ時間Ｔｄｙ）遅らせることを特徴とする。   In the invention described in claim 3, the control means delays the fuel cell power supply process by a predetermined time (for example, a delay time Tdy in the embodiment) from the start of the secondary battery power supply process. .

請求項４に記載した発明では、前記発電制限手段は、前記燃料電池電力供給処理の際に、前記燃料電池の発電量の増加割合が、閾値（例えば、実施形態における加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤ）以下になるように設定することを特徴とする。   In the invention described in claim 4, the power generation limiting means is configured such that, during the fuel cell power supply process, the increase rate of the power generation amount of the fuel cell is equal to or less than a threshold value (for example, the acceleration upper limit rate IRFCCMD in the embodiment). It sets so that it may become.

請求項５に記載した発明では、前記発電制限手段は、前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガスポンプ（例えば、実施形態におけるエアポンプ３１や循環ポンプ４０）、前記燃料電池の燃料極（例えば、実施形態におけるアノード）における燃料流路（例えば、実施形態におけるアノード流路５０）のパージ処理を行うパージ手段（例えば、実施形態におけるパージ弁４７）、前記燃料極に供給される燃料の圧力を制御する圧力制御手段（例えば、実施形態における燃料インジェクタ４４）、及び前記燃料電池内の水を排出するドレイン弁（例えば、実施形態におけるドレイン弁）のうち、何れか一つを用いて前記燃料電池の作動条件を制御することを特徴とする。   In the invention described in claim 5, the power generation limiting means includes a reaction gas pump (for example, the air pump 31 and the circulation pump 40 in the embodiment) for supplying a reaction gas to the fuel cell, and a fuel electrode (for example, the fuel cell). The purge means (for example, the purge valve 47 in the embodiment) for purging the fuel flow path (for example, the anode flow path 50 in the embodiment) in the anode in the embodiment, and the pressure of the fuel supplied to the fuel electrode The fuel cell using any one of a pressure control means for controlling (for example, the fuel injector 44 in the embodiment) and a drain valve for discharging water in the fuel cell (for example, the drain valve in the embodiment). It is characterized by controlling the operating conditions.

請求項６に記載した発明では、前記燃料電池システムは、車両に搭載され、前記電力要求判定手段は、前記車両の加速要求、積載情報、及び交通状況のうち、少なくともひとつを受けて、判定を開始することを特徴とする。   In the invention described in claim 6, the fuel cell system is mounted on a vehicle, and the power request determination means receives at least one of the acceleration request, loading information, and traffic situation of the vehicle, and makes a determination. It is characterized by starting.

請求項１に記載した発明によれば、急加速時等の急激な負荷変動時において、燃料電池では電力増加の要求に応じた電力を賄えない場合に、先に二次電池から電力を供給することで、電力増加の要求に応じた電力を速やかに供給できるとともに、燃料電池側では負荷変動に対応できる作動条件に整わせてから電力を供給させることができる。したがって、ストイキ不足に伴う燃料電池の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を抑制できる。また、急激な負荷変動に伴う燃料電池の急激な電圧変動や、電圧変動の繰り返しも抑制できるので、これによっても燃料電池の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を抑制できる。
また、急激な負荷要求に対して燃料電池による電力供給が追従しなくても、ユーザ操作による応答性を確保できるので、ユーザに与える違和感を低減できる。
しかも、発電制限手段による制限下で、燃料電池から電力を供給することで、燃料電池への負荷要求を最適な条件に設定できる。これにより、燃料電池に過剰な負荷や急な負荷変動がかかるのを抑制し、燃料電池内（特に、下流側）でのストイキ不足の発生を抑制できる。 According to the first aspect of the present invention, when a fuel cell cannot supply power in response to a request for increasing power during a sudden load change such as during rapid acceleration, power is first supplied from the secondary battery. As a result, it is possible to quickly supply power according to a request for increasing power, and to supply power after adjusting the operating conditions that can cope with load fluctuations on the fuel cell side. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the fuel cell electrode due to the lack of stoichiometry, the accompanying deterioration of the electrolyte membrane, and the decrease in power generation performance. In addition, rapid voltage fluctuations in the fuel cell due to sudden load fluctuations and repeated voltage fluctuations can also be suppressed, which also suppresses deterioration of fuel cell electrodes, accompanying electrolyte membrane degradation and power generation performance degradation. it can.
Moreover, even if the power supply by the fuel cell does not follow the sudden load request, the responsiveness by the user operation can be ensured, so that the uncomfortable feeling given to the user can be reduced.
In addition, by supplying electric power from the fuel cell under the restriction by the power generation restricting means, the load demand on the fuel cell can be set to the optimum condition. Thereby, it is possible to suppress an excessive load or sudden load fluctuation from being applied to the fuel cell, and it is possible to suppress the occurrence of insufficient stoichiometry in the fuel cell (particularly on the downstream side).

請求項２に記載した発明によれば、二次電池電力供給処理の際（燃料電池電力供給処理の前）に、電力要求に基づく作動条件を燃料電池に入力することで、二次電池電力供給処理の間に燃料電池の作動条件を電力要求に対応できる状態に近づけておくことができる。   According to the second aspect of the present invention, when the secondary battery power supply process (before the fuel cell power supply process), the operating condition based on the power requirement is input to the fuel cell, thereby providing the secondary battery power supply. During processing, the operating condition of the fuel cell can be brought close to a state that can meet the power demand.

請求項３に記載した発明によれば、燃料電池電力供給処理の開始時間を、二次電池電力供給処理の開始時間に対して所定時間遅らせることで、二次電池電力供給処理の間に燃料電池の作動条件を電力要求に対応できる状態に近づけておくことができる。そして、燃料電池の作動条件を負荷要求に対応できる状態に整った後に、燃料電池電力供給処理を開始することで、燃料電池の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を確実に抑制できる。   According to the third aspect of the present invention, the fuel cell power supply process start time is delayed by a predetermined time with respect to the start time of the secondary battery power supply process. The operating conditions can be brought close to a state that can meet the power demand. After the fuel cell operating conditions are ready to meet the load requirements, the fuel cell power supply process is started, so that the deterioration of the electrode of the fuel cell, the accompanying deterioration of the electrolyte membrane, and the power generation performance are reduced. It can be reliably suppressed.

請求項４に記載した発明によれば、燃料電池に最適な条件で発電が行われるので、燃料電池に過剰な負荷や急な負荷変動がかかるのを抑制し、燃料電池の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を確実に抑制できる。   According to the invention described in claim 4, since power generation is performed under the optimum conditions for the fuel cell, it is possible to suppress excessive load and sudden load fluctuations on the fuel cell, deterioration of the electrode of the fuel cell, Accordingly, the deterioration of the electrolyte membrane and the decrease in power generation performance can be reliably suppressed.

請求項５に記載した発明によれば、燃料極に供給される燃料供給量を増加させることができるので、燃料電池の作動条件を電力要求に対応できる状態に整わせることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, since the amount of fuel supplied to the fuel electrode can be increased, the operating condition of the fuel cell can be adjusted to a state that can meet the power demand.

請求項６に記載した発明によれば、燃料電池の劣化が進行する前に、電力要求を速やかに判定できるので、燃料電池の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を未然に抑制できる。   According to the invention described in claim 6, since the power demand can be quickly determined before the deterioration of the fuel cell proceeds, the deterioration of the electrode of the fuel cell, the accompanying deterioration of the electrolyte membrane, and the deterioration of the power generation performance are prevented. It can be suppressed in advance.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. ＥＣＵのブロック図である。It is a block diagram of ECU. バッテリのＳＯＣと、遅れ時間Ｔｄｙと、の相関を示すマップである。It is a map which shows the correlation with SOC of a battery, and delay time Tdy. バッテリのＳＯＣと、加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤと、負荷変化幅と、の相関を示すマップである。It is a map which shows correlation with SOC of a battery, acceleration upper limit rate IRFCCMD, and load change width. 燃料電池システムの動作方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operating method of a fuel cell system. 燃料電池システムの動作方法を説明するためのタイミングチャートであり、（ａ）は車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤ、（ｂ）は燃料電池作動条件ＩＦＣＯＢＪ、（ｃ）はＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤ、（ｄ）はＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤをそれぞれ示している。It is a timing chart for explaining the operation method of a fuel cell system, (a) is vehicle required load PVNCMD, (b) is fuel cell operating condition IFCOBJ, (c) is FC load request PFCCMD, (d) is BAT load Each request PBATCMD is shown. 燃料電池の出口温度と、遅れ時間Ｔｄｙと、の相関を示すマップである。It is a map which shows correlation with the exit temperature of a fuel cell, and delay time Tdy. 負荷変化幅と、加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤと、の相関を示すマップである。It is a map which shows correlation with a load change width and acceleration upper limit rate IRFCCMD. 燃料電池の出口温度と、加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤと、の相関を示すマップである。It is a map which shows the correlation with the exit temperature of a fuel cell, and the acceleration upper limit rate IRFCCMD.

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（燃料電池システム）
図１は燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池車両に搭載されるものであり、燃料電池スタック２（以下、燃料電池２という。また図中ではＳＴＫと略す）と、燃料電池２にカソードガス（反応ガス）である空気を供給するためのカソードガス供給手段３と、アノードガス（反応ガス）である水素を供給するためのアノードガス供給手段４と、これら各構成品を統括的に制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：統合制御装置）６（図２参照）と、を主に備えている。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Fuel cell system)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system.
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 of the present embodiment is mounted on a fuel cell vehicle, and is a fuel cell stack 2 (hereinafter referred to as a fuel cell 2; also abbreviated as STK in the figure), Cathode gas supply means 3 for supplying air as cathode gas (reactive gas) to the fuel cell 2, anode gas supply means 4 for supplying hydrogen as anode gas (reactive gas), and each of these components ECU (Electric Control Unit: integrated control device) 6 (see FIG. 2) that controls the system as a whole.

燃料電池２は、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電を行うものであって、固体高分子型の電解質膜を備えている。そして、この電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで膜電極構造体（ＭＥＡ）が形成され、このＭＥＡの両側に一対のセパレータを配置してセルが構成され、このセルが複数積層されることで燃料電池２が構成されている。そして、燃料電池２のアノードにはアノードガスとして水素が、カソードにはカソードガスとして空気がそれぞれ供給されることで、アノードで触媒反応（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）により発生した水素イオンが電解質膜を透過してカソードに移動する。そして、カソードに移動した水素イオンが、カソードで酸素と電気化学反応（Ｈ２＋Ｏ２／２→Ｈ２Ｏ）を行い発電する。 The fuel cell 2 generates power by an electrochemical reaction between an anode gas and a cathode gas, and includes a solid polymer electrolyte membrane. The electrolyte membrane is sandwiched between the anode and the cathode to form a membrane electrode structure (MEA). A pair of separators are arranged on both sides of the MEA to form a cell, and a plurality of the cells are stacked. Thus, the fuel cell 2 is configured. Then, hydrogen is supplied as an anode gas to the anode of the fuel cell 2 and air is supplied as a cathode gas to the cathode, so that hydrogen ions generated by a catalytic reaction (H 2 → 2H + + 2e − ) at the anode are electrolytes. It passes through the membrane and moves to the cathode. Then, hydrogen ions moved to the cathode, oxygen and electrochemical reactions at the cathode (H 2 + O 2/2 → H 2 O) to generate electric power performed.

燃料電池２は、バッテリ（二次電池）１１に接続されており、燃料電池２で発電した電気をバッテリ１１に充電可能となっている。燃料電池２とバッテリ１１は、燃料電池車両の駆動モータ１２等の外部負荷に放電可能に接続されている。なお、これら燃料電池２とバッテリ１１とにより、本実施形態の電気供給系が構成されている。   The fuel cell 2 is connected to a battery (secondary battery) 11 so that the battery 11 can be charged with electricity generated by the fuel cell 2. The fuel cell 2 and the battery 11 are connected to an external load such as a drive motor 12 of the fuel cell vehicle so as to be capable of discharging. The fuel cell 2 and the battery 11 constitute an electric supply system of the present embodiment.

カソードガス供給手段３は、カソードガスを燃料電池２に向けて送出するエアポンプ（反応ガスポンプ）３１を備えている。エアポンプ３１には、燃料電池２にカソードガスを供給するためのカソードガス供給流路３２が接続されている。カソードガス供給流路３２のうち、エアポンプ３１の上流側にはエアフローセンサ３３が接続されている。エアフローセンサ３３は、エアポンプ３１によって外部から取り込まれるカソードガス流量を検出し、検出結果の信号を例えばＥＣＵ６に向けて出力する。   The cathode gas supply means 3 includes an air pump (reactive gas pump) 31 that sends the cathode gas toward the fuel cell 2. A cathode gas supply channel 32 for supplying cathode gas to the fuel cell 2 is connected to the air pump 31. An air flow sensor 33 is connected to the cathode gas supply channel 32 upstream of the air pump 31. The air flow sensor 33 detects the cathode gas flow rate taken in from the outside by the air pump 31, and outputs a detection result signal to the ECU 6, for example.

カソードガス供給流路３２は、上流側から順に加湿器３４及びカソードガス供給封止弁３５に接続された後、燃料電池２の入口側で、カソードに面するカソード流路３９に接続されている。カソード流路３９の出口側には、燃料電池２で発電に供されたカソードオフガスや、発電や結露によって燃料電池２で生成された生成水が流通するカソードオフガス排出流路３６が接続されている。   The cathode gas supply channel 32 is connected to a humidifier 34 and a cathode gas supply sealing valve 35 in order from the upstream side, and then connected to a cathode channel 39 facing the cathode on the inlet side of the fuel cell 2. . Connected to the outlet side of the cathode channel 39 is a cathode offgas discharge channel 36 through which the cathode offgas used for power generation in the fuel cell 2 and the generated water generated in the fuel cell 2 by power generation and condensation flow. .

カソードオフガス排出流路３６は、上流側から順にカソードガス排出封止弁３７及び加湿器３４に接続された後、希釈器３８に接続されている。加湿器３４は、中空糸膜等の水分透過膜を備え、燃料電池２で発電に供されて湿潤になったカソードオフガスを加湿用ガスとして用い、エアポンプ３１から送出されるカソードガスを加湿する。これにより、燃料電池２に供給する前段で予めカソードガスを加湿することができる。   The cathode off gas discharge flow path 36 is connected to a cathode gas discharge sealing valve 37 and a humidifier 34 in order from the upstream side, and then connected to a diluter 38. The humidifier 34 includes a moisture permeable membrane such as a hollow fiber membrane, and humidifies the cathode gas sent from the air pump 31 using the cathode off-gas that has been wetted by power generation in the fuel cell 2 as the humidifying gas. As a result, the cathode gas can be humidified in advance before the fuel cell 2 is supplied.

そして、エアポンプ３１によって送出されるカソードガスは、カソードガス供給流路３２を通過した後、燃料電池２のカソード流路３９に供給される。そして、カソード流路３９において、カソードガス中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池２からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出流路３６に排出される。カソードオフガス排出流路３６に排出されたカソードオフガスは、希釈器３８を通過した後、車外へと排気される。   The cathode gas delivered by the air pump 31 passes through the cathode gas supply channel 32 and is then supplied to the cathode channel 39 of the fuel cell 2. In the cathode channel 39, oxygen in the cathode gas is supplied to the power generation as an oxidant and then discharged from the fuel cell 2 to the cathode offgas discharge channel 36 as the cathode offgas. The cathode offgas discharged to the cathode offgas discharge channel 36 passes through the diluter 38 and is then discharged outside the vehicle.

アノードガス供給手段４は、アノードガスが充填された水素供給タンク４１を備えている。水素供給タンク４１には、燃料電池２にアノードガスを供給するためのアノードガス供給流路４２が接続されている。アノードガス供給流路４２は、上流側から順に遮断弁４３、燃料インジェクタ（圧力制御手段）４４に接続された後、燃料電池２の入口側で、アノードに面するアノード流路５０に接続されている。また、アノードガス供給流路４２における燃料インジェクタ４４よりも下流側には図示しないエゼクタが接続される。なお、アノードガス供給流路４２には、燃料電池２のアノードガスの圧力（アノード圧力Ｐａ）を検出する図示しない圧力センサが接続されており、検出されたアノード圧力Ｐａに応じた電気信号をＥＣＵ６に向けて出力する。   The anode gas supply means 4 includes a hydrogen supply tank 41 filled with anode gas. An anode gas supply channel 42 for supplying anode gas to the fuel cell 2 is connected to the hydrogen supply tank 41. The anode gas supply channel 42 is connected to the shutoff valve 43 and the fuel injector (pressure control means) 44 in order from the upstream side, and then connected to the anode channel 50 facing the anode on the inlet side of the fuel cell 2. Yes. Further, an ejector (not shown) is connected to the anode gas supply channel 42 downstream of the fuel injector 44. Note that a pressure sensor (not shown) for detecting the pressure of the anode gas of the fuel cell 2 (anode pressure Pa) is connected to the anode gas supply channel 42, and an electric signal corresponding to the detected anode pressure Pa is sent to the ECU 6. Output to.

燃料インジェクタ４４は、ＥＣＵ６からの出力信号により駆動が制御され、アノードガスがアノードガス供給流路４２へ所定の周期で間欠的に供給されるようになっている。燃料インジェクタ４４は、燃料電池２に供給されるカソードガスの圧力（カソード入口ガス圧力）を信号圧として、アノードへ供給されるアノードガスの圧力（アノード圧力Ｐａ）を信号圧に応じた所定範囲の圧力となるように調圧する。すなわち、燃料インジェクタ４４は、アノード圧力Ｐａが所定値以下となった場合に開口して、アノード圧力Ｐａがアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮになるように制御されている。   The drive of the fuel injector 44 is controlled by an output signal from the ECU 6 so that anode gas is intermittently supplied to the anode gas supply channel 42 at a predetermined cycle. The fuel injector 44 uses a cathode gas pressure (cathode inlet gas pressure) supplied to the fuel cell 2 as a signal pressure, and an anode gas pressure (anode pressure Pa) supplied to the anode within a predetermined range corresponding to the signal pressure. Adjust the pressure so that it becomes the pressure. That is, the fuel injector 44 is controlled so that it opens when the anode pressure Pa becomes a predetermined value or less, and the anode pressure Pa becomes the anode target pressure PH2STKIN.

アノード流路５０の出口側には、燃料電池２で発電に供されたアノードオフガスが流通するアノードオフガス排出流路４５が接続されている。アノードオフガス排出流路４５には、気液分離器４６が接続されている。   Connected to the outlet side of the anode flow path 50 is an anode off gas discharge flow path 45 through which the anode off gas supplied for power generation in the fuel cell 2 flows. A gas-liquid separator 46 is connected to the anode off-gas discharge channel 45.

気液分離器４６は、燃料電池２のアノード流路から排出されたアノードオフガスに含まれる水分を捕集して、アノードオフガスと水分とに分離するものである。そして、アノードオフガス排出流路４５は、パージ弁４７を介して希釈器３８に接続されており、気液分離器４６で水分が分離されたアノードオフガスが流通する。なお、気液分離器４６には、分離後の水分を排出する図示しない水分排出流路が接続され、図示しないドレイン弁を介して希釈器３８に接続される。   The gas-liquid separator 46 collects moisture contained in the anode offgas discharged from the anode flow path of the fuel cell 2 and separates it into anode offgas and moisture. The anode off-gas discharge channel 45 is connected to the diluter 38 via the purge valve 47, and the anode off-gas from which moisture has been separated by the gas-liquid separator 46 flows. The gas-liquid separator 46 is connected to a moisture discharge channel (not shown) for discharging the separated moisture, and is connected to the diluter 38 via a drain valve (not shown).

希釈器３８は、アノードオフガス排出流路４５から導入されたアノードオフガスが滞留する滞留室が内部に設けられるとともに、この滞留室にカソードオフガス排出流路３６が接続されている。すなわち、滞留室内において、アノードオフガスはカソードオフガスにより希釈された後、排出通路４８から車外に排出される。なお、希釈器３８には、アノードオフガス排出流路４５から導入されたアノードオフガスの濃度に基づいて、カソードオフガスが供給されるようになっている。   In the diluter 38, a retention chamber in which the anode off-gas introduced from the anode off-gas discharge channel 45 stays is provided, and a cathode off-gas discharge channel 36 is connected to the residence chamber. That is, the anode off gas is diluted with the cathode off gas in the staying chamber, and then discharged from the discharge passage 48 to the outside of the vehicle. The diluter 38 is supplied with a cathode off gas based on the concentration of the anode off gas introduced from the anode off gas discharge channel 45.

また、アノードオフガス排出流路４５は、気液分離器４６とパージ弁４７との間で流路が分岐して構成されたアノードオフガス循環流路４９を有している。アノードオフガス循環流路４９は、循環ポンプ（反応ガスポンプ）４０を介してアノードガス供給流路４２における燃料インジェクタ４４の下流側に接続されている。
循環ポンプ４０は、燃料電池２のアノード流路５０から排出された未反応のアノードオフガスの一部を、水素供給タンク４１から供給されたアノードガスに混合して、燃料電池２のアノードに再び供給する。なお、アノードガス供給流路４２とアノードオフガス排出流路４５との間には、上述したエゼクタに接続される図示しないバイパス流路が設けられており、循環ポンプ４０の未作動時等（例えば、通常走行時等）において、燃料電池２から排出されたアノードオフガスが循環して、燃料電池２のアノードガスとして再利用できるように構成されている。 Further, the anode off-gas discharge channel 45 has an anode off-gas circulation channel 49 configured such that the channel branches between the gas-liquid separator 46 and the purge valve 47. The anode off-gas circulation channel 49 is connected to a downstream side of the fuel injector 44 in the anode gas supply channel 42 via a circulation pump (reaction gas pump) 40.
The circulation pump 40 mixes a part of the unreacted anode off-gas discharged from the anode flow path 50 of the fuel cell 2 with the anode gas supplied from the hydrogen supply tank 41 and supplies it again to the anode of the fuel cell 2. To do. Note that a bypass flow path (not shown) connected to the above-described ejector is provided between the anode gas supply flow path 42 and the anode off-gas discharge flow path 45, such as when the circulation pump 40 is not operated (for example, The anode off-gas discharged from the fuel cell 2 circulates during normal travel, etc., and can be reused as the anode gas of the fuel cell 2.

また、カソードガス供給流路３２とアノードガス供給流路４２とは、掃気導入弁５１を備えた掃気流路５２によって接続されており、この掃気流路５２を介してアノードガス供給流路４２にアノードガスを導入可能になっている。   Further, the cathode gas supply flow path 32 and the anode gas supply flow path 42 are connected by a scavenging flow path 52 provided with a scavenging introduction valve 51, and the anode gas supply flow path 42 is connected via the scavenging flow path 52. Anode gas can be introduced.

（ＥＣＵ）
図２はＥＣＵのブロック図である。
図２に示すように、ＥＣＵ６は、燃料電池２及びバッテリ１１から供給される電力について要求（負荷要求）の有無、及びその量（車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤ）を判定する電力要求判定手段６１と、燃料電池２が劣化する際の作動条件に基づき、燃料電池２の発電を制限する発電制限手段６２と、電力要求判定手段６１の判定を受けて燃料電池２及びバッテリ１１から供給される電力を制御する制御手段６３と、を備えている。 (ECU)
FIG. 2 is a block diagram of the ECU.
As shown in FIG. 2, the ECU 6 includes a power request determination unit 61 that determines whether or not there is a request (load request) for the power supplied from the fuel cell 2 and the battery 11 and the amount (vehicle required load PVNCMD), fuel Based on the operating conditions when the battery 2 deteriorates, the power generation limiting means 62 for limiting the power generation of the fuel cell 2 and the electric power supplied from the fuel cell 2 and the battery 11 in response to the determination of the power request determination means 61 are controlled. Control means 63.

本実施形態の電力要求判定手段６１は、燃料電池車両の負荷要求が所定の状態を超えたか否かを判定する負荷要求判定手段６４と、燃料電池２の作動条件指令値ＩＦＣＯＢＪ（例えば、カソードガス目標供給量やアノードガス目標供給量等）を設定する作動条件設定手段６５と、を有している。   The power request determination unit 61 of the present embodiment includes a load request determination unit 64 that determines whether or not the load request of the fuel cell vehicle exceeds a predetermined state, and an operating condition command value IFCOBJ (for example, cathode gas) of the fuel cell 2. Operating condition setting means 65 for setting a target supply amount, an anode gas target supply amount, and the like.

負荷要求判定手段６４は、単位時間当たりのアクセル開度ＡＣＰや、駆動モータ１２に供給される電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤの単位時間当たりの変化幅ΔＩ、アノードに供給されるアノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの単位時間当たりの変化幅ΔＰ、積載重量（積載情報）Ｇ、交通状況等に基づき、負荷要求が所定の状態を超えたか否かを判定するための閾値がそれぞれ記憶されている。そして、負荷要求判定手段６４は、以下に示す条件のうち、少なくとも１つが満たされた場合に負荷要求が所定の状態を超えたと判定する。
（１）アクセル開度ＡＣＰが第１閾値ａよりも大きいとき（ＡＣＰ＞ａ）。
（２）電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤの変化幅ΔＩが第２閾値ｂよりも大きいとき（ΔＩ＞ｂ）。
（３）アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの変化幅ΔＰが第３閾値ｃよりも大きいとき（ΔＰ＞ｃ）。
（４）積載重量Ｇがｄよりも大きいとき（Ｇ＞ｄ）。
（５）交通状況に基づいて高負荷をかける可能性があると判定されたとき（例えば、渋滞が解消されたり、勾配に差し掛かったりしたとき）。なお、交通状況は、ナビゲーションシステムやその他の情報端末から得られるものでもよく、燃料電池車両と相互通信することで路面状況や交通状況によって予測しても構わない。 The load request determination means 64 includes the accelerator opening ACP per unit time, the change width ΔI per unit time of the current output command value IFCCMD supplied to the drive motor 12, and the unit time of the anode target pressure PH2STKIN supplied to the anode. Threshold values for determining whether or not the load request has exceeded a predetermined state are stored on the basis of the hit change width ΔP, the loaded weight (loading information) G, traffic conditions, and the like. Then, the load request determination unit 64 determines that the load request has exceeded a predetermined state when at least one of the following conditions is satisfied.
(1) When the accelerator opening ACP is larger than the first threshold value a (ACP> a).
(2) When the change width ΔI of the current output command value IFCCMD is larger than the second threshold value b (ΔI> b).
(3) When the change width ΔP of the anode target pressure PH2STKIN is larger than the third threshold c (ΔP> c).
(4) When the loaded weight G is larger than d (G> d).
(5) When it is determined that there is a possibility of applying a high load on the basis of traffic conditions (for example, when a traffic jam is resolved or a slope is approached). The traffic situation may be obtained from a navigation system or other information terminal, and may be predicted by the road surface situation or traffic situation by mutual communication with the fuel cell vehicle.

作動条件設定手段６５は、負荷要求が所定の状態を超えた場合、その車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤに基づいて算出される電流指令値ＩＮＣＭＤに応じた作動条件指令値ＩＦＣＯＢＪを設定する。   The operating condition setting means 65 sets the operating condition command value IFCOBJ according to the current command value INCMD calculated based on the vehicle required load PVNCMD when the load request exceeds a predetermined state.

発電制限手段６２は、負荷要求に対して燃料電池２による電力の供給を遅らせる遅れ時間Ｔｄｙ（燃料電池２が劣化する際の作動条件）を設定する遅れ時間設定手段６６と、燃料電池２から電力を供給させる場合の単位時間当たりの燃料電池２から電力供給レート（発電量の増加割合）の閾値（加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤ（燃料電池２が劣化する際の作動条件））を設定する加速上限レート設定手段６７と、を備えている。   The power generation limiting means 62 includes a delay time setting means 66 for setting a delay time Tdy (operation condition when the fuel cell 2 deteriorates) for delaying the supply of power by the fuel cell 2 with respect to the load request, and power from the fuel cell 2. Acceleration upper-limit rate setting for setting a threshold (acceleration upper-limit rate IRFCCMD (operation condition when fuel cell 2 deteriorates)) from the fuel cell 2 per unit time when supplying fuel Means 67.

遅れ時間設定手段６６には、例えばバッテリ１１のＳＯＣと、遅れ時間Ｔｄｙと、の相関を示すマップが記憶され、このマップに基づいて遅れ時間Ｔｄｙが設定される（図３参照）。図３に示すマップは、バッテリ１１のＳＯＣが多くなるに従い、遅れ時間Ｔｄｙが長くなるように設定されている。これは、バッテリ１１のＳＯＣが多いほど、バッテリ１１から供給可能な電力に余裕があるためである。
加速上限レート設定手段６７は、例えばバッテリ１１のＳＯＣと、加速上限レートＩＲＦＣＭＤと、上述した変化幅ΔＩやΔＰ等の負荷変化幅と、の相関を示すマップが記憶され、このマップに基づいて加速上限レートＩＲＦＣＭＤが設定される（図４参照）。図４に示すマップは、バッテリ１１のＳＯＣが多くなるに従い、または負荷変化幅が小さくなるに従い、加速上限レートＩＲＦＣＭＤが小さくなるように設定されている。 The delay time setting means 66 stores, for example, a map indicating the correlation between the SOC of the battery 11 and the delay time Tdy, and the delay time Tdy is set based on this map (see FIG. 3). The map shown in FIG. 3 is set so that the delay time Tdy increases as the SOC of the battery 11 increases. This is because as the SOC of the battery 11 increases, the power that can be supplied from the battery 11 has a margin.
The acceleration upper limit setting means 67 stores, for example, a map indicating the correlation between the SOC of the battery 11, the acceleration upper limit rate IRFCMD, and the load change width such as the above-described change width ΔI or ΔP, and the acceleration is based on this map. An upper limit rate IRFCMD is set (see FIG. 4). The map shown in FIG. 4 is set such that the acceleration upper limit rate IRFCMD decreases as the SOC of the battery 11 increases or the load change width decreases.

制御手段６３は、バッテリ１１から供給される電力を制御するＢＡＴ電力制御手段７１と、燃料電池２から供給される電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤを制御するＦＣ電力制御手段７２と、燃料電池２への負荷要求（ＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤ）等の各種パラメータを格納する格納手段７３と、ＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤが車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤに達したか否かを判定する負荷判定手段７４と、を主に備えている。   The control means 63 includes a BAT power control means 71 that controls the power supplied from the battery 11, an FC power control means 72 that controls the current output command value IFCCMD supplied from the fuel cell 2, and a load on the fuel cell 2. A storage unit 73 that stores various parameters such as a request (FC load request PFCCMD) and a load determination unit 74 that determines whether the FC load request PFCCMD has reached the vehicle required load PVNCMD are mainly provided.

ＢＡＴ電力制御手段７１は、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤのうち、バッテリ１１への負荷要求（ＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤ）を制御する。具体的に、ＢＡＴ電力制御手段７１は、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤと、ＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤと、の差に基づいてＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤを算出する（ＰＢＡＴＣＭＤ＝ＰＶＮＣＭＤ−ＰＦＣＣＭＤ）。   The BAT power control means 71 controls a load request (BAT load request PBATCMD) to the battery 11 in the vehicle required load PVNCMD. Specifically, the BAT power control unit 71 calculates the BAT load request PBATCMD based on the difference between the vehicle required load PVNCMD and the FC load request PFCCMD (PBATCMD = PVNCMD−PFCCMD).

ＦＣ電力制御手段７２は、上述した電流指令値ＩＮＣＭＤと、格納手段７３に格納された後述する前回出力指令値ＩＦＣＣＭＤ１と、の差により、単位時間当たりの電流指令値ＩＮＣＭＤの変化幅を算出し、この変化幅に基づいて今回の電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤを算出する。
具体的に、算出された変化幅が上述した加速上限レートＩＲＦＣＭＤよりも小さい場合は、電流指令値ＩＮＣＭＤをそのまま電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤに設定する。一方、変化幅が上述した加速上限レートＩＲＦＣＭＤよりも大きい場合は、前回出力指令値ＩＦＣＣＭＤ１に加速上限レートＩＲＦＣＭＤを足した値を電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤに設定する（ＩＦＣＣＭＤ＝ＩＦＣＣＭＤ１＋ＩＲＦＣＭＤ）。すなわち、ＦＣ電力制御手段７２は、電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤが加速上限レートＩＲＦＣＭＤ以下になるように設定する。そして、電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤに基づいて、燃料電池２からＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤが出力されるようになっている。 The FC power control unit 72 calculates a change width of the current command value INCMD per unit time based on a difference between the above-described current command value INCMD and a later-described output command value IFCCMD1 described later stored in the storage unit 73. The current output command value IFCCMD is calculated based on this change width.
Specifically, when the calculated change width is smaller than the acceleration upper limit rate IRFCMD, the current command value INCMD is set to the current output command value IFCCMD as it is. On the other hand, when the change width is larger than the acceleration upper limit rate IRFCMD described above, a value obtained by adding the acceleration upper limit rate IRFCMD to the previous output command value IFCCMD1 is set as the current output command value IFCCMD (IFCCMD = IFCCMD1 + IRFCMD). That is, the FC power control means 72 sets the current output command value IFCCMD to be equal to or lower than the acceleration upper limit rate IRFCMD. The FC load request PFCCMD is output from the fuel cell 2 based on the current output command value IFCCMD.

格納手段７３は、負荷要求が所定の状態を超えた場合に、現在の燃料電池２へのＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤを初期負荷指令値ＰＦＣＣＭＤ０に設定する初期値格納手段７５と、前回測定時における燃料電池２の電流出力指令値（前回出力指令値ＩＦＣＣＭＤ１）を格納する前回値格納手段７６と、を備えている。   The storage means 73 includes an initial value storage means 75 for setting the FC load request PFCCMD for the current fuel cell 2 to the initial load command value PFCCMD0 when the load request exceeds a predetermined state, and a fuel cell at the previous measurement. And a previous value storage means 76 for storing two current output command values (previous output command value IFCCMD1).

（燃料電池システムの動作方法）
次に、上述した燃料電池システム１の動作方法について説明する。図５は、燃料電池システムの動作方法を説明するためのフローチャートである。また、図６は燃料電池システムの動作方法を説明するためのタイミングチャートであり、（ａ）は車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤ、（ｂ）は燃料電池作動条件ＩＦＣＯＢＪ、（ｃ）はＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤ、（ｄ）はＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤをそれぞれ示している。
図５、図６に示すように、まずステップＳ１において、負荷要求判定手段６４は、燃料電池車両の負荷要求が所定の状態を超えたか否かを判定する（図６中時間ｔ１）。具体的に、負荷要求判定手段６４は、以下に示す各条件（１）〜（５）のうち、少なくとも１つが満たされた場合に、負荷要求が所定の状態を超えた、と判定する。
（１）アクセル開度ＡＣＰが第１閾値ａよりも大きいとき（ＡＣＰ＞ａ）。
（２）電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤの変化幅ΔＩが第２閾値ｂよりも大きいとき（ΔＩ＞ｂ）。
（３）アノード目標圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮの変化幅ΔＰが第３閾値ｃよりも大きいとき（ΔＰ＞ｃ）。
（４）積載重量Ｇがｄよりも大きいとき（Ｇ＞ｄ）。
（５）交通状況に基づき、高負荷をかける可能性があると判定されたとき（例えば、渋滞が解消されたり、勾配に差し掛かったりしたとき）。 (Operation method of fuel cell system)
Next, an operation method of the above-described fuel cell system 1 will be described. FIG. 5 is a flowchart for explaining an operation method of the fuel cell system. FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation method of the fuel cell system. (A) is a vehicle required load PVNCMD, (b) is a fuel cell operating condition IFCOBJ, (c) is an FC load request PFCCMD, ( d) shows the BAT load request PBATCMD.
As shown in FIGS. 5 and 6, first, in step S1, the load request determination means 64 determines whether or not the load request of the fuel cell vehicle has exceeded a predetermined state (time t1 in FIG. 6). Specifically, the load request determination unit 64 determines that the load request has exceeded a predetermined state when at least one of the following conditions (1) to (5) is satisfied.
(1) When the accelerator opening ACP is larger than the first threshold value a (ACP> a).
(2) When the change width ΔI of the current output command value IFCCMD is larger than the second threshold value b (ΔI> b).
(3) When the change width ΔP of the anode target pressure PH2STKIN is larger than the third threshold c (ΔP> c).
(4) When the loaded weight G is larger than d (G> d).
(5) When it is determined that there is a possibility of applying a high load based on traffic conditions (for example, when a traffic jam is resolved or a slope is approached).

ステップＳ１の判定結果が「ＮＯ」の場合（上述した条件（１）〜（５）が全て満たされない場合（閾値以下であった場合））、負荷要求判定手段６４は負荷要求が所定の状態を超えていないと判定する。この場合には、電力要求判定手段６１により、負荷要求に基づいて車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤを算出し、この車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤに基づいて燃料電池２への電流指令値ＩＮＣＭＤが設定される。そして、設定された電流指令値ＩＮＣＭＤを、燃料電池２への電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤにそのまま設定し、この電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤに基づいてカソードガス供給量、及びアノードガス供給量が制御される。これにより、燃料電池車両の負荷要求に応じた電力が燃料電池２から供給される。
なお、上述したステップＳ１の判定は、加速時等の負荷変動時に常時行う。 When the determination result of step S1 is “NO” (when all of the above conditions (1) to (5) are not satisfied (when it is equal to or less than the threshold)), the load request determination unit 64 indicates that the load request is in a predetermined state. Judge that it does not exceed. In this case, the electric power request determination means 61 calculates the required vehicle load PVNCMD based on the load request, and sets the current command value INCMD to the fuel cell 2 based on the required vehicle load PVNCMD. Then, the set current command value INCMD is set as it is as the current output command value IFCCMD to the fuel cell 2, and the cathode gas supply amount and the anode gas supply amount are controlled based on the current output command value IFCCMD. Thereby, the electric power according to the load demand of the fuel cell vehicle is supplied from the fuel cell 2.
The determination in step S1 described above is always performed when the load fluctuates such as during acceleration.

ステップＳ１の判定結果が「ＹＥＳ」の場合（上述した条件（１）〜（５）のうち何れかの条件を満たした場合（何れかが閾値より大きい場合））、負荷要求判定手段６４は負荷要求が所定の状態を超えたと判定してステップＳ２に進む。   When the determination result in step S1 is “YES” (when any of the above conditions (1) to (5) is satisfied (when any of the conditions is greater than the threshold)), the load request determination unit 64 determines the load. It is determined that the request has exceeded a predetermined state, and the process proceeds to step S2.

ステップＳ２において、作動条件設定手段６５は、燃料電池２の作動条件指令値ＩＦＣＯＢＪを、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤから算出した電流指令値ＩＮＣＭＤに設定する（図６中時間ｔ２）。そして、電流指令値ＩＮＣＭＤに基づいてカソードガス供給量、及びアノードガス供給量が制御される。但し、この状態では燃料電池２への負荷要求は行わない（図６（ｃ）参照）。   In step S2, the operating condition setting means 65 sets the operating condition command value IFCOBJ of the fuel cell 2 to the current command value INCMD calculated from the vehicle required load PVNCMD (time t2 in FIG. 6). Then, the cathode gas supply amount and the anode gas supply amount are controlled based on the current command value INCMD. However, in this state, no load request is made to the fuel cell 2 (see FIG. 6C).

なお、アノードガス供給量の制御方法としては、例えば循環ポンプ４０を回転させ、アノードガスの循環量を増加する方法を採用することができる。また、パージ時間（パージ弁４７の開弁時間）を増加したり、希釈器３８のドレイン弁を開弁したりして、アノード流路５０内に滞留する窒素等の不純物ガスや、水、水を含んだアノードガスの排出を促進させるとともに、これに伴い未反応のアノードガスをアノードに供給させることで、アノードガスの供給量を増加する方法を採用しても構わない。また、カソードガス供給量の制御方法としては、エアポンプ３１の回転数を調整する等の方法を採用することができる。
これにより、燃料電池２への負荷要求を行う前に、燃料電池２の作動条件指令値ＩＦＣＯＢＪを、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤから算出した電流指令値ＩＮＣＭＤに対応させることができる。 As a method for controlling the anode gas supply amount, for example, a method of increasing the circulation amount of the anode gas by rotating the circulation pump 40 can be employed. Further, the purge time (opening time of the purge valve 47) is increased, or the drain valve of the diluter 38 is opened, so that impurity gas such as nitrogen staying in the anode flow path 50, water, water A method of increasing the supply amount of the anode gas by promoting the discharge of the anode gas containing NO and supplying an unreacted anode gas to the anode along with this may be adopted. Further, as a method for controlling the cathode gas supply amount, a method such as adjusting the number of revolutions of the air pump 31 can be employed.
Thereby, before the load request | requirement to the fuel cell 2 is performed, the operating condition command value IFCOBJ of the fuel cell 2 can be made to correspond to the electric current command value INCMD calculated from the vehicle required load PVNCMD.

ステップＳ３において、遅れ時間設定手段６６は、上述した図３に示すマップに基づいて遅れ時間Ｔｄｙ（図６中時間ｔ２〜ｔ３）を設定する。さらに、加速上限レート設定手段６７は、図４に示すマップに基づいて加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤを設定する。   In step S3, the delay time setting means 66 sets the delay time Tdy (time t2 to t3 in FIG. 6) based on the map shown in FIG. Furthermore, the acceleration upper limit rate setting means 67 sets the acceleration upper limit rate IRFCCMD based on the map shown in FIG.

次に、ステップＳ４において、初期値格納手段７５は、現在の燃料電池２へのＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤを初期負荷指令値ＰＦＣＣＭＤ０に設定する。   Next, in step S4, the initial value storage means 75 sets the FC load request PFCCMD for the current fuel cell 2 to the initial load command value PFCCMD0.

続いて、ステップＳ５において、負荷要求からの経過時間が遅れ時間Ｔｄｙを経過したか否かを判定する。
ステップＳ５における判定結果が「ＮＯ」の場合（遅れ時間Ｔｄｙを経過していない場合）、ステップＳ６以降のバッテリ電力供給処理に進む。 Subsequently, in step S5, it is determined whether the elapsed time from the load request has passed the delay time Tdy.
When the determination result in step S5 is “NO” (when the delay time Tdy has not elapsed), the process proceeds to the battery power supply process after step S6.

ステップＳ６では、まず燃料電池２の初期負荷指令値ＰＦＣＣＭＤ０に基づく燃料電池２へのＦＣ負荷要求値ＰＦＣＣＭＤを設定する。   In step S6, first, an FC load request value PFCCMD to the fuel cell 2 based on the initial load command value PFCCMD0 of the fuel cell 2 is set.

次に、ステップＳ７において、ＢＡＴ電力制御手段７１は、バッテリ１１への負荷要求（ＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤ）を算出する。具体的に、ＢＡＴ電力制御手段７１は、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤとＦＣ付加要求ＰＦＣＣＭＤとの差に基づいて、ＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤを算出する（ＰＶＮＣＭＤ−ＰＦＣＣＭＤ）。   Next, in step S7, the BAT power control unit 71 calculates a load request (BAT load request PBATCMD) to the battery 11. Specifically, the BAT power control unit 71 calculates the BAT load request PBATCMD based on the difference between the vehicle required load PVNCMD and the FC addition request PFCCMD (PVNCMD−PFCCMD).

そして、ステップＳ８において、ＢＡＴ電力制御手段７１は、上述したステップＳ７で算出されたＢＡＴ負荷要求値ＰＢＡＴＣＭＤに基づいてバッテリ１１に負荷要求を行う。これにより、バッテリ１１からＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤに応じた電力が供給される。なお、この状態では、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤのうち、燃料電池車両の負荷要求に基づく増加分の電力全てがバッテリ１１により賄われる（図６中時間ｔ２〜ｔ３）。すなわち、遅れ時間Ｔｄｙが経過するまでは、上述したステップＳ５に戻り、上述したバッテリ電力供給処理のみを継続することになる。   In step S8, the BAT power control unit 71 issues a load request to the battery 11 based on the BAT load request value PBATCMD calculated in step S7 described above. As a result, power corresponding to the BAT load request PBATCMD is supplied from the battery 11. In this state, the battery 11 supplies all of the increased power based on the load request of the fuel cell vehicle in the vehicle required load PVNCMD (time t2 to t3 in FIG. 6). That is, until the delay time Tdy elapses, the process returns to step S5 described above, and only the battery power supply process described above is continued.

一方、ステップＳ５における判定結果が「ＹＥＳ」の場合（遅れ時間Ｔｄｙが経過した場合）、ステップＳ９以降の燃料電池電力供給処理に進む（図６中時間ｔ３）。   On the other hand, when the determination result in step S5 is “YES” (when the delay time Tdy has elapsed), the process proceeds to the fuel cell power supply process after step S9 (time t3 in FIG. 6).

ステップＳ９において、ＦＣ電力制御手段７２は、電流指令値ＩＮＣＭＤと前回出力指令値ＩＦＣＣＭＤ１との差（単位時間当たりの電力供給レート）が、加速上限レートＩＲＦＣＭＤよりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ９における判定結果が「ＮＯ」の場合（電力供給レートが加速上限レートＩＲＦＣＭＤよりも小さい場合）、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤに基づいて算出された電流指令値ＩＮＣＭＤを、燃料電池２への電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤにそのまま設定し、後述するステップＳ１２に進む。 In step S9, the FC power control means 72 determines whether or not the difference (the power supply rate per unit time) between the current command value INCMD and the previous output command value IFCCMD1 is greater than the acceleration upper limit rate IRFCMD.
When the determination result in step S9 is “NO” (when the power supply rate is smaller than the acceleration upper limit rate IRFCMD), the process proceeds to step S10.
In step S10, the current command value INCMD calculated based on the vehicle required load PVNCMD is set as it is to the current output command value IFCCMD to the fuel cell 2, and the process proceeds to step S12 described later.

ステップＳ９における判定結果が「ＹＥＳ」の場合（電力供給レートが加速上限レートＩＲＦＣＭＤよりも大きい場合）、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、前回出力指令値ＩＦＣＣＭＤ１と加速上限レートＩＲＦＣＭＤとの和（ＩＦＣＣＭＤ１＋ＩＲＦＣＭＤ）を、燃料電池２の電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤに設定し、ステップＳ１２に進む。   When the determination result in step S9 is “YES” (when the power supply rate is higher than the acceleration upper limit rate IRFCMD), the process proceeds to step S11. In step S11, the sum (IFCCMD1 + IRFCMD) of the previous output command value IFCCMD1 and the acceleration upper limit rate IRFCMD is set to the current output command value IFCCMD of the fuel cell 2, and the process proceeds to step S12.

ステップＳ１２では、燃料電池２に負荷要求（ＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤ）を行う（図６中時間ｔ３〜ｔ４）。具体的に、燃料電池車両の負荷要求に基づく車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤのうち、上述したステップＳ１０，１１で算出された電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤに基づいて、燃料電池２からＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤに応じた電力が出力される。   In step S12, a load request (FC load request PFCCMD) is made to the fuel cell 2 (time t3 to t4 in FIG. 6). Specifically, the electric power corresponding to the FC load request PFCCMD from the fuel cell 2 based on the current output command value IFCCMD calculated in the above-described steps S10 and S11 among the vehicle required load PVNCMD based on the load request of the fuel cell vehicle. Is output.

次に、ステップＳ１３において、前回値格納手段７６は、今回の電流出力指令値ＩＦＣＣＭＤを前回出力指令値ＩＦＣＣＭＤ１に設定する。   Next, in step S13, the previous value storage means 76 sets the current output command value IFCCMD of this time to the previous output command value IFCCMD1.

そして、ステップＳ１４において、ＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤが、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤに到達したか否かを判定する。
ステップＳ１４における判定結果が「ＮＯ」の場合（ＰＦＣＣＭＤ＜ＰＶＮＣＭＤの場合）、ステップＳ７に戻る。この場合には、燃料電池２へのＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤが、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤに対応できる状態まで達していないと判定して、負荷の不足分をバッテリ１１へのＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤで補うように制御する。 In step S14, it is determined whether the FC load request PFCCMD has reached the vehicle required load PVNCMD.
When the determination result in step S14 is “NO” (when PFCCMD <PVNCMD), the process returns to step S7. In this case, it is determined that the FC load request PFCCMD to the fuel cell 2 has not reached a state capable of corresponding to the vehicle required load PVNCMD, and the shortage of the load is compensated by the BAT load request PBATCMD to the battery 11. Control.

具体的に、ＢＡＴ電力制御手段７１は、ステップＳ７において、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤと現在のＦＣ付加要求ＰＦＣＣＭＤとの差に基づいてＢＡＴ負荷要求ＰＢＡＴＣＭＤを算出するとともに、ステップＳ８において、上述したステップＳ７で算出されたＢＡＴ負荷要求値ＰＢＡＴＣＭＤに基づいてバッテリ１１から電力を出力する。この場合、燃料電池車両の負荷要求に基づく車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤのうち、負荷要求による増加分の電力がバッテリ１１及び燃料電池２の双方から賄われる（図６中時間ｔ３〜ｔ４）。その後、上述したステップＳ５以降のフローを繰り返し行う。   Specifically, in step S7, the BAT power control unit 71 calculates the BAT load request PBATCMD based on the difference between the vehicle required load PVNCMD and the current FC addition request PFCCMD, and in step S8, the above-described step S7. Electric power is output from the battery 11 based on the calculated BAT load request value PBATCMD. In this case, of the vehicle required load PVNCMD based on the load request of the fuel cell vehicle, the increased power due to the load request is supplied from both the battery 11 and the fuel cell 2 (time t3 to t4 in FIG. 6). Then, the flow after step S5 described above is repeated.

一方、ステップＳ１４における判定結果が「ＹＥＳ」の場合（ＰＦＣＣＭＤ＝ＰＶＮＣＭＤの場合）、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤ（ＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤ）に応じた電力を燃料電池２のみで出力可能であると判定して、本フローを終了する（図６中時間ｔ４）。   On the other hand, when the determination result in step S14 is “YES” (when PFCCMD = PVNCMD), it is determined that the power corresponding to the vehicle required load PVNCMD (FC load request PFCCMD) can be output only by the fuel cell 2, This flow is finished (time t4 in FIG. 6).

このように、本実施形態では、電力要求判定手段６１により電力増加の要求と判定した際、先にバッテリ１１から電力を供給させ、続いて発電制限手段６２による制限下で、燃料電池２から電力を供給させる構成とした。
この構成によれば、急加速時等の急激な負荷変動時において、燃料電池２では車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤに応じた電力を賄えない場合に、先にバッテリ１１から電力を供給することで、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤに応じた電力を速やかに供給できるとともに、燃料電池２側では負荷変動に対応できる作動条件に整わせてから電力を供給させることができる。したがって、アノードストイキ不足に伴う燃料電池２の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を抑制できる。また、急激な負荷変動に伴う燃料電池２の急激な電圧変動や、電圧変動の繰り返しも抑制できるので、これによっても燃料電池２の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を抑制できる。
また、急激な負荷要求に対して燃料電池２による電力供給が追従しなくても、ドライバー操作（アクセル操作による加速感等）による応答性を確保できるので、ドライバーに与える違和感を低減できる。 As described above, in the present embodiment, when the power request determination unit 61 determines that the power increase is requested, power is first supplied from the battery 11, and then the power is supplied from the fuel cell 2 under the limitation by the power generation limitation unit 62. It was set as the structure which supplies.
According to this configuration, when the fuel cell 2 cannot supply electric power corresponding to the vehicle required load PVNCMD at the time of sudden load fluctuation such as sudden acceleration, the electric power is supplied from the battery 11 first. The electric power according to the required load PVNCMD can be quickly supplied, and the electric power can be supplied after adjusting the operating conditions that can cope with the load fluctuation on the fuel cell 2 side. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the electrode of the fuel cell 2 due to the shortage of anode stoichiometry, the deterioration of the electrolyte membrane accompanying it, and the decrease in power generation performance. In addition, since rapid voltage fluctuations of the fuel cell 2 due to sudden load fluctuations and repetition of voltage fluctuations can be suppressed, the deterioration of the electrodes of the fuel cell 2, the accompanying deterioration of the electrolyte membrane, and the decrease in power generation performance can also be achieved by this. Can be suppressed.
In addition, even if the power supply by the fuel cell 2 does not follow an abrupt load request, the responsiveness by the driver operation (acceleration feeling by the accelerator operation, etc.) can be ensured, so that the uncomfortable feeling given to the driver can be reduced.

しかも、燃料電池電力供給処理において、発電制限手段６２による制限下（遅れ時間Ｔｄｙや加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤ等）で燃料電池２から電力を供給することで、燃料電池２へのＦＣ負荷要求ＰＦＣＣＭＤを最適な条件に設定できる。これにより、燃料電池２に過剰な負荷や急な負荷変動がかかるのを抑制し、燃料電池２内（特に、下流側）でのストイキ不足の発生を確実に抑制できる。   Moreover, in the fuel cell power supply processing, the FC load request PFCCMD to the fuel cell 2 is optimized by supplying power from the fuel cell 2 under the restriction by the power generation restriction means 62 (delay time Tdy, acceleration upper limit rate IRFCCMD, etc.) Can be set to various conditions. Thereby, it is possible to suppress an excessive load or a sudden load fluctuation from being applied to the fuel cell 2, and to reliably suppress the occurrence of a shortage of stoichiometry in the fuel cell 2 (particularly on the downstream side).

また、本実施形態では、バッテリ電力供給処理の際（燃料電池電力供給処理の前）に、燃料電池２の作動条件指令値ＩＦＣＯＢＪを、車両必要負荷ＰＶＮＣＭＤから算出した電流指令値ＩＮＣＭＤに設定することで、バッテリ電力供給処理中に燃料電池２の作動条件を負荷要求に対応できる状態に近づけておくことができる。
この場合、急激な負荷要求に対して燃料電池２による電力供給が追従しなくても、エアポンプ３１の回転数等は増加するため、ドライバー操作（アクセル操作による加速感等）による応答性を確保して、ドライバーに与える違和感を低減できる。 Further, in the present embodiment, during the battery power supply process (before the fuel cell power supply process), the operating condition command value IFCOBJ of the fuel cell 2 is set to the current command value INCMD calculated from the vehicle required load PVNCMD. Thus, the operating condition of the fuel cell 2 can be brought close to a state capable of responding to the load request during the battery power supply process.
In this case, even if the power supply by the fuel cell 2 does not follow a sudden load request, the rotation speed of the air pump 31 increases, so that responsiveness by driver operation (acceleration feeling by accelerator operation, etc.) is secured. This can reduce the uncomfortable feeling given to the driver.

さらに、燃料電池電力供給処理を、バッテリ電力供給処理の開始から遅れ時間Ｔｄｙ遅らせることで、バッテリ電力供給処理の間に燃料電池２の作動条件を負荷要求に対応できる状態に近づけておくことができる。そして、燃料電池２の作動条件が負荷要求に対応できる状態に整った後に、燃料電池電力供給処理を開始することで、燃料電池２の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を確実に抑制できる。   Furthermore, by delaying the delay time Tdy from the start of the battery power supply process in the fuel cell power supply process, the operating conditions of the fuel cell 2 can be brought close to a state that can meet the load request during the battery power supply process. . Then, after the operating conditions of the fuel cell 2 are ready to meet the load demand, the fuel cell power supply process is started, so that the electrode of the fuel cell 2 is deteriorated, the electrolyte membrane is deteriorated, and the power generation performance is reduced. The decrease can be reliably suppressed.

また、発電制限手段６２が加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤを設定することで、燃料電池２に最適な条件で発電が行われるので、燃料電池２に過剰な負荷や急な負荷変動がかかるのを抑制し、燃料電池２の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を確実に抑制できる。   In addition, since the power generation limiting means 62 sets the acceleration upper limit rate IRFCCMD, power generation is performed under the optimum conditions for the fuel cell 2, so that excessive load and sudden load fluctuations are suppressed on the fuel cell 2, The deterioration of the electrode of the fuel cell 2, the accompanying deterioration of the electrolyte membrane, and the decrease in power generation performance can be reliably suppressed.

また、本実施形態では、車両の加速要求（例えば、ΔＩやΔＰ等）、積載重量Ｇ、及び交通状況のうち、少なくともひとつを受けて、判定を開始することで、燃料電池２の劣化が進行する前に、負荷要求を速やかに判定できる。したがって、燃料電池２の電極の劣化や、それに伴う電解質膜の劣化、発電性能の低下を未然に抑制できる。   Further, in the present embodiment, the deterioration of the fuel cell 2 proceeds by starting the determination upon receiving at least one of the vehicle acceleration request (for example, ΔI, ΔP, etc.), the loaded weight G, and the traffic situation. The load request can be promptly determined before Therefore, the deterioration of the electrode of the fuel cell 2, the accompanying deterioration of the electrolyte membrane, and the decrease in power generation performance can be suppressed in advance.

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、燃料供給手段として燃料インジェクタ４４を用いる構成について説明したが、これに限らず、レギュレータ（圧力制御手段）等を用いても構わない。
また、燃料電池２で発電された余分な電力は、バッテリ１１に蓄電して次回の負荷変動時に供給することができる。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. In other words, the configuration described in the above-described embodiment is merely an example, and can be changed as appropriate.
For example, in the above-described embodiment, the configuration using the fuel injector 44 as the fuel supply unit has been described. However, the configuration is not limited thereto, and a regulator (pressure control unit) or the like may be used.
In addition, excess power generated by the fuel cell 2 can be stored in the battery 11 and supplied at the next load change.

さらに、負荷要求判定手段６４による判定は、上述した（１）〜（５）の方法に限らず、負荷の変化幅や、電流密度、電位、インピーダンス、温度等、適宜設計変更が可能である。   Furthermore, the determination by the load request determination unit 64 is not limited to the methods (1) to (5) described above, and the design change is possible as appropriate, such as the load change width, current density, potential, impedance, temperature, and the like.

また、上述した実施形態では、バッテリ１１のＳＯＣに基づいて遅れ時間Ｔｄｙを設定した場合について説明したが、これに限らず、燃料電池２の出口温度と、遅れ時間Ｔｄｙと、の相関を示すマップに基づいて遅れ時間Ｔｄｙを設定しても構わない（図７参照）。図７に示すマップは、出口温度が高くなるに従い、遅れ時間Ｔｄｙが短くなるように設定されている。これは、出口温度が低い状態で負荷を増加すると、発電により生成された水分が結露等によって燃料電池２の面内に水として残存し易くなり、この水がアノードガスの拡散を阻害し、部分的なアノードストイキ不足になる虞があるからである。そのため、出口温度が低い状態では、遅れ時間Ｔｄｙを長く設定し、燃料電池２の作動条件を負荷要求に対応できる状態に整わせる必要がある。
また、遅れ時間Ｔｄｙは、図３や図７のようなマップを用いず、バッテリ１１のＳＯＣや燃料電池２の出口温度に基づく固定値でも構わない。 In the above-described embodiment, the case where the delay time Tdy is set based on the SOC of the battery 11 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a map showing the correlation between the outlet temperature of the fuel cell 2 and the delay time Tdy. The delay time Tdy may be set based on (see FIG. 7). The map shown in FIG. 7 is set so that the delay time Tdy decreases as the outlet temperature increases. This is because when the load is increased in a state where the outlet temperature is low, moisture generated by power generation tends to remain as water in the surface of the fuel cell 2 due to dew condensation or the like, and this water hinders the diffusion of the anode gas. This is because there is a risk that the anode stoichiometry will be insufficient. Therefore, in a state where the outlet temperature is low, it is necessary to set the delay time Tdy to be long so that the operating condition of the fuel cell 2 can meet the load request.
Further, the delay time Tdy may be a fixed value based on the SOC of the battery 11 or the outlet temperature of the fuel cell 2 without using the maps as shown in FIGS.

さらに、遅れ時間Ｔｄｙは、上述したバッテリ１１のＳＯＣや燃料電池２の出口温度に限らず、アノードガスの出口濃度や、燃料電池２から電流を取り出していない状態での単位セルのセル電位（ＯＣＶチェック）、アノード面内の電位（局所電位チェック）、インピーダンス、エゼクタの副流流量、燃料電池２の出口の状態を検出するための参照用ミニ燃料電池等の検出結果に基づいて設定しても構わない。   Further, the delay time Tdy is not limited to the SOC of the battery 11 and the outlet temperature of the fuel cell 2 described above, but the outlet concentration of the anode gas and the cell potential (OCV) of the unit cell when no current is taken out from the fuel cell 2. Check), potential on the anode surface (local potential check), impedance, side flow rate of ejector, and detection result of a reference mini fuel cell for detecting the state of the outlet of the fuel cell 2, etc. I do not care.

また、燃料電池２内の反応ガスの圧力や流量、エアポンプ３１等の回転数が、燃料電池２の作動条件指令値ＩＦＣＯＢＪに達したことを直接的に確認してから燃料電池２による電力の供給を行っても構わない。この場合は、燃料電池２内の反応ガスの圧力や流量、エアポンプ３１等の回転数が、燃料電池２の作動条件指令値ＩＦＣＯＢＪに達してから所定時間経過した後に燃料電池２による電力の供給を開始することが好ましい。   Further, after directly confirming that the pressure and flow rate of the reaction gas in the fuel cell 2 and the rotational speed of the air pump 31 etc. have reached the operating condition command value IFCOBJ of the fuel cell 2, supply of electric power by the fuel cell 2 You may do. In this case, the fuel cell 2 supplies power after a predetermined time has elapsed after the pressure and flow rate of the reaction gas in the fuel cell 2 and the rotational speed of the air pump 31 reach the operating condition command value IFCOBJ of the fuel cell 2. It is preferable to start.

また、上述した実施形態では、バッテリ１１のＳＯＣと負荷変化幅（ΔＩやΔＰ）に基づいて加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤを設定した場合について説明したが、これに限らず、図８に示すように、負荷変化幅のみに基づいて加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤを設定しても構わない。   In the above-described embodiment, the case where the acceleration upper limit rate IRFCCMD is set based on the SOC of the battery 11 and the load change width (ΔI or ΔP) is described. However, the present invention is not limited to this, and as illustrated in FIG. The acceleration upper limit rate IRFCCMD may be set based only on the change width.

さらに、図９に示すように、燃料電池２の出口温度と、加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤと、の相関を示すマップに基づいて加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤを設定しても構わない（図８参照）。図８に示すマップは、出口温度が高くなるに従い、加速上限レートＩＲＦＣＣＭＤが大きくなるように設定されている。これは、上述したように出口温度が低い状態で負荷を増加すると、発電により生成された水がアノードガスの拡散を阻害し、部分的なアノードストイキ不足になる虞があるからである。   Further, as shown in FIG. 9, the acceleration upper limit rate IRFCCMD may be set based on a map showing the correlation between the outlet temperature of the fuel cell 2 and the acceleration upper limit rate IRFCCMD (see FIG. 8). The map shown in FIG. 8 is set so that the acceleration upper limit rate IRFCCMD increases as the outlet temperature increases. This is because, as described above, when the load is increased with the outlet temperature being low, the water generated by the power generation hinders the diffusion of the anode gas, which may cause partial shortage of anode stoichiometry.

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。   In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with known components without departing from the spirit of the present invention.

１…燃料電池システム ２…燃料電池スタック（燃料電池） １１…バッテリ（二次電池） ３１…エアポンプ（反応ガスポンプ） ４０…循環ポンプ（反応ガスポンプ） ４４燃料インジェクタ（圧力制御手段） ４７…パージ弁（パージ手段） ５０…アノード流路（燃料流路） ６１…電力要求判定手段 ６２…発電制限手段 ６３…制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 2 ... Fuel cell stack (fuel cell) 11 ... Battery (secondary battery) 31 ... Air pump (reactive gas pump) 40 ... Circulation pump (reactive gas pump) 44 Fuel injector (pressure control means) 47 ... Purge valve ( (Purge means) 50 ... Anode flow path (fuel flow path) 61 ... Power demand determination means 62 ... Power generation limiting means 63 ... Control means

Claims (6)

反応ガスを受けて発電する燃料電池、及び充放電が可能な二次電池を有する電気供給系と、
前記電気供給系から供給される電力について要求の有無、及びその量を判定する電力要求判定手段と、
前記燃料電池が劣化する際の作動条件に基づき、前記燃料電池の発電を制限する発電制限手段と、
前記電力要求判定手段の判定を受けて前記電気供給系を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記電力要求判定手段により電力増加の要求と判定した際、先に前記二次電池から電力を供給させる二次電池電力供給処理を行い、続いて前記発電制限手段による制限下で、前記燃料電池から電力を供給させる燃料電池電力供給処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。 An electric supply system having a fuel cell that generates power by receiving a reaction gas, and a secondary battery capable of charging and discharging;
Power request determination means for determining whether or not there is a request for the power supplied from the electric supply system, and the amount thereof;
Based on operating conditions when the fuel cell deteriorates, power generation limiting means for limiting power generation of the fuel cell;
Control means for controlling the electricity supply system in response to the determination of the power request determination means,
The control means includes
When it is determined that the power request is determined to be increased by the power request determination unit, a secondary battery power supply process for supplying power from the secondary battery is performed first, and then from the fuel cell under the limitation by the power generation limitation unit. A fuel cell system for performing a fuel cell power supply process for supplying power. 前記制御手段は、前記二次電池電力供給処理の際に、前記電力増加の要求に基づく作動条件を前記燃料電池に入力することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit inputs an operation condition based on the request to increase the power to the fuel cell during the secondary battery power supply process. 3. 前記制御手段は、前記燃料電池電力供給処理を、前記二次電池電力供給処理の開始から所定時間遅らせることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit delays the fuel cell power supply process for a predetermined time from the start of the secondary battery power supply process. 前記発電制限手段は、前記燃料電池電力供給処理の際に、前記燃料電池の発電量の増加割合が、閾値以下になるように設定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム。   4. The power generation restriction unit sets the increase rate of the power generation amount of the fuel cell to a threshold value or less during the fuel cell power supply process. 5. 2. The fuel cell system according to item 1. 前記発電制限手段は、
前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガスポンプ、前記燃料電池の燃料極における燃料流路のパージ処理を行うパージ手段、前記燃料極に供給される燃料の圧力を制御する圧力制御手段、及び前記燃料電池内の水を排出するドレイン弁のうち、何れか一つを用いて前記燃料電池の作動条件を制御することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の燃料電池システム。 The power generation limiting means is
A reaction gas pump for supplying a reaction gas to the fuel cell, a purge means for purging a fuel flow path in the fuel electrode of the fuel cell, a pressure control means for controlling the pressure of the fuel supplied to the fuel electrode, and 5. The operation condition of the fuel cell is controlled by using any one of drain valves for discharging water in the fuel cell. 6. Fuel cell system. 前記燃料電池システムは、車両に搭載され、
前記電力要求判定手段は、前記車両の加速要求、積載情報、及び交通状況のうち、少なくともひとつを受けて、判定を開始することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system is mounted on a vehicle,
The said electric power request | requirement determination means receives at least one among the acceleration request | requirement of the said vehicle, loading information, and traffic condition, and starts determination, The said any one of Claim 1-5 characterized by the above-mentioned. The fuel cell system described.
JP2012135561A 2012-06-15 2012-06-15 Fuel cell system Pending JP2014002844A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012135561A JP2014002844A (en) 2012-06-15 2012-06-15 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012135561A JP2014002844A (en) 2012-06-15 2012-06-15 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014002844A true JP2014002844A (en) 2014-01-09

Family

ID=50035848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012135561A Pending JP2014002844A (en) 2012-06-15 2012-06-15 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014002844A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017224577A (en) * 2016-06-17 2017-12-21 三菱自動車工業株式会社 Power control device for vehicular fuel cell
JP2018137900A (en) * 2017-02-22 2018-08-30 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell vehicle and control method for the same
CN111697256A (en) * 2019-03-14 2020-09-22 丰田自动车株式会社 Fuel cell system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017224577A (en) * 2016-06-17 2017-12-21 三菱自動車工業株式会社 Power control device for vehicular fuel cell
JP2018137900A (en) * 2017-02-22 2018-08-30 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell vehicle and control method for the same
CN108515852A (en) * 2017-02-22 2018-09-11 丰田自动车株式会社 Fuel-cell vehicle and its control method
US10780787B2 (en) 2017-02-22 2020-09-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell vehicle and control method thereof
CN108515852B (en) * 2017-02-22 2021-03-09 丰田自动车株式会社 Fuel cell vehicle and control method thereof
CN111697256A (en) * 2019-03-14 2020-09-22 丰田自动车株式会社 Fuel cell system
CN111697256B (en) * 2019-03-14 2023-06-23 丰田自动车株式会社 Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8227123B2 (en) Fuel cell system and current control method with PI compensation based on minimum cell voltage
JP5120594B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
US8722266B2 (en) Fuel cell system
JP5224082B2 (en) Fuel cell system and drainage control method thereof
JP4320686B2 (en) Fuel cell system and current limiting method thereof
JP4993293B2 (en) Fuel cell system and moving body
JP4492824B2 (en) Fuel cell system
EP3070773B1 (en) Fuel cell system
CN107634246B (en) Method for operating fuel cell vehicle
JP2010055927A (en) Fuel cell system
JP2006278046A (en) Fuel cell system
JP5113634B2 (en) Fuel cell system
US9812718B2 (en) Fuel cell system
JP2010129245A (en) Fuel cell system
US20110244351A1 (en) Operating method of fuel cell system
JPWO2008007690A1 (en) Fuel cell system
JP2007141779A (en) Fuel cell system
JP2016018650A (en) Fuel cell system
JPWO2013137017A1 (en) FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2014002844A (en) Fuel cell system
JP6225957B2 (en) Fuel cell system
JP2014007097A (en) Fuel cell system
JP2009181809A (en) Fuel cell system and its control method
JP2013232407A (en) Fuel cell system and fuel cell system purge control method
JP2013134866A (en) Fuel cell system and fuel cell system control method