JP2016018693A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance effectiveness of suppression of over-drying or over-wetting of an electrolyte membrane during load variation transition period.SOLUTION: When an electrolyte membrane 101 is over-wetting under load request increase transient situation (step S141:affirmative judgment), a fuel cell system 30 outputs (output increase) the power generated from a fuel cell stack 100, along with gas supply control corresponding to load increase, from the start time ts of load increase. For the circulation flow rate in a cooling system 160, cooling water flow rate increase is delayed during increase transient from the start time ts to the delay time ta.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

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

燃料電池システムを構成する燃料電池スタックは、燃料ガスと酸素含有の酸化剤ガスの供給を受けて発電し、その発電電力を外部の負荷に出力する。こうした燃料電池システムでは、通常、外部の負荷が要求する要求電力に対応したガス量で上記の燃料ガスと酸化剤ガス、例えば水素ガスと空気が供給される。燃料電池の発電は、プロトン伝導性を有する電解質膜を介した水素ガス中の水素と空気中の酸素の電気化学的な反応に基づいており、電解質膜は適宜な湿潤状態でプロトン伝導性を発揮し、出力は安定する。このため、電解質膜が過乾燥であったり過湿潤であると出力が安定しないので、電解質膜の過乾燥や過湿潤を抑制することが望ましい。ところで、要求される負荷は、一律とは限らず、例えば燃料電池システムを搭載した車両では、アクセルの急踏込に伴う負荷の急増やアクセルの戻しに伴う負荷の低減が往々にして繰り返される。こうした負荷変動の過渡において、電解質膜の過乾燥や過湿潤を上記した負荷低減の過渡期においても抑制する手法が提案されている(例えば、特許文献1等)。   The fuel cell stack constituting the fuel cell system receives the supply of the fuel gas and the oxygen-containing oxidant gas, generates power, and outputs the generated power to an external load. In such a fuel cell system, the above-described fuel gas and oxidant gas, for example, hydrogen gas and air, are usually supplied in a gas amount corresponding to the required power required by an external load. Fuel cell power generation is based on an electrochemical reaction between hydrogen in hydrogen gas and oxygen in the air through an electrolyte membrane having proton conductivity, and the electrolyte membrane exhibits proton conductivity in an appropriate wet state. The output is stable. For this reason, since the output is not stable if the electrolyte membrane is overdried or overwet, it is desirable to suppress overdrying or overwetting of the electrolyte membrane. By the way, the required load is not always uniform. For example, in a vehicle equipped with a fuel cell system, a sudden increase in load caused by a sudden depression of the accelerator and a reduction in load caused by the return of the accelerator are often repeated. In such a transition of load fluctuation, a method for suppressing overdrying and overwetting of the electrolyte membrane even in the above-described transition period of load reduction has been proposed (for example, Patent Document 1).

特開2012−109182号公報JP 2012-109182 A

上記した特許文献では、負荷低減の過渡期における電解質膜の過乾燥や過湿潤を抑制するに当たり、燃料電池スタックの温度調整に用いる冷媒温度を、電解質膜の過乾燥や過湿潤の検知に伴って制御している。しかしながら、負荷変動の過渡期では、負荷変動に応じたガス供給制御に伴う出力変動もなされていることから、冷媒の温度制御だけでは電解質膜の過乾燥や過湿潤の抑制に限界がある。こうしたことから、負荷変動過渡期における電解質膜の過乾燥や過湿潤の抑制の実効性を高めることが要請されるに到った。   In the above-mentioned patent document, in order to suppress overdrying and overwetting of the electrolyte membrane in the transition period of load reduction, the refrigerant temperature used for adjusting the temperature of the fuel cell stack is detected along with detection of overdrying and overwetting of the electrolyte membrane. I have control. However, since the output fluctuation accompanying the gas supply control according to the load fluctuation is also made in the transition period of the load fluctuation, there is a limit to the suppression of the electrolyte membrane overdrying and overwetting only by the refrigerant temperature control. For these reasons, it has been required to increase the effectiveness of suppressing excessive drying and overwetting of the electrolyte membrane during the load fluctuation transition period.

本発明は、上記した課題を踏まえ、負荷変動過渡期における電解質膜の過乾燥や過湿潤の抑制の実効性を高め得る新たな手法を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a new technique that can improve the effectiveness of suppressing overdrying and overwetting of an electrolyte membrane in a load fluctuation transition period.

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。   In order to achieve at least a part of the problems described above, the present invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに求められる負荷要求に基づいた前記燃料電池スタックへの前記反応ガスのガス供給制御を経て、負荷への出力を制御する出力制御部と、前記燃料電池スタックを含む循環経路を有し、該循環経路での冷媒循環により前記燃料電池スタックの温度調整を行う冷媒循環制御部と、前記負荷要求に基づいて、負荷変動の過渡の状況か否かを判断する負荷変動判断部と、前記燃料電池スタックの湿潤状態を判断する湿潤判断部とを備える。そして、冷媒循環制御部は、前記負荷変動判断部が負荷変動の増大過渡の状況にあると判断し、前記湿潤判断部が過湿潤の状態にあると判断すると、前記出力制御部による前記負荷要求に基づいた出力の増加タイミングに対して、前記冷媒の循環流量の増加タイミングを遅延側にずらす。   (1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell system is provided. The fuel cell system receives a supply of reaction gas and generates power, and controls the gas supply control of the reaction gas to the fuel cell stack based on a load request required for the fuel cell stack. An output control unit that controls the output of the fuel cell stack, a refrigerant circulation control unit that has a circulation path including the fuel cell stack, adjusts the temperature of the fuel cell stack by refrigerant circulation in the circulation path, and the load request A load variation determination unit that determines whether or not the load fluctuation is in a transient state, and a wetness determination unit that determines a wet state of the fuel cell stack. Then, the refrigerant circulation control unit determines that the load variation determination unit is in a state of transient increase in load variation, and determines that the wetness determination unit is in an excessively wet state, the load request by the output control unit. The increase timing of the circulation flow rate of the refrigerant is shifted to the delay side with respect to the output increase timing based on the above.

この形態の燃料電池システムは、要求負荷に増大を来した負荷の増大過渡の状況において燃料電池スタックの湿潤状態が過湿潤であると、負荷の増大要求に基づいたガス供給制御を実行して発電電力を負荷に出力するものの、燃料電池スタックの温度調整に関与する冷媒の循環流量の増加タイミングを出力の増加タイミングに対して遅延することで、冷媒循環を負荷の増大変動前の状態に維持する。よって、次の利点がある。燃料電池スタックの湿潤状態が過湿潤な状態から適正の側に推移させるには、水分持ち去りの増大が有益であり、負荷要求の増大に基づいたガス供給制御は、反応ガスの供給増大であることから、水分持ち去りに寄与する。こうした状況において、仮に冷媒の循環流量の増加を出力増加と並行実行すると、出力増加時点からの冷媒循環流量の増加により燃料電池スタックの温度は低下するので、供給されるガスについても温度低下を来し、ガスに含まれ得る飽和水蒸気量は低下する。よって、負荷要求の増大に基づいたガス供給制御による水分の持ち去り効率を低減させかねない。しかしながら、上記形態の燃料電池システムにでは、冷媒循環を負荷の増大変動前の状態を維持することで、燃料電池スタックの温度低下を抑制するので、ガス中の飽和水蒸気量の低下をさほど招かない。こうしたことから、上記形態の燃料電池システムによれば、負荷要求の増大に基づいたガス制御による水分の持ち去り効率を維持、もしくは水分の持ち去り効率の低減を抑制でき、燃料電池スタックの湿潤状態を過湿潤な状態から適正の側に推移させることが可能となる。   In the fuel cell system of this embodiment, when the wet state of the fuel cell stack is excessively wet in a transient state of the load that has increased the required load, power supply is performed by executing gas supply control based on the load increase request. Although electric power is output to the load, the refrigerant circulation is maintained in the state before the fluctuation of the load by delaying the increase timing of the circulation flow rate of the refrigerant involved in the temperature adjustment of the fuel cell stack with respect to the increase timing of the output. . Therefore, there are the following advantages. In order to shift the wet state of the fuel cell stack from an excessively wet state to an appropriate side, it is beneficial to increase moisture removal, and the gas supply control based on an increase in load demand is an increase in the supply of reaction gas. Therefore, it contributes to moisture removal. In such a situation, if the increase in the circulation flow rate of the refrigerant is executed in parallel with the increase in the output, the temperature of the fuel cell stack decreases due to the increase in the circulation flow rate of the refrigerant from the time when the output is increased. However, the amount of saturated water vapor that can be contained in the gas decreases. Therefore, the moisture removal efficiency by the gas supply control based on the increase in load demand may be reduced. However, in the fuel cell system of the above embodiment, the temperature of the fuel cell stack is suppressed by maintaining the state of the refrigerant circulation before the load increase fluctuation, so that the amount of saturated water vapor in the gas is not significantly reduced. . Therefore, according to the fuel cell system of the above aspect, it is possible to maintain moisture removal efficiency by gas control based on an increase in load demand or to suppress reduction of moisture removal efficiency, and the fuel cell stack is in a wet state. Can be shifted from an excessively wet state to an appropriate side.

(2)他の形態による燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに求められる負荷要求に基づいた前記燃料電池スタックへの前記反応ガスのガス供給制御を経て、負荷への出力を制御する出力制御部と、前記燃料電池スタックを含む循環経路を有し、該循環経路での冷媒循環により前記燃料電池スタックの温度調整を行う冷媒循環制御部と、前記負荷要求に基づいて、負荷変動の過渡の状況か否かを判断する負荷変動判断部と、前記燃料電池スタックの湿潤状態を判断する湿潤判断部とを備える。そして、冷媒循環制御部は、前記負荷変動判断部が負荷変動の低減過渡の状況にあると判断し、前記湿潤判断部が過乾燥の状態にあると判断すると、前記出力制御部による前記負荷要求に基づいた出力の低下タイミングに対して、前記冷媒の循環流量の低減タイミングを遅延側にずらす。   (2) A fuel cell system according to another embodiment includes a fuel cell stack that generates power upon receiving a supply of a reaction gas, and a gas supply of the reaction gas to the fuel cell stack based on a load requirement required for the fuel cell stack. An output control unit that controls output to a load through control, and a refrigerant circulation control unit that has a circulation path including the fuel cell stack and adjusts the temperature of the fuel cell stack by refrigerant circulation in the circulation path; , And a load variation determination unit that determines whether or not the load fluctuation is in a transient state based on the load request, and a wetness determination unit that determines a wet state of the fuel cell stack. Then, the refrigerant circulation control unit determines that the load variation determination unit is in a state of transient reduction of load variation, and determines that the wetness determination unit is in an overdried state, the load request by the output control unit. The timing for reducing the circulating flow rate of the refrigerant is shifted to the delay side with respect to the output lowering timing based on the above.

この形態の燃料電池システムは、要求負荷に低減を来した負荷の低減過渡の状況において燃料電池スタックの湿潤状態が過乾燥であると、負荷の低減要求に基づいたガス供給制御を実行して負荷に発電電力を出力するものの、前記燃料電池スタックの温度調整に関与する前記冷媒の循環流量の低減タイミングを出力の低減タイミングに対して遅延することで、冷媒循環を負荷の低減変動前の状態に維持する。よって、次の利点がある。燃料電池スタックの湿潤状態が過乾燥な状態から適正の側に推移させるには、水分持ち去りを抑制することが有益であり、負荷要求の低減に基づいたガス供給制御は、反応ガスの供給低減であることから、水分持ち去りの抑制に寄与する。こうした状況において、仮に冷媒の循環流量の低減を出力低下と並行実行すると、出力低下時点からの冷媒循環流量の低減により燃料電池スタックの温度低下は緩慢となり、供給されるガスについても温度が高いままとなってガスに含まれ得る飽和水蒸気量は大きいままとなり得る。よって、負荷要求の低減に基づいたガス供給制御による水分の持ち去りの抑制効率を低減させかねない。しかしながら、上記形態の燃料電池システムにでは、冷媒循環を負荷の低減変動前の状態を維持することで、燃料電池スタックの温度低下を維持もしくは促進するので、ガス中の飽和水蒸気量を小さくできる。こうしたことから、上記形態の燃料電池システムによれば、負荷要求の低減に基づいたガス制御による水分の持ち去りの抑制効率を維持、もしくは水分の持ち去りの抑制効率を低減させないようにでき、燃料電池スタックの湿潤状態を過乾燥な状態から適正の側に推移させることが可能となる。   In the fuel cell system of this embodiment, when the wet state of the fuel cell stack is excessively dry in the transient state of the load that has reduced the required load, the gas supply control is executed based on the load reduction request and the load is reduced. Although the generated power is output, the refrigerant circulation flow is reduced to a state before the load reduction fluctuation by delaying the refrigerant circulation flow rate reduction timing related to the temperature adjustment of the fuel cell stack with respect to the output reduction timing. maintain. Therefore, there are the following advantages. In order to shift the wet state of the fuel cell stack from an excessively dry state to an appropriate side, it is beneficial to suppress moisture removal, and the gas supply control based on the reduction in load demand reduces the supply of reactive gases. Therefore, it contributes to suppression of moisture removal. In such a situation, if the reduction of the refrigerant circulation flow rate is executed in parallel with the output reduction, the temperature drop of the fuel cell stack becomes slow due to the reduction of the refrigerant circulation flow rate from the time of the output reduction, and the temperature of the supplied gas remains high. The amount of saturated water vapor that can be contained in the gas can remain large. Therefore, the suppression efficiency of the removal of moisture by gas supply control based on the reduction of load demand may be reduced. However, in the fuel cell system of the above embodiment, the state of the refrigerant circulation before the load reduction fluctuation is maintained, so that the temperature drop of the fuel cell stack is maintained or promoted, so that the saturated water vapor amount in the gas can be reduced. For this reason, according to the fuel cell system of the above embodiment, it is possible to maintain the suppression efficiency of the removal of moisture by gas control based on the reduction of the load requirement, or to prevent the suppression efficiency of the removal of moisture from being reduced. It becomes possible to shift the wet state of the battery stack from the overdried state to the appropriate side.

本発明は、燃料電池スタックの運転方法や、燃料電池システムを搭載してその発電電力を駆動力として用いる車両、燃料電池システムを設置して燃料電池スタックを発電源とする定置式の発電システムとしても適用できる。   The present invention relates to a fuel cell stack operation method, a vehicle equipped with a fuel cell system and using the generated power as a driving force, and a stationary power generation system using the fuel cell stack as a power source. Is also applicable.

本発明の実施形態としての燃料電池搭載車両20を概略的に平面視して示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel cell mounting vehicle 20 as embodiment of this invention in planar view roughly. 要求負荷の変動過渡の状況下における燃料電池スタック100の発電制御のうち要求負荷の増大過渡の状況下での制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure in the condition of the increase transient of a demand load among the electric power generation control of the fuel cell stack 100 in the condition of the fluctuation of a demand load. 要求負荷の増大過渡の状況下における過湿潤回復処理の内容を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the content of the overwetting recovery process in the condition of the increase transient of a required load. 要求負荷の増大過渡の状況下における過湿潤回復処理で得られる過湿潤適正化の様子を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the mode of the overwetting optimization obtained by the overwetting recovery process in the condition of the increase transient of a required load. 要求負荷の低減過渡の状況下における燃料電池スタック100の発電制御の制御手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a control procedure of power generation control of the fuel cell stack 100 under a situation where the required load is reduced. 要求負荷の低減過渡の状況下における過乾燥回復処理の内容を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the content of the overdrying recovery process in the condition of reduction transient of a required load. 要求負荷の低減過渡の状況下における過乾燥回復処理で得られる過乾燥適正化の様子を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the mode of the overdrying optimization obtained by the overdrying recovery process in the condition of the reduction | decrease transient of a required load.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図1は本発明の実施形態としての燃料電池搭載車両20を概略的に平面視して示す説明図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a fuel cell vehicle 20 as an embodiment of the present invention in plan view.

図示するように、この燃料電池搭載車両20は、車体22に、燃料電池システム30を搭載する。この燃料電池システム30は、燃料電池スタック100と、水素ガスタンク110を含む水素ガス供給系120と、モーター駆動のコンプレッサ130を含む空気供給系140と、ラジエータ150およびファン152を含む冷却系160と、2次電池172と、DC/DCコンバーター174とを備える。燃料電池システム30は、燃料電池スタック100の発電電力、或いは2次電池172の充電電力を、前輪駆動用のモーター170を始めとする負荷に出力する。   As shown in the figure, this fuel cell vehicle 20 has a fuel cell system 30 mounted on a vehicle body 22. The fuel cell system 30 includes a fuel cell stack 100, a hydrogen gas supply system 120 including a hydrogen gas tank 110, an air supply system 140 including a motor-driven compressor 130, a cooling system 160 including a radiator 150 and a fan 152, A secondary battery 172 and a DC / DC converter 174 are provided. The fuel cell system 30 outputs the generated power of the fuel cell stack 100 or the charging power of the secondary battery 172 to a load including the front-wheel drive motor 170.

燃料電池スタック100は、電池セルを備え、この電池セルは、図1の拡大模式図に示すように、電解質膜101の両側にアノード102とカソード103の両電極を備える。アノード102とカソード103は、電解質膜101の両膜面に接合され電解質膜101と共に膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly/MEA)を形成する。この他、電池セルは、上記のMEAを両側から挟持するアノード側ガス拡散層104とカソード側ガス拡散層105とを備え(図1参照)、両ガス拡散層は、対応する電極に接合されている。   The fuel cell stack 100 includes battery cells, and the battery cells include both anode 102 and cathode 103 electrodes on both sides of the electrolyte membrane 101 as shown in the enlarged schematic view of FIG. The anode 102 and the cathode 103 are joined to both membrane surfaces of the electrolyte membrane 101 to form a membrane electrode assembly (MEA) together with the electrolyte membrane 101. In addition, the battery cell includes an anode-side gas diffusion layer 104 and a cathode-side gas diffusion layer 105 that sandwich the MEA from both sides (see FIG. 1), and both the gas diffusion layers are joined to corresponding electrodes. Yes.

電解質膜101は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード102およびカソード103は、触媒(例えば白金、あるいは白金合金)を備えており、これらの触媒を、導電性を有する担体(例えば、カーボン粒子)上に担持させることによって形成されている。アノード側ガス拡散層104とカソード側ガス拡散層105は、ガス透過性を有する導電性で多孔質な部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロスを多孔質基材として形成される。   The electrolyte membrane 101 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. The anode 102 and the cathode 103 include a catalyst (for example, platinum or a platinum alloy), and are formed by supporting these catalysts on a conductive carrier (for example, carbon particles). The anode-side gas diffusion layer 104 and the cathode-side gas diffusion layer 105 are formed using a conductive porous member having gas permeability, for example, carbon paper or carbon cloth as a porous substrate.

燃料電池スタック100は、上記した電池セルを積層して構成されたスタック構造とされ、前輪FWと後輪RWの間において車両床下に位置する。そして、燃料電池スタック100は、後述の水素ガス供給系120と空気供給系140から供給された水素ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応を各電池セルユニットにて起こして発電し、その発電電力にてモーター170等の負荷を駆動する。燃料電池スタック100の発電状態は電流センサー106にて計測され、その計測結果は電流センサー106から後述の制御装置200に出力される。この場合、電池セルユニットの積層数は、燃料電池スタック100に要求される出力に応じて任意に設定可能である。   The fuel cell stack 100 has a stack structure configured by stacking the battery cells described above, and is located below the vehicle floor between the front wheel FW and the rear wheel RW. The fuel cell stack 100 generates electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen in hydrogen gas supplied from a hydrogen gas supply system 120 and an air supply system 140 described later and oxygen in the air in each battery cell unit. The load such as the motor 170 is driven by the generated power. The power generation state of the fuel cell stack 100 is measured by the current sensor 106, and the measurement result is output from the current sensor 106 to the control device 200 described later. In this case, the number of stacked battery cell units can be arbitrarily set according to the output required for the fuel cell stack 100.

水素ガス供給系120は、水素ガスタンク110から燃料電池スタック100に到る水素供給経路121と、未消費の水素ガス(アノードオフガス)を水素供給経路121に循環させる循環経路122と、アノードオフガスを大気放出するための放出経路123を備える。そして、この水素ガス供給系120は、水素供給経路121の開閉バルブ124の経路開閉と、減圧バルブ125での減圧を経て、水素ガスタンク110の水素ガスを燃料電池スタック100(詳しくは、各電池セルのアノード102)に供給する。この際、水素ガス供給系120は、減圧バルブ125の下流の水素供給機器126にて調整した流量と、循環経路122の循環ポンプ127にて調整した循環流量との合算した流量の水素ガスを、燃料電池スタック100のアノードに供給する。また、水素ガス供給系120は、減圧バルブ125での減圧程度を変えることで、種々のガス圧力で水素ガスを燃料電池スタック100のアノードに供給する。燃料電池スタック100に水素ガスを供給する際の水素ガス流量とガス圧力は、アクセル180の操作に基づいて、後述の制御装置200にて定められ、燃料電池スタック100に求められる負荷に応じたものとなる。そして、本実施形態の燃料電池スタック100では、制御装置200による減圧バルブ125での減圧調整と水素供給機器126での流量調整とにより、水素ガス供給の際の水素ガスのガス流量とガス圧力とを個別に調整可能とされている。なお、水素ガス供給系120は、循環経路122から分岐した放出経路123の開閉バルブ129の開閉調整を経て、適宜、アノードオフガスを放出経路142を経て大気放出する。   The hydrogen gas supply system 120 includes a hydrogen supply path 121 extending from the hydrogen gas tank 110 to the fuel cell stack 100, a circulation path 122 for circulating unconsumed hydrogen gas (anode offgas) to the hydrogen supply path 121, and the anode offgas to the atmosphere. A discharge path 123 for discharging is provided. The hydrogen gas supply system 120 passes through the opening / closing of the opening / closing valve 124 of the hydrogen supply path 121 and the pressure reduction by the pressure reducing valve 125, and supplies the hydrogen gas in the hydrogen gas tank 110 to the fuel cell stack 100 (specifically, each battery cell). To the anode 102). At this time, the hydrogen gas supply system 120 supplies a hydrogen gas having a flow rate that is the sum of the flow rate adjusted by the hydrogen supply device 126 downstream of the pressure reducing valve 125 and the circulation flow rate adjusted by the circulation pump 127 of the circulation path 122. This is supplied to the anode of the fuel cell stack 100. Further, the hydrogen gas supply system 120 supplies hydrogen gas to the anode of the fuel cell stack 100 at various gas pressures by changing the degree of pressure reduction by the pressure reducing valve 125. The hydrogen gas flow rate and gas pressure when supplying hydrogen gas to the fuel cell stack 100 are determined by the control device 200 described later based on the operation of the accelerator 180, and correspond to the load required for the fuel cell stack 100. It becomes. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the gas flow rate and gas pressure of the hydrogen gas at the time of hydrogen gas supply are adjusted by the pressure reduction valve 125 by the control device 200 and the flow rate adjustment by the hydrogen supply device 126. Can be adjusted individually. The hydrogen gas supply system 120 appropriately releases the anode off-gas to the atmosphere via the discharge path 142 through the opening / closing adjustment of the opening / closing valve 129 of the discharge path 123 branched from the circulation path 122.

空気供給系140は、コンプレッサ130を経て燃料電池スタック100に到る酸素供給経路141と、未消費の空気(カソードオフガス)を大気放出する放出経路142とを備える。そして、この空気供給系140は、酸素供給経路141の開口端から取り込んだ空気を、コンプレッサ130での流量調整とその下流の圧力調整バルブ145での圧力調整を経た上で、燃料電池スタック100(詳しくは、各電池セルのカソード103)に、通常は酸素供給経路141を経て供給しつつ、放出経路142の排出流量調整バルブ143で調整された流量でカソードオフガスを放出経路142を経て大気放出する。このように空気供給系140にて空気供給とカソードオフガス排出とを行う場合、空気供給系140は、酸素供給経路141の排出流量調整バルブ143を所定開度にした上で、コンプレッサ130にて空気を供給する。この際の空気供給量にあっても、水素ガスと同様に、アクセル180の操作に基づいて制御装置200にて定められ、燃料電池スタック100に求められる負荷に応じた供給量となる。そして、本実施形態の燃料電池スタック100では、制御装置200によるコンプレッサ130での流量調整と圧力調整バルブ145での圧力調整とにより、空気供給の際の空気のガス流量とガス圧力とを個別に調整可能とされている。なお、排出流量調整バルブ143は、制御装置200による流量調整を経て、カソード側の背圧についてもこれを調整する。   The air supply system 140 includes an oxygen supply path 141 that reaches the fuel cell stack 100 via the compressor 130 and a discharge path 142 that discharges unconsumed air (cathode offgas) to the atmosphere. The air supply system 140 adjusts the flow of the air taken in from the open end of the oxygen supply path 141 in the compressor 130 and the pressure in the pressure adjustment valve 145 downstream thereof, and then the fuel cell stack 100 ( Specifically, the cathode off-gas is released to the atmosphere via the discharge path 142 at a flow rate adjusted by the discharge flow rate adjustment valve 143 of the discharge path 142 while being supplied to the cathode 103) of each battery cell normally via the oxygen supply path 141. . When air supply and cathode off-gas discharge are performed by the air supply system 140 in this way, the air supply system 140 sets the discharge flow rate adjustment valve 143 of the oxygen supply path 141 to a predetermined opening, and then the air by the compressor 130. Supply. Even in the air supply amount at this time, similarly to the hydrogen gas, the supply amount is determined by the control device 200 based on the operation of the accelerator 180 and corresponds to the load required for the fuel cell stack 100. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the gas flow rate and the gas pressure of the air at the time of air supply are individually adjusted by the flow rate adjustment at the compressor 130 and the pressure adjustment at the pressure adjustment valve 145 by the control device 200. Adjustable. The discharge flow rate adjusting valve 143 adjusts the back pressure on the cathode side through the flow rate adjustment by the control device 200.

冷却系160は、ラジエータ150から燃料電池スタック100への冷却媒体の循環を図る循環経路161と、バイパス経路162と、経路合流点の三方流量調整弁163と、循環ポンプ164と、温度センサー166を備える。そして、この冷却系160は、ラジエータ150にて熱交換した冷却媒体を循環経路161を経て燃料電池スタック100の図示しないセル内循環経路に導き、燃料電池スタック100を所定温度に冷却する。この場合、循環ポンプ164の駆動量、即ち冷却媒体の循環供給量や、三方流量調整弁163による調整流量は、温度センサー166の検出温度たる燃料電池温度(セル温度)や電流センサー106の検出した発電状態に基づいて、制御装置200にて定められる。   The cooling system 160 includes a circulation path 161 that circulates the cooling medium from the radiator 150 to the fuel cell stack 100, a bypass path 162, a three-way flow rate adjustment valve 163 at the path junction, a circulation pump 164, and a temperature sensor 166. Prepare. The cooling system 160 guides the cooling medium heat-exchanged by the radiator 150 to the in-cell circulation path (not shown) of the fuel cell stack 100 through the circulation path 161, and cools the fuel cell stack 100 to a predetermined temperature. In this case, the driving amount of the circulation pump 164, that is, the circulation supply amount of the cooling medium and the adjustment flow rate by the three-way flow rate adjustment valve 163 are detected by the fuel cell temperature (cell temperature) as the detection temperature of the temperature sensor 166 and the current sensor 106. It is determined by the control device 200 based on the power generation state.

2次電池172は、DC/DCコンバーター174を介して燃料電池スタック100に接続されており、燃料電池スタック100とは別の電力源として機能し、モーター170等に供給する電力源として燃料電池スタック100と併用される。本実施例では、燃料電池スタック100をアクセル180の踏込に応じた発電状態下で運転制御(通常制御)することを前提とするので、燃料電池スタック100の運転停止状態において、2次電池172は、その充電電力をモーター170に供給する。2次電池172としては、例えば、鉛充電池や、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などを採用することができる。2次電池172には、容量検出センサー176が接続され、当該センサーは、2次電池172の充電状態を検出し、その検出充電量(電池容量)を制御装置200に出力する。   The secondary battery 172 is connected to the fuel cell stack 100 via a DC / DC converter 174, functions as a power source different from the fuel cell stack 100, and serves as a power source supplied to the motor 170 and the like. Used with 100. In the present embodiment, it is assumed that the fuel cell stack 100 is operated and controlled (normal control) under the power generation state corresponding to the depression of the accelerator 180. Therefore, in the operation stop state of the fuel cell stack 100, the secondary battery 172 The charging power is supplied to the motor 170. As the secondary battery 172, for example, a lead-charged battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, or the like can be employed. A capacity detection sensor 176 is connected to the secondary battery 172, and the sensor detects a charging state of the secondary battery 172 and outputs the detected charge amount (battery capacity) to the control device 200.

DC/DCコンバーター174は、2次電池172の充・放電を制御する充放電制御機能を有しており、制御装置200の制御信号を受けて2次電池172の充・放電を制御する。この他、DC/DCコンバーター174は、燃料電池スタック100の発電電力および2次電池172の蓄電電力の引出とモーター170への電圧印加とを、制御装置200の制御下で行い、電力引出状態とモーター170に掛かる電圧レベルを可変に調整する。   The DC / DC converter 174 has a charge / discharge control function for controlling charge / discharge of the secondary battery 172, and controls charge / discharge of the secondary battery 172 in response to a control signal from the control device 200. In addition, the DC / DC converter 174 performs the extraction of the generated power of the fuel cell stack 100 and the stored power of the secondary battery 172 and the application of the voltage to the motor 170 under the control of the control device 200, The voltage level applied to the motor 170 is variably adjusted.

制御装置200は、論理演算を実行するCPUやROM、RAM等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、アクセル180等のセンサー入力を受けて燃料電池搭載車両20の種々の制御を司る。例えば、制御装置200は、アクセル180の操作状態に応じたモーター170への要求電力(要求負荷)を求め、その要求電力が燃料電池スタック100の発電で得られるよう、或いは、2次電池172の充電電力、もしくはこの両者で賄うよう、燃料電池スタック100を発電制御して当該スタックからの発電電力の出力を制御しつつ、モーター170に電力を供給する。モーター170への要求負荷を燃料電池スタック100の発電で得る場合には、制御装置200は、その要求負荷に見合うよう水素ガス供給系120や空気供給系140でのガス供給量(ガス流量)やガス圧力を制御(通常制御)する。また、制御装置200は、モーター170への要求電力に応じて、DC/DCコンバーター174を制御する。   The control device 200 is configured by a so-called microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM and the like for executing logical operations, and receives various sensor inputs from the accelerator 180 and controls various controls of the fuel cell vehicle 20. For example, the control device 200 obtains the required power (required load) to the motor 170 according to the operation state of the accelerator 180, so that the required power can be obtained by the power generation of the fuel cell stack 100, or the secondary battery 172 Electric power is supplied to the motor 170 while controlling the power generation of the fuel cell stack 100 and controlling the output of the generated power from the stack so as to cover the charging power or both. When the required load on the motor 170 is obtained by the power generation of the fuel cell stack 100, the control device 200 determines the gas supply amount (gas flow rate) in the hydrogen gas supply system 120 and the air supply system 140 to meet the required load. Control gas pressure (normal control). Further, the control device 200 controls the DC / DC converter 174 according to the required power to the motor 170.

この他、制御装置200は、車速センサー182の検出した車速や、外気温センサー184の検出した外気温、水素ガス供給系120において流量センサー128が検出した水素ガス流量、空気供給系140において流量センサー147の検出したエアー流量、容量検出センサー176が検出した2次電池172の電池容量(以下、SOC)等を、上記した制御を行う上での制御パラメータとして入力する。   In addition, the control device 200 includes a vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 182, an outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 184, a hydrogen gas flow rate detected by the flow sensor 128 in the hydrogen gas supply system 120, and a flow rate sensor in the air supply system 140. The air flow rate detected by 147, the battery capacity (hereinafter referred to as SOC) of the secondary battery 172 detected by the capacity detection sensor 176, etc. are input as control parameters for performing the above-described control.

次に、上記した構成を有する燃料電池搭載車両20の制御装置200が要求負荷変動の過渡状況において行う燃料電池スタック100の発電制御について説明する。要求負荷変動の過渡状況は、要求負荷の増大過渡の状況と低減過渡の状況に分けられるので、まず、要求負荷の増大過渡の状況下での制御について説明する。図2は要求負荷の変動過渡の状況下における燃料電池スタック100の発電制御のうち要求負荷の増大過渡の状況下での制御手順を示すフローチャートである。要求負荷の低減過渡の状況下での制御については、図5以降の図を用いて後述する。   Next, power generation control of the fuel cell stack 100 performed by the control device 200 of the fuel cell-equipped vehicle 20 having the above-described configuration in a transient state of required load fluctuation will be described. Since the transient state of the required load fluctuation is divided into an increase transient state of the required load and a transient state of reduction, first, control under the increase transient state of the required load will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure in the situation where the required load increases in the power generation control of the fuel cell stack 100 under the condition where the required load fluctuates. The control under the situation of the demand load reduction transient will be described later with reference to FIG.

制御装置200は、燃料電池システム30が起動すると、ドライバーからの燃料電池搭載車両20に対する駆動要求(要求負荷)に基づいて燃料電池スタック100を発電制御する通常運転制御を、通常、常時実行している。この際の燃料電池搭載車両20に対するドライバーからの駆動要求は、ドライバーによるアクセル180の踏込操作量やその踏込速度等から要求電力Pt(要求負荷)として取得される。そして、この要求電力Ptが得られるよう、制御装置200は、既述したように水素ガスおよび空気のガス流量・ガス圧力を、燃料電池のI−V特性、I−P特性等を参照して算出し、その算出したガス流量・ガス圧力で、水素ガスおよび空気を燃料電池スタック100に供給する。こうした通常の発電制御を行いつつ、制御装置200は、図2に示す要求負荷の変動過渡の状況下における燃料電池スタック100の発電制御を繰り返し実行する。この図2の発電制御では、まず、制御装置200は、アクセル180(図1参照)の踏込操作量やその踏込速度等の踏込操作状況を図示しないアクセルセンサーから読み取り、そのセンサー出力に基づいて、要求負荷を取得し(ステップS100)、冷却水温度、換言すれば燃料電池スタック100のセル温度についても、温度センサー166(図1参照)から取得する(ステップS110)。   When the fuel cell system 30 is activated, the control device 200 normally executes normal operation control for controlling the power generation of the fuel cell stack 100 based on a drive request (required load) from the driver to the vehicle 20 equipped with the fuel cell. Yes. The drive request from the driver to the fuel cell-equipped vehicle 20 at this time is acquired as the required power Pt (required load) from the amount of stepping operation of the accelerator 180 by the driver, the stepping speed, and the like. In order to obtain the required power Pt, the control device 200 refers to the hydrogen gas and air gas flow rates and gas pressures as described above, referring to the IV characteristics, IP characteristics, etc. of the fuel cell. The hydrogen gas and air are supplied to the fuel cell stack 100 at the calculated gas flow rate and gas pressure. While performing such normal power generation control, the control device 200 repeatedly executes the power generation control of the fuel cell stack 100 under the condition of fluctuation of the required load shown in FIG. In the power generation control of FIG. 2, first, the control device 200 reads a stepping operation state such as a stepping operation amount and a stepping speed of the accelerator 180 (see FIG. 1) from an accelerator sensor (not shown), and based on the sensor output, The required load is acquired (step S100), and the coolant temperature, in other words, the cell temperature of the fuel cell stack 100 is also acquired from the temperature sensor 166 (see FIG. 1) (step S110).

次いで、制御装置200は、取得した要求負荷の推移から、現状の負荷の要求状況が負荷増減の過渡の状況にあるか否かを判断し(ステップS120)、ここで、負荷増減の過渡状況に無いと判断すると、要求負荷増大状況下フラグFuwと要求負荷低減状況下フラグFddを共にリセットして、一旦処理を終了する。よって、この場合は、図2の制御の影響を受けること無く、通常の発電制御がなされる。要求負荷増大状況下フラグFuwは、現状の負荷要求が増大の過渡であって、更に燃料電池スタック100における電解質膜101の湿潤状態が過湿潤であるとセットされる。要求負荷低減状況下フラグFddは、現状の負荷要求が低減の過渡であって、更に燃料電池スタック100における電解質膜101の湿潤状態が過乾燥であるとセットされる。これらフラグのセット状況については後述する。   Next, the control device 200 determines whether or not the current load request status is in a transient state of load increase / decrease from the acquired transition of the required load (step S120). If it is determined that there is no load, the required load increase status under flag Fuw and the required load decrease status under flag Fdd are both reset, and the process is temporarily terminated. Therefore, in this case, normal power generation control is performed without being affected by the control of FIG. The required load increase state flag Fuw is set when the current load request is a transient of increase and the wet state of the electrolyte membrane 101 in the fuel cell stack 100 is excessively wet. The required load reduction status flag Fdd is set such that the current load request is a transition transient and the wet state of the electrolyte membrane 101 in the fuel cell stack 100 is overdried. The setting status of these flags will be described later.

負荷変動の過渡の状況は、負荷増大の過渡状況或いは負荷低減の過渡状況のいずれかであることから、制御装置200は、ステップS120で負荷の増減変動の状況にあると判断すると、負荷過渡の種別に応じて、図2のステップS130以降の処理、或いは後述する図5のステップS150以降の処理を行う。ステップS120で負荷増大の過渡状況であると判断すると、制御装置200は、要求負荷増大状況下フラグFuwがセット状態にあるか否かを判断する(ステップS130)。この要求負荷増大状況下フラグFuwは、現状の負荷要求が増大の過渡であって、更に燃料電池スタック100における電解質膜101の湿潤状態が過湿潤であると後述のステップS142にてセットされるものである。よって、ステップS120で負荷の増大過渡であると最初に判断した場合は、要求負荷増大状況下フラグFuwは未だセットされていないので、ステップS130では否定判断される。このステップS130での否定判断に続き、制御装置200は、温度センサー166から取得済みの冷却水温度を基準温度αと対比する(ステップS141)。冷却水温度は、燃料電池スタック100の温度、即ちMEA(図1参照)における電解質膜101の温度と相関があるので、ステップS141では、MEAの温度が基準温度αと対比されることになる。本実施形態では、この基準温度αを、燃料電池スタック100の暖気前の温度であってMEAが適正な湿潤状態にある場合を想定したMEA適正温度(例えば80℃)より低い温度とし、MEAが過湿潤にある時に発現しがちな温度(例えば40℃)とした。よって、ステップS141で肯定判断すると、冷却水温度が低い故にMEAの過湿潤が起き得ていると想定されることから、ステップS120での負荷の増大過渡の判断と相まって、要求負荷増大状況下フラグFuwに値1をセットする(ステップS142)。よって、この要求負荷増大状況下フラグFuwのセット以降にあっては、燃料電池スタック100は、負荷要求が増大の過渡であって、更に電解質膜101の湿潤状態が過湿潤であることになるので、制御装置200は、過湿潤の適正化を図るべく、後述のステップS143に移行する。   Since the transient state of the load change is either a transient state of the load increase or a transient state of the load decrease, the control device 200 determines that the load transient state is changed in step S120. Depending on the type, the processing after step S130 in FIG. 2 or the processing after step S150 in FIG. If it is determined in step S120 that the load increase is in a transient state, the control device 200 determines whether or not the required load increase state under flag Fuw is in the set state (step S130). This required load increase status flag Fuw is set in step S142, which will be described later, when the current load request is a transient of increase and the wet state of the electrolyte membrane 101 in the fuel cell stack 100 is excessively wet. It is. Therefore, if it is first determined in step S120 that the load is increasing, the required load increase state flag Fuw has not been set yet, so a negative determination is made in step S130. Following the negative determination in step S130, control device 200 compares the coolant temperature acquired from temperature sensor 166 with reference temperature α (step S141). Since the coolant temperature has a correlation with the temperature of the fuel cell stack 100, that is, the temperature of the electrolyte membrane 101 in the MEA (see FIG. 1), in step S141, the temperature of the MEA is compared with the reference temperature α. In the present embodiment, the reference temperature α is set to a temperature lower than the MEA appropriate temperature (for example, 80 ° C.) that is assumed to be the temperature before the fuel cell stack 100 is warmed up and the MEA is in a proper wet state. The temperature (for example, 40 ° C.), which tends to be manifested when over-humid, was used. Therefore, if an affirmative determination is made in step S141, it is assumed that the MEA is excessively wet because the cooling water temperature is low. Therefore, coupled with the determination of a load increase transient in step S120, a flag indicating that the required load increase state has been set. A value 1 is set in Fuw (step S142). Therefore, after the setting of the required load increase state flag Fuw, the fuel cell stack 100 is in a transient state in which the load request is increased and the wet state of the electrolyte membrane 101 is excessively wet. Then, the control device 200 proceeds to step S143, which will be described later, in order to optimize overwetting.

一方、ステップS141で否定判断すると、燃料電池スタック100は、負荷要求が増大の過渡であるとはいえ、電解質膜101の湿潤状態は過湿潤ではないので、過湿潤の適正化は無用であるとして、一旦処理を終了する。   On the other hand, if a negative determination is made in step S141, the fuel cell stack 100 assumes that it is unnecessary to optimize overwetting because the wet state of the electrolyte membrane 101 is not overwetting, although the load demand is transient. , The process is temporarily terminated.

過湿潤の適正化を図るためのステップS143では、制御装置200は、要求負荷の増大に対応したガスの増量供給制御を行った上で、電流センサー106(図1参照)から得たセンサー出力にて燃料電池スタック100の発電運転状況を監視し、その監視結果から発電電力をモーター170に出力する。この電力出力は、要求負荷の増大に対応する都合上、出力増加となる。一方、制御装置200は、要求負荷の増大に伴いセル温度の上昇が予想されるが、冷却系160における冷却水の循環流量、即ちセル冷却のために燃料電池スタック100を通過する冷却水流量については、これを維持して、一旦処理を終了する。   In step S143 for optimizing overwetting, the control device 200 performs an increase supply control of the gas corresponding to the increase in the required load, and then outputs the sensor output obtained from the current sensor 106 (see FIG. 1). Then, the power generation operation status of the fuel cell stack 100 is monitored, and the generated power is output to the motor 170 from the monitoring result. This power output is increased for convenience corresponding to an increase in required load. On the other hand, the control device 200 is expected to increase the cell temperature as the required load increases, but the cooling water circulation flow rate in the cooling system 160, that is, the cooling water flow rate passing through the fuel cell stack 100 for cell cooling. Maintains this and once ends the process.

このステップS143を経た以降の新たな本ルーチンでは、既述したように要求負荷の取得(ステップS100)、冷却水温度の取得(ステップS110)に続き、負荷増減の過渡判断(ステップS120)がなされる。そして、その後のステップS130では、先の本ルーチンのステップS142での要求負荷増大状況下フラグFuwのセットを受けて肯定判断される。そうすると、制御装置200は、改めて冷却水温度を基準温度αと対比する(ステップS144)。この温度対比は、要求負荷の増大に伴うガス増量制御およびその出力増加を経た後に、冷却水温度がどの程度、基準温度αから上昇しているのかを判断するためのものである。本実施例では、この上昇程度α0を、15℃程度とし、ステップS144では、燃料電池スタック100のセル温度が、暖機運転を図る際に見られるセル温度(=55℃=α+α0)に達したか否かを判断することになる。このステップS144で否定判断すると、制御装置200は、ステップS143に移行して、要求負荷の増大に対応したガスの増量供給制御とこれに伴う出力増加を行い、冷却水の循環流量についてはこれを維持して、一旦処理を終了する。つまり、要求負荷増大状況下フラグFuwがセットされた以降は、冷却水温度が暖機運転セル温度(=55℃=α+α0)に達する間において、要求負荷の増大に対応した出力増加と冷却水の循環流量の維持とが継続されることになる。   In this new routine after step S143, as described above, following the acquisition of the required load (step S100) and the acquisition of the coolant temperature (step S110), a transient determination of the load increase / decrease (step S120) is made. The Then, in step S130, an affirmative determination is made in response to the setting of the required load increase state flag Fuw in step S142 of the previous routine. Then, control device 200 again compares the coolant temperature with reference temperature α (step S144). This temperature comparison is for determining how much the coolant temperature has risen from the reference temperature α after the gas increase control and the output increase accompanying the increase in the required load. In the present embodiment, this increase degree α0 is set to about 15 ° C., and in step S144, the cell temperature of the fuel cell stack 100 reaches the cell temperature (= 55 ° C. = α + α0) that is found when the warm-up operation is attempted. It will be judged whether or not. If a negative determination is made in step S144, the control device 200 proceeds to step S143 to perform an increase supply control of the gas corresponding to the increase in the required load and an output increase associated therewith. The process is temporarily ended. That is, after the required load increase state flag Fuw is set, while the cooling water temperature reaches the warm-up operation cell temperature (= 55 ° C. = α + α0), the output increase corresponding to the increase in the required load and the cooling water The maintenance of the circulation flow rate is continued.

冷却水温度が暖機運転セル温度(=55℃=α+α0)に達して、ステップS144にて肯定判断すると、制御装置200は、モーター170への電力の出力増加については、要求負荷の増大に対応して継続し、冷却水の循環流量については、暖機運転セル温度を維持できるような循環流量となるよう、冷却水流量を増加制御して(ステップS145)、一旦処理を終了する。図3は要求負荷の増大過渡の状況下における過湿潤回復処理の内容を説明する説明図、図4は要求負荷の増大過渡の状況下における過湿潤回復処理で得られる過湿潤適正化の様子を概略的に示す説明図である。   When the cooling water temperature reaches the warm-up operation cell temperature (= 55 ° C. = α + α0) and an affirmative determination is made in step S144, the control device 200 responds to an increase in required load with respect to an increase in power output to the motor 170. The cooling water flow rate is controlled to increase so that the circulating water flow rate can maintain the warm-up operation cell temperature (step S145), and the process is temporarily terminated. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the contents of the overwetting recovery process under the condition of an increase transient in the required load, and FIG. 4 shows the state of overwetting optimization obtained by the overhumidity recovery process under the condition of an increase transient in the required load. It is explanatory drawing shown roughly.

図3は、ある時刻(以下、開始時刻ts)において要求負荷が急増し、所定時間経過後の時刻(以下、終了時刻tm)までの負荷要求の増大過渡状況下における発電電力の出力推移および冷却水の流量推移を示している。この図3に示すように、開始時刻tsから終了時刻tmまでの負荷要求の増大過渡状況下において、冷却水温度が基準温度αより低い(ステップS141:肯定判断)ために過湿潤であるので、既述したステップS143の処理により、燃料電池スタック100の発電電力は、開始時刻tsから増加出力される。これに対し、冷却水流量の増加制御は、モーター170への電力の出力増加タイミング(開始時刻ts)に対して、冷却水温度が暖機運転セル温度(=55℃=α+α0)に達するまでの期間に亘って遅延したタイミング(遅延時刻ta)でなされることになる。   FIG. 3 shows the output transition and cooling of the generated power under a transient state where the demand load increases rapidly at a certain time (hereinafter referred to as start time ts) and the load demand increases until a time after the predetermined time has elapsed (hereinafter referred to as end time tm). The flow of water flow is shown. As shown in FIG. 3, in the transient state of load demand from the start time ts to the end time tm, the coolant temperature is excessively wet because it is lower than the reference temperature α (step S141: affirmative determination). Through the processing in step S143 described above, the generated power of the fuel cell stack 100 is increased from the start time ts. In contrast, the increase control of the coolant flow rate is performed until the coolant temperature reaches the warm-up operation cell temperature (= 55 ° C. = α + α0) with respect to the output increase timing (start time ts) of the electric power to the motor 170. This is done at a timing delayed over the period (delay time ta).

MEAの過湿潤の湿潤適正推移には、カソード103での生成水の水分持ち去りの増大や、アノード102に拡散した拡散水の持ち去りの増大が有益である。そして、負荷要求の増大に基づいたガス供給制御は、反応ガスの供給増大であることから、水分持ち去りに寄与する。その一方、カソード103およびアノード102を通過するガスに含まれ得る水分量は、ガスの飽和水蒸気量に依存し、ガス温度、即ちセル温度が低いほど、少なくなる。本実施形態の燃料電池スタック100では、負荷要求の増大過渡状況下においてMEAが過湿潤であると、開始時刻tsから遅延時刻taまでの間において、冷却水の流量増大を遅延するので、この遅延期間においては、冷却水によるセル温度の低下、延いてはガス温度の低下を抑制する。これにより、燃料電池スタック100のMEAでは、ガス中の飽和水蒸気量の低下をさほど招かない状態で、水分持ち去りの増大に有益な反応ガスの増大供給とこれに伴う出力増加がなされることになる。   An increase in the moisture removal of the generated water at the cathode 103 and an increase in the removal of diffused water diffused in the anode 102 are beneficial for the proper wetting of the MEA overwetting. And the gas supply control based on the increase in load demand is an increase in the supply of reaction gas, which contributes to moisture removal. On the other hand, the amount of water that can be contained in the gas passing through the cathode 103 and the anode 102 depends on the amount of saturated water vapor of the gas, and decreases as the gas temperature, that is, the cell temperature decreases. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, if the MEA is excessively wet under an increase transient state of the load demand, the increase in the flow rate of the cooling water is delayed between the start time ts and the delay time ta. In the period, a decrease in cell temperature due to cooling water, and hence a decrease in gas temperature, is suppressed. As a result, in the MEA of the fuel cell stack 100, an increased supply of reactive gas useful for increasing moisture removal and an accompanying increase in output are achieved without causing a significant decrease in the amount of saturated water vapor in the gas. Become.

次に、図2のステップS120において負荷低減の過渡状況であると判断した場合の制御について説明する。図5は要求負荷の低減過渡の状況下における燃料電池スタック100の発電制御の制御手順を示すフローチャートである。制御装置200は、ステップS120での要求負荷の低減過渡状況の判断に続き、要求負荷低減状況下フラグFddがセット状態にあるか否かを判断する(ステップS150)。この要求負荷低減状況下フラグFddは、現状の負荷要求が低減の過渡であって、更に燃料電池スタック100における電解質膜101の湿潤状態が過乾燥であると後述のステップS152にてセットされるものである。よって、ステップS120で負荷の低減過渡であると最初に判断した場合は、要求負荷低減状況下フラグFddは未だセットされていないので、ステップS150では否定判断される。このステップS150での否定判断に続き、制御装置200は、温度センサー166から取得済みの冷却水温度を基準温度βと対比する(ステップS151)。本実施形態では、この基準温度βを、燃料電池スタック100の暖気温度より高く、MEAが適正な湿潤状態にある場合を想定したMEAの適正温度の上限温度(例えば80℃)とした。よって、ステップS151で肯定判断すると、冷却水温度が高い故にMEAの過乾燥が起き得ていると想定されることから、ステップS120での負荷の低減過渡の判断と相まって、要求負荷低減状況下フラグFddに値1をセットする(ステップS152)。よって、この要求負荷低減状況下フラグFddのセット以降にあっては、燃料電池スタック100は、負荷要求が低減の過渡であって、更に電解質膜101の湿潤状態が過乾燥であることになるので、制御装置200は、過乾燥の適正化を図るべく、後述のステップS153に移行する。   Next, the control performed when it is determined in step S120 in FIG. 2 that the load reduction is in a transient state will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure of power generation control of the fuel cell stack 100 under the condition of transient reduction of required load. Following the determination of the required load reduction transient state in step S120, control device 200 determines whether or not required load reduction state flag Fdd is set (step S150). This required load reduction status flag Fdd is set in step S152, which will be described later, when the current load request is a transient of reduction and the wet state of the electrolyte membrane 101 in the fuel cell stack 100 is overdried. It is. Therefore, if it is first determined in step S120 that there is a load reduction transition, the required load reduction status flag Fdd has not yet been set, and therefore a negative determination is made in step S150. Following the negative determination in step S150, control device 200 compares the coolant temperature acquired from temperature sensor 166 with reference temperature β (step S151). In the present embodiment, the reference temperature β is set to an upper limit temperature (for example, 80 ° C.) of the appropriate temperature of the MEA that is assumed to be higher than the warm air temperature of the fuel cell stack 100 and the MEA is in a proper wet state. Therefore, if an affirmative determination is made in step S151, it is assumed that the MEA is excessively dried because the cooling water temperature is high. Therefore, in combination with the determination of the load reduction transient in step S120, the flag under the required load reduction status A value 1 is set in Fdd (step S152). Therefore, after the required load reduction state flag Fdd is set, the fuel cell stack 100 is in a transient state where the load requirement is reduced, and the wet state of the electrolyte membrane 101 is overdried. Then, the control device 200 proceeds to step S153, which will be described later, in order to optimize overdrying.

一方、ステップS151で否定判断すると、燃料電池スタック100は、負荷要求が低減の過渡であるとはいえ、電解質膜101の湿潤状態は過乾燥ではないので、過乾燥の適正化は無用であるとして、一旦処理を終了する。   On the other hand, if a negative determination is made in step S151, the fuel cell stack 100 assumes that it is unnecessary to optimize overdrying because the wet state of the electrolyte membrane 101 is not overdrying even though the load demand is transient. , The process is temporarily terminated.

過乾燥の適正化を図るためのステップS153では、制御装置200は、要求負荷の低減に対応したガスの低減供給制御を行った上で、電流センサー106(図1参照)から得たセンサー出力にて燃料電池スタック100の発電運転状況を監視し、その監視結果から発電電力をモーター170に出力する。この電力出力は、要求負荷の低減に対応する都合上、出力低下となる。一方、制御装置200は、要求負荷の低減に伴いセル温度の低下が予想されるが、冷却系160における冷却水の循環流量については、これを維持して、一旦処理を終了する。   In step S153 for optimizing overdrying, the control device 200 performs gas reduction supply control corresponding to reduction of the required load, and then outputs the sensor output obtained from the current sensor 106 (see FIG. 1). Then, the power generation operation status of the fuel cell stack 100 is monitored, and the generated power is output to the motor 170 from the monitoring result. This power output is a reduction in output for convenience in reducing the required load. On the other hand, the control device 200 is expected to decrease the cell temperature as the required load is reduced. However, the control device 200 maintains the circulating flow rate of the cooling water in the cooling system 160 and ends the process once.

このステップS153を経た以降の新たな本ルーチンでは、既述したように要求負荷の取得(ステップS100)、冷却水温度の取得(ステップS110)に続き、負荷増減の過渡判断(ステップS120)がなされる。そして、その後のステップS150では、先の本ルーチンのステップS152での要求負荷低減状況下フラグFddのセットを受けて肯定判断される。そうすると、制御装置200は、改めて冷却水温度を基準温度βと対比する(ステップS154)。この温度対比は、要求負荷の低減に伴うガス低減制御およびその出力低下を経た後に、冷却水温度が基準温度βまで低下しているのかを判断するためのものである。このステップS154で否定判断すると、制御装置200は、ステップS153に移行して、要求負荷の低減に対応したガスの低減供給制御とこれに伴う出力低下を行い、冷却水の循環流量についてはこれを維持して、一旦処理を終了する。つまり、要求負荷低減状況下フラグFddがセットされた以降は、基準温度βを超えていた冷却水温度がこの基準温度βまで低下する間において、要求負荷の低減に対応した出力低下と冷却水の循環流量の維持とが継続されることになる。   In this new routine after step S153, as described above, following the acquisition of the required load (step S100) and the acquisition of the coolant temperature (step S110), a transient determination of the load increase / decrease (step S120) is made. The In subsequent step S150, an affirmative determination is made in response to the setting of the required load reduction status flag Fdd in step S152 of the previous routine. Then, control device 200 again compares the coolant temperature with reference temperature β (step S154). This temperature comparison is for determining whether or not the cooling water temperature has decreased to the reference temperature β after the gas reduction control accompanying the reduction of the required load and its output reduction. If a negative determination is made in step S154, the control device 200 moves to step S153, performs gas reduction supply control corresponding to the reduction of the required load, and the output decrease associated therewith, and the circulation flow rate of the cooling water is determined as follows. The process is temporarily ended. That is, after the required load reduction status flag Fdd is set, the output drop and cooling water corresponding to the reduction of the required load are reduced while the cooling water temperature that has exceeded the reference temperature β decreases to the reference temperature β. The maintenance of the circulation flow rate is continued.

冷却水温度が基準温度βまで低下して、ステップS154にて肯定判断すると、制御装置200は、モーター170への電力の出力低下については、要求負荷の低減に対応して継続し、冷却水の循環流量については、基準温度βを維持できるような循環流量となるよう、冷却水流量を低減制御して(ステップS155)、一旦処理を終了する。図6は要求負荷の低減過渡の状況下における過乾燥回復処理の内容を説明する説明図、図7は要求負荷の低減過渡の状況下における過乾燥回復処理で得られる過乾燥適正化の様子を概略的に示す説明図である。   When the cooling water temperature decreases to the reference temperature β and an affirmative determination is made in step S154, the control device 200 continues the reduction in power output to the motor 170 in response to a reduction in the required load. With respect to the circulation flow rate, the cooling water flow rate is reduced and controlled so that the circulation flow rate is such that the reference temperature β can be maintained (step S155), and the process is temporarily terminated. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the content of the overdrying recovery process under the transient state of the required load, and FIG. 7 shows the state of the overdrying optimization obtained by the overdrying recovery process under the transient state of the required load. It is explanatory drawing shown roughly.

図6は、ある時刻(以下、開始時刻ts)において要求負荷が急減し、所定時間経過後の終了時刻tmまでの負荷要求の低減過渡状況下における発電電力の出力推移および冷却水の流量推移を示している。この図6に示すように、開始時刻tsから終了時刻tmまでの負荷要求の低減過渡状況下において、冷却水温度が基準温度βより高い(ステップS151:肯定判断)ために過乾燥であるので、既述したステップS153の処理により、燃料電池スタック100の発電電力は、開始時刻tsから低減出力される。これに対し、冷却水流量の低減制御は、モーター170への電力の出力低下タイミング(開始時刻ts)に対して、冷却水温度が基準温度βまで低下する期間に亘って遅延したタイミング(遅延時刻ta)でなされることになる。   FIG. 6 shows the output transition of the generated power and the transition of the flow rate of the cooling water under a transient state where the demand load is suddenly reduced at a certain time (hereinafter, start time ts) and the load demand is reduced until the end time tm after a predetermined time has elapsed. Show. As shown in FIG. 6, in a transient state where the load request is reduced from the start time ts to the end time tm, the cooling water temperature is higher than the reference temperature β (step S151: affirmative determination). By the process of step S153 described above, the generated power of the fuel cell stack 100 is reduced and output from the start time ts. On the other hand, the cooling water flow reduction control is a timing (delay time) that is delayed over a period in which the coolant temperature decreases to the reference temperature β with respect to the output decrease timing (start time ts) of the electric power to the motor 170. ta).

MEAの過乾燥の湿潤適正推移には、カソード103での生成水の水分持ち去りの抑制や、アノード102に拡散した拡散水の持ち去りの抑制が有益である。そして、負荷要求の低減に基づいたガス供給制御は、反応ガスの供給低減であることから、水分持ち去りの抑制に寄与する。その一方、カソード103およびアノード102を通過するガスに含まれ得る水分量は、ガスの飽和水蒸気量に依存し、ガス温度、即ちセル温度が高いほど、多くなる。本実施形態の燃料電池スタック100では、負荷要求の低減過渡状況下においてMEAが過乾燥であると、開始時刻tsから遅延時刻taまでの間において、冷却水の流量低減を遅延するので、この遅延期間においては、冷却水によるセル温度の低下の維持、もしくは低下を促進する。これにより、燃料電池スタック100のMEAでは、ガス中の飽和水蒸気量を小さくした状態で、水分持ち去りの抑制に有益な反応ガスの低減供給とこれに伴う出力低下がなされることになる。   In order to properly maintain the wetness of MEA overdrying, it is beneficial to suppress the removal of moisture from the generated water at the cathode 103 and to suppress the removal of diffusion water diffused to the anode 102. And the gas supply control based on the reduction | decrease of a load request | requirement contributes to suppression of moisture removal since it is the supply reduction of a reactive gas. On the other hand, the amount of water that can be contained in the gas passing through the cathode 103 and the anode 102 depends on the saturated water vapor amount of the gas, and increases as the gas temperature, that is, the cell temperature increases. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, if the MEA is overdried under a load request reduction transient, the flow rate reduction of the cooling water is delayed between the start time ts and the delay time ta. In the period, the maintenance or reduction of the decrease in the cell temperature by the cooling water is promoted. As a result, in the MEA of the fuel cell stack 100, a reduced supply of reactive gas useful for suppressing moisture removal and a corresponding decrease in output are performed in a state where the amount of saturated water vapor in the gas is reduced.

以上説明したように、本実施例の燃料電池搭載車両20に搭載した燃料電池システム30は、負荷変動の過渡の状況において燃料電池スタック100の湿潤状態が湿潤適正の状態から逸脱しているかを判断する(ステップS110)。そして、燃料電池システム30は、負荷の増大を来した開始時刻tsから終了時刻tmまでの負荷要求の増大過渡状況下において電解質膜101の湿潤状態が過湿潤であると(ステップS141:肯定判断)、燃料電池スタック100の発電電力を負荷増大に対応して増加出力する。その上で、燃料電池システム30は、モーター170への電力の出力増加タイミング(開始時刻ts)に対して、冷却水温度が暖機運転セル温度(=55℃=α+α0)に上昇するまでの期間に亘って遅延したタイミング(遅延時刻ta)で、冷却水の流量を低減する(図3参照)。こうした負荷要求の増大過渡状況下でなされる要求負荷に応じたガス供給は、反応ガスの供給増大であることから、水分持ち去りに寄与し、電解質膜101の過湿潤の湿潤適正推移に有益である。これに対し、カソード103およびアノード102を通過するガスに含まれ得る水分量は、ガスの飽和水蒸気量に依存するので、電解質膜101の過湿潤の湿潤適正推移には、ガスの飽和水蒸気量の低下を来さないようにすることが望ましい。   As described above, the fuel cell system 30 mounted on the fuel cell vehicle 20 of the present embodiment determines whether the wet state of the fuel cell stack 100 deviates from the proper wet state in a transient state of load fluctuation. (Step S110). Then, the fuel cell system 30 determines that the wet state of the electrolyte membrane 101 is excessively wet in an increasing transient state of the load request from the start time ts to the end time tm when the load increases (step S141: affirmative determination). Then, the generated power of the fuel cell stack 100 is increased in response to an increase in load. In addition, the fuel cell system 30 has a period until the coolant temperature rises to the warm-up operation cell temperature (= 55 ° C. = α + α0) with respect to the output increase timing (start time ts) of the electric power to the motor 170. The flow rate of the cooling water is reduced at a timing delayed over (delay time ta) (see FIG. 3). Since the gas supply according to the required load made under such a transient situation of the load demand is an increase in the supply of the reaction gas, it contributes to the moisture removal and is beneficial to the proper wetting transition of the electrolyte membrane 101. is there. On the other hand, the amount of moisture that can be contained in the gas passing through the cathode 103 and the anode 102 depends on the amount of saturated water vapor of the gas. It is desirable not to cause a drop.

仮に冷却水の循環流量の増加を出力増加と並行実行すると、開始時刻tsから遅延時刻taまでの間において、燃料電池スタック100の温度、延いては供給されるガス温度は循環流量増加により低下し、ガスに含まれ得る飽和水蒸気量は低下する。よって、負荷要求の増大に基づいたガス供給制御による水分の持ち去り効率を低減させかねない。しかしながら、本実施形態の燃料電池システム30は、負荷要求の増大過渡状況下において電解質膜101が過湿潤であると、開始時刻tsから遅延時刻taまでの間において、冷却水の流量増大を遅延するので、この遅延期間においては、冷却水によるセル温度の低下、延いてはガス温度の低下を抑制する。これにより、燃料電池スタック100のMEAでは、ガス中の飽和水蒸気量の低下をさほど招かない状態で、水分持ち去りの増大に有益な反応ガスの増大供給とこれに伴う出力増加がなされることになる。この結果、本実施形態の燃料電池システム30によれば、負荷要求の増大に基づいたガス制御による水分の持ち去り効率を維持、もしくは水分の持ち去り効率の低減を抑制でき、燃料電池スタック100の湿潤状態を過湿潤な状態から適正の側に推移させながら、負荷要求の増大に対応した出力増加を図ることができる。   If the increase in the circulating flow rate of the cooling water is executed in parallel with the increase in the output, the temperature of the fuel cell stack 100 and thus the temperature of the gas supplied will decrease due to the increase in the circulating flow rate from the start time ts to the delay time ta. The amount of saturated water vapor that can be contained in the gas decreases. Therefore, the moisture removal efficiency by the gas supply control based on the increase in load demand may be reduced. However, the fuel cell system 30 of the present embodiment delays the increase in the flow rate of the cooling water between the start time ts and the delay time ta if the electrolyte membrane 101 is excessively wet under an increasing load demand transient condition. Therefore, in this delay period, a decrease in cell temperature due to cooling water, and thus a decrease in gas temperature, is suppressed. As a result, in the MEA of the fuel cell stack 100, an increased supply of reactive gas useful for increasing moisture removal and an accompanying increase in output are achieved without causing a significant decrease in the amount of saturated water vapor in the gas. Become. As a result, according to the fuel cell system 30 of the present embodiment, it is possible to maintain moisture removal efficiency by gas control based on an increase in load demand, or to suppress reduction of moisture removal efficiency. While shifting the wet state from an excessively wet state to an appropriate side, an output increase corresponding to an increase in load demand can be achieved.

本実施例の燃料電池搭載車両20に搭載した燃料電池システム30は、負荷の低減を来した開始時刻tsから終了時刻tmまでの負荷要求の低減過渡状況下において電解質膜101の湿潤状態が過乾燥であると(ステップS151:肯定判断)、燃料電池スタック100の発電電力を負荷低減に対応して低下出力する。その上で、燃料電池システム30は、モーター170への電力の出力低下タイミング(開始時刻ts)に対して、冷却水温度が基準温度βまで低下する期間に亘って遅延したタイミング(遅延時刻ta)で、冷却水の流量を低減する(図6参照)。こうした負荷要求の低減過渡状況下でなされる要求負荷に応じたガス供給は、反応ガスの供給低減であることから、水分持ち去りの抑制に寄与し、電解質膜101の過乾燥の湿潤適正推移に有益である。これに対し、カソード103およびアノード102を通過するガスに含まれ得る水分量は、ガスの飽和水蒸気量に依存するので、電解質膜101の過乾燥の湿潤適正推移には、ガスの飽和水蒸気量の増加を来さないようにすることが望ましい。   In the fuel cell system 30 mounted on the fuel cell-equipped vehicle 20 of the present embodiment, the electrolyte membrane 101 is in an excessively dry state under a transient state where the load demand is reduced from the start time ts to the end time tm when the load is reduced. If so (step S151: affirmative determination), the generated power of the fuel cell stack 100 is reduced and output in response to the load reduction. In addition, the fuel cell system 30 has a timing (delay time ta) delayed over a period during which the coolant temperature decreases to the reference temperature β with respect to the output decrease timing (start time ts) of power to the motor 170. Thus, the flow rate of the cooling water is reduced (see FIG. 6). Reduction of load demand Since the gas supply according to the required load under the transient condition is a reduction in the supply of the reaction gas, it contributes to the suppression of moisture removal, and the electrolyte membrane 101 is overdried in a proper transition to moisture. It is beneficial. On the other hand, the amount of water that can be contained in the gas passing through the cathode 103 and the anode 102 depends on the amount of saturated water vapor of the gas. It is desirable not to increase.

仮に冷却水の循環流量の低減を出力低下と並行実行すると、開始時刻tsから遅延時刻taまでの間において、燃料電池スタック100の温度、延いては供給されるガス温度は循環流量低減により低下が進まず、ガスに含まれ得る飽和水蒸気量は大きいままとなり得る。よって、負荷要求の低減に基づいたガス供給制御による水分の持ち去りの抑制効率を低減させかねない。しかしながら、本実施形態の燃料電池システム30は、負荷要求の低減過渡状況下において電解質膜101が過乾燥であると、開始時刻tsから遅延時刻taまでの間において、冷却水の流量低減を遅延するので、この遅延期間においては、冷却水によるセル温度の低下を維持、もしくは低下を促進する。これにより、燃料電池スタック100のMEAでは、ガス中の飽和水蒸気量が小さい状態で、水分持ち去りの抑制に有益な反応ガスの低減供給とこれに伴う出力低下がなされることになる。この結果、本実施形態の燃料電池システム30によれば、負荷要求の低減に基づいたガス制御による水分の持ち去りの抑制効率を維持、もしくは水分の持ち去りの抑制効率を低減させないようにでき、燃料電池スタック100の湿潤状態を過乾燥な状態から適正の側に推移させながら、負荷要求の低減に対応した出力低下を図ることができる。   If the reduction of the circulating flow rate of the cooling water is executed in parallel with the decrease in output, the temperature of the fuel cell stack 100 and, in turn, the gas temperature to be supplied will decrease due to the reduction of the circulating flow rate from the start time ts to the delay time ta. Without progressing, the amount of saturated water vapor that can be contained in the gas can remain large. Therefore, the suppression efficiency of the removal of moisture by gas supply control based on the reduction of load demand may be reduced. However, in the fuel cell system 30 of the present embodiment, if the electrolyte membrane 101 is overdried under a load request reduction transient, the reduction in the flow rate of the cooling water is delayed between the start time ts and the delay time ta. Therefore, in this delay period, the decrease in the cell temperature due to the cooling water is maintained or promoted. As a result, in the MEA of the fuel cell stack 100, a reduced supply of reactive gas useful for suppressing moisture removal and a decrease in output accompanying this are achieved in a state where the amount of saturated water vapor in the gas is small. As a result, according to the fuel cell system 30 of the present embodiment, it is possible to maintain the moisture removal suppression efficiency by the gas control based on the reduction of the load requirement, or not to reduce the moisture removal suppression efficiency, While changing the wet state of the fuel cell stack 100 from the overdried state to the proper side, it is possible to reduce the output corresponding to the reduction in load demand.

以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。   As mentioned above, although the embodiment of the present invention has been described in the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. Is possible.

例えば、図3や図6に示した要求負荷の増大過渡或いは低減化との状況下での冷却水の流量増加或いは流量低減の変更タイミングを、ステップS144やステップS154での冷却水温度対比により遅延側にずらしたが、所定の時間の経過を待って、遅延側にずらしてもよい。   For example, the change timing of the increase or decrease in the flow rate of the cooling water is delayed by the comparison with the cooling water temperature in step S144 or step S154 under the situation where the required load shown in FIGS. However, it may be shifted to the delay side after a predetermined time has elapsed.

上記した各実施形態では、燃料電池スタック100におけるMEAの電解質膜101の湿潤状態を冷却水温度に基づき判断したが、燃料電池スタック100の抵抗値に基づいて湿潤状態を判断してもよい。この場合には、抵抗値が所定の上限基準抵抗値を超えれば過乾燥と判断し、抵抗値が所定の下限抵抗値を下回れば過湿潤と判断できる。抵抗値に限らず、他の手法にて湿潤状態を判断してもよい。   In each of the embodiments described above, the wet state of the MEA electrolyte membrane 101 in the fuel cell stack 100 is determined based on the coolant temperature, but the wet state may be determined based on the resistance value of the fuel cell stack 100. In this case, if the resistance value exceeds a predetermined upper limit reference resistance value, it is determined that it is overdried, and if the resistance value falls below a predetermined lower limit resistance value, it can be determined that it is excessively wet. The wet state may be determined by other methods without being limited to the resistance value.

また、上記した各実施形態において要求負荷の変動過渡を判断するに当たり、2次電池172の蓄電電力を考慮して、燃料電池スタック100に求められる負荷要求の変動過渡を判断するようにしてもよい。   In each of the above-described embodiments, when determining the required load fluctuation transient, the load demand fluctuation transient required for the fuel cell stack 100 may be determined in consideration of the stored power of the secondary battery 172. .

20…燃料電池搭載車両
22…車体
30…燃料電池システム
100…燃料電池スタック
101…電解質膜
102…アノード
103…カソード
104…アノード側ガス拡散層
105…カソード側ガス拡散層
106…電流センサー
110…水素ガスタンク
120…水素ガス供給系
121…水素供給経路
122…循環経路
123…放出経路
124…開閉バルブ
125…減圧バルブ
126…水素供給機器
127…循環ポンプ
128…流量センサー
129…開閉バルブ
130…コンプレッサ
140…空気供給系
141…酸素供給経路
142…放出経路
143…排出流量調整バルブ
145…圧力調整バルブ
147…流量センサー
150…ラジエータ
152…ファン
160…冷却系
161…循環経路
162…バイパス経路
163…三方流量調整弁
164…循環ポンプ
166…温度センサー
170…モーター
172…2次電池
174…DC/DCコンバーター
176…容量検出センサー
180…アクセル
182…車速センサー
184…外気温センサー
200…制御装置
FW…前輪
RW…後輪
ta…遅延時刻
tm…終了時刻
ts…開始時刻
Fdd…要求負荷低減状況下フラグ
Fuw…要求負荷増大状況下フラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Vehicle equipped with fuel cell 22 ... Car body 30 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell stack 101 ... Electrolyte membrane 102 ... Anode 103 ... Cathode 104 ... Anode side gas diffusion layer 105 ... Cathode side gas diffusion layer 106 ... Current sensor 110 ... Hydrogen Gas tank 120 ... Hydrogen gas supply system 121 ... Hydrogen supply path 122 ... Circulation path 123 ... Release path 124 ... Open / close valve 125 ... Pressure reducing valve 126 ... Hydrogen supply equipment 127 ... Circulation pump 128 ... Flow sensor 129 ... Open / close valve 130 ... Compressor 140 ... Air supply system 141 ... Oxygen supply path 142 ... Release path 143 ... Exhaust flow rate adjustment valve 145 ... Pressure adjustment valve 147 ... Flow rate sensor 150 ... Radiator 152 ... Fan 160 ... Cooling system 161 ... Circulation path 162 ... Bypass path 163 ... Three Flow control valve 164 ... circulation pump 166 ... temperature sensor 170 ... motor 172 ... secondary battery 174 ... DC / DC converter 176 ... capacity detection sensor 180 ... accelerator 182 ... vehicle speed sensor 184 ... outside air temperature sensor 200 ... control device FW ... front wheel RW ... Rear wheel ta ... Delay time tm ... End time ts ... Start time Fdd ... Required load reduction status under flag Fuw ... Required load increase under status flag

Claims (2)

燃料電池システムであって、
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックに求められる負荷要求に基づいた前記燃料電池スタックへの前記反応ガスのガス供給制御を経て、負荷への出力を制御する出力制御部と、
前記燃料電池スタックを含む循環経路を有し、該循環経路での冷媒循環により前記燃料電池スタックの温度調整を行う冷媒循環制御部と、
前記負荷要求に基づいて、負荷変動の過渡の状況か否かを判断する負荷変動判断部と、
前記燃料電池スタックの湿潤状態を判断する湿潤判断部とを備え、
前記冷媒循環制御部は、
前記負荷変動判断部が負荷変動の増大過渡の状況にあると判断し、前記湿潤判断部が過湿潤の状態にあると判断すると、前記出力制御部による前記負荷要求に基づいた出力の増加タイミングに対して、前記冷媒の循環流量の増加タイミングを遅延側にずらす、
燃料電池システム。
A fuel cell system,
A fuel cell stack that generates electricity by receiving the supply of the reaction gas; and
An output control unit for controlling the output to the load through the gas supply control of the reaction gas to the fuel cell stack based on the load request required for the fuel cell stack;
A refrigerant circulation control unit having a circulation path including the fuel cell stack, and adjusting the temperature of the fuel cell stack by refrigerant circulation in the circulation path;
Based on the load request, a load variation determination unit that determines whether or not the load variation is in a transient state;
A wetness determination unit for determining the wet state of the fuel cell stack,
The refrigerant circulation control unit
When the load fluctuation determining unit determines that the load fluctuation is in an increasing transient state and the wetness determining unit determines that the load is in an excessively wet state, the output control unit determines the output increase timing based on the load request. On the other hand, the increase timing of the circulation flow rate of the refrigerant is shifted to the delay side.
Fuel cell system.
燃料電池システムであって、
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックに求められる負荷要求に基づいた前記燃料電池スタックへの前記反応ガスのガス供給制御を経て、負荷への出力を制御する出力制御部と、
前記燃料電池スタックを含む循環経路を有し、該循環経路での冷媒循環により前記燃料電池スタックの温度調整を行う冷媒循環制御部と、
前記負荷要求に基づいて、負荷変動の過渡の状況か否かを判断する負荷変動判断部と、
前記燃料電池スタックの湿潤状態を判断する湿潤判断部とを備え、
前記冷媒循環制御部は、
前記負荷変動判断部が負荷変動の低減過渡の状況にあると判断し、前記湿潤判断部が過乾燥の状態にあると判断すると、前記出力制御部による前記負荷要求に基づいた出力の低下タイミングに対して、前記冷媒の循環流量の低減タイミングを遅延側にずらす、
燃料電池システム。
A fuel cell system,
A fuel cell stack that generates electricity by receiving the supply of the reaction gas; and
An output control unit for controlling the output to the load through the gas supply control of the reaction gas to the fuel cell stack based on the load request required for the fuel cell stack;
A refrigerant circulation control unit having a circulation path including the fuel cell stack, and adjusting the temperature of the fuel cell stack by refrigerant circulation in the circulation path;
Based on the load request, a load variation determination unit that determines whether or not the load variation is in a transient state;
A wetness determination unit for determining the wet state of the fuel cell stack,
The refrigerant circulation control unit
When the load fluctuation determining unit determines that the load fluctuation is in a transitional transition state and the wetness determining unit determines that the load is in an excessively dry state, the output control unit determines the output reduction timing based on the load request. On the other hand, the reduction timing of the circulation flow rate of the refrigerant is shifted to the delay side.
Fuel cell system.
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