JP2016048643A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of appropriately determining a dry state of electrolyte of a fuel cell on the basis of output current and output voltage of the fuel cell.SOLUTION: The fuel cell system comprises: a voltage detection unit 51 for detecting output voltage of a fuel cell 5; a DCDC converter 6 for controlling output power of the fuel cell 5; an ECU 7 for controlling input current to the DCDC converter 6 so that a current value of output current of the fuel cell 5 becomes equal to a preset target current value; and a dry state determination unit 71 for determining that an electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state, when a voltage value detected by the voltage detection unit 51 is smaller than a dry determination threshold in the case that the current value of output current of the fuel cell 5 has been the target current value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、燃料電池の乾燥状態を判定する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and relates to a fuel cell system for determining a dry state of a fuel cell.

電気化学反応により発電する燃料電池が知られており、この燃料電池は、通常、セルと呼ばれる最小構成単位を多数積層して燃料電池スタックを構成している。セルは、水素を供給されるアノード極と、空気中の酸素を供給されるカソード極と、のそれぞれの片側面に拡散層、触媒層、が順に積層され、拡散層、触媒層、が積層された面を内側にして中央に電解質を挟み込む構造になっている。アノード極とカソード極との電力の出力端子間には外部回路が接続され、外部回路には、モータなどの負荷が接続される。   A fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction is known, and this fuel cell usually constitutes a fuel cell stack by laminating a number of minimum structural units called cells. In the cell, a diffusion layer and a catalyst layer are sequentially laminated on one side of each of an anode electrode supplied with hydrogen and a cathode electrode supplied with oxygen in the air, and the diffusion layer and catalyst layer are laminated. The inner surface is the inside and the electrolyte is sandwiched in the center. An external circuit is connected between the power output terminals of the anode and cathode, and a load such as a motor is connected to the external circuit.

このような燃料電池において、アノード極に供給された水素分子は、アノード極側の触媒層において活性な水素原子となり、さらに水素イオンとなって電子を放出する。この水素イオンは、電解質に含まれる水分を伴ってアノード極からカソード極側へと電解質中を移動し、放出された電子はアノード極に接続された外部回路を通じてカソード極へ移動する。この電子の移動により外部回路に接続された負荷に電流が流れる。   In such a fuel cell, hydrogen molecules supplied to the anode electrode become active hydrogen atoms in the catalyst layer on the anode electrode side, and further become hydrogen ions to release electrons. The hydrogen ions move in the electrolyte from the anode electrode to the cathode electrode side along with moisture contained in the electrolyte, and the emitted electrons move to the cathode electrode through an external circuit connected to the anode electrode. This movement of electrons causes a current to flow through the load connected to the external circuit.

一方、カソード極に供給された酸素分子は、触媒層において外部回路から移動してきた電子を受け取り酸素イオンとなり、電解質を移動してきた水素イオンと結合して水となる。   On the other hand, oxygen molecules supplied to the cathode electrode receive electrons that have moved from the external circuit in the catalyst layer, become oxygen ions, and combine with hydrogen ions that have moved through the electrolyte to become water.

このように、燃料電池から電流が流れる際に、電解質には水分が必要となる。電解質の相対湿度が高ければ、電解質のイオン導電率も高くなることは一般的に知られている。しかし、水分が多すぎるとフラッディングという現象が起こり、水素ガスの移動を阻害することとなり、電流が流れにくくなる。そのため、電解質はある程度の加湿状態を保ちながら発電する必要がある。   Thus, when current flows from the fuel cell, the electrolyte needs moisture. It is generally known that the higher the relative humidity of the electrolyte, the higher the ionic conductivity of the electrolyte. However, when there is too much moisture, a phenomenon called flooding occurs, which hinders the movement of hydrogen gas, making it difficult for current to flow. Therefore, it is necessary for the electrolyte to generate power while maintaining a certain degree of humidification.

特許文献1では、燃料電池によって発電を実行させ、燃料電池の出力電流と出力電圧から、出力電流に対応する電解質が非乾燥状態での出力電圧と、実際の出力電圧を比較して電解質の乾燥状態を判定する燃料電池システムが提案されている。   In Patent Document 1, power generation is performed by a fuel cell, and the output voltage when the electrolyte corresponding to the output current is in a non-dry state is compared with the actual output voltage from the output current and output voltage of the fuel cell, and the electrolyte is dried. A fuel cell system for determining the state has been proposed.

特開2010−114039号公報JP 2010-114039 A

しかしながら、このような特許文献1に記載の燃料電池システムにあっては、出力電流の電流値によっては、電解質の乾燥状態と非乾燥状態での出力電圧に有意な差異が生じない場合があり、このような場合、適切に電解質の乾燥状態を判定することが困難になる。
そこで、本発明は、燃料電池の出力電流と出力電圧に基づいて適切に燃料電池の電解質の乾燥状態を判定することができる燃料電池システムを提供することを目的としている。
However, in such a fuel cell system described in Patent Document 1, depending on the current value of the output current, there may be no significant difference in the output voltage between the dry state and non-dry state of the electrolyte, In such a case, it is difficult to appropriately determine the dry state of the electrolyte.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can appropriately determine the dry state of the electrolyte of the fuel cell based on the output current and output voltage of the fuel cell.

上記課題を解決する燃料電池システムの発明の一態様は、燃料ガスを電気化学的に反応させ電力を発生する燃料電池と、燃料電池の乾燥状態を判定する乾燥状態判定部と、燃料電池が発電する電力を制御する制御部と、燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出部と、を備え、制御部は、燃料電池の出力電流の電流値が予め設定された目標電流値になるように燃料電池の発電する電力を制御し、乾燥状態判定部は、燃料電池の出力電流の電流値が目標電流値になったとき、電圧検出部の検出する電圧値に基づいて燃料電池の乾燥状態を判定するものである。   An aspect of the invention of a fuel cell system that solves the above problems includes a fuel cell that generates electric power by electrochemically reacting fuel gas, a dry state determination unit that determines the dry state of the fuel cell, and the fuel cell that generates power. A control unit that controls electric power to be output and a voltage detection unit that detects an output voltage of the fuel cell, and the control unit sets the fuel current so that the current value of the output current of the fuel cell becomes a preset target current value. The power generated by the battery is controlled, and the dry state determination unit determines the dry state of the fuel cell based on the voltage value detected by the voltage detection unit when the current value of the output current of the fuel cell reaches the target current value. To do.

このように本発明の一態様によれば、燃料電池の出力電流と出力電圧に基づいて適切に電解質の乾燥状態を判定することができる。   Thus, according to one aspect of the present invention, the dry state of the electrolyte can be appropriately determined based on the output current and output voltage of the fuel cell.

図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示す図であり、その概念ブロック図である。FIG. 1 is a conceptual block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示す図であり、その燃料電池の出力電流と出力電圧の関係を示すグラフである。FIG. 2 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a graph showing the relationship between the output current and the output voltage of the fuel cell. 図3は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示す図であり、その乾燥状態判定処理を示すフローチャートである。FIG. 3 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a flowchart showing the dry state determination process. 図4は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示す図であり、その燃料電池の電解質が通常状態での出力電流と出力電圧の変化を示すタイムチャートである。FIG. 4 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a time chart showing changes in output current and output voltage when the fuel cell electrolyte is in a normal state. 図5は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示す図であり、その燃料電池の電解質が乾燥状態での出力電流と出力電圧の変化を示すタイムチャートである。FIG. 5 is a diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is a time chart showing changes in output current and output voltage when the electrolyte of the fuel cell is in a dry state.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1において、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した車両1は、モータ2と、インバータ3と、二次電池4と、燃料電池5と、DC(direct current)DCコンバータ6と、制御部としてのECU(Electronic Control Unit)7と、を含んで構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In FIG. 1, a vehicle 1 equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a motor 2, an inverter 3, a secondary battery 4, a fuel cell 5, and a direct current (DC) DC converter 6. And an ECU (Electronic Control Unit) 7 as a control unit.

モータ2は、例えば、複数の永久磁石が埋め込まれたロータと、ステータコイルが巻きつけられたステータと、を備えた同期型モータで構成される。モータ2は、ステータコイルに三相交流電力が印加されることでステータに回転磁界が形成され、この回転磁界によりロータが回転して動力を生成する。モータ2の生成する動力は、不図示のトランスミッションにより変速され不図示の駆動輪に伝達され車両1を走行させる。また、モータ2は、車両1の減速時に、駆動輪側からモータ2側に動力が伝達されると、発電機として機能して回生電力を発生する。モータ2は、インバータ3に接続されている。   The motor 2 is configured by a synchronous motor including, for example, a rotor embedded with a plurality of permanent magnets and a stator around which a stator coil is wound. In the motor 2, a rotating magnetic field is formed in the stator by applying three-phase AC power to the stator coil, and the rotor rotates by the rotating magnetic field to generate power. The power generated by the motor 2 is shifted by a transmission (not shown) and transmitted to driving wheels (not shown) to cause the vehicle 1 to travel. Further, when power is transmitted from the drive wheel side to the motor 2 side when the vehicle 1 is decelerated, the motor 2 functions as a generator and generates regenerative power. The motor 2 is connected to the inverter 3.

インバータ3は、三相交流電力をモータ2に供給してモータ2の出力トルクを制御する。インバータ3は、ECU7の出力するトルク指令信号に従ってモータ2に供給する三相交流電力の電流量を制御してモータ2の出力トルクがトルク指令信号の指令トルクになるようにする。また、インバータ3は、モータ2から出力される三相交流電力を直流電力に変換して二次電池4を充電する。   The inverter 3 supplies three-phase AC power to the motor 2 and controls the output torque of the motor 2. The inverter 3 controls the current amount of the three-phase AC power supplied to the motor 2 according to the torque command signal output from the ECU 7 so that the output torque of the motor 2 becomes the command torque of the torque command signal. The inverter 3 charges the secondary battery 4 by converting the three-phase AC power output from the motor 2 into DC power.

二次電池4は、例えば、ニッケル蓄電池やリチウム蓄電池等からなり、複数のセルを直列に接続して構成されている。二次電池4は、インバータ3を介してモータ2に電力を供給する。   The secondary battery 4 is made of, for example, a nickel storage battery or a lithium storage battery, and is configured by connecting a plurality of cells in series. The secondary battery 4 supplies power to the motor 2 via the inverter 3.

燃料電池5は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化剤ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギーを直接取り出すものである。燃料電池5には、燃料電池5の出力電圧を検出する電圧検出部51が設けられている。   The fuel cell 5 is an apparatus in which a fuel gas such as hydrogen gas and an oxygen-containing oxidant gas are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. The fuel cell 5 is provided with a voltage detector 51 that detects the output voltage of the fuel cell 5.

DCDCコンバータ6は、燃料電池5の発電した電力をモータ2に適合するように変換するものである。DCDCコンバータ6は、ECU7の制御により入出力の電力を制御するようになっている。DCDCコンバータ6は、入力電流値や入力電圧値などを示す信号をECU7に送信するようになっている。DCDCコンバータ6の入力電力の制御により、燃料電池5の出力電力が制御される。   The DCDC converter 6 converts the electric power generated by the fuel cell 5 so as to be compatible with the motor 2. The DCDC converter 6 controls input / output power under the control of the ECU 7. The DCDC converter 6 transmits a signal indicating an input current value, an input voltage value, and the like to the ECU 7. The output power of the fuel cell 5 is controlled by controlling the input power of the DCDC converter 6.

ECU7は、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。   The ECU 7 includes a computer unit including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an input port, an output port, and a network module. ing.

ECU7のROMには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをECU7として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ECU7において、CPUがROMに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ECU7として機能する。   The ROM of the ECU 7 stores a program for causing the computer unit to function as the ECU 7 along with various control constants, various maps, and the like. That is, in the ECU 7, the computer unit functions as the ECU 7 when the CPU executes a program stored in the ROM.

ECU7の入力ポートには、前述の電圧検出部51と、不図示の車速センサと、アクセル開度センサとを含む各種センサ類が接続されている。一方、ECU7の出力ポートには、インバータ3と、二次電池4と、燃料電池5と、DCDCコンバータ6とを含む各種制御対象類が接続されている。車速センサは、車両1の車速を検出するものである。アクセル開度センサは、運転者の操作するアクセルペダルの操作量をアクセル開度として検出するものである。   Various sensors including the above-described voltage detection unit 51, a vehicle speed sensor (not shown), and an accelerator opening sensor are connected to the input port of the ECU 7. On the other hand, various control objects including the inverter 3, the secondary battery 4, the fuel cell 5, and the DCDC converter 6 are connected to the output port of the ECU 7. The vehicle speed sensor detects the vehicle speed of the vehicle 1. The accelerator opening sensor detects an operation amount of an accelerator pedal operated by a driver as an accelerator opening.

ECU7は、車速センサの検出する車速やアクセル開度センサの検出するアクセル開度に基づいて、必要なモータ2の出力トルクを算出し、インバータ3にトルク指令信号を送信してモータ2に必要なトルクを出力させて車両1の走行を制御する。このとき、DCDCコンバータ6の出力電力を制御してインバータ3に供給する電力を制御する。   The ECU 7 calculates the necessary output torque of the motor 2 based on the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor and the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor, and transmits a torque command signal to the inverter 3 to be necessary for the motor 2. Torque is output to control the traveling of the vehicle 1. At this time, the output power of the DCDC converter 6 is controlled to control the power supplied to the inverter 3.

ここで、燃料電池5の発電の出力電流と出力電圧の関係は、図2に示すように、電流を多く流そうとすると電圧が下がるという特性がある。燃料電池5の電解質が乾燥した状態となってくると電流を流し難くなり、図2の一点鎖線のグラフに示すように、出力電流値が大きくなるに従って出力電圧の低下が大きくなってくる。このように、燃料電池5を起動した時の出力の電流値と電圧値から燃料電池5の電解質の乾燥状態を判定することができる。   Here, the relationship between the output current of the power generation of the fuel cell 5 and the output voltage has a characteristic that, as shown in FIG. When the electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state, it becomes difficult to flow current, and as the output current value increases, the output voltage decreases as shown in the dashed line graph of FIG. Thus, the dry state of the electrolyte of the fuel cell 5 can be determined from the current value and voltage value of the output when the fuel cell 5 is started.

しかしながら、燃料電池5を起動した時の出力の電流値が、図2のA1付近であると、電解質が通常状態での電圧値と乾燥状態での電圧値に有意な差がないので、電解質が乾燥状態であるか否かを判定することが難しい。このため、ECU7は、燃料電池5の出力電流を図2のA2付近の電解質の乾燥状態を明確に判別可能な電流値に引き上げ、電解質の乾燥状態の判定を行うようになっている。
ECU7は、図1に示すように、燃料電池5の電解質の乾燥状態を判定する乾燥状態判定部71と、燃料電池5の電解質の湿度を制御する湿度制御部72と、を備えている。
However, if the current value of the output when the fuel cell 5 is activated is near A1 in FIG. 2, there is no significant difference between the voltage value in the normal state and the voltage value in the dry state. It is difficult to determine whether it is in a dry state. For this reason, the ECU 7 increases the output current of the fuel cell 5 to a current value that can clearly determine the dry state of the electrolyte in the vicinity of A2 in FIG. 2, and determines the dry state of the electrolyte.
As shown in FIG. 1, the ECU 7 includes a dry state determination unit 71 that determines the dry state of the electrolyte of the fuel cell 5 and a humidity control unit 72 that controls the humidity of the electrolyte of the fuel cell 5.

ECU7は、不図示のイグニッションスイッチがオンされると、処理を開始し、燃料電池5を起動させる。燃料電池5が起動すると、ECU7は、DCDCコンバータ6の入力電力を制御し、燃料電池5の出力電流を予め設定された目標電流値まで引き上げる。ここで、目標電流値は、燃料電池5の出力電圧値で電解質の乾燥状態を明確に判別可能な電流値であり、予め実験等により求められ、ECU7のROMに記憶されている。   When an ignition switch (not shown) is turned on, the ECU 7 starts processing and activates the fuel cell 5. When the fuel cell 5 is activated, the ECU 7 controls the input power of the DCDC converter 6 to raise the output current of the fuel cell 5 to a preset target current value. Here, the target current value is a current value with which the dry state of the electrolyte can be clearly discriminated by the output voltage value of the fuel cell 5, obtained in advance through experiments or the like, and stored in the ROM of the ECU 7.

乾燥状態判定部71は、燃料電池5の出力電流が目標電流値になったときの出力電圧値が予め設定された乾燥判定閾値より小さいと判定した場合、燃料電池5の電解質が乾燥状態であると判定する。ここで、乾燥判定閾値は、予め実験等により求められ、ECU7のROMに記憶されている。   When the dry state determination unit 71 determines that the output voltage value when the output current of the fuel cell 5 reaches the target current value is smaller than a preset dry determination threshold, the electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state. Is determined. Here, the drying determination threshold value is obtained in advance through experiments or the like and stored in the ROM of the ECU 7.

湿度制御部72は、乾燥状態判定部71により燃料電池5の電解質が乾燥状態であると判定された場合、燃料電池5の電解質の湿度を上げるように制御する。具体的には、湿度制御部72は、燃料電池5の電解質が乾燥状態であると判定されると、燃料電池5の発電で生成される水を利用して電解質の湿度を上げるため、燃料電池5の出力電流値が通常の発電時より大きい乾燥時電流値になるようにDCDCコンバータ6の入力電力を制御する。ここで、乾燥時電流値は、予め実験等により求められ、ECU7のROMに記憶されている。   When the dry state determination unit 71 determines that the electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state, the humidity control unit 72 controls to increase the humidity of the electrolyte of the fuel cell 5. Specifically, when it is determined that the electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state, the humidity control unit 72 uses the water generated by the power generation of the fuel cell 5 to increase the humidity of the electrolyte. The input power of the DCDC converter 6 is controlled so that the output current value of 5 becomes a current value during drying that is greater than that during normal power generation. Here, the current value during drying is obtained in advance by experiments or the like and stored in the ROM of the ECU 7.

以上のように構成された本実施形態に係る燃料電池システムによる乾燥状態判定処理について、図3を参照して説明する。なお、以下に説明する乾燥状態判定処理は、燃料電池5が起動され、インバータ3からモータ2に電力供給が可能になると実行される。   The dry state determination process by the fuel cell system according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. The dry state determination process described below is executed when the fuel cell 5 is activated and power can be supplied from the inverter 3 to the motor 2.

まず、ECU7は、DCDCコンバータ6の入力電流の電流値が前述の目標電流値になるようにDCDCコンバータ6の入力電力を制御する(ステップS11)。次いで、ECU7は、DCDCコンバータ6の入力電流の電流値が目標電流値になるのを待つ(ステップS12)。   First, the ECU 7 controls the input power of the DCDC converter 6 so that the current value of the input current of the DCDC converter 6 becomes the aforementioned target current value (step S11). Next, the ECU 7 waits for the current value of the input current of the DCDC converter 6 to reach the target current value (step S12).

DCDCコンバータ6の入力電流の電流値が目標電流値になったと判定した場合、乾燥状態判定部71は、電圧検出部51の検出する燃料電池5の出力電圧値が前述の乾燥判定閾値以上か否かを判定する(ステップS13)。乾燥状態判定部71が燃料電池5の出力電圧値が乾燥判定閾値以上であると判定した場合、ECU7は、燃料電池5に通常の発電をさせるように制御して(ステップS14)、処理を終了する。   When it is determined that the current value of the input current of the DCDC converter 6 has reached the target current value, the dry state determination unit 71 determines whether the output voltage value of the fuel cell 5 detected by the voltage detection unit 51 is equal to or greater than the above-described dry determination threshold value. Is determined (step S13). When the dry state determination unit 71 determines that the output voltage value of the fuel cell 5 is greater than or equal to the dry determination threshold value, the ECU 7 controls the fuel cell 5 to perform normal power generation (step S14) and ends the process. To do.

乾燥状態判定部71が燃料電池5の出力電圧値が乾燥判定閾値以上でないと判定した場合、湿度制御部72は、湿潤促進の発電として、燃料電池5の出力電流値が前述の乾燥時電流値になるような発電をさせるようにDCDCコンバータ6の入力電力を制御して(ステップS15)、処理を終了する。   When the dry state determination unit 71 determines that the output voltage value of the fuel cell 5 is not greater than or equal to the dry determination threshold value, the humidity control unit 72 determines that the output current value of the fuel cell 5 is the above-described current value during drying as the power generation for promoting moisture. The input power of the DCDC converter 6 is controlled so as to generate the power (step S15), and the process ends.

このような乾燥状態判定処理による動作について図4及び図5を参照して説明する。
図4は、燃料電池5の電解質が通常の湿潤状態であるときのタイムチャートである。燃料電池5が起動されると、燃料電池5だけでなくDCDCコンバータ6や二次電池4やインバータ3がモータ2に電力供給可能になるt1において、DCDCコンバータ6の入力電力が制御され、燃料電池5の出力電流が目標電流値になるまで引き上げられる。t2において燃料電池5の出力電流が目標電流値になると、燃料電池5の出力電圧が乾燥判定閾値と比較され、燃料電池5の出力電圧が乾燥判定閾値以上と判定されると、t3においてDCDCコンバータ6の入力電力が制御され、燃料電池5の出力電流が通常の発電時の電流値に下げられる。
The operation | movement by such a dry condition determination process is demonstrated with reference to FIG.4 and FIG.5.
FIG. 4 is a time chart when the electrolyte of the fuel cell 5 is in a normal wet state. When the fuel cell 5 is started, not only the fuel cell 5 but also the DCDC converter 6, the secondary battery 4, and the inverter 3 can supply power to the motor 2, the input power of the DCDC converter 6 is controlled, and the fuel cell The output current of 5 is pulled up to the target current value. When the output current of the fuel cell 5 reaches the target current value at t2, the output voltage of the fuel cell 5 is compared with the dry determination threshold value, and when the output voltage of the fuel cell 5 is determined to be equal to or higher than the dry determination threshold value, the DCDC converter at t3. 6 is controlled, and the output current of the fuel cell 5 is lowered to the current value during normal power generation.

図5は、燃料電池5の電解質が乾燥状態にあるときのタイムチャートである。図4の場合と同様に、燃料電池5が起動されモータ2に電力供給可能になるt11において、燃料電池5の出力電流が目標電流値になるまで引き上げられる。t12において燃料電池5の出力電流が目標電流値になると、燃料電池5の出力電圧が乾燥判定閾値と比較される。ここで、燃料電池5の出力電圧が乾燥判定閾値より小さいと判定されると、t13においてDCDCコンバータ6の入力電力が制御され、燃料電池5の出力電流が通常発電時の電流値より大きい乾燥時電流値になるように制御される。   FIG. 5 is a time chart when the electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state. As in the case of FIG. 4, at t <b> 11 when the fuel cell 5 is started and power can be supplied to the motor 2, the output current of the fuel cell 5 is raised until the target current value is reached. When the output current of the fuel cell 5 reaches the target current value at t12, the output voltage of the fuel cell 5 is compared with the drying determination threshold value. Here, if it is determined that the output voltage of the fuel cell 5 is smaller than the drying determination threshold value, the input power of the DCDC converter 6 is controlled at t13, and the output current of the fuel cell 5 is larger than the current value during normal power generation. The current value is controlled.

このときの出力電圧は、出力電流の電流値が大きく、かつ、電解質が乾燥状態であるため通常発電時の電圧値よりも小さくなる。そして、出力電流値が乾燥時電流値となる発電により水の生成が促進され、電解質の湿潤状態が回復していくと、出力電圧の電圧値も上昇してくる。電解質の湿潤状態が通常の状態に戻った場合は、燃料電池5の出力電流は通常発電時の電流値に戻され、出力電圧も通常発電時の電圧値になる。   The output voltage at this time is smaller than the voltage value during normal power generation because the current value of the output current is large and the electrolyte is in a dry state. Then, generation of water is promoted by power generation in which the output current value becomes the current value at the time of drying, and when the wet state of the electrolyte is recovered, the voltage value of the output voltage also increases. When the wet state of the electrolyte returns to the normal state, the output current of the fuel cell 5 is returned to the current value during normal power generation, and the output voltage also becomes the voltage value during normal power generation.

このような本実施形態の燃料電池システムの効果について説明する。
上述の実施形態では、燃料電池5の出力電流の電流値を予め設定された目標電流値になるようにDCDCコンバータ6の入力電流を制御するECU7と、燃料電池5の出力電流の電流値が目標電流値になったとき、電圧検出部51の検出する電圧値が乾燥判定閾値より小さい場合に燃料電池5の電解質が乾燥状態であると判定する乾燥状態判定部71と、を備える。
The effects of the fuel cell system of this embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the ECU 7 that controls the input current of the DCDC converter 6 so that the current value of the output current of the fuel cell 5 becomes a preset target current value, and the current value of the output current of the fuel cell 5 is the target. A dry state determination unit 71 that determines that the electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state when the voltage value detected by the voltage detection unit 51 is smaller than the dry determination threshold when the current value is reached.

これにより、燃料電池5の電解質の通常状態と乾燥状態とで燃料電池5の出力電圧の電圧値に有意な差が生じる目標電流値に燃料電池5の出力電流の電流値がなったときに、燃料電池5の出力電圧の電圧値により燃料電池5の電解質の乾燥状態が判定される。このため、燃料電池5の出力電流と出力電圧に基づいて適切に燃料電池5の電解質の乾燥状態を判定することができる   Thereby, when the current value of the output current of the fuel cell 5 becomes the target current value that causes a significant difference in the voltage value of the output voltage of the fuel cell 5 between the normal state and the dry state of the electrolyte of the fuel cell 5, The dry state of the electrolyte of the fuel cell 5 is determined by the voltage value of the output voltage of the fuel cell 5. For this reason, the dry state of the electrolyte of the fuel cell 5 can be appropriately determined based on the output current and output voltage of the fuel cell 5.

また、燃料電池5の電解質の湿度を制御する湿度制御部72を備え、湿度制御部72は、乾燥状態判定部71によって燃料電池5が乾燥状態であると判定された場合、燃料電池5の湿度を上昇させる制御を行う。   Moreover, the humidity control part 72 which controls the humidity of the electrolyte of the fuel cell 5 is provided, and the humidity control part 72 is the humidity of the fuel cell 5 when the dry state determination part 71 determines that the fuel cell 5 is in the dry state. Control to raise.

これにより、燃料電池5の電解質が乾燥状態であると判定された場合、燃料電池5の電解質の湿度が上昇するように制御される。このため、燃料電池5の電解質の状態を早く回復させることができる。   Thereby, when it is determined that the electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state, the humidity of the electrolyte of the fuel cell 5 is controlled to increase. For this reason, the state of the electrolyte of the fuel cell 5 can be recovered quickly.

また、湿度制御部72は、乾燥状態判定部71によって燃料電池5が乾燥状態であると判定された場合、燃料電池5の出力電流の電流値を乾燥時電流値に上昇させる。
これにより、燃料電池5の電解質が乾燥状態であると判定された場合、燃料電池5の出力電流が上昇させられ、燃料電池5の水の生成量が増加する。このため、燃料電池5の電解質の湿度を上昇させることができる。
In addition, when the dry state determination unit 71 determines that the fuel cell 5 is in the dry state, the humidity control unit 72 increases the current value of the output current of the fuel cell 5 to the dry current value.
Thereby, when it is determined that the electrolyte of the fuel cell 5 is in a dry state, the output current of the fuel cell 5 is increased, and the amount of water generated in the fuel cell 5 is increased. For this reason, the humidity of the electrolyte of the fuel cell 5 can be raised.

なお、本実施形態においては、湿度制御部72は、燃料電池の電解質が乾燥状態であると判定されたとき、燃料電池5の出力電流を乾燥時電流値にして燃料電池5の電解質の湿度を上昇させたが、燃料電池の電解質の湿度を上昇させる装置、例えば、加湿器を備え、湿度制御部72は、燃料電池の電解質が乾燥状態であると判定されたとき、加湿器により燃料電池5の電解質の湿度を上昇させるようにしてもよい。   In this embodiment, when it is determined that the electrolyte of the fuel cell is in a dry state, the humidity control unit 72 sets the output current of the fuel cell 5 to the current value at the time of drying and sets the humidity of the electrolyte of the fuel cell 5. Although it has been increased, the apparatus includes a device for increasing the humidity of the electrolyte of the fuel cell, for example, a humidifier. When the humidity control unit 72 determines that the electrolyte of the fuel cell is in a dry state, the fuel cell 5 is The electrolyte humidity may be increased.

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。   While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

1 車両
5 燃料電池
6 DCDCコンバータ
51 電圧検出部
71 乾燥状態判定部
72 湿度制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 5 Fuel cell 6 DCDC converter 51 Voltage detection part 71 Dry state determination part 72 Humidity control part

Claims (3)

燃料ガスを電気化学的に反応させ電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池の乾燥状態を判定する乾燥状態判定部と、
前記燃料電池が発電する電力を制御する制御部と、
前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の出力電流の電流値が予め設定された目標電流値になるように前記燃料電池の発電する電力を制御し、前記乾燥状態判定部は、前記燃料電池の出力電流の電流値が前記目標電流値になったとき、前記電圧検出部の検出する電圧値に基づいて前記燃料電池の乾燥状態を判定する燃料電池システム。
A fuel cell that generates electric power by electrochemically reacting fuel gas; and
A dry state determination unit for determining a dry state of the fuel cell;
A control unit for controlling electric power generated by the fuel cell;
A voltage detector for detecting the output voltage of the fuel cell,
The control unit controls electric power generated by the fuel cell so that a current value of an output current of the fuel cell becomes a preset target current value, and the dry state determination unit is configured to output the output current of the fuel cell. A fuel cell system that determines the dry state of the fuel cell based on the voltage value detected by the voltage detector when the current value of the fuel cell becomes the target current value.
前記燃料電池の湿度を制御する湿度制御部を備え、
前記湿度制御部は、前記乾燥状態判定部によって前記燃料電池が乾燥状態であると判定された場合、前記燃料電池の湿度を上昇させる制御を行う請求項1に記載の燃料電池システム。
A humidity control unit for controlling the humidity of the fuel cell;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the humidity control unit performs control to increase the humidity of the fuel cell when the dry state determination unit determines that the fuel cell is in a dry state.
前記湿度制御部は、前記乾燥状態判定部によって前記燃料電池が乾燥状態であると判定された場合、前記燃料電池の出力電流の電流値を予め設定された乾燥時電流値に上昇させる請求項2に記載の燃料電池システム。   The humidity control unit increases the current value of the output current of the fuel cell to a preset dry current value when the dry state determination unit determines that the fuel cell is in a dry state. The fuel cell system described in 1.
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