JP2019169250A - Fuel cell system - Google Patents

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明宏 神谷
Akihiro Kamiya
明宏 神谷
裕 田野
Yutaka Tano
裕 田野
孝宏 梅原
Takahiro Umehara
孝宏 梅原
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Abstract

To suppress the power generation voltage of a fuel cell from hunting up and down in an allowable voltage range.SOLUTION: A fuel cell system includes: a fuel cell that generates power by the supply of fuel gas and oxidation gas; a voltage sensor that detects the power generation voltage of the fuel cell; a fuel cell converter that adjusts the power generation voltage; an oxidant gas supply system that supplies the oxidant gas to the fuel cell; and a control unit that controls at least one of the fuel cell converter and the oxidant gas supply system such that the power generation voltage does not deviate from an allowable voltage range. The allowable voltage range expands as the absolute value of the slope of a current-voltage characteristic line of the fuel cell increases.SELECTED DRAWING: Figure 2

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.

特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、暖機運転時、燃料電池の発電電圧は、電圧上限閾値以下となるように制御される。   In the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, during the warm-up operation, the power generation voltage of the fuel cell is controlled to be equal to or lower than the voltage upper limit threshold.

特開２０１６−０９６０４１号公報JP 2006-096041 A

燃料電池の発電電圧は、燃料電池用コンバータによる制御（以下、「ＦＤＣ制御」と呼ぶ）、及び、燃料電池に供給される酸化ガス、例えば空気、の量の制御（以下、「エア制御」）により制御可能である。燃料電池システム運転中では、エア制御のみが実行される場合と、エア制御に加えてＦＤＣ制御が実行される場合がある。しかしながら、燃料電池の運転条件によっては、エア制御に加えてＦＤＣ制御が実行される時に、燃料電池の発電電圧が許容電圧範囲を超えて上下ハンチングしてしまう場合があるという問題があった。   The power generation voltage of the fuel cell is controlled by a fuel cell converter (hereinafter referred to as “FDC control”) and the amount of oxidant gas such as air supplied to the fuel cell (hereinafter “air control”). It can be controlled by. During the operation of the fuel cell system, there are a case where only air control is executed and a case where FDC control is executed in addition to air control. However, depending on the operating conditions of the fuel cell, when the FDC control is executed in addition to the air control, there is a problem that the power generation voltage of the fuel cell exceeds the allowable voltage range and hunts up and down.

本発明は、以下の形態として実現することが可能である。   The present invention can be realized 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、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電圧を検出する電圧センサと、前記発電電圧を調整する燃料電池用コンバータと、前記酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給系と、前記発電電圧が許容電圧範囲から逸脱しないように前記燃料電池用コンバータ及び前記酸化ガス供給系の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える。前記許容電圧範囲は、前記燃料電池の電流−電圧特性線の傾きの絶対値の増大に応じて拡大する。この形態の燃料電池システムによれば、許容電圧範囲が燃料電池の電流−電圧特性線の傾きの絶対値の増大に応じて拡大するので、発電電圧が許容電圧範囲を超えて許容範囲を上下ハンチングすることを抑制できる。 (1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell system is provided. The fuel cell system includes a fuel cell that generates power by receiving supply of a fuel gas and an oxidizing gas, a voltage sensor that detects a power generation voltage of the fuel cell, a fuel cell converter that adjusts the power generation voltage, and the oxidizing gas. An oxidant gas supply system for supplying the fuel cell to the fuel cell, and a control unit for controlling at least one of the fuel cell converter and the oxidant gas supply system so that the generated voltage does not deviate from an allowable voltage range. The allowable voltage range is expanded as the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell increases. According to the fuel cell system of this embodiment, the allowable voltage range is expanded in accordance with the increase in the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell, so that the generated voltage exceeds the allowable voltage range and the allowable range is hunted up and down. Can be suppressed.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池車両、固定型燃料電池等の形態で実現することができる。   The present invention can be implemented in various forms other than the above. For example, it is realizable with forms, such as a fuel cell vehicle and a fixed fuel cell.

一実施形態における燃料電池システムを模式的に示す図。The figure which shows typically the fuel cell system in one Embodiment. 発電電圧と電流指令値とＩ−Ｖ特性線の傾きの時間的変化を示す図。The figure which shows the time change of the inclination of a generated voltage, an electric current command value, and an IV characteristic line. 燃料電池のＩ−Ｖ特性線を示す図。The figure which shows the IV characteristic line of a fuel cell. 比較例における発電電圧と電流指令値の時間的変化を示す図。The figure which shows the time change of the electric power generation voltage and electric current command value in a comparative example.

図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システム１０を模式的に示す図である。燃料電池システム１０は、例えば、動力源として車両に搭載される。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、電力回路２００と、酸化ガス供給系３００と、制御部７００と、図示しない燃料ガス供給系や、冷却系等とを備える。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 is mounted on a vehicle as a power source, for example. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100, a power circuit 200, an oxidizing gas supply system 300, a control unit 700, a fuel gas supply system (not shown), a cooling system, and the like.

燃料電池１００は、図示しない複数の単セルが積層されることによって構成されている。燃料電池１００としては、例えば固体高分子形燃料電池を採用可能である。燃料電池１００は、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて、電気化学反応により発電する。燃料ガスとしては、例えば水素を採用可能であり、酸化ガスとしては、例えば空気を採用可能である。   The fuel cell 100 is configured by stacking a plurality of single cells (not shown). As the fuel cell 100, for example, a polymer electrolyte fuel cell can be employed. The fuel cell 100 receives the supply of the fuel gas and the oxidizing gas and generates power by an electrochemical reaction. For example, hydrogen can be used as the fuel gas, and air can be used as the oxidizing gas.

電力回路２００は、燃料電池１００からの電力を利用する回路である。電力回路２００は、燃料電池用コンバータ２３０と、インバータ２４０と、駆動モータ２５０と、電流センサ２６０と、電圧センサ２７０と、を備える。なお、電力回路２００は、蓄電池やバッテリコンバータ等を備えてもよい。   The power circuit 200 is a circuit that uses power from the fuel cell 100. The power circuit 200 includes a fuel cell converter 230, an inverter 240, a drive motor 250, a current sensor 260, and a voltage sensor 270. The power circuit 200 may include a storage battery, a battery converter, or the like.

電流センサ２６０は、燃料電池１００の発電電流を検出する。電圧センサ２７０は、燃料電池１００の発電電圧を検出する。燃料電池用コンバータ２３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。燃料電池用コンバータ２３０は、制御部７００からの制御信号、例えば電流指令値を受けて、燃料電池１００の発電電圧を調整する。一方、燃料電池用コンバータ２３０は、制御部７００からの制御信号に応じて燃料電池１００の発電電圧を駆動モータ２５０で利用可能な高電圧に昇圧する。   The current sensor 260 detects the generated current of the fuel cell 100. The voltage sensor 270 detects the power generation voltage of the fuel cell 100. The fuel cell converter 230 is a DC / DC converter. The fuel cell converter 230 receives a control signal from the control unit 700, for example, a current command value, and adjusts the power generation voltage of the fuel cell 100. On the other hand, the fuel cell converter 230 boosts the power generation voltage of the fuel cell 100 to a high voltage that can be used by the drive motor 250 in accordance with a control signal from the control unit 700.

インバータ２４０は、燃料電池用コンバータ２３０によって昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するものであり、制御部７００からの制御信号に応じて交流電圧の周波数と電圧を調整して駆動モータ２５０に供給し、駆動モータ２５０を制御する。駆動モータ２５０は、燃料電池１００からの電力によって回転動力を発生し、車両の車輪を駆動することが可能である。   The inverter 240 converts the DC voltage boosted by the fuel cell converter 230 into an AC voltage, adjusts the frequency and voltage of the AC voltage according to a control signal from the control unit 700, and supplies the AC voltage to the drive motor 250. Then, the drive motor 250 is controlled. The drive motor 250 can generate rotational power by the electric power from the fuel cell 100 and drive the wheels of the vehicle.

酸化ガス供給系３００は、空気を酸化ガスとして燃料電池１００に供給する。酸化ガス供給系３００は、ガス供給流路３１０と、ガス排出流路３２０と、バイパス流路３３０とを有する。ガス供給流路３１０の一端は、燃料電池１００と接続しており、他端は、大気に開放されている空気の入口である。空気は、ガス供給流路３１０によって燃料電池１００に導かれる。ガス供給流路３１０には、空気の入口からエアフロメータ３４０と、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）３５０と、三方弁３６０とが設けられている。ＡＣＰ３５０には、エアコンプレッサ用モータ（ＡＣＰＭ）３５５が設けられている。ＡＣＰＭ３５５は、制御部７００からの制御信号に応じてＡＣＰ３５０を駆動する。ＡＣＰ３５０は、ＡＣＰＭ３５５の駆動により、空気を取り込んで圧縮して燃料電池１００に供給する。エアフロメータ３４０は、ＡＣＰ３５０に取り込まれる空気の流量を測定する。この空気流量は、燃料電池１００に供給される空気流量とほぼ同一である。なお、空気流量は、ＡＣＰ３５０の回転数、すなわちＡＣＰＭ３５５の回転数を調整することによって調整可能である。三方弁３６０には、バイパス流路３３０の一端が接続されている。三方弁３６０は、制御部７００からの制御信号に応じて、ＡＣＰ３５０から供給される空気を燃料電池１００とバイパス流路３３０とに分流する。バイパス流路３３０の他端は、ガス排出流路３２０と接続している。ガス排出流路３２０の一端は、燃料電池１００と接続しており、他端は、大気に開放されている。燃料電池１００の発電に利用されなかった空気は、ガス排出流路３２０によって燃料電池１００の外部に導かれる。ガス排出流路３２０において、バイパス流路３３０と接続している位置よりも上流側には、背圧弁３７０が設けられている。背圧弁３７０は、制御部７００からの制御信号に応じて燃料電池１００に供給される酸化ガスの圧力を調節する。   The oxidizing gas supply system 300 supplies air to the fuel cell 100 as an oxidizing gas. The oxidizing gas supply system 300 includes a gas supply channel 310, a gas discharge channel 320, and a bypass channel 330. One end of the gas supply channel 310 is connected to the fuel cell 100, and the other end is an air inlet that is open to the atmosphere. Air is guided to the fuel cell 100 by the gas supply channel 310. In the gas supply flow path 310, an air flow meter 340, an air compressor (ACP) 350, and a three-way valve 360 are provided from the air inlet. The ACP 350 is provided with an air compressor motor (ACPM) 355. ACPM 355 drives ACP 350 in response to a control signal from control unit 700. The ACP 350 takes in air, compresses it, and supplies it to the fuel cell 100 by driving the ACPM 355. Air flow meter 340 measures the flow rate of air taken into ACP 350. This air flow rate is substantially the same as the air flow rate supplied to the fuel cell 100. The air flow rate can be adjusted by adjusting the rotational speed of ACP 350, that is, the rotational speed of ACPM 355. One end of a bypass flow path 330 is connected to the three-way valve 360. The three-way valve 360 divides the air supplied from the ACP 350 into the fuel cell 100 and the bypass channel 330 in response to a control signal from the control unit 700. The other end of the bypass flow path 330 is connected to the gas discharge flow path 320. One end of the gas discharge channel 320 is connected to the fuel cell 100, and the other end is open to the atmosphere. Air that has not been used for power generation of the fuel cell 100 is guided to the outside of the fuel cell 100 by the gas discharge channel 320. A back pressure valve 370 is provided in the gas discharge channel 320 upstream of the position connected to the bypass channel 330. The back pressure valve 370 adjusts the pressure of the oxidizing gas supplied to the fuel cell 100 according to a control signal from the control unit 700.

制御部７００は、ＣＰＵと、メモリと、インターフェースと、を備える。制御部７００は、図示しない互いに通信可能な燃料電池ＥＣＵや、燃料電池用コンバータＥＣＵ、電力制御ＥＣＵ等を備える統合ＥＣＵである。制御部７００は、利用者の要求や、燃料電池システム１０内の各センサの検出値等に応じて、メモリに記憶されたプログラムを展開して実行することにより、燃料電池システム１０の各部の動作を制御する。例えば、制御部７００は、燃料電池１００の発電電圧が許容電圧範囲から逸脱しないように、燃料電池用コンバータ２３０及び酸化ガス供給系３００の少なくとも一方を制御する。具体的には、制御部７００は、燃料電池用コンバータ２３０に電流指令値を送信し、燃料電池１００の発電電流を減少又は増加させることによって燃料電池１００の発電電圧を増減させる。制御部７００は、酸化ガス供給系３００のＡＣＰＭ３５５と三方弁３６０と背圧弁３７０の少なくとも一つに制御信号を送信し、燃料電池１００に供給される酸化ガスの量を増加又は減少させることによって、燃料電池１００の発電電圧を増減させる。以下では、制御部７００が燃料電池用コンバータ２３０に制御信号を送信することによる燃料電池１００の発電電圧の増減制御を「ＦＤＣ電圧増減制御」と呼び、制御部７００が酸化ガス供給系３００に制御信号を送信することによる燃料電池１００の発電電圧の増減制御を「エア電圧増減制御」と呼ぶ場合がある。制御部７００は、燃料電池１００の発電電圧が許容電圧範囲を超えていないときには、エア電圧増減制御を実行し、燃料電池１００の発電電圧が許容電圧範囲を超えたときには、エア電圧増減制御に加え、ＦＤＣ電圧増減制御を実行する。なお、「許容電圧範囲」は、任意の目標電圧、例えば低電位回避電圧、に対する許容範囲である。許容電圧範囲は、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値の増大に応じて拡大する。この詳細については後述する。   The control unit 700 includes a CPU, a memory, and an interface. The control unit 700 is an integrated ECU including a fuel cell ECU (not shown) that can communicate with each other, a fuel cell converter ECU, a power control ECU, and the like. The control unit 700 develops and executes a program stored in the memory in accordance with a user request, a detection value of each sensor in the fuel cell system 10, and the like, thereby operating each unit of the fuel cell system 10. To control. For example, the control unit 700 controls at least one of the fuel cell converter 230 and the oxidizing gas supply system 300 so that the generated voltage of the fuel cell 100 does not deviate from the allowable voltage range. Specifically, the control unit 700 increases or decreases the power generation voltage of the fuel cell 100 by transmitting a current command value to the fuel cell converter 230 and decreasing or increasing the power generation current of the fuel cell 100. The control unit 700 transmits a control signal to at least one of the ACPM 355, the three-way valve 360, and the back pressure valve 370 of the oxidizing gas supply system 300, thereby increasing or decreasing the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell 100, The power generation voltage of the fuel cell 100 is increased or decreased. Hereinafter, the increase / decrease control of the power generation voltage of the fuel cell 100 by the control unit 700 transmitting a control signal to the fuel cell converter 230 is referred to as “FDC voltage increase / decrease control”, and the control unit 700 controls the oxidizing gas supply system 300. The increase / decrease control of the generated voltage of the fuel cell 100 by transmitting a signal may be referred to as “air voltage increase / decrease control”. The control unit 700 executes air voltage increase / decrease control when the generated voltage of the fuel cell 100 does not exceed the allowable voltage range, and in addition to the air voltage increase / decrease control when the generated voltage of the fuel cell 100 exceeds the allowable voltage range. , FDC voltage increase / decrease control is executed. The “allowable voltage range” is an allowable range for an arbitrary target voltage, for example, a low potential avoidance voltage. The allowable voltage range expands as the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 increases. Details of this will be described later.

図２は、燃料電池１００の発電電圧と、制御部７００から燃料電池用コンバータ２３０に送信される電流指令値と、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値の時間的変化を例示する説明図である。燃料電池１００の発電電圧の許容電圧範囲Ｒｖの上限値は上限電圧Ｖｍａｘであり、下限値は下限電圧Ｖｍｉｎである。図３は、燃料電池１００の電流−電圧特性線Ｇ１〜Ｇ３を例示する説明図である。各特性線Ｇ１〜Ｇ３は、図２に示す各時刻ｔ１〜ｔ３のそれぞれにおける燃料電池１００の電流−電圧特性線である。図２と図３の例では、時刻ｔ１では、燃料電池１００の動作点は点Ｐ１であり、発電電圧は電圧Ｖ１である。時刻ｔ２では、燃料電池１００の動作点は点Ｐ２であり、発電電圧は電圧Ｖ２である。時刻ｔ３では、燃料電池１００の動作点は点Ｐ３であり、発電電圧は上限電圧Ｖｍａｘである。図２と図３から分かるように、燃料電池１００の電流−電圧特性線Ｇ１〜Ｇ３の傾きの絶対値は、時間が経つにつれ徐々に増大する。   FIG. 2 exemplifies the temporal change in the generated voltage of the fuel cell 100, the current command value transmitted from the control unit 700 to the fuel cell converter 230, and the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100. It is explanatory drawing to do. The upper limit value of the allowable voltage range Rv of the power generation voltage of the fuel cell 100 is the upper limit voltage Vmax, and the lower limit value is the lower limit voltage Vmin. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating current-voltage characteristic lines G <b> 1 to G <b> 3 of the fuel cell 100. Each characteristic line G1 to G3 is a current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 at each time t1 to t3 shown in FIG. In the example of FIGS. 2 and 3, at time t1, the operating point of the fuel cell 100 is the point P1, and the generated voltage is the voltage V1. At time t2, the operating point of the fuel cell 100 is the point P2, and the generated voltage is the voltage V2. At time t3, the operating point of the fuel cell 100 is the point P3, and the generated voltage is the upper limit voltage Vmax. As can be seen from FIGS. 2 and 3, the absolute values of the slopes of the current-voltage characteristic lines G1 to G3 of the fuel cell 100 gradually increase over time.

図２の例では、時刻ｔ０において、制御部７００は、電流指令値Ｉｓを燃料電池用コンバータ２３０に送信する。燃料電池用コンバータ２３０は、電流指令値Ｉｓに応じて、燃料電池１００の発電電圧を電圧Ｖ２に調整する。時刻ｔ１の直前において、燃料電池１００の発電電圧は、何らかの原因によって電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に向かって上昇する。このとき、燃料電池１００の発電電圧は許容電圧範囲Ｒｖを超えていないので、制御部７００は、エア電圧増減制御を実行する。すなわち、制御部７００は、酸化ガス供給系３００に制御信号を送信し、燃料電池１００に供給される酸化ガスの量を減少させることによって、燃料電池１００の発電電圧を減少させる。一方、制御部７００は、燃料電池用コンバータ２３０への電流指令値Ｉｓを変更しない。この結果、時刻ｔ１の直後において、燃料電池１００の発電電圧は電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に向かって下降する。この後から時刻ｔ２までも同様に、制御部７００は、燃料電池１００の発電電圧の上昇と下降の変動に応じてエア電圧増減制御を実行する。   In the example of FIG. 2, at time t <b> 0, control unit 700 transmits current command value Is to fuel cell converter 230. The fuel cell converter 230 adjusts the power generation voltage of the fuel cell 100 to the voltage V2 in accordance with the current command value Is. Immediately before time t1, the power generation voltage of the fuel cell 100 increases from the voltage V2 toward the voltage V1 for some reason. At this time, since the generated voltage of the fuel cell 100 does not exceed the allowable voltage range Rv, the control unit 700 executes air voltage increase / decrease control. That is, the control unit 700 transmits a control signal to the oxidizing gas supply system 300 to reduce the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell 100, thereby reducing the power generation voltage of the fuel cell 100. On the other hand, the control unit 700 does not change the current command value Is to the fuel cell converter 230. As a result, immediately after time t1, the power generation voltage of the fuel cell 100 decreases from the voltage V1 toward the voltage V2. Similarly, from then on until time t2, the control unit 700 executes air voltage increase / decrease control in accordance with fluctuations in the rise and fall of the power generation voltage of the fuel cell 100.

時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において、燃料電池１００の発電電圧が上昇すると、制御部７００は、エア電圧増減制御を実行する。時刻ｔ３となると、燃料電池１００の発電電圧は上限電圧Ｖｍａｘを超えるので、制御部７００は、エア電圧増減制御に加えてＦＤＣ電圧増減制御を実行する。すなわち、制御部７００は、酸化ガス供給系３００に制御信号を送信して燃料電池１００に供給される酸化ガスの量を減少させるとともに、電流指令値を燃料電池用コンバータ２３０に送信して燃料電池用コンバータ２３０に燃料電池１００の発電電圧を減少させる。従って、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間では、電流指令値が電流指令値Ｉｓから電流指令値Ｉｍに漸増するにつれ、燃料電池１００の発電電流も漸増する。この結果、燃料電池１００の発電電圧は下降し始める。ここで、時刻ｔ３と対応する電流−電圧特性線Ｇ３の傾きの絶対値は、時刻ｔ１と対応する電流−電圧特性線Ｇ１の傾きの絶対値よりも大きい。このため、時刻ｔ３でＦＤＣ電圧増減制御を実行すると、すなわち、電流−電圧特性線Ｇ３上で動作点を移動させると、電流−電圧特性線Ｇ１上で動作点を移動させるのに比べて、僅かな発電電流の変化で発電電圧に大きな変動が生じてしまう。この結果、燃料電池１００の発電電圧は、時刻ｔ１直後と比べて、時刻ｔ４直後では大幅に下降してしまう。   When the power generation voltage of the fuel cell 100 increases between time t2 and time t3, the control unit 700 executes air voltage increase / decrease control. At time t3, since the power generation voltage of the fuel cell 100 exceeds the upper limit voltage Vmax, the control unit 700 executes the FDC voltage increase / decrease control in addition to the air voltage increase / decrease control. That is, the control unit 700 transmits a control signal to the oxidizing gas supply system 300 to reduce the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell 100, and transmits a current command value to the fuel cell converter 230 to transmit the fuel cell. The power generation voltage of the fuel cell 100 is reduced in the converter 230. Therefore, between time t3 and time t4, as the current command value gradually increases from the current command value Is to the current command value Im, the generated current of the fuel cell 100 also gradually increases. As a result, the power generation voltage of the fuel cell 100 starts to drop. Here, the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line G3 corresponding to time t3 is larger than the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line G1 corresponding to time t1. For this reason, when the FDC voltage increase / decrease control is executed at time t3, that is, when the operating point is moved on the current-voltage characteristic line G3, the operating point is slightly smaller than when the operating point is moved on the current-voltage characteristic line G1. A large change in the generated voltage causes a large fluctuation in the generated voltage. As a result, the power generation voltage of the fuel cell 100 greatly decreases immediately after time t4 as compared to immediately after time t1.

ここで、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値は、時刻ｔ０から増大し、時刻ｔ２となると、予め定められた傾き基準値Ｓｔｈとなる。「傾き基準値」とは、燃料電池１００の発電電圧の許容電圧範囲Ｒｖが拡大し始める基準とする燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値の最小値である。図２の例では、制御部７００は、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値が傾き基準値Ｓｔｈとなると、許容電圧範囲Ｒｖの下限電圧Ｖｍｉｎを漸減させる。従って、許容電圧範囲Ｒｖは、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値が傾き基準値Ｓｔｈとなると拡大する。この結果、時刻ｔ４以降で燃料電池１００の発電電圧が大幅に下降しても、許容電圧範囲Ｒｖの下限電圧Ｖｍｉｎを超えない。こうすれば、ＦＤＣ電圧増減制御が繰り返して実行されず、燃料電池１００の発電電圧に大きな変動が生じることを抑制できる。なお、下限電圧Ｖｍｉｎの漸減率は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に実行されたＦＤＣ電圧増減制御による燃料電池１００の発電電圧の下降率に応じて設定されることが好ましい。また、制御部７００は、傾き基準値Ｓｔｈを利用せず、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値が増大するほど下限電圧Ｖｍｉｎを漸減させてもよいし、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値の増大に応じて上限電圧Ｖｍａｘを漸増させてもよいし、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値の増大に応じて下限電圧Ｖｍｉｎを漸減させながら上限電圧Ｖｍａｘを漸増させてもよい。これらの場合においても、許容電圧範囲Ｒｖの拡大率は、ＦＤＣ電圧増減制御により燃料電池１００の発電電圧の増加率又は減少率に応じて設定されることが好ましい。なお、許容電圧範囲Ｒｖと燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きとの対応関係は、実験又は経験によって得られたマップとして予め制御部７００に記憶されていてもよいし、制御部７００に学習させて可変としてもよい。   Here, the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 increases from time t0, and becomes a predetermined slope reference value Sth at time t2. The “slope reference value” is the minimum value of the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 that is the reference for the allowable voltage range Rv of the power generation voltage of the fuel cell 100 to begin to expand. In the example of FIG. 2, the control unit 700 gradually decreases the lower limit voltage Vmin of the allowable voltage range Rv when the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 becomes the slope reference value Sth. Therefore, the allowable voltage range Rv increases when the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 becomes the slope reference value Sth. As a result, even if the power generation voltage of the fuel cell 100 drops significantly after time t4, the lower limit voltage Vmin of the allowable voltage range Rv is not exceeded. In this way, the FDC voltage increase / decrease control is not repeatedly executed, and it is possible to suppress a large fluctuation in the power generation voltage of the fuel cell 100. Note that the gradual decrease rate of the lower limit voltage Vmin is preferably set in accordance with the rate of decrease in the power generation voltage of the fuel cell 100 by the FDC voltage increase / decrease control executed between time t3 and time t4. Further, the control unit 700 may gradually decrease the lower limit voltage Vmin as the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 increases without using the slope reference value Sth, or the current of the fuel cell 100 -The upper limit voltage Vmax may be gradually increased in accordance with an increase in the absolute value of the slope of the voltage characteristic line, or the lower limit voltage Vmin is gradually decreased in accordance with an increase in the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100. However, the upper limit voltage Vmax may be gradually increased. Even in these cases, it is preferable that the expansion rate of the allowable voltage range Rv is set according to the increase rate or decrease rate of the power generation voltage of the fuel cell 100 by the FDC voltage increase / decrease control. The correspondence relationship between the allowable voltage range Rv and the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 may be stored in the control unit 700 in advance as a map obtained by experiment or experience, or may be stored in the control unit 700. It may be made variable by learning.

図４は、比較例であり、図２に対応する図である。図４の比較例において、許容電圧範囲Ｒｖ１は固定されている。時刻ｔ４以降において、燃料電池の発電電圧は大幅に下降し、時刻ｔ５となると、許容電圧範囲Ｒｖ１を超えてしまう。時刻ｔ５では、ＦＤＣ電圧増減制御が再び実行され、発電電圧が大幅に上昇する。この結果、燃料電池の発電電圧は許容電圧範囲Ｒｖ１を上下にハンチングしてしまう。   FIG. 4 is a comparative example and corresponds to FIG. In the comparative example of FIG. 4, the allowable voltage range Rv1 is fixed. After time t4, the power generation voltage of the fuel cell greatly decreases, and when time t5 is reached, the allowable voltage range Rv1 is exceeded. At time t5, the FDC voltage increase / decrease control is executed again, and the generated voltage significantly increases. As a result, the power generation voltage of the fuel cell hunts the allowable voltage range Rv1 up and down.

以上説明したように、一実施形態では、制御部７００は、燃料電池１００の電流−電圧特性線の傾きの絶対値が傾き基準値Ｓｔｈとなると、許容電圧範囲Ｒｖを拡大させるので、ＦＤＣ電圧増減制御により燃料電池１００の発電電圧が大幅に下降して許容電圧範囲Ｒｖを超えることを抑制できる。こうすれば、ＦＤＣ電圧増減制御が繰り返して実行されず、燃料電池１００の発電電圧のハンチングを抑制できる。   As described above, in one embodiment, the controller 700 increases the allowable voltage range Rv when the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell 100 reaches the slope reference value Sth. It is possible to suppress the power generation voltage of the fuel cell 100 from greatly decreasing and exceeding the allowable voltage range Rv by the control. In this way, the FDC voltage increase / decrease control is not repeatedly executed, and hunting of the power generation voltage of the fuel cell 100 can be suppressed.

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or part of the above-described effects. Or, in order to achieve the whole, it is possible to replace or combine as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

１０…燃料電池システム、１００…燃料電池、２００…電力回路、２３０…燃料電池用コンバータ、２４０…インバータ、２５０…駆動モータ、２６０…電流センサ、２７０…電圧センサ、３００…酸化ガス供給系、３１０…ガス供給流路、３２０…ガス排出流路、３３０…バイパス流路、３４０…エアフロメータ、３５０…エアコンプレッサ（ＡＣＰ）、３５５…エアコンプレッサ用モータ（ＡＣＰＭ）、３６０…三方弁、３７０…背圧弁、７００…制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system, 100 ... Fuel cell, 200 ... Power circuit, 230 ... Fuel cell converter, 240 ... Inverter, 250 ... Drive motor, 260 ... Current sensor, 270 ... Voltage sensor, 300 ... Oxidation gas supply system, 310 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Gas supply flow path, 320 ... Gas discharge flow path, 330 ... Bypass flow path, 340 ... Air flow meter, 350 ... Air compressor (ACP), 355 ... Motor for air compressor (ACPM), 360 ... Three-way valve, 370 ... Back Pressure valve, 700 ... control unit

Claims (1)

燃料電池システムであって、
燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電圧を検出する電圧センサと、
前記発電電圧を調整する燃料電池用コンバータと、
前記酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給系と、
前記発電電圧が許容電圧範囲から逸脱しないように前記燃料電池用コンバータ及び前記酸化ガス供給系の少なくとも一方を制御する制御部と、
を備え、
前記許容電圧範囲は、前記燃料電池の電流−電圧特性線の傾きの絶対値の増大に応じて拡大する、
燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell that generates power upon receipt of fuel gas and oxidant gas; and
A voltage sensor for detecting a power generation voltage of the fuel cell;
A fuel cell converter for adjusting the generated voltage;
An oxidizing gas supply system for supplying the oxidizing gas to the fuel cell;
A control unit that controls at least one of the fuel cell converter and the oxidizing gas supply system so that the generated voltage does not deviate from the allowable voltage range;
With
The allowable voltage range expands with an increase in the absolute value of the slope of the current-voltage characteristic line of the fuel cell.
Fuel cell system.
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