JP4185671B2

JP4185671B2 - Control device for fuel cell system

Info

Publication number: JP4185671B2
Application number: JP2001045362A
Authority: JP
Inventors: 一真大蔵
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP2002246051A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムの制御装置に係り、特にスタックが低温時の燃料電池出力の減少を抑制させることができる燃料電池システムの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを、電解質を介して電気化学的に反応させ、電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。したがって、燃料電池の発電電力量が大きくなるにつれてより多くのガスの供給量が必要になる。逆に、燃料電池の発電電力量が小さい場合、ガスの供給量は少なくても良いことになる。つまり、燃料電池の発電電力量を変化させるに際しては、効率を考慮すれば、発電電力量に応じてガスの供給量を可変にすることが必要となる。
【０００３】
そこで、例えば特開平７−７５２１４号公報に記載された技術では、燃料電池の発電量によりガス供給量の目標を決定することとしている。ここで、燃料電池の発電量とは、燃料電池を搭載する電気自動車の場合、アクセル開度からテーブルで検索されるのが代表的な方法である。そして、ガス供給量の目標は、燃料電池の発電量からテーブルで検索される。
【０００４】
一方、ガスの供給量の目標に対して、実際の供給量は、アクチュエータの応答性やガス経路の管路抵抗や容積の影響により、必ず遅れが生じてしまう。例えば、燃料電池の目標発電量を増大させる場合、目標発電量に応じて目標ガス供給量も速やかに増大するが、実際のガス供給量は、燃料電池の増大した目標発電量を賄うほどにすぐには増加しない。このとき、目標発電量に応じた出力電力を燃料電池から負荷へ供給してしまうと、言い換えれば、実際の発電量が目標発電量に達する前に目標発電量に相当する出力電力を引き出してしまうと、電圧降下を発生し、燃料電池の性能が低下あるいは燃料電池が劣化してしまうことにつながる。
【０００５】
前述の公開公報には、このことを防ぐために、ガス流量を検出し、その値からテーブルで検索される燃料電池の発電可能量を検索し、発電可能量によって、燃料電池の発電量を制限することも開示されている。発電量の制限は、燃料電池を搭載した電気自動車の場合、燃料電池の負荷である駆動モータの出力を制限することで達成される。また、本発電量の制限に関して、従来技術では、燃料電池の温度による制限についても言及されている。つまり、燃料電池温度からテーブルで検索される発電量制限値と前述した実際のガス流量から求まる発電量制限値の小さい方の発電量制限値で、燃料電池の発電量を制限するというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術では、燃料電池に対する目標発電電力の変更に伴って、燃料電池に供給するガス流量を変更しており、また、実際のガス流量を検出し、その値に基づいて燃料電池の発電電力量を制限している。しかしながら、燃料電池の発電可能電力は、流量だけでなく、その圧力にも大きく依存する。即ち、燃料電池の電気化学反応は、燃料ガスと酸化ガスの圧力に影響を受けるものであり、これらの圧力が高いほど電気化学反応は促進され、発電可能電力も大きくなるからである。
【０００７】
また、燃料電池の温度が低い場合、電解質膜の抵抗が増大し、加えて電気化学反応が抑制されるため、発電電力を制限しなければ、燃料電池が劣化してしまう。従来技術では、燃料電池の温度をパラメータとして、発電電力を制限する構成となっているため、燃料電池が低温の場合、通常よりも発電可能な電力が低くなり、燃料電池の温度を上昇させる発熱も抑制されることになるため、燃料電池の暖機時間が長くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
さらに、燃料電池は単セルが積層されているため、ガス流路の上流よりも下流側の方が燃料および酸素の分圧が低くなりやすく、燃料電池の温度が低い場合、電気化学反応が抑制される分、その影響が大きくなり、その結果、電圧降下を起こしやすく、燃料電池の性能劣化を生じる恐れがあるという問題点があった。
【０００９】
一方、燃料電池の温度が低い場合、発電に伴って生成される水が凝縮しやすく、水つまりによる電圧低下のため燃料電池の性能劣化を招きやすい。
【００１０】
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池の効率を向上させ、燃料電池の性能劣化を防ぐとともに、燃料電池の暖機時間を短縮する制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、燃料ガスと酸化ガスとの反応によって電気的エネルギを負荷に供給する燃料電池に対し、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの供給を制御し、かつ、前記燃料電池の出力電力を制御する燃料電池システムの制御装置において、前記燃料電池の目標発電電力に基づいて前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの目標流量および目標圧力を演算する目標運転点演算手段と、前記目標流量および目標圧力に基づき燃料電池に供給する前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの流量および圧力を制御する制御手段と、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの流量を検出する流量検出手段と、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、検出された前記流量および前記圧力に基づいて前記燃料電池の発電可能電力を演算する発電可能電力演算手段と、前記発電可能電力に制限されるように前記燃料電池の出力電力を制御する負荷制御手段と、を具備したことを要旨とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、検出された前記温度に基づいて前記目標流量を補正する目標流量補正手段と、検出された前記温度に基づいて前記目標圧力を補正する目標圧力補正手段と、検出された前記温度に基づいて前記発電可能電力演算手段の入力である前記流量を補正する流量補正手段と、検出された前記温度に基づいて前記発電可能電力演算手段の入力である前記圧力を補正する圧力補正手段と、を具備したことを要旨とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標圧力補正手段は、前記温度が所定値より小さいときに前記目標圧力を増加するように補正するものであり、前記圧力補正手段は前記温度が所定値より小さいときに前記圧力を減少するように補正するものであることを要旨とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標流量補正手段は前記温度が所定値より小さいときに前記目標流量を増加するように補正するものであり、前記流量補正手段は前記温度が所定値より小さいときに前記流量を減少するように補正するものであることを要旨とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項３に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標圧力補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標圧力を補正することを要旨とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項４に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標流量補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標流量を補正することを要旨とする。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、燃料電池への燃料ガスおよび酸化ガスの供給に際し、目標発電電力に応じて供給ガスの流量および圧力の目標を最適に決定するため、燃料電池の発電効率を常に最適に制御することができるという効果がある。また、実際の供給ガスの流量および圧力に応じて燃料電池からの出力電力を制限するため、目標発電電力が変化したときに供給ガスの流量および圧力が過渡的に目標に追従しない場合であっても、燃料電池の性能劣化を防ぐことが可能となるという効果がある。
【００１８】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、燃料電池の温度特性を考慮した燃料ガスおよび酸化ガスの圧力および流量の制御が可能となり、発電電力の制限を最小限にとどめることができる。その結果、燃料電池の温度が低い場合でも、発電による発熱で燃料電池の昇温が速やかに行われ、通常の発電状態に移行できるという効果がある。また、実際の供給ガスの流量および圧力に対して燃料電池の温度による補正を加えた上で、燃料電池の発電可能電力を演算するため、温度によらず燃料電池の性能劣化を防ぐことが可能となるという効果がある。
【００１９】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加えて、電気化学反応の速度が遅い低温時に供給ガスの圧力目標を増加するように補正するため、燃料電池の出力電力の制限を最小限にすることができるという効果がある。
【００２０】
請求項４の発明によれば、請求項２の発明の効果に加えて、燃料電池の温度が低い場合、供給ガスの流量目標を増加するよう補正するため、凝縮した生成水を燃料電池外へ排出する効果が得られ、また、ガス流路下流側の燃料および酸素の分圧低下の影響を押さえ、発電電力の制限を最小限にする
ことができる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、請求項３の発明の効果に加えて、前記目標圧力補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標圧力を補正するようにしたので、燃料電池の動作温度と定格温度との温度差に応じて、より正確な目標圧力補正を行うことができるという効果がある。
【００２２】
請求項６の発明によれば、請求項４の発明の効果に加えて、前記目標流量補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標流量を補正するようにしたので、燃料電池の動作温度と定格温度との温度差に応じて、より正確な目標流量補正を行うことができるという効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の基本構成図である。図１において、燃料電池システムの制御装置１は、燃料電池スタック１０に供給する燃料ガスと酸化ガスを制御するとともに、燃料電池の出力電力を制御するものである。また制御装置１は、燃料電池の目標発電電力に基づいて燃料ガスおよび酸化ガスの目標流量および目標圧力を演算する目標運転点演算手段２と、燃料ガスおよび酸化ガスの流量に関連する値を検出する流量検出手段３と、燃料ガスおよび酸化ガスの圧力を検出する圧力検出手段４と、検出された流量に関連する値および圧力に基づいて燃料電池の発電可能電力を演算する発電可能電力演算手段５と、発電可能電力に制限されるように燃料電池の出力電力を制御する負荷制御手段６と、を備えている。
【００２４】
〔第１実施形態〕
次に、本発明に係るの燃料電池システムの制御装置の第１実施形態について、図２ないし図８を用いて説明する。本実施形態は、図２に示すように、燃料電池（燃料電池本体、または燃料電池スタックとも呼ばれる）１０１から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ１０３、インバータ１０３により駆動される車両駆動用交流モータ１０４、交流モータ１０４の発生する駆動力により差動装置１０５を介して駆動される駆動輪１０６を備える燃料電池車両に適用した例である。
【００２５】
燃料電池スタック１０１の図示しない水素極には高圧水素タンク１１２から燃料電池車両制御装置１２１により駆動される圧力調整弁１３４を介して水素が、同図示しない空気極には燃料電池車両の制御装置１２１により制御されるコンプレッサ１１４から空気が供給され、これら水素および空気は加湿器１１１で加湿される。加湿器１１１には、制御装置１２１により制御される純水供給ポンプ１１３により純水が供給される。燃料電池スタック１０１の空気極の空気圧力は、制御装置１２１により制御される空気調圧弁１３３により制御され、余剰空気は空気調圧弁１３３を介して外部へ排出される。また、燃料電池スタック１０１は制御装置１２１により制御される冷却水供給ポンプ１１５により供給される冷却水によって冷却される。
【００２６】
制御装置１２１は、アクセルセンサ１２２、車速センサ１２３、ブレーキセンサ１２４およびシフトスイッチ１２５にしたがってインバータ１０３への指令値を送り、車両全体を制御する。また、コンプレッサ１１４の入口には空気質量流量センサ１３１、燃料電池スタック１０１の空気極入口には空気圧力センサ１３２、水素極入口には水素圧力センサ１３５、冷却水出口には冷却水温度センサ１３６が設置され、それぞれ制御装置１２１が値を読み込む。
【００２７】
図１に示した基本構成図と図２の第１実施形態の構成図との対応は、以下の通りである。図１の燃料電池スタック１０、流量検出手段３、圧力検出手段４は、それぞれ図２の燃料電池スタック１０１、空気質量流量センサ１３１、空気圧力センサ１３２及び水素圧力センサ１３５に対応する。また図１の目標運転点演算手段２、発電可能電力演算手段５、および負荷制御手段６は、図２のマイクロプロセッサ等を用いた制御装置１２１が実行するプログラムとして実現されている。
【００２８】
次に、制御装置１２１の動作を図３のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ３０２で目標車両駆動トルクＴｄを演算する。この値は、アクセルセンサ１２２から入力されるアクセル開度、シフトスイッチ１２５から入力されるシフトポジションなど、ドライバの操作量と車速センサ１２３から入力される現在の車両速度からマップ等から演算される。
【００２９】
次いで、ステップＳ３０４にて目標車両駆動仕事率Ｐｄを演算する。この値は、目標車両駆動トルクＴｄと車両速度との積にギヤ比やタイヤ半径などで定まる定数を乗じたものである。次いで、ステップＳ３０６で目標発電電力Ｐｇを演算する。この値は、目標車両駆動電力Ｐｄを車両駆動用交流モータ１０４およびインバータ１０３の効率で除したものである。次いで、ステップＳ３０８にて目標運転点の演算を行う。これは別に述べるが、燃料電池スタック１０１の目標発電電力に応じて、燃料電池スタック１０１に供給する水素と空気の目標流量および目標圧力を演算するものである。
【００３０】
次いで、ステップＳ３１０にて流量・圧力制御の演算を行う。ここでは、空気質量流量センサ１３１と空気圧力センサ１３２によって検出される空気の流量・圧力が空気の目標流量・目標圧力にそれぞれ一致するように、コンプレッサ１１４の目標回転数と空気調圧弁１３３の目標開度を演算し、それぞれを制御する。また、水素圧力センサ１３５によって検出される水素の圧力が水素の目標圧力に一致するように、水素調圧弁１３４の目標開度を演算し、制御する。
【００３１】
次いで、ステップＳ３１２にて発電可能電力Ｐｇｌの演算を行う。これについても別に説明するが、燃料電池スタック１０１に実際に供給されているガスの流量・圧力に応じて、燃料電池スタック１０１の発電可能電力Ｐｇｌを演算するものである。次いで、ステップＳ３１４にて車両駆動可能仕事率Ｐｄｌを演算する。この値は、発電可能電力Ｐｇｌに車両駆動用交流モータ１０４およびインバータ１０３の効率を乗じたものである。
【００３２】
次いで、ステップＳ３１６にて車両駆動トルク指令値Ｔｄｌを演算する。この値は、車両駆動可能仕事率Ｐｄｌを車両速度とギヤ比やタイヤ半径などで定まる定数の積で除したものである。車両駆動トルク指令値Ｔｄｌはインバータ１０３に与えられ、車両駆動用交流モータ１０４の出力トルクがこの値に制御される。
【００３３】
次に、ステップＳ３０８の演算について詳細に説明する。目標ガス流量については、図４に示すような燃料電池スタック１０１の特性にしたがい、目標発電電力から目標ガス流量を求める。図４に示す特性は、発電電力の増加に応じて目標ガス流量も増加していくが、ガス流量が少ない場合、発電時に生成される水が燃料電池スタック１０１内にとどまり、燃料電池スタック１０１の電圧低下を招いてしまうことを考慮して、発電電力が小さい領域で比較的大きな流量を流すようになっている。図４に示す通り、目標発電電力がＷａのときは、目標ガス流量がＱａとなる。
【００３４】
目標ガス圧力については、図５に示すような燃料電池スタック１０１の特性にしたがい、目標発電電力から目標ガス圧力を求める。図５に示すように、発電電力の増加に応じて目標ガス圧力が増加しており、目標発電電力がＷａのときは、目標ガス圧力がＰａとなる。
【００３５】
次に、ステップＳ３１２の演算について詳細に説明する。図６は、ガス流量からガス流量による発電可能電力Ｐｇｌ１を求める際に用いる燃料電池スタック１０１の特性であり、図４に示した特性のＸ軸とＹ軸を入れ替えたものである。空気質量流量センサ１３１によって検出される空気流量がＱｂの場合、ガス流量による発電可能電力Ｐａｌ１は、Ｗｂ１となる。また、図７は、ガス圧力からガス圧力による発電可能電力Ｐａｌ２を求める際に用いる燃料電池スタック１０１の特性であり、図５に示した特性のＸ軸とＹ軸を入れ替えたものである。空気圧力センサ１３２によって検出される空気圧力と水素圧力センサ１３５によって検出される水素圧力のうち、小さい値がＰｂの場合、ガス圧力による発電可能電力Ｐｇｌ２は、Ｗｂ２となる。そして、ガス流量による発電可能電力Ｗｇｌ１とガス圧力による発電可能電力Ｗｇｌ２の小さい方を発電可能電力Ｗｇｌ１とする。
【００３６】
図８は本実施形態における動作を示すタイミングチャートである。時刻ｔ１において、運転者がアクセルを踏み増して、目標発電電力ＷｃからＷｄへ増加した場合を示している。ステップＳ３０８の演算により、目標ガス流量はＱｃからＷｄへ、目標ガス圧力はＰｃからＰｄへそれぞれ増加する。ステップＳ３１０の演算により、コンプレッサ１１４、空気調整弁１３３、水素調整弁１３４がそれぞれ制御され、ガス流量およびガス圧力が目標値に制御されている。ただし、各アクチュエータの応答遅れやガス管路の容積、圧損などの影響のため、実際のガス流量、ガス圧力が目標値に到達するまでに遅れが生じる。この例では、圧力の応答が流量の応答よりも遅くなっている。そのため、ステップＳ３１２の演算では、ガス圧力による発電可能電力Ｐｇｌ２の応答がガス流量による発電可能電力Ｐｇｌ１よりも遅くなっている。したがって、両者の内小さい値となる発電可能電力Ｐｇｌは、ガス圧力による発電可能電力Ｐｇｌ２と同じ応答となる。
【００３７】
また、本実施形態中では、ガス流量の検出に空気質量流量センサ１３１を用いて説明したが、コンプレッサ１１４の回転数に応じてガス流量を推定することも可能であり、その推定値を用いて本発明を実現することも可能である。
【００３８】
上記により、燃料電池への燃料ガスおよび酸化ガスの供給に際し、目標発電電力に応じて供給ガスの流量および圧力の目標を最適に決定するため、燃料電池の発電効率を常に最適に制御することができる。また、実際の供給ガスの流量および圧力に応じて燃料電池の発電電力を制限するため、目標発電電力が変化したときに供給ガスの流量および圧力が過渡的に目標に追従しない場合であっても、燃料電池の性能劣化を防ぐことが可能となる。
【００３９】
〔第２実施形態〕
次に、図９ないし図１１を参照して、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第２実施形態について説明する。この実施形態では、燃料電池スタック１０１の温度を考慮した、目標動作点制御および発電制御について、車両制御装置１２１の動作を図９のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ３０２で目標車両駆動トルクＴｄを演算する。次いで、ステップＳ３０４にて目標車両駆動仕事率Ｐｄを演算する。次いで、ステップＳ３０６で目標発電電力Ｐｇを演算する。次いで、ステップＳ３０８にて目標運転点の演算を行う。次いで、ステップＳ３０９にて目標運転点の補正演算を行う。これについては別に説明するが、燃料電池スタック１０１出口の冷却水温度を冷却水温度センサ１３６で検出し、この値に応じて目標運転点を補正し、水素と空気の目標流量および目標圧力を演算し直すものである。ここで、冷却水の温度は燃料電池スタック１０１の温度に関連する値として用いるのであって、当然、燃料電池スタック１０１の温度を直接検出しても構わない。次いで、ステップＳ３１０にて流量・圧力制御の演算を行う。次いで、ステップＳ３１１にて流量・圧力の補正演算を行う。これについては別に説明するが、冷却水温度センサ１３６の検出値に応じて実際に供給されているガスの流量・圧力を補正するものである。次いで、ステップＳ３１２にて発電可能電力Ｐｇｌの演算を行う。ここでは、補正されたガスの流量・圧力に応じて、燃料電池スタック１０１の発電可能電力Ｐｇｌを演算する。次いで、ステップＳ３１４にて車両駆動可能仕事率Ｐｄｌを演算する。次いで、ステップＳ３１６にて車両駆動トルク指令値Ｔｄｌを演算する。車両駆動トルク指令値Ｔｄｌはインパータ１０３に与えられ、車両駆動用交流モータ１０４の出力トルクがこの値に制御される。
【００４０】
次に、ステップＳ３０９の目標運転点の補正演算について説明する。図１０、図１１は燃料電池スタック１０１の目標発電電力に対する目標運転点を示したものである。目標流量、目標圧力とも通常運転温度（ｔ０）より、低温時（ｔ１〜ｔ３、ここでｔ０＞ｔ１＞ｔ２＞ｔ３とする）の方が高い値が必要であり、低温になればなるほど高い値が必要である。
【００４１】
これは、燃料電池の温度が通常運転温度より低ければ、発電の際の電気化学反応が低下するため、ガス圧力を高めないと目標発電電力を達成できないためである。加えて、燃料電池スタック１０１のガス下流にあるセルは、発電によって消費されるガス量が少なくなり、低温時は、電気化学反応の低下の影響が現れやすい。したがって、ガス流量を増やして、その影響を小さくする必要がある。また、発電によって生成される水が凝縮しやすく、ガス流量の増加をしないと、燃料電池内部に生成水が溜まってしまうためである。
【００４２】
そこで、ステップＳ３０８で演算される通常運転温度での目標ガス流量および目標ガス圧力に対して、燃料電池スタック１０１の温度またはそれに関連する値をパラメータとして補正をかける。例えば、所定の係数をステップＳ３０８で演算された目標ガス流量および目標ガス圧力に乗じる、あるいは、所定の定数をステップＳ３０８で演算された目標ガス流量および目標ガス圧力に加える処理を行う。ここで、所定の係数、所定の定数は、空気流量、水素圧力毎に設定され、それぞれは冷却水温度でテーブル検索される値である。このように演算された値を、改めて目標ガス流量、目標ガス圧力とする。
【００４３】
次に、ステップＳ３１１について説明する。ここでは、検出されたガス流量およびガス圧力を通常運転温度でのガス流量およびガス圧力に補正する。すなわち、検出された空気流量、空気圧力、水素圧力を、ステップＳ３０９で用いた所定の係数で除す、あるいは、検出された空気流量、空気圧力、水素圧力からステップＳ３０９で用いた所定の定数を減じる。これにより、低温時の電気化学反応の低下、水溜りなど、発電可能電力に影響を及ぼすものを打ち消すために必要なガス流量、ガス圧力分を排除した場合のガス流量、ガス圧力が求められる。この補正されたガス流量、ガス圧力を改めてガス流量およびガス圧力とすれば、ステップＳ３１２の通常運転温度での発電可能電力の演算結果が、燃料電池スタック１０１の温度の影響を考慮した発電可能電力Ｐｇｌとなる。
【００４４】
上記により、燃料電池への燃料ガスおよび酸化ガスの供給に際し、目標発電電力と燃料電池の温度に応じて供給ガスの流量および圧力の目標を最適に決定するため、燃料電池の発電効率を燃料電池温度にかかわらず最適に制御することができる。また、実際の供給ガスの流量および圧力と燃料電池温度に応じて燃料電池の発電電力を制限するため、目標発電電力が変化したときに供給ガスの流量および圧力が過渡的に目標に追従しない場合であっても、燃料電池の性能劣化を燃料電池の温度にかかわらず防ぐことが可能となる。加えて、燃料電池の温度に応じて、供給ガスの流量および圧力の目標を最適に決定するため、燃料電池が低温にあっても、発電電力の制限を最小限に終えることが可能となり、燃料電池の昇温時間が短縮され、高効率の通常運転に速やかに移行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の基本構成を説明する基本構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図３】第１実施形態における燃料電池制御動作を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態におけるガス目標流量特性を示すグラフである。
【図５】第１実施形態におけるガス目標圧力特性を示すグラフである。
【図６】第１実施形態におけるガス流量による発電可能電力特性を示すグラフである。
【図７】第１実施形態におけるガス圧力による発電可能電力特性を示すグラフである。
【図８】第１実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】第２実施形態における燃料電池制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態におけるガス目標流量特性を示すグラフである。
【図１１】第２実施形態におけるガス目標圧力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１制御装置
２目標運転点演算手段
３流量検出手段
４圧力検出手段
５発電可能電力演算手段
６負荷制御手段
１０１燃料電池スタック
１０３インバータ
１０４車両駆動用交流モータ
１１１加湿器
１１３純水供給ポンプ
１１４コンプレッサ
１１５冷却水供給ポンプ
１２１制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a fuel cell system, and more particularly to a control device for a fuel cell system that can suppress a decrease in fuel cell output when the stack is at a low temperature.
[0002]
[Prior art]
In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidizing gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes. Therefore, more gas supply is required as the amount of power generated by the fuel cell increases. Conversely, when the amount of power generated by the fuel cell is small, the gas supply amount may be small. In other words, when changing the amount of power generated by the fuel cell, if the efficiency is taken into consideration, it is necessary to make the gas supply amount variable according to the amount of generated power.
[0003]
Therefore, for example, in the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-75214, the target of the gas supply amount is determined based on the power generation amount of the fuel cell. Here, in the case of an electric vehicle equipped with a fuel cell, the power generation amount of the fuel cell is typically retrieved from a table based on the accelerator opening. And the target of gas supply amount is searched in a table from the power generation amount of the fuel cell.
[0004]
On the other hand, the actual supply amount is always delayed with respect to the target of the gas supply amount due to the response of the actuator, the pipe resistance of the gas path, and the influence of the volume. For example, when the target power generation amount of the fuel cell is increased, the target gas supply amount also increases rapidly according to the target power generation amount. However, the actual gas supply amount is short enough to cover the increased target power generation amount of the fuel cell. Does not increase. At this time, if the output power corresponding to the target power generation amount is supplied from the fuel cell to the load, in other words, the output power corresponding to the target power generation amount is drawn before the actual power generation amount reaches the target power generation amount. As a result, a voltage drop occurs, leading to a decrease in fuel cell performance or a deterioration of the fuel cell.
[0005]
In the above-mentioned publication, in order to prevent this, the gas flow rate is detected, the power generation amount of the fuel cell searched in the table is searched from the value, and the power generation amount of the fuel cell is limited by the power generation amount. It is also disclosed. In the case of an electric vehicle equipped with a fuel cell, the amount of power generation is achieved by limiting the output of a drive motor that is a load of the fuel cell. In addition, regarding the limitation on the amount of power generation, the prior art also mentions the limitation due to the temperature of the fuel cell. In other words, the power generation amount of the fuel cell is limited by the power generation amount limit value which is smaller of the power generation amount limit value retrieved from the fuel cell temperature in the table and the aforementioned power generation amount limit value obtained from the actual gas flow rate. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technology described above, the gas flow rate supplied to the fuel cell is changed in accordance with the change of the target generated power for the fuel cell, and the actual gas flow rate is detected and the fuel cell is detected based on the detected value. The amount of power generated is limited. However, the power that can be generated by the fuel cell greatly depends not only on the flow rate but also on the pressure. That is, the electrochemical reaction of the fuel cell is affected by the pressures of the fuel gas and the oxidizing gas, and the higher these pressures, the more the electrochemical reaction is promoted and the power that can be generated increases.
[0007]
In addition, when the temperature of the fuel cell is low, the resistance of the electrolyte membrane increases and, in addition, the electrochemical reaction is suppressed. Therefore, if the generated power is not limited, the fuel cell will be deteriorated. In the prior art, the generated power is limited by using the temperature of the fuel cell as a parameter. Therefore, when the fuel cell is at a low temperature, the power that can be generated is lower than normal, and the heat generation that raises the temperature of the fuel cell. Therefore, there is a problem that the warm-up time of the fuel cell becomes long.
[0008]
Furthermore, since fuel cells are stacked in a single cell, the partial pressure of fuel and oxygen tends to be lower on the downstream side than on the upstream side of the gas flow path, and the electrochemical reaction is suppressed when the temperature of the fuel cell is low. As a result, there is a problem that the influence is increased, and as a result, a voltage drop is likely to occur, and the performance of the fuel cell may be deteriorated.
[0009]
On the other hand, when the temperature of the fuel cell is low, water generated with power generation is likely to condense, and the performance of the fuel cell is likely to deteriorate due to a voltage drop due to water clogging.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a control device that improves the efficiency of a fuel cell, prevents performance deterioration of the fuel cell, and shortens the warm-up time of the fuel cell. It is the purpose.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 controls supply of the fuel gas and the oxidizing gas to a fuel cell that supplies electric energy to a load by a reaction between the fuel gas and the oxidizing gas, And in the control device of the fuel cell system for controlling the output power of the fuel cell, the target operating point calculation means for calculating the target flow rate and the target pressure of the fuel gas and the oxidizing gas based on the target generated power of the fuel cell When, Control means for controlling the flow rate and pressure of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell based on the target flow rate and the target pressure; Of the fuel gas and the oxidizing gas. Flow rate A flow rate detecting means for detecting; a pressure detecting means for detecting pressures of the fuel gas and the oxidizing gas; Flow rate and And a loadable power calculating means for calculating the power that can be generated by the fuel cell based on the pressure, and a load control means for controlling the output power of the fuel cell so as to be limited to the power that can be generated. Is the gist.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a control device for a fuel cell system according to the first aspect of the present invention, in order to achieve the above object. Temperature Temperature detecting means for detecting, and the detected said To temperature Target flow rate correcting means for correcting the target flow rate based on the detected flow rate, To temperature Target pressure correcting means for correcting the target pressure based on the detected pressure, To temperature Based on the input of the power generating power calculating means Flow rate A flow rate correcting means for correcting the detected flow rate; To temperature And a pressure correcting means for correcting the pressure, which is an input of the power generating power calculating means.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control device for a fuel cell system according to the second aspect, the target pressure correcting means includes the target pressure correcting means. temperature When the pressure is smaller than a predetermined value, the target pressure is corrected so as to increase. temperature The gist is that the pressure is corrected so as to decrease when the pressure is smaller than the predetermined value.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control device for the fuel cell system according to the second aspect, the target flow rate correcting means is the temperature When the target flow rate is smaller than a predetermined value, the target flow rate is corrected so as to increase. temperature When less than a predetermined value Flow rate The gist is that the correction is made so as to decrease.
[0015]
In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, in the control device for a fuel cell system according to the third aspect, the target pressure correcting means is configured to obtain a detected value of the temperature detecting means and a predetermined rated temperature. The gist is to correct the target pressure according to the difference.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control device for a fuel cell system according to the fourth aspect, the target flow rate correcting means is configured to obtain a detected value of the temperature detecting means and a predetermined rated temperature. The gist is to correct the target flow rate according to the difference.
[0017]
【The invention's effect】
According to the invention of claim 1 , When supplying fuel gas and oxidant gas to the fuel cell, the target of flow rate and pressure of the supply gas is optimally determined according to the target generated power, so that the power generation efficiency of the fuel cell can always be optimally controlled. There is. Further, since the output power from the fuel cell is limited according to the actual flow rate and pressure of the supply gas, the flow rate and pressure of the supply gas do not transiently follow the target when the target generated power changes. Also, there is an effect that it becomes possible to prevent the performance deterioration of the fuel cell.
[0018]
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, , The pressure and flow rate of the fuel gas and the oxidizing gas can be controlled in consideration of the temperature characteristics of the fuel cell, and the generated power can be limited to a minimum. As a result, even when the temperature of the fuel cell is low, the temperature of the fuel cell is quickly raised by heat generated by power generation, and there is an effect that it is possible to shift to a normal power generation state. In addition, the fuel cell temperature is corrected after correcting the actual flow rate and pressure of the supplied gas, and the power that can be generated by the fuel cell is calculated. It has the effect of becoming.
[0019]
According to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 2, , Since the correction is made so that the pressure target of the supply gas is increased at a low temperature when the rate of the electrochemical reaction is low, there is an effect that the limit of the output power of the fuel cell can be minimized.
[0020]
According to the invention of claim 4, in addition to the effect of the invention of claim 2, , When the temperature of the fuel cell is low, correction is made to increase the target flow rate of the supply gas, so that the effect of discharging the condensed product water to the outside of the fuel cell is obtained, and the fuel and oxygen distribution downstream of the gas flow path is obtained. Suppresses the effects of pressure drop and minimizes the power generation limit
be able to.
[0021]
According to the invention of claim 5, in addition to the effect of the invention of claim 3, the target pressure correction means corrects the target pressure according to a difference between a detection value of the temperature detection means and a predetermined rated temperature. Thus, there is an effect that more accurate target pressure correction can be performed according to the temperature difference between the operating temperature of the fuel cell and the rated temperature.
[0022]
According to the invention of claim 6, in addition to the effect of the invention of claim 4, the target flow rate correction means corrects the target flow rate according to a difference between a detected value of the temperature detection means and a predetermined rated temperature. Thus, there is an effect that more accurate target flow rate correction can be performed according to the temperature difference between the operating temperature of the fuel cell and the rated temperature.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a basic configuration diagram of a control device for a fuel cell system according to the present invention. In FIG. 1, the control device 1 of the fuel cell system controls the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell stack 10 and controls the output power of the fuel cell. Further, the control device 1 detects target operating point calculation means 2 for calculating the target flow rate and target pressure of the fuel gas and the oxidizing gas based on the target generated power of the fuel cell, and a value related to the flow rate of the fuel gas and the oxidizing gas. A flow rate detecting means 3 for detecting the pressure of the fuel gas and the oxidizing gas, and a power generating power calculating means for calculating the power that can be generated by the fuel cell based on the value and pressure related to the detected flow rate. 5 and load control means 6 for controlling the output power of the fuel cell so as to be limited to the power that can be generated.
[0024]
[First Embodiment]
Next, a first embodiment of a control device for a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, an inverter 103 that converts DC power supplied from a fuel cell (also referred to as a fuel cell main body or a fuel cell stack) 101 to AC power, and vehicle driving that is driven by the inverter 103. This is an example of application to a fuel cell vehicle including an AC motor 104 for driving, and a driving wheel 106 driven via a differential device 105 by a driving force generated by the AC motor 104.
[0025]
Hydrogen is supplied to a hydrogen electrode (not shown) of the fuel cell stack 101 from a high-pressure hydrogen tank 112 via a pressure regulating valve 134 driven by the fuel cell vehicle control device 121, and a fuel cell vehicle control device 121 is connected to an air electrode (not shown). Air is supplied from the compressor 114 controlled by the above, and the hydrogen and air are humidified by the humidifier 111. Pure water is supplied to the humidifier 111 by a pure water supply pump 113 controlled by the control device 121. The air pressure of the air electrode of the fuel cell stack 101 is controlled by an air pressure regulating valve 133 controlled by the control device 121, and excess air is discharged to the outside through the air pressure regulating valve 133. The fuel cell stack 101 is cooled by cooling water supplied by a cooling water supply pump 115 controlled by the control device 121.
[0026]
The control device 121 sends a command value to the inverter 103 according to the accelerator sensor 122, the vehicle speed sensor 123, the brake sensor 124, and the shift switch 125 to control the entire vehicle. An air mass flow sensor 131 is provided at the inlet of the compressor 114, an air pressure sensor 132 is provided at the air electrode inlet of the fuel cell stack 101, a hydrogen pressure sensor 135 is provided at the hydrogen electrode inlet, and a cooling water temperature sensor 136 is provided at the cooling water outlet. Each is installed and the control device 121 reads the value.
[0027]
The correspondence between the basic configuration shown in FIG. 1 and the configuration of the first embodiment shown in FIG. 2 is as follows. 1 correspond to the fuel cell stack 101, the air mass flow sensor 131, the air pressure sensor 132, and the hydrogen pressure sensor 135 of FIG. 2, respectively. 1 is realized as a program executed by the control device 121 using the microprocessor of FIG. 2 or the like.
[0028]
Next, operation | movement of the control apparatus 121 is demonstrated based on the flowchart of FIG. First, in step S302, the target vehicle driving torque Td is calculated. This value is calculated from a map or the like from the driver's operation amount and the current vehicle speed input from the vehicle speed sensor 123 such as the accelerator opening input from the accelerator sensor 122 and the shift position input from the shift switch 125.
[0029]
Next, in step S304, the target vehicle driving power Pd is calculated. This value is obtained by multiplying the product of the target vehicle driving torque Td and the vehicle speed by a constant determined by a gear ratio, a tire radius, or the like. Next, in step S306, the target generated power Pg is calculated. This value is obtained by dividing the target vehicle driving power Pd by the efficiency of the vehicle driving AC motor 104 and the inverter 103. Next, in step S308, a target operating point is calculated. Although this will be described separately, the target flow rate and target pressure of hydrogen and air supplied to the fuel cell stack 101 are calculated according to the target generated power of the fuel cell stack 101.
[0030]
Next, in step S310, calculation of flow rate / pressure control is performed. Here, the target rotational speed of the compressor 114 and the target of the air pressure regulating valve 133 are set so that the air flow rate and pressure detected by the air mass flow sensor 131 and the air pressure sensor 132 respectively match the target flow rate and target pressure of air. Calculate the opening and control each one. Further, the target opening of the hydrogen pressure regulating valve 134 is calculated and controlled so that the hydrogen pressure detected by the hydrogen pressure sensor 135 matches the hydrogen target pressure.
[0031]
Next, in step S312, the power generation possible power Pgl is calculated. Although this will also be described separately, the electric power Pgl that can be generated by the fuel cell stack 101 is calculated according to the flow rate / pressure of the gas actually supplied to the fuel cell stack 101. In step S314, the vehicle driveable power Pdl is calculated. This value is obtained by multiplying the electric power Pgl that can be generated by the efficiency of the vehicle driving AC motor 104 and the inverter 103.
[0032]
Next, a vehicle drive torque command value Tdl is calculated in step S316. This value is obtained by dividing the vehicle drivable power Pdl by a product of a constant determined by the vehicle speed, the gear ratio, the tire radius, and the like. The vehicle drive torque command value Tdl is given to the inverter 103, and the output torque of the vehicle drive AC motor 104 is controlled to this value.
[0033]
Next, the calculation in step S308 will be described in detail. Regarding the target gas flow rate, the target gas flow rate is obtained from the target generated power in accordance with the characteristics of the fuel cell stack 101 as shown in FIG. The characteristic shown in FIG. 4 is that the target gas flow rate increases as the generated power increases, but when the gas flow rate is low, water generated during power generation stays in the fuel cell stack 101 and the fuel cell stack 101 Considering that the voltage drop is caused, a relatively large flow rate is allowed to flow in a region where the generated power is small. As shown in FIG. 4, when the target generated power is Wa, the target gas flow rate is Qa.
[0034]
Regarding the target gas pressure, the target gas pressure is obtained from the target generated power in accordance with the characteristics of the fuel cell stack 101 as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the target gas pressure increases as the generated power increases, and when the target generated power is Wa, the target gas pressure is Pa.
[0035]
Next, the calculation in step S312 will be described in detail. FIG. 6 shows the characteristics of the fuel cell stack 101 used when determining the power generation possible power Pgl1 based on the gas flow rate from the gas flow rate, in which the X axis and Y axis of the characteristics shown in FIG. 4 are interchanged. When the air flow rate detected by the air mass flow sensor 131 is Qb, the electric power Pal1 that can be generated by the gas flow rate is Wb1. FIG. 7 shows the characteristics of the fuel cell stack 101 used when obtaining the electric power Pal2 that can be generated by the gas pressure from the gas pressure. The X axis and the Y axis of the characteristic shown in FIG. 5 are interchanged. When the small value of the air pressure detected by the air pressure sensor 132 and the hydrogen pressure detected by the hydrogen pressure sensor 135 is Pb, the electric power Pgl2 that can be generated by the gas pressure is Wb2. The smaller one of the power generating power Wgl1 based on the gas flow rate and the power generating power Wgl2 based on the gas pressure is defined as the power generating power Wgl1.
[0036]
FIG. 8 is a timing chart showing the operation in this embodiment. The case where the driver steps on the accelerator and increases from the target generated power Wc to Wd at time t1 is shown. By the calculation in step S308, the target gas flow rate increases from Qc to Wd, and the target gas pressure increases from Pc to Pd. The compressor 114, the air regulating valve 133, and the hydrogen regulating valve 134 are each controlled by the calculation in step S310, and the gas flow rate and the gas pressure are controlled to the target values. However, there is a delay until the actual gas flow rate and gas pressure reach the target values due to the influence of the response delay of each actuator, the volume of the gas pipeline, the pressure loss, and the like. In this example, the pressure response is slower than the flow rate response. Therefore, in the calculation in step S312, the response of the power Pgl2 that can be generated by the gas pressure is generated by the gas flow rate. Electric It is slower than the possible power Pgl1. Therefore, the power generating power Pgl that is the smaller value of the both has the same response as the power generating power Pgl2 due to the gas pressure.
[0037]
In the present embodiment, the air mass flow sensor 131 is used to detect the gas flow rate. However, the gas flow rate can be estimated according to the rotation speed of the compressor 114, and the estimated value is used. It is also possible to implement the present invention.
[0038]
As described above, when supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell, the target of the flow rate and pressure of the supply gas is optimally determined according to the target generated power, so that the power generation efficiency of the fuel cell can always be optimally controlled. it can. In addition, since the generated power of the fuel cell is limited according to the actual flow rate and pressure of the supply gas, even if the flow rate and pressure of the supply gas do not follow the target transiently when the target generated power changes. It becomes possible to prevent the performance deterioration of the fuel cell.
[0039]
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 9 thru | or FIG. 11, 2nd Embodiment of the control apparatus of the fuel cell system which concerns on this invention is described. In this embodiment, the operation of the vehicle control device 121 will be described based on the flowchart of FIG. 9 with respect to the target operating point control and power generation control in consideration of the temperature of the fuel cell stack 101. First, in step S302, the target vehicle driving torque Td is calculated. Next, in step S304, the target vehicle driving power Pd is calculated. Next, in step S306, the target generated power Pg is calculated. Next, in step S308, a target operating point is calculated. Next, in step S309, a target operation point correction calculation is performed. Although this will be described separately, the coolant temperature sensor 136 detects the coolant temperature at the outlet of the fuel cell stack 101, corrects the target operating point according to this value, and calculates the target flow rate and target pressure of hydrogen and air. It is something to redo. Here, the temperature of the cooling water is used as a value related to the temperature of the fuel cell stack 101, and naturally, the temperature of the fuel cell stack 101 may be directly detected. Next, in step S310, calculation of flow rate / pressure control is performed. In step S311, a flow rate / pressure correction calculation is performed. Although this will be described separately, the flow rate / pressure of the gas actually supplied is corrected according to the detection value of the coolant temperature sensor 136. Next, in step S312, the power generation possible power Pgl is calculated. Here, the power generation possible power Pgl of the fuel cell stack 101 is calculated according to the corrected gas flow rate and pressure. In step S314, the vehicle driveable power Pdl is calculated. Next, a vehicle drive torque command value Tdl is calculated in step S316. The vehicle drive torque command value Tdl is given to the inverter 103, and the output torque of the vehicle drive AC motor 104 is controlled to this value.
[0040]
Next, the correction calculation of the target operating point in step S309 will be described. 10 and 11 show the target operating points for the target generated power of the fuel cell stack 101. FIG. Both the target flow rate and the target pressure require higher values at lower temperatures (t1 to t3, where t0>t1>t2> t3) than the normal operating temperature (t0), and higher values at lower temperatures. is required.
[0041]
This is because if the temperature of the fuel cell is lower than the normal operating temperature, the electrochemical reaction during power generation decreases, and therefore the target generated power cannot be achieved unless the gas pressure is increased. In addition, the amount of gas consumed by the power generation in the cells downstream of the gas in the fuel cell stack 101 decreases, and the influence of a decrease in electrochemical reaction tends to appear at low temperatures. Therefore, it is necessary to increase the gas flow rate and reduce the influence. Further, the water generated by power generation is likely to condense, and the generated water will accumulate inside the fuel cell unless the gas flow rate is increased.
[0042]
Therefore, the target gas flow rate and target gas pressure at the normal operation temperature calculated in step S308 are corrected using the temperature of the fuel cell stack 101 or a value related thereto as a parameter. For example, a process of multiplying the target gas flow rate and target gas pressure calculated in step S308 by a predetermined coefficient or adding a predetermined constant to the target gas flow rate and target gas pressure calculated in step S308 is performed. Here, the predetermined coefficient and the predetermined constant are set for each air flow rate and hydrogen pressure, and each is a value that is searched in the table with the cooling water temperature. The values calculated in this way are again set as the target gas flow rate and the target gas pressure.
[0043]
Next, step S311 will be described. Here, the detected gas flow rate and gas pressure are corrected to the gas flow rate and gas pressure at the normal operating temperature. That is, the detected air flow rate, air pressure, and hydrogen pressure are divided by the predetermined coefficient used in step S309, or the predetermined constant used in step S309 is calculated from the detected air flow rate, air pressure, and hydrogen pressure. Decrease. Accordingly, the gas flow rate and the gas pressure in the case where the gas flow rate and the gas pressure necessary for canceling the influence on the power that can be generated, such as a decrease in the electrochemical reaction at a low temperature and a water pool, are obtained. If the corrected gas flow rate and gas pressure are changed to the gas flow rate and gas pressure, the calculation result of the power that can be generated at the normal operation temperature in step S312 is the power that can be generated in consideration of the influence of the temperature of the fuel cell stack 101. Pgl.
[0044]
As described above, when supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell, the power generation efficiency of the fuel cell is determined in order to optimally determine the target of the flow rate and pressure of the supply gas according to the target generated power and the temperature of the fuel cell. It can be optimally controlled regardless of temperature. Also, when the target generated power changes, the flow and pressure of the supply gas do not follow the target transiently because the generated power of the fuel cell is limited according to the actual flow and pressure of the supplied gas and the fuel cell temperature. Even so, it is possible to prevent the performance deterioration of the fuel cell regardless of the temperature of the fuel cell. In addition, since the target of the flow rate and pressure of the supply gas is optimally determined according to the temperature of the fuel cell, it is possible to limit the generated power to a minimum even when the fuel cell is at a low temperature. The battery temperature rise time is shortened, and it is possible to quickly shift to high-efficiency normal operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram illustrating a basic configuration of a control device for a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 2 is a system configuration diagram showing the configuration of the first embodiment of the control apparatus for the fuel cell system according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a fuel cell control operation in the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a gas target flow rate characteristic in the first embodiment.
FIG. 5 is a graph showing a gas target pressure characteristic in the first embodiment.
FIG. 6 is a graph showing a power generation-possible characteristic according to the gas flow rate in the first embodiment.
FIG. 7 is a graph illustrating a power generation-possible power characteristic according to gas pressure in the first embodiment.
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the first embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing a fuel cell control operation in the second embodiment.
FIG. 10 is a graph showing a gas target flow rate characteristic in the second embodiment.
FIG. 11 is a graph showing a gas target pressure characteristic in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Control device
2 Target operating point calculation means
3 Flow rate detection means
4 Pressure detection means
5 Electricity generation power calculation means
6 Load control means
101 Fuel cell stack
103 inverter
104 AC motor for vehicle drive
111 Humidifier
113 Pure water supply pump
114 Compressor
115 Cooling water supply pump
121 Control device

Claims

A fuel cell system that controls supply of the fuel gas and the oxidizing gas to a fuel cell that supplies electric energy to a load by a reaction between the fuel gas and the oxidizing gas, and controls output power of the fuel cell. In the control device,
Target operating point calculating means for calculating a target flow rate and a target pressure of the fuel gas and the oxidizing gas based on the target generated power of the fuel cell;
Control means for controlling the flow rate and pressure of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell based on the target flow rate and the target pressure;
Flow rate detection means for detecting flow rates of the fuel gas and the oxidizing gas;
Pressure detecting means for detecting pressures of the fuel gas and the oxidizing gas;
A power generating power calculating means for calculating power generated by the fuel cell based on the detected flow rate and pressure;
Load control means for controlling the output power of the fuel cell to be limited to the power that can be generated;
A control apparatus for a fuel cell system, comprising:

Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Target flow rate correcting means for correcting the target flow rate based on the detected temperature ;
Target pressure correction means for correcting the target pressure based on the detected temperature ;
Flow rate correction means for correcting the flow rate that is an input of the power generation possible power calculation means based on the detected temperature ;
Pressure correcting means for correcting the pressure, which is an input of the power generation capability calculating means , based on the detected temperature ;
The fuel cell system control device according to claim 1, comprising:

The target pressure correction means corrects the target pressure so as to increase when the temperature is lower than a predetermined value, and the pressure correction means decreases the pressure when the temperature is lower than the predetermined value. The control device for a fuel cell system according to claim 2, wherein

The target flow rate correcting means corrects the target flow rate so as to increase when the temperature is lower than a predetermined value, and the flow rate correcting means decreases the flow rate when the temperature is lower than a predetermined value. The control device for a fuel cell system according to claim 2, wherein

4. The control apparatus for a fuel cell system according to claim 3, wherein the target pressure correction means corrects the target pressure according to a difference between a detection value of the temperature detection means and a predetermined rated temperature.

5. The control device for a fuel cell system according to claim 4, wherein the target flow rate correction unit corrects the target flow rate according to a difference between a detection value of the temperature detection unit and a predetermined rated temperature.