JP4456197B2 - Fuel cell power generation control method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の発電制御方法に係り、特に、燃料電池と過渡応答対応電気エネルギバッファとを備えるいわゆるハイブリッド型の燃料電池電源システムにおける燃料電池の発電制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃料電池を搭載したいわゆる燃料電池電気自動車の開発が盛んになってきている。この燃料電池電気自動車の一つとして、電源として燃料電池とバッテリなどの過渡応答対応電気エネルギバッファを搭載したいわゆるハイブリッド型の燃料電池電気自動車が知られている。このハイブリッド型の燃料電池電気自動車においては、燃料電池応答速度範囲内の時は燃料電池によって電流を供給する。また、加速時などの過渡時であって、燃料電池のみでは電流を十分に供給できない、あるいは燃料供給系の遅れによって要求速度に追従できないような場合には、過渡応答対応電気エネルギバッファより電流を供給する出力電流制御が行われる。
【0003】
しかし、この出力電流制御では、燃料電池からは一定の電流が供給されているため、外部負荷が小さい場合には、別途設けた抵抗負荷などによって、余剰電力を消費しており、その分無駄な電流を生じるものであった。
【0004】
このような無駄を防止するため、特開平5−151983号公報においては、燃料電池の出力電流を制御している燃料電池電源システムが開示されている。
図5に示すように、この燃料電池電源システムM′は、燃料電池51、DC/DCコンバータ52、および過渡応答対応電気エネルギバッファであるバッテリ53を備えている。さらに、要求される外部負荷(要求負荷)54に応じて燃料電池51の電流供給量およびDC/DCコンバータ52の出力制限値を制御する制御装置55が設けられている。また、燃料電池51の出力電流を測定する電流計56およびバッテリ53の出力電流を測定する電流計57が設けられている。さらには、DC/DCコンバータ52の出力回路には、出力電圧を測定するための電圧計58が設けられている。
【0005】
この燃料電池電源システムM′においては、電流計56によって燃料電池51に出力電流を測定するとともに、電流計57によってバッテリ53の出力電流を測定している。また、電圧計58の測定値およびバッテリ53に設けられた図示しない温度計の測定値に基づいて、DC/DCコンバータ52の出力電圧を制御している。
【0006】
そして、外部負荷54が急増した際、これらの電流計56,57の測定値に基づいて、DC/DCコンバータ52において電流の出力制限を行い、燃料電池51の出力電流の制限を燃料電池51が追従できる速度で変化させている。一方、外部負荷54に対して不足する分の電流については、バッテリ53から供給するようにしている。このようにして、外部負荷54が急増した際にも、安定して電流を供給できるように制御している。また、これらの制御は、すべて制御装置55において行われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来技術においては、ハイブリッド型の燃料電池電気自動車が急減速したり、あるいは急停止するなど、外部負荷が急激に減少する場合、あるいはそこから電力が回生する場合についてはなんら対処していない。このように、外部負荷が急激に減少した場合に、燃料電池の発生電流をその外部負荷の減少に対応させて減少させると、図示しない水素吸蔵合金から燃料電池に供給される水素の供給量も当然に減少させなけばならない。
【0008】
しかし、水素の供給量を減少させる際には一定の遅れが避けられないものである。そのため、余分な水素を燃料電池に供給してしまうことになり、燃料電池の内部に圧力が掛かった水素が残留することになる。その結果、酸素系との圧力バランスが崩れ、圧力平衡がとれなくなって燃料電池が非常停止してしまうことがある。さらには、燃料電池の反応膜が破損してしまうおそれもある。
【0009】
そこで、本発明の課題は、外部負荷が急激に増大した場合のみならず、外部負荷が急激に減少しまたは回生した場合についても、燃料電池内部の残留水素を安全に消費しかつ非常停止することなく、常に安定した電力を外部負荷に対して供給できるように燃料電池の発電制御を行うことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明のうち、(1)請求項1に係る発明は、燃料電池電源システムの要求負荷に応じて決定される燃料電池出力電流目標値が減少する場合に、当該燃料電池出力電流目標値の減少に応じて減少される前記燃料電池出力電流指令値の減少率を、前記燃料電池出力電流目標値の減少率よりも小さくすることで前記燃料電池に多く発電させて余剰燃料ガスを処理させ、前記余剰燃料ガスを処理させた際の発電電力を、前記電気エネルギバッファに蓄電させることを特徴とする燃料電池の発電制御方法である。
また、(2)請求項2に係る発明は、燃料電池電源システムの要求負荷に応じて決定される燃料電池出力電流目標値が所定の閾値を超えて減少する場合は、前記燃料電池出力電流目標値の減少に応じて減少される前記燃料電池出力電流指令値の減少率を、前記所定の閾値を超えない場合よりも小さくすることで前記燃料電池に多く発電させて余剰燃料ガスを処理させ、前記余剰燃料ガスを処理させた際の発電電力を、前記電気エネルギバッファに蓄電させることを特徴とする燃料電池の発電制御方法である。
【0011】
本発明においては、燃料電池内における圧力がかかった水素の残存を抑制することができる。
なお、ここでいう「所定の減少率」とは、この減少に追従させて燃料電池出力電流指令値を減少させると、余剰水素が発生する程の急激な減少を意味する。
後記する実施の形態での、「燃料電池出力電流目標値の減少率に応じて決定される減少率」は、燃料電池に余剰水素が残存しない範囲内における減少率を意味する。
さらに、後記する実施の形態での、燃料電池出力電流限界値から差し引く「規定値」とは、燃料電池出力指令値が燃料電池出力電流値を超えないように与えられるマージンであり、具体的には、たとえば1A程度に設定することができる。
【0012】
(3) また、請求項3に係る発明は、前記制御装置が、前記燃料電池出力電流目標値が前記所定の閾値を超えて減少する場合において、前記燃料電池から取り出す電流の限界値である燃料電池出力電流限界値を、前記燃料電池出力電流目標値よりも大きな値として、かつ、当該燃料電池出力電流目標値の減少に応じて減少するように定めるとともに、前記燃料電池出力電流指令値を、前記燃料電池出力電流限界値を超えない範囲で減少するように定めることを特徴とする燃料電池の発電制御方法である。
(4) また、請求項4に係る発明は、前記制御装置が、前記燃料電池出力電流指令値を、前記燃料電池出力電流限界値を超えない範囲で減少するように定める場合において、前記燃料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値以上のときには、前記燃料電池出力電流指令値を前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値と一致させることを特徴とする発電制御方法である。
(5) また、請求項5に係る発明は、前記制御装置は、前記燃料電池出力電流目標値と一致するまで前記燃料電池出力電流指令値を減少させるように制御することを特徴とする燃料電池の発電制御方法である。
(6) また、請求項6に係る発明は、前記制御装置は、前記燃料電池出力電流目標値が回生状態にあると判断した場合において、前記燃料電池から取り出す電流の限界値である燃料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値以上のときには、前記燃料電池出力電流指令値を前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値と一致させることを特徴とする燃料電池の発電制御方法である。請求項6に係る発明のように燃料電池出力電流目標値が回生状態にあるときにも、燃料電池出力電流目標値が急激に減少する場合と同様の問題が生じうる。したがって、燃料電池出力電流目標値が回生状態にあるときにも、同様の制御を行うのが好適である。
【0013】
なお、前記燃料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流目標値を上回るときに、前記燃料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値を超える場合には、前記燃料電池出力電流指令値を前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値と一致させ、前記燃料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値以下の場合には、前記燃料電池出力電流指令値を前記所定の減少率で減少させながら、前記燃料電池出力電流目標値と一致するまで前記燃料電池出力電流指令値を減少させるように制御することもできる。
【0014】
料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流目標値を上回るときにも、燃料電池出力電流目標値が急激に減少する場合と同様の問題が生じうる。したがって、燃料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流目標値を上回るときにも、同様の制御を行うのが好適である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、具体的に説明する。
図1は、本発明に係る発電制御が行われる燃料電池電源システムにおける電気系システムのブロック図、図2は、その燃料供給系システムのブロック図である。燃料電池電源システムMは、たとえば燃料電池電気自動車に搭載して使用されるため、ここでは燃料電池電源システムMを図示しない燃料電池電気自動車に搭載して使用する例について説明する。
【0016】
図1に示すように、燃料電池電源システムMにおける電気系システムM1は燃料電池1を備えている。燃料電池1は、DC/DCコンバータ2を介して過渡応答対応電気エネルギバッファであるバッテリ3に接続されている。また、図示しない主モータや各補機の要求負荷からなる外部負荷4に応じて要求される電流を燃料電池1およびバッテリ3から図示しない主モータや各補機に対して供給している。この外部負荷4は、電流計8により検出された電流値に基づいて算出などする。
【0017】
さらに、燃料電池1の電流供給量を制御するとともに、DC/DCコンバータ2の出力制限値を制御する制御装置5が設けられている。そして、燃料電池1およびバッテリ3からの出力電流を測定する電流計6,7および外部負荷電流を測定する電流計8が設けられている。また、DC/DCコンバータ2からの出力電圧を測定するための電圧計9が設けられている。そして、これらの電流計6,7,8および電圧計9によって測定された各電流値および電圧値は制御装置5に送られる。制御装置5においては、これらの電流値および電圧値に基づいて、燃料電池1の出力電流値とDC/DCコンバータ2の出力制限値、およびDC/DCコンバータ2の出力電圧値を制御している。
【0018】
また、図2に示すように、燃料供給系システムM2において、燃料電池1に対しては、たとえば吸蔵水素合金からなる水素供給源11からレギュレータ12およびイジェクタ13を介して水素が供給される。レギュレータ12においては、供給される水素の供給量を制御しており、イジェクタ13によって直接燃料電池1に水素を噴出している。
【0019】
さらに、燃料電池1に対しては、酸素リッチである空気が供給される。空気は、エアポンプ14の作用により、燃料電池1へと供給されるが、エアポンプ14によって空気を吸引する前に、エアフィルタ15で塵埃などを捕捉し、エアポンプ14から排出された後は熱交換器16によって空気を冷却する。その後の空気は、フィルタ17を介して、燃料電池1へと供給される。
【0020】
燃料電池1には、水素と空気(酸素)とがそれぞれ水素極および酸素極に供給され、燃料電池1内を加湿器18で加湿して、水素と空気中の酸素の電気化学的反応を促進する。そして、燃料電池1において、水素と空気中の酸素が電気化学的に反応して電流が発生する。電気化学的反応によって電流が発生するとともに余剰水が発生するが、ここで発生した余剰水は、デミスタ19を介して除去される。また、余剰水には不純物が混合した水素が混在するが、この水素は、デミスタ19およびパージバルブ20を介して大気中に放出される。
【0021】
さらに、燃料電池1内は、水素極と酸素極の極間差圧の圧力バランスが崩れないように、エア調圧弁21によって圧力バランスが適正に保たれている。燃料電池1内の圧力バランスが崩れそうなときには、適宜空気をエア調圧弁21を開放するなどして圧力調整を行う。
【0022】
次に、本発明に係る燃料電池の発電制御方法について説明する。
図3は、本発明における発電制御を行った際の電流値の変化の例を示すグラフである。
ここでは、図3に実線で示すように、外部負荷4に応じた燃料電池出力電流目標値(以下「目標値」という。)ICMDが変動する場合の制御について説明する。この目標値ICMDは、外部負荷4を検出する電流計8の電流値に基づいて制御装置5において算出される。
【0023】
燃料電池電気自動車の走行開始前であるアイドリング状態(領域A)では目標値ICMDは0である。次に、アクセルが踏まれ、燃料電池電気自動車が走行を開始すると、外部負荷4が急増して目標値ICMDが瞬時に高まり、その後一定の値I1で安定し(領域B)、要求負荷安定状態となる。
【0024】
続いて、たとえば燃料電池電気自動車が急減速して外部負荷4が急減すると目標値ICMDは所定の減少率を超えた減少率で急激に減少し(領域C)、やがて負の領域に突入して回生状態となる(領域D)。その後、アクセルを踏み直して外部負荷4が再び高まると目標値ICMDが増加して回生状態を脱し(領域E)、走行速度が一定になると、外部負荷4は安定し、目標値ICMDも一定の値I2で安定する。そして、目標値ICMDが一定の値I2を維持する状態となる(領域F)。
【0025】
このように、外部負荷4が変動する場合において、まず、燃料電池出力電流限界値(以下「限界値」という。)ILMTの制御について説明する。ここで算出された限界値ILMTはDC/DCコンバータ2に送信され、この限界値ILMTがDC/DCコンバータ2の電流制限値とされる。
【0026】
目標値ICMDが0である領域Aにおいては、限界値ILMTは、少しの余裕をもたせるために目標値ICMDより若干高めの値I3に設定される。次に、アクセルが踏まれて目標値ICMDが瞬時に増加すると、続く領域Bでは、燃料電池1からの発生電流の遅れを考慮して、限界値ILMTを増加させる。このとき、目標値ICMDと同様に限界値ILMTを瞬時に増加させられればよいが、限界値ILMTの増加率は、水素供給源11の性能などにより制限される。したがって、限界値ILMTを瞬時に増加させることはできず、水素供給源11の性能における最大限の大きさをもって限界値ILMTを増加させる。この最大限の大きさの増加率をもって限界値ILMTを目標値ICMDよりも若干高めの値まで増加させてその値I4に維持する。
【0027】
その後、外部負荷4が急激に減少する領域Cでは、目標値ICMDの減少に応じて限界値ILMTも減少させる。ここで、目標値ICMDを減少させる際の減少率の大きさは、特に水素供給源11の性能に左右されることはない。さらに、外部負荷4が回生する領域Dでは、目標値ICMDの減少に応じて限界値ILMTも減少させるとともに、目標値ICMDの増加に応じて限界値ILMTも増加させる。そして、回生状態を脱してから外部負荷4が安定して目標値ICMDも一定の値I2となるまでの領域Eでは、目標値ICMDの増加に応じて限界値ILMTも増加させ、目標値ICMDが一定の値I2で安定した領域Fでは、限界値ILMTは目標値ICMDの一定の値I2よりも若干大きい値I5で安定させる。
【0028】
このように目標値ICMDおよび限界値ILMTが設定される状況における燃料電池出力電流指令値(以下「指令値」という。)IREFの制御について説明する。この指令値IREFは、燃料電池1に送信され、燃料電池1では指令値IREFによって与えられた値の電流が出力される。
【0029】
目標値ICMDが0である領域Aにおいては、指令値IREFも0に設定しておく。次に、目標値ICMDが瞬時に増加した後の領域Bでは、指令値IREFを最大限上昇させるのが望ましいが、指令値IREFが限界値ILMTを超えると余剰水素が発生するなどの弊害が生じる。その一方で、指令値IREFを限界値ILMTに一致させながら増加させると、指令値IREFが限界値ILMTを超えることが懸念される。そこで、指令値IREFが限界値ILMTから規定値αを差し引いた値と一致したら、指令値IREFを限界値ILMTから規定値αを差し引いた値に一致させたまま増加させる。なお、規定値αは、前記のように、たとえば1Aとすることができる。
この領域Bにおいて、指令値IREFを増加させてやがて目標値ICMDである値I1に到達するまでは限界値ILMTから規定値αを差し引いた値と一致した状態で増加を続ける(領域B1)。この領域B1では、指令値IREFが目標値ILMTよりも小さいので、燃料電池1のみでは、外部負荷4が要求する電流を供給することができない。このときに不足する電流については、バッテリ3からの持ち出しによってまかなうことができる。
【0030】
それから、指令値IREFが目標値ICMDである値I1に到達してから以降は、指令値IREFが目標値ICMDである値I1に一致した状態を維持する(領域B2)。指令値IREFが目標値ICMDである値I1に一致した状態では、外部負荷4が要求する電流を燃料電池1のみから供給することができる。
【0031】
その後、外部負荷4が急激に減少する領域Cでは、目標値ICMDの減少に伴い、指令値IREFも減少させる。このとき、目標値ICMDと同じ割合で指令値IREFを減少させると、燃料電池1に水素供給手段11から供給される水素ガスの制御遅れなどに起因して、燃料電池1内に余剰水素が残存してしまうことになる。この余剰水素の残存を防止すべく、目標値ICMDの減少率よりも小さく、目標値ICMDに応じて決定される減少率で指令値IREFを減少させる(領域C1)。このように、指令値IREFの減少率を小さくすることによって、制御遅れに伴う余剰水素の残存を大幅に減少し、またはなくすことができる。
【0032】
この減少率で指令値IREFを減少させていくと、限界値ILMTの方が減少率が大きいので、やがて指令値IREFと限界値ILMTとが出会うことになる。このままの減少で指令値IREFを減少させると、指令値IREFが限界値ILMTを超えてしまい、やはり余剰水素が燃料電池1内に残存する原因となる。そこで、指令値IREFが限界値ILMTとなった時点で指令値IREFを限界値ILMTに一致させることが考えられる。しかし、指令値IREFが限界値ILMTとなった時点で指令値IREFを限界値ILMTに一致させると指令値IREFと限界値ILMTを超えてしまうことが懸念される。そこで、指令値IREFが限界値ILMTから規定値αを差し引いた値となった時点で指令値IREFを限界値ILMTから規定値を差し引いた値に一致させながら減少させる(領域C2)。このようにして、余剰水素の残存を防止することができる。
【0033】
その後、外部負荷4が回生する領域Dのうち、目標値ICMDが減少している領域D1では限界値ILMTも減少している。ここで、指令値IREFは限界値ILMTと一致しているので、引き続き限界値ILMTと一致させた状態で指令値IREFを減少させる。続いて、回生状態において、加速を生じるなどして目標値ICMDが上昇する場合には、限界値ILMTもこれに応じて増加する(領域D2)。このときには、再び領域C1における指令値IREFの減少率と同じ減少率で指令値IREFを減少させる。
【0034】
その後、車両は再び要求負荷安定状態となるが(領域E)、この要求負荷安定状態にあっても指令値IREFは目標値ICMDに一致しておらず、未だ指令値IREFの方が目標値ICMDよりも大きい。ここでは、指令値IREFが目標値ICMDに到達するまで領域C1における指令値IREFの減少率と同じ減少率で指令値IREFを減少させる。そして、指令値IREFが目標値ICMDに出会った時点で、指令値IREFを目標値ICMDに一致させる(領域F)。
【0035】
なお、領域Cから領域Eにおいては、指令値IREFが目標値ICMDを上回っている。したがって、外部負荷4に要求される電流に対して余分な電流を発生していることになるが、この余分な電流については、バッテリ3に充電しておくことができる。
【0036】
続いて、ここまでの発電制御の手順を、図4に示すフローチャートに基づいて説明する。この発電制御は制御装置5において行われる。
まず、発電制御を開始すると(S1)、目標値ICMDが急激に減少しているか否かを判断すべく、今回の目標値ICMDと前回の目標値ICMDOLDとの差が所定の規程値βより小さいか否かを判断する(S2)。このときの規定値βは、たとえばおよそ−700A/sec〜−1300A/secの範囲に設定することができる。ここで、規定値βの絶対値が大きすぎると、圧力の補償ができず、燃料電池のイオン交換膜が破損するおそれがある。また、規定値βの絶対値が小さすぎると、システム全体としての効率が低下してしまう。ここで、今回の目標値ICMDと前回の目標値ICMDOLDとの差が所定の規程値βより小さいと判断された場合には、目標値ICMDが急激に減少している状態にあるので、後述するステップS6に進む。一方、今回の目標値ICMDと前回の目標値ICMDOLDとの差が所定の規程値βより小さくないと判断された場合には、目標値ICMDが急激に減少している状態にはない。この場合には、いわゆるエンジンブレーキを掛けていたり、急な坂を下りているなどの回生充電状態にあるか否かを判断すべく、目標値ICMDが0未満であるか否かを判断する(S3)。
【0037】
ここで、目標値ICMDが0未満であると判断された場合には、回生充電状態にあるので、後述するステップS6に進む。一方、目標値ICMDが0未満ではないと判断された場合には、回生充電状態にはない。この場合には、余剰水素処理が行われているか否かを判断すべく、指令値IREFが目標値ICMDよりも大きいか否かを判断する(S4)。そして、指令値IREFが目標値ICMDよりも大きいと判断された場合には、余剰水素処理が行われているので、後述するステップS6に進む。一方、指令値IREFが目標値ICMDよりも大きくないと判断された場合には、減少過渡の状態にはなく、要求負荷安定状態または上昇過渡のいずれかの状態にある。
【0038】
ここで、要求負荷安定状態と上昇過渡のいずれの状態にあるかを判断すべく、限界値ILMTが目標値ICMDより大きいか否かを判断する(S5)。そして、限界値ILMTが目標値ICMDよりも大きい場合には、要求負荷安定状態にあるので、目標値ICMDを指令値IREFとして設定する(S5−1)。一方、限界値ILMTが目標値ICMDよりも大きくないと判断された場合には、加速時などの上昇過渡の状態にあるので、限界値ILMTから規定値αを差し引いた値を指令値IREFに設定する(S5−2)。
【0039】
さて、ステップS2において、今回の目標値ICMDと前回の目標値ICMDOLDとの差が所定の規程値βより小さい、ステップS3において、目標値ICMDが0未満である、ステップS4において、指令値IREFが目標値ICMDよりも大きいとそれぞれ判断された場合に進んだステップS6では減少過渡の状態にある。この減少過渡の状態にある場合において、指令値IREFを急激に減少させると、燃料電池1内に余剰水素を残存させることになる。したがって、指令値IREFは所定の減少率で減少させなければならない。その一方において、目標値ICMDの急激な減少に伴って、限界値ILMTも急激に減少する。このとき、指令値ICMDの減少率を低くすると、ともすれば指令値ICMDが限界値ILMTを超えてしまうことになる。指令値ICMDが限界値ILMTを超えると、燃料電池1内に過剰な水素が送り込まれ、余剰水素の原因となる。そこで、限界値ILMTが指令値ICMD以下であるか否かを判断する(S6)。
【0040】
そして、ステップS6において、限界値ILMTから規定値αを差し引いた値が指令値ICMD以下の場合には、指令値ICMDが限界値ILMTを超えないようにするために、限界値ILMTから規定値αを差し引いた値を指令値ICMDとして設定する(S6−1)。一方、限界値ILMTが指令値ICMD以下でない場合には、前回の指令値ICMDOLDから所定の規定値γを減じた値を指令値ICMDとして設定する(S6−2)。ここで、規定値γとしては、−300A/sec〜−100A/secの範囲内、たとえば−200A/secに設定することができる。規定値γの絶対値が大きすぎると、圧力の補償ができず、燃料電池1のイオン交換膜が破損するおそれがある。一方、規定値γの絶対値が小さすぎると、システム全体としての効率が低下する不具合が生じるものである。
【0041】
このようにして、各ステップS5−1,S5−2,S6−1,S6−2において、指令値ICMDが設定された後、運転が継続されているか否かを判断する(S7)。そして、運転が継続されている場合には、ステップS2に戻って同様の制御が繰り返される。一方、運転が継続されておらず、停止した場合には制御は終了する(S8)。
【0042】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、たとえば、燃料電池電気自動車が停止し、回生しない場合などにおいても適用できるものである。
【0043】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、外部負荷が急激に減少しまたは回生した場合に、燃料電池内部の残留水素を安全に消費しかつ非常停止することなく、常に安定した電力を外部負荷に対して供給するように、燃料電池の発電制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る発電制御が行われる燃料電池電源システムの電気系システムのブロック図である。
【図2】本発明に係る発電制御が行われる燃料電池電源システムの燃料系システムのブロック図である。
【図3】本発明における発電制御を行った際の電流値の変化の例を示すグラフである。
【図4】本発明に係る発電制御を行う手順を示すフローチャートである。
【図5】従来のハイブリッド型燃料電池電源システムのブロック図である。
【符号の説明】
1 燃料電池
2 DC/DCコンバータ
3 バッテリ(過渡応答対応電気エネルギバッファ)
4 外部負荷(要求負荷)
5 制御装置
6,7,8 電流計
9 電圧計
M 燃料電池電源システム
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell power generation control method, and more particularly, to a fuel cell power generation control method in a so-called hybrid fuel cell power supply system including a fuel cell and a transient response-compliant electric energy buffer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, so-called fuel cell electric vehicles equipped with fuel cells have been actively developed. As one of the fuel cell electric vehicles, a so-called hybrid type fuel cell electric vehicle is known which has a transient response-compatible electric energy buffer such as a fuel cell and a battery as a power source. In this hybrid type fuel cell electric vehicle, current is supplied by the fuel cell when it is within the fuel cell response speed range. In addition, if the fuel cell alone cannot supply a sufficient current or cannot follow the required speed due to a delay in the fuel supply system, the current is supplied from the transient response-compatible electrical energy buffer during a transition such as acceleration. The supplied output current is controlled.
[0003]
However, in this output current control, since a constant current is supplied from the fuel cell, when the external load is small, surplus power is consumed by a resistance load provided separately, which is wasted. An electric current was generated.
[0004]
In order to prevent such waste, Japanese Patent Laid-Open No. 5-151983 discloses a fuel cell power supply system that controls the output current of the fuel cell.
As shown in FIG. 5, the fuel cell power supply system M ′ includes a fuel cell 51, a DC / DC converter 52, and a battery 53 that is a transient response-compliant electric energy buffer. Further, a control device 55 is provided for controlling the current supply amount of the fuel cell 51 and the output limit value of the DC / DC converter 52 in accordance with the required external load (required load) 54. Further, an ammeter 56 for measuring the output current of the fuel cell 51 and an ammeter 57 for measuring the output current of the battery 53 are provided. Furthermore, the output circuit of the DC / DC converter 52 is provided with a voltmeter 58 for measuring the output voltage.
[0005]
In this fuel cell power supply system M ′, an output current to the fuel cell 51 is measured by an ammeter 56 and an output current of the battery 53 is measured by an ammeter 57. Further, the output voltage of the DC / DC converter 52 is controlled based on the measured value of the voltmeter 58 and the measured value of a thermometer (not shown) provided in the battery 53.
[0006]
When the external load 54 increases rapidly, the DC / DC converter 52 limits the output of current based on the measured values of these ammeters 56 and 57, and the fuel cell 51 limits the output current of the fuel cell 51. It is changed at a speed that can be followed. On the other hand, a shortage of current with respect to the external load 54 is supplied from the battery 53. In this way, control is performed so that current can be stably supplied even when the external load 54 rapidly increases. These controls are all performed by the control device 55.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technology does not deal with cases where the external load suddenly decreases, such as when the hybrid fuel cell electric vehicle suddenly decelerates or stops, or when power is regenerated from there. Absent. In this way, when the external load is suddenly reduced, if the current generated in the fuel cell is reduced corresponding to the reduction in the external load, the amount of hydrogen supplied from the hydrogen storage alloy (not shown) to the fuel cell is also reduced. Of course, it must be reduced.
[0008]
However, a certain delay is inevitable when reducing the hydrogen supply. For this reason, excess hydrogen is supplied to the fuel cell, and hydrogen under pressure remains inside the fuel cell. As a result, the pressure balance with the oxygen system may be lost, pressure balance may not be achieved, and the fuel cell may be brought to an emergency stop. Furthermore, the reaction membrane of the fuel cell may be damaged.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to safely consume the residual hydrogen inside the fuel cell and perform an emergency stop not only when the external load suddenly increases, but also when the external load suddenly decreases or regenerates. In other words, the power generation control of the fuel cell is performed so that stable power can be always supplied to the external load.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention that solves the above problems(1) When the fuel cell output current target value determined according to the required load of the fuel cell power supply system decreases, the invention according to claim 1 responds to the decrease in the fuel cell output current target value. ReducedFuel cell output current command valueThe decrease rate of the fuel cell output current target value is made smaller than the decrease rate of the fuel cell output current target value to cause the fuel cell to generate a large amount of power to process surplus fuel gas, and the generated power when the surplus fuel gas is processed, Storing in the electrical energy buffer;A fuel cell power generation control method.
(2) The invention according to claim 2The fuel cell output current target value determined according to the required load of the fuel cell power system isWhen decreasing beyond a predetermined threshold, the rate of decrease of the fuel cell output current command value that is decreased in accordance with the decrease in the target value of the fuel cell output current is made smaller than when the predetermined threshold is not exceeded. By causing the fuel cell to generate a large amount of power and processing surplus fuel gas, the power generated when the surplus fuel gas is processed is stored in the electric energy buffer.A fuel cell power generation control method.
[0011]
  In the present invention, BurningThe residual hydrogen under pressure in the fuel cell can be suppressed.
  Here, the “predetermined reduction rate” means a rapid decrease that causes excess hydrogen to be generated when the fuel cell output current command value is decreased following the decrease.
In the embodiment described later,The “decreasing rate determined according to the decreasing rate of the target value of the fuel cell output current” means a decreasing rate within a range where surplus hydrogen does not remain in the fuel cell.
  further,In the embodiment described later,The “specified value” to be subtracted from the fuel cell output current limit value is a margin that is given so that the fuel cell output command value does not exceed the fuel cell output current value. Specifically, it can be set to about 1 A, for example. it can.
[0012]
(3) Further, the invention according to claim 3 is a fuel in which the control device is a limit value of a current to be extracted from the fuel cell when the fuel cell output current target value decreases beyond the predetermined threshold value. The battery output current limit value is set to a value larger than the fuel cell output current target value and to decrease in accordance with a decrease in the fuel cell output current target value, and the fuel cell output current command value is The fuel cell power generation control method is characterized in that it is determined so as to decrease within a range not exceeding the fuel cell output current limit value.
(4) In the invention according to claim 4, in the case where the control device determines the fuel cell output current command value so as to decrease within a range not exceeding the fuel cell output current limit value, the fuel cell When the output current command value is equal to or greater than the value obtained by subtracting the specified value from the fuel cell output current limit value, the fuel cell output current command value is made to coincide with the value obtained by subtracting the specified value from the fuel cell output current limit value. This is a featured power generation control method.
(5) The invention according to claim 5 is characterized in that the control device controls the fuel cell output current command value to decrease until it matches the fuel cell output current target value. This is a power generation control method.
(6) Further, in the invention according to claim 6, when the control device determines that the fuel cell output current target value is in a regenerative state, the fuel cell output is a limit value of a current to be extracted from the fuel cell. When the current command value is equal to or greater than a value obtained by subtracting a specified value from the fuel cell output current limit value, the fuel cell output current command value is made to coincide with a value obtained by subtracting the specified value from the fuel cell output current limit value. A fuel cell power generation control method. Claim 6Even when the fuel cell output current target value is in the regenerative state as in the invention according to the above, the same problem as in the case where the fuel cell output current target value rapidly decreases can occur. Therefore, it is preferable to perform the same control when the fuel cell output current target value is in the regenerative state.
[0013]
  In additionWhen the fuel cell output current command value exceeds the fuel cell output current target value, the fuel cell output current command value exceeds a value obtained by subtracting a specified value from the fuel cell output current limit value, When the fuel cell output current command value matches the value obtained by subtracting the specified value from the fuel cell output current limit value, and the fuel cell output current command value is equal to or less than the value obtained by subtracting the specified value from the fuel cell output current limit value The control is performed to decrease the fuel cell output current command value until the fuel cell output current command value coincides with the target value of the fuel cell output current while decreasing the fuel cell output current command value at the predetermined decrease rate.You can also
[0014]
BurningEven when the fuel cell output current command value exceeds the fuel cell output current target value, the same problem as in the case where the fuel cell output current target value rapidly decreases can occur. Therefore, it is preferable to perform the same control when the fuel cell output current command value exceeds the fuel cell output current target value.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of an electric system in a fuel cell power supply system in which power generation control according to the present invention is performed, and FIG. 2 is a block diagram of the fuel supply system. Since the fuel cell power supply system M is used mounted on, for example, a fuel cell electric vehicle, an example in which the fuel cell power supply system M is mounted on a fuel cell electric vehicle (not shown) will be described here.
[0016]
As shown in FIG. 1, the electric system M <b> 1 in the fuel cell power supply system M includes a fuel cell 1. The fuel cell 1 is connected via a DC / DC converter 2 to a battery 3 that is an electrical energy buffer for transient response. Further, a current required according to an external load 4 including a required load of a main motor and auxiliary devices not shown is supplied from the fuel cell 1 and the battery 3 to the main motor and auxiliary devices not shown. The external load 4 is calculated based on the current value detected by the ammeter 8.
[0017]
Further, a control device 5 is provided for controlling the current supply amount of the fuel cell 1 and controlling the output limit value of the DC / DC converter 2. Further, ammeters 6 and 7 that measure output currents from the fuel cell 1 and the battery 3 and an ammeter 8 that measures an external load current are provided. A voltmeter 9 for measuring the output voltage from the DC / DC converter 2 is also provided. The current values and voltage values measured by these ammeters 6, 7, 8 and voltmeter 9 are sent to the control device 5. In the control device 5, the output current value of the fuel cell 1, the output limit value of the DC / DC converter 2, and the output voltage value of the DC / DC converter 2 are controlled based on these current values and voltage values. .
[0018]
As shown in FIG. 2, in the fuel supply system M2, hydrogen is supplied to the fuel cell 1 from a hydrogen supply source 11 made of, for example, an occluded hydrogen alloy via a regulator 12 and an ejector 13. In the regulator 12, the supply amount of supplied hydrogen is controlled, and hydrogen is directly ejected to the fuel cell 1 by the ejector 13.
[0019]
Furthermore, oxygen-rich air is supplied to the fuel cell 1. Air is supplied to the fuel cell 1 by the action of the air pump 14, but before the air is sucked by the air pump 14, dust is captured by the air filter 15, and after being discharged from the air pump 14, the heat exchanger Air is cooled by 16. The subsequent air is supplied to the fuel cell 1 via the filter 17.
[0020]
Hydrogen and air (oxygen) are supplied to the fuel cell 1 to the hydrogen electrode and the oxygen electrode, respectively, and the inside of the fuel cell 1 is humidified by the humidifier 18 to promote the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air. To do. In the fuel cell 1, hydrogen and oxygen in the air react electrochemically to generate an electric current. Although an electric current is generated by the electrochemical reaction and surplus water is generated, the surplus water generated here is removed through the demister 19. The surplus water contains hydrogen mixed with impurities, and this hydrogen is released into the atmosphere via the demister 19 and the purge valve 20.
[0021]
Further, in the fuel cell 1, the pressure balance is properly maintained by the air pressure regulating valve 21 so that the pressure balance of the differential pressure between the hydrogen electrode and the oxygen electrode does not collapse. When the pressure balance in the fuel cell 1 is likely to collapse, the pressure is adjusted by appropriately opening the air pressure regulating valve 21 with air.
[0022]
Next, a power generation control method for a fuel cell according to the present invention will be described.
FIG. 3 is a graph showing an example of a change in current value when power generation control in the present invention is performed.
Here, as shown by a solid line in FIG. 3, a fuel cell output current target value (hereinafter referred to as “target value”) I corresponding to the external load 4.CMDA description will be given of the control in the case where the change occurs. This target value ICMDIs calculated by the control device 5 based on the current value of the ammeter 8 that detects the external load 4.
[0023]
In the idling state (region A) before the start of running of the fuel cell electric vehicle, the target value ICMDIs 0. Next, when the accelerator is stepped on and the fuel cell electric vehicle starts running, the external load 4 rapidly increases and the target value ICMDIncreases instantaneously and then reaches a certain value I1(Region B) and the required load is stable.
[0024]
Subsequently, for example, when the fuel cell electric vehicle decelerates rapidly and the external load 4 rapidly decreases, the target value ICMDDecreases rapidly at a reduction rate exceeding a predetermined reduction rate (region C), and eventually enters a negative region to enter a regenerative state (region D). Thereafter, when the accelerator is depressed again and the external load 4 increases again, the target value ICMDIncreases to escape from the regenerative state (region E), and the traveling speed becomes constant, the external load 4 becomes stable and the target value ICMDIs also a constant value I2It stabilizes at. And target value ICMDIs a constant value I2(Region F).
[0025]
Thus, when the external load 4 fluctuates, first, the fuel cell output current limit value (hereinafter referred to as “limit value”) I.LMTThe control will be described. Limit value I calculated hereLMTIs transmitted to the DC / DC converter 2 and this limit value ILMTIs the current limit value of the DC / DC converter 2.
[0026]
Target value ICMDIn region A where is 0, the limit value ILMTIs a target value I to give a little marginCMDSlightly higher value IThreeSet to Next, the accelerator is depressed and the target value ICMDIn the subsequent region B, the limit value I is considered in consideration of the delay of the current generated from the fuel cell 1.LMTIncrease. At this time, the target value ICMDLike limit ILMTCan be increased instantaneously, but the limit value ILMTThe increase rate is limited by the performance of the hydrogen supply source 11 and the like. Therefore, the limit value ILMTCannot be increased instantaneously, and the limit value I has the maximum size in the performance of the hydrogen source 11.LMTIncrease. With the maximum increase rate, the limit value ILMTIs the target value ICMDIncrease the value to a slightly higher value than that value IFourTo maintain.
[0027]
Thereafter, in a region C where the external load 4 decreases rapidly, the target value ICMDLimit value I according to the decrease ofLMTAlso reduce. Here, the target value ICMDThe magnitude of the reduction rate when reducing the value does not depend on the performance of the hydrogen supply source 11 in particular. Further, in the region D where the external load 4 is regenerated, the target value ICMDLimit value I according to the decrease ofLMTAnd the target value ICMDLimit value I with increasingLMTAlso increase. After the regenerative state is removed, the external load 4 is stabilized and the target value ICMDIs also a constant value I2In region E until the target value ICMDLimit value I with increasingLMTIncrease the target value ICMDIs a constant value I2In the stable region F, the limit value ILMTIs the target value ICMDConstant value I of2Value I slightly larger thanFiveStabilize with.
[0028]
Thus, the target value ICMDAnd limit value ILMTIs set in the fuel cell output current command value (hereinafter referred to as “command value”) I.REFThe control will be described. This command value IREFIs transmitted to the fuel cell 1 where the command value IREFThe current of the value given by is output.
[0029]
Target value ICMDIn the region A where is 0, the command value IREFIs also set to 0. Next, the target value ICMDIn region B after the instantaneous increase, command value IREFIt is desirable to increase theREFIs the limit value ILMTExceeding this causes adverse effects such as generation of surplus hydrogen. On the other hand, the command value IREFIs the limit value ILMTIf it is increased while being matched with the command value IREFIs the limit value ILMTIt is feared that Therefore, the command value IREFIs the limit value ILMTIf it matches the value obtained by subtracting the specified value α from the command value IREFIs the limit value ILMTThe value is increased while keeping the value equal to the value obtained by subtracting the specified value α from the value. The prescribed value α can be set to 1A, for example, as described above.
In this region B, the command value IREFOver time, the target value ICMDIs the value I1Until reaching the limit ILMTIt continues to increase in a state that matches the value obtained by subtracting the prescribed value α from (region B1). In this region B1, the command value IREFIs the target value ILMTTherefore, only the fuel cell 1 cannot supply the current required by the external load 4. The current shortage at this time can be covered by taking out from the battery 3.
[0030]
Then the command value IREFIs the target value ICMDIs the value I1After reaching the command value IREFIs the target value ICMDIs the value I1Is maintained (region B2). Command value IREFIs the target value ICMDIs the value I1In a state that matches, the current required by the external load 4 can be supplied only from the fuel cell 1.
[0031]
Thereafter, in a region C where the external load 4 decreases rapidly, the target value ICMDCommand value IREFAlso reduce. At this time, the target value ICMDCommand value I at the same rate asREFIs reduced, surplus hydrogen remains in the fuel cell 1 due to a delay in control of the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply means 11 to the fuel cell 1. In order to prevent the surplus hydrogen from remaining, the target value ICMDIs smaller than the decrease rate of the target value ICMDCommand value I with a reduction rate determined according toREFIs reduced (region C1). Thus, the command value IREFBy reducing the decrease rate of the residual hydrogen, it is possible to significantly reduce or eliminate surplus hydrogen remaining due to control delay.
[0032]
The command value IREFAs the value decreases, the limit value ILMTSince the decrease rate is larger, the command value IREFAnd limit value ILMTWill meet. With this decrease, the command value IREFDecreases the command value IREFIs the limit value ILMTThis also causes surplus hydrogen to remain in the fuel cell 1. Therefore, the command value IREFIs the limit value ILMTCommand value IREFIs the limit value ILMTIt is conceivable to match. However, the command value IREFIs the limit value ILMTCommand value IREFIs the limit value ILMTCommand value IREFAnd limit value ILMTIt is feared that it will exceed. Therefore, the command value IREFIs the limit value ILMTWhen the specified value α is subtracted from the command value IREFIs the limit value ILMTThe value is decreased while being matched with the value obtained by subtracting the specified value from (region C2). In this way, surplus hydrogen can be prevented from remaining.
[0033]
Thereafter, the target value I in the region D where the external load 4 is regenerated.CMDIn the region D1 where the decrease is in the limit value ILMTHas also decreased. Here, the command value IREFIs the limit value ILMTIs consistent with the limit value ILMTCommand value IREFDecrease. Subsequently, in the regenerative state, the target value I is generated by causing acceleration or the like.CMDThe limit value ILMTAccordingly increases (area D2). At this time, the command value I in the region C1 again.REFCommand value I with the same reduction rate asREFDecrease.
[0034]
Thereafter, the vehicle is again in the required load stable state (area E), but the command value I is maintained even in this required load stable state.REFIs the target value ICMDDoes not agree with the command value IREFIs the target value ICMDBigger than. Here, the command value IREFIs the target value ICMDCommand value I in the region C1 untilREFCommand value I with the same reduction rate asREFDecrease. And the command value IREFIs the target value ICMDCommand value I whenREFIs the target value ICMD(Region F).
[0035]
In the region C to the region E, the command value IREFIs the target value ICMDIs over. Therefore, an extra current is generated with respect to the current required for the external load 4, and the battery 3 can be charged with this extra current.
[0036]
Next, the power generation control procedure so far will be described based on the flowchart shown in FIG. This power generation control is performed in the control device 5.
First, when power generation control is started (S1), the target value ICMDIn order to determine whether or not the current value is decreasing rapidly, this target value ICMDAnd previous target value ICMDOLDIt is determined whether or not the difference is smaller than a predetermined regulation value β (S2). The specified value β at this time can be set, for example, in a range of approximately −700 A / sec to −1300 A / sec. Here, if the absolute value of the specified value β is too large, the pressure cannot be compensated and the ion exchange membrane of the fuel cell may be damaged. On the other hand, if the absolute value of the specified value β is too small, the efficiency of the entire system is lowered. Here, this target value ICMDAnd previous target value ICMDOLDIs determined to be smaller than the predetermined regulation value β, the target value ICMDIs in a state of rapidly decreasing, the process proceeds to step S6 described later. On the other hand, this target value ICMDAnd previous target value ICMDOLDIf it is determined that the difference between the target value I is not smaller than the predetermined regulation value β,CMDIs not in a state of rapidly decreasing. In this case, the target value I is determined in order to determine whether or not the engine is in a regenerative charging state, such as when the so-called engine brake is applied or the vehicle is running down a steep hill.CMDIs determined to be less than 0 (S3).
[0037]
Here, the target value ICMDIs determined to be less than 0, the battery is in a regenerative charge state, and the process proceeds to step S6 described later. On the other hand, the target value ICMDIs determined not to be less than 0, it is not in the regenerative charge state. In this case, in order to determine whether or not surplus hydrogen treatment is being performed, the command value IREFIs the target value ICMDIt is judged whether it is larger than (S4). And the command value IREFIs the target value ICMDIf it is determined that the value is larger than that, the surplus hydrogen treatment is being performed, and the process proceeds to step S6 described later. On the other hand, the command value IREFIs the target value ICMDIf it is determined that the value is not larger than that, it is not in the state of decreasing transient, but is in either the required load stable state or the rising transient state.
[0038]
Here, in order to determine whether the required load is stable or in an up-transition state, the limit value ILMTIs the target value ICMDIt is determined whether it is larger (S5). And the limit value ILMTIs the target value ICMDIs larger than the target value I because it is in the required load stable state.CMDCommand value IREF(S5-1). On the other hand, the limit value ILMTIs the target value ICMDIf it is determined that the value is not larger than the limit value I, since it is in an up-transition state such as during acceleration, the limit value ILMTThe value obtained by subtracting the specified value α from the command value IREF(S5-2).
[0039]
In step S2, the current target value ICMDAnd previous target value ICMDOLDIn step S3, the target value I is smaller than the predetermined regulation value β.CMDIs less than 0, in step S4, the command value IREFIs the target value ICMDIn step S6, which is proceeded to when it is determined that the value is larger than each, it is in a decreasing transition state. In the case of this decreasing transition state, the command value IREFIf the A is rapidly reduced, surplus hydrogen remains in the fuel cell 1. Therefore, the command value IREFMust be reduced at a predetermined rate. On the other hand, the target value ICMDWith the rapid decrease of the limit value ILMTAlso decreases rapidly. At this time, the command value ICMDIf the rate of decrease of theCMDIs the limit value ILMTWill be exceeded. Command value ICMDIs the limit value ILMTExceeding this causes excess hydrogen to be fed into the fuel cell 1 and cause excess hydrogen. Therefore, the limit value ILMTIs the command value ICMDIt is determined whether or not the following is true (S6).
[0040]
In step S6, the limit value ILMTThe value obtained by subtracting the specified value α from the command value ICMDIn the following cases, the command value ICMDIs the limit value ILMTLimit value I in order not to exceedLMTThe value obtained by subtracting the specified value α from the command value ICMD(S6-1). On the other hand, the limit value ILMTIs the command value ICMDIf not, the previous command value ICMDOLDThe value obtained by subtracting the predetermined specified value γ from the command value ICMD(S6-2). Here, the specified value γ can be set within a range of −300 A / sec to −100 A / sec, for example, −200 A / sec. If the absolute value of the specified value γ is too large, the pressure cannot be compensated and the ion exchange membrane of the fuel cell 1 may be damaged. On the other hand, if the absolute value of the specified value γ is too small, there is a problem that the efficiency of the entire system is lowered.
[0041]
Thus, in each step S5-1, S5-2, S6-1, S6-2, the command value ICMDIs set, it is determined whether or not the operation is continued (S7). And when driving | running is continued, it returns to step S2 and the same control is repeated. On the other hand, control is complete | finished when driving | operation is not continued and it stops (S8).
[0042]
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied, for example, when the fuel cell electric vehicle stops and does not regenerate.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the external load is suddenly reduced or regenerated, the residual hydrogen inside the fuel cell is safely consumed and the power is always stably supplied to the external load without emergency stop. Thus, it is possible to perform power generation control of the fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an electrical system of a fuel cell power supply system in which power generation control according to the present invention is performed.
FIG. 2 is a block diagram of a fuel system of a fuel cell power supply system in which power generation control according to the present invention is performed.
FIG. 3 is a graph showing an example of a change in current value when power generation control is performed in the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for performing power generation control according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a conventional hybrid fuel cell power supply system.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell
2 DC / DC converter
3 Battery (electric energy buffer for transient response)
4 External load (required load)
5 Control device
6,7,8 Ammeter
9 Voltmeter
M Fuel cell power system

Claims (6)

燃料供給源から供給される水素と、エアポンプから供給される空気中の酸素を用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を蓄電可能な電気エネルギバッファと、制御装置とを備え、前記燃料電池および前記電気エネルギバッファから外部負荷に電力供給可能に構成され、
前記制御装置が、
料電池システムへの要求負荷に応じて燃料電池出力電流目標値を決定し、
前記決定した燃料電池出力電流目標値に応じて燃料電池出力電流指令値を定め、
前記定めた燃料電池出力電流指令値に応じた電流を前記燃料電池から出力させる燃料電池システムにおける燃料電池の発電制御方法において、
前記制御装置は、
前記燃料電池出力電流目標値が減少し、前記水素の制御遅れに起因して、前記燃料電池内に余剰水素が残存してしまう場合に、当該燃料電池出力電流目標値の減少に応じて減少される前記燃料電池出力電流指令値の減少率を、前記燃料電池出力電流目標値の減少率よりも小さくすることで前記燃料電池に多く発電させて前記余剰水素を処理させ、
前記余剰水素を処理させた際の発電電力を、前記電気エネルギバッファに蓄電させること
を特徴とする燃料電池の発電制御方法。
A fuel cell that generates power using hydrogen supplied from a fuel supply source , oxygen in the air supplied from an air pump, an electric energy buffer capable of storing the generated power of the fuel cell, and a control device, It is configured to be able to supply power to an external load from the fuel cell and the electric energy buffer,
The control device is
The fuel cell output current target value determined according to the required load of the fuel collector Ikeshi stem,
A fuel cell output current command value is determined according to the determined fuel cell output current target value,
In the fuel cell power generation control method in the fuel cell system for outputting a current corresponding to the determined fuel cell output current command value from the fuel cell,
The controller is
When the fuel cell output current target value decreases and surplus hydrogen remains in the fuel cell due to the hydrogen control delay, the target value is decreased according to the decrease in the fuel cell output current target value. wherein the reduction rate of the fuel cell output current command value, the fuel most were generated in the battery to process the surplus hydrogen to be smaller than the reduction rate of the fuel cell output current target value that,
A power generation control method for a fuel cell, wherein generated electric power when the surplus hydrogen is processed is stored in the electric energy buffer.
燃料供給源から供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を蓄電可能な電気エネルギバッファと、制御装置とを備え、前記燃料電池および前記電気エネルギバッファから外部負荷に電力供給可能に構成され、
前記制御装置が、
料電池システムへの要求負荷に応じて燃料電池出力電流目標値を決定し、
前記決定した燃料電池出力電流目標値に応じて燃料電池出力電流指令値を定め、
前記定めた燃料電池出力電流指令値に応じた電流を前記燃料電池から出力させる燃料電池システムにおける燃料電池の発電制御方法において、
前記制御装置は、
前記燃料電池出力電流目標値の減少率が、余剰燃料ガスの発生を考慮して定められる所定の閾値を超えて減少するか否かを判断し、
前記所定の閾値を超えて減少する場合は、前記燃料電池出力電流目標値の減少に応じて減少される前記燃料電池出力電流指令値の減少率を、前記燃料電池出力電流目標値の減少率よりも小さくすることで前記燃料電池に多く発電させて余剰燃料ガスを処理させ、
前記余剰燃料ガスを処理させた際の発電電力を、前記電気エネルギバッファに蓄電させること
を特徴とする燃料電池の発電制御方法。
A fuel cell that generates electricity using fuel gas supplied from a fuel supply source, an electric energy buffer capable of storing electric power generated by the fuel cell, and a control device, and includes an external load from the fuel cell and the electric energy buffer. Configured to be able to supply power
The control device is
The fuel cell output current target value determined according to the required load of the fuel collector Ikeshi stem,
A fuel cell output current command value is determined according to the determined fuel cell output current target value,
In the fuel cell power generation control method in the fuel cell system for outputting a current corresponding to the determined fuel cell output current command value from the fuel cell,
The controller is
Determining whether the rate of decrease of the fuel cell output current target value decreases beyond a predetermined threshold determined in consideration of the generation of surplus fuel gas;
When the fuel cell output current target value decreases when the fuel cell output current target value decreases by exceeding the predetermined threshold, the fuel cell output current command value decrease rate is reduced from the fuel cell output current target value decrease rate . To make the fuel cell generate a lot of power to reduce excess fuel gas,
A power generation control method for a fuel cell, wherein generated electric power when the surplus fuel gas is processed is stored in the electric energy buffer.
前記制御装置が、前記燃料電池出力電流目標値が前記所定の閾値を超えて減少する場合において、
前記燃料電池から取り出す電流の限界値である燃料電池出力電流限界値を、前記燃料電池出力電流目標値よりも大きな値として、かつ、当該燃料電池出力電流目標値の減少に応じて減少するように定めるとともに、
前記燃料電池出力電流指令値を、前記燃料電池出力電流限界値を超えない範囲で減少するように定めること
を特徴とする請求項2に記載の燃料電池の発電制御方法。
In the case where the control device decreases the fuel cell output current target value beyond the predetermined threshold,
The fuel cell output current limit value, which is the limit value of the current extracted from the fuel cell, is set to a value larger than the fuel cell output current target value, and decreases in accordance with a decrease in the fuel cell output current target value. As well as
Wherein the fuel cell output current command value, the power generation control method for a fuel cell according to Motomeko 2 you, characterized in that defined as decreases in the range not exceeding the fuel cell output current limit.
前記制御装置が、前記燃料電池出力電流指令値を、前記燃料電池出力電流限界値を超えない範囲で減少するように定める場合において、
前記燃料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値以上のときには、前記燃料電池出力電流指令値を前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値と一致させること
を特徴とする請求項3に記載の燃料電池の発電制御方法。
In the case where the control device determines the fuel cell output current command value to decrease within a range not exceeding the fuel cell output current limit value,
When the fuel cell output current command value is equal to or greater than a value obtained by subtracting a specified value from the fuel cell output current limit value, the fuel cell output current command value matches the value obtained by subtracting the specified value from the fuel cell output current limit value. The power generation control method for a fuel cell according to claim 3, wherein:
前記制御装置は、
前記燃料電池出力電流目標値と一致するまで前記燃料電池出力電流指令値を減少させるように制御すること
を特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池の発電制御方法。
The controller is
5. The power generation control of the fuel cell according to claim 2, wherein the control is performed such that the fuel cell output current command value is decreased until the fuel cell output current target value is matched. Method.
前記制御装置は、
前記燃料電池出力電流目標値が回生状態にあると判断した場合において、
記燃料電池出力電流指令値が前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値以上のときには、前記燃料電池出力電流指令値を前記燃料電池出力電流限界値から規定値を差し引いた値と一致させること
特徴とする請求項3に記載の燃料電池の発電制御方法。
The controller is
When it is determined that the fuel cell output current target value is in a regenerative state,
Before Ki燃 fee when the above value obtained by subtracting the specified value from the cell output current command value is the fuel cell output current limit value, a value that the fuel cell output current command value obtained by subtracting the specified value from the fuel cell output current limit The power generation control method for a fuel cell according to claim 3 , wherein
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