JP4742486B2 - 燃料電池の発電量制御装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池から取り出される電力を抑制制御する燃料電池の発電量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池を運転する際には、局部的に発生するガス不足等の燃料電池の状態悪化を検出して、過電流等により燃料電池が損傷するのを事前に防止し、かつ同時に十分な出力が燃料電池から取出せるように燃料電池の状態を回復させることが求められる。
【０００３】
これらの要求に対応するものとして、例えば以下に示す文献に記載された技術が知られている（特許文献１参照）。この文献に記載された技術は、燃料電池の出力電圧を、複数単位セルをセル区間として複数のセル区間について検出し、検出電圧の最低値が負荷電力の大きさにかかわりなく一定電圧低下したときにシステムを保護停止する、というものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２４３８８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献に記載された技術では、セル区間の電圧が所定値まで低下した場合にシステムを保護停止するという構成を採用しているので、燃料電池の状態悪化の程度が低い場合であってもシステムが停止してしまう。このため、例えば燃料電池とバッテリを電源とする車両に適用した場合には、バッテリの容量分しか走行を続けることができない、という問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池システムの状態悪化を招くことなく、かつ駆動力に与える影響を抑制し、取り出し電力の制御を達成した燃料電池の発電量制御装置を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する第１の手段は、負荷からの要求により燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、前記燃料電池と並列に負荷に接続され、前記負荷への電力供給、及び前記燃料電池からの充電を行う電力充放電手段と、前記電力充放電手段の出力可能電力を検出する出力可能電力検出手段と、前記燃料電池中の各燃料電池セル、あるいは複数の燃料電池セル群のうち、最低セル電圧あるいは最低セル群電圧を検出し、最低セル電圧あるいは最低セル群電圧が、所定の取り出し電力低下要求閾値以下の場合には、負荷要求とは別に前記燃料電池の発電電力低下要求を検出する発電電力低下要求検出手段と、前記目標発電量演算手段の出力と前記発電電力低下要求検出手段の出力と前記出力可能電力検出手段の出力とに基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制限する取出し電力制限手段と、前記取出し電力制限手段で設定された取出し電力に基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制御する取出し電力制御手段とを備え、前記取出し電力制限手段は、前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合に、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上とし、前記燃料電池から取り出す取出し電力が前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上としたうえで、さらに前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合には、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力より低下させることを特徴とする。
本発明の課題を解決する第２の手段は、負荷からの要求により燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、前記燃料電池と並列に負荷に接続され、前記負荷への電力供給、及び前記燃料電池からの充電を行う電力充放電手段と、前記電力充放電手段の出力可能電力を検出する出力可能電力検出手段と、前記燃料電池における燃料電池セルの温度、または前記燃料電池を冷却する冷却水の温度を検出し、燃料電池セルの温度、または冷却水の温度が所定の取り出し電力低下要求閾値以上の場合には、負荷要求とは別に前記燃料電池の発電電力低下要求を検出する発電電力低下要求検出手段と、前記目標発電量演算手段の出力と前記発電電力低下要求検出手段の出力と前記出力可能電力検出手段の出力とに基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制限する取出し電力制限手段と、前記取出し電力制限手段で設定された取出し電力に基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制御する取出し電力制御手段とを備え、前記取出し電力制限手段は、前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合に、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上とし、前記燃料電池から取り出す取出し電力が前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上としたうえで、さらに前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合には、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力より低下させることを特徴とする。
本発明の課題を解決する第３の手段は、負荷からの要求により燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、前記燃料電池と並列に負荷に接続され、前記負荷への電力供給、及び前記燃料電池からの充電を行う電力充放電手段と、前記電力充放電手段の出力可能電力を検出する出力可能電力検出手段と、前記燃料電池から排出された排水素を燃焼させる燃焼器の温度を検出し、前記燃焼器の温度が所定の取り出し電力低下要求閾値以上の場合には、負荷要求とは別に前記燃料電池の発電電力低下要求を検出する発電電力低下要求検出手段と、前記目標発電量演算手段の出力と前記発電電力低下要求検出手段の出力と前記出力可能電力検出手段の出力とに基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制限する取出し電力制限手段と、前記取出し電力制限手段で設定された取出し電力に基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制御する取出し電力制御手段とを備え、前記取出し電力制限手段は、前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合に、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上とし、前記燃料電池から取り出す取出し電力が前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上としたうえで、さらに前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合には、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力より低下させることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷要求とは別に、燃料電池の発電電力低下要求がある場合には、燃料電池からの取出し電力を抑制することで、過度な電力取出しによる燃料電池のさらなる状態悪化を防止することができる。この結果、燃料電池の状態悪化の程度が低い場合は、燃料電池システムが停止せずある程度の電力を取出しつづけることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の発電量制御装置を含む車両用の燃料電池システムの構成を示す図である。図１において、この実施形態の燃料電池の発電量制御装置を含む燃料電池システムは、燃料タンク１、コンプレッサ、燃料電池３、電力制御手段４、電力充放電手段５、負荷（駆動モータ）６、モータ７、圧力制御弁８，９、ならびにコントローラ１０を備えて構成されている。
【００１１】
燃料電池３の本体は、図示しない高分子膜によって燃料である水素を供給する水素極と酸化体を供給する空気極とに別れている。燃料電池３の発電は水素極で水素が電子を放出し、イオン化したＨ＋ となって高分子膜を通過し、空気極にて酸素と結合して水（Ｈ２ Ｏ）を生成することで行われる。
【００１２】
燃料タンク１より燃料（Ｈ２ ）が燃料電池３の水素極に供給される。燃料
（Ｈ２）の流量、および燃料電池３に供給する圧力は、燃料タンク１と燃料電池３との間の燃料配管に介装された圧力制御弁８により制御される。
【００１３】
一方、モータ７などで駆動されるコンプレッサ２で圧縮された空気（酸化体：Ｏ２ ）が、燃料電池３の空気極に供給される。空気の流量、および燃料電池３に供給する圧力は、コンプレッサ２を駆動するモータ７の回転数と、燃料電池３の空気極出口の排気用の配管上に介装された圧力制御弁９により制御される。
【００１４】
電力制御手段４は、燃料電池３から電力を取り出し、負荷（駆動モータ）６、および電力充放電手段（二次電池）５に電力を供給する。
【００１５】
電力充放電手段５は、負荷６で消費される電力制御手段４から供給される電力が大きければ充電され、逆の場合は放電する。
【００１６】
コントローラ１０は、燃料電池３の目標発電量を演算し、所望する発電量が得られるように、圧力制御弁８，９、モータ７の回転数を制御するとともに、電力制御手段４に取り出す電力の指令を与え、電力を供給する。また、コントローラ１０は、車両のアクセル操作量、車両速度などを検出し、要求される負荷を演算し、負荷６に指令を与えて駆動力を制御する。
【００１７】
なお、図１において、電力制御手段４を燃料電池３と負荷６との間に接続したが、電力充放電手段５と負荷６との間に接続して、燃料電池３からの電力を制御するようにしてもよい。
【００１８】
図２は本発明の発電量制御装置の基本制御構成を示す図である。
【００１９】
図２において、発電量制御装置は、目標発電量演算手段１０１、発電電力低下要求検出手段１０２，取り出し電力制御手段１０３、燃料電池システム制御手段１０４、取り出し電力制御手段１０５、ならびに電力充放電手段の出力可能電力演算手段１０６を備えて構成されている。
【００２０】
目標発電量演算手段１０１は、燃料電池３の目標発電量を演算する。発電電力低下要求検出手段１０２は、燃料電池３の発電電力低下要求を検出する。取出し電力制限手段１０３は、目標発電量演算手段１０１と発電電力低下要求検出手段１０２と電力充放電手段の出力可能電力演算手段１０６の出力に基づいて、取出し電力の制限を行う。燃料電池システム制御手段１０４は、取出し電力制限手段１０３の出力に基づいて、燃料電池システムの制御を行う、取出し電力制御手段１０５は、取出し電力制限手段１０３の出力に基づいて、取出し電力を制御する。電力充放電手段の出力可能電力演算手段１０６は、電力充放電手段５の出力可能な電力を演算する。
【００２１】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、上記第１の実施形態の処理動作を説明する。
【００２２】
図３において、ステップＳ１では、目標発電量演算手段１０１で燃料電池３の目標発電量が演算される。目標発電量は例えばアクセル操作量と車速に基づいて、負荷６の駆動モータで要求される負荷に基づいて演算される。
【００２３】
ステップＳ２では、電力充放電手段の出力可能電力演算手段１０６で電力充放電手段５の出力可能電力が演算される。図４に一例として電力充放電手段５となる２次電池の充電状態に対する放電可能電力の関係を示す。出力可能電力は、図４に示す放電可能電力から、現在２次電池から放電している電力を差し引いたものとする。
【００２４】
ステップＳ３では、発電電力低下要求検出手段１０２で発電電力低下要求を検出し、その要求の有無を出力する。
【００２５】
ステップＳ４では、先のステップＳ３で検出された発電電力低下要求の出力を受けて、発電電力低下要求があるか否かが判定される。判定の結果、発電電力低下要求が無い場合は、ステップＳ５−３に進み、取り出し電力を目標発電量とする。一方、ステップＳ４で発電電力低下要求があると判定された場合には、ステップＳ５に進み、前回の演算時には発電電力を制限中か否かが判定される。
【００２６】
ここで、まだ発電電力を制限していないと判定されれば、ステップＳ５−２に進み、取り出し電力を、目標発電量からステップＳ２で演算された出力可能電力を差し引いた値とする。
【００２７】
ステップＳ５で発電電力を制限していると判定された場合には、すなわち取り出し電力を２次電池の出力可能電力分で制限してもなお、取り出し電力を低下させる要求がある場合には、取り出し電力を、目標発電量からステップＳ２で演算された出力可能電力を差し引いた値から、さらに所定量小さくした値とする。
【００２８】
ステップＳ６では、ステップＳ５−１、ステップＳ５−２、ステップＳ５−３で演算された取り出し電力に応じて燃料電池システムの各アクチュエータを制御する。
【００２９】
この第１の実施形態では、発電電力低下要求検出手段として、燃料電池モジュール内の燃料電池セルのうち、最も電圧の低いもの（最低セル電圧）を検出し、取り出し電力低下要求を判断する。
【００３０】
次に、図３に示すフローチャートのステップＳ３の発電電力低下要求について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。図５に示す処理は、図３に示すステップＳ１，Ｓ２に引き続いて実行される。
【００３１】
図５において、ステップＳ３−０では、燃料電池セルのセル電圧を検出する。
【００３２】
ステップＳ３−１では、前回の演算時に発電電力を制限中か否かが判定される。判定結果において、前回の演算時には、発電電力を制限していないと判定されれば、ステップＳ３−３に進み、最低セル電圧が取り出し電力低下要求閾値以下か否かが判定される。判定結果において、最低セル電圧が取り出し電力低下要求閾値以下と判定されれば、ステップＳ３−６に進み、発電電力低下要求は有りとする。
【００３３】
一方、最低セル電圧が取り出し電力低下要求閾値より大きいと判定されれば、ステップＳ３−７に進み、発電電力低下要求は無しとする。また、ステップＳ３−１で前回の演算時に発電電力を制限中と判定された場合には、ステップＳ３−２に進み、最低セル電圧が取り出し電力低下要求解除閾値以下か否かが判定される。判定結果において、最低セル電圧が取り出し電力低下要求解除閾値以下と判定されれば、ステップＳ３−４に進み、まだセル電圧は回復しておらず、電力取り出しの制限が必要であると判断され、発電電力低下要求は有りとする。
【００３４】
一方、最低セル電圧が取り出し電力低下要求解除閾値より大きいと判定されれば、ステップＳ３−５に進み、セル電圧が回復したので、電力取り出しの制限は必要ないと判断され、発電電力低下要求は無しとする。この後は、図３に示すステップＳ４〜Ｓ６の処理を実行する。
【００３５】
図６はこの第１の実施形態における動作の概要を示す図であり、同図（ａ）はセル電圧の時間変化を示す図であり、同図（ｂ）は発電電力低下要求有無の時間変化を示す図であり、同図（ｃ）は燃料電池取り出し電力の時間変化を示す図であり、同時（ｄ）は２次電池電力の時間変化を示す図であり、同図（ｅ）は駆動力の時間変化を示す図であり、図６全体でセル電圧、発電電力低下要求有無、燃料電池取り出し電力、２次電池電力ならびに駆動力の関係を示している。図６から分かるように、最低セル電圧の値に応じて取り出し電力低下要求が生成され、２次電池の出力可能電力分だけ、燃料電池の取り出し電力を下げることで、駆動力に影響を与えることなく、局部的に発生するガス不足等の燃料電池の状態悪化等による最低セル電圧の低下を抑制することができる。
【００３６】
以上説明したように、上記第１の実施形態においては、取り出し電力低下要求に応じて、電力充放電手段５の出力可能電力分だけ燃料電池３の取り出し電力を下げることで、駆動力への影響を抑制しつつ、取り出し電力低下要求を満たすことができる。
【００３７】
また、最低セル電圧の電圧低下から、電力取り出し制限要求を生成することで、局部的に発生するガス不足等の燃料電池３の状態悪化等による最低セル電圧の低下を抑制することができる。
【００３８】
さらに、最低セル電圧の電圧回復を検知して、電力取り出し制限要求を解除し、燃料電池３の取り出し電力を元に戻すことで、速やかにもとの発電電力に戻すことができ、二次電池への負担を必要最小限とすることができる。
【００３９】
図７は本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の発電量制御装置を含む車両用の燃料電池システムにおける、燃料電池のガス配管系の概略構成を示す図である。
【００４０】
図７において、この第２の実施形態のガス配管系は、イジェクタ１−３、圧力センサ１−４、１−５、パージ弁１−８、水素循環用の配管１−１０、熱交換器１−１１、燃焼器１−１２、冷却水経路１−１３、ポンプ１−１４ならびに温度センサ１−１５、１−１６を備えて構成されている。なお、図７において、図１と同符号のものは同一機能を有するものである。
【００４１】
圧力制御弁９は、燃料電池３の空気極入り口に備えられた圧力センサ１−５ので検出された圧力値に基づいて、燃料電池３の空気極を負荷に応じた圧力に制御する。圧力制御弁８は、燃料電池３の水素極入り口に備えられた圧力センサ１−４で検出された圧力値に基づいて、燃料電池３の水素極の圧力を負荷に応じた圧力に制御する。パージ弁１−８は、燃料電池３の水素極の排気用の配管上に設けら、通常閉じられている。パージ弁１−８は、燃料電池３の水つまり等によるセル電圧の低下を検知すると、開放されて水素とともに水分を排出する。
【００４２】
圧力制御弁９とパージ弁１−８の下流には、排空気と、パージによる排出水素を燃焼させる燃焼器１−１２が設置され、この燃焼器１−１２の温度を検出する温度センサ１−１６が設けられている。また、パージ弁１−８の上流には、水素の還流用の配管１−１０が接続され、イジェクタ１−３を経て圧力制御弁８の下流に導かれる。これは、セル電圧安定化のために水素のストイキ比（供給流量／消費流量）を１以上にするために、消費しきれなかった水素を再び燃料電池３の水素極に供給するためである。
【００４３】
冷却水経路１−１３は、燃料電池３本体を冷却する冷却水が流れる流路であり、冷却水経路１−１３には、熱交換器１−１１が備えられているとともに、冷却水を流すためのポンプ１−１４が備えられている。温度センサ１−１５は、燃料電池３の冷却水温度を検出する。
【００４４】
この第２の実施形態では、発電電力低下要求検出手段として、図７の燃焼器１−１２の温度を検出し、検出した燃焼器１−１２の温度に基づいて取り出し電力低下要求を判断するようにしている。この第２の実施形態の一連の処理手順は、図３のフローチャートに示す処理手順と同じであるが、図３に示すステップＳ３の発電電力低下要求の処理が異なるので、発電電力低下要求の処理について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４５】
図８において、ステップＳ３−２０では、温度センサ１−１６で燃焼器１−１２の温度を検出する。
【００４６】
ステップＳ３−２１では、前回の演算時に発電電力を制限中であるか否かが判定される。判定結果において、前回の演算時には、発電電力を制限していないと判定された場合には、ステップＳ３−２３に進み、燃焼器１−１２の温度が取り出し電力低下要求閾値より大きいか否かが判定される。判定結果において、燃焼器１−１２の温度が取り出し電力低下要求閾値より大きいと判定されれば、ステップＳ３−２６に進み、発電電力低下要求は有りとする。
【００４７】
一方、燃焼器１−１２の温度が取り出し電力低下要求閾値以下と判定されれば、ステップＳ３−２７に進み、発電電力低下要求は無しとする。また、ステップＳ３−２１で前回の演算時に発電電力を制限中と判定された場合には、ステップＳ３−２２に進み、燃焼器１−１２の温度が取り出し電力低下要求解除閾値より大きいか否かが判定される。判定結果において、最低セル電圧が取り出し電力低下要求解除閾値より大きいと判定されれば、ステップＳ３−２４に進み、まだ燃焼器１−１２の温度は充分低下しておらず、電力取り出しの制限が必要であると判断され、発電電力低下要求は有りとする。
【００４８】
一方、燃焼器１−１２の温度が取り出し電力低下要求解除閾値より小さいと判定されれば、ステップＳ３−２６に進み、燃焼器１−１２の温度は充分低下したので、電力取り出しの制限は必要ないと判断され、発電電力低下要求は無しとする。その後は、先の第１の実施形態と同様に、図３に示すステップＳ４〜Ｓ６を実行する。
【００４９】
図９はこの第２の実施形態における動作の概要を示す図であり、同図（ａ）は燃焼器１−１２における温度の時間変化を示す図であり、同図（ｂ）は発電電力低下要求有無の時間変化を示す図であり、同図（ｃ）は燃料電池取り出し電力の時間変化を示す図であり、同時（ｄ）は２次電池電力の時間変化を示す図であり、同図（ｅ）は駆動力の時間変化を示す図であり、図９全体で燃焼器１−１２の温度、発電電力低下要求有無、燃料電池取り出し電力、２次電池電力ならびに駆動力の関係を示している。
【００５０】
図９から分かるように、燃焼器１−１２の温度に応じて取り出し電力低下要求が生成され、２次電池の出力可能電力分だけ、燃料電池取り出し電力を下げることで、駆動力に影響を与えることなく、制御誤差や、コンプレッサ回転数の応答遅れなどによる、燃焼器１−１２に供給する空気の一時的な酸素不足による燃焼器１−１２の温度上昇を抑制することができ、燃焼器１−１２の劣化を防ぐことができる。
【００５１】
以上説明したように、上記第２の実施形態においては、排水素の燃焼器１−１２の温度上昇から、電力取り出し制限要求を生成することで、駆動力に影響を与えることなく、排水素の燃焼器１−１２が過温度となることを抑制することができる。
【００５２】
また、排水素の燃焼器１−１２の温度低下を検知して、電力取り出し制限要求を解除し、燃料電池３の取り出し電力を元に戻すことで、駆動力に影響を与えることなく、排水素の燃焼器１−１２が過温度となることを抑制し、速やかにもとの発電電力に戻すことができる。
【００５３】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５４】
この第３の実施形態の特徴とするところは、発電電力低下要求検出手段として、図７に示す温度センサ１−１５で燃料電池３を冷却する冷却水の温度を検出し、検出した冷却水の温度に基づいて取り出し電力低下要求を判断するようにしたことにある。
【００５５】
この第３の実施形態の一連の処理手順は、先の図３のフローチャートに示す処理手順と同じであるが、図３に示すステップＳ３の発電電力低下要求の処理が異なるので、発電電力低下要求の処理について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図１０に示す処理は、図３に示すステップＳ１、Ｓ２に引き続いて行われる。
【００５６】
図１０において、ステップＳ３−４０では、温度センサ１−１５で燃料電池３を冷却する冷却水の温度を検出する。
【００５７】
ステップＳ３−４１では、前回の演算時に発電電力を制限中か否かが判定される。判定結果において、前回の演算時には、発電電力を制限していないと判定されれば、ステップＳ３−４３に進み、燃料電池３の冷却水温度が取り出し電力低下要求閾値より大きいか否かが判定される。判定結果において、燃料電池３の冷却水温度が取り出し電力低下要求閾値より大きいと判定されれば、ステップＳ３−４６に進み、発電電力低下要求は有りとする。一方、燃料電池３の冷却水温度が取り出し電力低下要求閾値以下と判定されれば、ステップＳ３−４７に進み、発電電力低下要求は無しとする。
【００５８】
また、ステップＳ３−４１で前回の演算時に発電電力を制限中と判定された場合には、ステップＳ３−４２に進み、燃料電池３の冷却水温度が取り出し電力低下要求解除閾値より大きいか否かが判定される。判定結果において、燃料電池３の冷却水温度が取り出し電力低下要求解除閾値より大きいと判定されれば、ステップＳ３−４４に進み、まだ燃料電池３の冷却水温度は充分低下しておらず、電力取り出しの制限が必要であると判断され、発電電力低下要求は有りとする。
【００５９】
一方、燃料電池３の冷却水温度が取り出し電力低下要求解除閾値より小さいと判定されれば、ステップＳ３−４５に進み、燃焼器１−１２の温度は充分低下したので、電力取り出しの制限は必要ないと判断され、発電電力低下要求は無しとする。その後は、先の第１の実施形態と同様に、図３に示すステップＳ４〜Ｓ６を実行する。
【００６０】
図１１はこの第３の実施形態における動作の概要を示す図であり、同図（ａ）は燃料電池３の冷却水温度の時間変化を示す図であり、同図（ｂ）は発電電力低下要求有無の時間変化を示す図であり、同図（ｃ）は燃料電池取り出し電力の時間変化を示す図であり、同時（ｄ）は２次電池電力の時間変化を示す図であり、同図（ｅ）は駆動力の時間変化を示す図であり、図１１全体で燃料電池３の冷却水温度、発電電力低下要求有無、燃料電池取り出し電力、２次電池電力ならびに駆動力の関係を示している。
【００６１】
図１１から分かるように、燃料電池３の冷却水温度に基づいて取り出し電力低下要求が生成され、２次電池の出力可能電力分だけ、燃料電池取り出し電力を下げることで、駆動力に影響を与えることなく、外気温度の上昇などによる燃料電池の温度上昇を抑制することができ、燃料電池３の劣化を防ぐことができる。
【００６２】
以上説明したように、上記第３の実施形態においては、燃料電池３の温度上昇に基づいて電力取り出し制限要求を生成し、電力充放電手段５の出力可能電力分だけ燃料電池３の取り出し電力を下げることで、駆動力に影響を与えることなく、燃料電池３が過温度となることを抑制することができる。
【００６３】
また、燃料電池３の温度低下を検知して、電力取り出し制限要求を解除し、燃料電池３の取り出し電力を元に戻すことで、駆動力への影響を抑制しつつ、燃料電池３が過温度となることを抑制し、速やかにもとの発電電力に戻すことができ、二次電池への負担を必要最小限とすることができる。
【００６４】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００６５】
この第４の実施形態の特徴とするところは、取り出し電力制限手段として、目標発電量から、（目標発電電力−２次電池の出力可能電力）までランプ状に減少させるようにしたことにあり、他は先の第１〜第３の実施形態と同様であり、構成も図１、図３ならびに図７と同様である。
【００６６】
次に、図１２のフローチャートを参照して、この第４の実施形態の処理動作を説明する。
【００６７】
図１２において、ステップＳ１〜ステップＳ４ならびにステップＳ６は、先の図３と同様である。ステップＳ３は、図５、図８もしくは図１０のいずれかに示す処理手順を適用してもよい。
【００６８】
ステップＳ４の判定結果において、発電電力低下要求が無い場合は、ステップＳ４−２に進み、取り出し電力を、前回演算した取り出し電力より所定値大きくする。但し、取り出し電力の最大値は目標発電電力とし、目標発電電力以上の電力は取り出さない。
【００６９】
一方、ステップＳ４で発電電力低下要求があると判定された場合には、ステップＳ４−１に進み、取り出し電力を、前回演算した取り出し電力より、所定値小さくする。但し、取り出し電力の最小値は、目標発電電力からステップＳ２で演算された出力可能電力を差し引いた値とする。
【００７０】
図１３はこの第４の実施形態における動作の概要を示す図であり、ステップＳ３の発電電力低下要求を検出する方法として、図８に示す処理手順を適用したものである。図１３（ａ）は燃焼器１−１２における温度の時間変化を示す図であり、同図（ｂ）は発電電力低下要求有無の時間変化を示す図であり、同図（ｃ）は燃料電池取り出し電力の時間変化を示す図であり、同時（ｄ）は２次電池電力の時間変化を示す図であり、同図（ｅ）は駆動力の時間変化を示す図であり、図９全体で燃焼器１−１２の温度、発電電力低下要求有無、燃料電池取り出し電力、２次電池電力ならびに駆動力の関係を示している。
【００７１】
図１３から分かるように、この第４の実施形態においては、取り出し電力低下要求に応じて、２次電池の出力可能電力分まで連続的に燃料電池取り出し電力を下げることで、必要最小限の２次電池から電力放電で駆動力に影響を与えることなく、負荷要求を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の発電量制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の発電量制御装置の基本制御構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図４】２次電池の充電状態に対する放電可能電力の関係を示す図である。
【図５】第１の実施形態における発電電力低下要求の処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態の動作の概要を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池のガス配管系の概略構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態における発電電力低下要求の処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態の動作の概要を示す図である。
【図１０】第３の実施形態における発電電力低下要求の処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態の動作の概要を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態の動作の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…燃料タンク
１−３…イジェクタ
１ー４，１−５…圧力センサ
１−８…パージ弁
１−１０…配管
１−１１…熱交換器
１−１２…燃焼器
１−１３…冷却水経路
１−１４…ポンプ
１−１５，１−１６…温度センサ
２…コンプレッサ
３…燃料電池
４…電力制御手段
５…電力充放電手段
６…負荷
７…モータ
８，９…圧力制御弁
１０…コントローラ
１０１…目標発電量演算手段
１０２…発電電力低下要求検出手段
１０３…電力制御手段
１０３…電力制限手段
１０４…燃料電池システム制御手段
１０５…取り出し電力制御手段
１０６…出力可能電力演算手段

Claims (7)

  1. 負荷からの要求により燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、
    前記燃料電池と並列に負荷に接続され、前記負荷への電力供給、及び前記燃料電池からの充電を行う電力充放電手段と、
    前記電力充放電手段の出力可能電力を検出する出力可能電力検出手段と、
    前記燃料電池中の各燃料電池セル、あるいは複数の燃料電池セル群のうち、最低セル電圧あるいは最低セル群電圧を検出し、最低セル電圧あるいは最低セル群電圧が、所定の取り出し電力低下要求閾値以下の場合には、負荷要求とは別に前記燃料電池の発電電力低下要求を検出する発電電力低下要求検出手段と、
    前記目標発電量演算手段の出力と前記発電電力低下要求検出手段の出力と前記出力可能電力検出手段の出力とに基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制限する取出し電力制限手段と、
    前記取出し電力制限手段で設定された取出し電力に基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制御する取出し電力制御手段とを備え、
    前記取出し電力制限手段は、前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合に、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上とし、
    前記燃料電池から取り出す取出し電力が前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上としたうえで、さらに前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合には、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力より低下させる
    ことを特徴とする燃料電池の発電量制御装置。
  2. 前記取出し電力制限手段は、
    前記最低セル電圧あるいは最低セル群電圧が所定電圧に上昇するまで前記燃料電池から取出す電力を制限する
    ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の発電量制御装置。
  3. 負荷からの要求により燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、
    前記燃料電池と並列に負荷に接続され、前記負荷への電力供給、及び前記燃料電池からの充電を行う電力充放電手段と、
    前記電力充放電手段の出力可能電力を検出する出力可能電力検出手段と、
    前記燃料電池における燃料電池セルの温度、または前記燃料電池を冷却する冷却水の温度を検出し、燃料電池セルの温度、または冷却水の温度が所定の取り出し電力低下要求閾値以上の場合には、負荷要求とは別に前記燃料電池の発電電力低下要求を検出する発電電力低下要求検出手段と、
    前記目標発電量演算手段の出力と前記発電電力低下要求検出手段の出力と前記出力可能電力検出手段の出力とに基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制限する取出し電力制限手段と、
    前記取出し電力制限手段で設定された取出し電力に基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制御する取出し電力制御手段とを備え、
    前記取出し電力制限手段は、前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合に、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上とし、
    前記燃料電池から取り出す取出し電力が前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上としたうえで、さらに前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合には、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力より低下させる
    ことを特徴とする燃料電池の発電量制御装置。
  4. 前記取出し電力制限手段は、
    前記燃料電池セルの温度または冷却水の温度が所定温度に低下するまで取出す電力を制限する
    ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池の発電量制御装置。
  5. 負荷からの要求により燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、
    前記燃料電池と並列に負荷に接続され、前記負荷への電力供給、及び前記燃料電池からの充電を行う電力充放電手段と、
    前記電力充放電手段の出力可能電力を検出する出力可能電力検出手段と、
    前記燃料電池から排出された排水素を燃焼させる燃焼器の温度を検出し、前記燃焼器の温度が所定の取り出し電力低下要求閾値以上の場合には、負荷要求とは別に前記燃料電池の発電電力低下要求を検出する発電電力低下要求検出手段と、
    前記目標発電量演算手段の出力と前記発電電力低下要求検出手段の出力と前記出力可能電力検出手段の出力とに基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制限する取出し電力制限手段と、
    前記取出し電力制限手段で設定された取出し電力に基づいて、前記燃料電池から取り出す電力を制御する取出し電力制御手段とを備え、
    前記取出し電力制限手段は、前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合に、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上とし、
    前記燃料電池から取り出す取出し電力が前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力以上としたうえで、さらに前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合には、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記燃料電池の目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた電力より低下させる
    ことを特徴とする燃料電池の発電量制御装置。
  6. 前記取出し電力制限手段は、
    前記燃焼器の温度が所定温度に低下するまで取出す電力を制限する
    ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の発電量制御装置。
  7. 前記取出し電力制限手段は、
    前記発電電力低下要求検出手段が発電電力低下要求を検出した場合に、前記燃料電池から取り出す取出し電力を、前記目標発電量から前記電力充放電手段の出力可能電力を差し引いた量までランプ状に減少させる
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。
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