JP4742486B2 - 燃料電池の発電量制御装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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