JP4857564B2 - 燃料電池システム制御装置及び燃料電池システム制御方法 - Google Patents
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Description
特許文献1では、電流目標値の減少率が所定の減少率を超えて急激に減少したときに、電流指令値を電流目標値の減少率よりもゆっくりと減少させ、電流指令値の上限となる電流限界値を電流目標値に応じて定めるようにしたものである。
[燃料電池システム制御装置の構成]
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態に係る燃料電池システム制御装置の構成を示すブロック図である。
カソード(酸素極):2H++2e-+(1/2)O2→H2O (2)
また、燃料電池システム20は、燃料電池21に水素ガスを供給する水素ガス供給系と、空気を供給する空気供給系と、燃料電池21を冷却する冷却系とを備えている。
次に、本実施形態の燃料電池システム制御装置1による燃料電池システムの制御処理を図3のフローチャートに基づいて説明する。図3は、燃料電池システムの制御処理全体を示すフローチャートであり、各ステップの詳細については後述する。また、図3に示す燃料電池システムの制御処理は所定時間周期(例えば10msec周期)で実行される。
次に、本発明の燃料電池システム制御装置1による作用を図11に基づいて説明する。
このように、本実施形態の燃料電池システム制御装置1では、燃料電池21への負荷要求に基づいて第1負荷パラメータを生成し、第1負荷パラメータの位相を遅らせて第2負荷パラメータを生成して、第1及び第2負荷パラメータに基づいて水素及び空気の圧力と流量を制御するので、燃料電池21の負荷が減少する場合には余剰電力の発生やコンプレッサの消費電力の増加及び動作音の増大を防止して水素と空気の圧力差を抑制することができ、燃料電池21の負荷が増加する場合には水素圧力と空気圧力の差圧を小さくして燃料電池の劣化を抑制しながら、発電に必要となる空気および水素の流量を供給することができる。
次に、本発明の第2の実施形態を図12に基づいて説明する。図12は、図3に示した燃料電池システムの制御処理におけるステップS303のパラメータの選定処理を示すフローチャートである。ただし、パラメータの選定処理以外の処理については第1の実施形態と同様の処理が行われるので、詳しい説明は省略する。
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。本実施形態の燃料電池システムの制御処理では、第1負荷パラメータの代わりに第1負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第1負荷パラメータを生成して用いることが第1の実施形態と異なっている。同様に、第2負荷パラメータの代わりに第2負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第2負荷パラメータを生成して用いている。
次に、本発明の第4の実施形態を図14に基づいて説明する。図14は、図3に示した燃料電池システムの制御処理におけるステップS301の目標発電電力の算出処理を示すフローチャートである。ただし、第1の目標発電電力の算出処理以外の処理については第1の実施形態と同様の処理が行われるので、詳しい説明は省略する。
上述したように、本実施形態の燃料電池システム制御装置1では、当該装置を搭載した車両の運転状態を操作する操作量に基づいて、第1負荷パラメータを生成するので、容易に検出することのできる値を用いて制御システムを構成することができる(請求項9、21の効果)。
次に、本発明の第5の実施形態を説明する。本実施形態の燃料電池システムの制御処理では、第2負荷パラメータに基づいてガス圧力制御部5とガス流量制御部6と電気的エネルギー取出し部7が制御する燃料電池システム20各部の動作特性を補償することができるような第1負荷パラメータを生成することが第1の実施形態と異なっている。ただし、その他の点については第1の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。
2 第1負荷パラメータ生成部(第1負荷パラメータ生成手段)
3 第2負荷パラメータ生成部(第2負荷パラメータ生成手段)
4 負荷パラメータ切替部(負荷パラメータ切替手段)
5 ガス圧力制御部(ガス圧力制御手段)
6 ガス流量制御部(ガス流量制御手段)
7 電気的エネルギー取出し部(電気的エネルギー取出し手段)
20 燃料電池システム
21 燃料電池
22 水素タンク
23 水素タンク元弁
24 減圧弁
25 水素供給弁
26 水素ガス圧力センサ
27 水素循環装置
28 パージ弁
29 排水素処理装置
30 コンプレッサ
31 加湿装置
32 空気圧力センサ
33 空気調圧弁
34 冷却水ポンプ
35 ラジエタ
36 ラジエタファン
37 三方弁
38 入口側温度センサ
39 出口側温度センサ
40 パワーマネージャー
41 電圧センサ
42 電流センサ
Claims (24)
- 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御装置であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのうち小さいほうを圧力制御用パラメータとして選定し、大きいほうを流量制御用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替手段と、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御手段と、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム制御装置。 - 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御装置であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成手段と、
前記燃料電池への負荷要求が増加するときには、前記第1負荷パラメータを前記流量制御用パラメータとして選定し、前記第2負荷パラメータを前記圧力制御用パラメータとして選定し、前記燃料電池への負荷要求が減少するときには、前記第1負荷パラメータを前記圧力制御用負荷パラメータとして選定し、前記第2負荷パラメータを流量制御用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替手段と、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御手段と、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム制御装置。 - 前記第2負荷パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる電気的エネルギー取出し手段と
を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池システム制御装置。 - 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御装置であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのいずれかを圧力制御用パラメータ、流量制御用パラメータ、電気的エネルギー取出し用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替手段と、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御手段と、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御手段と、
前記電気的エネルギー取出し用パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる電気的エネルギー取出し手段と
を備え
前記第1負荷パラメータ生成手段は、前記第1負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第1負荷パラメータを生成し、
前記負荷パラメータ切替手段は、前記変化率制限第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのうち小さいほうを前記圧力制御用パラメータとして選定し、前記変化率制限第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのうち大きいほうを前記流量制御用パラメータとして選定する
ことを特徴とする燃料電池システム制御装置。 - 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御装置であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのいずれかを圧力制御用パラメータ、流量制御用パラメータ、電気的エネルギー取出し用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替手段と、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御手段と、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御手段と、
前記電気的エネルギー取出し用パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる電気的エネルギー取出し手段と
を備え
前記第2負荷パラメータ生成手段は、前記第2負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第2負荷パラメータを生成し、
前記負荷パラメータ切替手段は、前記変化率制限第2負荷パラメータと前記第1負荷パラメータのうち小さいほうを前記圧力制御用パラメータとして選定し、前記変化率制限第2負荷パラメータと前記第1負荷パラメータのうち大きいほうを前記流量制御用パラメータとして選定する
ことを特徴とする燃料電池システム制御装置。 - 前記第2負荷パラメータ生成手段は、前記第2負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第2負荷パラメータを生成し、
前記電気的エネルギー取出し手段は、前記変化率制限第2負荷パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる
ことを特徴とする請求項3、4、5のいずれか1項記載の燃料電池システム制御装置。 - 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御装置であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成手段と、
前記第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのいずれかを圧力制御用パラメータ、流量制御用パラメータ、電気的エネルギー取出し用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替手段と、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御手段と、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御手段と、
前記電気的エネルギー取出し用パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる電気的エネルギー取出し手段と
を備え
前記第1負荷パラメータ生成手段は、前記第1負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第1負荷パラメータを生成し、
前記第2負荷パラメータ生成手段は、前記第2負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第2負荷パラメータを生成し、
前記負荷パラメータ切替手段は、前記変化率制限第1負荷パラメータと前記変化率制限第2負荷パラメータのうち小さいほうを前記圧力制御用パラメータとして選定し、前記変化率制限第1負荷パラメータと前記変化率制限第2負荷パラメータのうち大きいほうを前記流量制御用パラメータとして選定する
ことを特徴とする燃料電池システム制御装置。 - 前記ガス圧力制御手段は、前記圧力制御用パラメータに基づいて前記燃料ガスの圧力を制御し、前記燃料ガスの圧力に基づいて前記酸化剤ガスの圧力を制御することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項記載の燃料電池システム制御装置。
- 前記第1負荷パラメータ生成手段は、当該装置を搭載した車両の運転状態を操作する操作量に基づいて、前記第1負荷パラメータを生成することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項記載の燃料電池システム制御装置。
- 前記第1負荷パラメータ生成手段は、前記第2負荷パラメータに基づいて前記ガス圧力制御手段と前記ガス流量制御手段と前記電気的エネルギー取出し手段とが制御する前記燃料電池システム各部の動作特性を補償する第1負荷パラメータを生成することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項記載の燃料電池システム制御装置。
- 前記第1負荷パラメータあるいは前記第2負荷パラメータは前記燃料電池から取り出される電流の値を指令するための電流指令値であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項記載の燃料電池システム制御装置。
- 前記第1負荷パラメータあるいは前記第2負荷パラメータは前記燃料電池から取り出される電力の値を指令するための電力指令値であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項記載の燃料電池システム制御装置。
- 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御方法であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのうち小さいほうを圧力制御用パラメータとして選定し、大きいほうを流量制御用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替ステップと、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御ステップと、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御ステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池システム制御方法。 - 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御方法であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成ステップと、
前記燃料電池への負荷要求が増加するときには、前記第1負荷パラメータを前記流量制御用パラメータとして選定し、前記第2負荷パラメータを前記圧力制御用パラメータとして選定し、前記燃料電池への負荷要求が減少するときには、前記第1負荷パラメータを前記圧力制御用負荷パラメータとして選定し、前記第2負荷パラメータを流量制御用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替ステップと、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御ステップと、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御ステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池システム制御方法。 - 前記第2負荷パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる電気的エネルギー取出しステップ
を含むことを特徴とする請求項13又は14記載の燃料電池システム制御方法。 - 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御方法であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのいずれかを圧力制御用パラメータ、流量制御用パラメータ、電気的エネルギー取出し用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替ステップと、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御ステップと、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御ステップと、
前記電気的エネルギー取出し用パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる電気的エネルギー取出しステップと
を含み、
前記第1負荷パラメータ生成ステップは、前記第1負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第1負荷パラメータを生成し、
前記負荷パラメータ切替ステップは、前記変化率制限第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのうち小さいほうを前記圧力制御用パラメータとして選定し、前記変化率制限第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのうち大きいほうを前記流量制御用パラメータとして選定することを特徴とする燃料電池システム制御方法。 - 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御方法であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのいずれかを圧力制御用パラメータ、流量制御用パラメータ、電気的エネルギー取出し用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替ステップと、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御ステップと、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御ステップと、
前記電気的エネルギー取出し用パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる電気的エネルギー取出しステップと
を含み、
前記第2負荷パラメータ生成ステップは、前記第2負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第2負荷パラメータを生成し、
前記負荷パラメータ切替ステップは、前記変化率制限第2負荷パラメータと前記第1負荷パラメータのうち小さいほうを前記圧力制御用パラメータとして選定し、前記変化率制限第2負荷パラメータと前記第1負荷パラメータのうち大きいほうを前記流量制御用パラメータとして選定する
ことを特徴とする燃料電池システム制御方法。 - 前記第2負荷パラメータ生成ステップは、前記第2負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第2負荷パラメータを生成し、
前記電気的エネルギー取出しステップは、前記変化率制限第2負荷パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる
ことを特徴とする請求項15、16、17のいずれか1項記載の燃料電池システム制御方法。 - 燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応により発電させる燃料電池システムの制御を行う燃料電池システム制御方法であって、
前記燃料電池への負荷要求に基づいて、第1負荷パラメータを生成する第1負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータに対して位相が遅れた第2負荷パラメータを生成する第2負荷パラメータ生成ステップと、
前記第1負荷パラメータと前記第2負荷パラメータのいずれかを圧力制御用パラメータ、流量制御用パラメータ、電気的エネルギー取出し用パラメータとして選定する負荷パラメータ切替ステップと、
前記圧力制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧力制御ステップと、
前記流量制御用パラメータに基づいて燃料ガス又は酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御ステップと、
前記電気的エネルギー取出し用パラメータに基づいて前記燃料電池を制御して発電させる電気的エネルギー取出しステップと
を含み、
前記第1負荷パラメータ生成ステップは、前記第1負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第1負荷パラメータを生成し、
前記第2負荷パラメータ生成ステップは、前記第2負荷パラメータの時間的な変化率を制限した変化率制限第2負荷パラメータを生成し、
前記負荷パラメータ切替ステップは、前記変化率制限第1負荷パラメータと前記変化率制限第2負荷パラメータのうち小さいほうを前記圧力制御用パラメータとして選定し、前記変化率制限第1負荷パラメータと前記変化率制限第2負荷パラメータのうち大きいほうを前記流量制御用パラメータとして選定し、前記変化率制限第2負荷パラメータを前記電気的エネルギー取出し用パラメータとして選定する
ことを特徴とする燃料電池システム制御方法。 - 前記ガス圧力制御ステップは、前記圧力制御用パラメータに基づいて前記燃料ガスの圧力を制御し、前記燃料ガスの圧力に基づいて前記酸化剤ガスの圧力を制御することを特徴とする請求項13から請求項19のいずれか1項記載の燃料電池システム制御方法。
- 前記第1負荷パラメータ生成ステップは、当該装置を搭載した車両の運転状態を操作する操作量に基づいて、前記第1負荷パラメータを生成することを特徴とする請求項13から請求項20のいずれか1項記載の燃料電池システム制御方法。
- 前記第1負荷パラメータ生成ステップは、前記第2負荷パラメータに基づいて前記ガス圧力制御ステップと前記ガス流量制御ステップと前記電気的エネルギー取出しステップにおいて制御する前記燃料電池システム各部の動作特性を補償する第1負荷パラメータを生成することを特徴とする請求項13から請求項20のいずれか1項記載の燃料電池システム制御方法。
- 前記第1負荷パラメータあるいは前記第2負荷パラメータは前記燃料電池から取り出される電流の値を指令するための電流指令値であることを特徴とする請求項13から請求項20のいずれか1項記載の燃料電池システム制御方法。
- 前記第1負荷パラメータあるいは前記第2負荷パラメータは前記燃料電池から取り出される電力の値を指令するための電力指令値であることを特徴とする請求項13から請求項20のいずれか1項記載の燃料電池システム制御方法。
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