JP4992261B2 - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4992261B2 JP4992261B2 JP2006084218A JP2006084218A JP4992261B2 JP 4992261 B2 JP4992261 B2 JP 4992261B2 JP 2006084218 A JP2006084218 A JP 2006084218A JP 2006084218 A JP2006084218 A JP 2006084218A JP 4992261 B2 JP4992261 B2 JP 4992261B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- fuel cell
- idle stop
- voltage parameter
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、低負荷時に発電一時停止するアイドルストップを行う燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system that performs an idle stop that temporarily stops power generation at a low load.
燃料電池システムは、一般に低負荷時の発電効率が低いので、負荷変動の大きい燃料電池車両用の燃料電池システムでは、アイドルストップを行うのが一般的である。このため、燃料電池システムに余剰電力を貯蔵する二次電池を備え、低負荷時には燃料電池の発電を一時停止して、二次電池から負荷装置へ電力を供給し、要求電力が増加した場合にアイドルストップから発電状態へ復帰するように制御している。 Since fuel cell systems generally have low power generation efficiency at low loads, fuel cell systems for fuel cell vehicles with large load fluctuations generally perform idle stop. For this reason, the fuel cell system is equipped with a secondary battery that stores surplus power, and when the load is low, the power generation of the fuel cell is temporarily stopped and the power is supplied from the secondary battery to the load device. Control is performed to return to the power generation state from the idle stop.
このようなアイドルストップ機能を備えた燃料電池システムにおいては、負荷条件がアイドルストップ条件を満たしていても、燃料電池システムの状態によっては、アイドルストップを行うと、アイドルストップから発電状態へ復帰する際に、発電出力が低下して車両駆動力が制限される等の不具合が生じる虞がある。このため、アイドルストップ条件に燃料電池システムの状態、例えばセル電圧も考慮し、セル電圧が所定値以下である場合には、アイドルストップを禁止していた(特許文献1)。
しかしながら、上記従来技術では、アイドルストップに入る前の発電状態でアイドルストップへの移行判断を行う際に、比較的大きい電力で発電している場合のセル電圧でもアイドルストップを許可するように値を決めると、小電力時には不安定なセル電圧でもアイドルストップを許可することになり、発電状態へ復帰時の動力性能を低下させてしまうという問題点があった。 However, in the above-described prior art, when determining to shift to the idle stop in the power generation state before entering the idle stop, a value is set so as to permit the idle stop even in the cell voltage when the power is generated with relatively large power. If it is determined, idle stop is permitted even with an unstable cell voltage when the power is small, and there is a problem that the power performance when returning to the power generation state is lowered.
また、最低電力でのスタック電圧が高い条件でセル電圧の閾値を決めておくと、少しでも大きな電力を取り出しているときにはアイドルストップが許可されず、アイドルストップの頻度が低下し、燃費性能向上が限定されるという問題点がある。 Also, if the cell voltage threshold is determined under the condition that the stack voltage at the lowest power is high, idle stop is not permitted when a large amount of power is taken out, and the frequency of idle stop is reduced, improving fuel efficiency. There is a problem that it is limited.
上記問題点を解決するために本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池の目標電流、目標電力、実電流、実電力の何れかである負荷情報を燃料電池の運転状態として検出する運転状態検出手段と、燃料電池の電圧パラメータを検出する電圧パラメータ検出手段と、燃料電池の電流電圧特性を学習する電流電圧特性学習手段と、前記電流電圧特性学習手段の学習結果を参照して前記運転状態検出手段が検出した負荷情報の値が大きくなるほどアイドルストップ許可判断のための電圧パラメータの閾値を小さく演算する電圧パラメータ閾値演算手段と、該電圧パラメータ閾値演算手段の出力と、前記電圧パラメータ検出手段の出力とに基づいてアイドルストップの許可判断を行うアイドルストップ許可手段と、該アイドルストップ許可手段の出力に基づいてアイドルストップの制御を行うアイドルストップ制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、前記アイドルストップ許可手段は、電圧パラメータの検出値が、前記電圧パラメータ閾値より大きい場合にアイドルストップを許可することを要旨とする。 The present invention in order to solve the above problems, a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas, the target current of the fuel cell, target power, the actual current is the one of real power operating condition detecting means for detecting the load information as the driving state of the fuel cell, and the voltage parameter detecting means for detecting a voltage parameter of the fuel cell, the current-voltage characteristics learning means for learning a current-voltage characteristic of the fuel cell, the current a voltage parameter threshold calculation means for calculating reduced threshold voltage parameters for values larger the idle stop permission judgment of load information is referring to the operating condition detecting means learning result of the voltage characteristic learning means has detected, the voltage The idle stop permission is determined based on the output of the parameter threshold value calculation means and the output of the voltage parameter detection means. And an idle stop control means for controlling the idle stop based on the output of the idle stop permission means, wherein the idle stop permission means has a detection value of the voltage parameter, The gist is to allow idle stop when the voltage parameter threshold value is larger .
本発明においては、燃料電池の負荷情報を含む燃料電池の運転状態を検出し、この負荷情報に基づいて、アイドルストップを許可判断のための電圧パラメータ閾値を演算し、この電圧パラメータ閾値と検出した電圧パラメータとを比較してアイドルストップの許可判断を行うことにより、燃料電池負荷の広い範囲で正確なアイドルストップ許可判定を行うことができる。 In the present invention, the operation state of the fuel cell including the load information of the fuel cell is detected, and based on this load information, a voltage parameter threshold value for determining whether to allow idling stop is calculated, and this voltage parameter threshold value is detected. By comparing the voltage parameter with the idling stop permission judgment, the idling stop permission judgment can be performed accurately over a wide range of the fuel cell load.
本発明によれば、アイドルストップ直前の負荷情報に応じて適切なアイドルストップ許可条件を演算できるため、直前の負荷状態が異なっても過不足なく適切な条件でアイドルストップに入ることが可能となり、アイドルストップの頻度が向上し燃料電池システムの燃費性能を向上できるとともに、アイドルストップ解除後の再起動時に速やかに燃料電池出力を立ち上げることができるという効果がある。 According to the present invention, since an appropriate idle stop permission condition can be calculated according to the load information immediately before the idle stop, it becomes possible to enter the idle stop under an appropriate condition without excess or shortage even if the immediately preceding load state is different. The frequency of idle stop is improved, the fuel efficiency of the fuel cell system can be improved, and the fuel cell output can be quickly raised at the time of restart after the idle stop is released.
以下、この発明を図面に基づいて説明する。尚、特に限定されないが、以下に説明する各実施例は、燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。 The present invention will be described below with reference to the drawings. Although not particularly limited, each embodiment described below is a fuel cell system suitable for a fuel cell vehicle.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの要部構成を示す図である。図1において、燃料電池システムは、図示しない燃料電池と、少なくとも燃料電池の負荷情報を含む燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段101と、燃料電池の電圧に関する情報である電圧パラメータを検出する電圧パラメータ検出手段102と、運転状態検出手段101が検出した負荷情報値に基づいてアイドルストップ許可判断のための電圧パラメータの閾値を演算する電圧パラメータ閾値演算手段103と、電圧パラメータ検出手段102の検出した電圧パラメータが電圧パラメータ閾値演算手段103が演算した電圧パラメータ閾値に対してアイドルストップ許可の条件を満足している際にアイドルストップを許可するアイドルストップ許可手段104と、アイドルストップ許可手段104の出力に基づいてアイドルストップの制御を行うアイドルストップ制御手段105とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a fuel cell system according to the present invention. In FIG. 1, the fuel cell system detects a fuel cell (not shown), an operating state detecting means 101 for detecting an operating state of the fuel cell including at least load information of the fuel cell, and a voltage parameter that is information on the voltage of the fuel cell. Of the voltage parameter detecting means 102 for calculating the voltage parameter threshold value for determining idling stop permission based on the load information value detected by the operating state detecting means 101, and the voltage parameter detecting means 102 An idle stop permission means 104 for permitting an idle stop when the detected voltage parameter satisfies an idle stop permission condition with respect to the voltage parameter threshold value calculated by the voltage parameter threshold value calculation means 103; Idle strike based on output And a idling
運転状態検出手段101は、負荷情報として、燃料電池の目標電流、目標電力、実電流、実電力の何れかを検出する手段である。また運転状態検出手段101は、負荷情報に加えて、燃料電池温度、燃料ガス圧力、空気圧力、燃料ガス過剰率、酸化剤ガス過剰率を検出してもよい。
The operating
電圧パラメータ閾値演算手段103は、負荷情報、または負荷情報及びこれ以外の燃料電池の運転状態に基づいて、アイドルストップ許可条件となる電圧パラメータ閾値を演算する手段である。通常、負荷情報の値に対する電圧パラメータ閾値のマップとして不揮発性メモリに記憶したものを利用する。 The voltage parameter threshold value calculation means 103 is a means for calculating a voltage parameter threshold value that becomes an idle stop permission condition based on the load information or the load information and the other operating state of the fuel cell. Usually, a map stored in a non-volatile memory is used as a map of voltage parameter threshold values with respect to load information values.
運転状態検出手段101が負荷情報に加えて、燃料電池温度、燃料ガス圧力、酸化剤ガス圧力、燃料ガス過剰率、酸化剤ガス過剰率等の運転状態パラメータを検出する場合には、電圧パラメータ閾値演算手段103は、負荷情報及びこれらの運転状態パラメータに基づく多次元制御マップにより、電圧パラメータ閾値を演算する手段とすることができる。これにより、直前の負荷状態、暖機状態、大気圧変化なども含めたガス圧力が異なっても、過不足なく適切な条件でアイドルストップに入ることができる。
When the operating state detection means 101 detects operating state parameters such as fuel cell temperature, fuel gas pressure, oxidant gas pressure, fuel gas excess rate, oxidant gas excess rate in addition to load information, a voltage parameter threshold value The calculating
図2は、図1の基本構成に加えて、燃料電池の電流電圧特性を学習するIV特性学習手段206を備えた構成である。電圧パラメータ閾値演算手段203は、運転状態検出手段101の出力およびIV特性学習手段206の出力に基づいてアイドルストップ許可のための電圧パラメータ閾値を演算する手段である。それ以外の構成は図1と同様である。 FIG. 2 is a configuration provided with IV characteristic learning means 206 for learning the current-voltage characteristics of the fuel cell in addition to the basic configuration of FIG. The voltage parameter threshold value calculating means 203 is a means for calculating a voltage parameter threshold value for permitting idle stop based on the output of the operating state detecting means 101 and the output of the IV characteristic learning means 206. The other configuration is the same as that of FIG.
IV特性学習手段206のIV特性学習方法は、特に限定されないが以下の方法のよれば、燃料電池の経年変化をIV特性に反映させることができる。まず、燃料電池の運転状態の変化があまり大きくない準定常状態における燃料電池の電流値と電圧値とをサンプリングして記憶する。一定数のサンプルの記憶が完了した時点で、古いサンプルを除去して比較的新しいサンプルに基づいて、最小二乗法等により燃料電池の電流電圧特性曲線を求めてこれを記憶する。 The IV characteristic learning method of the IV characteristic learning means 206 is not particularly limited, but according to the following method, the secular change of the fuel cell can be reflected in the IV characteristic. First, the current value and voltage value of the fuel cell in the quasi-steady state where the change in the operating state of the fuel cell is not so large are sampled and stored. When the storage of a certain number of samples is completed, the old sample is removed and the current-voltage characteristic curve of the fuel cell is obtained by the least square method or the like based on the relatively new sample and stored.
図3は、本発明が適用される燃料電池システムの全体構成を示す図である。燃料電池1には、アノードに水素ガスが、カソードに空気が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。
FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a fuel cell system to which the present invention is applied. In the
アノード(水素極):H2 → 2H++2e- …(1)
カソード(酸素極):2H++2e-+(1/2)O2 → H2O …(2)
アノードへの水素供給は、水素タンク2から水素タンク元弁3、減圧弁4、水素供給弁5を通じてなされる。水素タンク2から供給される高圧水素は、減圧弁4で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素供給弁5で燃料電池の運転圧力まで水素圧力が減圧制御される。ポンプ等を使用した水素循環装置7は、アノードで消費されなかった水素を水素循環路19を介してアノード入口へ再循環させるために設置する。アノードの水素圧は、コントローラ30が圧力センサ6aで検出した水素圧力をフィードバックして水素供給弁5を駆動することによって制御される。水素圧を所望の目標圧力に制御することによって、燃料電池が消費した分だけの水素が自動的に補われる。
Anode (hydrogen electrode): H 2 → 2H + + 2e − (1)
Cathode (oxygen electrode): 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
Hydrogen supply to the anode is performed from the
パージ弁8は、つぎのような役割を果たす。(a)水素循環機能を確保するために、水素系内に蓄積した窒素を排出する。(b)セル電圧を回復させるために、ガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばす。(c)起動時に水素系を水素で置換するために水素系内のガスを排出する。ここで水素系とは、燃料電池1のアノード、水素循環路19、水素循環装置7、及びこれらを接続する管路である。
The purge valve 8 plays the following role. (A) The nitrogen accumulated in the hydrogen system is discharged to ensure the hydrogen circulation function. (B) In order to recover the cell voltage, the water clogged in the gas flow path is blown away. (C) The gas in the hydrogen system is discharged to replace the hydrogen system with hydrogen at the time of startup. Here, the hydrogen system is the anode of the
排水素処理装置9は、パージ弁7から排出される水素を含むガスを可燃濃度未満の水素濃度になるように空気で希釈して系外へ排出するか、あるいは水素と空気を反応させて燃焼させることで排出水素濃度を下げる。 The exhaust hydrogen treatment device 9 dilutes the gas containing hydrogen discharged from the purge valve 7 with air so that the hydrogen concentration is lower than the flammable concentration, and discharges it out of the system, or reacts hydrogen and air to burn. To reduce the exhaust hydrogen concentration.
カソードへの空気は、コンプレッサ10により供給される。加湿装置11は、供給する空気を加湿する。カソードの空気圧は、コントローラ30が圧力センサ6bで検出した空気圧力をフィードバックして空気調圧弁12を駆動することによって制御される。
Air to the cathode is supplied by the
冷却水流路への冷却水は冷却水ポンプ13により供給される。三方弁16は、冷却水の流路をラジエタ17方向とラジエタバイパス方向に切り替えたり、分流したりする。ラジエタファン18は、ラジエタへ風を通過させて冷却水を冷やす。冷却水の温度は、温度センサ14によって燃料電池入口の温度を、温度センサ15によって燃料電池出口の温度を検出し、これらに基づいてコントローラ30が三方弁16とラジエタファン18を駆動することによって調整する。
Cooling water to the cooling water flow path is supplied by the
パワーマネージャ21は、燃料電池1から出力を取り出す装置であり、燃料電池1から出力(電流あるいは電力)を取り出して負荷装置23(例えば、車両駆動モータ)へ供給する。またパワーマネージャ21は、二次電池やキャパシタを用いた蓄電装置22の蓄電量(SOC)を監視し、SOCが所定量以下となると、蓄電装置22の充電のために充電用電流、または充電用電力をコントローラ30へ要求する。
The power manager 21 is a device that extracts an output from the
コントローラ30には、図示しない車速センサ及びアクセルセンサが接続され、車速信号やアクセル操作量信号が入力される。コントローラ30は、車速信号及びアクセル操作量信号に基づいて車両駆動用電流または車両駆動用電力を計算し、それぞれに充電用電流または充電用電力を加算して、燃料電池1の目標電流または目標電力を計算する。そして、目標電流または目標電力に応じて、燃料電池の運転状態、例えば、水素ガス圧力、空気圧力等を制御する。
A vehicle speed sensor and an accelerator sensor (not shown) are connected to the
燃料電池1の各セルの電圧値は電圧センサ24で検出され、コントローラ30は、これら各セルの電圧値を読込可能である。尚、燃料電池1は、複数のセルを直列接続したセル群から構成され、各セル群の電圧値を電圧センサ24が検出する構成としてもよい。
The voltage value of each cell of the
コントローラ30は、各種センサ値を読み込み、各アクチュエータを駆動して、燃料電池システム全体の制御、及びアイドルストップに関する制御を行なう。
The
また、コントローラ30は、図1、図2の電圧パラメータ検出手段102の一部、電圧パラメータ閾値演算手段103、203、アイドルストップ許可手段104、アイドルストップ制御手段105、及びIV特性学習手段206である。
The
尚、特に限定されないが、本発明では、コントローラ30は、CPUと、プログラムROMと、作業用RAMと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。
Although not particularly limited, in the present invention, the
図4は、燃料電池1を構成する各セルの電流電圧特性例(IV特性)例を示す図である。同図において、実線は、正常に動作しているセルの標準セル電圧であり、破線は、水詰まりや窒素蓄積がないと判断可能な下限のセル電圧であり、本発明でアイドルストップ許可判定に用いる電流電圧特性である。図4に示したように、燃料電池から取り出す電流が小さいほど、燃料電池セルの電圧は高い傾向がある。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of current-voltage characteristics (IV characteristics) of each cell constituting the
図5は、本発明を適用しない比較例におけるアイドルストップの許可判断を示す。図5(a)に示すように、通常のアイドル状態ではI1[A]の電流を取り出しているとすると、そのときの典型的なセル電圧はV1[V]であり、多少のばらつきを考慮してもすべてのセルでVs[V]以上のセル電圧があれば、燃料電池はセルの水つまりなどを生じておらず正常な状態と考えられる。いま、図5(a)比較例で、最低セル電圧がVsより大きい場合にアイドルストップへの移行判断を行う場合を示している。この場合、アイドルストップに入る前のアイドル発電時のセル電圧がすべてVs以上あれば、アイドルストップに移行する、という制御を実行できると判断する。ここで、図5(a)で、発電電流がI1へ移行すると最低セル電圧はVsより上になるので正常にアイドルストップの許可判断ができる。しかし、車両のバッテリの充電状態などによっては、実際にはアイドル発電時の取り出し電流がI1よりも大きいI2[A]まで取り出すような場合もありえ、このような場合でアイドルストップ許可判断をVsに基づいて行っている場合、図5(b)のようになり、取り出し電流がI2へ移行すると最低セル電圧はV2までしか上昇せず、アイドルストップの許可条件が成立しないため、燃料電池が正常であってもアイドルストップへ移行できない、ということになってしまう。 FIG. 5 shows an idle stop permission determination in a comparative example to which the present invention is not applied. As shown in FIG. 5A, if the current I1 [A] is taken out in the normal idle state, the typical cell voltage at that time is V1 [V], and some variation is taken into consideration. However, if there is a cell voltage equal to or higher than Vs [V] in all the cells, the fuel cell is considered to be in a normal state with no cell water clogging. Now, in the comparative example of FIG. 5A, a case is shown in which the transition to idle stop is determined when the minimum cell voltage is higher than Vs. In this case, if all the cell voltages at the time of idle power generation before entering the idle stop are equal to or higher than Vs, it is determined that the control of shifting to the idle stop can be executed. Here, in FIG. 5 (a), when the generated current shifts to I1, the minimum cell voltage becomes higher than Vs, so that it is possible to normally determine whether to allow idling stop. However, depending on the state of charge of the battery of the vehicle, there may be a case where the current taken out during idle power generation is taken out to I2 [A] which is larger than I1. In such a case, the idling stop permission determination is made Vs. 5 (b), when the extraction current shifts to I2, the minimum cell voltage increases only to V2 and the idle stop permission condition is not satisfied, so that the fuel cell is normal. Even if there is, it will be impossible to shift to idle stop.
図6は、本発明を適用した場合の一例であり、図4の破線に示したアイドルストップ許可下限セル電圧(Vx)曲線に基づいて、アイドル発電時の取り出し電流によってアイドルストップ許可判断のセル電圧閾値を変更するものである。つまり、燃料電池からの取り出し電流と図4の破線の特性(Vx)とに基づいて、時々刻々セル電圧閾値を変更するもので、取り出し電流がI1の場合はVs、取り出し電流がI2の場合はVtがセル電圧閾値となり、そのときの発電状態によって適切にアイドルストップ許可判断のセル電圧閾値を設定することができる。 FIG. 6 shows an example of the case where the present invention is applied. Based on the idle stop permission lower limit cell voltage (Vx) curve shown by the broken line in FIG. The threshold value is changed. That is, the cell voltage threshold is changed from moment to moment based on the extraction current from the fuel cell and the broken line characteristic (Vx) in FIG. 4. When the extraction current is I1, Vs, and when the extraction current is I2, Vt becomes the cell voltage threshold value, and the cell voltage threshold value for the idle stop permission determination can be appropriately set according to the power generation state at that time.
図6(a)は、本発明におけるアイドル発電時の取り出し電流がI1の場合であり、この場合は図5の場合と同様に、Vsに基づいてアイドルストップの許可判断がなされる。図6(b)はアイドル発電時の取り出し電流がI2の場合であり、Vxの特性から決まる閾値Vtでアイドルストップ許可判断を行うため、この場合でも正常にアイドルストップの許可判断がなされることになる。 FIG. 6A shows a case where the current taken out during idle power generation according to the present invention is I1, and in this case, the permission determination for idling stop is made based on Vs as in the case of FIG. FIG. 6B shows a case where the current taken out during idle power generation is I2, and the idle stop permission determination is performed with the threshold value Vt determined from the characteristics of Vx. Become.
図6では、図4の特性と最低セル電圧からアイドルストップ許可判断を行う場合を示したが、セル電圧のばらつき(分散など)と燃料電池の電流密度との関係が図7のように、電流密度が大きいほどセル電圧のばらつきが大きくなることを利用して、図7の破線で示すアイドルストップ許可セル電圧ばらつき上限値(Dx)特性と、燃料電池のセル電圧の測定値から求めたセル電圧ばらつきを用いても同様のことが行える。 FIG. 6 shows the case where the idle stop permission determination is performed from the characteristics of FIG. 4 and the minimum cell voltage. The relationship between the cell voltage variation (dispersion, etc.) and the current density of the fuel cell is shown in FIG. Utilizing the fact that the cell voltage variation increases as the density increases, the cell voltage obtained from the idle stop permission cell voltage variation upper limit (Dx) characteristic indicated by the broken line in FIG. 7 and the measured value of the cell voltage of the fuel cell The same can be done using variation.
次に、図8の制御フローチャートを参照して、本発明に係る燃料電池システムの実施例1におけるアイドルストップ許可制御を説明する。本実施例の構成は、図1または図2に示した構成である。本実施例は、負荷情報として燃料電池の目標電流を、電圧パラメータとしてはセル電圧を用い、最低セル電圧が目標電流に応じた下限値を満たしているかどうかでアイドルストップの許可判断を行う場合の実施例である。 Next, the idling stop permission control in the first embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the control flowchart of FIG. The configuration of this embodiment is the configuration shown in FIG. 1 or FIG. In this embodiment, the target current of the fuel cell is used as the load information, the cell voltage is used as the voltage parameter, and the permission determination for idling stop is performed based on whether the minimum cell voltage satisfies the lower limit value corresponding to the target current. This is an example.
図8のフローチャートは、燃料電池システムの通常運転中に定期的(たとえば10ms毎)に実行される。また、本フローチャートが開始される前に、コントローラ30には、圧力センサ6a,6b、温度センサ14,15,電圧センサ24、図1では図示しなかった車速センサ等の各センサの検出値が読み込まれているものとする。さらにコントローラ30は、パワーマネージャ21からの充電用電流を読み込み、これに車両駆動用電流を加えた燃料電池1の目標電流を既に算出しているものとする。
The flowchart of FIG. 8 is executed periodically (for example, every 10 ms) during normal operation of the fuel cell system. Before this flowchart is started, the
ステップ801では、セル電圧以外のアイドルストップ許可条件、たとえば車速やガスの圧力が所定値まで下がっているか、温度が所定の条件を満足しているかを判断する。ステップ801の条件が成立していない場合はそのままこの手続きは終了するが、条件が成立している場合はステップ802へ進む。ステップ802では燃料電池の目標電流を読み込む。ステップ803では、予めコントローラ30に記憶した図4のような電流電圧特性を有する制御マップを参照して、燃料電池の目標電流に対応するアイドルストップ許可の下限セル電圧Vxを求める。
In
ここで、図4の特性では横軸が電流密度となっているが、目標電流をセルの有効面積で割り算することで電流密度に変換すればよい。また、ステップ803で参照する制御マップは、燃料電池1の電流電圧特性を学習するIV特性学習手段206(図2)の学習結果としてもよい。この場合、学習した標準セル電圧から所定電圧減じた電圧をアイドルストップ許可下限電圧とする。これにより燃料電池の経年変化があっても正確なアイドルストップ条件を判定することができる。
Here, in the characteristics of FIG. 4, the horizontal axis is the current density, but the target current may be converted to the current density by dividing by the effective area of the cell. Further, the control map referred to in
ステップ804では、燃料電池1のすべてのセル電圧から、最低セル電圧Vc_minを演算する。ステップ805では、最低セル電圧Vc_minがVxより大きいかどうかを判断し、Vxより大きくない場合はそのまま手続きを終了し、Vc_minがVxより大きい場合はステップ806へ進み、アイドルストップへの移行制御を実行する。
In
このように本発明によれば、アイドルストップ直前の負荷情報に応じて適切なアイドルストップ許可条件を演算できるため、直前の負荷状態が異なっても過不足なく適切な条件でアイドルストップに入ることが可能となる。 As described above, according to the present invention, since an appropriate idle stop permission condition can be calculated according to the load information immediately before the idle stop, even if the immediately preceding load state is different, the idle stop can be entered under an appropriate condition without excess or deficiency. It becomes possible.
次に、図9の制御フローチャートを参照して、本発明に係る燃料電池システムの実施例2におけるアイドルストップ許可制御を説明する。本実施例の構成は、図1または図2に示した構成である。本実施例は、負荷情報として燃料電池の目標電流を、電圧パラメータとしてはセル電圧を用い、セル電圧のばらつきとして分散値が上限値を満たしているかどうかでアイドルストップの許可判断を行う場合の実施例である。 Next, with reference to the control flowchart of FIG. 9, the idling stop permission control in the second embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described. The configuration of this embodiment is the configuration shown in FIG. 1 or FIG. In this embodiment, the target current of the fuel cell is used as the load information, the cell voltage is used as the voltage parameter, and the idling stop permission determination is made based on whether or not the dispersion value satisfies the upper limit value as the cell voltage variation. It is an example.
図9のフローチャートは、燃料電池システムの通常運転中に定期的(たとえば10ms毎)に実行される。ステップ901では、電圧以外のアイドルストップ許可条件、たとえば車速やガスの圧力が所定値まで下がっているか、温度が所定の条件を満足しているかを判断する。ステップ901の条件が成立していない場合はそのままこの手続きは終了するが、条件が成立している場合はステップ902へ進む。ステップ802では燃料電池の目標電流を読み込む。ステップ903では、予めコントローラ30に記憶した図7の特性を有する制御マップを参照して、燃料電池の目標電流に対応するアイドルストップ許可のセル電圧の上限ばらつき値Dxを求める。ここで、図7の特性では横軸が電流密度となっているが、目標電流をセルの有効面積で割り算することで電流密度に変換すればよい。ステップ904では、燃料電池のすべてのセル電圧Vcell(i)(i=1〜N)を読み込み、ステップ905ではセル電圧の分散値Dcellを演算する。
The flowchart of FIG. 9 is executed periodically (for example, every 10 ms) during normal operation of the fuel cell system. In
分散値Dcellは、次に示す式(1)によって求めればよい。 The dispersion value Dcell may be obtained by the following equation (1).
Dcell=Σ{Vcell(i)−Vcell_ave}^2/Ncell (i=1,2,…,Ncell) …(1)
ここでVcell_aveは平均セル電圧、Ncellは全セル数である。
Dcell = Σ {Vcell (i) −Vcell_ave} ^ 2 / Ncell (i = 1, 2,..., Ncell) (1)
Here, Vcell_ave is an average cell voltage, and Ncell is the total number of cells.
ステップ906では、セル電圧分散値DcellがDxより小さいかどうかを判断し、Dxより小さくない場合はそのまま手続きを終了し、DcellがDxより小さい場合はステップ907へ進み、アイドルストップへの移行制御を実行する。
In
ここまでの実施例では、負荷情報としてスタックの目標電流を用いたが、これは目標電力や実電流、実電力を用いてもよい。また、電圧パラメータとしてセル電圧を用いたが、これは複数のセルからなるセル群の電圧でもよいし、燃料電池が複数のスタックから構成される場合はその各々のスタック電圧でもよい。また、実施例1の場合は、スタック総電圧を用いてもよい。 In the embodiments described so far, the target current of the stack is used as the load information. However, this may use target power, actual current, or actual power. Further, although the cell voltage is used as the voltage parameter, this may be the voltage of a cell group composed of a plurality of cells, or when the fuel cell is composed of a plurality of stacks, the respective stack voltages may be used. In the first embodiment, the total stack voltage may be used.
また、実施例2では電圧パラメータのばらつきとして分散値を用いたが、これは電圧パラメータの平均値からの最大偏差
max(|電圧パラメータ(i)−電圧パラメータ平均値|) …(2)
を用いてもよいし、平均値から最大偏差を持つパラメータの偏差の平均値に対する割合、
max(|電圧パラメータ(i)−電圧パラメータ平均値|)/電圧パラメータ平均値 …(3)
でも同様のことが実現できる。
In the second embodiment, the variance value is used as the variation of the voltage parameter. This is the maximum deviation from the average value of the voltage parameter.
max (| Voltage parameter (i) −Voltage parameter average value |) (2)
Or the ratio of the deviation of the parameter with the maximum deviation from the average value to the average value,
max (| Voltage parameter (i) −Voltage parameter average value |) / Voltage parameter average value (3)
But the same can be achieved.
1:燃料電池
2:水素タンク
3:水素タンク元弁
4:減圧弁
5:水素供給弁
6a、6b:圧力センサ
7:水素循環装置
8:パージ弁
9:排水素処理装置
10:コンプレッサ
11:加湿装置
12:空気調圧弁
13:冷却水ポンプ
14、15:温度センサ
16:三方弁
17:ラジエタ
18:ラジエタファン
19:水素循環路
20:キースイッチ
21:パワーマネージャ
22:蓄電装置
23:負荷装置
24:電圧センサ
1: Fuel cell 2: Hydrogen tank 3: Hydrogen tank main valve 4: Pressure reducing valve 5: Hydrogen supply valve 6a, 6b: Pressure sensor 7: Hydrogen circulation device 8: Purge valve 9: Waste hydrogen treatment device 10: Compressor 11: Humidification Device 12: Air pressure regulating valve 13: Cooling water pump 14, 15: Temperature sensor 16: Three-way valve 17: Radiator 18: Radiator fan 19: Hydrogen circulation path 20: Key switch 21: Power manager 22: Power storage device 23: Load device 24 : Voltage sensor
Claims (7)
燃料電池の目標電流、目標電力、実電流、実電力の何れかである負荷情報を燃料電池の運転状態として検出する運転状態検出手段と、
燃料電池の各セル毎のセル電圧、複数直列接続されたセルからなるセル群毎のセル群電圧、燃料電池を構成する複数のスタックのスタック毎の電圧、燃料電池スタックの総電圧の何れかである電圧パラメータを検出する電圧パラメータ検出手段と、
燃料電池の電流電圧特性を学習する電流電圧特性学習手段と、
前記電流電圧特性学習手段の学習結果を参照して前記運転状態検出手段が検出した負荷情報の値が大きくなるほどアイドルストップ許可判断のための電圧パラメータの閾値を小さく演算する電圧パラメータ閾値演算手段と、
該電圧パラメータ閾値演算手段の出力と、前記電圧パラメータ検出手段の出力とに基づいてアイドルストップの許可判断を行うアイドルストップ許可手段と、
該アイドルストップ許可手段の出力に基づいてアイドルストップの制御を行うアイドルストップ制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、
前記アイドルストップ許可手段は、前記電圧パラメータの検出値が、前記電圧パラメータ閾値より大きい場合にアイドルストップを許可することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
Target current of fuel cells, and a target power, the actual current, operating condition detecting means for the load information is either the actual power to detect a driving state of the fuel cell,
One of the cell voltage for each cell of the fuel cell, the cell group voltage for each cell group composed of a plurality of cells connected in series, the voltage for each stack of the plurality of stacks constituting the fuel cell, or the total voltage of the fuel cell stack Voltage parameter detection means for detecting a certain voltage parameter;
Current-voltage characteristics learning means for learning the current-voltage characteristics of the fuel cell;
A voltage parameter threshold calculation means for calculating reduced threshold voltage parameter for learning results referring to the operating condition detecting means value of the load information detected by the larger the idle stop permission judgment of the current-voltage characteristic learning means,
Idle stop permission means for making an idle stop permission determination based on the output of the voltage parameter threshold value calculation means and the output of the voltage parameter detection means,
An idle stop control means for controlling the idle stop based on the output of the idle stop permission means, and a fuel cell system comprising:
The idle stop permission means, the detected value of the voltage parameter, a fuel cell system and permits an idle stop is larger than the voltage parameter threshold.
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The voltage parameter threshold calculation means comprises a current-voltage characteristic of the fuel cell, based on the operation state, the fuel cell system according to claim 1, characterized in that the means for calculating a threshold voltage parameter.
燃料電池の目標電流、目標電力、実電流、実電力の何れかである負荷情報を燃料電池の運転状態として検出する運転状態検出手段と、
燃料電池の各セル毎のセル電圧、複数直列接続されたセルからなるセル群毎のセル群電圧、燃料電池を構成する複数のスタックのスタック毎の電圧、燃料電池スタックの総電圧の何れかである電圧パラメータを検出する電圧パラメータ検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出した負荷情報の値が大きくなるほどアイドルストップ許可判断のための電圧パラメータばらつきの閾値を大きく演算する電圧パラメータ閾値演算手段と、
該電圧パラメータ閾値演算手段の出力と、前記電圧パラメータ検出手段の出力のばらつきとに基づいてアイドルストップの許可判断を行うアイドルストップ許可手段と、
該アイドルストップ許可手段の出力に基づいてアイドルストップの制御を行うアイドルストップ制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、
前記アイドルストップ許可手段は、前記電圧パラメータの検出値のばらつきが、前記電圧パラメータばらつき閾値より小さい場合にアイドルストップを許可することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
An operation state detection means for detecting load information which is one of the target current, target power, actual current, and actual power of the fuel cell as the operation state of the fuel cell;
One of the cell voltage for each cell of the fuel cell, the cell group voltage for each cell group composed of a plurality of cells connected in series, the voltage for each stack of the plurality of stacks constituting the fuel cell, or the total voltage of the fuel cell stack Voltage parameter detection means for detecting a certain voltage parameter;
A voltage parameter threshold value calculating means for calculating the threshold value of the voltage parameter variation for idle stop permission determination as the value of the load information detected by the operating state detecting means increases;
Idle stop permission means for making an idle stop permission determination based on the output of the voltage parameter threshold value calculation means and variations in the output of the voltage parameter detection means,
An idle stop control means for controlling the idle stop based on the output of the idle stop permission means, and a fuel cell system comprising:
The idle stop permission means, the variation of the detected value of the voltage parameters, fuel cell systems that and permits an idle stop is smaller than the voltage parameter variation threshold.
前記電圧パラメータ閾値演算手段は、前記運転状態検出手段のこれら検出値に基づいて電圧パラメータの閾値を演算する手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The operating state detection means is means for detecting at least one of a fuel cell temperature, a fuel gas pressure, an oxidant gas pressure, a fuel gas excess rate, and an oxidant gas excess rate in addition to the load information,
4. The voltage parameter threshold value calculating means is means for calculating a voltage parameter threshold value based on the detected values of the operating state detecting means. Fuel cell system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006084218A JP4992261B2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006084218A JP4992261B2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Fuel cell system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007258117A JP2007258117A (en) | 2007-10-04 |
JP4992261B2 true JP4992261B2 (en) | 2012-08-08 |
Family
ID=38632121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006084218A Expired - Fee Related JP4992261B2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4992261B2 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5359621B2 (en) * | 2009-07-03 | 2013-12-04 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system and control method thereof |
WO2011049975A1 (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Pierre-Francois Quet | Battery state-of-charge management method |
JP5114520B2 (en) | 2010-03-29 | 2013-01-09 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system and stop control method for fuel cell system |
JP5384543B2 (en) * | 2011-03-04 | 2014-01-08 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system |
JP5395116B2 (en) * | 2011-05-24 | 2014-01-22 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system and control method thereof |
JP6160313B2 (en) * | 2013-07-05 | 2017-07-12 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system |
KR101886522B1 (en) * | 2016-11-07 | 2018-08-07 | 현대자동차주식회사 | Control device and method for starting of fuel cell system |
JP6812767B2 (en) * | 2016-11-30 | 2021-01-13 | スズキ株式会社 | Fuel cell device |
CN113964352B (en) * | 2021-10-29 | 2023-02-21 | 北京亿华通科技股份有限公司 | Control method and control device for fuel cell system |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3846346B2 (en) * | 2002-03-27 | 2006-11-15 | 日産自動車株式会社 | Control device for fuel cell system |
JP3866187B2 (en) * | 2002-11-21 | 2007-01-10 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell vehicle |
JP4929600B2 (en) * | 2005-03-04 | 2012-05-09 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and method for stopping fuel cell system |
-
2006
- 2006-03-24 JP JP2006084218A patent/JP4992261B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007258117A (en) | 2007-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4992261B2 (en) | Fuel cell system | |
US8679690B2 (en) | Device and method for controlling fuel cell system having oxygen concentration transient reduction | |
KR100591365B1 (en) | Fuel cell system and related method | |
JP4893745B2 (en) | Fuel cell system | |
EP2712015B1 (en) | Fuel cell system | |
JP5329111B2 (en) | Fuel cell system and method for determining deterioration of power storage device in the system | |
US6959249B2 (en) | Load following algorithm for a fuel cell based system | |
CN110085890B (en) | Fuel cell system and fuel cell vehicle | |
KR102551676B1 (en) | External power supply system and supply method of fuel cell vehicle | |
EP2602853A1 (en) | Fuel cell system | |
US20080176117A1 (en) | Fuel Cell System and Fuel Cell System Control Method | |
US20180351185A1 (en) | Method of controlling operation of fuel cell | |
EP1556937B1 (en) | Electric power generation control system and electric power generation control method for fuel cell | |
JP4982977B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5304863B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4085805B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4739938B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2007059319A (en) | Fuel cell system | |
JP3698101B2 (en) | Control device for fuel reforming fuel cell system | |
CN113285105B (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
JP3989004B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4984484B2 (en) | Control device for fuel cell system | |
JP2007234311A (en) | Fuel cell system | |
KR20230028644A (en) | Control method for fuel cell | |
KR20230048923A (en) | Mehtod for controling operation of feul cell system and fuel cell control system using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090204 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20110909 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20111110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 Effective date: 20111122 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120111 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120410 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120423 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150518 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |