JP5060527B2 - Fuel cell power generation control method - Google Patents
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Description
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。 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.
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。 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.
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。 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.
このような無駄を防止するため、特許文献1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。
In order to prevent such waste,
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。
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
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。
When the
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。 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.
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。 However, a certain delay is inevitable when reducing the hydrogen supply. As a result, 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.
そこで、本発明の課題は、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できるように燃料電池の発電制御を行うことにある。 Therefore, the problem of the present invention is that when the external load is suddenly reduced or regenerated, the residual hydrogen in the fuel cell is safely consumed and always supplies stable power to the external load without emergency stop. It is to perform power generation control of the fuel cell so that it can be performed.
上記課題を解決した本発明は、水素供給源から供給される水素とエアポンプより供給される空気中の酸素と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、前記燃料電池及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、前記燃料電池電源システムの要求負荷に応じて燃料電池出力電流目標値を決定し、かつ前記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、前記燃料電池出力電流指令値に応じた電流が前記燃料電池から出力され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、(1)前記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緩やかな減少率とすることで前記燃料電池に多く発電させて余剰水素を処理させる余剰水素処理を行なうとともに、(2)前記余剰水素処理を行なったことにより、前記燃料電池出力電流目標値より大きくなってい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が増加した場合も、前記燃料電池出力電流目標値の値にかかわらず、前記緩やかな減少率のままとして減少させて前記余剰水素処理を継続し、(3)前記余剰水素を処理した際の発電電力を、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。 The present invention that has solved the above problems includes a fuel cell that generates power using hydrogen supplied from a hydrogen supply source and oxygen in the air supplied from an air pump, and an electric energy buffer capable of storing the power generated by the fuel cell. And a control device, and is configured to be able to supply electric power to the external load from the fuel cell and the electric energy buffer , and the control device has a fuel cell output current target value according to a required load of the fuel cell power supply system. And a fuel cell output current command value is determined according to the fuel cell output current target value, and a current corresponding to the fuel cell output current command value is output from the fuel cell. In the power generation control method, the control device: (1) When the fuel cell output current target value decreases, the control device decreases the fuel cell output current target value according to the decrease in the fuel cell output current target value. The reduction rate of the fuel cell output current command value lack is, to process the surplus hydrogen often to power generation to the fuel cell by said fuel cell output current target value reduction ratio smaller rather gradual reduction rate than the performs a surplus hydrogen treatment, (2) the excess by hydrogen treatment was performed, the reduction rate of the fuel cell output current before the target value that more is greater Symbol fuel cell output current command value, the fuel cell output current Even when the target value is increased, regardless of the value of the fuel cell output current target value, the surplus hydrogen treatment is continued with the moderate decrease rate being reduced , and (3) when the surplus hydrogen is treated. The fuel cell power generation control method is characterized in that the generated power is stored in the electric energy buffer .
本発明においては、燃料電池出力電流目標値が減少する場合に、燃料電池出力電流目標値の減少に応じて減少される燃料電池出力電流指令値の減少率を、燃料電池出力電流目標値の減少率よりも小さく緩やかな減少率とすることで燃料電池に多く発電させて余剰水素を処理させる余剰水素処理を行なうとともに、余剰水素処理を行なったことにより燃料電池出力電流目標値より大きくなっている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が増加した場合も、燃料電池出力電流目標値の値にかかわらず、緩やかな減少率のままとして減少させて前記余剰水素処理を継続することにより、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。また、加速に備えることができる。
In the present invention, when the fuel cell output current target value decreases, the rate of decrease in the fuel cell output current command value that is decreased in accordance with the decrease in the fuel cell output current target value is reduced. most is power generation in the fuel cell performs a surplus hydrogen treatment for treating the excess hydrogen by a small gradual reduction rate than the rate, greater than Ri燃 charge the battery output current target value by the fact of performing the surplus hydrogen treatment is in the reduction rate of the fuel cell output current command value that have, even if the fuel cell output current target value is increased, regardless of the value of the fuel cell output current target value, to reduce as remains moderate reduction rate By continuing the surplus hydrogen treatment, it is possible to suppress the residual hydrogen under pressure in the fuel cell. Moreover, it can prepare for acceleration.
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。 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 stable power is always supplied to the external load without emergency stop. In addition, it is possible to perform power generation control of the fuel cell.
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。 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.
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。
As shown in FIG. 1, the electric system M <b> 1 in the fuel cell power supply system M includes a
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。
Further, a
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。
As shown in FIG. 2, in the fuel supply system M2, hydrogen is supplied to the
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。
Furthermore, oxygen-rich air is supplied to the
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。
Hydrogen and air (oxygen) are supplied to the
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。
Further, in the
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。
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, control when the fuel cell output current target value (hereinafter referred to as “target value”) I CMD according to the external load 4 varies will be described. The target value I CMD is calculated in the
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。 The target value ICMD is 0 in the idling state (region A) before the start of running of the fuel cell electric vehicle. Next, when the accelerator is depressed and the fuel cell electric vehicle starts running, the external load 4 increases rapidly and the target value ICMD increases instantaneously, then stabilizes at a constant value I1 (area B), and the required load is stabilized. It becomes a state.
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)。 Subsequently, for example, when the fuel cell electric vehicle suddenly decelerates and the external load 4 rapidly decreases, the target value ICMD rapidly decreases at a reduction rate exceeding a predetermined reduction rate (region C) and eventually enters a negative region. In a regenerative state (area D). After that, when the accelerator is stepped on again and the external load 4 increases again, the target value ICMD increases to escape from the regenerative state (region E), and when the traveling speed becomes constant, the external load 4 becomes stable and the target value ICMD also increases. Stable at a constant value I2. Then, the target value ICMD is in a state of maintaining a constant value I2 (region F).
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。
Thus, when the external load 4 fluctuates, control of the fuel cell output current limit value (hereinafter referred to as “limit value”) ILMT will be described first. The limit value I LMT calculated here is transmitted to the DC /
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。
In the region A where the target value I CMD is 0, the limit value I LMT is set to a value I3 that is slightly higher than the target value I CMD so as to have a slight margin. Next, when the accelerator is stepped on and the target value ICMD increases instantaneously, in the subsequent region B, the limit value ILMT is increased in consideration of the delay in the current generated from the
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。 Thereafter, in the region C in which the external load 4 rapidly decreases, the limit value I LMT is also decreased in accordance with the decrease in the target value I CMD . Here, the magnitude of the reduction rate when the target value I CMD is reduced is not particularly affected by the performance of the hydrogen supply source 11. Furthermore, in the region D the external load 4 is regenerated, with reduced also limits I LMT in response to a decrease of the target value I CMD, the limit value I LMT according to an increase in the target value I CMD also increases. Then, in the region E from be out regenerative state until the external load 4 also becomes a constant value I2 stable target value I CMD, a limit value I LMT according to an increase in the target value I CMD increases, the target in the region value I CMD is stabilized at a constant value I2 F, the limit value I LMT stabilizes slightly larger value I5 than a predetermined value I2 of the target value I CMD.
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。
Control of the fuel cell output current command value (hereinafter referred to as “command value”) I REF in a situation where the target value I CMD and the limit value I LMT are set in this way will be described. The command value I REF is transmitted to the
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、指令値IREF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、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。
In the region A where the target value I CMD is zero, the command value I REF is also set to zero. Next, in the region B after the target value I CMD has increased instantaneously, it is desirable to raise the command value I REF as much as possible, but when the command value I REF exceeds the limit value I LMT , excess hydrogen is generated, etc. The harmful effects of On the other hand, when the command value I REF is increased while matching the limit value I LMT, the command value I REF is a concern that exceed the limit value I LMT. Therefore, when the command value I REF matches the value obtained by subtracting the specified value α from the limit value I LMT , the command value I REF is increased while being matched with the value obtained by subtracting the specified value α from the limit value I LMT . The specified value α is a margin given so that the command value I REF does not exceed the fuel cell output current value. Specifically, the specified value α can be set to about 1A, for example, 1A. . In this region B, and it increases the command value I REF until it reaches the value I1 is eventually target value I CMD continues to increase while matches the value obtained by subtracting the prescribed value α from the limit value I LMT (area B1 ). In this region B1, since the command value I REF is smaller than the target value I LMT , the
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。
Then, the command value I REF is since after reaching a value I1 which is a target value I CMD, to remain command value I REF matches the value I1 which is a target value I CMD (area B2). In a state where the command value I REF coincides with the value I 1 that is the target value I CMD , the current required by the external load 4 can be supplied only from the
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。
Thereafter, in the region C the external load 4 rapidly decreases, with the decrease of the target value I CMD, the command value I REF also reduces. At this time, if the command value I REF is decreased at the same rate as the target value I CMD , surplus hydrogen in the
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。
When the command value I REF is decreased at this decrease rate, the limit value I LMT has a larger decrease rate, so the command value I REF and the limit value I LMT eventually meet. Reducing the command value I REF a decrease in this state, the command value I REF may exceed the limit value I LMT, also cause the excess hydrogen remaining in the
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。 Thereafter, in the region D where the external load 4 is regenerated, the limit value I LMT is also decreased in the region D1 where the target value I CMD is decreasing. Here, the command value I REF is therefore consistent with the limit value I LMT, to subsequently decrease the command value I REF while being consistent with the limit value I LMT. Subsequently, in the regenerative state, when the target value I CMD increases due to acceleration or the like, the limit value I LMT also increases accordingly (region D2). At this time, the command value I REF is decreased again at the same decrease rate as the decrease rate of the command value I REF in the region C1.
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)。 Then, the vehicle becomes a required load stable state again (region E), the command value I REF even in the required load stable state does not coincide with the target value I CMD, it is still toward the command value I REF It is larger than the target value ICMD . Here, the command value I REF is decreased at the same reduction rate as the command value I REF in the region C1 until the command value I REF reaches the target value I CMD . Then, when the command value I REF meets the target value I CMD , the command value I REF is matched with the target value I CMD (region F).
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。 Note that, in the region C to the region E, the command value I REF exceeds the target value I CMD . 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.
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)。
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
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。 Here, when it is determined that the target value I CMD is less than 0, since the regenerative charging state is set, the process proceeds to step S6 described later. On the other hand, when it is determined that the target value ICMD is not less than 0, the regenerative charge state is not established. In this case, in order to determine whether or not surplus hydrogen treatment is being performed, it is determined whether or not the command value I REF is larger than the target value I CMD (S4). If it is determined that the command value I REF is larger than the target value I CMD , the surplus hydrogen process is being performed, and the process proceeds to step S6 described later. On the other hand, when it is determined that the command value I REF is not larger than the target value I CMD , the demanded load is stable or is in a rising transient state, not in a decreasing transient state.
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)。 Here, it is determined whether or not the limit value I LMT is larger than the target value I CMD in order to determine which state is the required load stable state or the rising transient state (S5). When the limit value I LMT is larger than the target value I CMD is because the required load steady state, the target value I CMD as a command value I REF (S5-1). On the other hand, if it is determined that the limit value I LMT is not larger than the target value I CMD , it is in an up-transition state such as at the time of acceleration, so the value obtained by subtracting the specified value α from the limit value I LMT is the command value. Set to I REF (S5-2).
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)。
In step S2, the difference between the current target value I CMD and the previous target value I CMD OLD is smaller than a predetermined regulation value β. In step S3, the target value I CMD is less than 0. In step S4, In step S6, which is proceeded when it is determined that the command value I REF is larger than the target value I CMD , the state is in a decreasing transition state. If the command value I REF is sharply reduced in this decreasing transition state, surplus hydrogen remains in the
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。
Then, in step S6, since the value obtained by subtracting the prescribed value α from the limit value I LMT is when: the command value I CMD is to make the command value I CMD does not exceed the limit value I LMT, the limit value I setting a value obtained by subtracting the prescribed value α from LMT as a command value I CMD (S6-1). On the other hand, the limit value I LMT is when not less than the command value I CMD sets the value obtained by subtracting the predetermined specified value γ from the previous command value I CMD OLD as a command value I CMD (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
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)。 In this way, the steps S5-1, S5-2, S6-1, in S6-2, after the command value I CMD is set, it is determined whether 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).
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。 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.
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
1
4 External load (required load)
5
Claims (1)
前記制御装置が、前記燃料電池電源システムの要求負荷に応じて燃料電池出力電流目標値を決定し、かつ前記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、
前記燃料電池出力電流指令値に応じた電流が前記燃料電池から出力され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緩やかな減少率とすることで前記燃料電池に多く発電させて余剰水素を処理させる余剰水素処理を行なうとともに、
前記余剰水素処理を行なったことにより、前記燃料電池出力電流目標値より大きくなってい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が増加した場合も、前記燃料電池出力電流目標値の値にかかわらず、前記緩やかな減少率のままとして減少させて前記余剰水素処理を継続し、
前記余剰水素を処理した際の発電電力を、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 hydrogen supply source and 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 from a fuel cell and the electric energy buffer to an external load ,
The control device determines a fuel cell output current target value according to a required load of the fuel cell power supply system, and determines a fuel cell output current command value according to the fuel cell output current target value;
In the fuel cell power generation control method in the fuel cell system in which a current corresponding to the fuel cell output current command value is output from the fuel cell,
The controller is
When the fuel cell output current target value decreases, a decrease rate of the fuel cell output current command value that is decreased in accordance with a decrease in the fuel cell output current target value is expressed as a decrease rate of the fuel cell output current target value. performs a surplus hydroprocessing the fuel most by power generation in the cell to handle the excess hydrogen by a small rather gradual reduction rate than,
Wherein Ri by the fact of performing the surplus hydrogen treatment, the reduction rate of the pre-Symbol fuel cell output current before is larger than the target value Symbol fuel cell output current command value, even if the fuel cell output current target value is increased the regardless of the value of the fuel cell output current target value, to reduce continuously the excess hydrogen treatment step, while the gradual reduction rate,
A power generation control method for a fuel cell , wherein power generated when the surplus hydrogen is processed is stored in the electric energy buffer .
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