JP5215582B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system. In detail, it is related with the fuel cell system mounted in a motor vehicle.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。   In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas flow path, and a control that controls the reaction gas supply device. An apparatus.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極(陽極)及びカソード電極(陰極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。   The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.

この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。   When hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction. Since only harmless water is generated at the time of power generation, fuel cells are attracting attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.

ところで、上記電気化学反応は発電量に応じた発熱を伴うので、発電を継続すると、この熱により電解質膜が損傷する場合がある。このため、燃料電池システムは燃料電池内に冷媒を通流させる冷却手段を備えており、燃料電池の温度は、電解質膜を保護するために予め設定された保護温度を上回らないように調整される。   By the way, since the said electrochemical reaction is accompanied by the heat_generation | fever according to the electric power generation amount, if an electric power generation is continued, an electrolyte membrane may be damaged by this heat | fever. For this reason, the fuel cell system is provided with a cooling means for allowing the refrigerant to flow through the fuel cell, and the temperature of the fuel cell is adjusted so as not to exceed a preset protection temperature in order to protect the electrolyte membrane. .

このような冷却手段を備える燃料電池システムとして、特許文献1には、冷却手段の冷却能力を推定し、この冷却能力に基づいて、燃料電池の発電量を制限する制御を行う燃料電池システムが示されている。具体的には、この燃料電池システムでは、推定された冷却能力の値を閾値として、燃料電池の発熱量が閾値を上回る場合には、冷却可能な範囲内に燃料電池の発電量を制限し、燃料電池の発熱量が閾値を下回る場合には、上記発電量の制限を解除する。   As a fuel cell system including such a cooling means, Patent Document 1 discloses a fuel cell system that estimates the cooling capacity of the cooling means and performs control for limiting the power generation amount of the fuel cell based on the cooling capacity. Has been. Specifically, in this fuel cell system, if the heat generation amount of the fuel cell exceeds the threshold value with the estimated value of the cooling capacity as a threshold value, the power generation amount of the fuel cell is limited within a coolable range, When the amount of heat generated by the fuel cell is below the threshold value, the restriction on the power generation amount is released.

図6は、燃料電池の冷媒流路の出口付近における冷媒の温度変化を示すタイミングチャートである。具体的には、図6は、燃料電池から取り出される電流の制限制御を、特許文献1に示されるように閾値に基づいて行った場合における冷媒の温度変化を示すタイミングチャートである。ここで閾値は、燃料電池を保護するための保護温度よりも低い値に設定される。   FIG. 6 is a timing chart showing the temperature change of the refrigerant in the vicinity of the outlet of the refrigerant flow path of the fuel cell. Specifically, FIG. 6 is a timing chart showing the temperature change of the refrigerant when the restriction control of the current taken out from the fuel cell is performed based on the threshold as disclosed in Patent Document 1. Here, the threshold value is set to a value lower than the protection temperature for protecting the fuel cell.

図6に示すように、冷媒の温度が閾値を上回ると、冷媒の温度が保護温度に達しないように、電流の制限値を除々に小さくする制限制御が行われる。制限制御を行うと、冷媒の温度は、一旦上昇した後、次第に下がり始め、閾値を下回る。次に、閾値を下回ると、電流の制限値が除々に大きくなるように制限解除制御が行われる。制限解除制御を行うと、冷媒の温度は、一旦下降した後、次第に上昇し、再び閾値を上回る。以上のように電流の制限制御を行うことにより、燃料電池の温度を保護温度以下にした状態で、燃料電池による発電を継続することができる。
特開2002−83622号公報
As shown in FIG. 6, when the temperature of the refrigerant exceeds the threshold value, limit control is performed to gradually reduce the current limit value so that the refrigerant temperature does not reach the protection temperature. When restriction control is performed, the temperature of the refrigerant once rises and then gradually starts to fall and falls below the threshold value. Next, when the value falls below the threshold value, limit release control is performed so that the current limit value gradually increases. When the restriction release control is performed, the temperature of the refrigerant once decreases, then gradually increases, and again exceeds the threshold value. By performing the current limit control as described above, power generation by the fuel cell can be continued in a state where the temperature of the fuel cell is equal to or lower than the protection temperature.
JP 2002-83622 A

ところで、燃料電池の膜電極の触媒には、電気化学反応が促進される活性化温度があり、このような温度で発電を行うことにより、効率よく発電を行うことができる。このため、発電を継続して行う場合には、燃料電池を活性化温度付近に保った状態で行われることが好ましい。   By the way, the catalyst for the membrane electrode of the fuel cell has an activation temperature at which the electrochemical reaction is promoted. By generating power at such a temperature, power can be generated efficiently. For this reason, when power generation is continuously performed, it is preferable that the fuel cell be maintained in the vicinity of the activation temperature.

しかしながら、例えば、燃料電池の発電量が急激に増加するような運転状況では、これに伴い燃料電池の温度も急激に変化するため、図6に示すようにして電流の制限制御を行うと、電流の制限及びこの制限の解除の判断が頻繁に切り替えられることとなる。このため、燃料電池から取り出される電流の制限値がハンチングしてしまい、上述のような、発電を行うのに好ましい温度付近で安定して発電を行うことができなかった。   However, for example, in an operating situation in which the amount of power generated by the fuel cell increases rapidly, the temperature of the fuel cell also changes abruptly. Therefore, when current limiting control is performed as shown in FIG. And the decision to remove the restriction are frequently switched. For this reason, the limit value of the current taken out from the fuel cell is hunted, and power generation cannot be stably performed in the vicinity of a temperature preferable for power generation as described above.

本発明は、燃料電池の温度を保護温度以下にしつつ、効率よく発電できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of generating power efficiently while keeping the temperature of the fuel cell below the protection temperature.

本発明の燃料電池システムは、反応ガス(例えば、後述の水素ガス)及び酸化ガス(例えば、後述の空気)の反応により発電する燃料電池(例えば、後述の燃料電池10)と、前記燃料電池内に冷媒を流通させ当該燃料電池を冷却する冷却手段(例えば、後述の冷却システム30)と、冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段(例えば、後述の流出口温度計44)と、前記燃料電池から取り出される電流を制限する電流制限手段(例えば、後述の電流制限器12)と、前記電流制限手段による電流の制限値(例えば、後述の電流制限値)の単位時間当たりの変化量を制限レート量として、該制限レート量を調整する電流制限レート調整手段(例えば、後述の電流制限レート調整部47)と、を備える燃料電池システム(例えば、後述の燃料電池システム1)であって、前記冷媒温度検出手段により検出された冷媒の温度の単位時間当たりの変化量を算出する冷媒温度変化量算出手段(例えば、後述の冷媒温度変化量算出部46)をさらに備え、前記電流制限レート調整手段は、前記冷媒温度検出手段により検出された温度が所定の燃料電池保護温度よりも低い第1閾値以上である場合には、当該温度が前記第1閾値よりも低い第2閾値以下になるまで前記制限レート量を負の値とし、特に、前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値よりも高くなった際に、前記冷媒温度変化量算出手段により検出された温度変化量が所定の収束判定値以上である場合には、前記制限レート量を負の所定値とし、前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値よりも高くなった際に、前記冷媒温度変化量算出手段により検出された温度変化量が前記収束判定値よりも小さい場合には、前記制限レート量を前記負の所定値よりも大きな値にすることを特徴とする。   The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later) that generates power by a reaction of a reaction gas (for example, hydrogen gas described later) and an oxidizing gas (for example, air described later), and the inside of the fuel cell. A cooling means (for example, a cooling system 30 described later) for circulating the refrigerant through the refrigerant, a refrigerant temperature detecting means (for example, an outlet thermometer 44 described later) for detecting the temperature of the refrigerant, and the fuel cell. Current limiting means (for example, a current limiter 12 to be described later) for limiting the current taken out from the current, and a change amount per unit time of a current limit value (for example, a current limit value to be described later) by the current limiting means As a quantity, a fuel cell system (for example, a fuel cell described later) including a current limit rate adjusting means (for example, a current limit rate adjusting unit 47 described later) for adjusting the limit rate amount. The system 1) further includes refrigerant temperature change amount calculation means (for example, a refrigerant temperature change amount calculation unit 46 described later) for calculating the change amount per unit time of the refrigerant temperature detected by the refrigerant temperature detection means. And the current limit rate adjusting means has a temperature lower than the first threshold when the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means is equal to or higher than a first threshold lower than a predetermined fuel cell protection temperature. The limit rate amount is set to a negative value until it becomes equal to or lower than a second threshold value. In particular, when the temperature detected by the refrigerant temperature detection unit becomes higher than the first threshold value, the refrigerant temperature change amount calculation unit If the detected temperature change amount is equal to or greater than a predetermined convergence determination value, the limit rate amount is set to a negative predetermined value, and the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means is higher than the first threshold value. When the temperature change amount detected by the refrigerant temperature change amount calculating means is smaller than the convergence determination value, the limit rate amount is set to a value larger than the negative predetermined value. And

この発明によれば、冷媒の温度が第1閾値よりも高くなった際に、冷媒の温度変化量が所定の収束判定値以上である場合には制限レート量を負の所定値とし、冷媒の温度変化量が所定の収束判定値よりも小さい場合には制限レート量を上記負の所定値よりも大きな値にする電流制限レート調整手段を設けた。これにより、燃料電池の温度変化量が小さくなるのに合わせて、電流の制限値のハンチングを収束させることができる。また、これに伴い、燃料電池の温度を第1閾値と第2閾値の間に収束させながら発電を継続させることができる。ここで例えば、これら第1閾値及び第2閾値を燃料電池保護温度付近に設定することにより、燃料電池の温度を、上述のような発電を行うのに好ましい温度に保ちながら、効率よく発電を行うことができる。   According to the present invention, when the temperature of the refrigerant becomes higher than the first threshold, and the amount of change in the temperature of the refrigerant is equal to or greater than the predetermined convergence determination value, the limit rate amount is set to a negative predetermined value, When the temperature change amount is smaller than a predetermined convergence determination value, a current limit rate adjusting means is provided for setting the limit rate amount to a value larger than the negative predetermined value. Thereby, the hunting of the current limit value can be converged as the temperature change amount of the fuel cell becomes smaller. Accordingly, power generation can be continued while the temperature of the fuel cell is converged between the first threshold value and the second threshold value. Here, for example, by setting the first threshold value and the second threshold value in the vicinity of the fuel cell protection temperature, power generation is efficiently performed while maintaining the temperature of the fuel cell at a temperature preferable for power generation as described above. be able to.

この場合、前記電流制限レート調整手段は、前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第2閾値よりも大きくかつ前記第1閾値よりも小さい場合には、前記制限レート量の値を略0にすることが好ましい。   In this case, when the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means is larger than the second threshold and smaller than the first threshold, the current limit rate adjusting means sets the value of the limit rate amount to approximately 0. It is preferable to make it.

この発明によれば、第1閾値と第2閾値との間では、燃料電池から取り出される電流の制限値は略一定となる。これにより、燃料電池の温度が急激に変化するのを防止することができる。また、制限レート量を略0にすることにより、例えば、燃料電池への要求出力が設定された電流の制限値付近において激しく変化するような場合であっても、この要求に対する応答を安定にすることができる。ここで例えば、本発明の燃料電池システムを車両の動力源として応用した場合には、操縦者による出力要求に対する応答を安定にすることで、操縦者が感じる違和感を低減させることができる。   According to the present invention, the limit value of the current extracted from the fuel cell is substantially constant between the first threshold value and the second threshold value. Thereby, it is possible to prevent the temperature of the fuel cell from changing rapidly. Further, by making the limit rate amount substantially zero, for example, even when the required output to the fuel cell changes drastically in the vicinity of the set current limit value, the response to this request is stabilized. be able to. Here, for example, when the fuel cell system of the present invention is applied as a motive power source of a vehicle, it is possible to reduce a sense of incongruity felt by the driver by stabilizing the response to the output request by the driver.

本発明によれば、燃料電池の温度変化量が小さくなるのに合わせて、電流の制限値のハンチングを収束させることができる。また、これに伴い、燃料電池の温度を第1閾値と第2閾値の間に収束させながら発電を継続させることができる。ここで例えば、これら第1閾値及び第2閾値を燃料電池保護温度付近に設定することにより、燃料電池の温度を、発電を行うのに好ましい温度に保ちながら、効率よく発電を行うことができる。   According to the present invention, the hunting of the current limit value can be converged as the temperature change amount of the fuel cell becomes smaller. Accordingly, power generation can be continued while the temperature of the fuel cell is converged between the first threshold value and the second threshold value. Here, for example, by setting the first threshold value and the second threshold value in the vicinity of the fuel cell protection temperature, it is possible to efficiently generate power while maintaining the temperature of the fuel cell at a temperature preferable for power generation.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム1のブロック図である。
燃料電池システム1は、燃料電池10と、この燃料電池10に反応ガスとしての水素ガスや酸化ガスとしての空気を供給する供給装置20と、燃料電池10内に冷媒を流通させる冷却手段としての冷却システム30と、これらを制御する制御装置40とを有する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system 1 according to the first embodiment of the present invention.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, a supply device 20 that supplies hydrogen gas as a reaction gas and air as an oxidizing gas to the fuel cell 10, and cooling as cooling means for circulating a refrigerant in the fuel cell 10. It has the system 30 and the control apparatus 40 which controls these.

燃料電池10は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極(陽極)及びカソード電極(陰極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。   The fuel cell 10 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of cells are stacked. Each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure is composed of two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes. Usually, both electrodes are formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer.

このような燃料電池10は、アノード電極(陽極)側に水素ガスが供給され、カソード電極(陰極)側に酸素を含む空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。この燃料電池10の各セパレータの間には、冷却システム30の冷媒が流れる燃料電池内部流路101が形成されており、これにより、上記電気化学反応により発熱した燃料電池10は冷却される。   Such a fuel cell 10 generates electric power by these electrochemical reactions when hydrogen gas is supplied to the anode electrode (anode) side and air containing oxygen is supplied to the cathode electrode (cathode) side. Between each separator of the fuel cell 10, a fuel cell internal flow path 101 through which the refrigerant of the cooling system 30 flows is formed, whereby the fuel cell 10 that has generated heat by the electrochemical reaction is cooled.

供給装置20は、燃料電池10のカソード電極側に空気を供給するコンプレッサ21と、アノード電極側に水素ガスを供給する水素タンク22及びエゼクタ28と、を含んで構成される。   The supply device 20 includes a compressor 21 that supplies air to the cathode electrode side of the fuel cell 10, and a hydrogen tank 22 and an ejector 28 that supply hydrogen gas to the anode electrode side.

コンプレッサ21は、エア供給路23を介して、燃料電池10のカソード電極側に接続されている。また、燃料電池10のカソード電極側には、エア排出路24が接続され、このエア排出路24の先端側には、背圧弁241が設けられる。   The compressor 21 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10 via the air supply path 23. An air discharge path 24 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10, and a back pressure valve 241 is provided at the front end side of the air discharge path 24.

水素タンク22は、水素供給路25を介して、燃料電池10のアノード電極側に接続されている。この水素供給路25には、エゼクタ28が設けられている。水素供給路25のうち水素タンク22とエゼクタ28との間には、遮断弁251が設けられている。また、燃料電池10のアノード電極側には、水素排出路26が接続され、この水素排出路26の先端側には、パージ弁261が設けられている。この水素排出路26のうちパージ弁261よりもアノード電極側では、水素排出路26が分岐されて、上述のエゼクタ28に接続されている。エゼクタ28は、水素排出路26の分岐路を通して、水素排出路26に流れた水素ガスを回収し、水素供給路25に還流する。   The hydrogen tank 22 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10 through a hydrogen supply path 25. An ejector 28 is provided in the hydrogen supply path 25. A shutoff valve 251 is provided between the hydrogen tank 22 and the ejector 28 in the hydrogen supply path 25. Further, a hydrogen discharge path 26 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10, and a purge valve 261 is provided on the front end side of the hydrogen discharge path 26. In the hydrogen discharge path 26, on the anode electrode side of the purge valve 261, the hydrogen discharge path 26 is branched and connected to the above-described ejector 28. The ejector 28 collects the hydrogen gas that has flowed into the hydrogen discharge path 26 through the branch path of the hydrogen discharge path 26 and returns it to the hydrogen supply path 25.

冷却システム30は、燃料電池10の燃料電池内部流路101を通って冷媒が循環する冷媒循環路31と、この冷媒循環路31に接続されたラジエタ33と、を備える。冷媒循環路31は、冷媒がラジエタ33から燃料電池10へ流れる燃料電池流入路311と、燃料電池10に形成された燃料電池内部流路101と、冷媒が燃料電池10からラジエタ33へ流れる燃料電池流出路312と、ラジエタ33に形成されたラジエタ内部流路331と、を含んで構成される。   The cooling system 30 includes a refrigerant circulation path 31 through which the refrigerant circulates through the fuel cell internal flow path 101 of the fuel cell 10, and a radiator 33 connected to the refrigerant circulation path 31. The refrigerant circulation path 31 includes a fuel cell inflow path 311 through which refrigerant flows from the radiator 33 to the fuel cell 10, a fuel cell internal channel 101 formed in the fuel cell 10, and a fuel cell through which refrigerant flows from the fuel cell 10 to the radiator 33. An outflow path 312 and a radiator internal flow path 331 formed in the radiator 33 are configured.

ラジエタ33には、燃料電池流出路312及び燃料電池流入路311と接続されたラジエタ内部流路331が設けられている。このラジエタ内部流路331に冷媒を流すことにより、ラジエタ33は、冷媒と熱交換して、この冷媒を冷却する。   The radiator 33 is provided with a radiator internal flow path 331 connected to the fuel cell outflow path 312 and the fuel cell inflow path 311. By flowing the refrigerant through the radiator internal flow path 331, the radiator 33 exchanges heat with the refrigerant to cool the refrigerant.

燃料電池流入路311には、ウォータポンプ32が設けられている。ウォータポンプ32は、冷媒循環路31内の冷媒を圧送することにより、冷媒を冷媒循環路31内で循環させる。このウォータポンプ32は、制御装置40によってその回転数を制御することが可能となっている。また、燃料電池流出路312の燃料電池10側には、この燃料電池流出路312内の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段としての流出口温度計44が設けられている。この流出口温度計44は、燃料電池流出路312を流れる冷媒の温度Tを計測して、制御装置40に出力する。   A water pump 32 is provided in the fuel cell inflow passage 311. The water pump 32 circulates the refrigerant in the refrigerant circulation path 31 by pumping the refrigerant in the refrigerant circulation path 31. The water pump 32 can control the rotation speed by the control device 40. Further, an outlet thermometer 44 as a refrigerant temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant in the fuel cell outflow passage 312 is provided on the fuel cell outflow passage 312 on the fuel cell 10 side. The outlet thermometer 44 measures the temperature T of the refrigerant flowing through the fuel cell outflow passage 312 and outputs it to the control device 40.

また、燃料電池10は、電流制限手段としての電流制限器(VCU)12を介して、高圧バッテリ11及び駆動モータ13に接続されている。燃料電池10で発電された電力は、高圧バッテリ11及び駆動モータ13に供給される。電流制限器12は、制御装置40から出力される電流制限値に基づいて、この電流制限値の範囲内で燃料電池10から取り出される電流を制限しながら、燃料電池10の電力を高圧バッテリ11及び駆動モータ13に供給する。   The fuel cell 10 is connected to a high voltage battery 11 and a drive motor 13 via a current limiter (VCU) 12 as current limiting means. The electric power generated by the fuel cell 10 is supplied to the high voltage battery 11 and the drive motor 13. Based on the current limit value output from the control device 40, the current limiter 12 limits the current extracted from the fuel cell 10 within the range of the current limit value, and supplies the electric power of the fuel cell 10 to the high-voltage battery 11 and This is supplied to the drive motor 13.

高圧バッテリ11は、燃料電池10の出力電圧よりも高圧バッテリ11の電圧が低い場合には、燃料電池10で発電した電力を蓄電する。一方、必要に応じて駆動モータ13に電力を供給し、駆動モータ13の駆動を補助する。この高圧バッテリ11は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池や、キャパシタ等により構成される。   The high voltage battery 11 stores the electric power generated by the fuel cell 10 when the voltage of the high voltage battery 11 is lower than the output voltage of the fuel cell 10. On the other hand, power is supplied to the drive motor 13 as needed to assist the drive of the drive motor 13. The high voltage battery 11 is constituted by, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a capacitor, or the like.

制御装置40には、上述のコンプレッサ21、背圧弁241、遮断弁251、パージ弁261、ウォータポンプ32、及び電流制限器12が接続されている。   The control device 40 is connected to the compressor 21, the back pressure valve 241, the shutoff valve 251, the purge valve 261, the water pump 32, and the current limiter 12.

制御装置40は、供給装置20を駆動する供給装置駆動部45と、冷媒温度変化量算出手段としての冷媒温度変化量算出部46と、電流制限レート調整手段としての電流制限レート調整部47とを有し、供給装置20を駆動して燃料電池10を発電させるほか、燃料電池10から取り出される電流の制限値を調整する。   The control device 40 includes a supply device drive unit 45 that drives the supply device 20, a refrigerant temperature change amount calculation unit 46 as a refrigerant temperature change amount calculation unit, and a current limit rate adjustment unit 47 as a current limit rate adjustment unit. In addition to driving the supply device 20 to generate the fuel cell 10, the limit value of the current taken out from the fuel cell 10 is adjusted.

また、制御装置40には、図示しないイグニッションスイッチが接続される。このイグニッションスイッチは、燃料電池車の運転席に設けられており、運転者の操作に従って、オン/オフ信号を制御装置40に送信する。制御装置40は、イグニッションスイッチのオン/オフに従って、燃料電池10の発電を行う。   Further, an ignition switch (not shown) is connected to the control device 40. This ignition switch is provided in the driver's seat of the fuel cell vehicle, and transmits an on / off signal to the control device 40 in accordance with the operation of the driver. The control device 40 generates power from the fuel cell 10 in accordance with ON / OFF of the ignition switch.

ここで、イグニッションスイッチがオンにされたことに基づいて、供給装置駆動部45により、燃料電池10で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、水素タンク22から、水素供給路25を介して、燃料電池10のアノード側に水素ガスを供給する。また、コンプレッサ21を駆動させることにより、エア供給路23を介して、燃料電池10のカソード側に空気を供給する。
燃料電池10に供給された水素ガス及び空気は、発電に供された後、燃料電池10からアノード側の生成水等の残留水とともに、水素排出路26及びエア排出路24に流入する。これら水素ガス及び空気は、図示しない排ガス処理装置で処理されて、外部に排出される。
Here, on the basis of the ignition switch being turned on, the procedure for generating power in the fuel cell 10 by the supply device driving unit 45 is as follows.
That is, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 22 to the anode side of the fuel cell 10 through the hydrogen supply path 25. Further, by driving the compressor 21, air is supplied to the cathode side of the fuel cell 10 through the air supply path 23.
The hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 10 are supplied to the power generation system, and then flow into the hydrogen discharge path 26 and the air discharge path 24 together with residual water such as produced water on the anode side from the fuel cell 10. These hydrogen gas and air are processed by an exhaust gas processing device (not shown) and discharged to the outside.

冷媒温度変化量算出部46は、冷媒の温度の単位時間当たりの変化量を算出する。具体的には、冷媒温度変化量算出部46は、流出口温度計44により検出された燃料電池流出路312内の冷媒の温度Tに基づいて、この冷媒の温度の単位時間当たりの変化量を算出する。   The refrigerant temperature change amount calculation unit 46 calculates the change amount of the refrigerant temperature per unit time. Specifically, the refrigerant temperature change amount calculation unit 46 calculates the change amount per unit time of the refrigerant temperature based on the refrigerant temperature T in the fuel cell outflow passage 312 detected by the outlet thermometer 44. calculate.

電流制限レート調整部47は、冷媒の温度及びその変化量に基づいて制限レート量を調整し、この制限レート量に基づいて決定された電流制限値を電流制限器12に出力する。ここで、制限レート量は、燃料電池10から取り出される発電電流の制限値(電流制限値)の単位時間当たりの変化量である。この電流制限レート調整部47は、制限レート量を設定するための制御マップを備えており、これにより燃料電池システム1の状態に応じて適切な制限レート量を設定することができる。   The current limit rate adjusting unit 47 adjusts the limit rate amount based on the refrigerant temperature and the amount of change thereof, and outputs a current limit value determined based on the limit rate amount to the current limiter 12. Here, the limit rate amount is the amount of change per unit time of the limit value (current limit value) of the generated current extracted from the fuel cell 10. The current limit rate adjusting unit 47 includes a control map for setting the limit rate amount, and can thereby set an appropriate limit rate amount according to the state of the fuel cell system 1.

この電流制限レート調整部47は、制限レート量を負の値にして電流制限量を次第に小さな値にすることにより燃料電池10の出力を制限したり、制限レート量を正の値にして電流制限値を次第に大きな値にすることにより燃料電池10の出力の制限を解除したりする。   The current limit rate adjustment unit 47 limits the output of the fuel cell 10 by setting the limit rate amount to a negative value and gradually decreasing the current limit amount, or setting the limit rate amount to a positive value to limit the current. The limit of the output of the fuel cell 10 is released by increasing the value gradually.

電流制限レート調整部47の動作について、図2のフローチャートを参照して説明する。
まず、ST1では、流出口温度計44により検出された冷媒の温度Tが、所定の燃料電池保護温度よりも低い第1閾値以上であるか否かを判別し、この判別が“YES”である場合にはST2に移り、この判別が“NO”である場合にはST5に移る。ここで、燃料電池保護温度とは、燃料電池10の膜電極を保護するために設定された冷媒の上限温度であり、本実施形態では、例えば100℃に設定される。また、第1閾値は、この燃料電池保護温度よりも低い温度、本実施形態では、例えば95℃に設定される。
The operation of the current limit rate adjusting unit 47 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in ST1, it is determined whether or not the refrigerant temperature T detected by the outlet thermometer 44 is equal to or higher than a first threshold value lower than a predetermined fuel cell protection temperature, and this determination is “YES”. If this is the case, the process proceeds to ST2. If this determination is “NO”, the process proceeds to ST5. Here, the fuel cell protection temperature is the upper limit temperature of the refrigerant set to protect the membrane electrode of the fuel cell 10, and is set to 100 ° C., for example, in the present embodiment. Further, the first threshold is set to a temperature lower than the fuel cell protection temperature, for example, 95 ° C. in this embodiment.

ST2では、電流制限処理を行い、ST3に移る。具体的には、この電流制限処理では、冷媒の温度が第1閾値よりも高くなったことに応じて、電流制限値の制限レート量を負の所定値に設定することにより、電流制限値を次第に小さくし、燃料電池10の発電電流を制限する。また、この制限レート量の値は、後述のST6の制限レート量変更処理において、冷媒温度変化量算出部46により算出された冷媒の温度の変化量に応じて、変更されるようになっている。   In ST2, a current limiting process is performed, and the process proceeds to ST3. Specifically, in this current limiting process, the current limiting value is set by setting the limiting rate amount of the current limiting value to a predetermined negative value in response to the refrigerant temperature becoming higher than the first threshold value. The power generation current of the fuel cell 10 is limited by gradually decreasing it. Further, the value of the limit rate amount is changed according to the change amount of the refrigerant temperature calculated by the refrigerant temperature change amount calculation unit 46 in the limit rate amount change process of ST6 described later. .

ST3では、流出口温度計44により検出された冷媒の温度Tが、第2閾値以下であるか否かを判別し、この判別が“YES”である場合にはST4に移り、この判別が“NO”である場合にはST2に移る。ここで、第2閾値は、第1閾値よりも低い温度であり、本実施形態では、例えば90℃に設定される。これにより、ST1〜ST3においては、冷媒の温度Tが第1閾値以上となった場合には、この冷媒の温度Tが第2閾値以下になるまで制限レート量が負に設定される。   In ST3, it is determined whether or not the refrigerant temperature T detected by the outlet thermometer 44 is equal to or lower than the second threshold value. If this determination is “YES”, the process proceeds to ST4, and this determination is “ If “NO”, the process proceeds to ST2. Here, the second threshold value is a temperature lower than the first threshold value, and is set to 90 ° C., for example, in the present embodiment. Thus, in ST1 to ST3, when the refrigerant temperature T is equal to or higher than the first threshold value, the limit rate amount is set to be negative until the refrigerant temperature T becomes equal to or lower than the second threshold value.

ST4では、電流制限解除処理を行い、ST5に移る。具体的には、この電流制限解除処理では、冷媒の温度が第2閾値よりも低くなったことに応じて、電流制限値の制限レート量を正の値にすることにより、電流制限値を次第に大きくし、燃料電池10の発電電流の制限を解除する。ここで、制限レート量の値は、例えば、上述のST2の電流制限処理において設定された負の制限レート量に−1を乗じて正にした値が用いられる。   In ST4, current limit release processing is performed, and the process proceeds to ST5. Specifically, in the current limit release processing, the current limit value is gradually changed by setting the limit rate amount of the current limit value to a positive value in response to the refrigerant temperature becoming lower than the second threshold value. The limit of the generated current of the fuel cell 10 is released by increasing it. Here, the value of the limiting rate amount is, for example, a value obtained by multiplying the negative limiting rate amount set in the current limiting process of ST2 described above by −1 to be positive.

ST5では、冷媒温度変化量算出部46により算出された冷媒の温度の変化量の絶対値が、所定の収束判定値よりも小さいか否かを判別し、この判別が“YES”の場合はST6に移り、この判別が“NO”の場合にはST1に移る。   In ST5, it is determined whether or not the absolute value of the change amount of the refrigerant temperature calculated by the refrigerant temperature change amount calculation unit 46 is smaller than a predetermined convergence determination value. If this determination is “YES”, ST6 is determined. If this determination is “NO”, the process proceeds to ST1.

ST6では、制限レート量変更処理を行い、ST1に移る。具体的には、この制限レート量変更処理では、冷媒の温度変化量が所定の収束判定値よりも小さくなったことに応じて、制限レート量の値を、上述のST2の電流制限処理において設定された負の制限レート量よりも大きな値にする。これにより、ST5及びST6においては、冷媒の温度変化量の絶対値が所定の収束判定値よりも小さくなったことに応じて、つまり、冷媒の温度変化が収束し始めたことに応じて、発電電流の制限値を収束させる制御を行う。   In ST6, limit rate amount change processing is performed, and the process proceeds to ST1. Specifically, in the limit rate amount changing process, the limit rate amount value is set in the current limit process of ST2 described above in response to the refrigerant temperature change amount becoming smaller than a predetermined convergence determination value. The value is larger than the negative limit rate amount. Thereby, in ST5 and ST6, in response to the absolute value of the refrigerant temperature change amount becoming smaller than the predetermined convergence determination value, that is, in response to the refrigerant temperature change starting to converge, Control is performed to converge the current limit value.

電流制限レート調整部47の動作について、図3のタイミングチャートを参照して説明する。
時刻t〜t、t〜t、t〜t、t〜tでは、電流制限値の制限レート量を負の所定値に設定することにより、電流制限値を減少させる電流制限処理(図2のST2の処理)が行われる。図3に示すように、この電流制限処理は、冷媒の温度が第1閾値以上となってから第2閾値以下となるまで行われる。
The operation of the current limit rate adjusting unit 47 will be described with reference to the timing chart of FIG.
At times t 1 to t 2 , t 3 to t 4 , t 5 to t 6 , and t 7 to t 8 , the current limit value is decreased by setting the limit rate amount of the current limit value to a predetermined negative value. A current limiting process (ST2 process of FIG. 2) is performed. As shown in FIG. 3, the current limiting process is performed until the temperature of the refrigerant becomes equal to or higher than the first threshold value and becomes equal to or lower than the second threshold value.

時刻t〜t、t〜t、t〜t、t以降では、電流制限値の制限レート量を正の値に設定することにより、電流制限値を上昇させる電流制限解除処理(図2のST4の処理)が行われる。図3に示すように、この電流制限解除処理は、冷媒の温度が第2閾値以下となってから第1閾値以上となるまで行われる。 From time t 2 to t 3 , t 4 to t 5 , t 6 to t 7 , and t 8 and later, the current limit is released by increasing the current limit value by setting the limit rate amount of the current limit value to a positive value. Processing (ST4 in FIG. 2) is performed. As shown in FIG. 3, the current limit release processing is performed until the temperature of the refrigerant becomes equal to or higher than the first threshold after being lower than the second threshold.

ここで、時刻tでは、冷媒の温度変化量(図3中の冷媒温度のグラフの傾き)の絶対値が、所定の収束判定値よりも小さいと判別され(図2のST5の判別)、制限レート量変更処理(図2のST6の処理)が行われたことに基づいて、保護制御から収束制御に切り替えられる。つまり、時刻t以降の収束制御区間における制限レート量(図3中の電流制限値のグラフの傾き)の絶対値は、時刻tまでの保護制御区間における制限レート量よりも小さな値となる。このようにして、制限レート量を切り替えることにより、冷媒の温度、すなわち、燃料電池10の温度を、第1閾値と第2閾値との間に収束させることができる。 Here, at time t 5, the temperature variation of the refrigerant absolute value of (the slope of the graph of refrigerant temperature in FIG. 3), is determined to be smaller than the predetermined convergence criterion value (determined in ST5 in FIG. 2), The protection control is switched to the convergence control based on the fact that the limit rate amount changing process (the process of ST6 in FIG. 2) has been performed. That is, the absolute value of the rate limit amount in after time t 5 of the convergence control section (the slope of the graph of the current limit value in FIG. 3) is a value smaller than the limit rate volume in the protection control section up to time t 5 . In this manner, the temperature of the refrigerant, that is, the temperature of the fuel cell 10 can be converged between the first threshold value and the second threshold value by switching the limit rate amount.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)本実施形態の燃料電池システム1によれば、冷媒の温度が第1閾値よりも高くなった際に、冷媒の温度変化量が所定の収束判定値以上である場合には制限レート量を負の所定値とし、冷媒の温度変化量が所定の収束判定値よりも小さい場合には制限レート量を上記負の所定値よりも大きな値にする電流制限レート調整手段を設けた。これにより、燃料電池の温度変化量が小さくなるのに合わせて、電流の制限値のハンチングを収束させることができる。また、これに伴い、燃料電池10の温度を第1閾値と第2閾値の間に収束させながら発電を継続させることができる。ここで例えば、これら第1閾値及び第2閾値を燃料電池保護温度付近に設定することにより、燃料電池10の温度を、発電を行うのに好ましい温度に保ちながら、効率よく発電を行うことができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) According to the fuel cell system 1 of the present embodiment, when the temperature of the refrigerant is higher than the first threshold value, the amount of change in the limit rate when the temperature change amount of the refrigerant is equal to or greater than a predetermined convergence determination value. Is set to a negative predetermined value, and when the amount of change in the temperature of the refrigerant is smaller than a predetermined convergence determination value, a current limiting rate adjusting means is provided that sets the limiting rate amount to a value larger than the negative predetermined value. Thereby, the hunting of the current limit value can be converged as the temperature change amount of the fuel cell becomes smaller. Accordingly, power generation can be continued while the temperature of the fuel cell 10 is converged between the first threshold value and the second threshold value. Here, for example, by setting the first threshold value and the second threshold value in the vicinity of the fuel cell protection temperature, it is possible to efficiently generate power while maintaining the temperature of the fuel cell 10 at a temperature preferable for power generation. .

<第2実施形態>
以下の第2実施形態の説明にあたって、第1実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。第2実施形態の燃料電池システムは、上述の第1実施形態の燃料電池システム1と、制御装置の電流制限レート調整部の構成が異なる。
Second Embodiment
In the following description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified. The fuel cell system according to the second embodiment is different from the fuel cell system 1 according to the first embodiment described above in the configuration of the current limit rate adjusting unit of the control device.

本実施形態の電流制限レート調整部の動作について、図4のフローチャートを参照して説明する。
まず、ST11では、流出口温度計44により検出された冷媒の温度Tが、第1閾値以上であるか否かを判別し、この判別が“YES”である場合にはST12に移り、この判別が“NO”である場合にはST19に移る。
ST12では、電流制限処理を行い、ST13に移る。具体的には、この電流制限処理では、冷媒の温度が第1閾値よりも高くなったことに応じて、電流制限値の制限レート量を負の所定値に設定することにより、電流制限値を次第に小さくし、燃料電池10の発電電流を制限する。また、この制限レート量の値は、後述のST20の制限レート量変更処理において、冷媒温度変化量算出部46により算出された冷媒の温度の変化量に応じて、変更されるようになっている。
The operation of the current limit rate adjustment unit of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in ST11, it is determined whether or not the refrigerant temperature T detected by the outlet thermometer 44 is equal to or higher than the first threshold value. If this determination is “YES”, the process proceeds to ST12. If “NO”, the process proceeds to ST19.
In ST12, a current limiting process is performed, and the process proceeds to ST13. Specifically, in this current limiting process, the current limiting value is set by setting the limiting rate amount of the current limiting value to a predetermined negative value in response to the refrigerant temperature becoming higher than the first threshold value. The power generation current of the fuel cell 10 is limited by gradually decreasing it. Further, the value of the limit rate amount is changed in accordance with the change amount of the refrigerant temperature calculated by the refrigerant temperature change amount calculation unit 46 in the limit rate amount change process of ST20 described later. .

ST13では、流出口温度計44により検出された冷媒の温度Tが、第1閾値以下であるか否かを判別し、この判別が“YES”である場合にはST14に移り、この判別が“NO”である場合にはST12に移る。
ST14では、電流制限値ホールド処理を行い、ST15に移る。具体的には、この電流制限値ホールド処理では、制限レート量の値を略0に設定することにより、電流制限値を一定にする。
In ST13, it is determined whether or not the refrigerant temperature T detected by the outlet thermometer 44 is equal to or lower than the first threshold value. If this determination is “YES”, the process proceeds to ST14, where the determination is “ If “NO”, the process proceeds to ST12.
In ST14, a current limit value hold process is performed, and the process proceeds to ST15. Specifically, in this current limit value hold process, the current limit value is made constant by setting the value of the limit rate amount to approximately zero.

ST15では、流出口温度計44により検出された冷媒の温度Tが、第2閾値以下(90℃)であるか否かを判別し、この判別が“YES”である場合にはST16に移り、この判別が“NO”である場合にはST14に移る。
ST16では、電流制限解除処理を行い、ST17に移る。具体的には、この電流制限解除処理では、冷媒の温度が第2閾値よりも低くなったことに応じて、電流制限値の制限レート量を正の値にすることにより、電流制限値を次第に大きくし、燃料電池10の発電電流の制限を解除する。ここで、制限レート量の値は、例えば、上述のST12の電流制限処理において設定された負の制限レート量に−1を乗じて正にした値が用いられる。
In ST15, it is determined whether or not the refrigerant temperature T detected by the outlet thermometer 44 is equal to or lower than the second threshold (90 ° C.). If this determination is “YES”, the process proceeds to ST16. If this determination is “NO”, the process proceeds to ST14.
In ST16, current limit release processing is performed, and the process proceeds to ST17. Specifically, in the current limit release processing, the current limit value is gradually changed by setting the limit rate amount of the current limit value to a positive value in response to the refrigerant temperature becoming lower than the second threshold value. The limit of the generated current of the fuel cell 10 is released by increasing it. Here, as the value of the limit rate amount, for example, a value obtained by multiplying the negative limit rate amount set in the current limit process of ST12 described above by -1 is used.

ST17では、流出口温度計44により検出された冷媒の温度Tが、第2閾値以上であるか否かを判別し、この判別が“YES”である場合にはST18に移り、この判別が“NO”である場合にはST17に移る。
ST18では、電流制限値ホールド処理を行い、ST19に移る。具体的には、この電流制限値ホールド処理では、制限レート量の値を略0に設定することにより、電流制限値を一定にする。
In ST17, it is determined whether or not the refrigerant temperature T detected by the outlet thermometer 44 is equal to or higher than the second threshold value. If this determination is “YES”, the process proceeds to ST18, and this determination is “ If “NO”, the process proceeds to ST17.
In ST18, a current limit value hold process is performed, and the process proceeds to ST19. Specifically, in this current limit value hold process, the current limit value is made constant by setting the value of the limit rate amount to approximately zero.

ST19では、冷媒温度変化量算出部46により算出された冷媒の温度の変化量の絶対値が、所定の収束判定値よりも小さいか否かを判別し、この判別が“YES”の場合はST20に移り、この判別が“NO”の場合にはST11に移る。   In ST19, it is determined whether or not the absolute value of the change amount of the refrigerant temperature calculated by the refrigerant temperature change amount calculation unit 46 is smaller than a predetermined convergence determination value. If this determination is “YES”, ST20 is performed. If this determination is “NO”, the process moves to ST11.

ST20では、制限レート量変更処理を行い、ST1に移る。具体的には、この制限レート量変更処理では、冷媒の温度変化量が所定の収束判定値よりも小さくなったことに応じて、制限レート量の値を、上述のST12の電流制限処理において設定された負の制限レート量よりも大きな値にする。これにより、ST19及びST20においては、冷媒の温度変化量の絶対値が所定の収束判定値よりも小さくなったことに応じて、つまり、冷媒の温度変化が収束し始めたことに応じて、発電電流の制限値を収束させる制御を行う。   In ST20, limit rate amount change processing is performed, and the process proceeds to ST1. Specifically, in this limit rate amount change process, the limit rate amount value is set in the current limit process of ST12 described above in response to the refrigerant temperature change amount becoming smaller than the predetermined convergence determination value. The value is larger than the negative limit rate amount. Thereby, in ST19 and ST20, in response to the absolute value of the refrigerant temperature change amount becoming smaller than the predetermined convergence determination value, that is, in response to the refrigerant temperature change starting to converge, Control is performed to converge the current limit value.

本実施形態の電流制限レート調整部の動作について、図5のタイミングチャートを参照して説明する。
時刻t〜t、t〜t、t〜t10では、電流制限値の制限レート量を負の所定値に設定することにより、電流制限値を減少させる電流制限処理(図4のST12の処理)が行われる。図5に示すように、この電流制限処理は、冷媒の温度が第1閾値以上となってから第1閾値以下となるまで行われる。
The operation of the current limit rate adjustment unit of the present embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG.
At times t 1 to t 2 , t 5 to t 6 , and t 9 to t 10 , a current limiting process for reducing the current limiting value by setting the limiting rate amount of the current limiting value to a predetermined negative value (FIG. 4). ST12) is performed. As shown in FIG. 5, the current limiting process is performed until the temperature of the refrigerant becomes equal to or higher than the first threshold value and becomes equal to or lower than the first threshold value.

時刻t〜t、t〜t、t11〜t12では、電流制限値の制限レート量を正の値に設定することにより、電流制限値を上昇させる電流制限解除処理(図4のST16の処理)が行われる。図5に示すように、この電流制限解除処理は、冷媒の温度が第2閾値以下となってから第2閾値以上となるまで行われる。 At times t 3 to t 4 , t 7 to t 8 , and t 11 to t 12 , a current limit release process for increasing the current limit value by setting the limit rate amount of the current limit value to a positive value (FIG. 4). ST16) is performed. As shown in FIG. 5, the current limit release processing is performed until the temperature of the refrigerant becomes equal to or higher than the second threshold after being lower than the second threshold.

また、時刻t〜t、t〜t、t〜t、t10〜t11では、電流制限値の制限レート量を略0に設定することにより、電流制限値を一定にする電流制限値ホールド処理(図4のST14またはST18の処理)が行われる。図5に示すように、この電流制限値ホールド処理は、冷媒の温度が第1閾値以下となってから第2閾値以下となるまで、または、冷媒の温度が第2閾値以上となってから第1閾値以上となるまで行われる。この電流制限値ホールド処理が行われる期間では、電流制限値を一定にすることにより、冷媒の温度変化量は、他の期間と比較して緩やかになる。 In addition, at times t 2 to t 3 , t 4 to t 5 , t 8 to t 9 , and t 10 to t 11 , the current limit value is kept constant by setting the limit rate amount of the current limit value to substantially zero. Current limit value hold processing (ST14 or ST18 processing in FIG. 4) is performed. As shown in FIG. 5, the current limit value hold processing is performed until the refrigerant temperature falls below the first threshold until it falls below the second threshold, or after the refrigerant temperature rises above the second threshold. This is performed until the threshold value is 1 or more. In the period in which the current limit value hold process is performed, by making the current limit value constant, the amount of change in the temperature of the refrigerant becomes gentle compared to other periods.

また、時刻tでは、冷媒の温度変化量(図5中の冷媒温度のグラフの傾き)の絶対値が、所定の収束判定値よりも小さいと判別され(図4のST19の判別)、制限レート量変更処理(図4のST20の処理)が行われたことに基づいて、保護制御から収束制御に切り替えられる。つまり、時刻t以降の収束制御区間における制限レート量(図5中の電流制限値のグラフの傾き)の絶対値は、時刻tまでの保護制御区間における制限レート量よりも小さな値となる。このようにして、制限レート量を切り替えることにより、冷媒の温度、すなわち、燃料電池10の温度を、第1閾値と第2閾値との間に収束させることができる。 At time t 9, the absolute value, is determined to be smaller than the predetermined convergence criterion value (ST19 of the determination in FIG. 4) of the temperature variation of the refrigerant (the slope of the graph of refrigerant temperature in FIG. 5), limit Based on the fact that the rate amount changing process (the process of ST20 in FIG. 4) has been performed, the protection control is switched to the convergence control. That is, the absolute value of the limiting rate volume at time t 9 after the convergence control section (the slope of the graph of the current limit in FIG. 5) becomes a value smaller than the limit rate volume in the protection control section up to the time t 9 . In this manner, the temperature of the refrigerant, that is, the temperature of the fuel cell 10 can be converged between the first threshold value and the second threshold value by switching the limit rate amount.

本実施形態によれば、上述の(1)の効果に加えて、以下のような効果がある。
(2)本実施形態の燃料電池システムによれば、第1閾値と第2閾値との間では、燃料電池10から取り出される電流の制限値は略一定となる。これにより、燃料電池10の温度が急激に変化するのを防止することができる。また、制限レート量を略0にすることにより、例えば、燃料電池10への要求出力が設定された電流の制限値付近において激しく変化するような場合であっても、この要求に対する応答を安定にすることができる。ここで例えば、本実施形態の燃料電池システムを車両の動力源として応用した場合には、操縦者による出力要求に対する応答を安定にすることで、操縦者が感じる違和感を低減させることができる。
According to the present embodiment, in addition to the above-described effect (1), the following effect can be obtained.
(2) According to the fuel cell system of the present embodiment, the limit value of the current extracted from the fuel cell 10 is substantially constant between the first threshold value and the second threshold value. Thereby, it is possible to prevent the temperature of the fuel cell 10 from rapidly changing. Further, by making the limit rate amount substantially zero, for example, even when the required output to the fuel cell 10 changes drastically in the vicinity of the set current limit value, the response to this request can be stabilized. can do. Here, for example, when the fuel cell system of the present embodiment is applied as a power source for a vehicle, it is possible to reduce a sense of incongruity felt by the driver by stabilizing the response to the output request by the driver.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

上述の第1、第2実施形態の燃料電池システムでは、電流制限値の制限レート量を、流出口温度計44により検出された冷媒の温度に基づいて設定したが、これに限らない。例えば、水素排出路内のガスの温度、エア排出路内の空気の温度、または、燃料電池の温度に基づいて、電流制限値の制限レート量を設定してもよい。   In the fuel cell systems of the first and second embodiments described above, the limit rate amount of the current limit value is set based on the refrigerant temperature detected by the outlet thermometer 44, but is not limited thereto. For example, the limit rate amount of the current limit value may be set based on the temperature of the gas in the hydrogen discharge path, the temperature of the air in the air discharge path, or the temperature of the fuel cell.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る燃料電池システムの電流制限レート調整部の動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an operation of a current limiting rate adjustment unit of the fuel cell system according to the embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池システムの電流制限レート調整部の動作を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an operation of a current limiting rate adjustment unit of the fuel cell system according to the embodiment. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムの電流制限レート調整部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the current limiting rate adjustment part of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 前記実施形態に係る燃料電池システムの電流制限レート調整部の動作を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an operation of a current limiting rate adjustment unit of the fuel cell system according to the embodiment. 冷媒の温度変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the temperature change of a refrigerant | coolant.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 燃料電池
11 高圧バッテリ
12 電流制限器(電流制限手段)
20 供給装置
30 冷却システム(冷却手段)
44 流出口温度計(冷媒温度検出手段)
40 制御装置
45 供給装置駆動部
46 冷媒温度変化量算出部(冷媒温度変化量算出手段)
47 電流制限レート調整部(電流制限レート調整手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 11 High voltage battery 12 Current limiter (current limiting means)
20 Supply device 30 Cooling system (cooling means)
44 Outlet thermometer (refrigerant temperature detection means)
40 Control Device 45 Supply Device Drive Unit 46 Refrigerant Temperature Change Calculation Unit (Refrigerant Temperature Change Calculation Unit)
47 Current Limit Rate Adjustment Unit (Current Limit Rate Adjustment Unit)

Claims (2)

反応ガス及び酸化ガスの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池内に冷媒を流通させ当該燃料電池を冷却する冷却手段と、
冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、
前記燃料電池から取り出される電流を制限する電流制限手段と、
前記電流制限手段による電流の制限値の単位時間当たりの変化量を制限レート量として、該制限レート量を調整する電流制限レート調整手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記冷媒温度検出手段により検出された冷媒の温度の単位時間当たりの変化量を算出する冷媒温度変化量算出手段をさらに備え、
前記電流制限レート調整手段は、
前記冷媒温度検出手段により検出された温度が所定の燃料電池保護温度よりも低い第1閾値以上である場合には、当該温度が前記第1閾値よりも低い第2閾値以下になるまで前記制限レート量を負の値とし、
特に、前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値よりも高くなった際に、前記冷媒温度変化量算出手段により検出された温度変化量の絶対値、冷媒の温度変化が収束し始めたと判断するための収束判定値以上である場合には、前記制限レート量を負の所定値とし、
前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値よりも高くなった際に、前記冷媒温度変化量算出手段により検出された温度変化量の絶対値が前記収束判定値よりも小さい場合には、前記制限レート量を前記負の所定値よりも大きな値に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 reaction of the reaction gas and the oxidizing gas;
Cooling means for circulating a refrigerant in the fuel cell and cooling the fuel cell;
Refrigerant temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant;
Current limiting means for limiting the current drawn from the fuel cell;
A fuel cell system comprising: current limit rate adjusting means for adjusting the amount of limit rate, with the amount of change per unit time of the current limit value by the current limit means as a limit rate amount,
A refrigerant temperature change amount calculating means for calculating a change amount per unit time of the temperature of the refrigerant detected by the refrigerant temperature detecting means;
The current limit rate adjusting means includes
When the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means is equal to or higher than a first threshold value lower than a predetermined fuel cell protection temperature, the limiting rate until the temperature becomes equal to or lower than a second threshold value lower than the first threshold value. The quantity is negative,
In particular, when the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means becomes higher than the first threshold value , the absolute value of the temperature change detected by the refrigerant temperature change calculating means converges the temperature change of the refrigerant. If it is equal to or greater than the convergence determination value for determining that it has started, the limit rate amount is set to a negative predetermined value,
When the absolute value of the temperature change amount detected by the refrigerant temperature change amount calculating means is smaller than the convergence determination value when the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means is higher than the first threshold value. The fuel cell system is characterized in that the limit rate amount is set to a value larger than the negative predetermined value.
反応ガス及び酸化ガスの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池内に冷媒を流通させ当該燃料電池を冷却する冷却手段と、
冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、
前記燃料電池から取り出される電流を制限する電流制限手段と、
前記電流制限手段による電流の制限値の単位時間当たりの変化量を制限レート量として、該制限レート量を調整する電流制限レート調整手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記冷媒温度検出手段により検出された冷媒の温度の単位時間当たりの変化量を算出する冷媒温度変化量算出手段をさらに備え、
前記電流制限レート調整手段は、
所定の燃料電池保護温度よりも低い第1閾値と当該第1閾値より低い第2閾値とを設定し、前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値以上である場合には、当該温度が前記第1閾値以下になるまで前記制限レート量を負の値とし、前記温度が前記第2閾値よりも大きくかつ前記第1閾値以下である場合には、前記制限レート量の値を略0とし、
特に、前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値よりも高くなった際に、前記冷媒温度変化量算出手段により検出された温度変化量の絶対値が、冷媒の温度変化が収束し始めたと判断するための収束判定値以上である場合には、前記制限レート量を負の所定値とし、
前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値よりも高くなった際に、前記冷媒温度変化量算出手段により検出された温度変化量の絶対値が前記収束判定値よりも小さい場合には、前記制限レート量を前記負の所定値よりも大きな値に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 reaction of the reaction gas and the oxidizing gas;
Cooling means for circulating a refrigerant in the fuel cell and cooling the fuel cell;
Refrigerant temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant;
Current limiting means for limiting the current drawn from the fuel cell;
A fuel cell system comprising: current limit rate adjusting means for adjusting the amount of limit rate with a change amount per unit time of a current limit value by the current limit means as a limit rate amount,
A refrigerant temperature change amount calculating means for calculating a change amount per unit time of the temperature of the refrigerant detected by the refrigerant temperature detecting means;
The current limit rate adjusting means includes
When a first threshold value lower than a predetermined fuel cell protection temperature and a second threshold value lower than the first threshold value are set, and the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means is equal to or higher than the first threshold value, The limit rate amount is set to a negative value until the temperature becomes equal to or lower than the first threshold value. When the temperature is higher than the second threshold value and equal to or lower than the first threshold value, the value of the limit rate amount is substantially omitted. 0 ,
In particular, when the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means becomes higher than the first threshold value, the absolute value of the temperature change detected by the refrigerant temperature change calculating means converges the temperature change of the refrigerant. If it is equal to or greater than the convergence determination value for determining that it has started, the limit rate amount is set to a negative predetermined value,
When the absolute value of the temperature change amount detected by the refrigerant temperature change amount calculating means is smaller than the convergence determination value when the temperature detected by the refrigerant temperature detecting means is higher than the first threshold value. The fuel cell system is characterized in that the limit rate amount is set to a value larger than the negative predetermined value.
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