JP5286663B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
この発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池は一般に、車両に搭載されるなど、外部負荷から要求される出力が頻繁に変動する状況で使用される場合がある。そのような使用状況においては、外部負荷からの出力要求が急激に増加する場合もあり、そうした場合には種々の問題が生じる。例えば、燃料電池の実際の出力電力値が、その要求された出力電力値に至るまでの時間(応答時間)に遅れが生じ、その間に出力電力が不足してしまう問題がある。そうした問題に対して、二次電池などの補助電源の出力によって補償する燃料電池システムが提案されている(特許文献1等)。
In general, a fuel cell may be used in a situation where an output required from an external load frequently fluctuates, such as being mounted on a vehicle. In such a situation of use, the output demand from the external load may increase rapidly, and in such a case, various problems will occur. For example, there is a problem that the time (response time) until the actual output power value of the fuel cell reaches the required output power value is delayed, and the output power becomes insufficient during that time. A fuel cell system that compensates for such a problem by the output of an auxiliary power source such as a secondary battery has been proposed (
また、それ以外にも次のような問題もある。燃料電池を構成する電極層には通常、燃料電池反応を促進するための触媒が担持された触媒層が形成されている。しかし、触媒層の触媒は燃料電池を長期間使用すると溶出して減少してしまい、燃料電池の性能低下など燃料電池の劣化につながることが知られている。このような触媒の溶出は、燃料電池の電位が急激に低下したとき、即ち、上述のように燃料電池に対する出力要求が急激に増加したときに発生する傾向にあることを本発明の発明者は見出した。 In addition, there are the following problems. In general, a catalyst layer on which a catalyst for promoting a fuel cell reaction is supported is formed on the electrode layer constituting the fuel cell. However, it is known that the catalyst in the catalyst layer elutes and decreases when the fuel cell is used for a long period of time, leading to deterioration of the fuel cell such as a decrease in fuel cell performance. The inventor of the present invention indicates that such catalyst elution tends to occur when the potential of the fuel cell rapidly decreases, that is, when the output demand for the fuel cell increases rapidly as described above. I found it.
このような触媒の溶出に限らず、外部負荷からの出力要求が急激に増加する場合には、燃料電池の劣化を引き起こすおそれがあった。しかし、こうした問題に対してこれまで十分な工夫がなされていなかったのが実情であった。 Not only the elution of the catalyst, but also when the output demand from the external load increases rapidly, there is a possibility that the fuel cell is deteriorated. However, the fact is that no sufficient ingenuity has been made for these problems.
本発明は、燃料電池の劣化を抑制する技術を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the technique which suppresses deterioration of a fuel cell.
上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池システムであって、燃料電池と、補助電源と、外部負荷からの前記燃料電池システムに対する出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定の周期で前記出力要求を検出し、前記出力要求が第1の値から第2の値に増大したときに、(i)前記第1の値と前記第2の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第1の値であったときの前記燃料電池に対する第1の指令値から、前記第2の値に相当する出力電力を出力させる第2の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、(ii)前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第2の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第1の指令値から前記第2の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行い、前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くし、前記制御部は、前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system, wherein the fuel cell, an auxiliary power source, and outputs of the fuel cell and the auxiliary power source in response to an output request to the fuel cell system from an external load A control unit that controls the output , wherein the control unit detects the output request at a predetermined cycle, and when the output request increases from a first value to a second value , (i) the first When the change amount of the output request, which is the absolute value of the difference between the second value and the second value, is less than or equal to a predetermined threshold value, the output value of the fuel cell is set to the first value. A normal control for immediately changing the first command value for the fuel cell from the first command value to the second command value for outputting the output power corresponding to the second value; and (ii) for the catalyst Assuming that an output request with a heavy load was made The arrival time from when the change in the output request is detected until the output power of the fuel cell reaches the output power corresponding to the second value is reached when the normal control is performed. Output that suppresses the catalyst from eluting from the electrode by gradually increasing the command value of the output of the fuel cell from the first command value to the second command value so as to be longer than the time. There line suppression control, the control section, at the output suppression control, as the change amount of the output request is large, longer the arrival time gradually changing the command value of the output of the fuel cell, the control In the normal control and the output suppression control, the unit performs output compensation control that causes the auxiliary power supply to compensate for insufficient power that the output of the fuel cell is insufficient for the output request.
この構成によれば、燃料電池システムに対して急激な出力増加要求がなされた場合でも、燃料電池の出力の急激な増加を抑制しつつ、要求された出力に対して不足する電力を補助電源によって補償できる。従って、外部負荷の急激な出力増加要求に対して燃料電池にかかる負荷が軽減し、燃料電池の劣化を抑制できる。 According to this configuration, even when a sudden output increase request is made for the fuel cell system, the auxiliary power supply supplies insufficient power to the requested output while suppressing the rapid increase in the output of the fuel cell. Can compensate. Therefore, the load applied to the fuel cell is reduced in response to a sudden increase in output of the external load, and deterioration of the fuel cell can be suppressed.
また、上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池システムであって、燃料電池と、補助電源と、外部負荷からの前記燃料電池システムに対する出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定の周期で前記出力要求を検出し、前記出力要求が第1の値から第2の値に増大したときに、(i)前記第1の値と前記第2の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合、または、前記出力要求の変化を検出したときにおける前記燃料電池の出力が所定の出力以上である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第1の値であったときの前記燃料電池に対する第1の指令値から、前記第2の値に相当する出力電力を出力させる第2の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、(ii)前記出力要求の変化量が所定の閾値より大きく、かつ、前記出力要求の変化を検出したときにおける前記燃料電池の出力が所定の出力より小さい場合に、前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第2の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第1の指令値から前記第2の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行い、前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くし、前記制御部は、前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system comprising: a fuel cell; an auxiliary power source; and the fuel cell and the auxiliary power source in response to an output request to the fuel cell system from an external load. A control unit that controls the output of the output, wherein the control unit detects the output request at a predetermined cycle, and when the output request increases from a first value to a second value , (i) The output of the fuel cell is predetermined when the change amount of the output request, which is the absolute value of the difference between the first value and the second value, is equal to or less than a predetermined threshold value, or when the change in the output request is detected. The output value of the fuel cell is equivalent to the second value from the first command value for the fuel cell when the output request is the first value. To the second command value to output the output power , Performs the normal control to change soon, (ii) the larger than required output change amount is the predetermined threshold value, and wherein when the output of the fuel cell at the time of detecting the change in the output request is a predetermined output smaller Furthermore, it is assumed that an output request with a large load on the catalyst is made, and from the time when the change in the output request is detected until the output power of the fuel cell reaches the output power corresponding to the second value. The fuel cell output command value gradually increases from the first command value to the second command value so that the arrival time of the fuel cell becomes longer than the arrival time when the normal control is performed. There line output suppression control for suppressing said catalyst is elutes from the electrode, wherein, in the output suppression control, as the change amount of the output request is large, the output of the fuel cell Longer the arrival time gradually changing the instruction value, wherein, in the output suppression control and the normal control, the auxiliary power supply shortage power output of the fuel cell is insufficient for the required output It is characterized in that output compensation control is performed to compensate.
この構成によれば、燃料電池の出力が所定の閾値より高電位・低出力の低負荷状態から、所定の閾値より低電位・高出力の状態に急激に変化するような出力要求に対して、燃料電池の出力の変化を緩やかにすることができる。従って、燃料電池の劣化を抑制できる。 According to this configuration, in response to an output request in which the output of the fuel cell suddenly changes from a low load state with a high potential / low output below a predetermined threshold to a low potential / high output state below a predetermined threshold, The change in the output of the fuel cell can be moderated. Therefore, deterioration of the fuel cell can be suppressed.
前記所定の閾値は、前記燃料電池の出力変化量に対する前記燃料電池を構成する電極層に担持された触媒の電解質膜への溶出量が規定量より少なくなるように設定されるものとしても良い。 The predetermined threshold value may be set such that the amount of the catalyst supported on the electrode layer constituting the fuel cell with respect to the output change amount of the fuel cell is less than a prescribed amount.
この構成によれば、燃料電池システムに急激な出力増加要求がされた場合でも、燃料電池の触媒の溶出量が顕著となることを抑制できるような所定の閾値を設定することができ、触媒の溶出に伴う燃料電池の劣化を抑制できる。 According to this configuration, it is possible to set a predetermined threshold value that can prevent the elution amount of the catalyst of the fuel cell from becoming significant even when a sudden increase in output is requested to the fuel cell system. Degradation of the fuel cell due to elution can be suppressed.
前記制御部は、前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力変化の指令値の変化を緩やかにするものとしても良い。 The control unit may be configured such that, in the output suppression control, the control unit makes the change in the command value for the output change of the fuel cell more gradual as the change amount of the output request is larger.
この構成によれば、燃料電池システムに対する出力要求の変化量が大きいほど、燃料電池の出力の変化が緩やかになる。従って、燃料電池の劣化をさらに低減することができる。 According to this configuration, the change in the output of the fuel cell becomes gentler as the change amount of the output request to the fuel cell system is larger. Therefore, deterioration of the fuel cell can be further reduced.
前記補助電源は、前記燃料電池で発電した電力の充電が可能であり、前記制御部は、前記出力要求において要求された出力を超えて発電された余剰電力を前記補助電源に充電するものとしても良い。 The auxiliary power source is capable of charging power generated by the fuel cell, and the control unit may charge the auxiliary power source with surplus power generated exceeding the output requested in the output request. good.
この構成によれば、前記補助電源への充電を余剰電力によって行いつつ、燃料電池システムを運転できる。 According to this configuration, the fuel cell system can be operated while charging the auxiliary power source with surplus power.
前記余剰電力は、前記出力抑制制御によって前記燃料電池の出力が前記出力要求において要求された出力に到達した後も、前記燃料電池が出力電力を増加する運転を継続することによって得られる電力を含むものとしても良い。 The surplus power includes power obtained by continuing the operation in which the fuel cell increases the output power even after the output of the fuel cell reaches the output requested in the output request by the output suppression control. It is good as a thing.
この構成によれば、補助電源が出力を行った後にすぐ充電が行われるため、高出力・低容量な補助電源(例えばキャパシタなど)を採用することができ、燃料電池システムは、より安定的な出力を行うことができる。 According to this configuration, since charging is performed immediately after the auxiliary power supply outputs, a high-power / low-capacity auxiliary power supply (for example, a capacitor) can be employed, and the fuel cell system is more stable. Output can be done.
前記制御部は、前記出力抑制処理において前記燃料電池の出力を一定の比率で変化させるものとしても良い。 The said control part is good also as what changes the output of the said fuel cell by a fixed ratio in the said output suppression process.
この構成によれば、燃料電池の出力電圧値または出力電力値を一定の比率で減少または増加するように制御を行うため、出力抑制制御を容易に行うことができる。なお、燃料電池の出力電力値を一定比率で上昇するように制御した場合には、単位時間あたりの燃料電池の出力電圧値の変化量が著しく大きくなる時間帯が存在する場合がある。従って、燃料電池の出力電圧値を一定比率で上昇させる方が、燃料電池の電極層に含まれる触媒の電解質膜への溶出量を抑制することができるため、好ましい。 According to this configuration, since the control is performed so that the output voltage value or the output power value of the fuel cell is decreased or increased at a constant ratio, the output suppression control can be easily performed. Note that when the output power value of the fuel cell is controlled to increase at a constant rate, there may be a time period in which the amount of change in the output voltage value of the fuel cell per unit time becomes significantly large. Therefore, it is preferable to increase the output voltage value of the fuel cell at a constant ratio because the amount of the catalyst contained in the electrode layer of the fuel cell can be suppressed from being eluted into the electrolyte membrane.
前記燃料電池システムは、さらに、前記補助電源の充電残量を検出する充電残量検出部を備え、前記制御部は、前記出力抑制制御を実行するときに、前記補助電源の充電残量を検出し、前記出力補償制御において前記補助電源が出力する電力量が、前記充電残量を超えないように、前記出力抑制制御を行うものとしても良い。 The fuel cell system further includes a remaining charge detection unit that detects a remaining charge amount of the auxiliary power source, and the control unit detects a remaining charge amount of the auxiliary power source when executing the output suppression control. In the output compensation control, the output suppression control may be performed so that the amount of power output from the auxiliary power source does not exceed the remaining charge amount.
この構成によれば、補助電源の充電残量が不足することを防ぐことができ、出力補償制御を安定して行うことができる。 According to this configuration, it is possible to prevent the remaining amount of charge of the auxiliary power supply from being insufficient, and it is possible to stably perform output compensation control.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a fuel cell system including a fuel cell, a vehicle equipped with the fuel cell system, and the like.
A.システムの全体構成:
図1は本発明の一実施例として燃料電池システムの構成を示す概略図である。この燃料電池システム100は、制御部10と、燃料電池スタックFCと、燃料電池スタックFCに接続する水素系統20及び空気系統30とを備えている。
A. Overall system configuration:
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell system as an embodiment of the present invention. The
燃料電池スタックFCは、燃料ガス(水素)と酸化ガス(空気)の供給を受けて、その電気化学反応によって発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタックFCは、発電モジュールである単セルを積層したスタック構造を有している。燃料電池スタックFCには、各単セルごとの電位を計測することができる電圧センサ40が設けられている。
The fuel cell stack FC is a polymer electrolyte fuel cell that receives a supply of a fuel gas (hydrogen) and an oxidizing gas (air) and generates electric power through its electrochemical reaction. The fuel cell stack FC has a stack structure in which single cells as power generation modules are stacked. The fuel cell stack FC is provided with a
なお、各単セルは、電解質膜を電極層で挟持した膜電極接合体を有しており、各電極層には電気化学反応(燃料電池反応)を促進するための触媒が担持された触媒層が形成されている。触媒としては、例えば白金(Pt)を採用することができる。 Each single cell has a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between electrode layers, and each electrode layer has a catalyst layer on which a catalyst for promoting an electrochemical reaction (fuel cell reaction) is supported. Is formed. For example, platinum (Pt) can be employed as the catalyst.
水素系統20は、水素の燃料電池スタックFCに対する供給及び排出を担う。水素系統20は、水素を貯蔵するための水素タンク21と燃料電池スタックFCとを水素供給配管22によって接続している。水素供給配管22には、水素の圧力を調整するための圧力調整バルブ23が設けられており、その下流には、水素の流量を計測するためのガスフローメータ24が設けられている。
The
また、水素系統20は、電気化学反応に供されることのなかった水素を含むアノード排ガスを燃料電池スタックFCの外部へと排出するための水素排出配管25を備えている。水素排出配管25には、上流から順に、水素の圧力を計測するための圧力計26と、水素排出バルブ27とが設けられている。水素排出バルブはアノード排ガスの外部への排出を必要に応じて停止するための開閉弁である。なお、水素排出配管25は、水素を燃料電池システム100の外部に排出するものとしても良いし、その下流側が水素供給配管22に接続することによって、水素を循環させるものとしても良い。
Further, the
空気系統30は、燃料電池スタックFCに対する空気の供給及び排出を担う。空気系統30は、エアコンプレッサ31と燃料電池スタックFCとを空気供給配管32によって接続している。空気供給配管32には、エアコンプレッサ31から供給される圧縮空気の圧力を調整するための圧力調整バルブ33が設けられており、その下流には、空気の流量を計測するためのガスフローメータ34が設けられている。
The
また、空気系統30は、電気化学反応に供されることのなかった酸素を含むカソード排ガスを燃料電池スタックFCの外部へと排出するための空気排出配管35を備えている。空気排出配管35には、カソード排ガスの圧力を計測するための圧力計36が設けられている。なお、空気排出配管35は、カソード排ガスを燃料電池システム100の外部に排出するものとしても良いし、その下流側が空気供給配管32に接続することによって、燃料電池スタックFCで発生した水分を含む排出空気を循環させるものとしても良い。
The
制御部10は、外部からの燃料電池システム100に対する出力要求を受け取る。例えば燃料電池システム100が車両等の移動体に搭載されている場合には、アクセルペダル50などを介して外部から出力要求がされる。その場合には、制御部10はそのアクセル開度に応じた出力要求を算出する。
The
また、制御部10は、上述の2つのガスフローメータ24、34と、2つの圧力計26、36と、電圧センサ40などの各種センサからのシステムのステータス情報を受け取る。制御部10は、これらのステータス情報を基に、外部からの出力要求に応じた出力(要求出力)が得られるように燃料電池システム100の圧力調整バルブ23、33や水素排出バルブ27の動作を制御する。また、制御部10は、後述する燃料電池システム100の電気的構成においてもシステム全体の制御を行う。
The
図2は、燃料電池システム100の電気的構成を示すブロック図である。この燃料電池システム100は、2次電池60と、DC/DCコンバータ70と、DC/ACインバータ80とを備えている。燃料電池スタックFCは、直流電源ラインDCLを介してDC/ACインバータ80に接続されている。2次電池60は、DC/DCコンバータ70を介して直流電源ラインDCLに接続されている。DC/ACインバータ80は、外部負荷であるモータMTに接続されている。
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the
2次電池60は、燃料電池スタックFCの補助電源として機能し、例えば充・放電可能なリチウムイオン電池で構成することができる。DC/DCコンバータ70は、2次電池60の充・放電を制御する充放電制御部としての機能を有しており、制御部10の指示によって直流電源ラインDCLの電圧レベルを可変に調整する。燃料電池スタックFCの出力が不足するような場合には、DC/DCコンバータ70は、その不足分を補償するように2次電池60に放電させる。なお、補助電源としては、2次電池60のように充電可能なものではなく、放電のみ可能なものでも良いが、繰り返し使用を継続することができる充・放電可能なものが好ましい。例えば、2次電池60の代わりに、キャパシタを用いても良い。
The
DC/ACインバータ80は、燃料電池スタックFC及び2次電池60から得られた直流電力を交流電力へと変換する。モータMTは三相モータなどで構成することができ、DC/ACインバータ80からの交流電力に応じて回転駆動力を発生する。モータMTは、外力によってそのロータが回転させられるときは発電機として働き、交流電力(回生電力)を発生する。そうした回生電力は、DC/ACインバータ80で直流電力に変換され、DC/DCコンバータ70を介して2次電池60に充電される。
The DC /
制御部10は、図1で説明した電圧センサ40から得た燃料電池スタックFCの出力電圧値と、2次電池60の充電状態とから、要求出力に応じた出力電力(要求出力電力)を得るのに必要な出力電圧(要求出力電圧)を決定し、この要求出力電圧をDC/DCコンバータ70の出力電圧として設定する。なお、具体的な制御方法については、後述する実施例において説明する。さらに、制御部10は、DC/ACインバータ80によって交流電力の周波数を制御することによって、モータMTに必要なトルクを発生させる。
The
B.第1実施例:
図3は、本発明の第1実施例として、制御部10が行う燃料電池システム100の制御手順を示したフローチャートである。この制御手順は所定の微小単位時間ごとに周期的に実行される。ステップS10では、制御部10は、外部からの要求出力の指令を検出する。すると、制御部10は、その要求出力指令を基に、燃料電池システム100が出力すべき要求出力電力を演算する。ここで、要求出力指令と要求出力電力とは通常一致するように制御される。例えば、燃料電池システム100が車両に搭載されて運転されているときには、車速とアクセル開度(アクセルペダルの踏込量)が要求出力指令として与えられ、これに応じて要求出力電力が決定される。この場合には、制御部10内の図示しないメモリに、要求出力指令に応じた要求出力電力の値を示すマップが予め格納されていることが好ましい。
B. First embodiment:
FIG. 3 is a flowchart showing a control procedure of the
図4(A)は、要求出力電力Wrの時間変化の一例を示すグラフである。このグラフは、時刻T0において電力W0から電力W1までの要求出力電力Wrの増加を検出したことを示している。以後、電力W0を「要求前出力電力W0」と呼び、電力W1を「要求後出力電力W1」と呼ぶ。また、要求出力電力の増加量である要求前出力電力W0と要求後出力電力W1との差を「要求増加量ΔWr」と呼ぶ。 FIG. 4A is a graph showing an example of the time change of the required output power Wr. This graph shows the detection of an increase in the required output power Wr from time T 0 Odor Te power W 0 to the power W 1. Hereinafter, the power W 0 is referred to as “pre-request output power W 0 ”, and the power W 1 is referred to as “post-request output power W 1 ”. Further, the difference between the output power W 0 before request and the output power W 1 after request, which is an increase amount of the required output power, is referred to as “request increase amount ΔWr”.
ステップS20では、制御部10は、ステップS10で検出した要求前出力電力W0と要求後出力電力W1とから、燃料電池スタックFCの触媒に対する負荷の大きさを判定する。ここで「触媒に対する負荷」とは、触媒を触媒層から溶出しやすい不安定な状態に導く要因のことを言う。以下にさらに詳しく説明する。
In step S20, the
電極層に担持されている触媒は、燃料電池の使用時に触媒層から溶出して減少することが知られている。その溶出量が過度になると燃料電池の発電性能が低下し、燃料電池自体の劣化原因にもなっている。この触媒の溶出は、カソード電極層の表面に生成された水酸基(OH基)とともに触媒が電解質膜へと移動することが発生原因の一つとして考えられる。このような触媒の溶出は、特に燃料電池の電位が高いときに見られ、また、その高電位の状態から急激に(短時間で)電位を低下させた際に顕著となる。具体的には、例えば触媒として白金を採用している場合には、単セルあたりの電圧値が約1Vないし約1.2Vのときに白金は溶出しやすい不安定な状態となり、単セルあたりの電位が短時間(例えば1秒程度)で約0.5Vに低下したときにさらに不安定な状態となる。 It is known that the catalyst supported on the electrode layer is eluted and decreased from the catalyst layer when the fuel cell is used. When the amount of elution is excessive, the power generation performance of the fuel cell is lowered, which causes deterioration of the fuel cell itself. This elution of the catalyst is considered as one of the causes of the occurrence of the catalyst moving to the electrolyte membrane together with the hydroxyl group (OH group) generated on the surface of the cathode electrode layer. Such elution of the catalyst is observed particularly when the potential of the fuel cell is high, and becomes prominent when the potential is suddenly lowered (in a short time) from the high potential state. Specifically, for example, when platinum is employed as the catalyst, platinum is in an unstable state in which it easily elutes when the voltage value per unit cell is about 1 V to about 1.2 V. When the potential drops to about 0.5 V in a short time (for example, about 1 second), the state becomes more unstable.
従って、本明細書において「触媒に対する負荷」とは、燃料電池の電位、または、燃料電池の出力の変化を意味し、「触媒に対する負荷の大きさ」とは、燃料電池の電位の値の大きさや、燃料電池の電位の単位時間あたりの変化量の大きさを意味する。即ち、図3のステップS20の判定では、要求前出力電力W0のときの燃料電池の電圧値である要求前出力電圧V0と、要求後出力電力W1のときの燃料電池の電圧値である要求後出力電圧V1とを求め、触媒に対する負荷の大きさを判定する。 Accordingly, in the present specification, the “load on the catalyst” means a change in the potential of the fuel cell or the output of the fuel cell, and the “size of the load on the catalyst” means a large value of the potential of the fuel cell. In addition, it means the amount of change per unit time of the potential of the fuel cell. That is, in the determination of step S20 in FIG. 3, the output voltage V 0 before request, which is the voltage value of the fuel cell when the output power W 0 is before request, and the voltage value of the fuel cell, when the output power W 1 is after request. The output voltage V 1 after a certain request is obtained, and the magnitude of the load on the catalyst is determined.
図5は、燃料電池スタックFCの電力Wと電圧Vと電流Iの三者の関係を示すグラフである。一般的に燃料電池では、電流の増加に伴って電圧は低下するが(V−I特性)、電力は増大する(W−I特性)。このような関係を利用して、要求前出力電圧V0と要求後出力電圧V1とを求めることができる。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the power W, voltage V, and current I of the fuel cell stack FC. In general, in a fuel cell, as the current increases, the voltage decreases (V-I characteristic), but the power increases (WI characteristic). By utilizing such a relationship, the output voltage V 0 before request and the output voltage V 1 after request can be obtained.
図3のステップS20では、次の2つの判定条件の両方が成立したときに、触媒に対する負荷が大きいと判定される。
要求前出力電圧V0≧Vth…(1)
電圧差ΔVr≧ΔVth…(2)
ここで、Vthは、所定の電圧閾値である。「電圧差ΔVr」は、要求前出力電圧V0と要求後出力電圧V1の差の絶対値|V1−V0|であり、ΔVthは、所定の閾値である。
In step S20 of FIG. 3, when both of the following two determination conditions are satisfied, it is determined that the load on the catalyst is large.
Output voltage before request V 0 ≧ Vth (1)
Voltage difference ΔVr ≧ ΔVth (2)
Here, Vth is a predetermined voltage threshold. The “voltage difference ΔVr” is an absolute value | V 1 −V 0 | of a difference between the pre-request output voltage V 0 and the post-request output voltage V 1 , and ΔVth is a predetermined threshold value.
所定の閾値Vth、ΔVthは、実験等で得られる電圧値の変化量と触媒の溶出量との関係から、触媒の溶出量が目標とする規定量より少なくなるような閾値として予め決定された値であることが好ましく、燃料電池の構成材料によって決定される値であるとしても良い。例えば、白金触媒を用いた固体高分子型燃料電池では、単セルあたりの値として、Vth=約1.0V、ΔVth=約0.5Vに設定することができる。 The predetermined threshold values Vth and ΔVth are values determined in advance as threshold values so that the elution amount of the catalyst is smaller than the target specified amount based on the relationship between the amount of change in the voltage value obtained through experiments and the elution amount of the catalyst. It is preferable that the value is determined by the constituent material of the fuel cell. For example, in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum catalyst, Vth = about 1.0V and ΔVth = about 0.5V can be set as values per unit cell.
なお、上記判定条件(1)、(2)は、判定の基準として燃料電池の電圧値を用いているが、燃料電池の電力値によって判定を行うものとしても良い。ただし、上述したとおり、触媒の溶出量は電圧値及びその変化量の影響を受けるため、電圧値を基準とする方が好ましい。なお、本明細書中において「燃料電池の出力」と呼ぶときは、燃料電池の出力電圧と出力電力の両方、又はいずれか一方を意味するものとして使用する。従って、例えば、「燃料電池の出力が小さい」というときは、燃料電池の電圧値が高いこと、及び/又は、燃料電池の出力電力値が低いことを意味する。 In the determination conditions (1) and (2), the voltage value of the fuel cell is used as a determination criterion, but the determination may be made based on the power value of the fuel cell. However, as described above, since the elution amount of the catalyst is affected by the voltage value and its change amount, it is preferable to use the voltage value as a reference. In this specification, the term “output of the fuel cell” is used to mean both or either of the output voltage and output power of the fuel cell. Therefore, for example, “the output of the fuel cell is small” means that the voltage value of the fuel cell is high and / or the output power value of the fuel cell is low.
上記判定条件(1)または判定条件(2)のいずれかを満たさないときには、制御部10は触媒に対する負荷は小さいと判定する。なお、このステップS20では判定条件(1)は用いず、判定条件(2)のみを用いて、触媒に対する負荷の判定を行うものとしても良い。
When the determination condition (1) or the determination condition (2) is not satisfied, the
ステップS20において触媒に対する負荷が大きいと判定されたときには、制御部10は「FC出力抑制処理」を開始する。図4(B)は、FC出力抑制処理が行われている場合の燃料電池スタックFCの出力電力の時間変化を示すグラフである。このグラフでは、燃料電池スタックFCの実際の出力電力Wfの変化を実線で示している。また、時刻T0及び出力電力W0、W1は、図4(A)のグラフに示された値と同じである。
When it is determined in step S20 that the load on the catalyst is large, the
なお、比較のために図4(B)のグラフ上に、FC出力抑制処理が行われず、FC通常出力制御が行われた場合の燃料電池スタックFCの出力電力Wfaの変化を太鎖線で示す。グラフに示されるように、FC出力抑制処理が行われなかった場合には、燃料電池スタックFCの出力電力Wfaが要求後出力電力W1に到達するのは時刻T0から時間Twだけ経過した時刻T1となる。このように、外部からの出力要求がなされたとき(時刻T0)から燃料電池スタックFCが要求後出力電力W1を実際に出力するまでにかかる時間を「応答時間Tw」と呼ぶ。燃料電池が外部の要求に応じて出力を行うときには通常、この応答時間Twが生じている。この応答時間Twは微小な時間ではあるが、触媒に対する負荷が大きいと判定されるような急激な出力増加要求がなされたときには顕著となる。 For comparison, the change in the output power Wfa of the fuel cell stack FC when the FC output suppression process is not performed and the FC normal output control is performed is indicated by a heavy chain line on the graph of FIG. 4B. As shown in the graph, when the FC output suppression process is not performed, the output power Wfa of the fuel cell stack FC reaches the post-request output power W 1 at the time when the time Tw has elapsed from the time T 0. the T 1. Thus, the time taken from when the output request is made from the outside (time T 0 ) to when the fuel cell stack FC actually outputs the requested output power W 1 is referred to as “response time Tw”. This response time Tw usually occurs when the fuel cell outputs in response to an external request. This response time Tw is a minute time, but becomes prominent when a sudden output increase request is made to determine that the load on the catalyst is large.
まず、FC出力抑制処理として制御部10は、その処理を行う処理時間Tf(時刻T0〜T2)を決定する(ステップS30)。処理時間Tfは、要求増加量ΔWrに応じて長くなるように設定されることが好ましい。例えば、処理時間Tfとしては、次に示す数式(3)を満たす時間を設定することができる。
Tf=α×ΔWr+β…(3)(α、βは負でない定数)
この数式(3)によれば、処理時間Tfは、要求増加量ΔWrに比例して長くなるように設定される。なお、数式(3)の定数α、βは、処理時間Tfが燃料電池の応答時間Twより長くなるように決められることが望ましい。この理由については後述する。
First, the
Tf = α × ΔWr + β (3) (α and β are non-negative constants)
According to Equation (3), the processing time Tf is set to be longer in proportion to the required increase amount ΔWr. It should be noted that the constants α and β in Equation (3) are preferably determined such that the processing time Tf is longer than the response time Tw of the fuel cell. The reason for this will be described later.
次に制御部10は、要求増加量ΔWrを処理時間Tfで除することによって出力増加率Iwを求める。その後、制御部10は、出力増加率Iwで出力電力Wfが上昇していくように制御を行う(ステップS40)。従って、燃料電池スタックFCの出力電力Wfは時刻T2において要求後出力電力W1に到達する。以後このステップS40の制御を「FC出力抑制制御」と呼ぶ。なお、「FC出力抑制処理」と言うときは、ステップS30の処理とこのステップS40のFC出力抑制制御とを含んだ一連の処理を指す。
Next, the
図6(A)、(B)は、FC出力抑制制御をさらに具体的に説明するための説明図である。図6(A)は、FC出力抑制処理が行われている燃料電池スタックFCの出力電力の時間変化を示すグラフであり、処理時間Tfが微小時間で等間隔に区切られている点以外は図4(B)とほぼ同じである。図6(B)は、燃料電池スタックFCの出力電圧Vfの時間変化を示すグラフでり、その時間軸は、図6(A)の時間軸と対応している。 6A and 6B are explanatory diagrams for more specifically explaining the FC output suppression control. FIG. 6A is a graph showing the time change of the output power of the fuel cell stack FC in which the FC output suppression process is performed, except that the processing time Tf is divided at equal intervals by a minute time. It is almost the same as 4 (B). FIG. 6B is a graph showing the time change of the output voltage Vf of the fuel cell stack FC, and the time axis thereof corresponds to the time axis of FIG.
制御部10は、FC出力抑制処理において処理時間Tfと出力増加率Iwとを決定した後に、処理時間Tfを図6(A)で示すように時刻t1〜t9で微小な間隔に分割する。なお、この分割単位及び分割数は任意である。制御部10は、出力増加率Iwから、時刻t1〜t9において燃料電池スタックFCが出力すべき出力電力w1〜w9を求めることができ、図6(B)に示す時刻t1〜t9における燃料電池スタックFCの出力電圧v1〜v9を求めることができる。制御部10は、FC出力抑制処理が行われている間は、微小な間隔の時刻t1〜t9ごとに燃料電池スタックFCが出力電力w1〜w9を出力するように燃料電池システム100のバルブ23、27、33(図1)を調整する。また、DC/DCコンバータ70は、時刻t1〜t9ごとに燃料電池スタックFCの出力電圧がv1〜v9の値となるように直流電源ラインDCLの電圧レベルを調整する。このような制御を行うことによって、FC出力抑制処理を実現することができる。
After determining the processing time Tf and the output increase rate Iw in the FC output suppression processing, the
なお、上述したように処理時間Tfは、要求増加量ΔWrに応じて長くなるように設定した。従って、上記FC出力抑制制御では、出力要求の変化量である要求増加量ΔWrが大きいほど、単位時間あたりの燃料電池の出力増加量(出力増加率Iw)が抑制され、燃料電池の出力変化が緩やかとなる。 As described above, the processing time Tf is set to be longer according to the required increase amount ΔWr. Therefore, in the FC output suppression control, as the request increase amount ΔWr, which is the output request change amount, is larger, the fuel cell output increase amount (output increase rate Iw) per unit time is suppressed, and the fuel cell output change is reduced. Be gentle.
ここで図4(A)、(B)に戻る。図4(A)と図4(B)とを比較すると、FC出力抑制処理が行われている処理時間Tfの間は、要求出力に対して燃料電池スタックFCの出力電力Wfが不足していることが解る。図4(B)において時刻tにおける不足する出力電力を不足電力Wneとして示している。制御部10は、この不足電力Wneを2次電池60(図2)によって補償するように制御する。具体的には、DC/DCコンバータ70が、2次電池60に不足電力Wneを出力させるように直流電源ラインDCLの電圧レベルを維持する。
Here, it returns to FIG. 4 (A) and (B). Comparing FIG. 4A and FIG. 4B, the output power Wf of the fuel cell stack FC is insufficient with respect to the requested output during the processing time Tf during which the FC output suppression process is performed. I understand that. In FIG. 4B, the insufficient output power at time t is indicated as insufficient power Wne. The
図4(C)は、2次電池60の出力電力の時間変化を示すグラフである。このグラフでは、任意の時刻tにおける2次電池の出力電力を出力電力Wbとして実線で示している。また、グラフに示された時刻T0、T1、T2及び出力電力W0、W1は、図4(B)のグラフに示された値と同じである。即ち、任意の時刻tにおける2次電池の出力電力Wbは、同時刻tにおける図4(B)に示した不足電力Wneと一致する。従って、FC出力抑制処理によって、燃料電池スタックFCの出力が抑制されたとしても、燃料電池システム100全体で見たときに要求出力電力W1を得ることができる。
FIG. 4C is a graph showing the change over time in the output power of the
図3のステップS20において、触媒に対する負荷が小さいと判定された場合には、制御部10は、「FC通常出力制御」を行う(ステップS35)。即ち、制御部10は、燃料電池スタックFCが直ちに要求後出力電力W1を出力するように制御を行う。なお、図4(B)で説明した応答時間Twはこの場合にも生じており、応答時間Twにおける出力電力の不足分を2次電池60が補償している。しかし、この場合は、増加量ΔWrが少ないので応答時間Twも微小な時間となり、2次電池60に対する負荷はFC出力抑制制御を行った場合の応答時間Twの間の負荷より小さい。
When it is determined in step S20 of FIG. 3 that the load on the catalyst is small, the
なお、制御部10が前述の判定条件(1)を用いて判定を実行する処理は、出力要求の変化を検出したときに、出力要求の変化量が所定の閾値より大きい場合に、出力要求の変化量が大きいほど、燃料電池スタックFCへの出力の指令値を緩やかに変化させて燃料電池スタックFCが要求後出力電力W 1 を実際に出力するまでにかかる時間を長くしていると考えることも可能である。ここで、「燃料電池スタックFCへの出力の指令値」とは、図6の微小な間隔の時刻t1〜t9ごとに燃料電池スタックFCに設定された出力電力w1〜w9に相当する。さらに、制御部10は、FC出力抑制制御とともに、燃料電池の出力が出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行い、燃料電池システム100はシステム全体として、要求された出力を実現する。
The process in which the
また、制御部10が判定条件(1)、(2)の両方を用いて判定を実行する処理は、出力要求の変化を検出したときに、出力要求の変化量が所定の閾値より大きく、かつ、出力要求の変化を検出したときにおける燃料電池の出力が所定の出力より小さい場合に、上記出力抑制制御及び出力補償制御を行うものと考えることが可能である。この場合には、出力要求が変化したときの燃料電池スタックFCの出力状態が判断条件として加味されるため、燃料電池スタックFCの劣化につながるような出力要求の変化をさらに特定することができる。
Further, the process in which the
ところで、ステップS30において処理時間Tfを応答時間Twより長くなるように決定した。この理由は以下のためである。燃料電池への出力要求がステップ状に変化した場合に、燃料電池がその出力変化の指令を受け取った瞬間から、燃料電池がその要求された全変化量のうちの所定の割合(例えば90%)の変化量を出力するまでに要する時間を「燃料電池の応答遅れ時間」と呼ぶ。燃料電池の応答遅れ時間は、燃料電池反応に必要な量のプロトンが電解質膜を経てカソード側に到達するのに要する移動時間によって発生する。上述した応答時間Twは、この燃料電池の応答遅れ時間によって生じる時間である。 In step S30, the processing time Tf is determined to be longer than the response time Tw. The reason is as follows. When the output request to the fuel cell changes stepwise, a predetermined percentage (for example, 90%) of the total change requested by the fuel cell from the moment when the fuel cell receives the output change command. The time required to output the amount of change is called “fuel cell response delay time”. The response delay time of the fuel cell is generated by the travel time required for the amount of protons necessary for the fuel cell reaction to reach the cathode side through the electrolyte membrane. The response time Tw described above is a time caused by the response delay time of the fuel cell.
従って、応答時間Twの間はカソード電極層はプロトンが不足して、触媒の溶出の要因となるOH基が多量に発生している状態となる。また、既に述べたように、出力増加要求がなされて燃料電池の電圧が降下した場合に特に触媒は不安定な状態となる。従って、この応答時間Twの間に触媒の溶出量は増加する。そこで上述したように、FC出力抑制処理の処理時間Tfを応答時間Tw(または燃料電池の応答遅れ時間)より長くすることによって燃料電池スタックFCの電位の低下を緩やかにすると、プロトンの移動時間を確保することができる。そのため、触媒の溶出の要因となるOH基に対してプロトンが充分に供給され、触媒の溶出量も低減される。従って、燃料電池の性能低下や劣化の可能性が低減される。また、従来は触媒の溶出を考慮して触媒を必要な量より多く余分に担持していたが、本実施例の構成によればその余分に担持する量を低減できるため、燃料電池のコストダウンも期待できる。 Therefore, during the response time Tw, the cathode electrode layer is in a state where protons are insufficient and a large amount of OH groups are generated that cause elution of the catalyst. Further, as described above, the catalyst is in an unstable state particularly when the output increase request is made and the voltage of the fuel cell drops. Therefore, the amount of catalyst elution increases during the response time Tw. Therefore, as described above, if the decrease in the potential of the fuel cell stack FC is moderated by making the processing time Tf of the FC output suppression processing longer than the response time Tw (or the response delay time of the fuel cell), the proton movement time is reduced. Can be secured. Therefore, a sufficient amount of protons is supplied to the OH group that causes the catalyst to be eluted, and the amount of catalyst eluted is also reduced. Therefore, the possibility of fuel cell performance degradation and deterioration is reduced. Further, in the past, an excessive amount of catalyst was supported in consideration of the elution of the catalyst. However, according to the configuration of this embodiment, the amount of the extra amount supported can be reduced, so that the cost of the fuel cell can be reduced. Can also be expected.
なお、処理時間Tfの決定にあたり、数式(3)の定数αを、次に示す数式(4)によって求められる値を用いるものとしても良い。
α=(C/4)×(d2/6D)…(4)
ここで、Cは定数であり、dは燃料電池の電解質膜の膜圧であり、Dは膜中のプロトンの拡散係数を示す。この数式(4)は、拡散方程式によって得られるプロトンの移動時間を考慮したものであり、実験的に得られるものである。この数式(4)によって求めた定数αを用いれば、処理時間Tfは、応答時間Twより長く、プロトンの移動時間を考慮した時間として得ることができる。また、定数βは0に設定しても良い。
In determining the processing time Tf, the value obtained by the following equation (4) may be used as the constant α in the equation (3).
α = (C / 4) × (d 2 / 6D) (4)
Here, C is a constant, d is the membrane pressure of the electrolyte membrane of the fuel cell, and D is the diffusion coefficient of protons in the membrane. This equation (4) takes into account the proton migration time obtained by the diffusion equation, and is obtained experimentally. If the constant α obtained by the equation (4) is used, the processing time Tf is longer than the response time Tw and can be obtained as a time considering the proton migration time. The constant β may be set to 0.
ところで、本実施例では、時刻T0において出力電力を要求前出力電力W0から要求後出力電力W1へと増加する要求がなされ、2つの電力W0、W1に対する電圧値V0、V1とを比較して触媒に対する負荷の判定が行われる場合を説明した。しかし、実際には、出力増加要求はこのように段階的に行われるのではなく連続的に行われる。そこで、本実施例の燃料電池システム100では、制御部10は、微小な時間(例えば、数μ秒程度の無視できる程の時間)ごとに、要求前出力電力W0と要求後出力電力W1とを検出して触媒に対する負荷の判定を繰り返す。
By the way, in this embodiment , at time T 0 , a request is made to increase the output power from the pre-request output power W 0 to the post-request output power W 1 , and the voltage values V 0 and V 1 for the two powers W 0 and W 1 are made. The case where the load on the catalyst is determined by comparing with 1 has been described . However, in practice, the output increase request is not performed step by step, but is performed continuously. Therefore, in the
さらに、上記実施例において、制御部10は、触媒に対する負荷の判定を行い(ステップS20)、負荷が大きい場合にはFC出力抑制処理を行っていたが、触媒に対する負荷の判定は行わず、常にFC出力抑制処理を行うものとしても良い。ただし、FC出力抑制処理を行っている間は補助電源の負荷が大きいため、上記実施例のように必要に応じてFC出力抑制処理を行う方が補助電源に対する負荷を低減できる。
Further, in the above embodiment, the
C.第2実施例:
図7は、本発明の第2実施例としての燃料電池システム100Aの電気的構成を示すブロック図である。図7は、2次電池60の替わりに補助電源としてキャパシタ65を採用している点以外は、図2と同じである。キャパシタ65としては電気2重層キャパシタを採用することができるが、他の充・放電可能な補助電源で構成しても良い。なお、他の燃料電池システム100Aのシステム構成は図1の燃料電池システム100と同じである。
C. Second embodiment:
FIG. 7 is a block diagram showing an electrical configuration of a
図8は、燃料電池システム100Aに対して外部からの出力増加要求がなされた場合に制御部10が行う処理手順を示すフローチャートである。図8は、ステップS32とステップS50が追加されている点以外は図3と同じである。以下に、追加された処理についての説明をする。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure performed by the
図9(A)は、ステップS10で検出された燃料電池システム100Aに対する外部からの出力要求の時間変化を示しており、第1実施例の図4(A)と同じである。従って、この場合も触媒に対する負荷が大きいと判定され(ステップS20)、第1実施例と同様にFC出力抑制処理が行われる(ステップS30、S40)。なお、本実施例では、不足電力の補償はキャパシタ65によって行われる。
FIG. 9A shows the time change of the output request from the outside to the
図9(B)、(C)はそれぞれ、FC出力抑制処理及び後述するステップS32におけるFC余剰出力制御を行った場合の燃料電池スタックFCとキャパシタ65の出力電力の時間変化を示すグラフである。なお、この2つのグラフに示された、燃料電池スタックFCの出力電力が要求後出力電力W1に到達する時刻T2までの出力電力の変化は、FC出力抑制処理の処理時間Tfを短く示している点以外は第1実施例の図4(B)、(C)とほぼ同じである。
FIGS. 9B and 9C are graphs showing temporal changes in the output power of the fuel cell stack FC and the
図9(B)のグラフが示すように、燃料電池スタックFCは、FC出力抑制処理を行い要求後出力電力W1に到達した時刻T2以降も、出力電力を増加する処理を継続して、要求後出力電力W1以上の余分な電力を出力する。以後、この時刻T2〜T4において行われる制御を「FC余剰出力制御」と呼び、この余分な出力電力を「余剰出力電力」と呼ぶ。図9(B)のグラフにおいてハッチングが付された領域は余剰出力電力量Wfsを示している。 As shown in the graph of FIG. 9B, the fuel cell stack FC continues the process of increasing the output power after the time T 2 when the FC output suppression process is performed and the requested output power W 1 is reached. After the request, extra power exceeding the output power W 1 is output. Hereinafter, the control performed at times T 2 to T 4 is referred to as “FC surplus output control”, and this excess output power is referred to as “surplus output power”. The hatched area in the graph of FIG. 9B indicates the surplus output power amount Wfs.
図9(C)のグラフの時刻T2以降において、キャパシタ65の出力電力Wbは負の値を示しているが、これはキャパシタ65が充電されていることを示している。即ち、FC余剰出力制御において燃料電池スタックFCが出力した余剰出力電力は、DC/DCコンバータ70によってキャパシタ65に充電される。図9(C)の時刻T2〜T4におけるハッチングが付された領域は、キャパシタ65に充電された充電電力量Wbcを示している。充電電力量Wbcと余剰出力電力量Wfsとは一致する。
After time T 2 in the graph of FIG. 9C, the output power Wb of the
図9(C)のグラフにおいて、時刻T0〜T2の間のハッチングが付された領域はFC出力抑制処理においてキャパシタ65が出力した補償電力量Wbsを示している。この補償電力量Wbsと上記の充電電力量Wbc(余剰出力電力量Wfs)とは等しくなることが好ましい。この場合、補償電力量Wbsを示すハッチング領域と、余剰出力電力量Wfsを示すハッチング領域とは面積が等しくなることが解る。このことから、FC余剰出力制御は以下のように制御することよって実現することができる。
In the graph of FIG. 9C, the hatched region between times T 0 and T 2 indicates the compensation power amount Wbs output by the
ステップS32において制御部10は、時間Tf2を以下の数式(5)より得る。
Tf2=Tf×2-2…(5)
In step S32, the
Tf2 = Tf × 2 −2 (5)
制御部10は、時刻T2〜T3における時間Tf2の間は、FC出力抑制処理と同様の増加率Iwで燃料電池スタックFCの出力電力を増加させていく。時刻T3からは再び時間Tf2の間だけ、制御部10は、出力増加率Iwの負数を出力降下率として出力電力を減少させていく。DC/DCコンバータ70は、時刻T2以降はキャパシタ65が充電を行うように、直流電源ラインDCLの電圧レベルを維持する。時刻T4以降は、燃料電池スタックFCは要求後出力電力W1での出力を行う。
なお、FC余剰出力制御における出力電力の増加の際には、それ以前の増加率Iwと異なる増加率を用いても良い。また、その出力電力の増加/減少を行う処理時間Tf2もFC出力抑制処理の処理時間Tfとは関係なく設定されるものとしても良く、時刻T2〜T3の間の時間間隔と、時刻T3〜T4の時間間隔とは同じでなくとも良い。ただし、本実施例のように制御することによって、触媒に対する負荷が小さい出力増加率Iwで余剰出力電力を得ることができ、また、容易にキャパシタ65が出力した補償電力量と同じ充電電力量を得る制御を行うことができる。
When the output power is increased in the FC surplus output control, an increase rate different from the previous increase rate Iw may be used. It is also possible as being set regardless of the processing time Tf of processing time Tf2 also FC output suppression processing for increasing / decreasing the output power, and time interval between time T 2 through T 3, time T 3 may not be the same as the time interval of ~T 4. However, by controlling as in the present embodiment, surplus output power can be obtained with an output increase rate Iw with a small load on the catalyst, and the same charging power amount as the compensation power amount output by the
このように、FC出力抑制処理に加えてFC余剰出力制御を行うことによって、補助電源が出力した補償電力は直ちに燃料電池スタックFCによって充電されるため、第1実施例のようにFC余剰出力制御を行わない場合に較べ低容量の補助電源を採用できる。従って、本実施例では補助電源として第1実施例の2次電池60に替えてキャパシタ65を採用している。このようにキャパシタ65を補助電源とすれば、瞬間的に取り出せる電力量は2次電池60よりも大きくすることができ、燃料電池システム全体として、より安定した電力を出力することが可能となる。また、2次電池60より小型なキャパシタ65を採用しているためシステムが小型化し、車両などの限られた空間内に搭載する場合に有利である。従って、本実施例の燃料電池システム100Aは、車両などの移動体に搭載される場合には、その車両の加速性能やドライバビリティの向上が期待できる。
Thus, by performing FC surplus output control in addition to the FC output suppression processing, the compensation power output from the auxiliary power supply is immediately charged by the fuel cell stack FC, so that the FC surplus output control is performed as in the first embodiment. A low-capacity auxiliary power supply can be employed as compared with the case where the operation is not performed. Therefore, in this embodiment, the
D.第3実施例:
本実施例は、第1実施例のFC出力抑制制御(図3のステップS40)の制御方法以外は、システム構成および処理手順は第1実施例と同じである。従って、その相違点のみを以下に説明する。
D. Third embodiment:
In the present embodiment, the system configuration and processing procedure are the same as those in the first embodiment except for the control method of the FC output suppression control (step S40 in FIG. 3) of the first embodiment. Therefore, only the difference will be described below.
図10(A)、(B)は、第3実施例におけるFC出力抑制制御を具体的に説明するためのグラフである。第1実施例では、処理時間Tfと要求増加量ΔWrとから出力増加率Iwを求め、その出力増加率Iwに従って増加させた処理時間Tfを微小間隔で分割した時刻t1〜t9ごとに燃料電池スタックFCが出力すべき出力電力w1〜w9を決定し出力させていた(図6)。 FIGS. 10A and 10B are graphs for specifically explaining the FC output suppression control in the third embodiment. In the first embodiment, the output increase rate Iw is obtained from the processing time Tf and the requested increase amount ΔWr, and the fuel is produced at every time t 1 to t 9 obtained by dividing the processing time Tf increased according to the output increase rate Iw at a minute interval. The output powers w 1 to w 9 to be output by the battery stack FC were determined and output (FIG. 6).
本実施例では制御部10は、図10(A)のグラフに示すように、燃料電池スタックFCの出力電圧Vfが、処理時間Tfの間に出力電圧が電圧V0から電圧V1まで一定比率で降下するよう制御する。すると、出力電圧の降下に応じて、燃料電池スタックFCの出力電力Wfは図10(B)に示すように曲線的に増加する。具体的には制御部10は以下のように制御を行う。
In the present embodiment, as shown in the graph of FIG. 10A, the
制御部10は、要求前出力電圧V0と要求後出力電圧V1との差を処理時間Tfで除算して出力電圧の降下率Fvを求める。制御部10は、その降下率Fvに従って出力電圧を低下させた場合の時刻t1〜t9ごとの出力電圧値v1〜v9を求め、時刻t1〜t9ごとに、その電圧値v1〜v9で燃料電池スタックFCが出力するよう燃料電池システム100を制御する。また、DC/DCコンバータ70は、時刻t1〜t9ごとに燃料電池スタックFCの出力電圧がv1〜v9の値となるように直流電源ラインDCLの電圧レベルを維持する。
The
また、システム構成および処理手順を第2実施例と同様とし、FC出力抑制制御を本実施例のように行うこともできる。この場合の出力電圧Vfの時間変化を図11(A)に示し、出力電力Wfの時間変化を図11(B)に示す。なお、このグラフではFC出力抑制制御(処理時間Tf)を行った後にFC余剰出力制御として、時間Tf2の間(時刻T2〜T3)は、FC出力抑制処理と同様の出力電圧降下率Fvで出力電圧を降下させ、その後の時間Tf3の間(時刻T3〜T4)は出力電力が一定の比率で上昇するように制御している。なお、時間Tf2、Tf3は補助電源が出力した補償電力量を充電できるような時間を設定することが望ましい。 Further, the system configuration and the processing procedure are the same as those in the second embodiment, and the FC output suppression control can be performed as in the present embodiment. The time change of the output voltage Vf in this case is shown in FIG. 11A, and the time change of the output power Wf is shown in FIG. 11B. In this graph, as FC surplus output control after performing FC output suppression control (processing time Tf), during the time Tf2 (time T 2 to T 3 ), the output voltage drop rate Fv is the same as that of FC output suppression processing. in lowering the output voltage, during a subsequent time Tf3 (time T 3 through T 4) it is controlled such that the output power is increased at a constant rate. Note that it is desirable to set the times Tf2 and Tf3 so that the compensation power amount output from the auxiliary power source can be charged.
第1実施例において説明したように、触媒は、燃料電池の電位が高電位から低電位に降下したときに特に不安定な状態となり、溶出する可能性が高くなる。第1実施例および第2実施例の場合には図6(B)のグラフからも理解できるように、FC出力抑制処理の開始直後に電位の低下が著しい時間帯が存在する。従って、本実施例の方が第1実施例および第2実施例よりも触媒の溶出の可能性を低減できる。 As described in the first embodiment, the catalyst becomes particularly unstable when the potential of the fuel cell drops from a high potential to a low potential, and the possibility of elution increases. In the case of the first embodiment and the second embodiment, as can be understood from the graph of FIG. 6B, there is a time zone in which the potential decreases significantly immediately after the start of the FC output suppression process. Therefore, the possibility of the elution of the catalyst can be reduced in the present embodiment than in the first embodiment and the second embodiment.
E.第4実施例:
図12は、本発明の第4実施例として、制御部10が行う燃料電池システム100の制御手順を示したフローチャートである。図12は、ステップS25の処理が追加されている点以外は第1実施例の図3と同じである。なお、本実施例の燃料電池システムは、図1及び図2で説明した第1実施例のシステム構成と同じである。第1実施例との相違点を以下に説明する。
E. Fourth embodiment:
FIG. 12 is a flowchart showing a control procedure of the
本実施例では、ステップS20の触媒に対する負荷の判定を行った後に、ステップS25として2次電池60の充電状態(SOC)、即ち、2次電池60の充電電力の残量(以後、「電力残量P」と呼ぶ)を検出する。なお、2次電池60には、この充電状態の検出を行うための電力残量Pを監視するユニットが設けられているものとしても良い。あるいは、制御部10が、それまでの2次電池60の出力電力量から計算した電力残量Pを図示しないメモリ上に格納しているものとしても良い。
In this embodiment, after determining the load on the catalyst in step S20, in step S25, the state of charge (SOC) of the
本実施例では、ステップS30における処理時間Tfの決定にあたり、ステップS25で得た電力残量Pも考慮する。即ち、制御部10は、制御部10の図示しないメモリに、電力残量Pに応じて処理時間Tfが決定できるマップが格納されており、それによって処理時間Tfを決定する。この場合の処理時間Tfとしては、処理時間Tfの間にFC出力抑制処理において2次電池60が出力する補償電力量が、電力残量Pを上まわらないような値となることが望ましい。このような構成とすることによって、FC出力抑制処理において2次電池60の電力が不足することを防ぐことができる。
In this embodiment, when determining the processing time Tf in step S30, the remaining power P obtained in step S25 is also taken into consideration. That is, the
F.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
F. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
F1.変形例1:
上記実施例において、燃料電池スタックFCとして固体高分子型の燃料電池を採用していたが他の燃料電池であっても良い。例えば、水素分離膜を備えた水素分離膜電池であっても良い。また、燃料電池システム100、100Aには水素タンク21が備えられていたが、他の水素貯蔵装置でもよく、例えば、改質機が備えられていても良い。
F1. Modification 1:
In the above embodiment, the polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell stack FC, but another fuel cell may be used. For example, a hydrogen separation membrane battery including a hydrogen separation membrane may be used. Further, although the
F2.変形例2:
上記実施例においてFC出力抑制制御では、出力電力または出力電圧を単位時間当たりに一定比率で変化させていたが、一定比率で変化させなくともよく、例えば、出力電力または出力電圧は、予め準備されたマップに応じて制御されるものとしても良い。
F2. Modification 2:
In the above embodiment, in the FC output suppression control, the output power or the output voltage is changed at a constant rate per unit time. However, it is not necessary to change the output power or the output voltage at a constant rate. For example, the output power or the output voltage is prepared in advance. It may be controlled according to the map.
F3.変形例3:
上記実施例において、ステップS20において触媒に対する負荷の大きさを判定していたが、触媒に対する負荷を基準とした判定基準でなくとも良く、例えば、燃料電池の電解質膜の劣化につながるような急激な出力変化の要求であるか否かを判定する基準であるとしても良い。
F3. Modification 3:
In the above-described embodiment, the magnitude of the load on the catalyst is determined in step S20. However, it may not be a criterion based on the load on the catalyst. For example, the load may be abrupt that leads to deterioration of the electrolyte membrane of the fuel cell. It may be a criterion for determining whether or not it is a request for a change in output.
F5.変形例5:
上記実施例において、FC通常出力制御として、燃料電池システム100に対して出力要求がされた後に、直ちに要求後出力電力W1を出力するように指令値を設定する制御を行っていたが、そのような制御でなくとも良い。即ち、燃料電池システム100に出力要求がなされた後から、要求後出力電力W1が指令値として設定されるまでに若干の遅延時間(例えば1秒以下の遅延時間)が生じていても良い。ただし、その場合であっても、FC抑制出力処理における処理時間Tfは、その遅延時間よりも長く設定されることが好ましい。
F5. Modification 5:
In the above embodiment, as the FC normal output control, after the output request is made to the
F6.変形例6:
上記実施例において、FC出力抑制処理とFC通常出力制御処理のいずれを実行するかの判断方法としては、上記実施例で用いたもの以外の方法を採用することも可能である。例えば、外部負荷から燃料電池システムに対して出力を増加する要求がされたときに、要求がされた要求時における燃料電池の出力である要求前出力と、要求によって要求された出力である要求後出力との差の絶対値である出力変化量を所定の閾値と比較し、出力変化量が所定の閾値より小さいことを含む第1の条件に合致する場合には、直ちに燃料電池が要求後出力を出力するように制御する通常制御を行うようにしても良い。また、出力変化量が所定の閾値より大きいことを含む第2の条件に合致する場合には、燃料電池が要求時から要求後出力を出力するまでに要する燃料電池出力到達時間が、通常制御を行った場合の燃料電池出力到達時間より長くなるように出力抑制制御を行うとともに、燃料電池の出力が要求後出力に対して不足する出力を補助電源に補償させる出力補償制御を行うようにしても良い。
F6. Modification 6:
In the above embodiment, as a method for determining which of the FC output suppression process and the FC normal output control process is executed, a method other than that used in the above embodiment can be employed. For example, when a request to increase the output from the external load is made to the fuel cell system, the output before the request, which is the output of the fuel cell at the time of the requested request, and the output requested by the request When the output change amount, which is an absolute value of the difference from the output, is compared with a predetermined threshold value and the first condition including that the output change amount is smaller than the predetermined threshold value is met, the fuel cell immediately outputs the output after the request. It is also possible to perform normal control for controlling to output. Further, when the second condition including that the output change amount is larger than a predetermined threshold is met, the fuel cell output arrival time required for the fuel cell to output the output after the request is normal control. The output suppression control is performed so as to be longer than the fuel cell output arrival time in the case of being performed, and the output compensation control is performed so that the auxiliary power supply compensates the output that the output of the fuel cell is insufficient with respect to the output after the request. good.
なお、第1の条件については判定を行わず、第2の条件に合致する場合についてのみ、出力抑制制御を行うとともに、出力補償制御を行うものとしても良い。また、第1及び第2の条件のいずれにも合致しない場合には、出力抑制制御とともに出力補償制御を行なわないものとしても良いし、行うものとしても良い。あるいは、他の制御方法によって制御するものとしても良い。 Note that the first condition may not be determined, and only when the second condition is satisfied, the output suppression control and the output compensation control may be performed. Further, when neither the first condition nor the second condition is met, the output compensation control may not be performed together with the output suppression control, or may be performed. Or it is good also as what controls by another control method.
10…制御部
20…水素系統
21…水素タンク
22…水素供給配管
23…圧力調整バルブ
24…ガスフローメータ
25…水素排出配管
26…圧力計
27…水素排出バルブ
30…空気系統
31…エアコンプレッサ
32…空気供給配管
33…圧力調整バルブ
34…ガスフローメータ
35…空気排出配管
36…圧力計
40…電圧センサ
50…アクセルペダル
60…2次電池
65…キャパシタ
70…DC/DCコンバータ
80…DC/ACインバータ
100、100A…燃料電池システム
DCL…直流電源ライン
FC…燃料電池
Fv…出力電圧降下率
Iw…出力増加率
MT…モータ
Td…遅延時間
Tf、Tf2、Tf3…処理時間
Ti…増加要求時間
Tw…燃料電池の応答時間
Vf…燃料電池の出力電圧
ΔVr…電圧差
Wb…補助電源の出力電力
Wbs…補償出力電力量
Wbc…充電電力量
Wf、Wfa…出力電力
Wfs…余剰出力電力量
Wne…不足電力
ΔWr…要求増加量
DESCRIPTION OF
Claims (7)
電極に触媒が配置されている燃料電池と、
補助電源と、
外部負荷からの前記燃料電池システムに対する出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、所定の周期で前記出力要求を検出し、前記出力要求が第1の値から第2の値に増大したときに、
(i)前記第1の値と前記第2の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第1の値であったときの前記燃料電池に対する第1の指令値から、前記第2の値に相当する出力電力を出力させる第2の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、
(ii)前記出力要求の変化量が所定の閾値より大きい場合に、前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第2の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第1の指令値から前記第2の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行い、
前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くし、
前記制御部は、前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする、燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell having a catalyst disposed on the electrode;
Auxiliary power,
A control unit for controlling the output of the fuel cell and the auxiliary power supply in response to an output request to the fuel cell system from an external load;
With
The control unit detects the output request at a predetermined cycle, and when the output request increases from a first value to a second value ,
(I) When the change amount of the output request, which is the absolute value of the difference between the first value and the second value, is equal to or less than a predetermined threshold value, the command value of the output of the fuel cell is set as the output request Performing normal control to immediately change from the first command value for the fuel cell at the first value to the second command value for outputting output power corresponding to the second value;
(Ii) When the change amount of the output request is larger than a predetermined threshold, it is assumed that an output request with a large load on the catalyst has been made, and the output power of the fuel cell is detected from when the change in the output request is detected. The command value of the output of the fuel cell is set so that the arrival time until the output power corresponding to the second value is reached is longer than the arrival time when the normal control is performed. wherein from 1 the command value to the second command value progressively increases have line output suppression control for suppressing said catalyst is eluted from the electrode,
In the output suppression control, the control unit gradually changes the command value of the output of the fuel cell to increase the arrival time as the amount of change in the output request increases.
In the normal control and the output suppression control, the control unit performs output compensation control that causes the auxiliary power supply to compensate for an insufficient power that the output of the fuel cell is insufficient for the output request. Battery system.
電極に触媒が配置されている燃料電池と、
補助電源と、
外部負荷からの前記燃料電池システムに対する出力要求に応じて前記燃料電池および前記補助電源の出力を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、所定の周期で前記出力要求を検出し、前記出力要求が第1の値から第2の値に増大したときに、
(i)前記第1の値と前記第2の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合、または、前記出力要求の変化を検出したときにおける前記燃料電池の出力が所定の出力以上である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第1の値であったときの前記燃料電池に対する第1の指令値から、前記第2の値に相当する出力電力を出力させる第2の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、
(ii)前記出力要求の変化量が所定の閾値より大きく、かつ、前記出力要求の変化を検出したときにおける前記燃料電池の出力が所定の出力より小さい場合に、前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第2の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第1の指令値から前記第2の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行い、
前記制御部は、前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くし、
前記制御部は、前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする、燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell having a catalyst disposed on the electrode;
Auxiliary power,
A control unit for controlling the output of the fuel cell and the auxiliary power supply in response to an output request to the fuel cell system from an external load;
With
The control unit detects the output request at a predetermined cycle, and when the output request increases from a first value to a second value ,
(I) The fuel cell when an output request change amount, which is an absolute value of a difference between the first value and the second value, is equal to or less than a predetermined threshold value, or when a change in the output request is detected. When the output of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined output, the command value of the output of the fuel cell is calculated from the first command value for the fuel cell when the output request is the first value. A normal control for immediately changing to the second command value for outputting the output power corresponding to the value of
(Ii) the amount of change in the output request is greater than a predetermined threshold value, and wherein when the fuel cell output is a predetermined output smaller than the output required load is greater for said catalyst at the time of detecting a change in the output request Assuming that the arrival time from when the change in the output request is detected until the output power of the fuel cell reaches the output power corresponding to the second value, the normal control is performed. The catalyst is eluted from the electrode by gradually increasing the command value of the output of the fuel cell from the first command value to the second command value so as to be longer than the arrival time in the case of There line output suppression control for suppressing the,
In the output suppression control, the control unit gradually changes the command value of the output of the fuel cell to increase the arrival time as the amount of change in the output request increases.
In the normal control and the output suppression control, the control unit performs output compensation control that causes the auxiliary power supply to compensate for an insufficient power that the output of the fuel cell is insufficient for the output request. Battery system.
前記補助電源は、前記燃料電池で発電した電力の充電が可能であり、
前記制御部は、前記出力要求において要求された出力を超えて発電された余剰電力を前記補助電源に充電する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2 , wherein
The auxiliary power source is capable of charging power generated by the fuel cell,
The said control part is a fuel cell system which charges the surplus electric power generated exceeding the output requested | required in the said output request | requirement to the said auxiliary power supply.
前記余剰電力は、前記出力抑制制御によって前記燃料電池の出力が前記出力要求において要求された出力に到達した後も、前記燃料電池が出力電力を増加する運転を継続することによって得られる電力を含む、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 3 ,
The surplus power includes power obtained by continuing the operation in which the fuel cell increases the output power even after the output of the fuel cell reaches the output requested in the output request by the output suppression control. , Fuel cell system.
前記制御部は、前記出力抑制処理において前記燃料電池の出力を一定の比率で変化させる、燃料電池システム。 A fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein
The said control part is a fuel cell system which changes the output of the said fuel cell by a fixed ratio in the said output suppression process.
前記補助電源の充電残量を検出する充電残量検出部を備え、
前記制御部は、前記出力抑制制御を実行するときに、前記補助電源の充電残量を検出し、前記出力補償制御において前記補助電源が出力する電力量が、前記充電残量を超えないように、前記出力抑制制御を行う、燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5 , further comprising:
A remaining charge detection unit for detecting the remaining charge of the auxiliary power supply;
The control unit detects the remaining charge amount of the auxiliary power source when executing the output suppression control, and prevents the amount of power output from the auxiliary power source in the output compensation control from exceeding the remaining charge amount. A fuel cell system that performs the output suppression control.
(a)所定の周期で前記出力要求を検出する工程と、
(b)前記工程(a)において前記出力要求が第1の値から第2の値に増大したときに、
(i)前記第1の値と前記第2の値の差の絶対値である出力要求の変化量が所定の閾値以下である場合に、前記燃料電池の出力の指令値を、前記出力要求が前記第1の値であったときの前記燃料電池に対する第1の指令値から、前記第2の値に相当する出力電力を出力させる第2の指令値に、直ちに変化させる通常制御を実行し、
(ii)前記出力要求の変化量が所定の閾値より大きい場合に、前記触媒に対する負荷が大きい出力要求がなされたものとして、前記出力要求の変化を検出したときから、前記燃料電池の出力電力が前記第2の値に相当する出力電力に到達するまでの間の到達時間が、前記通常制御を行った場合の前記到達時間よりも長くなるように、前記燃料電池の出力の指令値を前記第1の指令値から前記第2の指令値まで漸次的に増大させて前記触媒が前記電極から溶出することを抑制する出力抑制制御を行う工程と、
(c)前記出力抑制制御において、前記出力要求の変化量が大きいほど、前記燃料電池の出力の指令値を緩やかに変化させて前記到達時間を長くする工程と、
(d)前記通常制御と前記出力抑制制御において、前記燃料電池の出力が前記出力要求に対して不足する不足電力を前記補助電源に補償させる出力補償制御を行うことを特徴とする、方法。 A method for controlling a fuel cell system, comprising: a fuel cell in which a catalyst is disposed on an electrode; an auxiliary power source; and a control unit that controls the output of the fuel cell and the auxiliary power source in response to an output request from an external load. Because
(A) detecting the output request at a predetermined period ;
(B) When the output request increases from the first value to the second value in the step (a) ,
(I) When the change amount of the output request, which is the absolute value of the difference between the first value and the second value, is equal to or less than a predetermined threshold value, the command value of the output of the fuel cell is set as the output request Performing normal control to immediately change from the first command value for the fuel cell at the first value to the second command value for outputting output power corresponding to the second value;
(Ii) When the change amount of the output request is larger than a predetermined threshold, it is assumed that an output request with a large load on the catalyst has been made, and the output power of the fuel cell is detected from when the change in the output request is detected. The command value of the output of the fuel cell is set so that the arrival time until the output power corresponding to the second value is reached is longer than the arrival time when the normal control is performed. Performing an output suppression control for gradually increasing the command value from 1 to the second command value to suppress the catalyst from eluting from the electrode ;
(C) In the output suppression control, the larger the amount of change in the output request, the longer the arrival time by gradually changing the output command value of the fuel cell;
(D) In the normal control and the output suppression control, output compensation control is performed to cause the auxiliary power supply to compensate for insufficient power that the output of the fuel cell is insufficient for the output request.
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