JP5391227B2 - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。詳しくは、アイドル停止中において、低流量の酸化剤ガスを供給するとともに燃料電池から低電流を取り出す燃料電池システム及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof. More specifically, the present invention relates to a fuel cell system that supplies a low flow amount of oxidant gas and extracts a low current from the fuel cell during idle stop, and a control method thereof.

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、反応ガスを電気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 electric power by electrochemically reacting a reaction gas, and a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas channel.

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る。膜電極構造体は、アノード電極(陰極)及びカソード電極(陽極)と、これらの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 an anode electrode (cathode) and a cathode electrode (anode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes.

燃料電池のアノード電極に燃料ガスとして水素を供給し、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給すると、電気化学反応が進行して発電する。このように燃料電池は、電気化学反応により直接的に電気を得るため、発電効率が高い点で好ましいとされている。また燃料電池は、発電時に無害な水しか生成しないため、環境への影響の点からも好ましいとされている。   When hydrogen is supplied as fuel gas to the anode electrode of the fuel cell and air is supplied as oxidant gas to the cathode electrode, an electrochemical reaction proceeds to generate electricity. As described above, the fuel cell is preferred in terms of high power generation efficiency because it directly obtains electricity through an electrochemical reaction. Further, since the fuel cell generates only harmless water during power generation, it is considered preferable from the viewpoint of environmental impact.

ところで、このような燃料電池システムを動力源とした燃料電池車両では、例えば信号待ち等の車両停止時にアイドル発電が継続して行われた場合に、酸化剤ガス及び燃料ガスの供給を停止してアイドル発電を停止するアイドル停止が実行される。このアイドル停止を実行することにより、燃料の効率的な利用が可能となる。   By the way, in a fuel cell vehicle using such a fuel cell system as a power source, for example, when idle power generation is continuously performed when the vehicle is stopped such as waiting for a signal, the supply of the oxidant gas and the fuel gas is stopped. Idle stop for stopping idle power generation is executed. By executing this idle stop, the fuel can be used efficiently.

ところが、アイドル停止を実行すると、クロスリーク現象の発生時等に電解質膜の近傍に滞留する水素と酸素が高濃度で反応してしまい、電解質膜が劣化するおそれがある。そこで、アイドル停止中の燃料電池に低流量の酸化剤ガスを供給することで、電解質膜近傍に滞留する酸素量を低減して水素との反応を抑制し、電解質膜の劣化を抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   However, when the idle stop is executed, hydrogen and oxygen staying in the vicinity of the electrolyte membrane react at a high concentration when the cross leak phenomenon occurs, and the electrolyte membrane may be deteriorated. Therefore, by supplying a low-flow oxidant gas to a fuel cell that is idled, the amount of oxygen staying in the vicinity of the electrolyte membrane is reduced to suppress reaction with hydrogen and to suppress deterioration of the electrolyte membrane. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−327492号公報JP 2005-327492 A

ところで、上記特許文献1の技術のように燃料電池から電流を取り出すのを完全に停止してしまうと、燃料電池システム内に残留する水素と酸素の発電によって燃料電池が高電位となり、電解質膜が劣化するおそれがある。このため、アイドル停止中においても、燃料電池から低電流を取り出すことが好ましいとされている。従って、アイドル停止中に、低流量の酸化剤ガスを燃料電池に供給し、且つ燃料電池から低電流を取り出すアイドル停止制御を実行することにより、電解質膜近傍に滞留する水素と酸素の反応による電解質膜の劣化と、燃料電池の高電位化による電解質膜の劣化の両方を抑制できる。   By the way, when the current extraction from the fuel cell is completely stopped as in the technique of the above-mentioned Patent Document 1, the fuel cell becomes a high potential by the power generation of hydrogen and oxygen remaining in the fuel cell system, and the electrolyte membrane May deteriorate. For this reason, it is preferable to take out a low current from the fuel cell even during idling stop. Accordingly, by performing idle stop control that supplies a low-flow oxidant gas to the fuel cell and draws a low current from the fuel cell during idle stop, the electrolyte by the reaction of hydrogen and oxygen staying in the vicinity of the electrolyte membrane Both the deterioration of the membrane and the deterioration of the electrolyte membrane due to the high potential of the fuel cell can be suppressed.

しかしながら、上記のアイドル停止制御を実行中の燃料電池システムが高地等の大気圧の低い環境下、即ち空気の密度が低い環境下にある場合には、酸化剤ガスとして供給する空気の流量を平地と同量確保するために、酸化剤ガス供給手段としてのエアポンプが高回転で作動してしまう。すると、エアポンプの回転数が、アイドル停止中の燃料電池システムの良好な騒音・振動(以下、「NV(Noise Vibration)」という)性能を保証する上限値を超えてしまい、NV性能が悪化する、という問題があった。   However, when the fuel cell system performing the idle stop control described above is in an environment with a low atmospheric pressure such as a high altitude, that is, in an environment with a low air density, the flow rate of the air supplied as the oxidant gas is reduced to a level. Therefore, the air pump as the oxidant gas supply means operates at a high speed. Then, the rotation speed of the air pump exceeds the upper limit value that guarantees good noise / vibration (hereinafter referred to as “NV (Noise Vibration)”) performance of the fuel cell system during idling stop, and the NV performance deteriorates. There was a problem.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、低流量の酸化剤ガスを供給しつつ燃料電池から低電流を取り出すアイドル停止制御を実行中の燃料電池システムが低圧環境下にある場合でも、NV性能の悪化を抑制できる燃料電池システム及びその制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system in a low-pressure environment that is performing idle stop control that extracts a low current from the fuel cell while supplying a low-flow oxidant gas. Even in such a case, it is an object of the present invention to provide a fuel cell system and a control method thereof that can suppress deterioration in NV performance.

上記目的を達成するため本発明に係る燃料電池システム(例えば、後述の燃料電池システム1)は、酸化剤ガス(例えば、後述の空気)及び燃料ガス(例えば、後述の水素)が供給されることで発電する燃料電池(例えば、後述の燃料電池10)と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段(例えば、後述のエアポンプ21)と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段(例えば、後述の水素タンク22、エゼクタ28及びレギュレータ261)と、を備え、アイドル発電中に所定条件が成立した場合に、前記酸化剤ガス供給手段によりアイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止制御を開始するアイドル停止制御手段(例えば、後述のECU40のアイドル停止制御部及びVCU15)と、前記アイドル停止制御中に、前記燃料電池システムが低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定手段(例えば、後述のECU40の低圧環境判定部、大気圧センサ42及びGPSセンサ43)と、前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定された場合に、前記酸化剤ガス供給手段の作動を制限する作動制限手段(例えば、後述のECU40の作動制限部)と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fuel cell system (for example, a fuel cell system 1 described later) according to the present invention is supplied with an oxidant gas (for example, air described later) and a fuel gas (for example, hydrogen described later). A fuel cell (for example, a fuel cell 10 to be described later) for generating electricity, an oxidant gas supply means (for example, an air pump 21 to be described later) for supplying an oxidant gas to the fuel cell, and a fuel gas to the fuel cell And a fuel gas supply means (for example, a hydrogen tank 22, an ejector 28, and a regulator 261, which will be described later). When predetermined conditions are satisfied during idle power generation, the oxidant gas supply means causes a lower flow rate than during idle power generation. The idle stop control is started to supply the oxidant gas to the fuel cell while taking out a lower current from the fuel cell than during the idle power generation. Stop control means (for example, an idle stop control unit and VCU 15 of ECU 40 described later) and low pressure environment determination means (for example, described later) for determining whether the fuel cell system is in a low pressure environment during the idle stop control. A low pressure environment determination unit, an atmospheric pressure sensor 42 and a GPS sensor 43) of the ECU 40, and an operation restriction means for restricting the operation of the oxidant gas supply means when it is determined that the fuel cell system is in a low pressure environment. (For example, an operation restricting portion of the ECU 40 described later).

本発明によれば、アイドル停止中に、アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを燃料電池に供給しつつ、アイドル発電時よりも低電流を燃料電池から取り出すアイドル停止制御を実行する燃料電池システムにおいて、燃料電池システムが低圧環境下にある場合には、酸化剤ガス供給手段の作動を制限する。具体的には、例えば酸化剤ガス供給手段としてエアポンプを用いる場合には、エアポンプの回転数に上限値を設定し、当該上限値以下でエアポンプを作動させる。これにより、上記アイドル停止制御を実行中の燃料電池システムが高地等の低圧環境下にある場合でも、エアポンプの作動を制限でき、NV性能の悪化を抑制できる。   According to the present invention, during idle stop, a fuel cell that performs idle stop control that supplies an oxidant gas having a lower flow rate than that during idle power generation to the fuel cell and extracts a lower current from the fuel cell than during idle power generation. In the system, when the fuel cell system is in a low pressure environment, the operation of the oxidant gas supply means is limited. Specifically, for example, when an air pump is used as the oxidant gas supply means, an upper limit value is set for the rotation speed of the air pump, and the air pump is operated below the upper limit value. As a result, even when the fuel cell system performing the idle stop control is in a low-pressure environment such as a high altitude, the operation of the air pump can be restricted, and the deterioration of the NV performance can be suppressed.

この場合、前記酸化剤ガス供給手段は、エアポンプ(例えば、後述のエアポンプ21)であることが好ましい。   In this case, the oxidant gas supply means is preferably an air pump (for example, an air pump 21 described later).

この発明によれば、上記発明の効果が確実に奏される。また、エアポンプの回転数を制御するだけでよいため、簡便な制御により、NV性能の悪化を抑制できる。   According to this invention, the effect of the said invention is show | played reliably. Moreover, since it is only necessary to control the rotation speed of the air pump, deterioration of NV performance can be suppressed by simple control.

また本発明の燃料電池システムの制御方法は、酸化剤ガス(例えば、後述の空気)及び燃料ガス(例えば、後述の水素)が供給されることで発電する燃料電池(例えば、後述の燃料電池10)と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段(例えば、後述のエアポンプ21)と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段(例えば、後述の水素タンク22、エゼクタ28及びレギュレータ261)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)の制御方法であって、アイドル発電中に所定条件が成立した場合に開始し、前記酸化剤ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止工程(例えば、後述のECU40のアイドル停止制御部により実行されるアイドル停止制御工程)と、前記アイドル停止工程中に、前記燃料電池システムが低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定工程(例えば、後述の図2のステップS12に示す工程)と、前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定された場合に、前記酸化剤ガス供給手段の作動を制限する作動制限工程(例えば、後述の図2のステップS14に示す工程)と、を備えることを特徴とする。   In addition, the control method of the fuel cell system of the present invention is a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later) that generates power by being supplied with an oxidant gas (for example, air described later) and a fuel gas (for example, hydrogen described later). ), An oxidant gas supply means (for example, an air pump 21 described later) for supplying an oxidant gas to the fuel cell, and a fuel gas supply means for supplying a fuel gas to the fuel cell (for example, a hydrogen tank 22 described later) A control method for a fuel cell system (e.g., a fuel cell system 1 described later) including an ejector 28 and a regulator 261), which starts when a predetermined condition is satisfied during idle power generation, and the oxidant gas supply means While supplying an oxidant gas having a lower flow rate than that during idle power generation to the fuel cell, a lower current is extracted from the fuel cell than during idle power generation. A low pressure environment for determining whether the fuel cell system is in a low pressure environment during an idle stop step (for example, an idle stop control step executed by an idle stop control unit of the ECU 40 described later) and the idle stop step. A determination step (for example, a step shown in step S12 of FIG. 2 described later) and an operation restriction step of restricting the operation of the oxidant gas supply means when it is determined that the fuel cell system is in a low pressure environment ( For example, it is provided with the process shown in step S14 of FIG. 2 mentioned later.

本発明の燃料電池システムの制御方法は、上述の燃料電池システムを方法の発明として展開したものであり、上述の燃料電池システムと同様の効果を奏する。   The control method of the fuel cell system of the present invention is the above-described fuel cell system developed as a method invention, and has the same effect as the above-described fuel cell system.

本発明によれば、低流量の酸化剤ガスを供給しつつ燃料電池から低電流を取り出すアイドル停止制御を実行中の燃料電池システムが低圧環境下にある場合でも、NV性能の悪化を抑制できる燃料電池システム及びその制御方法を提供できる。   According to the present invention, a fuel capable of suppressing deterioration in NV performance even when the fuel cell system that is performing idle stop control for extracting a low current from the fuel cell while supplying a low-flow oxidant gas is in a low-pressure environment. A battery system and a control method thereof can be provided.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 上記実施形態に係るアイドル停止制御中にエアポンプ回転数の上限値を制限する上限リミット制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the upper limit control process which restrict | limits the upper limit of an air pump rotation speed during idle stop control which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るアイドル停止制御中に低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the low voltage | pressure environment determination process which determines whether it exists in a low voltage | pressure environment during idle stop control which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る上限リミット制御中にセル電圧を回復するセル電圧回復制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the cell voltage recovery control process which recovers a cell voltage during the upper limit control which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るセル電圧回復制御においてセル電圧の低下が通常である場合の制御例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the example of control in case the fall of a cell voltage is normal in the cell voltage recovery control which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るセル電圧回復制御においてセル電圧の低下が異常である場合の制御例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the example of control in case the fall of a cell voltage is abnormal in the cell voltage recovery control which concerns on the said embodiment.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本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に反応ガスを供給する供給装置20と、これら燃料電池10及び供給装置20を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)40とを備える。この燃料電池システム1は、例えば、燃料電池10により発電された電力を動力源とする図示しない燃料電池車両に搭載される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system 1 according to this embodiment.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, a supply device 20 that supplies a reaction gas to the fuel cell 10, and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40 that controls the fuel cell 10 and the supply device 20. Is provided. The fuel cell system 1 is mounted, for example, in a fuel cell vehicle (not shown) that uses electric power generated by the fuel cell 10 as a power source.

燃料電池10は、例えば、数十個から数百個の燃料電池セルが電気的に直列に接続されて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(陰極)及びカソード電極(陽極)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 fuel cells are electrically connected in series and 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 (cathode) and a cathode electrode (anode), 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(陰極)側に形成されたアノード電極流路13に燃料ガスとしての水素が供給され、カソード電極(陽極)側に形成されたカソード電極流路14に酸素を含む酸化剤ガスとしての空気(エア)が供給されると、水素と酸素の電気化学反応が進行して発電する。   In such a fuel cell 10, hydrogen as a fuel gas is supplied to an anode electrode channel 13 formed on the anode electrode (cathode) side, and oxygen is supplied to a cathode electrode channel 14 formed on the cathode electrode (anode) side. When air as an oxidant gas containing oxygen is supplied, an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen proceeds to generate electricity.

また燃料電池10は、電流制限器(VCU)15を介して、蓄電装置としての高圧バッテリ16及び電気負荷としての駆動モータ17に接続されている。高圧バッテリ16及び駆動モータ17には、燃料電池10で発電された電力が供給される。   The fuel cell 10 is connected via a current limiter (VCU) 15 to a high voltage battery 16 as a power storage device and a drive motor 17 as an electric load. The high-voltage battery 16 and the drive motor 17 are supplied with electric power generated by the fuel cell 10.

VCU15は、図示しないDCDCコンバータ等を備え、ECU40から出力される電流指令値に基づいて、燃料電池10のディスチャージ電流を制御する。
高圧バッテリ16は、燃料電池10の出力電圧よりも高圧バッテリ16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17に電力を供給し、駆動モータ17の駆動を補助する。この高圧バッテリ16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 VCU 15 includes a DCDC converter (not shown) and controls the discharge current of the fuel cell 10 based on a current command value output from the ECU 40.
The high voltage battery 16 stores the electric power generated by the fuel cell 10 when the voltage of the high voltage battery 16 is lower than the output voltage of the fuel cell 10. On the other hand, power is supplied to the drive motor 17 as needed to assist the drive of the drive motor 17. The high voltage battery 16 is configured by, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a capacitor, or the like.

供給装置20は、カソード電極流路14にエアを供給する酸化剤ガス供給手段としてのエアポンプ21と、アノード電極流路13に水素を供給する燃料ガス供給手段としての水素タンク22、エゼクタ28及びレギュレータ261と、を含んで構成される。   The supply device 20 includes an air pump 21 as oxidant gas supply means for supplying air to the cathode electrode flow path 14, a hydrogen tank 22 as fuel gas supply means for supplying hydrogen to the anode electrode flow path 13, an ejector 28, and a regulator. 261.

エアポンプ21は、エア供給路23を介してカソード電極流路14の一端側に接続されている。カソード電極流路14の他端側には、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、後述の希釈器50が接続されている。エア排出路24は、燃料電池10から排出されたエア(酸化剤オフガス)を希釈器50に導入する。
また、背圧弁241は、エア排出路24に設けられている。この背圧弁241は、エア供給路23やカソード電極流路14内の圧力を所定の圧力に制御する。
The air pump 21 is connected to one end side of the cathode electrode channel 14 via the air supply channel 23. An air discharge path 24 is connected to the other end side of the cathode electrode flow path 14, and a diluter 50 described later is connected to the front end side of the air discharge path 24. The air discharge path 24 introduces air (oxidant off-gas) discharged from the fuel cell 10 into the diluter 50.
Further, the back pressure valve 241 is provided in the air discharge path 24. The back pressure valve 241 controls the pressure in the air supply passage 23 and the cathode electrode passage 14 to a predetermined pressure.

また、エア供給路23には、エアポンプ21で圧縮されたエアを、希釈器50に希釈ガスとして導入する希釈ガス流路25が分岐して設けられている。希釈ガス流路25の先端側は、希釈器50に接続されている。希釈ガス流路25には、希釈ガス流路25を開閉する図示しない希釈ガス遮断弁が設けられている。   The air supply path 23 is provided with a diluting gas flow path 25 for introducing the air compressed by the air pump 21 into the diluter 50 as a diluting gas. The distal end side of the dilution gas channel 25 is connected to the diluter 50. The dilution gas flow path 25 is provided with a dilution gas cutoff valve (not shown) that opens and closes the dilution gas flow path 25.

水素タンク22は、水素供給路26を介して、アノード電極流路13の一端側に接続されている。エゼクタ28は、この水素供給路26に設けられている。また、水素供給路26のうち水素タンク22とエゼクタ28との間には、水素供給路26を開閉する図示しない水素遮断弁と、水素タンク22から供給される水素の流量を制御するレギュレータ261が設けられている。   The hydrogen tank 22 is connected to one end side of the anode electrode channel 13 through a hydrogen supply channel 26. The ejector 28 is provided in the hydrogen supply path 26. A hydrogen cutoff valve (not shown) for opening and closing the hydrogen supply path 26 and a regulator 261 for controlling the flow rate of hydrogen supplied from the hydrogen tank 22 are provided between the hydrogen tank 22 and the ejector 28 in the hydrogen supply path 26. Is provided.

レギュレータ261には、エアポンプ21から水素供給路26に向かうエアの圧力が、図示しないオリフィスが設けられた配管31を介して信号圧(パイロット圧力)として入力される。レギュレータ261は、入力されたエアの圧力に基づいて水素の圧力を制御し、これにより、供給される水素の流量が制御される。   Air pressure from the air pump 21 toward the hydrogen supply path 26 is input to the regulator 261 as signal pressure (pilot pressure) through a pipe 31 provided with an orifice (not shown). The regulator 261 controls the hydrogen pressure based on the input air pressure, and thereby the flow rate of the supplied hydrogen is controlled.

アノード電極流路13の他端側には、水素還流路27が接続されている。この水素還流路27の先端側は、エゼクタ28に接続されている。水素還流路27は、燃料電池10から排出された水素(燃料オフガス)をエゼクタ28に導入する。エゼクタ28は、水素還流路27を流通する水素を回収し、水素供給路26に還流する。   A hydrogen reflux path 27 is connected to the other end side of the anode electrode flow path 13. The distal end side of the hydrogen reflux path 27 is connected to an ejector 28. The hydrogen recirculation path 27 introduces hydrogen (fuel offgas) discharged from the fuel cell 10 into the ejector 28. The ejector 28 collects the hydrogen flowing through the hydrogen reflux path 27 and returns it to the hydrogen supply path 26.

水素還流路27には、水素還流路27から分岐して水素(燃料オフガス)を排出するための水素排出路29が設けられている。水素排出路29の先端側には、希釈器50が接続されている。
水素排出路29には、水素排出路29を開閉するパージ弁291が設けられている。このパージ弁291を開くことでパージ処理が実行され、燃料電池10から排出された水素(燃料オフガス)が希釈器50に導入される。
The hydrogen reflux path 27 is provided with a hydrogen discharge path 29 that branches off from the hydrogen reflux path 27 and discharges hydrogen (fuel off-gas). A diluter 50 is connected to the distal end side of the hydrogen discharge path 29.
The hydrogen discharge path 29 is provided with a purge valve 291 that opens and closes the hydrogen discharge path 29. The purge process is executed by opening the purge valve 291, and hydrogen (fuel offgas) discharged from the fuel cell 10 is introduced into the diluter 50.

希釈器50は、水素排出路29を介して導入され希釈器50内に滞留した燃料オフガスを、エア排出路24を介して導入された酸化剤オフガス及び希釈ガス流路25を介して導入された酸化剤ガスにより希釈する。燃料オフガスは、パージ弁291が開いてパージ処理が実行されることで希釈器50内に導入され、希釈器50内で希釈されてから、大気に放出される。   The diluter 50 introduced the fuel off-gas introduced through the hydrogen discharge passage 29 and stayed in the diluter 50 through the oxidant off-gas and dilution gas passage 25 introduced through the air discharge passage 24. Dilute with oxidant gas. The fuel off-gas is introduced into the diluter 50 when the purge valve 291 is opened and the purge process is executed, diluted in the diluter 50, and then released to the atmosphere.

本実施形態では、カソード電極流路14、エア供給路23、エア排出路24及び希釈ガス流路25が、酸化剤ガス又は酸化剤オフガスが流通する酸化剤ガス系流路であり、図1では黒矢印で示している。また、アノード電極流路13、水素供給路26、水素還流路27及び水素排出路29が、燃料ガス又は燃料オフガスが流通する燃料ガス系流路であり、図1では白矢印で示している。   In the present embodiment, the cathode electrode flow path 14, the air supply path 23, the air discharge path 24, and the dilution gas flow path 25 are oxidant gas system flow paths through which the oxidant gas or the oxidant off-gas flows, and in FIG. This is indicated by a black arrow. Further, the anode electrode flow path 13, the hydrogen supply path 26, the hydrogen recirculation path 27, and the hydrogen discharge path 29 are fuel gas flow paths through which fuel gas or fuel off-gas flows, and are indicated by white arrows in FIG.

上述のエアポンプ21、背圧弁241、希釈ガス遮断弁、水素遮断弁及びパージ弁291は、ECU40に電気的に接続されており、ECU40により制御される。   The air pump 21, the back pressure valve 241, the dilution gas cutoff valve, the hydrogen cutoff valve and the purge valve 291 are electrically connected to the ECU 40 and controlled by the ECU 40.

ECU40は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下、「CPU」という)とを備える。この他、ECU40は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エアポンプ21、背圧弁241、希釈ガス遮断弁、水素遮断弁及びパージ弁291等に制御信号を出力する出力回路とを備える。   The ECU 40 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter, referred to as a central processing unit). "CPU"). In addition, the ECU 40 outputs control signals to a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, an air pump 21, a back pressure valve 241, a dilution gas cutoff valve, a hydrogen cutoff valve, and a purge valve 291. Output circuit.

また、ECU40には、セル電圧センサ41、大気圧センサ42及びGPSセンサ43が電気的に接続されている。これらセンサの検出信号は、ECU40に送信される。   In addition, a cell voltage sensor 41, an atmospheric pressure sensor 42, and a GPS sensor 43 are electrically connected to the ECU 40. Detection signals from these sensors are transmitted to the ECU 40.

セル電圧センサ41は、燃料電池10を構成する複数の燃料電池セル毎のセル電圧を検出する。ECU40は、検出された燃料電池セル毎のセル電圧のうち、最も低いセル電圧を最低セル電圧とする。
なお、セル電圧センサ41は、複数の燃料電池セルのうち2つ以上を1つの燃料電池セル群とし、これら燃料電池セル群毎の電圧を検出するように構成してもよい。この場合には、ECU40は、燃料電池セル群毎の電圧のうち最も低い電圧を最低セル電圧とする。
The cell voltage sensor 41 detects a cell voltage for each of the plurality of fuel cells constituting the fuel cell 10. The ECU 40 sets the lowest cell voltage among the detected cell voltages for each fuel cell as the lowest cell voltage.
The cell voltage sensor 41 may be configured to detect two or more of the plurality of fuel cells as one fuel cell group and detect the voltage for each of these fuel cell groups. In this case, the ECU 40 sets the lowest voltage among the voltages for each fuel cell group as the lowest cell voltage.

大気圧センサ42は、エアポンプ21の外気取入口に設けられ、現在位置の大気圧を精度良く検出する。
GPSセンサ43は、図示しないナビゲーションシステムに設けられ、GPS衛星から送信されるGPS信号を受信して、燃料電池車両の現在位置の経度、緯度及び標高を精度良く検出する。
The atmospheric pressure sensor 42 is provided at the outside air intake port of the air pump 21 and detects the atmospheric pressure at the current position with high accuracy.
The GPS sensor 43 is provided in a navigation system (not shown), receives a GPS signal transmitted from a GPS satellite, and accurately detects the longitude, latitude, and altitude of the current position of the fuel cell vehicle.

ECU40は、後述するアイドル停止制御、上限リミット制御及びセル電圧回復制御を実行するためのモジュールとして、アイドル停止制御部、低圧環境判定部、作動制限部、セル電圧閾値判定部、セル電圧低下時間判定部及びセル電圧回復部を備える。   The ECU 40 is a module for executing idle stop control, upper limit control, and cell voltage recovery control, which will be described later, as an idle stop control unit, a low-voltage environment determination unit, an operation restriction unit, a cell voltage threshold determination unit, and a cell voltage drop time determination. And a cell voltage recovery unit.

アイドル停止制御部は、アイドル発電中に所定条件が成立した場合に、後述のアイドル停止制御を実行する。
ここで、車両走行時の通常発電時に比して低ストイキで発電を行うアイドル発電は、例えば車速が所定時間、継続してゼロである場合に実行される。
また、所定条件が成立した場合とは、例えば、希釈器50内の現在の水素濃度が所定の水素濃度以下であり、希釈器50内の燃料オフガスの希釈が完了したと判定された場合である。所定の水素濃度は、後述するアイドル停止制御を実行した場合に高濃度の水素が車外に排出されない濃度に設定される。
希釈器50内の現在の水素濃度は、例えば、パージ弁291が開かれて燃料オフガスが希釈器50内に導入されてから、つまり前回パージ処理から希釈器50内に導入された希釈ガス量の積算値に基づいて算出される。即ち、前回パージ処理後、希釈器50内に導入された希釈ガス量の積算値が所定値以上である場合、希釈器50内の現在の水素濃度は所定の水素濃度以下であると判定可能である。前回パージ処理からの希釈ガス量の積算値は、前回パージ処理からの電流積算値に基づいて算出される。
なお、希釈が完了したか否かは、例えば希釈器50から排出されるガス中の水素濃度を検出する水素濃度センサの検出信号に基づいて判定してもよい。
The idle stop control unit executes idle stop control described later when a predetermined condition is satisfied during idle power generation.
Here, idle power generation, in which power generation is performed at a low stoichiometric ratio compared to normal power generation during vehicle travel, is performed, for example, when the vehicle speed is continuously zero for a predetermined time.
The case where the predetermined condition is satisfied is, for example, a case where the current hydrogen concentration in the diluter 50 is equal to or lower than the predetermined hydrogen concentration and it is determined that the dilution of the fuel off-gas in the diluter 50 is completed. . The predetermined hydrogen concentration is set to a concentration at which high concentration hydrogen is not discharged outside the vehicle when idle stop control described later is executed.
The current hydrogen concentration in the diluter 50 is, for example, the amount of diluting gas introduced into the diluter 50 from the previous purge process after the purge valve 291 is opened and the fuel off-gas is introduced into the diluter 50. Calculated based on the integrated value. That is, if the integrated value of the dilution gas amount introduced into the diluter 50 after the previous purge process is greater than or equal to a predetermined value, it can be determined that the current hydrogen concentration in the diluter 50 is less than or equal to the predetermined hydrogen concentration. is there. The integrated value of the dilution gas amount from the previous purge process is calculated based on the current integrated value from the previous purge process.
Note that whether or not the dilution has been completed may be determined based on, for example, a detection signal of a hydrogen concentration sensor that detects the hydrogen concentration in the gas discharged from the diluter 50.

アイドル停止制御部は、上記の所定条件が成立したことに応じて、アイドル発電時よりも低流量のエアを燃料電池10に供給しながら、アイドル発電時よりも低電流を燃料電池10から取り出すアイドル停止制御を開始する。
具体的には、アイドル停止制御部は、アイドル発電時の電流指令値(以下、「アイドル発電用電流指令値」という)よりも低い電流指令値(以下、「アイドル停止用電流指令値」という)をVCU15に出力し、燃料電池10のディスチャージ電流を制御する。これにより、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下する。ディスチャージ電流は、エアポンプ21の駆動に利用される。
なお、このアイドル停止制御は、燃料電池10の最低セル電圧が後述の最低セル電圧閾値を下回り、後述のセル電圧回復制御が実行された場合、又は運転者からの加速要求があった場合に解除される。
The idle stop control unit supplies an air having a lower flow rate than that during idle power generation to the fuel cell 10 in response to the establishment of the predetermined condition, while taking out a lower current from the fuel cell 10 than during idle power generation. Start stop control.
Specifically, the idle stop control unit has a current command value (hereinafter referred to as “idle stop current command value”) lower than a current command value during idle power generation (hereinafter referred to as “idle power generation current command value”). Is output to the VCU 15 to control the discharge current of the fuel cell 10. As a result, the discharge current is lower than that during idle power generation. The discharge current is used for driving the air pump 21.
This idle stop control is canceled when the minimum cell voltage of the fuel cell 10 falls below the minimum cell voltage threshold, which will be described later, and the cell voltage recovery control, which will be described later, is executed, or when there is an acceleration request from the driver. Is done.

また、アイドル停止制御部は、アイドル停止用電流指令値に応じて、アイドル発電時よりも低流量のエア流量を設定し、設定されたエア流量に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプ21に出力する。これにより、アイドル発電時よりも低流量のエアが燃料電池10に供給される。また、本実施形態の燃料電池システム1では、低流量のエアに対応した信号圧がレギュレータ261に入力され、アイドル発電時よりも低流量の水素が燃料電池10に供給される。即ち、アイドル発電時よりもさらに低ストイキでの発電が行われる。例えば、アイドル発電ではストイキ比が約2.0に設定されるところ、本実施形態のアイドル停止制御ではストイキ比が約1.0に設定される。   Further, the idle stop control unit sets an air flow rate lower than that during idle power generation in accordance with the idle stop current command value, and sends a command value for the air pump rotation speed to the air pump 21 in accordance with the set air flow rate. Output. As a result, air having a lower flow rate than that during idle power generation is supplied to the fuel cell 10. Further, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, a signal pressure corresponding to a low flow rate of air is input to the regulator 261, and a lower flow rate of hydrogen is supplied to the fuel cell 10 than during idle power generation. That is, power generation is performed at a lower stoichiometry than during idle power generation. For example, while the stoichiometric ratio is set to about 2.0 in idle power generation, the stoichiometric ratio is set to about 1.0 in the idle stop control of the present embodiment.

低圧環境判定部は、上記のアイドル停止制御を実行中の燃料電池車両が低圧環境下にあるか否かを判定する。
具体的には、低圧環境判定部は、大気圧センサ42により検出された大気圧が所定の大気圧閾値を下回っているか、GPSセンサ43により検出された現在位置の標高が所定の標高閾値を超えているか、のいずれかに該当する場合には、燃料電池車両が低圧環境下にあると判定する。
所定の大気圧閾値は、例えば、アイドル停止制御中に供給するエア流量を確保するために、作動するエアポンプ21の回転数が高くなりNV性能が悪化し始めるときの大気圧に設定される。同様に、所定の標高閾値は、例えば、アイドル停止制御中に供給するエア流量を確保するために、作動するエアポンプ21の回転数が高くなりNV性能が悪化し始めるときの標高に設定される。
The low-pressure environment determination unit determines whether or not the fuel cell vehicle that is executing the idle stop control is in a low-pressure environment.
Specifically, the low-pressure environment determination unit determines whether the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 42 is below a predetermined atmospheric pressure threshold, or the altitude at the current position detected by the GPS sensor 43 exceeds the predetermined altitude threshold. If it falls under any of the above, it is determined that the fuel cell vehicle is in a low pressure environment.
The predetermined atmospheric pressure threshold is set, for example, to the atmospheric pressure when the rotation speed of the operating air pump 21 increases and the NV performance starts to deteriorate in order to secure the air flow rate supplied during idle stop control. Similarly, the predetermined altitude threshold is set to an altitude at the time when the rotational speed of the operating air pump 21 increases and the NV performance starts to deteriorate, for example, in order to secure the air flow rate supplied during the idle stop control.

作動制限部は、低圧環境判定部により、上記のアイドル停止制御を実行中の燃料電池車両が低圧環境下にあると判定された場合に、エアポンプ21の作動を制限する。
具体的には、エアポンプ21の回転数に所定の上限値を設定し、当該上限値以下でエアポンプ21を作動させる上限リミット制御を実行する。
所定の上限値は、アイドル停止制御中において、燃料電池システム1の良好なNV性能が確保できる回転数の上限値(例えば、700rpm)に設定される。
The operation restriction unit restricts the operation of the air pump 21 when the low-pressure environment determination unit determines that the fuel cell vehicle that is executing the idle stop control is in a low-pressure environment.
Specifically, a predetermined upper limit value is set for the rotation speed of the air pump 21, and upper limit control for operating the air pump 21 below the upper limit value is executed.
The predetermined upper limit value is set to an upper limit value (for example, 700 rpm) of the rotational speed that can ensure good NV performance of the fuel cell system 1 during the idle stop control.

セル電圧閾値判定部は、上記の上限リミット制御中に、燃料電池10の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定する。
より詳しくは、セル電圧閾値判定部は、セル電圧センサ41で検出された燃料電池セル毎のセル電圧のうち、最も低い最低セル電圧を取得し、取得した最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定する。
ここで、所定の最低セル電圧閾値は、車両走行時の通常発電時に燃料電池10の保護の観点から電流制限を開始するセル電圧以下であり、且つ負電圧にはならない値に設定される。これにより、電流制限を開始する必要があるにも関わらず、ディスチャージ電流指令値を増加させてしまうのが回避され、安定したセル電圧が確保される。
The cell voltage threshold determination unit determines whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell 10 falls below a predetermined minimum cell voltage threshold during the above upper limit control.
More specifically, the cell voltage threshold determination unit acquires the lowest minimum cell voltage among the cell voltages for each fuel cell detected by the cell voltage sensor 41, and the acquired minimum cell voltage is a predetermined minimum cell voltage threshold. It is determined whether or not it falls below.
Here, the predetermined minimum cell voltage threshold is set to a value that is equal to or less than the cell voltage at which current limiting starts from the viewpoint of protection of the fuel cell 10 during normal power generation during vehicle travel, and does not become a negative voltage. Thereby, it is avoided that the discharge current command value is increased although it is necessary to start the current limitation, and a stable cell voltage is secured.

セル電圧低下時間判定部は、上記の上限リミット制御中に、上記のアイドル停止制御を開始してから燃料電池10の最低セル電圧が上記の最低セル電圧閾値を下回るまでの時間(以下、「セル電圧低下時間」という)が、所定時間(以下、「セル電圧異常低下判断時間」という)内であるか否かを判定する。
より詳しくは、セル電圧低下時間判定部は、上記のセル電圧低下時間をタイマにより計測して取得し、取得されたセル電圧低下時間が上記のセル電圧異常低下判断時間内であるか否かを判定する。ここで、セル電圧異常低下判断時間は、予め実験を行うことにより設定される。
During the upper limit control, the cell voltage decrease time determination unit starts the idle stop control until a minimum cell voltage of the fuel cell 10 falls below the minimum cell voltage threshold (hereinafter referred to as “cell It is determined whether or not the “voltage drop time” is within a predetermined time (hereinafter referred to as “cell voltage abnormal drop determination time”).
More specifically, the cell voltage decrease time determination unit measures and acquires the cell voltage decrease time with a timer, and determines whether or not the acquired cell voltage decrease time is within the cell voltage abnormal decrease determination time. judge. Here, the cell voltage abnormality decrease determination time is set by conducting an experiment in advance.

セル電圧回復制御部は、上記の上限リミット制御中に、セル電圧を回復するセル電圧回復制御を実行する。
具体的には、セル電圧回復制御部は、上記のセル電圧閾値判定部により、燃料電池10の最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、燃料電池10に供給するエアの流量を増加する。
また、上記のセル電圧低下時間判定部により、セル電圧低下時間がセル電圧異常低下判断時間内であると判定された場合には、アイドル発電時よりもエア流量を増加する。具体的には、アイドル発電用電流指令値よりも高い電流指令値(以下、「異常セル電圧回復用電流指令値」という)をVCU15に出力することで、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が高くなる。また、異常セル電圧回復用電流指令値に応じて、アイドル発電時よりも高流量のエア流量を設定し、設定されたエア流量に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプ21に出力する。これにより、アイドル発電時よりも高流量のエアが燃料電池10に供給される。また、高流量のエアに対応した信号圧がレギュレータ261に入力され、アイドル発電時よりも高流量の水素が燃料電池10に供給される。即ち、アイドル発電時よりも高ストイキでの発電が行われる。
また、セル電圧回復制御部は、セル電圧低下時間がセル電圧異常低下判断時間内であると判定された場合には、セル電圧低下時間が短いほど、エア流量を増加する。即ち、セル電圧低下時間に応じた電流指令値をVCU15に出力し、かかる電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプ21に出力する。これにより、セル電圧低下時間、即ちフラッティング現象の発生度合に応じて、エア流量及び水素流量が増量される。
The cell voltage recovery control unit executes cell voltage recovery control for recovering the cell voltage during the upper limit control.
Specifically, the cell voltage recovery control unit determines the air to be supplied to the fuel cell 10 when the cell voltage threshold determination unit determines that the minimum cell voltage of the fuel cell 10 is lower than the minimum cell voltage threshold. Increase flow rate.
Further, when the cell voltage drop time determination unit determines that the cell voltage drop time is within the cell voltage abnormal drop determination time, the air flow rate is increased as compared with the idle power generation. Specifically, by outputting a current command value higher than the idle power generation current command value (hereinafter referred to as “abnormal cell voltage recovery current command value”) to the VCU 15, the discharge current becomes higher than during idle power generation. . In addition, an air flow rate that is higher than that during idle power generation is set according to the abnormal cell voltage recovery current command value, and a command value for the air pump speed corresponding to the set air flow rate is output to the air pump 21. As a result, air having a higher flow rate than that during idle power generation is supplied to the fuel cell 10. In addition, a signal pressure corresponding to a high flow rate of air is input to the regulator 261, and a higher flow rate of hydrogen than that during idle power generation is supplied to the fuel cell 10. That is, power generation is performed at a higher stoichiometry than during idle power generation.
In addition, when it is determined that the cell voltage drop time is within the cell voltage abnormality drop determination time, the cell voltage recovery control unit increases the air flow rate as the cell voltage drop time is shorter. That is, a current command value corresponding to the cell voltage drop time is output to the VCU 15, and a command value for the air pump rotation speed corresponding to the current command value is output to the air pump 21. Thus, the air flow rate and the hydrogen flow rate are increased according to the cell voltage drop time, that is, the degree of occurrence of the flatting phenomenon.

以下、アイドル停止制御中にエアポンプ回転数の上限値を制限する上限リミット制御処理の手順について、図2を参照して詳しく説明する。   Hereinafter, the procedure of the upper limit control process for limiting the upper limit value of the air pump speed during the idle stop control will be described in detail with reference to FIG.

図2は、アイドル停止制御中にエアポンプ回転数の上限値を制限する上限リミット制御処理の手順を示すフローチャートである。図2に示す処理は、イグニッションスイッチがオンにされたことに応じて開始され、ECUにより所定の制御周期毎に繰り返し実行される。   FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of an upper limit control process for limiting the upper limit value of the air pump speed during the idle stop control. The process shown in FIG. 2 is started in response to the ignition switch being turned on, and is repeatedly executed by the ECU every predetermined control cycle.

ステップS11では、アイドル停止制御中であるか否かを判定する。この判別がYESの場合にはステップS12に移り、NOの場合には本処理を終了する。   In step S11, it is determined whether or not idle stop control is being performed. If this determination is YES, the process proceeds to step S12, and if this determination is NO, this process ends.

ステップS12では、燃料電池車両が低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定を実行した後、ステップS13に移る。なお、低圧環境判定の手順については、後段で図3を参照して説明する。   In step S12, after executing low pressure environment determination for determining whether or not the fuel cell vehicle is in a low pressure environment, the process proceeds to step S13. The low-pressure environment determination procedure will be described later with reference to FIG.

ステップS13では、ステップS12の判定結果に基づいて、燃料電池車両が低圧環境下にあるか否かを判別する。この判別がYESの場合には、良好なNV性能を確保するためにエアポンプの作動を制限する必要があると判断し、ステップS14に移る。この判別がNOの場合には、エアポンプの作動を制限しなくても良好なNV性能を確保できると判断し、本処理を終了する。   In step S13, it is determined whether or not the fuel cell vehicle is in a low pressure environment based on the determination result in step S12. If this determination is YES, it is determined that it is necessary to limit the operation of the air pump in order to ensure good NV performance, and the process proceeds to step S14. If this determination is NO, it is determined that good NV performance can be ensured without restricting the operation of the air pump, and the present process is terminated.

ステップS14では、エアポンプの作動を制限し、本処理を終了する。具体的には、エアポンプの回転数に所定の上限値を設定し、当該上限値以下でエアポンプを作動させる上限リミット制御を実行する。これにより、エアポンプの作動が制限され、良好なNV性能が確保される。   In step S14, the operation of the air pump is limited, and this process is terminated. Specifically, a predetermined upper limit value is set for the rotation speed of the air pump, and upper limit control for operating the air pump below the upper limit value is executed. As a result, the operation of the air pump is limited, and good NV performance is ensured.

図3は、ECUによるアイドル停止制御中に低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定処理の手順を示すフローチャートである。
ステップS21では、大気圧センサにより検出された大気圧が所定の大気圧閾値を下回っているか、GPSセンサにより検出された現在位置の標高が所定の標高閾値を超えているか、のいずれかに該当するか否かを判別する。少なくともいずれかに該当してこの判別がYESの場合には、ステップS22に移り、燃料電池車両が低圧環境下にあると判定して本処理を終了する。いずれにも該当せずこの判別がNOの場合には、燃料電池車両が低圧環境下にはないと判断し、本処理を終了する。
FIG. 3 is a flowchart showing a low-pressure environment determination process for determining whether or not the vehicle is in a low-pressure environment during idle stop control by the ECU.
In step S21, the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor falls below a predetermined atmospheric pressure threshold, or the altitude at the current position detected by the GPS sensor exceeds the predetermined altitude threshold. It is determined whether or not. If it is at least one and this determination is YES, the process proceeds to step S22, where it is determined that the fuel cell vehicle is in a low-pressure environment, and this process is terminated. If the determination is NO and the determination is NO, it is determined that the fuel cell vehicle is not in a low pressure environment, and the present process is terminated.

ここで、本実施形態の上限リミット制御ではエアポンプの作動が制限されてエア流量も制限されるため、ガス流路内の水が完全に排出されずにガス流路を閉塞するフラッティング現象が発生する。フラッティング現象が発生すると、エアが流通できなくなるため、電解質膜の近傍で水素と酸素が高濃度で反応してしまい、電解質膜の劣化を抑制できなくなる。また、フラッティング現象が発生すると、燃料電池スタックの最低セル電圧が大きく低下する。この場合には、アイドル停止からの復帰直後にセル電圧が不安定となり、電流制限が必要となるおそれがある。
そこで本実施形態では、上限リミット制御中において、上記のセル電圧回復制御部によるセル電圧回復制御を実行する。以下、本実施形態のセル電圧回復制御について、図4を参照して説明する。
Here, in the upper limit control of the present embodiment, the operation of the air pump is restricted and the air flow rate is also restricted, so that a flatting phenomenon occurs in which the water in the gas passage is not completely discharged and the gas passage is blocked. To do. When the flatting phenomenon occurs, air cannot flow, so that hydrogen and oxygen react at a high concentration in the vicinity of the electrolyte membrane, and deterioration of the electrolyte membrane cannot be suppressed. Further, when the flatting phenomenon occurs, the minimum cell voltage of the fuel cell stack is greatly reduced. In this case, the cell voltage becomes unstable immediately after returning from the idle stop, and current limitation may be required.
Therefore, in the present embodiment, the cell voltage recovery control by the cell voltage recovery control unit is executed during the upper limit control. Hereinafter, the cell voltage recovery control of this embodiment will be described with reference to FIG.

図4は、上限リミット制御中にセル電圧を回復するセル電圧回復制御処理の手順を示すフローチャートである。
ステップS31では、上限リミット制御中に、燃料電池の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判別する。この判別がYESの場合には、フラッティング現象が発生し、フラッティング現象を解消してセル電圧を回復する必要があると判断し、ステップS33に移る。この判別がNOの場合には、セル電圧を回復する必要は無いと判断し、ステップS32に移る。
FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the cell voltage recovery control process for recovering the cell voltage during the upper limit control.
In step S31, it is determined whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell falls below a predetermined minimum cell voltage threshold value during the upper limit control. If this determination is YES, it is determined that a flatting phenomenon has occurred and the cell voltage needs to be recovered by eliminating the flatting phenomenon, and the process proceeds to step S33. If this determination is NO, it is determined that there is no need to recover the cell voltage, and the routine goes to Step S32.

ステップS32では、アイドル停止用電流指令値をVCUに出力し、アイドル停止用電流指令値に応じた低流量のエア及び水素の供給を継続する。即ち、アイドル停止制御を継続し、本処理を終了する。   In step S32, the idle stop current command value is output to the VCU, and the supply of air and hydrogen at a low flow rate according to the idle stop current command value is continued. That is, the idle stop control is continued and this process is terminated.

ステップS33では、セル電圧低下時間が所定のセル電圧異常低下判断時間内であるか否かを判別する。この判別がYESの場合には、フラッティング現象の発生によりセル電圧の異常低下が認められ、アイドル発電時よりもエア流量を増加させないとフラッティング現象は解消できないと判断し、ステップS35に移る。この判別がNOの場合には、セル電圧の通常低下が認められ、アイドル発電時と同量のエア流量に増加させればフラッティング現象は解消できると判断し、ステップS34に移る。   In step S33, it is determined whether or not the cell voltage drop time is within a predetermined cell voltage abnormality drop determination time. If this determination is YES, it is determined that an abnormal drop in the cell voltage is observed due to the occurrence of the flatting phenomenon, and the flatting phenomenon cannot be resolved unless the air flow rate is increased as compared with the idle power generation, and the process proceeds to step S35. If this determination is NO, a normal drop in the cell voltage is recognized, and it is determined that the flatting phenomenon can be eliminated by increasing the air flow rate to the same amount as during idle power generation, and the process proceeds to step S34.

ステップS34では、アイドル発電用電流指令値をVCUに出力し、アイドル停止用電流指令値に応じた流量よりも高い、アイドル発電用電流指令値に応じた流量のエア及び水素を供給する。より高い流量のエア及び水素が供給されるようになる結果、フラッティング現象が解消され、電解質膜の劣化が抑制されるとともに、セル電圧が回復する。これにより、アイドル停止制御及び上限リミット制御が解除され、本処理を終了する。   In step S34, the idle power generation current command value is output to the VCU, and air and hydrogen having a flow rate higher than the flow rate corresponding to the idle stop current command value and corresponding to the idle power generation current command value are supplied. As a result of the higher flow rate of air and hydrogen being supplied, the flatting phenomenon is eliminated, the deterioration of the electrolyte membrane is suppressed, and the cell voltage is recovered. As a result, the idle stop control and the upper limit control are canceled, and this process ends.

ステップS35では、異常セル電圧回復用電流指令値をVCUに出力し、アイドル発電用電流指令値に応じた流量よりもさらに高い、異常セル電圧回復用電流指令値に応じた流量のエア及び水素を供給する。さらに高い流量のエア及び水素が供給されるようになる結果、フラッティング現象がより確実に解消され、電解質膜の劣化が抑制されるとともに、セル電圧が回復する。これにより、アイドル停止制御及び上限リミット制御が解除され、本処理を終了する。   In step S35, the abnormal cell voltage recovery current command value is output to the VCU, and air and hydrogen at a flow rate corresponding to the abnormal cell voltage recovery current command value, which is higher than the flow rate corresponding to the idle power generation current command value. Supply. As a result of supplying higher flow rates of air and hydrogen, the flatting phenomenon is more reliably eliminated, the deterioration of the electrolyte membrane is suppressed, and the cell voltage is recovered. As a result, the idle stop control and the upper limit control are canceled, and this process ends.

図5は、本実施形態に係るセル電圧回復制御において、セル電圧の低下が通常である場合の制御例を示すタイムチャートである。図5に示す制御例は、低圧環境下にある燃料電池車両について、アイドル停止制御を実行するものである。
なお、上述したように本実施形態の燃料電池システムでは、電流指令値に応じてエア流量が設定され、設定されたエア流量に基づくエア圧に応じて水素流量が設定されるため、エアの流量(圧力、ストイキ)、水素の流量(圧力、ストイキ)及び出力電流はいずれも同様の変化を示す。このため図5では、これらのうちエア流量のみを示す(後述の図6においても同様とする)。
FIG. 5 is a time chart showing an example of control in the case where the cell voltage drop is normal in the cell voltage recovery control according to the present embodiment. The control example shown in FIG. 5 executes idle stop control for a fuel cell vehicle in a low pressure environment.
As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, the air flow rate is set according to the current command value, and the hydrogen flow rate is set according to the air pressure based on the set air flow rate. (Pressure, stoichiometry), hydrogen flow rate (pressure, stoichiometry), and output current all show similar changes. Therefore, FIG. 5 shows only the air flow rate among them (the same applies to FIG. 6 described later).

先ず、時刻t10〜t11では、アイドル発電を実行する。具体的には、アイドル発電用電流指令値をVCUに出力し、かかるアイドル発電用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する。これにより、車両走行時の通常運転時と比べて低流量のエア及び水素が供給されるとともに、通常発電時と比べてディスチャージ電流が低下する。なおこのとき、平均セル電圧と最低セル電圧はほぼ同等であり、セル電圧の異常は確認されない。 First, at time t 10 ~t 11, it executes the idling power generation. Specifically, the idle power generation current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed corresponding to the idle power generation current command value is output to the air pump. As a result, air and hydrogen are supplied at a lower flow rate than during normal operation during vehicle travel, and the discharge current is reduced compared to during normal power generation. At this time, the average cell voltage and the minimum cell voltage are substantially equal, and no abnormality in the cell voltage is confirmed.

次に、時刻t11〜t13では、本実施形態のアイドル停止制御を実行する。具体的には上述したように、アイドル停止用電流指令値をVCUに出力し、かかるアイドル停止用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する。このとき、燃料電池車両は低圧環境下にあるため、エアポンプの作動を制限する上限リミット制御も併せて実行する。
これにより、NV性能が確保された状態で、アイドル発電時よりも低流量のエア及び水素が供給され、図5に示すようにエア流量は低下する。また、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下し、時刻t11において平均セル電圧及び最低セル電圧はいずれも若干高くなる。その後、時刻t13までの間、平均セル電圧に大きな変化は見られない一方、最低セル電圧は徐々に減少している。
なお、アイドル停止制御を開始した時刻t11から、セル電圧異常低下判断時間が経過した時刻t12において、最低セル電圧は最低セル電圧閾値を下回っていない。このため、時刻t12ではセル電圧の回復はまだ不要であると判断し、低流量のエアの供給を継続する(図2のステップS2参照)。
Next, at times t 11 to t 13 , the idle stop control of this embodiment is executed. Specifically, as described above, the idle stop current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed corresponding to the idle stop current command value is output to the air pump. At this time, since the fuel cell vehicle is in a low pressure environment, upper limit control for limiting the operation of the air pump is also executed.
Thereby, in a state where the NV performance is ensured, air and hydrogen having a lower flow rate than that during idle power generation are supplied, and the air flow rate decreases as shown in FIG. Further, it reduces the discharge current than during idling power generation, both at time t 11 the average cell voltage and the lowest cell voltage is slightly higher. Thereafter, between times t 13, whereas no significant change was observed in the average cell voltage has decreased minimum cell voltage gradually.
Incidentally, from the time t 11 that initiated the idling stop control, at a time t 12 that the cell voltage abnormality drop determination time has elapsed, the minimum cell voltage is not below a minimum cell voltage threshold. Therefore, it is determined that the recovery time t 12 in the cell voltage is still required to continue the supply of low flow air (see step S2 of FIG. 2).

次に、時刻t13では、最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回ったため、フラッティング現象が発生し、フラッティング現象を解消してセル電圧を回復させる必要があると判断し、エアの流量を増加してセル電圧を回復させる。このとき、アイドル停止制御を開始した時刻t11からセル電圧異常低下判断時間はすでに経過しているため、アイドル発電時のエア流量にまで増加させればフラッティング現象を解消できると判断し、アイドル発電用電流指令値をVCUに出力し、かかるアイドル発電用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する(図2のステップS4参照)。これにより、アイドル停止制御及び上限リミット制御が解除され、図5に示すようにエア流量がアイドル発電時と同量にまで増加し、最低セル電圧は直ぐに回復する。 Next, at time t 13, since the minimum cell voltage is below the highest unit cell voltage threshold, flooding phenomenon occurs, it is determined that it is necessary to recover the cell voltage by eliminating the flooding phenomenon, the flow rate of air Increase to restore cell voltage. At this time, since the time t 11 that initiated the idling stop control has passed the cell voltage abnormality drop determination time has already determined that by increasing until the air flow rate during idling power generation can be resolved flooding phenomenon, idle The power generation current command value is output to the VCU, and the command value for the air pump speed corresponding to the idle power generation current command value is output to the air pump (see step S4 in FIG. 2). As a result, the idle stop control and the upper limit control are canceled, and the air flow rate increases to the same amount as during idle power generation as shown in FIG. 5, and the minimum cell voltage is immediately recovered.

また図6は、本実施形態に係るセル電圧回復制御において、セル電圧の低下が異常である場合の制御例を示すタイムチャートである。図6に示す制御例は、低圧環境下にある燃料電池車両について、アイドル停止制御を実行するものである。   FIG. 6 is a time chart showing a control example when the cell voltage drop is abnormal in the cell voltage recovery control according to the present embodiment. The control example shown in FIG. 6 executes idle stop control for a fuel cell vehicle in a low pressure environment.

先ず、時刻t20〜t21では、アイドル発電を実行する。具体的には、アイドル発電用電流指令値をVCUに出力し、かかるアイドル発電用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する。これにより、車両走行時の通常運転時と比べて低流量のエア及び水素が供給されるとともに、通常発電時と比べてディスチャージ電流が低下する。なおこのとき、最低セル電圧は平均セル電圧と比べて若干低く、セル電圧に若干の異常が確認される。 First, idle power generation is executed at times t 20 to t 21 . Specifically, the idle power generation current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed corresponding to the idle power generation current command value is output to the air pump. As a result, air and hydrogen are supplied at a lower flow rate than during normal operation during vehicle travel, and the discharge current is reduced compared to during normal power generation. At this time, the lowest cell voltage is slightly lower than the average cell voltage, and some abnormality is confirmed in the cell voltage.

次に、時刻t21〜t22では、本実施形態のアイドル停止制御を実行する。具体的には上述したように、アイドル停止用電流指令値をVCUに出力し、かかるアイドル停止用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する。このとき、燃料電池車両は低圧環境下にあるため、エアポンプの作動を制限する上限リミット制御も併せて実行する。
これにより、NV性能が確保された状態で、アイドル発電時よりも低流量のエアが供給され、図6に示すようにエア流量は低下する。また、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下するため、時刻t21において平均セル電圧及び最低セル電圧はいずれも若干高くなる。その後、時刻t22までの間、平均セル電圧に大きな変化は見られない一方、最低セル電圧は急激に減少している。
Next, at times t 21 to t 22 , the idle stop control of this embodiment is executed. Specifically, as described above, the idle stop current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed corresponding to the idle stop current command value is output to the air pump. At this time, since the fuel cell vehicle is in a low pressure environment, upper limit control for limiting the operation of the air pump is also executed.
Thereby, in a state where the NV performance is ensured, air having a lower flow rate than that during idle power generation is supplied, and the air flow rate decreases as shown in FIG. Moreover, since the discharge current than during idling power generation is decreased, both at time t 21 the average cell voltage and the lowest cell voltage is slightly higher. Thereafter, between times t 22, whereas no significant change was observed in the average cell voltage, a minimum cell voltage is rapidly decreased.

次に、時刻t22では、最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回ったため、フラッティング現象が発生し、フラッティング現象を解消してセル電圧を回復させる必要があると判断し、エア流量を増加してセル電圧を回復させる。このとき、アイドル停止制御を開始した時刻t21からの時間がセル電圧異常低下判断時間内であるため、フラッティング現象が過度に発生してセル電圧の低下が異常であり、アイドル発電時よりもエア流量を増加させなければフラッティング現象は十分解消できないと判断し、異常セル電圧回復用電流指令値をVCUに出力し、かかる異常セル電圧回復用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する(図2のステップS5参照)。これにより、アイドル停止制御及び上限リミット制御が解除され、図6に示すようにエア流量がアイドル発電時よりも増加し、最低セル電圧は直ぐに回復する。
またこのとき、エア流量の増加量(図6の増加量A)は、アイドル停止制御の実行を開始した時刻t21から、最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回った時刻t22までの時間(図6のセル電圧低下時間T)に応じて設定される。具体的には、セル電圧低下時間Tが短いほど、フラッティング現象の発生が顕著でセル電圧の低下が異常であると判断されるため、より確実にフラッティング現象を解消してセル電圧を回復させるべく、増加量Aを大きく設定する。
Next, at time t 22, since the minimum cell voltage is below the highest unit cell voltage threshold, flooding phenomenon occurs, it is determined that it is necessary to recover the cell voltage by eliminating the flooding phenomenon, increase air flow Then, the cell voltage is recovered. At this time, since the time from the time t 21 that initiated the idling stop control is a cell voltage abnormality drop determination time, the flooding phenomenon is that the excessive reduction of the cell voltage and abnormalities, than during idling power generation If the air flow rate is not increased, it is determined that the flatting phenomenon cannot be sufficiently resolved, the abnormal cell voltage recovery current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed according to the abnormal cell voltage recovery current command value Is output to the air pump (see step S5 in FIG. 2). As a result, the idle stop control and the upper limit control are canceled, the air flow rate is increased as compared with that during idle power generation, and the minimum cell voltage is immediately recovered as shown in FIG.
In this case also, the amount of increase in air flow rate (increase amount A of FIG. 6) is, from the time t 21 after starting the execution of the idle stop control, until time t 22 to the lowest cell voltage is below the highest unit cell voltage threshold time ( It is set according to the cell voltage drop time T) in FIG. Specifically, the shorter the cell voltage drop time T is, the more noticeable the occurrence of the flatting phenomenon is, and it is judged that the cell voltage drop is abnormal. Therefore, the increase amount A is set large.

本実施形態によれば、以下のような効果が奏される。
(1)本実施形態によれば、アイドル停止中に、アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを燃料電池10に供給しつつ、アイドル発電時よりも低電流を燃料電池10から取り出すアイドル停止制御を実行する燃料電池システム1において、燃料電池システム1が低圧環境下にある場合には、エアポンプ21の作動を制限する。具体的には、エアポンプ21の回転数に上限値を設定し、当該上限値以下でエアポンプ21を作動させる上限リミット制御を実行する。これにより、上記アイドル停止制御を実行中の燃料電池システム1が高地等の低圧環境下にある場合でも、エアポンプ21の作動を制限でき、NV性能の悪化を抑制できる。また、エアポンプ21の回転数を制御するだけでよいため、簡便な制御により、NV性能の悪化を抑制できる。
According to this embodiment, the following effects are produced.
(1) According to the present embodiment, during idling stop, the oxidant gas having a lower flow rate than that during idling power generation is supplied to the fuel cell 10 and the idling stop for taking out a lower current from the fuel cell 10 than during idling power generation. In the fuel cell system 1 that executes control, when the fuel cell system 1 is in a low-pressure environment, the operation of the air pump 21 is limited. Specifically, an upper limit value is set for the number of rotations of the air pump 21, and upper limit control for operating the air pump 21 below the upper limit value is executed. Thereby, even when the fuel cell system 1 that is executing the idle stop control is in a low-pressure environment such as a high altitude, the operation of the air pump 21 can be restricted, and the deterioration of the NV performance can be suppressed. Moreover, since it is only necessary to control the rotation speed of the air pump 21, the deterioration of the NV performance can be suppressed by simple control.

(2)また本実施形態によれば、上限リミット制御中に、燃料電池10の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回った場合には、フラッティング現象が発生したものと判断し、燃料電池10に供給するエアの流量を増加する。これにより、フラッティング現象が解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。   (2) Further, according to the present embodiment, when the minimum cell voltage of the fuel cell 10 falls below a predetermined minimum cell voltage threshold value during the upper limit control, it is determined that a flatting phenomenon has occurred, and the fuel The flow rate of air supplied to the battery 10 is increased. Thereby, since the flatting phenomenon is eliminated, the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

(3)また、上限リミット制御中に、アイドル停止制御を開始してから所定時間(セル電圧異常低下判断時間)内に最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回った場合、このセル電圧の異常な低下は、フラッティング現象が過度に発生して多量の水がエア供給路23やカソード電極流路14内を閉塞していることが原因であると考えられる。このため、燃料電池10に供給するエアの流量が低い場合には、フラッティング現象を十分に解消できないおそれがある。
そこで本実施形態によれば、セル電圧低下時間が所定時間内である場合には、アイドル発電時よりもエアの流量を増加する。これにより、フラッティング現象が確実に解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。
(3) Also, during the upper limit control, if the minimum cell voltage falls below the predetermined minimum cell voltage threshold within a predetermined time (cell voltage abnormality drop determination time) after starting the idle stop control, The abnormal decrease is considered to be caused by the occurrence of excessive flatting and a large amount of water blocking the air supply path 23 and the cathode electrode flow path 14. For this reason, when the flow rate of air supplied to the fuel cell 10 is low, the flatting phenomenon may not be sufficiently eliminated.
Therefore, according to the present embodiment, when the cell voltage drop time is within a predetermined time, the air flow rate is increased as compared with the idle power generation. As a result, the flatting phenomenon is surely eliminated, so that the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

(4)また本実施形態によれば、上限リミット制御中に最低セル電圧が急激に低下した場合、セル電圧低下時間が短いほど、エアの流量を増加する。即ち、フラッティング現象の発生度合に応じて、燃料電池10に供給するエア流量を増加する。これにより、フラッティング現象がより確実に解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。   (4) Further, according to the present embodiment, when the minimum cell voltage rapidly decreases during the upper limit control, the air flow rate is increased as the cell voltage decrease time is shorter. That is, the flow rate of air supplied to the fuel cell 10 is increased in accordance with the degree of occurrence of the flatting phenomenon. As a result, the flatting phenomenon is more reliably eliminated, so that the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

なお、本発明は上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。
例えば上記実施形態では、アイドル停止制御中に、低流量のエア及び水素を供給するが、水素を供給せず低流量のエアのみを供給する構成でもよい。
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.
For example, in the above-described embodiment, low flow rate air and hydrogen are supplied during the idle stop control. However, only low flow rate air may be supplied without supplying hydrogen.

1…燃料電池システム
10…燃料電池
15…VCU(アイドル停止制御手段)
21…エアポンプ(酸化剤ガス供給手段)
22…水素タンク(燃料ガス供給手段)
28…エゼクタ(燃料ガス供給手段)
261…レギュレータ(燃料ガス供給手段)
40…ECU(アイドル停止制御手段、低圧環境判定手段、作動制限手段、セル電圧閾値判定手段、セル電圧低下時間判定手段、セル電圧回復手段)
41…セル電圧センサ(セル電圧閾値判定手段)
42…大気圧センサ(低圧環境判定手段)
43…GPSセンサ(低圧環境判定手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell 15 ... VCU (idle stop control means)
21 ... Air pump (oxidant gas supply means)
22 ... Hydrogen tank (fuel gas supply means)
28 ... Ejector (fuel gas supply means)
261 ... Regulator (fuel gas supply means)
40. ECU (idle stop control means, low-pressure environment determination means, operation restriction means, cell voltage threshold value determination means, cell voltage drop time determination means, cell voltage recovery means)
41 ... Cell voltage sensor (cell voltage threshold determination means)
42 ... Atmospheric pressure sensor (low pressure environment determination means)
43 ... GPS sensor (low pressure environment determination means)

Claims (4)

酸化剤ガス及び燃料ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、を備える燃料電池システムであって、
アイドル発電中に所定条件が成立した場合に、前記酸化剤ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止制御を開始するアイドル停止制御手段と、
前記アイドル停止制御中に、前記燃料電池システムが低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定手段と、
前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定された場合に、前記酸化剤ガス供給手段の作動を制限する作動制限手段と、を備え
前記酸化剤ガス供給手段は、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプであり、
前記低圧環境判定手段は、前記アイドル停止制御中に前記燃料電池に供給するエア量を確保するために作動する前記エアポンプの回転数が、騒音振動性能が悪化し始める所定の回転数以上となる場合に、前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定し、
前記作動制限手段は、良好な騒音振動性能が確保できる回転数の上限値以下に前記エアポンプの回転数を制限する上限リミット制御を実行し、
前記燃料電池システムは、
前記上限リミット制御中に、前記燃料電池の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定するセル電圧閾値判定手段と、
前記上限リミット制御中に、前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、前記燃料電池に供給するエアの流量をアイドル発電時のエア流量以上に増加して前記上限リミット制御を解除することで、前記燃料電池のセル電圧を回復させるセル電圧回復制御手段と、をさらに備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by being supplied with an oxidant gas and a fuel gas; and
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell;
A fuel cell system comprising fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell,
When a predetermined condition is established during idle power generation, the oxidant gas supply means supplies an oxidant gas having a flow rate lower than that during idle power generation to the fuel cell, while lowering the current than during idle power generation. Idle stop control means for starting idle stop control to be taken out from the fuel cell;
Low pressure environment determination means for determining whether the fuel cell system is in a low pressure environment during the idle stop control;
An operation restricting means for restricting the operation of the oxidant gas supply means when it is determined that the fuel cell system is in a low pressure environment ,
The oxidant gas supply means is an air pump for supplying air to the fuel cell;
The low-pressure environment determining means is configured such that the rotational speed of the air pump that operates to ensure the amount of air supplied to the fuel cell during the idle stop control is equal to or higher than a predetermined rotational speed at which noise vibration performance starts to deteriorate. And determining that the fuel cell system is in a low-pressure environment,
The operation limiting means executes an upper limit control for limiting the rotation speed of the air pump below the upper limit value of the rotation speed at which good noise vibration performance can be ensured,
The fuel cell system includes:
Cell voltage threshold determination means for determining whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined minimum cell voltage threshold during the upper limit control;
During the upper limit control, when it is determined that the minimum cell voltage is lower than the minimum cell voltage threshold, the upper limit is increased by increasing the flow rate of air supplied to the fuel cell to be higher than the air flow rate during idle power generation. by releasing the control, the fuel cell system further comprising said Rukoto and a cell voltage recovery control means for recovering the cell voltage of the fuel cell.
前記アイドル停止制御を開始してから前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回るまでの時間であるセル電圧低下時間が、所定のセル電圧異常低下判断時間内であるか否かを判定するセル電圧低下時間判定手段をさらに備え、  A cell that determines whether or not a cell voltage drop time, which is a time from when the idle stop control is started until the lowest cell voltage falls below the lowest cell voltage threshold, is within a predetermined cell voltage abnormality drop determination time Further comprising a voltage drop time determination means,
前記セル電圧回復制御手段は、前記セル電圧低下時間が前記セル電圧異常低下判断時間内であると判定された場合には、前記燃料電池に供給するエアの流量をアイドル発電時のエア流量よりも増加し、前記セル電圧低下時間が前記セル電圧異常低下判断時間内でないと判定された場合には、前記燃料電池に供給するエアの流量をアイドル発電時のエア流量と同量に増加することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。  When it is determined that the cell voltage drop time is within the cell voltage abnormality drop determination time, the cell voltage recovery control means sets the flow rate of air supplied to the fuel cell to be higher than the air flow rate during idle power generation. And when it is determined that the cell voltage drop time is not within the cell voltage abnormality drop determination time, the flow rate of air supplied to the fuel cell is increased to the same amount as the air flow rate during idle power generation. The fuel cell system according to claim 1, wherein
酸化剤ガス及び燃料ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
アイドル発電中に所定条件が成立した場合に開始し、前記酸化剤ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止工程と、
前記アイドル停止工程中に、前記燃料電池システムが低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定工程と、
前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定された場合に、前記酸化剤ガス供給手段の作動を制限する作動制限工程と、を備え
前記酸化剤ガス供給手段は、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプであり、
前記低圧環境判定工程では、前記アイドル停止工程中に前記燃料電池に供給するエア量を確保するために作動する前記エアポンプの回転数が、騒音振動性能が悪化し始める所定の回転数以上となる場合に、前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定し、
前記作動制限工程では、良好な騒音振動性能が確保できる回転数の上限値以下に前記エアポンプの回転数を制限する上限リミット制御を実行し、
前記燃料電池システムの制御方法は、
前記上限リミット制御中に、前記燃料電池の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定するセル電圧閾値判定工程と、
前記上限リミット制御中に、前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、前記燃料電池に供給するエアの流量をアイドル発電時のエア流量以上に増加して前記上限リミット制御を解除することで、前記燃料電池のセル電圧を回復させるセル電圧回復制御工程と、をさらに備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell that generates electricity by being supplied with an oxidant gas and a fuel gas; and
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell;
A fuel cell system control method comprising: a fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell;
Starting when a predetermined condition is satisfied during idle power generation, the oxidant gas supply means supplies an oxidant gas having a lower flow rate than during idle power generation to the fuel cell, while lower current than during idle power generation. An idle stop step of removing the fuel cell from the fuel cell;
A low pressure environment determination step for determining whether the fuel cell system is in a low pressure environment during the idle stop step;
An operation limiting step of limiting the operation of the oxidant gas supply means when it is determined that the fuel cell system is in a low-pressure environment ,
The oxidant gas supply means is an air pump for supplying air to the fuel cell;
In the low-pressure environment determination step, when the rotation speed of the air pump that operates to secure the amount of air supplied to the fuel cell during the idle stop step is equal to or higher than a predetermined rotation number at which noise vibration performance starts to deteriorate. And determining that the fuel cell system is in a low-pressure environment,
In the operation limiting step, an upper limit control is performed to limit the rotation speed of the air pump below the upper limit value of the rotation speed at which good noise vibration performance can be ensured,
The control method of the fuel cell system includes:
A cell voltage threshold determination step for determining whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined minimum cell voltage threshold during the upper limit control;
During the upper limit control, when it is determined that the minimum cell voltage is lower than the minimum cell voltage threshold, the upper limit is increased by increasing the flow rate of air supplied to the fuel cell to be higher than the air flow rate during idle power generation. by releasing the control, the control method of the fuel cell system, characterized in further comprising Rukoto a cell voltage recovery control step of recovering the cell voltage, of the fuel cell.
前記アイドル停止工程を開始してから前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回るまでの時間であるセル電圧低下時間が、所定のセル電圧異常低下判断時間内であるか否かを判定するセル電圧低下時間判定工程をさらに備え、  A cell for determining whether or not a cell voltage drop time that is a time from the start of the idle stop process until the lowest cell voltage falls below the lowest cell voltage threshold is within a predetermined cell voltage abnormality drop determination time A voltage drop time determination step;
前記セル電圧回復制御工程では、前記セル電圧低下時間が前記セル電圧異常低下判断時間内であると判定された場合には、前記燃料電池に供給するエアの流量をアイドル発電時のエア流量よりも増加し、前記セル電圧低下時間が前記セル電圧異常低下判断時間内でないと判定された場合には、前記燃料電池に供給するエアの流量をアイドル発電時のエア流量と同量に増加することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システムの制御方法。  In the cell voltage recovery control step, when it is determined that the cell voltage drop time is within the cell voltage abnormality drop determination time, the flow rate of air supplied to the fuel cell is set to be higher than the air flow rate during idle power generation. And when it is determined that the cell voltage drop time is not within the cell voltage abnormality drop determination time, the flow rate of air supplied to the fuel cell is increased to the same amount as the air flow rate during idle power generation. The control method of a fuel cell system according to claim 3, wherein
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