JP5446025B2 - FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL OUTPUT CONTROL METHOD - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の出力制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell output control method.

燃料電池システムは、反応ガスである燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源として用いられている。このような燃料電池システムを車両に搭載した場合には、燃料ガスを効率良く消費してできる限り走行距離を伸ばすことが要求される。下記特許文献1には、走行距離を伸ばすために、燃料ガスの残量が所定量以下になった場合に、燃料電池の発電領域を高効率領域に制限する燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、発電領域が高効率領域に制限された後に、燃料供給流路の流路内圧力(中圧)が所定圧力以下になると、流路内圧力に基づいて燃料電池の出力制限値を決定して燃料電池の出力を制限する。その後、流路内圧力が所定の供給限界に到達すると、ガス欠表示がなされて燃料電池の出力が停止し、車両が停止する。
特開2006−296106号公報
The fuel cell system uses, as an energy source, a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas that is a reaction gas and an oxidizing gas. When such a fuel cell system is mounted on a vehicle, it is required to extend the travel distance as much as possible by efficiently consuming the fuel gas. Patent Document 1 below discloses a fuel cell system that limits a power generation region of a fuel cell to a high efficiency region when the remaining amount of fuel gas becomes a predetermined amount or less in order to extend the travel distance. In this fuel cell system, after the power generation area is limited to the high efficiency area, if the internal pressure (medium pressure) of the fuel supply flow path falls below a predetermined pressure, the output of the fuel cell is limited based on the internal pressure of the flow path. Determine the value to limit the output of the fuel cell. Thereafter, when the pressure in the flow path reaches a predetermined supply limit, a gas shortage display is made, the output of the fuel cell stops, and the vehicle stops.
JP 2006-296106 A

ところで、流路内圧力は、配管における圧力損失の影響を受けるため、燃料供給源における供給圧力よりも低くなる。このような流路内圧力の低下傾向は、燃料供給源における供給圧力が低下するほど顕著となる。一方、流路内圧力が低くなり過ぎると燃料の供給能力が低下し、燃料の消費量に相応する燃料を十分に供給できなくなる。したがって、従来は、燃料の供給能力が低下することのないように、流路内圧力を基準にして供給限界を少し高めに設定していた。しかしながら、流路内圧力を基準にして供給限界を設定してしまうと、燃料供給源に貯留されている燃料にはまだ余裕があるにもかかわらず、流路内圧力が供給限界に到達した時点で燃料電池の出力が停止されてしまうことになる。すなわち、燃料供給源に貯留されている燃料にはまだ余裕があるにもかかわらず、車両が走行を継続することができなくなってしまう。   By the way, the pressure in the flow path is affected by the pressure loss in the piping, and is therefore lower than the supply pressure in the fuel supply source. Such a decreasing tendency of the pressure in the flow path becomes more prominent as the supply pressure in the fuel supply source decreases. On the other hand, if the pressure in the flow path becomes too low, the fuel supply capability is reduced, and fuel corresponding to the amount of fuel consumed cannot be supplied sufficiently. Therefore, conventionally, the supply limit is set slightly higher with reference to the pressure in the flow path so that the fuel supply capacity does not decrease. However, if the supply limit is set based on the pressure in the flow path, the point in time when the pressure in the flow path reaches the supply limit even though there is still room for fuel stored in the fuel supply source. As a result, the output of the fuel cell is stopped. That is, although the fuel stored in the fuel supply source still has room, the vehicle cannot continue running.

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、残量の少ない燃料を有効に消費させながらより長時間稼働させることができる燃料電池システムおよび燃料電池の出力制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and a fuel cell system capable of operating for a longer time while effectively consuming fuel with a small remaining amount, and output control of the fuel cell. It aims to provide a method.

上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、反応ガスのうちの燃料ガスを供給する燃料供給源における燃料ガスの供給圧力を検出する圧力センサと、圧力センサにより検出された供給圧力が所定の下限値以下になった場合に、燃料電池の出力を制限する出力制限手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention receives a supply of a reaction gas and generates power by an electrochemical reaction of the reaction gas, and supplies a fuel gas of the reaction gas. A pressure sensor for detecting the supply pressure of the fuel gas in the fuel supply source; and an output limiting means for limiting the output of the fuel cell when the supply pressure detected by the pressure sensor is equal to or lower than a predetermined lower limit value. It is characterized by that.

また、本発明に係る燃料電池の出力制御方法は、反応ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池の出力を制御する方法であって、反応ガスのうちの燃料ガスを供給する燃料供給源における燃料ガスの供給圧力を検出する圧力検出工程と、圧力検出工程において検出された供給圧力が所定の下限値以下になった場合に、燃料電池の出力を制限する出力制限工程と、を含むことを特徴とする。   The output control method for a fuel cell according to the present invention is a method for controlling the output of a fuel cell that receives supply of a reaction gas and generates electric power by an electrochemical reaction of the reaction gas. A pressure detection step for detecting the supply pressure of the fuel gas in the fuel supply source for supplying the fuel gas, and the output of the fuel cell is limited when the supply pressure detected in the pressure detection step is below a predetermined lower limit value. And an output limiting step.

これらの発明によれば、燃料ガスの残量が少なくなってきて、燃料供給源における燃料ガスの供給圧力が所定の下限値以下になった場合には、燃料電池の出力を制限することができるため、燃料ガスの消費量を低減させることができる。それゆえに、残量の少ない燃料を有効に消費させながらより長時間稼働させることが可能となる。   According to these inventions, the output of the fuel cell can be limited when the remaining amount of the fuel gas decreases and the supply pressure of the fuel gas in the fuel supply source becomes a predetermined lower limit or less. Therefore, the fuel gas consumption can be reduced. Therefore, it is possible to operate for a longer time while effectively consuming fuel with a small remaining amount.

上記燃料電池システムにおいて、上記出力制限手段は、燃料電池の出力電流の上限値を上記供給圧力に応じて低下させることで、燃料電池の出力を制限することができる。   In the fuel cell system, the output limiting means can limit the output of the fuel cell by reducing the upper limit value of the output current of the fuel cell according to the supply pressure.

このようにすることで、燃料ガスの残量が少なくなってきて、燃料供給源における燃料ガスの供給圧力が所定の下限値以下になった場合に、上記供給圧力に応じて燃料電池の出力電流の上限値を下げることができるため、低下していく供給圧力に応じて燃料ガスの消費量を制限させることができる。   By doing so, when the remaining amount of the fuel gas is reduced and the supply pressure of the fuel gas in the fuel supply source becomes a predetermined lower limit value or less, the output current of the fuel cell according to the supply pressure Since the upper limit value of the fuel gas can be reduced, the consumption amount of the fuel gas can be limited in accordance with the decreasing supply pressure.

上記燃料電池システムにおいて、上記出力制限手段は、予め設定されている上気供給圧力に応じて低下する出力許可率を用いて、燃料電池の出力電流の上限値を算出することができる。   In the fuel cell system, the output limiting means can calculate the upper limit value of the output current of the fuel cell using an output permission rate that decreases in accordance with a preset upper air supply pressure.

このようにすることで、燃料ガスの残量が少なくなってきて、燃料供給源における燃料ガスの供給圧力が所定の下限値以下になった場合に、上記供給圧力に応じて低下する出力許可率を用いて燃料電池の出力電流の上限値を下げることができるため、低下していく供給圧力に応じて燃料ガスの消費量を制限させることができる。   By doing so, when the remaining amount of the fuel gas is reduced and the fuel gas supply pressure in the fuel supply source becomes equal to or lower than a predetermined lower limit value, the output permission rate decreases according to the supply pressure. Can be used to lower the upper limit value of the output current of the fuel cell, so that the consumption of fuel gas can be limited according to the decreasing supply pressure.

また、上記燃料電池システムにおいて、上記圧力センサは、燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料供給流路に設けられており、燃料電池の出力が停止しているときのセンサ値を上記供給圧力として出力することができる。このようにすることで、燃料電池システムの構成を簡易にすることができる。   In the fuel cell system, the pressure sensor is provided in a fuel supply passage for supplying fuel gas to the fuel cell, and the sensor value when the output of the fuel cell is stopped is set to the supply pressure. Can be output as By doing in this way, the structure of a fuel cell system can be simplified.

また、上記燃料電池システムにおいて、上記圧力センサは、燃料供給源に設けることができる。このようにすることで、燃料供給源における燃料ガスの供給圧力を容易に検出させることができる。   In the fuel cell system, the pressure sensor can be provided in a fuel supply source. By doing in this way, the supply pressure of the fuel gas in a fuel supply source can be detected easily.

本発明によれば、残量の少ない燃料を有効に消費させながらより長時間稼働させることができる。   According to the present invention, it is possible to operate for a longer time while effectively consuming fuel with a small remaining amount.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池の出力制御方法の好適な実施形態について説明する。本実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして用いた場合について説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell system and a fuel cell output control method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This embodiment demonstrates the case where the fuel cell system which concerns on this invention is used as a vehicle-mounted power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle).

本実施形態における燃料電池システムは、燃料供給源における燃料ガスの供給圧力が所定の下限値以下になった場合に、燃料電池の出力電流の上限値を燃料ガスの供給圧力に応じて低下させることで、燃料電池の出力を制限するものである。   The fuel cell system according to the present embodiment reduces the upper limit value of the output current of the fuel cell according to the supply pressure of the fuel gas when the supply pressure of the fuel gas in the fuel supply source becomes a predetermined lower limit value or less. Thus, the output of the fuel cell is limited.

まず、図1を参照して、本実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。図1は、本実施形態における燃料電池システムを模式的に示した構成図である。   First, the configuration of the fuel cell system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a fuel cell system in the present embodiment.

同図に示すように、燃料電池システム1は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池2と、酸化ガスとしての空気を燃料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素を燃料電池2に供給する水素ガス配管系4と、システム全体を統括制御する制御部5とを有する。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas that is a reactive gas and the fuel gas, and an oxidizing gas that supplies air as the oxidizing gas to the fuel cell 2. It has a piping system 3, a hydrogen gas piping system 4 that supplies hydrogen as fuel gas to the fuel cell 2, and a control unit 5 that performs overall control of the entire system.

燃料電池2は、反応ガスの供給を受けて発電する複数の単セルを積層したスタック構造により構成される。燃料電池2で発電された直流電力の一部は、DC/DCコンバータ(不図示)によって降圧され、バッテリーである二次電池(不図示)に充電される。燃料電池2には、発電中の電流を検出する電流センサAが取り付けられている。   The fuel cell 2 has a stack structure in which a plurality of single cells that generate power upon receiving a reaction gas are stacked. A part of the DC power generated by the fuel cell 2 is stepped down by a DC / DC converter (not shown) and charged to a secondary battery (not shown) which is a battery. The fuel cell 2 is provided with a current sensor A that detects a current during power generation.

酸化ガス配管系3は、フィルタ30を介して取り込まれた空気を圧縮し、酸化ガスとしての圧縮空気を送出するコンプレッサ31と、酸化ガスを燃料電池2に供給するための空気供給流路32と、燃料電池2から排出された酸化オフガスを排出するための空気排出流路33とを有する。空気供給流路32および空気排出流路33には、コンプレッサ31から圧送された酸化ガスを燃料電池2から排出された酸化オフガスを用いて加湿する加湿器34が設けられている。この加湿器34で水分交換等された酸化オフガスは、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。   The oxidizing gas piping system 3 compresses air taken in through the filter 30 and sends out compressed air as oxidizing gas, and an air supply flow path 32 for supplying the oxidizing gas to the fuel cell 2. And an air discharge passage 33 for discharging the oxidizing off-gas discharged from the fuel cell 2. The air supply flow path 32 and the air discharge flow path 33 are provided with a humidifier 34 that humidifies the oxidizing gas pumped from the compressor 31 using the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 2. The oxidizing off gas that has undergone moisture exchange or the like in the humidifier 34 is finally exhausted into the atmosphere outside the system as exhaust gas.

水素ガス配管系4は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク40と、水素タンク40の水素ガスを燃料電池2に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路41と、燃料電池2から排出された水素オフガスを水素供給流路41に戻すための循環流路42とを有する。なお、水素ガス配管系4は、本発明における燃料供給系の一実施形態である。本実施形態における水素タンク40に代えて、例えば、水蒸気を利用して炭化水素系燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する改質器と、この改質器で改質された燃料ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとを燃料供給源として採用することができる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用することもできる。   The hydrogen gas piping system 4 includes a hydrogen tank 40 as a fuel supply source storing high-pressure hydrogen gas, and a hydrogen supply channel 41 as a fuel supply channel for supplying the hydrogen gas in the hydrogen tank 40 to the fuel cell 2. And a circulation flow path 42 for returning the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 2 to the hydrogen supply flow path 41. The hydrogen gas piping system 4 is an embodiment of the fuel supply system in the present invention. Instead of the hydrogen tank 40 in the present embodiment, for example, a reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel into a hydrogen-rich fuel gas using water vapor, and a fuel gas reformed in the reformer with a high pressure A high-pressure gas tank that accumulates pressure in a state can be employed as a fuel supply source. A tank having a hydrogen storage alloy can also be employed as a fuel supply source.

水素供給流路41には、水素タンク40からの水素ガスの供給を遮断または許容する主止弁43と、水素ガスの圧力を予め設定した二次圧に調圧するレギュレータ44、45と、水素ガスの流量や圧力を調整するインジェクタ46とが設けられている。また、レギュレータ45の下流側およびレギュレータ44の下流側には、水素供給流路41における水素ガスの圧力を検出する圧力センサP1および圧力センサP2がそれぞれ設けられている。   The hydrogen supply channel 41 includes a main stop valve 43 that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 40, regulators 44 and 45 that adjust the hydrogen gas pressure to a preset secondary pressure, and hydrogen gas And an injector 46 for adjusting the flow rate and pressure. Further, on the downstream side of the regulator 45 and the downstream side of the regulator 44, a pressure sensor P1 and a pressure sensor P2 for detecting the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen supply channel 41 are provided.

循環流路42には、循環流路42内の水素オフガスを加圧して水素供給流路41側へ送り出す水素ポンプ47が設けられている。また、循環流路42には、気液分離器48及び排気排水弁49を介して排出流路50が接続されている。気液分離器48は、水素オフガスから水分を回収する。排気排水弁49は、制御部5からの指令に従って、気液分離器48で回収された水分と循環流路42内の不純物を含む水素オフガスとを排出(パージ)する。排気排水弁49から排出された水素オフガスは、希釈器51によって希釈されて空気排出流路33内の酸化オフガスと合流する。   The circulation channel 42 is provided with a hydrogen pump 47 that pressurizes the hydrogen off-gas in the circulation channel 42 and sends it to the hydrogen supply channel 41 side. Further, a discharge flow path 50 is connected to the circulation flow path 42 via a gas-liquid separator 48 and an exhaust drain valve 49. The gas-liquid separator 48 recovers moisture from the hydrogen off gas. The exhaust / drain valve 49 discharges (purges) the water collected by the gas-liquid separator 48 and the hydrogen off-gas containing impurities in the circulation flow path 42 in accordance with a command from the control unit 5. The hydrogen off-gas discharged from the exhaust / drain valve 49 is diluted by the diluter 51 and merges with the oxidizing off-gas in the air discharge passage 33.

制御部5は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材(アクセル等)の操作量を検出し、加速要求値(例えば、トラクションモータ等の電力消費装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータの他に、例えば、燃料電池2を作動させるために必要な補機装置(例えばコンプレッサ31や水素ポンプ47のモータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等が含まれる。   The control unit 5 detects an operation amount of an acceleration operation member (accelerator or the like) provided in the fuel cell vehicle, and provides control information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a power consumption device such as a traction motor). In response, the operation of various devices in the system is controlled. In addition to the traction motor, the power consuming device includes, for example, auxiliary equipment necessary for operating the fuel cell 2 (for example, the motor of the compressor 31 and the hydrogen pump 47), and various devices involved in traveling of the vehicle. These include actuators used in (transmissions, wheel control devices, steering devices, suspension devices, etc.), air conditioning devices (air conditioners) for passenger spaces, lighting, audio, and the like.

制御部5は、圧力センサP1を用いて、水素タンク40における燃料ガスの供給圧力(以下、タンク元圧という。)を検出する。具体的には、制御部5は、燃料電池2の出力が停止しているときの圧力センサP1のセンサ値をタンク元圧として検出する。ここで、燃料電池2の出力が停止しているときには、燃料電池2に水素ガスが供給されず、水素供給流路41内の水素ガスの流れが止まるため、水素供給流路41内では圧力損失が生じない。つまり、燃料電池2の出力が停止しているときに検出された圧力センサP1のセンサ値は、タンク元圧と同等になる。燃料電池2の出力が停止するときとしては、例えば、停車時や低負荷走行時、回生ブレーキ中などが該当する。   The control unit 5 detects the supply pressure of the fuel gas in the hydrogen tank 40 (hereinafter referred to as “tank original pressure”) using the pressure sensor P1. Specifically, the control unit 5 detects the sensor value of the pressure sensor P1 when the output of the fuel cell 2 is stopped as the tank original pressure. Here, when the output of the fuel cell 2 is stopped, the hydrogen gas is not supplied to the fuel cell 2 and the flow of the hydrogen gas in the hydrogen supply channel 41 is stopped. Does not occur. That is, the sensor value of the pressure sensor P1 detected when the output of the fuel cell 2 is stopped is equivalent to the tank original pressure. Examples of when the output of the fuel cell 2 stops include when the vehicle is stopped, when driving at a low load, and during regenerative braking.

制御部5は、タンク元圧が、所定の下限値以下になった場合に、燃料電池の出力電流の上限値を供給圧力に応じて低下させることで、燃料電池の出力を制限する。下限値は、例えば、水素ガスの残量が少ないと判断できる値であって、かつ、供給限界値よりは大きな値に設定することができる。供給限界値は、ガス欠であると判断する際に用いる残圧値である。   The control unit 5 limits the output of the fuel cell by lowering the upper limit value of the output current of the fuel cell according to the supply pressure when the tank original pressure becomes a predetermined lower limit value or less. For example, the lower limit value can be set to a value that can be determined that the remaining amount of hydrogen gas is small, and that is larger than the supply limit value. The supply limit value is a residual pressure value used when determining that there is a gas shortage.

出力電流の上限値を供給圧力に応じて低下させる方法としては、例えば、図2に示す出力制限マップを用いる方法がある。図2は、出力制限マップを示す図であり、横軸がタンク元圧[kPa]を示し、縦軸が出力許可率[%]を示す。図2に示す出力制限マップでは、タンク元圧の下限値が、第1の圧力PAに設定されており、タンク元圧が下限値を上回っている場合には、出力許可率が100%であり、タンク元圧が下限値以下である場合には、タンク元圧に応じて出力許可率が低下することが表されている。具体的には、例えば、タンク元圧が第2の圧力PBであるときには出力許可率が80%となり、タンク元圧が第3の圧力PCであるときには出力許可率が68%となり、タンク元圧が第4の圧力PDであるときには出力許可率が46% となり、タンク元圧が第5の圧力PE以下であるときには出力許可率が28%となっている。   As a method of reducing the upper limit value of the output current according to the supply pressure, for example, there is a method of using an output restriction map shown in FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating an output restriction map, in which the horizontal axis indicates the tank original pressure [kPa], and the vertical axis indicates the output permission rate [%]. In the output restriction map shown in FIG. 2, when the lower limit value of the tank original pressure is set to the first pressure PA and the tank original pressure exceeds the lower limit value, the output permission rate is 100%. When the tank original pressure is equal to or lower than the lower limit value, it is indicated that the output permission rate decreases according to the tank original pressure. Specifically, for example, when the tank base pressure is the second pressure PB, the output permission rate is 80%, and when the tank base pressure is the third pressure PC, the output permission rate is 68%. When the pressure is the fourth pressure PD, the output permission rate is 46%, and when the tank base pressure is equal to or lower than the fifth pressure PE, the output permission rate is 28%.

制御部5は、出力制限マップを参照して、タンク元圧に対応する出力許可率を導出し、出力電流の定格値の出力許可率分を出力電流の上限値として算出する。したがって、例えば、タンク元圧が第2の圧力PBである場合には、出力許可率として80%が導出され、出力電流の上限値として、定格値の80%にあたる値が算出される。この場合に、例えば、アクセル開度に応じた出力要求値が定格値の80%にあたる値以上である場合には、出力電流の上限値として設定された定格値の80%にあたる電流が燃料電池2から出力されることになる。一方、アクセル開度に応じた出力要求値が定格値の80%にあたる値未満である場合には、出力要求値の電流が燃料電池2から出力されることになる。   The control unit 5 refers to the output restriction map, derives the output permission rate corresponding to the tank original pressure, and calculates the output permission rate for the rated value of the output current as the upper limit value of the output current. Therefore, for example, when the tank original pressure is the second pressure PB, 80% is derived as the output permission rate, and a value corresponding to 80% of the rated value is calculated as the upper limit value of the output current. In this case, for example, when the required output value corresponding to the accelerator opening is equal to or greater than the value corresponding to 80% of the rated value, the current corresponding to 80% of the rated value set as the upper limit value of the output current is the fuel cell 2. Will be output. On the other hand, when the required output value corresponding to the accelerator opening is less than 80% of the rated value, the current of the required output value is output from the fuel cell 2.

ここで、制御部5は、物理的には、例えば、CPUと、CPUで処理される制御プログラムや制御データを記憶するROMやHDDと、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるRAMと、入出力インターフェースとを有する。これらの要素は、互いにバスを介して接続されている。入出力インターフェースには、圧力センサP1、P2および電流センサA等の各種センサが接続されているとともに、コンプレッサ31、主止弁43、水素ポンプ47および排気排水弁49等を駆動させるための各種ドライバが接続されている。   Here, the control unit 5 physically includes, for example, a CPU, a ROM and an HDD that store control programs and control data processed by the CPU, and a RAM that is mainly used as various work areas for control processing. And an input / output interface. These elements are connected to each other via a bus. Various sensors such as pressure sensors P1, P2 and current sensor A are connected to the input / output interface, and various drivers for driving the compressor 31, the main stop valve 43, the hydrogen pump 47, the exhaust drain valve 49, and the like. Is connected.

CPUは、ROMに記憶された制御プログラムに従って、入出力インターフェースを介して圧力センサP1での検出結果を受信し、RAM内の各種データ等を用いて処理することで、燃料電池2の出力を制御する。また、CPUは、入出力インターフェースを介して各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池システム1全体を制御する。   The CPU controls the output of the fuel cell 2 by receiving the detection result of the pressure sensor P1 through the input / output interface according to the control program stored in the ROM and processing it using various data in the RAM. To do. Further, the CPU controls the entire fuel cell system 1 by outputting control signals to various drivers via the input / output interface.

次に、図3に示すフローチャートを用いて、本実施形態における燃料電池の出力制限処理について説明する。この出力制限処理は、アクセル開度に応じて出力される出力要求が制御部5で受信されている間繰り返し行われる。   Next, the output limiting process of the fuel cell in this embodiment will be described using the flowchart shown in FIG. This output restriction process is repeatedly performed while an output request output according to the accelerator opening is received by the control unit 5.

最初に、制御部5が出力要求を受信すると、制御部5は、直近に検出されたタンク元圧を取得する(ステップS1)。タンク元圧は、燃料電池2の出力が停止しているときに圧力センサP1を用いて検出されており、RAMに記憶されている。   First, when the control unit 5 receives the output request, the control unit 5 acquires the latest tank pressure detected (step S1). The tank original pressure is detected using the pressure sensor P1 when the output of the fuel cell 2 is stopped, and is stored in the RAM.

続いて、制御部5は、上記ステップS1で取得されたタンク元圧が、所定の下限値以下であるか否かを判定する(ステップS2)。この判定がYESである場合(ステップS2;YES)に、制御部5は、出力制限マップを参照して、タンク元圧に対応する出力許可率を導出する(ステップS3)。   Subsequently, the control unit 5 determines whether or not the tank original pressure acquired in Step S1 is equal to or lower than a predetermined lower limit value (Step S2). When this determination is YES (step S2; YES), the control unit 5 refers to the output restriction map and derives an output permission rate corresponding to the tank original pressure (step S3).

続いて、制御部5は、出力電流の定格値とステップS3で導出した出力許可率とを用いて燃料電池の出力電流の上限値を算出する(ステップS4)。   Subsequently, the control unit 5 calculates the upper limit value of the output current of the fuel cell using the rated value of the output current and the output permission rate derived in step S3 (step S4).

続いて、制御部5は、出力要求に対応する出力要求値がステップS4で算出した上限値以上であるか否かを判定する(ステップS5)。この判定がYESである場合(ステップS5;YES)に、制御部5は、燃料電池2の出力電流を上限値で出力するように指示する(ステップS6)。   Subsequently, the control unit 5 determines whether or not the output request value corresponding to the output request is greater than or equal to the upper limit value calculated in Step S4 (Step S5). When this determination is YES (step S5; YES), the control unit 5 instructs to output the output current of the fuel cell 2 at the upper limit value (step S6).

一方、上述したステップS5の判定において、出力要求値が上限値未満であると判定された場合(ステップS5;NO)に、制御部5は、燃料電池2の出力電流を出力要求値で出力するように指示する(ステップS8)。   On the other hand, when it is determined in step S5 described above that the output request value is less than the upper limit value (step S5; NO), the control unit 5 outputs the output current of the fuel cell 2 as the output request value. (Step S8).

一方、上述したステップS2の判定において、タンク元圧が所定の下限値以下ではないと判定された場合(ステップS2;NO)に、制御部5は、出力要求値が出力電流の定格値以上であるか否かを判定する(ステップS7)。この判定がNOである場合(ステップS7;NO)に、制御部5は、燃料電池2の出力電流を出力要求値で出力するように指示する(ステップS8)。一方、ステップS7の判定がYESである場合(ステップS7;YES)に、制御部5は、燃料電池2の出力電流を定格値で出力するように指示する(ステップS9)。   On the other hand, when it is determined in step S2 described above that the tank original pressure is not less than or equal to the predetermined lower limit value (step S2; NO), the control unit 5 determines that the required output value is greater than or equal to the rated value of the output current. It is determined whether or not there is (step S7). When this determination is NO (step S7; NO), the control unit 5 instructs the output current of the fuel cell 2 to be output with the output request value (step S8). On the other hand, when the determination in step S7 is YES (step S7; YES), the control unit 5 instructs the output current of the fuel cell 2 to be output at the rated value (step S9).

上述してきたように、本実施形態における燃料電池システム1によれば、水素ガスの残量が少なくなってきて、タンク元圧が所定の下限値以下となった場合には、タンク元圧に応じて出力許可率が下げられ、燃料電池の出力が制限されるため、低下していくタンク元圧に応じて水素ガスの消費量を低減させることができる。これにより、残量の少ない水素ガスを有効に消費させながらより走行距離を伸ばすことができる。また、使い切ることのできない水素ガスの残量をより減らすことが可能となる。   As described above, according to the fuel cell system 1 in the present embodiment, when the remaining amount of hydrogen gas is reduced and the tank base pressure becomes equal to or lower than the predetermined lower limit value, the fuel cell system 1 depends on the tank base pressure. As a result, the output permission rate is reduced and the output of the fuel cell is limited, so that the consumption of hydrogen gas can be reduced according to the decreasing tank base pressure. As a result, it is possible to extend the travel distance while effectively consuming hydrogen gas with a small remaining amount. In addition, the remaining amount of hydrogen gas that cannot be used up can be further reduced.

なお、上述した実施形態においては、燃料電池2の出力が停止しているときの圧力センサP1の値をタンク元圧として検出しているが、検出に用いるセンサは圧力センサP1に限定されない。例えば、燃料電池2の出力が停止しているときの圧力センサP2の値をタンク元圧として検出してもよい。また、水素タンク40内に圧力センサをさらに設け、このタンク内圧力センサの値をタンク元圧として検出してもよい。タンク内圧力センサを用いる場合には、圧力損失を考慮する必要がないため、燃料電池2の出力の有無にかかわらず、その時点におけるセンサ値をタンク元圧として採用することができる。   In the above-described embodiment, the value of the pressure sensor P1 when the output of the fuel cell 2 is stopped is detected as the tank original pressure, but the sensor used for detection is not limited to the pressure sensor P1. For example, the value of the pressure sensor P2 when the output of the fuel cell 2 is stopped may be detected as the tank original pressure. Further, a pressure sensor may be further provided in the hydrogen tank 40, and the value of the tank pressure sensor may be detected as the tank original pressure. When the tank pressure sensor is used, it is not necessary to consider the pressure loss. Therefore, the sensor value at that time can be adopted as the tank original pressure regardless of the output of the fuel cell 2.

また、上述した実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した場合について説明しているが、燃料電池車両以外の各種移動体(ロボット、船舶、航空機等)にも本発明に係る燃料電池システムを適用することができる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用することもできる。   In the above-described embodiment, the case where the fuel cell system according to the present invention is mounted on a fuel cell vehicle has been described. However, the present invention is also applied to various mobile bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than the fuel cell vehicle. The fuel cell system according to the invention can be applied. Moreover, the fuel cell system according to the present invention can also be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for buildings (houses, buildings, etc.).

実施形態における燃料電池システムを模式的に示す構成図である。It is a lineblock diagram showing typically the fuel cell system in an embodiment. 出力制限マップを示す図である。It is a figure which shows an output restriction map. 図1に示す燃料電池システムにおける燃料電池の出力制限処理を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining output limiting processing of a fuel cell in the fuel cell system shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…酸化ガス配管系、4…水素ガス配管系、5…制御部、30…フィルタ、31…コンプレッサ、32…空気供給流路、33…空気排出流路、34…加湿器、40…水素タンク、41…水素供給流路、42…循環流路、43…主止弁、44、45…レギュレータ、46…インジェクタ、47…水素ポンプ、48…気液分離器、49…排気排水弁、50…排出流路、51…希釈器、P1、P2…圧力センサ、A…電流センサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 3 ... Oxidation gas piping system, 4 ... Hydrogen gas piping system, 5 ... Control part, 30 ... Filter, 31 ... Compressor, 32 ... Air supply flow path, 33 ... Air exhaust flow 34, humidifier, 40 ... hydrogen tank, 41 ... hydrogen supply channel, 42 ... circulation channel, 43 ... main stop valve, 44, 45 ... regulator, 46 ... injector, 47 ... hydrogen pump, 48 ... gas-liquid Separator 49 ... exhaust drain valve, 50 ... discharge flow path, 51 ... diluent, P1, P2 ... pressure sensor, A ... current sensor.

Claims (4)

反応ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、
前記反応ガスのうちの燃料ガスを供給する燃料供給源における前記燃料ガスの供給圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサにより検出された前記供給圧力が、前記燃料ガスの残量が少ないと判断可能な所定の下限値以下になった場合に、前記燃料電池の出力を制限する出力制限手段と、を備え、
前記出力制限手段は、予め設定されている、前記供給圧力が低下するにつれて、前記燃料電池の出力電流の使用限度として規定された定格値に対して出力を許可する割合となる出力許可率が小さくなる関係を用いて、前記圧力センサにより検出された前記供給圧力に対応する前記出力許可率を導出し、前記燃料電池の出力電流の前記定格値における前記出力許可率分を、前記燃料電池の出力電流の上限値として算出し、当該上限値を用いて前記燃料電池の出力を制限する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that receives supply of a reactive gas and generates electric power by an electrochemical reaction of the reactive gas;
A pressure sensor for detecting a supply pressure of the fuel gas in a fuel supply source for supplying a fuel gas of the reaction gas;
Output limiting means for limiting the output of the fuel cell when the supply pressure detected by the pressure sensor is equal to or lower than a predetermined lower limit value at which it can be determined that the remaining amount of the fuel gas is low. ,
The output limiting means has a preset output permission rate that is a ratio that permits output with respect to a rated value defined as a use limit of the output current of the fuel cell as the supply pressure decreases. using the relationship, the deriving the output permission rate corresponding to the supply pressure detected by the pressure sensor, the output permission index component in the rated value of the output current of the fuel cell, the output of the fuel cell Calculate as the upper limit value of the current, and limit the output of the fuel cell using the upper limit value,
A fuel cell system.
前記圧力センサは、前記燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料供給流路に設けられており、前記燃料電池の出力が停止しているときのセンサ値を前記供給圧力として出力することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   The pressure sensor is provided in a fuel supply flow path for supplying the fuel gas to the fuel cell, and outputs a sensor value when the output of the fuel cell is stopped as the supply pressure. The fuel cell system according to claim 1, wherein: 前記圧力センサは、前記燃料供給源に設けられていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the pressure sensor is provided in the fuel supply source. 反応ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池の出力を制御する方法であって、
前記反応ガスのうちの燃料ガスを供給する燃料供給源における前記燃料ガスの供給圧力を検出する圧力検出工程と、
前記圧力検出工程において検出された前記供給圧力が、前記燃料ガスの残量が少ないと判断可能な所定の下限値以下になった場合に、前記燃料電池の出力を制限する出力制限工程と、を含み、
前記出力制限工程は、予め設定されている、前記供給圧力が低下するにつれて、前記燃料電池の出力電流の使用限度として規定された定格値に対して出力を許可する割合となる出力許可率が小さくなる関係を用いて、前記圧力検出工程において検出された前記供給圧力に対応する前記出力許可率を導出し、前記燃料電池の出力電流の前記定格値における前記出力許可率分を、前記燃料電池の出力電流の上限値として算出し、当該上限値を用いて前記燃料電池の出力を制限する、
ことを特徴とする燃料電池の出力制御方法。
A method of controlling the output of a fuel cell that receives a supply of a reaction gas and generates electric power by an electrochemical reaction of the reaction gas,
A pressure detection step of detecting a supply pressure of the fuel gas in a fuel supply source for supplying a fuel gas of the reaction gas;
An output limiting step of limiting the output of the fuel cell when the supply pressure detected in the pressure detection step is equal to or lower than a predetermined lower limit value that can be determined that the remaining amount of the fuel gas is low. Including
In the output limiting step, as the supply pressure decreases, an output permission rate that is a ratio of permitting output with respect to a rated value defined as a use limit of the output current of the fuel cell decreases as the supply pressure decreases. using the relationship, the deriving the output permission rate corresponding to said detected supply pressure in the pressure detecting step, the output permission index component in the rated value of the output current of the fuel cell, the fuel cell Calculate as the upper limit value of the output current, and limit the output of the fuel cell using the upper limit value,
An output control method for a fuel cell.
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