JP5470818B2 - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP5470818B2
JP5470818B2 JP2008302260A JP2008302260A JP5470818B2 JP 5470818 B2 JP5470818 B2 JP 5470818B2 JP 2008302260 A JP2008302260 A JP 2008302260A JP 2008302260 A JP2008302260 A JP 2008302260A JP 5470818 B2 JP5470818 B2 JP 5470818B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
value
target value
corrected
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008302260A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009224313A (en
Inventor
祥朋 浅井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2008302260A priority Critical patent/JP5470818B2/en
Publication of JP2009224313A publication Critical patent/JP2009224313A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5470818B2 publication Critical patent/JP5470818B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池への反応物質供給の過渡応答性を向上させた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system with improved transient response of reactant supply to a fuel cell.

燃料ガスとして水素ガス、酸化剤ガスとして空気を用いる固体高分子型燃料電池において、燃料電池の負荷が急増する場合に、燃料電池のカソード内部の残留ガスの排出を促進するように、カソード調圧弁を制御する燃料電池システムが知られている(例えば、特許文献1)。特にカソード酸素濃度を推定し、酸素濃度が低いと推定される場合には、調圧弁が閉じる速度を低下させてカソードの昇圧を遅らせ、酸素濃度の低いガスを早くカソード内から排出することにより、燃料電池出力の負荷過渡応答性を向上させようとしている。
特開2005−339845号公報(第17頁、図6)
In a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxidant gas, a cathode pressure regulating valve is provided so as to promote the discharge of residual gas inside the cathode of the fuel cell when the load on the fuel cell increases rapidly. There is known a fuel cell system for controlling (for example, Patent Document 1). In particular, when the oxygen concentration of the cathode is estimated and the oxygen concentration is estimated to be low, the rate of closing the pressure regulating valve is decreased to delay the pressure increase of the cathode, and the gas having a low oxygen concentration is quickly discharged from the cathode, It is trying to improve the load transient response of the fuel cell output.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-339845 (page 17, FIG. 6)

しかしながら、上記従来技術にあっては、圧力制御系に外乱が印加されたり、システムの特性変動等が生じた場合には、カソード圧力が目標値から乖離してしまい、アノードとカソードとの差圧が大きくなり、固体高分子燃料電池の膜電極接合体(MEA)に過大な応力がかかり、膜電極接合体を劣化させる虞があるという問題点があった。   However, in the above prior art, when a disturbance is applied to the pressure control system or a characteristic variation of the system occurs, the cathode pressure deviates from the target value, and the differential pressure between the anode and the cathode As a result, the membrane electrode assembly (MEA) of the polymer electrolyte fuel cell is subjected to excessive stress, which may cause deterioration of the membrane electrode assembly.

上記問題点を解決するために、本発明は、燃料電池システム制御手段に、システム要求目標値生成手段と、目標値生成手段と、操作量生成手段とを有する。   In order to solve the above-described problems, the present invention includes a fuel cell system control unit that includes a system required target value generation unit, a target value generation unit, and an operation amount generation unit.

システム要求目標値生成手段は、燃料電池に対する負荷要求に応じて、燃料電池の反応物質の第1の状態量の目標値である第1目標値と、第1の状態量とは異なる第2の状態量の目標値である第2目標値とを生成する。 The system required target value generating means is configured to respond to a load request for the fuel cell, and a first target value that is a target value of the first state quantity of the reactant of the fuel cell is different from the first state quantity. A second target value that is a target value of the state quantity is generated.

目標値生成手段は、第1目標値と第2目標値とに基づいて、第1目標値の修正値である修正第1目標値および第2目標値の修正値である修正第2目標値を生成する。操作量生成手段は、修正第1目標値と修正第2目標値とに基づいて、第1操作量と第2操作量とを演算する。 Target value generating means includes a first target value based on the second target value, a correction value in the form of the modified second target value of the first target value correcting a correction value of the first target value and the second target value Generate. The operation amount generating means calculates the first operation amount and the second operation amount based on the corrected first target value and the corrected second target value.

目標値生成手段は、修正第1目標値が第1目標値に一致あるいは近似するように修正第1目標値を生成し、且つ修正第2目標値が第2目標値に一致あるいは近似するように修正第2目標値を生成するとともに、修正第2目標値と第2目標値の乖離度合いに応じて、第1目標補正値を生成する第1目標補正値生成手段を備え、第1目標補正値生成手段が生成した第1目標補正値と第1目標値とに基づいて修正第1目標値を生成することを要旨とする。 The target value generating means generates the corrected first target value so that the corrected first target value matches or approximates the first target value, and the corrected second target value matches or approximates the second target value. First target correction value generating means for generating a first target correction value according to the degree of divergence between the corrected second target value and the second target value is generated, and the first target correction value is generated. The gist is to generate the corrected first target value based on the first target correction value and the first target value generated by the generating means .

上記構成の本発明によれば、燃料電池負荷が急増するような場合、例えば空気の圧力と流量の2つの状態量を小さい値から大きい値に変化させる場合に、圧力制御系に外乱が印加されたり、システムの特性変動等が生じた場合には、カソード圧力が目標値から乖離して、アノードとカソードとの差圧の増大を防止することができる。この結果、固体高分子燃料電池の膜電極接合体(MEA)に過大な応力がかかり、膜電極接合体を劣化させることを防止することができるという効果がある。   According to the present invention configured as described above, when the fuel cell load increases rapidly, for example, when the two state quantities of air pressure and flow rate are changed from a small value to a large value, a disturbance is applied to the pressure control system. When the system characteristics change or the like occurs, the cathode pressure deviates from the target value, and an increase in the differential pressure between the anode and the cathode can be prevented. As a result, there is an effect that it is possible to prevent excessive stress from being applied to the membrane electrode assembly (MEA) of the solid polymer fuel cell, thereby deteriorating the membrane electrode assembly.

本発明は、燃料電池へ供給する反応物質の状態量を目標値に近づけつつ、外乱や特性変動がない場合は、過渡状態などにおける操作量もしくは操作量に関連した値が所望の値になるような状態量の修正目標値を生成し、外乱や特性変動が生じた場合には、操作量もしくは操作量に関連した値を所望の値にすることよりも外乱や特性変動が反応物質の状態量に与える影響を小さくし、反応物質状態量を目標値に近づけるための操作量を生成できる燃料電池システムを開示する。   In the present invention, the state quantity of the reactant to be supplied to the fuel cell is brought close to the target value, and when there is no disturbance or characteristic fluctuation, the operation quantity in the transient state or the value related to the operation quantity becomes a desired value. If a disturbance target or a characteristic fluctuation occurs when a correct target value of the state quantity is generated, the disturbance or characteristic fluctuation is a state quantity of the reactant rather than setting the manipulated variable or the value related to the manipulated variable to a desired value. Disclosed is a fuel cell system capable of generating an operation amount for reducing the influence on the reaction mass and bringing the reactant state quantity close to the target value.

本発明によれば、測定された状態量を目標値に近づける操作量生成部をなんら変更することなく、目標値を生成することができるため、該操作量生成部の特徴を活かすことができる。該操作量生成部がフィードバック制御系である場合は、フィードバック制御系のロバスト性や目標値追従性能を活かすことができるようになる。そのため、目標値の変化時間を外乱や特性変動の影響を考慮せずに行えるため、従来技術よりも迅速に反応物質の状態量を変化させることができる。   According to the present invention, the target value can be generated without changing any operation amount generation unit that brings the measured state quantity close to the target value. Therefore, the feature of the operation amount generation unit can be utilized. When the manipulated variable generation unit is a feedback control system, the robustness and target value tracking performance of the feedback control system can be utilized. Therefore, since the change time of the target value can be performed without considering the influence of disturbance or characteristic fluctuation, the state quantity of the reactant can be changed more rapidly than in the prior art.

参考例Reference example

次に、図面を参照して、本発明の参考例を詳細に説明する。参考例において、システム要求目標値生成部は、燃料電池の反応物質の第1の状態量の目標値である第1目標値と、第1の状態量とは異なる第2の状態量の目標値である第2目標値と、反応物質供給手段の操作量である第1操作量と反応物質状態量調整手段の操作量である第2操作量との少なくとも一方に関連した操作関連量の希望量である希望操作関連量とを生成する。目標値生成部は、第1目標値と第2目標値と希望操作関連量とに基づいて、第1目標値の修正値である修正第1目標値および第2目標値の修正値である修正第2目標値を生成して、操作量生成部へ出力する。 Next, a reference example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the reference example , the system required target value generation unit includes a first target value that is a target value of the first state quantity of the reactant of the fuel cell and a target value of the second state quantity that is different from the first state quantity. The desired amount of the operation-related amount related to at least one of the second target value, the first operation amount that is the operation amount of the reactant supply means, and the second operation amount that is the operation amount of the reactant state adjustment means The desired operation-related quantity is generated. The target value generation unit corrects the corrected first target value and the corrected value of the second target value, which are correction values of the first target value, based on the first target value, the second target value, and the desired operation related amount. A second target value is generated and output to the operation amount generation unit.

図1は、本発明が適用される燃料電池システムの構成例を示すシステム構成図である。同図において、燃料電池(燃料電池本体)1は、例えば固体高分子型燃料電池であり、アノードに燃料ガスとして水素ガス、カソードに酸化剤ガスとして空気がそれぞれ供給され、以下に示す電極反応が進行され発電される。   FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration example of a fuel cell system to which the present invention is applied. In FIG. 1, a fuel cell (fuel cell main body) 1 is, for example, a solid polymer fuel cell. Hydrogen gas as a fuel gas is supplied to an anode, and air as an oxidant gas is supplied to a cathode. Progress and generate electricity.

アノード(水素極):H2 → 2H+ +2e- …(化1)
カソード(酸素極):2H+ +2e- +(1/2)O2 → H2O …(化2)
アノードへの水素供給は、水素タンク2から水素タンク元弁3、減圧弁4、水素供給弁5を通じてなされる。水素タンク2から供給される高圧水素は、減圧弁4で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素供給弁5で燃料電池での水素圧力が所望の水素圧に制御される。ポンプ等を用いた水素循環装置7は、アノードで消費されなかった水素を水素循環路24を介して再循環させるために設置する。アノードの水素圧は、圧力センサ6aで検出した水素圧力をフィードバックして水素供給弁5を駆動することによって制御される。水素圧を所望の目標圧力に制御することによって、燃料電池が消費した分だけの水素が自動的に補われる。
Anode (hydrogen electrode): H 2 → 2H + + 2e (Chemical formula 1)
Cathode (oxygen electrode): 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (Chemical formula 2)
Hydrogen supply to the anode is performed from the hydrogen tank 2 through the hydrogen tank main valve 3, the pressure reducing valve 4, and the hydrogen supply valve 5. The high pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank 2 is mechanically reduced to a predetermined pressure by the pressure reducing valve 4, and the hydrogen pressure in the fuel cell is controlled to a desired hydrogen pressure by the hydrogen supply valve 5. A hydrogen circulation device 7 using a pump or the like is installed to recycle hydrogen that has not been consumed at the anode through the hydrogen circulation path 24. The hydrogen pressure of the anode is controlled by driving the hydrogen supply valve 5 by feeding back the hydrogen pressure detected by the pressure sensor 6a. By controlling the hydrogen pressure to a desired target pressure, the hydrogen consumed by the fuel cell is automatically compensated.

パージ弁8は、アノード出口から排出された燃料ガスを排水素処理装置9へ排出する弁である。パージ弁8は、つぎのような場合に一時的に開かれる。(1)アノード及び水素循環装置7及び水素循環路24(これらを水素系と呼ぶ)の内部に蓄積した窒素などの不純物ガスの濃度を減じて水素分圧を高めるために、水素系内に蓄積した不純物ガスを排出する。(2)アノード内のガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばして、セル電圧を回復させる。(3)燃料電池システムの起動時に、水素系を水素で置換するために水素系内の空気などのガスを排出する。   The purge valve 8 is a valve that discharges the fuel gas discharged from the anode outlet to the exhaust hydrogen treatment device 9. The purge valve 8 is temporarily opened in the following cases. (1) Accumulation in the hydrogen system in order to increase the hydrogen partial pressure by reducing the concentration of impurity gas such as nitrogen accumulated in the anode and hydrogen circulation device 7 and the hydrogen circulation path 24 (referred to as hydrogen system) The discharged impurity gas is discharged. (2) Blow water clogged in the gas flow path in the anode to restore the cell voltage. (3) When the fuel cell system is started, in order to replace the hydrogen system with hydrogen, gas such as air in the hydrogen system is discharged.

排水素処理装置9は、パージ弁8から排出されたガスの水素濃度が水素の可燃濃度未満となるように、空気で希釈するか、あるいは水素と空気を反応させて燃焼させることで排出水素濃度を下げる。   The exhaust hydrogen treatment device 9 dilutes with air so that the hydrogen concentration of the gas discharged from the purge valve 8 is less than the combustible concentration of hydrogen, or reacts hydrogen and air to burn and discharge the hydrogen concentration. Lower.

カソードへの空気は、内蔵するモータで駆動されるコンプレッサ10aにより供給される。インバータ10bは、制御用のマイクロコンピュータ(以下、マイコンと略す)を内蔵し、コンプレッサ10aの内蔵モータの回転数を制御するものである。   Air to the cathode is supplied by a compressor 10a driven by a built-in motor. The inverter 10b incorporates a control microcomputer (hereinafter abbreviated as a microcomputer) and controls the rotation speed of the built-in motor of the compressor 10a.

加湿装置11は、コンプレッサ10aから供給される空気を加湿して、燃料電池1のカソードへ供給する。カソードに供給される空気圧力、空気流量は、圧力センサ6b、流量センサ6cでそれぞれ検出される。コントローラ(燃料電池システム制御部)30は、圧力センサ6bで検出した空気圧力と流量センサ6cで検出した空気流量をフィードバックして空気調圧弁12及びインバータ10bを制御することにより、カソードに供給される空気を目標空気流量及び目標空気圧力となるように制御する。   The humidifier 11 humidifies the air supplied from the compressor 10 a and supplies it to the cathode of the fuel cell 1. The air pressure and air flow supplied to the cathode are detected by the pressure sensor 6b and the flow sensor 6c, respectively. The controller (fuel cell system control unit) 30 feeds the air pressure detected by the pressure sensor 6b and the air flow rate detected by the flow sensor 6c to control the air pressure regulating valve 12 and the inverter 10b, thereby supplying the cathode to the cathode. The air is controlled so as to have a target air flow rate and a target air pressure.

空気調圧弁12は、弁を駆動するモータと弁開度を制御するマイコンとを合わせて以下空気調圧弁と称する。インバータ10bのマイコンおよび空気調圧弁12のマイコン等は必要がなければ取り外してもかまわない。   The air pressure regulating valve 12 is hereinafter referred to as an air pressure regulating valve together with a motor that drives the valve and a microcomputer that controls the valve opening degree. The microcomputer of the inverter 10b and the microcomputer of the air pressure regulating valve 12 may be removed if not necessary.

図示しない燃料電池1の冷却水流路への冷却水は、冷却水ポンプ13により供給される。三方弁16は、冷却水の流路をラジエタ17の方向と、ラジエタ17をバイパスするバイパス流路19の方向に切り替えや分流する。ラジエタファン18は、ラジエタ17へ風を通過させて冷却水を冷やす。冷却水の温度は、温度センサ14によって燃料電池入口における温度を、温度センサ15によって燃料電池出口における温度をそれぞれ検出し、これらに基づいてコントローラ30が三方弁16とラジエタファン18を駆動することによって調整する。   Cooling water to a cooling water flow path of the fuel cell 1 (not shown) is supplied by a cooling water pump 13. The three-way valve 16 switches or diverts the flow path of the cooling water between the direction of the radiator 17 and the direction of the bypass flow path 19 that bypasses the radiator 17. The radiator fan 18 cools the cooling water by passing air through the radiator 17. The temperature of the cooling water is detected by the temperature sensor 14 at the fuel cell inlet and the temperature sensor 15 at the fuel cell outlet, and the controller 30 drives the three-way valve 16 and the radiator fan 18 based on these. adjust.

パワーマネージャー20は燃料電池1から出力を取出す装置であり、燃料電池から取り出した出力(電流あるいは電力)を図示しない車両駆動モータや蓄電池等へ供給する。パワーマネージャー20は、DC/DCコンバータ、或いは、DC/DCコンバータとDC/ACインバータとの組み合わせである。電圧センサ21aは、燃料電池1のスタック電圧値を検出し、電流センサ21bは、燃料電池1から取り出される電流値を検出する。   The power manager 20 is a device that extracts the output from the fuel cell 1 and supplies the output (current or electric power) extracted from the fuel cell to a vehicle drive motor, storage battery, or the like (not shown). The power manager 20 is a DC / DC converter or a combination of a DC / DC converter and a DC / AC inverter. The voltage sensor 21 a detects the stack voltage value of the fuel cell 1, and the current sensor 21 b detects the current value extracted from the fuel cell 1.

コントローラ30は、燃料電池システム全体を制御するとともに、本参考例における燃料電池システム制御部であり、CPUとプログラムROMと作業用RAMと周辺インターフェースを有するマイクロコンピュータで構成されている。また、コントローラ30には、燃料電池システムのオン/オフを指示するキースイッチ22と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ23が接続されている。 The controller 30 controls the entire fuel cell system and is a fuel cell system control unit in the present reference example, and includes a microcomputer having a CPU, a program ROM, a working RAM, and a peripheral interface. The controller 30 is connected to a key switch 22 for instructing on / off of the fuel cell system and an accelerator opening sensor 23 for detecting the accelerator opening.

図2は、本参考例におけるコントローラ(燃料電池システム制御部)30の要部構成図であり、反応物質として空気の供給制御に用いた例である。図2において、燃料電池システム制御部30は、システム要求目標値生成部31と、目標値生成部32と、操作量生成部33とを有している。 FIG. 2 is a main part configuration diagram of the controller (fuel cell system control unit) 30 in the present reference example, and is an example used for supply control of air as a reactant. In FIG. 2, the fuel cell system control unit 30 includes a system required target value generation unit 31, a target value generation unit 32, and an operation amount generation unit 33.

システム要求目標値生成部31は、燃料電池1に対する負荷要求に応じて、反応物質の第1の状態量の目標値である第1目標値(質量流量)と、第1の状態量とは異なる第2の状態量の目標値である第2目標値(圧力)と、コンプレッサ(反応物質供給部)10aの操作量である第1操作量と空気調圧弁(反応物質状態量調整部)12の操作量である第2操作量との少なくとも一方に関連した操作関連量の希望量である希望操作関連量とを生成する。   The system required target value generation unit 31 is different from the first target value (mass flow rate) that is the target value of the first state quantity of the reactant and the first state quantity in response to the load request to the fuel cell 1. The second target value (pressure) that is the target value of the second state quantity, the first operation amount that is the operation quantity of the compressor (reactive substance supply unit) 10a, and the air pressure regulating valve (reactive substance state quantity adjustment unit) 12 A desired operation related amount that is a desired amount of the operation related amount related to at least one of the second operation amount that is the operation amount is generated.

この希望操作関連量は、更に詳しくは、空気調圧弁12の希望操作量である希望開度であってもよいし、空気調圧弁12を通過する空気流量であってもよいし、空気調圧弁12の流路断面積であってもよい。   More specifically, the desired operation-related amount may be a desired opening that is a desired operation amount of the air pressure regulating valve 12, an air flow rate that passes through the air pressure regulating valve 12, or an air pressure regulating valve. Twelve channel cross-sectional areas may be used.

目標値生成部32は、第1目標値と第2目標値と希望操作関連量とに基づいて、第1目標値の修正値である修正第1目標値、および第2目標値の修正値である修正第2目標値を生成する。   Based on the first target value, the second target value, and the desired operation-related amount, the target value generation unit 32 uses the corrected first target value that is the correction value of the first target value and the correction value of the second target value. A certain corrected second target value is generated.

目標値生成部32は、さらに詳しくは、修正第1目標値が第1目標値に一致あるいは近似するように修正第1目標値を生成し、且つ修正第2目標値が第2目標値に一致あるいは近似するように修正第2目標値を生成する一方、修正第1目標値と修正第2目標値が第1目標値と第2目標値にそれぞれ近づいている過渡状態で、修正第1目標値が第1目標値に一致あるいは近似し、且つ修正第2目標値が第2目標値に一致あるいは近似しつつ、且つ前記操作関連量が前記希望操作関連量に一致あるいは近似させることが可能な場合は、前記操作関連量が前記希望操作関連量に一致あるいは近似するような修正第1目標値または修正第2目標値を生成する。   More specifically, the target value generation unit 32 generates a corrected first target value so that the corrected first target value matches or approximates the first target value, and the corrected second target value matches the second target value. Alternatively, the corrected first target value is generated in a transient state in which the corrected first target value and the corrected second target value are close to the first target value and the second target value, respectively, while the corrected second target value is generated so as to approximate. Matches or approximates the first target value, the corrected second target value matches or approximates the second target value, and the operation-related amount can match or approximate the desired operation-related amount Generates a corrected first target value or a corrected second target value such that the operation-related quantity matches or approximates the desired operation-related quantity.

操作量生成部33は、図示しないセンサによりそれぞれ検出される第1状態量(質量流量)、第2状態量(圧力)が、それぞれ修正第1目標値、修正第2目標値となるように、第1操作量と第2操作量とを演算する。   The operation amount generating unit 33 is configured so that the first state quantity (mass flow rate) and the second state quantity (pressure) detected by sensors (not shown) are respectively the corrected first target value and the corrected second target value. The first operation amount and the second operation amount are calculated.

図3は、図2における目標値生成部32の構成を説明する要部構成図である。目標値生成部32は、第1目標修正部41と、希望操作関連量制限値生成部42と、推定操作関連量生成部43と、推定操作関連量制限部44と、修正第2目標生成部45と、を有する。   FIG. 3 is a main part configuration diagram illustrating the configuration of the target value generation unit 32 in FIG. The target value generating unit 32 includes a first target correcting unit 41, a desired operation related amount limit value generating unit 42, an estimated operation related amount generating unit 43, an estimated operation related amount limiting unit 44, and a corrected second target generating unit. 45.

第1目標修正部41は、第1目標値に基づいて修正第1目標値(流量目標値)を演算する。希望操作関連量制限値生成部42は、第1目標値と希望操作関連量とに基づいて制限値を演算する。推定操作関連量生成部43は、第2目標値と修正第2目標値に基づいて推定操作関連量を演算する。推定操作関連量制限部44は、推定操作関連量と制限値とに基づいて制限操作関連量を演算する。修正第2目標生成部45は、制限操作関連量に基づいて修正第2修正値(圧力目標値)を生成する。   The first target correction unit 41 calculates a corrected first target value (flow rate target value) based on the first target value. The desired operation related amount limit value generation unit 42 calculates a limit value based on the first target value and the desired operation related amount. The estimated operation related amount generation unit 43 calculates an estimated operation related amount based on the second target value and the corrected second target value. The estimated operation related amount limiting unit 44 calculates the limited operation related amount based on the estimated operation related amount and the limit value. The corrected second target generation unit 45 generates a corrected second correction value (pressure target value) based on the limited operation related amount.

希望操作関連量制限値生成部42は、第1目標値に基づいて必要操作関連量を生成する必要操作関連量生成部46と、希望操作関連量と必要操作関連量とに基づいて第1制限値を生成する第1制限値生成部47と、第1制限値から必要操作関連量を減じて制限値を生成する第1比較演算部48とを備えている。   The desired operation-related amount limit value generation unit 42 generates a necessary operation-related amount based on the first target value, and a first limit based on the desired operation-related amount and the required operation-related amount. A first limit value generating unit 47 that generates a value, and a first comparison operation unit 48 that generates a limit value by subtracting the necessary operation-related amount from the first limit value.

推定操作関連量生成部44は、修正第2目標値が第2目標値に一致あるいは近似するように推定操作関連量を生成し、希望操作関連量制限値生成部42は、推定操作関連量制限部44において制限値が制限操作関連量として選択される制限状態となる場合に、修正第2目標値を変化させないかもしくは大きくなる方向の制限値を生成し、推定操作関連量制限部44は、制限操作関連量が小さいほど、修正第2目標値が大きくなりやすい場合は、推定操作関連量が制限値より小さい場合は制限操作関連量を制限値とし、推定操作関連量が制限値より大きい場合は制限操作関連量を推定操作関連量とし、制限操作関連量が大きいほど、修正第2目標値が大きくなりやすい場合は、推定操作関連量が制限値より大きい場合は制限操作関連量を制限値とし、推定操作関連量が制限値より小さい場合は制限操作関連量を推定操作関連量とする。   The estimated operation related amount generation unit 44 generates an estimated operation related amount so that the corrected second target value matches or approximates the second target value, and the desired operation related amount limit value generation unit 42 determines the estimated operation related amount limit. When the limit value is selected as the limit operation-related amount in the unit 44, a limit value is generated in a direction in which the corrected second target value is not changed or increased, and the estimated operation-related amount limit unit 44 When the corrected second target value is likely to increase as the limited operation-related amount is small, when the estimated operation-related amount is smaller than the limit value, the limited operation-related amount is set as the limit value, and the estimated operation-related amount is larger than the limit value Uses the restricted operation-related amount as the estimated operation-related amount, and the larger the restricted operation-related amount, the easier the corrected second target value becomes. If the estimated operation-related amount is greater than the limit value, the restricted operation-related amount is the limit value. And, when the estimated operation-related quantity is less than the limit value as the estimated operation-related amount of restricted operation-related quantity.

第1制限値生成部47において希望操作関連量が第1制限値として生成された場合には、制限状態においては操作関連量が希望操作関連量に近づき、修正第2目標値が第2目標値に近づいてくると、推定操作関連量が大きくなり制限状態ではなくなり修正第2目標値が第2目標値へと近づく。   When the desired operation related amount is generated as the first limit value in the first limit value generating unit 47, the operation related amount approaches the desired operation related amount in the restricted state, and the corrected second target value becomes the second target value. As the value approaches, the estimated operation-related amount increases, and the corrected second target value approaches the second target value.

また、操作関連量を希望操作関連量に近づくような修正第2目標値を生成しても、修正第2目標値が第2目標値から乖離してしまうような場合には、必要操作関連量もしくは修正必要操作関連量を制限値として選択する。   In addition, when the corrected second target value that causes the operation-related amount to approach the desired operation-related amount is generated, the required operation-related amount is determined when the corrected second target value deviates from the second target value. Alternatively, the correction-related operation-related quantity is selected as the limit value.

図3の目標値生成部32において、修正第2目標生成部45の出力である修正第2目標値は、推定操作関連量生成部43へフィードバックして、第2目標値と修正第2目標値との偏差から推定操作関連量量の演算を行うことにより、修正第2目標値が第2目標値に近づくように推定操作関連量が演算されるようになる。また、推定操作関連量を制限値で制限することで、この制限がなされた場合には、後段の操作量生成部33により生成される第2操作量もしくは第2操作関連量が制限値に近づくようになる。   In the target value generation unit 32 of FIG. 3, the corrected second target value, which is the output of the corrected second target generation unit 45, is fed back to the estimated operation related amount generation unit 43, so that the second target value and the corrected second target value are obtained. By calculating the estimated operation related amount from the deviation, the estimated operation related amount is calculated so that the corrected second target value approaches the second target value. Further, by limiting the estimated operation-related amount with a limit value, when this limitation is made, the second operation amount or the second operation-related amount generated by the subsequent operation amount generation unit 33 approaches the limit value. It becomes like this.

次に、図4、図10,図11、図13のフローチャートを参照して、本参考例におけるコントローラ(燃料電池システム制御部)30の動作を説明する。図4は、コントローラ30のメインフローチャートであり、本発明に関する部分のみを示している。この手続きは、所定時間毎(例えば1ms毎)に繰り返し実行されるものである。また、ここでは図1に記載の燃料電池システムを車両に搭載した燃料電池自動車を例に説明する。さらに、図15、図16、図17に本参考例のブロック線図を示す。 Next, the operation of the controller (fuel cell system control unit) 30 in this reference example will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 4, 10, 11, and 13. FIG. 4 is a main flowchart of the controller 30 and shows only the part related to the present invention. This procedure is repeatedly executed every predetermined time (for example, every 1 ms). Here, a fuel cell vehicle in which the fuel cell system shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle will be described as an example. Further, FIG. 15, FIG. 16, and FIG. 17 show block diagrams of this reference example.

以下の説明では、本発明をカソードに供給する反応物質の供給制御に適用し、反応物質としてカソードに供給する空気、反応物質の第1状態量として空気流量(質量流量)値、反応物質の第2状態量として空気の圧力値とする。しかし本発明は、空気供給に限定されず、反応物質としてアノードへ供給する水素制御においても同様に適用できることはいうまでもない。この場合、反応物質の第1状態量として水素流量(質量流量)値、反応物質の第2状態量として水素圧力値、第1操作量として水素循環装置7の回転数、第2操作量として水素供給弁5の開度が考えられる。   In the following description, the present invention is applied to the supply control of the reactant supplied to the cathode, the air supplied to the cathode as the reactant, the air flow rate (mass flow rate) value as the first state quantity of the reactant, The air pressure value is used as a two-state quantity. However, the present invention is not limited to the air supply, and it goes without saying that the present invention can be similarly applied to the hydrogen control supplied to the anode as a reactant. In this case, the hydrogen flow rate (mass flow rate) value as the first state quantity of the reactant, the hydrogen pressure value as the second state quantity of the reactant, the rotation speed of the hydrogen circulation device 7 as the first manipulated variable, and the hydrogen as the second manipulated variable The opening degree of the supply valve 5 can be considered.

図4において、まずステップ(以下、ステップをSと略す)001では、燃料電池1への負荷要求を検知する。これには、コントローラ30に接続されたアクセル開度センサ23の検出値をコントローラ30へ読み込み、予めコントローラ30に記憶した制御テーブルを検索して、アクセル開度から負荷要求を求めればよい。この制御テーブル例を図5に示す。図5の制御テーブルは、例えば、燃料電池車両として実現しようとする、車両の性格、車両の操縦性、乗り心地等を鑑みて決めればよい。様々なパターンを実際に走行してみて試行錯誤の結果、最も適したものを選べばよい。負荷要求は例えば燃料電池が発電する電力として考えればよい。   In FIG. 4, first, in step (hereinafter, step is abbreviated as S) 001, a load request to the fuel cell 1 is detected. For this purpose, the detected value of the accelerator opening sensor 23 connected to the controller 30 is read into the controller 30 and a control table stored in advance in the controller 30 is searched to obtain a load request from the accelerator opening. An example of this control table is shown in FIG. The control table in FIG. 5 may be determined in view of, for example, the characteristics of the vehicle, the maneuverability of the vehicle, the riding comfort, and the like that are to be realized as a fuel cell vehicle. You can actually drive various patterns and choose the most suitable one as a result of trial and error. The load request may be considered as power generated by the fuel cell, for example.

次いでS002では、負荷要求に基づいて燃料電池1が発電するのに必要な空気流量の目標値であるシステム要求目標空気流量を決定する。この負荷要求からシステム要求目標流量への変換は、例えば、図6に示すような制御テーブルを用いればよい。図6の制御テーブルの値は、実験を行い、実際に燃料電池が十分な発電が行えるように設定すればよい。同様に空気圧力も例えば負荷要求に基づいて変化させる場合は空気圧力の目標値であるシステム要求目標圧力も設定する。このときも図6の制御テーブルを求めたのと同様な方法で求めた図7のような制御テーブルを用いれば容易に実現できる。   Next, in S002, a system required target air flow rate that is a target value of the air flow rate required for the fuel cell 1 to generate electric power is determined based on the load request. For example, a control table as shown in FIG. 6 may be used for the conversion from the load request to the system required target flow rate. The values in the control table of FIG. 6 may be set so that the fuel cell can actually generate sufficient power by conducting an experiment. Similarly, when the air pressure is changed based on, for example, a load request, a system required target pressure that is a target value of the air pressure is also set. At this time, it can be easily realized by using the control table as shown in FIG. 7 obtained by the same method as that for obtaining the control table as shown in FIG.

また、S002では希望操作関連量を生成する。これは例えば空気調圧弁12の開度や空気調圧弁12を通過する空気流量あるいは燃料電池1を通過する空気流量の希望値と考えればよい。以下希望操作関連量が空気調圧弁開度である場合を説明する。   In S002, a desired operation related amount is generated. This may be considered as a desired value of the opening of the air pressure regulating valve 12, the air flow rate passing through the air pressure regulating valve 12, or the air flow rate passing through the fuel cell 1, for example. Hereinafter, a case where the desired operation related amount is the air pressure regulating valve opening will be described.

空気調圧弁12の実現したい開度に近づけることが可能な場合は、希望する開度である希望操作関連量を生成する。希望操作関連量を決める一例を図8、図9に示す。図8、9では、直前に終了したアイドルストップの継続時間であるアイドルストップ時間が長いほど、希望空気調圧弁開度、または希望空気調圧弁通過流量が大きくなるように設定している。このように、空気調圧弁を開きたい状況に応じて空気調圧弁が開くように希望操作関連量を設定すればよい。例えば、カソードの酸素濃度が低下しているような場合には、酸素濃度が低下している度合い、あるいは低下すると推測される度合いに応じて、大きく空気調圧弁12を開くような修正目標圧力と修正目標流量を生成するように、希望操作関連量を設定すればよい。   When it is possible to approach the opening desired to be realized by the air pressure regulating valve 12, a desired operation related amount that is a desired opening is generated. An example of determining the desired operation related amount is shown in FIGS. In FIGS. 8 and 9, the desired air pressure regulating valve opening or the desired air pressure regulating valve passage flow rate is set to increase as the idle stop time, which is the duration of the idle stop that ended immediately before, is longer. In this way, the desired operation-related amount may be set so that the air pressure regulating valve is opened according to the situation where the air pressure regulating valve is desired to be opened. For example, in the case where the oxygen concentration of the cathode is reduced, a corrected target pressure that greatly opens the air pressure regulating valve 12 according to the degree to which the oxygen concentration is reduced or is estimated to be reduced. The desired operation related amount may be set so as to generate the corrected target flow rate.

カソードの酸素濃度が低下していると推測される燃料電池の運転状態の具体例の一つは、燃料電池の発電を一時的に停止するアイドルストップ後の発電再開時である。コントローラ30は、いわゆるアイドルストップ機能を備えている。このアイドルストップ中は、コンプレッサ10a、水素循環装置7を停止させて、空気調圧弁12及び水素供給弁5を閉止し、パワーマネージャー20による燃料電池1からの電力取り出しを停止させ、システムに必要な電力は図示しない蓄電装置から供給されるように制御している。   One specific example of the operating state of the fuel cell in which the cathode oxygen concentration is presumed to decrease is when power generation is resumed after an idle stop in which the fuel cell power generation is temporarily stopped. The controller 30 has a so-called idle stop function. During the idle stop, the compressor 10a and the hydrogen circulation device 7 are stopped, the air pressure regulating valve 12 and the hydrogen supply valve 5 are closed, and the power extraction from the fuel cell 1 by the power manager 20 is stopped, which is necessary for the system. Electric power is controlled to be supplied from a power storage device (not shown).

しかしアイドルストップ中にも燃料電池1の内部でアノードから電解質膜を通じて水素もしくは水素イオンがカソードに通過してくるクロスリークが生じる。このクロスリークにより、水素と酸素の反応が起こり、カソードの酸素が反応により消費されて、酸素濃度が低下する。アイドルストップ時間が長くなればなるほど、カソードの酸素濃度が低くなると推測できる。   However, even during idle stop, a cross leak occurs in which hydrogen or hydrogen ions pass from the anode through the electrolyte membrane to the cathode inside the fuel cell 1. This cross leak causes a reaction between hydrogen and oxygen, and oxygen in the cathode is consumed by the reaction, so that the oxygen concentration decreases. It can be assumed that the longer the idle stop time, the lower the oxygen concentration at the cathode.

また、ある負荷状態(低負荷状態)からより多くの発電を行う高負荷状態に切り替わる際、例えばステップ状にアクセルを踏まれ燃料電池自動車を加速させたい場合もカソードの酸素濃度が低下すると推測される運転状態の一つである。この場合は発電電力の目標値と目標空気圧力、目標空気流量もステップ状に大きくなるため、フィードバック制御系の演算により空気調圧弁12を閉じる方向に空気調圧弁操作量が印加される。このような場合空気調圧弁12が閉じる方向となるため、定常状態に比べて過渡状態では排空気の排出が阻害されやすい。このとき発電電流によりカソードの酸素が消費されているために燃料電池内部に一時的に酸素濃度が低い状況になると推測できる。   In addition, when switching from a certain load state (low load state) to a high load state where more power is generated, it is estimated that the oxygen concentration at the cathode will also decrease, for example, when the accelerator is stepped on to accelerate the fuel cell vehicle. This is one of the operating states. In this case, the target value of the generated power, the target air pressure, and the target air flow rate also increase stepwise, so that the air pressure control valve operation amount is applied in the direction of closing the air pressure control valve 12 by the calculation of the feedback control system. In such a case, since the air pressure regulating valve 12 is in the closing direction, discharge of exhaust air is more likely to be hindered in a transient state than in a steady state. At this time, it can be presumed that the oxygen concentration in the fuel cell is temporarily low because the cathode oxygen is consumed by the generated current.

本発明は、このような場合に、負荷要求と、目標空気圧力及び目標空気流量と、の関係を修正し、修正目標空気圧力及び修正目標空気流量を生成することで、修正目標空気圧力及び修正目標空気流量となるように、空気圧力及び空気流量を制御するフィードバック制御系の演算により生成される空気調圧弁操作量により空気調圧弁開度が希望操作関連量に近づくように制御することができる。   In such a case, the present invention corrects the relationship between the load demand, the target air pressure and the target air flow rate, and generates the corrected target air pressure and the corrected target air flow rate, thereby generating the corrected target air pressure and the corrected target air flow rate. The air pressure control valve opening can be controlled to approach the desired operation related amount by the air pressure control valve operation amount generated by the calculation of the feedback control system that controls the air pressure and the air flow rate so that the target air flow rate is achieved. .

他にも燃料電池1の内部で氷が生成されていると推測されるような場合、例えば外気温が0度以下のところに燃料電池自動車を放置した後の起動時の場合に、同様に空気調圧弁12を氷の排出が促進されるような開度になるように希望操作関連量を生成すればよい。   In addition, when it is estimated that ice is generated inside the fuel cell 1, for example, at the time of start-up after leaving the fuel cell vehicle at an outside temperature of 0 ° C. or less, the air is similarly applied. What is necessary is just to produce | generate desired operation related quantity so that the pressure regulation valve 12 may become the opening degree by which discharge | emission of ice is promoted.

他にも燃料電池の発電効率が低下するような水あるいは水蒸気が多いと推定される場合には、水あるいは水蒸気の排出が促進されるような開度になるように希望操作関連量を生成すればよい。具体的には、空気調圧弁12を開く方向の開度にするか、あるいは断続的に空気調圧弁12を閉じたり開いたりして、燃料電池1から水や氷の排出を促進すればよい。このときの開度や周期は実験により安定して発電が行えるように決めればよい。また、逆に水あるいは水蒸気が少ないと推測される場合には、水あるいは水蒸気の排出が阻害されるような開度になるように希望操作関連量を生成すればよい。具体的には、希望操作関連量を空気調圧弁12を閉じる方向の開度にすればよい。特に排出する必要がない場合には、希望操作量を空気調圧弁の物理的な限界値である全閉とすることで、空気圧力を最も短時間で上昇させることができる。   In addition, if it is estimated that there is a lot of water or water vapor that will reduce the power generation efficiency of the fuel cell, the desired operation-related amount should be generated so that the opening degree will facilitate the discharge of water or water vapor. That's fine. Specifically, the air pressure adjustment valve 12 may be opened in the opening direction, or the air pressure adjustment valve 12 may be intermittently closed or opened to promote the discharge of water or ice from the fuel cell 1. The opening degree and period at this time may be determined so that power can be generated stably by experiment. On the other hand, when it is estimated that water or water vapor is low, the desired operation-related amount may be generated so that the opening degree is such that discharge of water or water vapor is inhibited. Specifically, the desired operation-related amount may be set to an opening degree in the direction in which the air pressure regulating valve 12 is closed. When it is not particularly necessary to discharge the air, it is possible to raise the air pressure in the shortest time by setting the desired operation amount to the fully closed state which is a physical limit value of the air pressure regulating valve.

次いで、S003では、S002で生成されたシステム要求目標圧力とシステム要求目標流量を希望操作関連量に基づいて、修正目標圧力と修正目標流量を生成する。修正目標圧力および修正目標流量の生成方法の詳細は後述するが、修正目標圧力をシステム要求目標圧力に近づけ、かつ修正目標流量をシステム要求目標流量に近づけながら、空気調圧弁開度が希望操作関連量に近づけることができる場合に、空気調圧弁開度が希望操作関連量に近づくような修正目標流量および修正目標圧力を生成し、空気調圧弁開度が希望操作関連量に近づけられないと判断した場合には、修正目標圧力がシステム要求目標圧力に修正目標流量がシステム要求目標流量に近づくような修正目標圧力と修正目標流量を生成する。   Next, in S003, a corrected target pressure and a corrected target flow rate are generated based on the system operation target pressure and the system request target flow rate generated in S002 based on the desired operation related amounts. The details of how to generate the corrected target pressure and the corrected target flow rate will be described later. While the corrected target pressure is close to the system required target pressure and the corrected target flow rate is close to the system required target flow rate, the air pressure adjustment valve opening is related to the desired operation. If the air pressure adjustment valve opening is close to the desired operation-related amount, a corrected target flow rate and a corrected target pressure are generated so that the air pressure adjustment valve opening cannot approach the desired operation-related amount. In this case, a corrected target pressure and a corrected target flow rate are generated such that the corrected target pressure approaches the system required target pressure and the corrected target flow rate approaches the system required target flow rate.

S004では、圧力センサ6b、流量センサ6cによりそれぞれ検出した空気圧力値と空気流量値と、S003で演算した修正目標圧力値と修正目標流量値とを用いて、コンプレッサ10aの操作量と空気調圧弁12の操作量を演算する。   In S004, the operation amount and the air pressure regulating valve of the compressor 10a are calculated using the air pressure value and the air flow value detected by the pressure sensor 6b and the flow sensor 6c, respectively, and the corrected target pressure value and the corrected target flow value calculated in S003. Twelve manipulated variables are calculated.

図13は、図5のS004における操作量生成の詳細を示すフローチャートである。図13において、S401で空気圧力値と修正目標圧力値との偏差である圧力偏差を演算する。S402において、空気流量値と修正目標流量値との偏差である流量偏差を演算する。S401とS402とは何れを先に演算してもよい。S403では、圧力偏差及び流量偏差に基づいて、コンプレッサ10aの操作量及び空気調圧弁12の操作量を演算する。   FIG. 13 is a flowchart showing details of the operation amount generation in S004 of FIG. In FIG. 13, a pressure deviation which is a deviation between the air pressure value and the corrected target pressure value is calculated in S401. In S402, a flow rate deviation that is a deviation between the air flow rate value and the corrected target flow rate value is calculated. Either S401 or S402 may be calculated first. In S403, the operation amount of the compressor 10a and the operation amount of the air pressure regulating valve 12 are calculated based on the pressure deviation and the flow rate deviation.

例えば、空気調圧弁12の操作量は、空気調圧弁12を駆動するモータおよびマイコンに伝達する目標値とすればよい。空気調圧弁12を最終的に駆動するマイコンは、空気調圧弁12の開度を測定する開度センサ(例えばポテンショメータ)の検出値と、本発明の燃料電池システム制御部から伝達された目標値とをPID制御理論のような公知の制御手法を用いて実現すればよい。   For example, the operation amount of the air pressure regulating valve 12 may be a target value that is transmitted to a motor that drives the air pressure regulating valve 12 and a microcomputer. The microcomputer that finally drives the air pressure regulating valve 12 includes a detection value of an opening degree sensor (for example, a potentiometer) that measures the opening degree of the air pressure regulating valve 12, and a target value transmitted from the fuel cell system control unit of the present invention. May be realized using a known control method such as PID control theory.

コンプレッサ10aの操作量として、例えばコンプレッサ指令回転数を用いる場合には、コンプレッサ10aの回転数を制御しているインバータ10bへ指令回転数が伝達される。インバータ10bでは伝達されたコンプレッサ指令回転数を目標値として、コンプレッサ10aの回転数がコンプレッサ指令回転数となるようにコンプレッサ10aを駆動するモータへトルクを印加する。このとき、トルクの演算方法は、例えばPID制御理論やベクトル制御のような公知の制御手法を用いて容易に実現できる。もちろんコンプレッサ指令回転数のかわりにコンプレッサ10aに印加するトルクを演算してもよい。この場合もPID制御理論のような公知の制御理論を用いて容易に実現できる。   For example, when the compressor command rotational speed is used as the operation amount of the compressor 10a, the command rotational speed is transmitted to the inverter 10b that controls the rotational speed of the compressor 10a. Inverter 10b uses the transmitted compressor command rotation speed as a target value, and applies torque to the motor that drives compressor 10a so that the rotation speed of compressor 10a becomes the compressor command rotation speed. At this time, the torque calculation method can be easily realized by using a known control method such as PID control theory or vector control. Of course, torque applied to the compressor 10a may be calculated instead of the compressor command rotational speed. This case can also be easily realized by using a known control theory such as PID control theory.

このとき圧力センサ6b、流量センサ6cの検出信号を特にフィードバックする必要がなければ、公知の手法であるフィードフォワード制御も使うことができる。本発明では目標値から操作量を演算する手法は公知の制御手法で構わない。以下ではフィードバック制御を適用した場合について説明する。   At this time, if it is not necessary to particularly feed back the detection signals of the pressure sensor 6b and the flow rate sensor 6c, feed-forward control which is a known method can be used. In the present invention, a known control method may be used as a method for calculating the operation amount from the target value. Hereinafter, a case where feedback control is applied will be described.

以下、図10、図11を用いて、図4のS003における修正目標圧力および修正目標流量を生成する手続きを更に詳細に説明する。   Hereinafter, the procedure for generating the corrected target pressure and the corrected target flow rate in S003 of FIG. 4 will be described in more detail with reference to FIGS.

図10のS301では、制限値を生成する。制限値の生成手順の詳細を図11に示す。図11のS3011では、システム要求目標流量に基づいて必要操作関連量を生成する。この演算にはフィードバック制御系に伝達される目標流量から空気調圧弁への操作量である目標開度までの伝達関数もしくは空気調圧弁12のコントローラが空気調圧弁モータに印加する操作量までの伝達関数G1を用いて行う。空気調圧弁12へ指令する目標開度から実際の開度までの応答性が、空気圧力、空気流量の応答性と比べて十分速い場合は、目標開度までの伝達関数を使えばよい。より正確あるいは、前述した応答性が同等の場合は空気調圧弁モータに印加する操作量までの伝達関数を使えばよい。応答性が十分速いかどうかは、目標開度に対する実際の開度のステップ応答と、目標圧力に対する実際の圧力のステップ応答時間を比較し、目標値までに到達する時間を比較し、空気調圧弁の応答時間が圧力の応答時間に比べて1/3以下であれば、十分に速い応答といえる。以下では空気調圧弁への操作量である目標開度までの伝達関数を用いた場合について説明する。   In S301 of FIG. 10, a limit value is generated. Details of the limit value generation procedure are shown in FIG. In S3011, the necessary operation related amount is generated based on the system required target flow rate. For this calculation, a transfer function from a target flow rate transmitted to the feedback control system to a target opening that is an operation amount to the air pressure control valve or a control function applied to the air pressure control valve motor by the controller of the air pressure control valve 12 is transmitted. This is performed using the function G1. If the response from the target opening commanded to the air pressure adjustment valve 12 to the actual opening is sufficiently faster than the response of the air pressure and air flow rate, a transfer function up to the target opening may be used. More accurately or when the above-described response is equivalent, a transfer function up to the operation amount applied to the air pressure regulating valve motor may be used. Whether the responsiveness is sufficiently fast is determined by comparing the step response time of the actual opening with respect to the target opening and the step response time of the actual pressure with respect to the target pressure, and comparing the time to reach the target value. If the response time is less than 1/3 of the pressure response time, it can be said that the response is sufficiently fast. Below, the case where the transfer function to the target opening degree which is the operation amount to an air pressure regulation valve is used is demonstrated.

ここで希望操作関連量が空気調圧弁12の開度ではなく、空気調圧弁12の通過流量である場合は、目標流量から空気調圧弁通過流量までの伝達関数を用いて行う。以下では希望操作関連量が空気調圧弁12の開度である場合を説明する。   Here, when the desired operation related amount is not the opening of the air pressure regulating valve 12 but the passage flow rate of the air pressure regulating valve 12, the transfer function from the target flow rate to the air pressure regulating valve passage flow rate is used. Hereinafter, a case where the desired operation related amount is the opening of the air pressure regulating valve 12 will be described.

この伝達関数は、実際に図1に示す燃料電池システムを構成し、公知の伝達関数導出手法、例えばシステム同定手法を用いて、目標流量から空気調圧弁への操作量までの伝達関数G1 を求めればよい。また、伝達関数G1 は公知の技術を使って低次元化することもできる。低次元化する場合はたとえばモード打ち切り法などが使える。   This transfer function actually constitutes the fuel cell system shown in FIG. 1, and a transfer function G1 from the target flow rate to the manipulated variable to the air pressure regulating valve can be obtained using a known transfer function derivation method, for example, a system identification method. That's fine. Further, the transfer function G1 can be reduced in dimension using a known technique. In order to reduce the dimensions, for example, a mode censoring method can be used.

また、必要に応じてG1 とG1 とは異なる伝達関数Mとを組み合わせて、システム要求目標流量から制限値を演算することもできる。このMの決め方については後述する。   Further, if necessary, a limit value can be calculated from the system required target flow rate by combining G1 and a transfer function M different from G1. How to determine M will be described later.

以上で得られた伝達関数G1 を状態空間表現に書き直し、必要操作関連量を生成する。伝達関数から状態空間表現への変換は、公知の制御技術で古くから示されている手法を用いればよい。例えば、最小実現などを行い(式1)、(式2)として表現できる。   The transfer function G1 obtained as described above is rewritten in the state space expression to generate a necessary operation related quantity. For the conversion from the transfer function to the state space representation, a method that has been shown for a long time in a known control technique may be used. For example, it can be expressed as (Equation 1) and (Equation 2) by performing a minimum realization.

x(k+1) = A×x(k) + B×u(k) …(式1)
y(k) = C×x(k) + D×u(k) …(式2)
ただし、xは状態ベクトル、uはシステム要求目標流量、yは必要操作関連量、k は制御周期毎の時刻を表現するパラメータ、Aはシステム行列、Bは入力行列、Cは出力行列、Dは直達行列で伝達関数G1 から得られるマトリックスあるいはスカラである。xの初期値は特に必要がなければ全てのベクトル要素を初期値0にすればよい。
x (k + 1) = A × x (k) + B × u (k) (Formula 1)
y (k) = C × x (k) + D × u (k) (Formula 2)
Where x is a state vector, u is a system required target flow rate, y is a necessary operation-related quantity, k is a parameter expressing the time for each control cycle, A is a system matrix, B is an input matrix, C is an output matrix, and D is It is a matrix or scalar obtained from the transfer function G1 as a direct matrix. If the initial value of x is not particularly required, all vector elements may be set to the initial value 0.

(式1)、(式2)のu(k) にシステム要求目標流量を代入して計算を行い、y(k) を必要操作関連量として生成すればよい。   Calculation may be performed by substituting the system required target flow rate for u (k) in (Equation 1) and (Equation 2), and y (k) may be generated as a necessary operation-related quantity.

以下では、推定操作関連量が小さいほど修正第2目標値が大きくなりやすい場合の参考例について説明する。 Hereinafter, a reference example will be described in the case where the corrected second target value is likely to increase as the estimated operation related amount decreases.

S3012では、希望操作関連量と必要操作関連量を比較する。希望操作関連量が必要操作関連量より小さくない場合(希望操作関連量が必要操作関連量以上の場合)にはS3013に進み、希望操作関連量が必要操作関連量より小さい場合はS3014に進む。   In step S3012, the desired operation related amount is compared with the necessary operation related amount. If the desired operation-related amount is not smaller than the required operation-related amount (if the desired operation-related amount is greater than or equal to the required operation-related amount), the process proceeds to S3013. If the desired operation-related amount is smaller than the necessary operation-related amount, the process proceeds to S3014.

S3013では希望操作関連量を修正する。S3013に到達する場合は希望操作関連量が必要操作関連量以上の場合であって、この場合空気調圧弁開度が希望操作関連量になるような修正目標圧力を生成すると、修正目標圧力がシステム要求目標圧力から離れてしまう。この場合は空気調圧弁開度が希望操作関連量に近づくことを修正する手順を踏む。   In S3013, the desired operation related amount is corrected. If S3013 is reached, the desired operation-related amount is greater than or equal to the required operation-related amount. In this case, if the corrected target pressure is generated such that the air pressure adjustment valve opening becomes the desired operation-related amount, the corrected target pressure is It will be away from the required target pressure. In this case, a procedure for correcting that the air pressure regulating valve opening approaches the desired operation-related amount is taken.

S3013では制限値を境界値とする。ここで境界値は、修正目標圧力を大きくする方向となる値か変化させない値とする。たとえば、空気調圧弁を全閉にしたいときに操作量を0、全開にしたいときに操作量を1とする場合、境界値を0とすることや必要操作関連量とすることや必要操作関連量から時間とともに0に近づけていくことなどである。   In S3013, the limit value is set as a boundary value. Here, the boundary value is a value that increases the corrected target pressure or a value that does not change. For example, when the operation amount is 0 when it is desired to fully close the air pressure regulating valve, and when the operation amount is 1 when it is desired to be fully opened, the boundary value is set to 0, the required operation related amount, or the required operation related amount. For example, it may be brought closer to 0 with time.

境界値を0とする場合、修正目標圧力と修正目標流量を図2の操作量生成部33等のフィードバック制御系に印加した場合に、操作量生成部の制御結果として、空気調圧弁12が全閉になる可能性がある修正目標圧力を生成することを意味する。この場合は必要操作関連量を制限値とした場合よりも修正目標圧力がシステム要求目標圧力に短時間で近づけたい場合に使えばよい。   When the boundary value is set to 0, when the corrected target pressure and the corrected target flow rate are applied to the feedback control system such as the operation amount generation unit 33 in FIG. It means generating a corrected target pressure that can be closed. In this case, it may be used when it is desired that the corrected target pressure be brought closer to the system required target pressure in a shorter time than when the necessary operation-related amount is set as the limit value.

境界値を必要操作関連量とした場合、修正目標圧力をシステム要求目標圧力に近づけることを中断し、修正目標圧力を変化させないことでカソードの空気圧力を昇圧しないため、昇圧する場合に比べてフィードバック制御により制御された結果として空気調圧弁12が大きく開くようになる。この場合は修正目標圧力をシステム要求目標圧力に近づけることよりも空気調圧弁12を希望操作関連量に近づけることを優先させる場合につかえばよい。他にも必要操作関連量をUn とした場合に(式3)のような式を用いて、制限値を時間変化させてもよい。   When the boundary value is a required operation-related quantity, the cathode air pressure is not increased by stopping the correction target pressure from approaching the system required target pressure and not changing the correction target pressure. As a result of being controlled by the control, the air pressure regulating valve 12 is greatly opened. In this case, it may be used when priority is given to bringing the air pressure regulating valve 12 closer to the desired operation related amount than to bringing the corrected target pressure closer to the system required target pressure. In addition, when the required operation-related amount is Un, the limit value may be changed with time using an expression such as (Expression 3).

Un(1-1/(1+Ts)) …(式3)
ここでT は時定数、s はラプラス演算子である。これは必要操作関連量を1次のローパスフィルタに印加した演算結果を必要操作関連量から減じていることと等価である。時定数T は、どのくらいの速さで制限値を必要操作関連量から0にしたいかを決める値で、値が0に近いほど短い時間で0に近づく。(式3)が適用された場合、計算結果は必要操作関連量から0に徐々に近づく。このため、(式3)を用いて生成した修正目標圧力と修正目標流量をフィードバック制御系に伝達した場合、過渡状態で前半では希望操作関連量に近づくような空気調圧弁の操作量が演算されて、時間が経つにつれて空気調圧弁が全閉に近づくような空気調圧弁の操作量が演算される、修正目標圧力が生成される。この場合、修正目標圧力の時間的変化は時間が経つにつれて大きく変化するようになる。
Un (1-1 / (1 + Ts)) (Formula 3)
Where T is the time constant and s is the Laplace operator. This is equivalent to subtracting the calculation result obtained by applying the necessary operation-related quantity to the primary low-pass filter from the necessary operation-related quantity. The time constant T is a value that determines how fast the limit value is to be set to 0 from the necessary operation-related amount, and approaches 0 in a shorter time as the value is closer to 0. When (Formula 3) is applied, the calculation result gradually approaches 0 from the necessary operation-related amount. For this reason, when the corrected target pressure and the corrected target flow rate generated using (Equation 3) are transmitted to the feedback control system, the operation amount of the air pressure regulating valve that approaches the desired operation related amount is calculated in the first half in the transient state. Thus, a corrected target pressure is generated in which the operation amount of the air pressure regulating valve is calculated such that the air pressure regulating valve approaches full closing over time. In this case, the temporal change of the corrected target pressure changes greatly with time.

さらに、最も短い時間で修正目標圧力をシステム目標圧力に近づけたい場合は、境界値をマイナスの可能な限り小さい値にすればよい。これはコントローラ30を構成するマイコンの演算上取り扱える最も小さい値とすればよい。たとえばマイコンが16ビットであれば、−65535(−(216−1))などである。   Furthermore, when it is desired to bring the corrected target pressure close to the system target pressure in the shortest time, the boundary value may be set to a negative value as small as possible. This may be the smallest value that can be handled in the calculation of the microcomputer constituting the controller 30. For example, if the microcomputer is 16 bits, it is -65535 (-(2 <16> -1)).

このほか、修正目標圧力をシステム要求目標圧力から乖離させてでも、空気調圧弁開度を希望操作関連量としたい場合は制限値を希望操作関連量とすることや、上記の様々な値を組み合わせることもできる。上述の設定を行うことで修正目標圧力を変化させないか大きくする方向の制限値が生成できる。   In addition, even if the corrected target pressure deviates from the system required target pressure, if you want the air pressure adjustment valve opening to be the desired operation-related amount, set the limit value as the desired operation-related amount, or combine the above various values You can also. By performing the above setting, it is possible to generate a limit value in a direction in which the correction target pressure is not changed or increased.

S3014では制限値に〔希望操作関連量−必要操作関連量〕を代入する。以上のS3011からS3014でS301の制限値を生成する。   In S3014, [desired operation related amount-necessary operation related amount] is substituted for the limit value. In S3011 to S3014, the limit value of S301 is generated.

S302ではシステム要求目標圧力と修正目標圧力との偏差を(式4)のように計算する。   In S302, the deviation between the system required target pressure and the corrected target pressure is calculated as in (Equation 4).

e = Rp0 − Rp2 …(式4)
ここで、Rp0はシステム要求目標圧力、Rp2は修正目標圧力、eは偏差である。
e = Rp0−Rp2 (Formula 4)
Here, Rp0 is the system required target pressure, Rp2 is the corrected target pressure, and e is the deviation.

S303ではS302で演算した偏差eに基づいて、この偏差eを0にするような仮想操作量を生成する。これはPID制御理論のような公知の制御手法を用いればよい。本手順によって偏差の絶対値の大きさが小さくなるように仮想操作量が生成されるので、偏差の絶対値を小さくすることができて、修正目標圧力をシステム要求目標圧力に近づけることができる。もし、システム要求目標圧力に一致させたい場合は積分演算を行えばよい。これはPID制御理論によるものであるので詳細は割愛する。また、最適制御理論などを使う場合はS307で詳述する仮想制御対象の状態量を用いてもよい。   In step S303, based on the deviation e calculated in step S302, a virtual operation amount that makes the deviation e zero is generated. For this purpose, a known control method such as PID control theory may be used. Since the virtual operation amount is generated so that the absolute value of the deviation is reduced by this procedure, the absolute value of the deviation can be reduced, and the corrected target pressure can be brought close to the system required target pressure. If it is desired to match the system required target pressure, an integral operation may be performed. Since this is based on the PID control theory, details are omitted. Further, when using the optimal control theory or the like, the state quantity of the virtual control target described in detail in S307 may be used.

S304ではシステム要求目標流量Rf0から修正目標流量Rf1を生成する。この手順は必要がなければ省略することができる。例えば生成方法として(式5)に示すような伝達関数Mf を用いて演算すればよい。   In S304, a corrected target flow rate Rf1 is generated from the system required target flow rate Rf0. This procedure can be omitted if not necessary. For example, the generation may be performed using a transfer function Mf as shown in (Equation 5).

Rf1 = Mf × Rf0 …(式5)
ただしMf は上述したような一次のローパスフィルタであり、その時定数T は実験、シミュレーション等により決めればよい。T が0に近いほど、コンプレッサ回転数が大きくなる時間が短くなるので、回転数の音が大きさを評価しながら、設定すればよい。音が気になる場合はT を大きくすればよい。音が気にならない場合はT を0に近づけコンプレッサ回転数を大きくする時間を短くすればよい。
Rf1 = Mf * Rf0 (Formula 5)
However, Mf is a first-order low-pass filter as described above, and its time constant T may be determined by experiment, simulation, or the like. The closer T is to 0, the shorter the time during which the compressor speed increases, so the sound of the speed may be set while evaluating the loudness. If you are worried about the sound, increase T. If you are not concerned about the sound, you can reduce the time to increase the compressor speed by bringing T closer to 0.

本手順を省略する場合はシステム要求目標流量を修正目標流量に代入すればよい。S301の処理と、S302及びS303の直列処理と、S304の処理とは順不同で演算実行できるとはいうまでもない。   When this procedure is omitted, the system required target flow rate may be substituted for the corrected target flow rate. It goes without saying that the processing of S301, the serial processing of S302 and S303, and the processing of S304 can be performed in any order.

S305では、S301で生成した制限値とS303で生成した仮想操作量の大きさを比較する。仮想操作量が制限値以下の場合はS306に進み、制限値より仮想操作量が大きい場合はS307に進む。   In S305, the limit value generated in S301 is compared with the size of the virtual operation amount generated in S303. When the virtual operation amount is equal to or less than the limit value, the process proceeds to S306, and when the virtual operation amount is larger than the limit value, the process proceeds to S307.

S306は、S305で仮想操作量が制限値以下と判断された場合であって、この場合は、制限値を仮想操作量に代入することにより、仮想操作量を制限値に制限する。本手順により、修正目標流量と修正目標圧力とを図2のフィードバック制御を行う操作量生成部33へ印加した場合に操作量が制限値に近づくような修正目標圧力が生成される。   S306 is a case where it is determined in S305 that the virtual operation amount is equal to or less than the limit value. In this case, the virtual operation amount is limited to the limit value by substituting the limit value into the virtual operation amount. With this procedure, a corrected target pressure is generated so that the operation amount approaches the limit value when the corrected target flow rate and the corrected target pressure are applied to the operation amount generation unit 33 that performs the feedback control of FIG.

また、制限値はS3011からS3014で修正目標圧力が変化しないか大きくなるように生成されているため、本手順で生成される仮想操作量をS307で修正目標圧力生成で使用しても修正目標圧力は変化しないか大きくなる方向の変化をする。ここで大きくなる方向というのは、制限値を印加し続けた場合に一時的に修正目標圧力が小さくなる可能性があるが、修正目標圧力は極小値をとり、その後時間とともに修正目標圧力が大きくなることを意味する。この概念を図12に示す。図12は、制限値印加継続時間に対する修正目標圧力値を示す図である。図12で破線Aのように制限値を印加して単調増加を行う場合もあるし、実線Bのように極小値をとるものもある。   Since the limit value is generated so that the corrected target pressure does not change or increases from S3011 to S3014, the corrected target pressure is generated even if the virtual operation amount generated in this procedure is used for generating the corrected target pressure in S307. Does not change or changes in an increasing direction. The direction of increasing here is that the correction target pressure may temporarily decrease when the limit value is continuously applied, but the correction target pressure takes a minimum value, and then the correction target pressure increases with time. It means to become. This concept is illustrated in FIG. FIG. 12 is a diagram showing the corrected target pressure value with respect to the limit value application duration time. In FIG. 12, there is a case where a limit value is applied as indicated by a broken line A to monotonously increase, and a minimum value is indicated as a solid line B.

また、S306では、S303で生成される仮想操作量演算の積分演算を停止してもよい。これは積分演算を停止することで仮想操作量が制限値となったことに起因する修正目標圧力の振動を低減できる。積分を停止する以外にも様々なアンチワインドアップ手法が提案されており、各種アンチワインドアップ手法を本発明で適用可能であることはいうまでもない。例えば制御器の左既約分解表現に基づくアンチワインドアップ制御系などがある。この場合は仮想操作量もフィードバック信号として用いることにより実現できる。この場合のS306の処理に相当するブロック線図を図14に示す。   In S306, the integration calculation of the virtual operation amount calculation generated in S303 may be stopped. This can reduce the vibration of the corrected target pressure due to the virtual operation amount becoming the limit value by stopping the integral calculation. In addition to stopping the integration, various antiwindup techniques have been proposed, and it goes without saying that various antiwindup techniques can be applied in the present invention. For example, there is an anti-windup control system based on the left irreducible decomposition expression of the controller. In this case, the virtual operation amount can also be realized by using it as a feedback signal. A block diagram corresponding to the processing of S306 in this case is shown in FIG.

S307では修正目標圧力を生成する。仮想操作量U2 を(式6)に示す伝達関数を実現した(式7)(式8)のU2 として計算しRp2(k) を修正目標圧力とすればよい。   In S307, a corrected target pressure is generated. The virtual manipulated variable U2 may be calculated as U2 in (Equation 7) and (Equation 8) realizing the transfer function shown in (Equation 6), and Rp2 (k) may be used as the corrected target pressure.

Rp2 = G2 × U2 …(式6)
x(k+1) = A×x(k) + B×U2(k) …(式7)
Rp2(k) = C×x(k) + D×U2(k) …(式8)
ただし、A、B、C、Dは、G2 から得られるマトリックスもしくはスカラ、k は制御周期毎の時刻を表現するパラメータ、x(k+1) は状態ベクトルで初期値は特に必要がなければ全ての要素の値を0にすればよい。
Rp2 = G2 x U2 (Formula 6)
x (k + 1) = A * x (k) + B * U2 (k) (Expression 7)
Rp2 (k) = C × x (k) + D × U2 (k) (Equation 8)
Where A, B, C, and D are matrices or scalars obtained from G2, k is a parameter that represents the time in each control cycle, x (k + 1) is a state vector, and all initial values are not required. The value of the element may be set to 0.

またG2 は伝達関数であり、空気調圧弁12への操作量から修正目標圧力までの伝達関数もしくは空気調圧弁12への操作量から修正目標圧力までの伝達関数を近似した伝達関数とすればよい。このとき、必要があれば他の伝達関数Mp を付加した伝達関数をG2 としてもよい。   G2 is a transfer function, which may be a transfer function approximating the transfer function from the manipulated variable to the air pressure regulating valve 12 to the corrected target pressure or the transfer function from the manipulated variable to the air pressure regulating valve 12 to the corrected target pressure. . At this time, if necessary, a transfer function to which another transfer function Mp is added may be G2.

Mp は例えば空気調圧弁12への操作量から修正目標圧力までの伝達関数がインプロパとなっている場合にプロパにするために付加すればよい。   For example, Mp may be added in order to make it proper when the transfer function from the manipulated variable to the air pressure regulating valve 12 to the corrected target pressure is improper.

Mp を付加した場合は(式1)、(式2)の伝達関数G1 に付加するMにMp^-1を付加してもよい。また(式5)のMf を用いる場合はG1 に付加するMにMf も付加してもよい。   When Mp is added, Mp ^ -1 may be added to M added to the transfer function G1 in (Expression 1) and (Expression 2). When Mf in (Equation 5) is used, Mf may be added to M added to G1.

また、希望操作関連量を空気調圧弁通過流量とする場合は、G2 を空気調圧弁通過流量から修正目標圧力までの伝達関数とすればよい。   When the desired operation related amount is the air pressure regulating valve passage flow rate, G2 may be a transfer function from the air pressure regulating valve passage flow rate to the corrected target pressure.

以上の手続きを繰り替えし行うことで燃料電池システムを稼動させる。
参考例はカソード側の目標値生成方法について説明したが、アノード側にも同様のことがいえる。
The fuel cell system is operated by repeating the above procedure.
In this reference example, the target value generation method on the cathode side has been described, but the same can be said for the anode side.

また、上記参考例の制御フローチャートによる修正目標流量及び修正目標圧力の生成に対応する目標値生成器(目標値生成部32)のブロック線図を図15に記載する。 Further, FIG. 15 shows a block diagram of a target value generator (target value generation unit 32) corresponding to generation of the corrected target flow rate and the corrected target pressure according to the control flowchart of the reference example.

図15において、目標値生成器は、システム要求目標流量Rf0、システム要求目標圧力Rp0、及び希望空気調圧弁開度を入力し、修正目標流量Rf1、修正目標圧力Rp2を出力するものである。また図15の目標値生成器は、伝達関数G1 による関数発生器61,伝達関数Mf による関数発生器62,第1制限値発生器63,減算器64,減算器65,伝達関数Kによる関数発生器66,制限操作量(空気調圧弁の制限開度)U2 を演算する制限器(リミッタ)67、伝達関数G2 による関数発生器68とを備えている。   In FIG. 15, the target value generator inputs a system required target flow rate Rf0, a system required target pressure Rp0, and a desired air pressure regulating valve opening, and outputs a corrected target flow rate Rf1 and a corrected target pressure Rp2. 15 includes a function generator 61 based on the transfer function G1, a function generator 62 based on the transfer function Mf, a first limit value generator 63, a subtractor 64, a subtractor 65, and a function generation based on the transfer function K. 66, a limiter 67 for calculating a limit operation amount (limit opening of the air pressure regulating valve) U2, and a function generator 68 using a transfer function G2.

図15において、関数発生器61は、システム要求目標流量Rf0から、空気調圧弁12の必要操作量である必要開度U1 を演算する。関数発生器62は、システム要求目標流量Rf0から、修正目標流量Rf1を演算する。第1制限値発生器63は、関数発生器61が演算した空気調圧弁12の必要開度U1 と、希望空気調圧弁開度と、から第1制限値Umin0を演算するものである。   In FIG. 15, the function generator 61 calculates a required opening degree U1 that is a required operation amount of the air pressure regulating valve 12 from the system required target flow rate Rf0. The function generator 62 calculates a corrected target flow rate Rf1 from the system required target flow rate Rf0. The first limit value generator 63 calculates the first limit value Umin0 from the required opening U1 of the air pressure regulating valve 12 calculated by the function generator 61 and the desired air pressure regulating valve opening.

この第1制限値発生器63の演算内容は、例えば以下のプログラムにより演算されるものとする。
[数1]
if希望空気調圧弁開度<必要開度
Umin0=希望空気調圧弁開度
else if 必要開度<希望空気調圧弁開度
Umin0=必要開度
end
The calculation content of the first limit value generator 63 is calculated by the following program, for example.
[Equation 1]
if desired air pressure adjustment valve opening <required opening Umin0 = desired air pressure adjustment valve opening
else if Required opening <Desired air pressure adjustment valve opening Umin0 = Required opening
end

減算器64は、第1制限値Umin0から必要開度U1 を減じて制限値〔Umin0−U1 〕を演算するものである。減算器65は、システム要求目標圧力Rp0から修正目標圧力Rp2を減じて偏差ep を演算するものである。関数発生器66は、偏差ep から空気調圧弁の仮想操作量である仮想開度U0 を演算するものである。制限器67は、仮想開度U0 を制限値〔Umin0−U1 〕に制限した制限開度(制限操作量)U2 を演算するものである。関数発生器68は、制限開度U2 から修正目標圧力Rp0を演算するものである。   The subtractor 64 calculates a limit value [Umin0−U1] by subtracting the required opening degree U1 from the first limit value Umin0. The subtractor 65 calculates the deviation ep by subtracting the corrected target pressure Rp2 from the system required target pressure Rp0. The function generator 66 calculates a virtual opening degree U0 which is a virtual operation amount of the air pressure regulating valve from the deviation ep. The limiter 67 calculates a limit opening (limit operation amount) U2 in which the virtual opening U0 is limited to a limit value [Umin0−U1]. The function generator 68 calculates the corrected target pressure Rp0 from the limit opening degree U2.

図15の目標値生成器では、関数発生器68の出力である修正目標圧力を減算器65へフィードバックして、システム要求目標圧力値と修正目標圧力値との偏差から仮想操作量の演算を行うことにより、修正目標圧力値がシステム要求目標圧力値に近づくように仮想操作量が演算されるようになる。また、仮想操作量を制限値で制限することで、この制限がなされた場合には、後段の操作量生成部による第2操作量もしくは第2操作関連量が制限値に近づくようになる。   In the target value generator of FIG. 15, the corrected target pressure, which is the output of the function generator 68, is fed back to the subtractor 65, and the virtual manipulated variable is calculated from the deviation between the system required target pressure value and the corrected target pressure value. Thus, the virtual operation amount is calculated so that the corrected target pressure value approaches the system required target pressure value. Further, by limiting the virtual operation amount with the limit value, when this limitation is made, the second operation amount or the second operation-related amount by the operation amount generation unit at the subsequent stage comes close to the limit value.

図3と図15との対応は、以下の通りである。第1目標値はシステム要求目標流量Rf0、第2目標値はシステム要求目標圧力Rp0、希望操作関連量は希望空気調圧弁開度、修正第1目標値は修正目標流量Rf1、修正第2目標値は修正目標圧力Rp2である。また、第1目標修正部41は関数発生器62、必要操作関連量生成部46は関数発生器61、第1制限値生成部47は第1制限値発生器63、第1比較演算部48は減算器64、推定操作関連量生成部43は減算器65及び関数発生器66、推定操作関連量制限部44は制限器67、修正第2目標生成部45は関数発生器68である。   The correspondence between FIG. 3 and FIG. 15 is as follows. The first target value is the system required target flow rate Rf0, the second target value is the system required target pressure Rp0, the desired operation related amount is the desired air pressure adjustment valve opening, the corrected first target value is the corrected target flow rate Rf1, and the corrected second target value. Is the corrected target pressure Rp2. The first target correction unit 41 is a function generator 62, the necessary operation related amount generation unit 46 is a function generator 61, the first limit value generation unit 47 is a first limit value generator 63, and the first comparison calculation unit 48 is The subtractor 64, the estimated operation related quantity generating unit 43 is a subtractor 65 and a function generator 66, the estimated operation related quantity limiting unit 44 is a limiter 67, and the modified second target generating unit 45 is a function generator 68.

また、図15のブロック線図を等価変換した構成は、本参考例に含まれることはいうまでもなく、例えば図16や図17がある。図16は、図15の減算器64に代えて、制限器67と関数発生器68との間に減算器72を配置した例である。図17は、図15の減算器64に代えて、希望空気調圧弁開度から必要開度を減算する減算器74を設けた例である。 Further, it goes without saying that the configuration obtained by equivalently converting the block diagram of FIG. 15 is included in the present reference example , for example, FIG. 16 and FIG. FIG. 16 shows an example in which a subtracter 72 is arranged between the limiter 67 and the function generator 68 in place of the subtracter 64 of FIG. FIG. 17 shows an example in which a subtracter 74 for subtracting the required opening from the desired air pressure regulating valve opening is provided in place of the subtracter 64 of FIG.

次に、本参考と比較例とを示すタイムチャートを図18,図19に示す。図18及び図19は、時刻t0でシステム要求目標値が急激に立ち上がった場合を示し、(a)は流量、(b)は圧力、(c)は空気調圧弁開度(操作量)、(d)は操作関連量をそれぞれ示す。 Next, a time chart showing the present embodiment and the specific Comparative Examples are shown in FIGS. 18 and 19 show a case where the system required target value suddenly rises at time t0, (a) is the flow rate, (b) is the pressure, (c) is the air pressure adjustment valve opening (operation amount), ( d) indicates the operation-related quantities.

また図18及び図19の(a)及び(b)における太実線は、参考例及び比較例におけるシステム要求目標値(目標流量または目標圧力)である。太破線は参考例における修正目標値(修正目標流量または修正目標圧力)である。この修正目標値をフィードバック制御系に印加した結果の参考例における状態量検出値(流量検出値または圧力検出値)が太一点鎖線である。細実線は、比較例の状態量検出値(流量検出値または圧力検出値)である。 In FIGS. 18 and 19, thick solid lines in (a) and (b) are system required target values (target flow rate or target pressure) in the reference example and the comparative example. A thick broken line is a correction target value (correction target flow rate or correction target pressure) in the reference example. The state quantity detection value (flow rate detection value or pressure detection value) in the reference example as a result of applying the corrected target value to the feedback control system is indicated by a thick dashed line. Thin solid line is the state quantity detection value of the ratio Comparative Examples (detected flow rate value or the pressure detected value).

また図18及び図19の(c)における太一点鎖線は、参考例における空気調圧弁開度の操作量であり、太二点鎖線は参考例の希望操作関連量であり、細実線は比較例操作量である。 18 and FIG. 19 (c), the thick one-dot chain line is the operation amount of the air pressure regulating valve opening in the reference example, the thick two-dot chain line is the desired operation-related amount in the reference example, and the thin solid line is the comparative example. The amount of operation.

図18(c)の空気調圧弁開度において、時刻t0から時刻t1までの間で参考例の操作量が希望空気調圧弁開度になっているのが確認できる。それ以外の点ではシステム要求目標圧力の近傍にとどまるような操作量となっているのがわかる。 In the air pressure regulating valve opening in FIG. 18C, it can be confirmed that the operation amount of the reference example is the desired air pressure regulating valve opening from time t0 to time t1. In other respects, it can be seen that the amount of operation remains in the vicinity of the system required target pressure.

また、図18(d)が参考例の目標値生成内部での演算結果である。細一点鎖線が必要操作関連量、細二点鎖線が制限操作関連量、細破線が制限値である。時刻t0から時刻t1までの間では推定操作関連量が制限値となる制限状態となっていて、操作量が希望操作関連量に近づいていることが確認できる。時刻t0から時刻t1までの間以外の領域では修正目標圧力とシステム要求目標圧力に近づけるような推定操作関連量が生成されている。 FIG. 18D shows a calculation result inside the target value generation of the reference example . The fine one-dot chain line is the necessary operation-related amount, the fine two-dot chain line is the restriction operation-related amount, and the thin broken line is the restriction value. From time t0 to time t1, the estimated operation-related amount is in a limit state where the limit value is set, and it can be confirmed that the operation amount is approaching the desired operation-related amount. In an area other than the period from time t0 to time t1, an estimated operation-related amount that approximates the corrected target pressure and the system required target pressure is generated.

図19は、参考例における外乱が印加され圧力が低下した場合を示し、図19(c)の空気調圧弁開度(操作量)は、この外乱を打ち消すように一時的に開度が低下され、図19(b)の圧力は、操作量を希望操作関連量に近づけるよりも外乱により低下した圧力を上げることを優先することが実現されている。 FIG. 19 shows a case in which the disturbance in the reference example is applied and the pressure is lowered, and the air pressure control valve opening (operation amount) in FIG. 19C is temporarily reduced so as to cancel this disturbance. In the pressure of FIG. 19B, it is realized that priority is given to increasing the pressure reduced by disturbance rather than bringing the operation amount close to the desired operation-related amount.

以上説明した本参考例によれば、燃料電池負荷が急増するような場合、例えば燃料電池へ供給する反応物質の第1状態量と第2状態量の2つの状態量を小さい値から大きい値に変化させる場合に、状態量制御系に外乱が印加されたり、システムの特性変動等が生じた場合には、反応物質の状態量を目標値に制御することを優先して、状態量が目標値から逸脱して燃料電池の劣化を防止することができるとともに、外乱や特性変動がない場合には、負荷要求に応じた反応物質の状態量の目標値を実現しながら可能な限り希望操作関連量を実現するように制御して、燃料電池出力の過渡応答性能を向上させることができるという効果がある。 According to the reference example described above, when the fuel cell load increases rapidly, for example, the two state quantities of the reactant supplied to the fuel cell are changed from a small value to a large value. If a disturbance is applied to the state quantity control system or system characteristics change, etc., the state quantity is set to the target value with priority given to controlling the state quantity of the reactants to the target value. When there is no disturbance or characteristic fluctuation, the desired operation-related amount can be achieved as long as possible while achieving the target value of the state quantity of the reactant according to the load demand. As a result, the transient response performance of the fuel cell output can be improved.

また本参考例によれば、第1状態量を反応物質の流量とし、第2状態量を反応物質の圧力としたので、反応物質の流量及び圧力に対して、例えば燃料電池へ供給する反応物質の流量と圧力の2つの状態量を小さい値から大きい値に変化させる場合に、圧力制御系や流量制御系に外乱が印加されたり、システムの特性変動等が生じた場合には、反応物質の圧力を目標値に制御することを優先して、反応物質の圧力が目標値から逸脱してアノードとカソードとの差圧の増大による燃料電池の劣化を防止することができるとともに、外乱や特性変動がない場合には、負荷要求に応じた反応物質の流量及び圧力の目標値を実現しながら可能な限り希望操作関連量を実現するように制御して、燃料電池出力の過渡応答性能を向上させることができるという効果がある。 Further, according to this reference example, the first state quantity is the flow rate of the reactant and the second state quantity is the pressure of the reactant. When changing the two state quantities of flow rate and pressure from a small value to a large value, if a disturbance is applied to the pressure control system or flow control system or if system characteristics change, etc., Prioritizing controlling the pressure to the target value, the reactant pressure can deviate from the target value and prevent the fuel cell from deteriorating due to an increase in the pressure difference between the anode and the cathode. If there is not, control to achieve the desired operation-related amount as much as possible while achieving the target flow rate and pressure of the reactant according to the load demand, and improve the transient response performance of the fuel cell output I can do it There is an effect.

また本参考例によれば、燃料電池の運転状態に応じて希望操作関連量を生成しているので、例えば燃料電池の負荷要求が低負荷から高負荷に移行する場合や、アイドルストップ後の発電再開時などには、空気調圧弁の開度を大きくするような希望操作関連量を生成することにより、酸素分圧の低くなった空気を迅速に排出して、カソードの酸素分圧を急速に高めることができ、負荷応答性の良い発電が行えるという効果がある。 Further, according to this reference example, the desired operation-related amount is generated according to the operating state of the fuel cell. For example, when the load demand of the fuel cell shifts from a low load to a high load, At the time of resumption, etc., by generating a desired operation-related amount that increases the opening of the air pressure regulating valve, air with a low oxygen partial pressure is quickly discharged, and the oxygen partial pressure at the cathode is rapidly increased. There is an effect that power generation with good load response can be performed.

また本参考例によれば、運転状態に応じて、反応物質もしくは燃料電池システム内部のある水蒸気もしくは水もしくは氷が反応物質状態量調整部を通じて排出されやすいような希望操作関連量を生成しているので、燃料電池システム内に水蒸気もしくは水もしくは氷が生じた場合に、これらを反応物質状態量調整部を通じて排出することができ、燃料電池の運転状態を迅速に正常な状態に復帰させることができるという効果がある。 Further, according to this reference example, a desired operation-related amount is generated so that the reactant or water vapor or water or ice inside the fuel cell system is easily discharged through the reactant state quantity adjustment unit according to the operating state. Therefore, when water vapor, water, or ice is generated in the fuel cell system, these can be discharged through the reactant state quantity adjustment unit, and the operating state of the fuel cell can be quickly returned to the normal state. There is an effect.

また本参考例によれば、目標値生成部は、推定操作関連量生成部と推定操作関連量制限部と修正第2目標生成部と希望操作関連量制限値生成部とを有する。そして、推定操作関連量生成部は、第2目標値と少なくとも修正第2目標値に基づいて推定操作関連量を演算し、希望操作関連量制限値生成部は第1目標値と希望操作関連量とに基づいて制限値を演算し、推定操作関連量制限部は、推定操作関連量と制限値とに基づいて制限操作関連量を演算し、修正第2目標生成部は、制限操作関連量に基づいて第2目標修正値を生成する。さらに、推定操作関連量生成部は、修正第2目標値が第2目標値に一致あるいは近似するように推定操作関連量を生成し、希望操作関連量制限値生成部は、推定操作関連量制限部において制限値が制限操作関連量として選択される制限状態となる場合に、修正第2目標値を変化させないかもしくは大きくなる方向の制限値を生成するので、修正目標値を確実に第2目標値へと一致あるいは近似させることができるとともに、制限状態となると制限値により修正第2目標値の変化率が小さくなるか変化しなくなり、操作関連量が希望操作関連量に近づくことができるとともに、制限状態とならない場合には推定操作関連量により修正第2目標値が第2目標値へと一致あるいは近似させることができるようになり、燃料電池を適切な状態で運転できるようになるという効果がある。 Further, according to this reference example, the target value generation unit includes an estimated operation related amount generation unit, an estimated operation related amount limit unit, a modified second target generation unit, and a desired operation related amount limit value generation unit. The estimated operation related amount generation unit calculates an estimated operation related amount based on the second target value and at least the modified second target value, and the desired operation related amount limit value generation unit calculates the first target value and the desired operation related amount. The estimated operation related amount limiting unit calculates the limited operation related amount based on the estimated operation related amount and the limit value, and the modified second target generation unit calculates the limited operation related amount. Based on this, the second target correction value is generated. Further, the estimated operation related amount generation unit generates an estimated operation related amount so that the corrected second target value matches or approximates the second target value, and the desired operation related amount limit value generation unit generates the estimated operation related amount limit. When the limit value is selected as the limit operation-related amount in the part, the limit value in the direction in which the correction second target value is not changed or increased is generated, so that the correction target value is reliably set to the second target value. Can be matched or approximated to a value, and when the limit state is reached, the rate of change of the modified second target value decreases or does not change depending on the limit value, and the operation-related amount can approach the desired operation-related amount, When the limit state is not reached, the corrected second target value can be matched or approximated to the second target value by the estimated operation related amount, and the fuel cell can be operated in an appropriate state. There is an effect that becomes so that.

また本参考例によれば、希望操作関連量制限値生成部は、必要操作関連量生成部と第1制限値生成部と第1比較演算部とを有し、必要操作関連量生成部は第1目標値に基づいて必要操作関連量を生成し、第1制限値生成部は必要操作関連量と希望操作関連量に基づいて第1制限値を生成し、第1比較演算部は、第1制限値と必要操作関連量との加減算により制限値を生成する部としたので、第1、第2操作量には特別な制約を加えないため、外乱等により第1状態量もしくは第2状態量が修正第1目標値もしくは修正第2目標値から乖離した場合は、操作関連量を希望操作関連量に近づけることよりも、第1状態量もしくは第2状態量を修正第1目標値もしくは修正第2目標値に近づけることを優先させることができる。このため、修正第2目標値が第2目標値から乖離していくような状況を回避し、修正第2目標値を第2目標値へと近づけることができるという効果がある。 Further, according to the present reference example, the desired operation related amount limit value generation unit includes the necessary operation related amount generation unit, the first limit value generation unit, and the first comparison calculation unit, and the necessary operation related amount generation unit The required operation related amount is generated based on one target value, the first limit value generating unit generates a first limit value based on the required operation related amount and the desired operation related amount, and the first comparison operation unit Since the limit value is generated by adding and subtracting the limit value and the necessary operation-related amount, no special restriction is imposed on the first and second operation amounts. Therefore, the first state amount or the second state amount is caused by disturbance or the like. Is deviated from the corrected first target value or the corrected second target value, the first state quantity or the second state quantity is changed to the corrected first target value or the corrected first value rather than bringing the operation related quantity close to the desired operation related quantity. 2 It can be prioritized to approach the target value. For this reason, there is an effect that it is possible to avoid a situation in which the corrected second target value deviates from the second target value, and to bring the corrected second target value closer to the second target value.

さらに本参考例によれば、反応物質状態量調整部を該部から反応物質を排出することにより反応物質の状態量を変化させる空気調圧弁とし、希望操作関連量を反応物質状態量調整手段が反応物質(空気)を排出する際の流量、もしくは流路断面積、もしくは断面積と関連する断面積関連量とすることにより、希望排出流量、希望流路断面積、空気圧調整弁の希望開度のいずれも希望操作量とすることができるという効果がある。 Further, according to this reference example, the reactant state quantity adjusting unit is an air pressure regulating valve that changes the state quantity of the reactant by discharging the reactant from the part, and the desired operation related quantity is set as the reactant state quantity adjusting unit. By setting the flow rate when discharging the reactant (air), or the cross-sectional area of the flow path, or the cross-sectional area-related amount related to the cross-sectional area, the desired discharge flow rate, the desired flow path cross-sectional area, and the desired opening of the air pressure adjustment valve Both have the effect that the desired operation amount can be obtained.

次に、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。実施例において、システム要求目標値生成部は、燃料電池の反応物質の第1の状態量の目標値である第1目標値と、第1の状態量とは異なる第2の状態量の目標値である第2目標値とを生成し、参考例のような希望操作関連量は必須ではない。目標値生成部は、第1目標値と第2目標値とに基づいて、第1目標値の修正値である修正第1目標値および第2目標値の修正値である修正第2目標値を生成して、操作量生成部へ出力する。 Next, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In Example 1, the system requests the target value generation unit comprises: a first target value is a target value of the first state amount of the reactants in the fuel cell, the target of the different second state quantity from the first state quantity The second target value that is a value is generated, and the desired operation-related amount as in the reference example is not essential. The target value generation unit obtains a corrected first target value that is a correction value of the first target value and a corrected second target value that is a correction value of the second target value based on the first target value and the second target value. Generate and output to the operation amount generator.

本実施例が適用される燃料電池システムの全体構成は、図1に示した参考例と同様であるので、説明を省略する。 The overall configuration of the fuel cell system to which this embodiment is applied is the same as the reference example shown in FIG.

図20は、実施例におけるコントローラ(燃料電池システム制御部)30の要部構成図であり、反応物質として空気の供給制御に用いた例である。図20において、燃料電池システム制御部30は、システム要求目標値生成部31aと、目標値生成部32aと、操作量生成部33aとを有している。 Figure 20 is a main configuration diagram of a controller (the fuel cell system control unit) 30 in the first embodiment, an example using the air supply control as reactants. In FIG. 20, the fuel cell system control unit 30 includes a system required target value generation unit 31a, a target value generation unit 32a, and an operation amount generation unit 33a.

システム要求目標値生成部31aは、希望操作関連量の生成が省略されている以外は、参考例のシステム要求目標値生成部31に相当する。操作量生成部33aは、参考例の操作量生成部33に相当する。 The system request target value generation unit 31a corresponds to the system request target value generation unit 31 of the reference example , except that generation of the desired operation related amount is omitted. The operation amount generation unit 33a corresponds to the operation amount generation unit 33 of the reference example .

システム要求目標値生成部31aは、燃料電池1に対する負荷要求に応じて、反応物質の第1の状態量の目標値である第1目標値(質量流量)と、第1の状態量とは異なる第2の状態量の目標値である第2目標値(圧力)とを生成する。負荷要求は、参考例と同様に、例えば図5のようなアクセル開度に対する負荷要求(発電電力)を求める制御マップを検索して求められる。第1目標値と第2目標値は、それぞれ参考例と同様に、図6,図7のような制御マップに基づいて、負荷要求から生成される。 The system required target value generation unit 31a is different from the first target value (mass flow rate) that is the target value of the first state quantity of the reactant and the first state quantity in response to the load request to the fuel cell 1. A second target value (pressure) that is a target value of the second state quantity is generated. Similar to the reference example , the load request is obtained by searching a control map for obtaining a load request (generated power) with respect to the accelerator opening as shown in FIG. The first target value and the second target value, as in the respective reference examples, FIG. 6, based on a control map as shown in FIG. 7, is generated from the load request.

目標値生成部32aは、第1目標値と第2目標値と希望操作関連量とに基づいて、第1目標値の修正値である修正第1目標値と、第2目標値の修正値である修正第2目標値と、パワーマネージャー20が燃料電池1から取り出すべき電流値である修正目標電流値を生成する。   Based on the first target value, the second target value, and the desired operation-related amount, the target value generating unit 32a uses the corrected first target value that is the corrected value of the first target value and the corrected value of the second target value. A certain corrected second target value and a corrected target current value that is a current value that the power manager 20 should extract from the fuel cell 1 are generated.

操作量生成部33aは、空気流量センサ6c、空気圧力センサ6bによりそれぞれ検出される第1状態量(質量流量)、第2状態量(圧力)が、それぞれ修正第1目標値、修正第2目標値となるように、第1操作量と第2操作量とを演算する。第1操作量は、コンプレッサ(反応物質供給部)10aの操作量(例えば回転速度)となり、コンプレッサ10aから燃料電池1の空気極へ供給する空気の質量流量を制御する。第2操作量は、空気調圧弁(反応物質状態量調整部)12の操作量(例えば弁開度)となり、燃料電池1の空気極の圧力を制御する。   The manipulated variable generation unit 33a includes a first state quantity (mass flow rate) and a second state quantity (pressure) detected by the air flow sensor 6c and the air pressure sensor 6b, respectively, as a corrected first target value and a corrected second target value. The first operation amount and the second operation amount are calculated so as to be a value. The first operation amount is an operation amount (for example, rotational speed) of the compressor (reactive substance supply unit) 10a, and controls the mass flow rate of air supplied from the compressor 10a to the air electrode of the fuel cell 1. The second operation amount is an operation amount (for example, valve opening degree) of the air pressure regulating valve (reactive substance state amount adjusting unit) 12 and controls the pressure of the air electrode of the fuel cell 1.

図21は、図20における目標値生成部32aの機能構成をブロック図として説明する図である。実際には、コントローラ30のソフトウェアで実現されている。目標値生成部32aは、修正第1目標値生成部81と、修正第2目標値生成部82と、第1目標補正値生成部83と、加算器84と、減算器85と、目標電流値生成部86とを有する。   FIG. 21 is a diagram illustrating the functional configuration of the target value generation unit 32a in FIG. 20 as a block diagram. Actually, it is realized by software of the controller 30. The target value generator 32a includes a corrected first target value generator 81, a corrected second target value generator 82, a first target correction value generator 83, an adder 84, a subtractor 85, a target current value. And a generation unit 86.

修正第2目標値生成部82は、第2目標値(圧力)に基づいて修正第2目標値(圧力目標値)を生成する。減算器85は、修正第2目標値から第2目標値を減算した値を第1目標補正値生成部83へ供給する。   The corrected second target value generating unit 82 generates a corrected second target value (pressure target value) based on the second target value (pressure). The subtracter 85 supplies a value obtained by subtracting the second target value from the corrected second target value to the first target correction value generation unit 83.

第1目標補正値生成部83は、修正第2目標値から第2目標値を引いた値に基づいて第1目標補正値を演算する。加算器84は、第1目標値(流量)と第1目標補正値とを加算して、加算結果である補正後の第1目標値を修正第1目標値生成部81へ供給する。修正第1目標値生成部81は、補正後の第1目標値に基づいて修正第1目標値(流量目標値)を演算する。   The first target correction value generation unit 83 calculates a first target correction value based on a value obtained by subtracting the second target value from the corrected second target value. The adder 84 adds the first target value (flow rate) and the first target correction value, and supplies the corrected first target value, which is the addition result, to the corrected first target value generation unit 81. The corrected first target value generation unit 81 calculates a corrected first target value (flow rate target value) based on the corrected first target value.

また、目標電流値生成部86は、修正第2目標値と第1目標補正値とに基づいて、パワーマネージャー20が燃料電池1から取り出すべき修正目標電流値を生成する。目標電流値生成部86は、アクセル操作に応じて、燃料電池1への負荷要求である基準目標発電電力、基準目標電力の時間変化率を制限して生成される発電電力の目標値である目標発電電力、目標発電電力を実現するための燃料電池電流の目標値である基準目標電流、及び基準目標電流を修正した修正目標電流を生成する。目標電流値生成部86は、修正目標電流を生成する際に、修正第2目標値が大きいほど、或いは第1目標補正値が小さいほど、基準目標電流に対して修正目標電流が大きくなるように生成する。このため、燃料電池の空気圧力に見合った発電を行うことができるようになり、酸素分圧不足状態での発電を回避することができるという効果がある。   Further, the target current value generation unit 86 generates a corrected target current value that the power manager 20 should take out from the fuel cell 1 based on the corrected second target value and the first target correction value. The target current value generation unit 86 is a target value that is a target value of the generated power that is generated by limiting the reference target generated power that is a load request to the fuel cell 1 and the time change rate of the reference target power according to the accelerator operation. Generated power, a reference target current that is a target value of the fuel cell current for realizing the target generated power, and a corrected target current obtained by correcting the reference target current are generated. When generating the corrected target current, the target current value generating unit 86 increases the corrected target current with respect to the reference target current as the corrected second target value is larger or the first target correction value is smaller. Generate. For this reason, it becomes possible to perform power generation commensurate with the air pressure of the fuel cell, and it is possible to avoid power generation in a state where oxygen partial pressure is insufficient.

図22は、目標値生成部32aにおける修正目標空気流量(図21の修正第1目標値に相当)及び修正目標空気圧力(図21の修正第2目標値に相当)を演算する目標値生成部32aの実際的なブロック図である。図22では、第1状態量及び第1目標値及び修正第1目標値は、空気流量値とし、第2状態量及び第2目標値及び修正第2目標値は、空気圧力値としている。このため、オンラインで時々刻々求めることが不可能な、修正第2目標値(目標空気圧力)が第2目標値(システム要求目標空気圧力)に追随するために必要な微分を含む第1目標補正値の演算を行うことなく、修正目標空気圧力の演算結果を用いて、目標流量の補正値を演算することができ、修正第1目標値の第1目標値への追従性能、及び修正第2目標値の第2目標値への追従性能が向上するという効果がある。   FIG. 22 shows a target value generation unit that calculates a corrected target air flow rate (corresponding to the corrected first target value in FIG. 21) and a corrected target air pressure (corresponding to the corrected second target value in FIG. 21) in the target value generating unit 32a. It is a practical block diagram of 32a. In FIG. 22, the first state quantity, the first target value, and the corrected first target value are air flow values, and the second state quantity, the second target value, and the corrected second target value are air pressure values. Therefore, the first target correction including a derivative necessary for the corrected second target value (target air pressure) to follow the second target value (system required target air pressure), which cannot be obtained from time to time online. Without calculating the value, the correction value of the target flow rate can be calculated using the calculation result of the corrected target air pressure, the follow-up performance of the corrected first target value to the first target value, and the corrected second There is an effect that the follow-up performance of the target value to the second target value is improved.

図22において、目標値生成部32aは、システム要求目標値生成部31aが生成した第1目標値であるシステム要求目標空気流量と第1目標補正値生成部83が生成した第1目標補正値とを加算する加算器84と、加算器84の出力の時間変化率を制限して、修正目標空気流量を出力する変化率リミッタ81aと、システム要求目標値生成部31aが生成した第2目標値であるシステム要求目標空気圧力の時間変化率を修正目標空気流量に応じて制限して、修正目標空気圧力を出力する変化率リミッタ82aと、修正目標空気圧力とシステム要求目標空気圧力との圧力差を演算する減算器85と、減算器85の出力から第1目標補正値を生成する第1目標補正値生成部83と、を備える。   In FIG. 22, the target value generation unit 32a includes a system required target air flow rate that is the first target value generated by the system required target value generation unit 31a and a first target correction value generated by the first target correction value generation unit 83. The second target value generated by the system required target value generation unit 31a and the change rate limiter 81a that outputs the corrected target air flow rate by limiting the time change rate of the output of the adder 84. A rate-of-change limiter 82a that outputs a corrected target air pressure by limiting a time change rate of a certain system required target air pressure according to the corrected target air flow rate, and a pressure difference between the corrected target air pressure and the system required target air pressure. A subtractor 85 for calculating, and a first target correction value generating unit 83 for generating a first target correction value from the output of the subtractor 85.

第1目標補正値生成部83は、減算器85が演算した圧力差を流量に変換するために常数Pを乗じる乗算器83aと、乗算器83aの出力最小値を0に制限するリミッタ83bと、を備える。   The first target correction value generating unit 83 includes a multiplier 83a that multiplies a constant P to convert the pressure difference calculated by the subtractor 85 into a flow rate, a limiter 83b that limits the output minimum value of the multiplier 83a to 0, Is provided.

ここで、乗算器83aとリミッタ83bとは図21の第1目標補正値生成部83に相当する。すなわち、第1目標補正値生成部は、修正目標空気圧力とシステム要求目標空気圧力との圧力差を流量補正値に変換し、さらに流量補正値の最小値を0に制限するので、流量を増加方向にしか補正しないため、第2目標値である圧力を下げるために不用意に流量を減らすことを回避することができるという効果がある。   Here, the multiplier 83a and the limiter 83b correspond to the first target correction value generation unit 83 of FIG. That is, the first target correction value generation unit converts the pressure difference between the corrected target air pressure and the system required target air pressure into a flow rate correction value, and further limits the minimum value of the flow rate correction value to 0, thereby increasing the flow rate. Since correction is made only in the direction, there is an effect that it is possible to avoid inadvertently reducing the flow rate in order to reduce the pressure that is the second target value.

また、変化率リミッタ81aは、システム要求目標空気流量と第1目標補正値との和の時間変化率を制限して修正目標空気流量を生成する変化率リミッタである。   The change rate limiter 81a is a change rate limiter that generates a corrected target air flow rate by limiting the time change rate of the sum of the system required target air flow rate and the first target correction value.

また、変化率リミッタ82aは、修正目標空気流量が大きいほど、修正目標空気圧力の時間変化率の上限が大きなるリミッタである。このため、第1目標値あるいは第1目標補正値が大きいほど、修正第2目標値である修正目標空気圧力の時間変化率の上限が大きくなるように修正目標空気圧力を生成することができ、第1目標値への修正第1目標値の追従性能、及び第2目標値への修正第2目標値の追従性能を向上させることができるという効果がある。   The change rate limiter 82a is a limiter that increases the upper limit of the time change rate of the corrected target air pressure as the corrected target air flow rate increases. Therefore, the corrected target air pressure can be generated so that the upper limit of the time change rate of the corrected target air pressure, which is the corrected second target value, increases as the first target value or the first target correction value increases. There is an effect that it is possible to improve the tracking performance of the corrected first target value to the first target value and the tracking performance of the corrected second target value to the second target value.

図23は、本実施例の図21及び図22で説明した第1目標補正値生成部83(83a、83b)と参考例の目標値生成部32とを組み合わせた参考例の変形例の構成を示すブロック図である。参考例においても、システム要求目標空気圧力と修正目標空気圧力との差に基づいて、目標空気流量を増量することができる。 Figure 23 is a configuration of a modification of Reference Example a combination of a target value generator 32 of the reference example and the first target correction value generating section 83 described with reference to FIGS. 21 and 22 of the embodiment 1 (83a, 83 b) FIG. Also in the reference example , the target air flow rate can be increased based on the difference between the system required target air pressure and the corrected target air pressure.

次に、図24、図25,図26のフローチャートを参照して、本実施例におけるコントローラ(燃料電池システム制御部)30の動作を説明する。図24は、コントローラ30のメインフローチャートであり、本発明に関する部分のみを示している。この手続きは、所定時間毎(例えば1ms毎)に繰り返し実行されるものである。また、ここでは図1に記載の燃料電池システムを車両に搭載した燃料電池自動車を例に実施例を記載する。 Next, FIG. 24, FIG. 25, with reference to the flowchart of FIG. 26, the operation controller (fuel cell system control unit) 30 of the first embodiment. FIG. 24 is a main flowchart of the controller 30 and shows only the part related to the present invention. This procedure is repeatedly executed every predetermined time (for example, every 1 ms). Further, here, an embodiment will be described by taking as an example a fuel cell vehicle in which the fuel cell system shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle.

図24において、まずS101では、燃料電池1への負荷要求を検知する。これには、コントローラ30に接続されたアクセル開度センサ23の検出値をコントローラ30へ読み込み、予めコントローラ30に記憶した制御テーブルを検索して、アクセル開度から負荷要求を求めればよい。この制御テーブル例を図5に示す。図5の制御テーブルは、例えば、燃料電池車両として実現しようとする、車両の性格、車両の操縦性、乗り心地等を鑑みて決めればよい。様々なパターンを実際に走行してみて試行錯誤の結果、最も適したものを選べばよい。負荷要求は例えば燃料電池が発電する電力として考えればよい。   In FIG. 24, first, in S101, a load request to the fuel cell 1 is detected. For this purpose, the detected value of the accelerator opening sensor 23 connected to the controller 30 is read into the controller 30 and a control table stored in advance in the controller 30 is searched to obtain a load request from the accelerator opening. An example of this control table is shown in FIG. The control table in FIG. 5 may be determined in view of, for example, the characteristics of the vehicle, the maneuverability of the vehicle, the riding comfort, and the like that are to be realized as a fuel cell vehicle. You can actually drive various patterns and choose the most suitable one as a result of trial and error. The load request may be considered as power generated by the fuel cell, for example.

図5の制御テーブルで得られた負荷要求を基準目標発電電力とする。また、実際の車両の挙動を考慮して、実際に必要な電力を目標発電電力として求める。これは例えば、路面がすべり易いことを検知した場合などは目標発電電力を急激に大きくするのは車両がスリップをしてしまうため避けたほうがよい。そのため、例えば、各車輪の回転速度から車両の速度を求める。次いで車両の速度と、各車輪の回転速度に車輪の有効直径と円周率とを乗じた値との比較から、各車輪が接している路面の摩擦係数を検知し、検知した値に応じて、基準目標発電電力の時間変化率を制限することで生成される。また、急加速をさせたくない場合なども同様に基準目標発電電力の時間変化率を制限して、目標発電電力を生成すればよい。   The load request obtained from the control table in FIG. 5 is set as the reference target generated power. Further, in consideration of the actual behavior of the vehicle, the actually required power is obtained as the target generated power. For example, when it is detected that the road surface is easy to slide, it is better to avoid suddenly increasing the target generated power because the vehicle slips. Therefore, for example, the speed of the vehicle is obtained from the rotational speed of each wheel. Next, from the comparison between the vehicle speed and the value obtained by multiplying the rotational speed of each wheel by the effective diameter of the wheel and the circumference, the friction coefficient of the road surface in contact with each wheel is detected, and the detected value is It is generated by limiting the time change rate of the reference target generated power. Similarly, when it is not desired to perform rapid acceleration, the target generated power may be generated by limiting the rate of time change of the reference target generated power.

具体的には目標発電電力を求めるには、例えば、負荷が大きくなるときは(式9)と(式10)との小さい方を目標発電電力とすればよい。(式9)において、ΔPは、1制御サイクル(目標発電電力を演算する周期)毎に増加が許される発電電力の最大増分であり、言い換えれば、時間変化率の制限値である。   Specifically, in order to obtain the target generated power, for example, when the load increases, the smaller one of (Equation 9) and (Equation 10) may be set as the target generated power. In (Equation 9), ΔP is the maximum increment of the generated power that is allowed to increase every control cycle (cycle for calculating the target generated power), in other words, the limit value of the time change rate.

目標発電電力=目標発電電力(前回値)+ΔP …(式9)
目標発電電力=基準目標発電電力 …(式10)
また、目標発電電力が得られる発電電流の目標値である基準目標電流を計算する。これは例えば図28ような、発電電力と発電電流との変換テーブルを用いればよい。図28は、種々の発電電流で燃料電池1の発電をして発電電圧と発電電流とを測定する実験を行い、これらの実験結果から、目標発電電力(=発電電流×発電電圧)が得られる電流値を変換テーブルとしてコントローラ30に予め記憶させておけばよい。
Target generated power = Target generated power (previous value) + ΔP (Formula 9)
Target generated power = reference target generated power (Formula 10)
In addition, a reference target current that is a target value of the generated current from which the target generated power can be obtained is calculated. For example, a conversion table of generated power and generated current as shown in FIG. 28 may be used. FIG. 28 shows an experiment in which the fuel cell 1 is generated with various generated currents and the generated voltage and generated current are measured. From these experimental results, target generated power (= generated current × generated voltage) is obtained. The current value may be stored in advance in the controller 30 as a conversion table.

次いでS102では、燃料電池1が基準目標電流を発電するのに必要な空気流量の目標値であるシステム要求目標空気流量を決定する。このとき基準目標電流は、S101で基準目標発電電力に基づいて図28を用いて変換した電流値を用いてもよい。これは目標発電電力よりも時間的変化の大きい基準目標発電電力に基づいた電流信号を使うことで空気流量を十分に供給できるためである。以下では目標発電電力に基づいた基準目標電流によりシステム要求目標空気流量を生成した場合について説明する。   Next, in S102, a system required target air flow rate that is a target value of the air flow rate necessary for the fuel cell 1 to generate the reference target current is determined. At this time, the reference target current may be the current value converted in FIG. 28 based on the reference target generated power in S101. This is because the air flow rate can be sufficiently supplied by using a current signal based on the reference target generated power having a temporal change larger than the target generated power. Hereinafter, a case where the system required target air flow rate is generated by the reference target current based on the target generated power will be described.

この基準目標電流からシステム要求目標流量への変換は、例えば、図29に示すような制御テーブルを用いればよい。図29の制御テーブルの値の設定には、まず、基準目標電流を発電するための反応物質の必要流量(質量流量)を燃料電池化学反応式と燃料電池のセル数から求める。次いで、この必要流量に、段階的な過剰率(例えば、1.4〜1.8倍、0.1刻み)を乗じた流量で発電させる実験を行い、燃料電池の各セルに反応物質不足による電圧低下が生じることなく、十分な発電が行える流量を求めて、制御テーブルとして設定すればよい。同様に空気圧力も例えば基準目標電流に基づいて変化させる場合は空気圧力の目標値であるシステム要求目標圧力も設定する。このときも図29の制御テーブルを求めたのと同様な方法で求めた図30のような制御テーブルを用いれば容易に実現できる。   For example, a control table as shown in FIG. 29 may be used for the conversion from the reference target current to the system required target flow rate. In setting the values in the control table of FIG. 29, first, the required flow rate (mass flow rate) of the reactant for generating the reference target current is obtained from the fuel cell chemical reaction equation and the number of cells of the fuel cell. Next, an experiment is performed to generate power at a flow rate obtained by multiplying the necessary flow rate by a stepwise excess rate (eg, 1.4 to 1.8 times, in increments of 0.1). What is necessary is just to obtain | require the flow volume which can fully produce electric power, without generating a voltage fall, and to set it as a control table. Similarly, when the air pressure is changed based on the reference target current, for example, a system required target pressure that is a target value of the air pressure is also set. At this time, it can be easily realized by using the control table as shown in FIG. 30 obtained by the same method as that for obtaining the control table of FIG.

次いで、S103では、S102で生成されたシステム要求目標圧力とシステム要求目標流量に基づいて、修正目標圧力と修正目標流量を生成する。本ステップは必要がなければ修正目標圧力をシステム要求目標圧力とし、修正目標流量をシステム要求目標流量とすることで省略することもできる。なお、修正目標圧力および修正目標流量の生成方法の詳細は後述するが、修正目標圧力をシステム要求目標圧力に近づけ、かつ修正目標流量をシステム要求目標流量に近づける。また、修正目標圧力とシステム要求目標力との乖離度合が大きいほど、修正目標空気流量をシステム要求目標空気流量よりも大きくなるように生成しているので、修正目標圧力のシステム要求目標空気圧力への追従性能を向上させることができる。   Next, in S103, a corrected target pressure and a corrected target flow rate are generated based on the system required target pressure and the system required target flow rate generated in S102. If not necessary, this step can be omitted by setting the corrected target pressure as the system required target pressure and the corrected target flow rate as the system required target flow rate. Although details of a method of generating the corrected target pressure and the corrected target flow rate will be described later, the corrected target pressure is brought close to the system required target pressure, and the corrected target flow rate is brought closer to the system required target flow rate. Further, since the corrected target air flow rate is generated to be larger than the system required target air flow rate as the degree of deviation between the corrected target pressure and the system required target force increases, the corrected target pressure is changed to the system required target air pressure. The following performance can be improved.

次いで、S104では、S103までに生成された修正目標圧力、システム要求目標圧力、または、基準目標電力、目標発電電力の値に基づいて、修正目標電流値を生成する。本手順に関する詳細は後述する。   Next, in S104, a corrected target current value is generated based on the corrected target pressure, the system required target pressure generated up to S103, the reference target power, and the target generated power. Details regarding this procedure will be described later.

S105では、圧力センサ6b、流量センサ6cによりそれぞれ検出した空気圧力値と空気流量値と、S103で演算した修正目標圧力値と修正目標流量値とを用いて、コンプレッサ10aの操作量と空気調圧弁12の操作量とを演算する。   In S105, the operation amount and the air pressure regulating valve of the compressor 10a are used by using the air pressure value and the air flow value detected by the pressure sensor 6b and the flow sensor 6c, respectively, and the corrected target pressure value and the corrected target flow value calculated in S103. The operation amount of 12 is calculated.

図24のS105における操作量生成の詳細は、参考例で説明した図13と同様である。図13において、S401で空気圧力値と修正目標圧力値との偏差である圧力偏差を演算する。S402において、空気流量値と修正目標流量値との偏差である流量偏差を演算する。S401とS402とは何れを先に演算してもよい。S403では、圧力偏差及び流量偏差に基づいて、コンプレッサ10aの操作量及び空気調圧弁12の操作量を演算する。 Details of the operation amount generation in S105 in FIG. 24 are the same as those in FIG. 13 described in the reference example . In FIG. 13, a pressure deviation which is a deviation between the air pressure value and the corrected target pressure value is calculated in S401. In S402, a flow rate deviation that is a deviation between the air flow rate value and the corrected target flow rate value is calculated. Either S401 or S402 may be calculated first. In S403, the operation amount of the compressor 10a and the operation amount of the air pressure regulating valve 12 are calculated based on the pressure deviation and the flow rate deviation.

例えば、空気調圧弁12の操作量は、空気調圧弁12を駆動するモータおよびマイコンに伝達する目標値とすればよい。空気調圧弁12を最終的に駆動するマイコンは、空気調圧弁12の開度を測定する開度センサ(例えばポテンショメータ)の検出値と、本発明の燃料電池システム制御手段から伝達された目標値とをPID制御理論のような公知の制御手法を用いて実現すればよい。   For example, the operation amount of the air pressure regulating valve 12 may be a target value that is transmitted to a motor that drives the air pressure regulating valve 12 and a microcomputer. The microcomputer that finally drives the air pressure regulating valve 12 includes a detection value of an opening degree sensor (for example, a potentiometer) that measures the opening degree of the air pressure regulating valve 12, and a target value transmitted from the fuel cell system control means of the present invention. May be realized using a known control method such as PID control theory.

コンプレッサ10aの操作量として、例えばコンプレッサ指令回転数を用いる場合には、コンプレッサ10aの回転数を制御しているインバータ10bへ指令回転数が伝達される。インバータ10bでは伝達されたコンプレッサ指令回転数を目標値として、コンプレッサ10aの回転数がコンプレッサ指令回転数となるようにコンプレッサ10aを駆動するモータへトルクを印加する。このとき、トルクの演算方法は、例えばPID制御理論やベクトル制御のような公知の制御手法を用いて容易に実現できる。もちろんコンプレッサ指令回転数のかわりにコンプレッサ10aに印加するトルクを演算してもよい。この場合もPID制御理論のような公知の制御理論を用いて容易に実現できる。   For example, when the compressor command rotational speed is used as the operation amount of the compressor 10a, the command rotational speed is transmitted to the inverter 10b that controls the rotational speed of the compressor 10a. Inverter 10b uses the transmitted compressor command rotation speed as a target value, and applies torque to the motor that drives compressor 10a so that the rotation speed of compressor 10a becomes the compressor command rotation speed. At this time, the torque calculation method can be easily realized by using a known control method such as PID control theory or vector control. Of course, torque applied to the compressor 10a may be calculated instead of the compressor command rotational speed. This case can also be easily realized by using a known control theory such as PID control theory.

このとき圧力センサ6b、流量センサ6cの検出信号を特にフィードバックする必要がなければ、公知の手法であるフィードフォワード制御も使うことができる。本発明では目標値から操作量を演算する手段は公知の制御手法で構わない。以下ではフィードバック制御を適用した場合について説明する。本手順は図20の操作量生成部33aに該当する。   At this time, if it is not necessary to particularly feed back the detection signals of the pressure sensor 6b and the flow rate sensor 6c, feed-forward control which is a known method can be used. In the present invention, the means for calculating the operation amount from the target value may be a known control method. Hereinafter, a case where feedback control is applied will be described. This procedure corresponds to the operation amount generation unit 33a in FIG.

次に図25を参照して、図24のS103における修正目標圧力および修正目標流量を生成する手続きを更に詳細に説明する。なお、前述したように本ステップは必要がなければ修正目標圧力をシステム要求目標圧力とし、修正目標流量をシステム要求目標流量とすることで省略することもできる。   Next, the procedure for generating the corrected target pressure and the corrected target flow rate in S103 of FIG. 24 will be described in more detail with reference to FIG. As described above, this step can be omitted if the corrected target pressure is set as the system required target pressure and the corrected target flow rate is set as the system required target flow rate if it is not necessary.

図25において、まずS501では、コントローラ30は、システム要求目標圧力と修正目標圧力の差である目標圧力偏差を計算する。S502、S503、S504では、コントローラ30は、S501で求めた目標圧力偏差から流量補正値を生成する。これらのステップは、図21の第1目標補正値生成部83に相当し、例えば、次の[数2]に示すプログラムにより計算を行えばよい。   In FIG. 25, first, in S501, the controller 30 calculates a target pressure deviation which is the difference between the system required target pressure and the corrected target pressure. In S502, S503, and S504, the controller 30 generates a flow rate correction value from the target pressure deviation obtained in S501. These steps correspond to the first target correction value generation unit 83 in FIG. 21 and may be calculated by, for example, the program shown in the following [Equation 2].

[数2]
if システム要求目標圧力−修正目標圧力>0
流量補正値=Kp×(システム要求目標圧力−修正目標圧力)
else
流量補正値=0
end
ここでKpは定数であり、シミュレーションや実車による実験を行いながら、その値を決めればよい。Kpの値を大きくすれば、修正目標流量は大きくなり、修正目標圧力とシステム要求目標圧力の乖離も小さくできる。一方、値を大きくしすぎるとコンプレッサ10aの負担が大きくなったり、車両の加速時にコンプレッサ10aからの音に違和感が生じる。これらを鑑みて、Kpの値を決めればよい。
[Equation 2]
if System Required Target Pressure-Corrected Target Pressure> 0
Flow rate correction value = Kp x (system required target pressure-corrected target pressure)
else
Flow rate correction value = 0
end
Here, Kp is a constant, and the value may be determined while performing a simulation or an experiment using an actual vehicle. If the value of Kp is increased, the corrected target flow rate is increased, and the deviation between the corrected target pressure and the system required target pressure can be reduced. On the other hand, if the value is increased too much, the load on the compressor 10a increases, or the sound from the compressor 10a becomes uncomfortable when the vehicle is accelerated. In view of these, the value of Kp may be determined.

S505では、コントローラ30は、システム要求目標流量と目標流量補正値から修正目標流量を生成する。修正目標流量は、(式11)と(式12)を比較して、小さい方を最終的な修正目標流量とする。   In S505, the controller 30 generates a corrected target flow rate from the system required target flow rate and the target flow rate correction value. As for the corrected target flow rate, (Equation 11) and (Equation 12) are compared, and the smaller one is set as the final corrected target flow rate.

修正目標流量=システム要求目標流量+目標流量補正値 …(式11)
修正目標流量=システム要求目標流量+Δs …(式12)
ここで、Δsは単位演算時間あたりの流量の最大増加分である。このとき、Δsはコンプレッサが追従可能な空気流量の増加分を予め実験で求めておき値を決めればよい。また、外気温が高くなるに応じて、あるいは大気圧が低くなるに応じて、(つまりは大気の空気密度が低くなるに応じて)Δsが小さくなるように設定してもよい。これは空気密度が低くなると、コンプレッサが供給できる流量が小さくなることに起因している。
Corrected target flow rate = system required target flow rate + target flow rate correction value (Equation 11)
Corrected target flow rate = system required target flow rate + Δs (Formula 12)
Here, Δs is the maximum increase in the flow rate per unit calculation time. At this time, Δs may be determined by previously obtaining an increase in the air flow rate that can be followed by the compressor through experiments. Alternatively, Δs may be set to decrease as the outside air temperature increases or as the atmospheric pressure decreases (that is, as the air density in the atmosphere decreases). This is due to the fact that the flow rate that can be supplied by the compressor decreases as the air density decreases.

S506では、コントローラ30は、修正目標圧力を生成する。修正目標圧力の生成には、(式13)、(式14)を用いて計算を行い、小さい方を修正目標圧力とすればよい。このときΔpは例えば、図27のような制御マップを用いて求めればよい。   In S506, the controller 30 generates a corrected target pressure. In order to generate the corrected target pressure, calculation is performed using (Expression 13) and (Expression 14), and the smaller one may be set as the corrected target pressure. At this time, Δp may be obtained using, for example, a control map as shown in FIG.

修正目標圧力=システム要求目標圧力 …(式13)
修正目標圧力=システム要求目標圧力(前回値)+Δp …(式14)
ここでΔpは、1制御サイクル(目標発電電力を演算する周期)毎の圧力の最大増加分であり、言い換えれば、時間変化率制限値である。
Corrected target pressure = system required target pressure (Equation 13)
Corrected target pressure = system required target pressure (previous value) + Δp (Formula 14)
Here, Δp is the maximum increase in pressure per control cycle (cycle for calculating the target generated power), in other words, the time change rate limit value.

また、修正目標圧力の生成に関しては、参考例で説明した手法を用いても求めることができる。図3において、第1目標値を修正目標流量とし、第1目標修正部41は第1目標値を修正第1目標値とし、希望操作関連量は、参考例に従い、第2目標値はシステム要求目標圧力とすればよい。 The generation of the corrected target pressure can also be obtained using the technique described in the reference example . In FIG. 3, the first target value is the corrected target flow rate, the first target correction unit 41 sets the first target value as the corrected first target value, the desired operation-related amount is according to the reference example , and the second target value is the system request The target pressure may be set.

より詳細には、参考例の図15において、Mf=Iとし、epから目標流量補正値を求め、システム要求目標流量の前段で加算すればよい。また、加算した後段に第1目標修正部41を設ければよい。 More specifically, in FIG. 15 of the reference example , Mf = I, a target flow rate correction value may be obtained from ep, and added before the system required target flow rate. Moreover, what is necessary is just to provide the 1st target correction part 41 in the back | latter stage after addition.

次に、図24のS104の修正目標電流を求める手続きについて、図26のフローチャートを用いて詳述する。図26のフローチャートは、修正目標電流演算Aの入口と、修正目標電流演算Bの入口とがあるが、それぞれどちらを用いても修正目標電流を求めることが可能である。なお図26において、何れの入口でもS603以降は、同じ手順で実行される。   Next, the procedure for obtaining the corrected target current in S104 of FIG. 24 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 26 has an inlet for the corrected target current calculation A and an inlet for the corrected target current calculation B. Either of them can be used to determine the corrected target current. In FIG. 26, the same procedure is executed from S603 onward at any entrance.

まず、修正目標電流演算Aを説明する。S601では基準目標発電電力と目標発電電力との差を補正値とする。このような信号を補正値とすることで、アクセル開度が大きい急加速時は補正値が大きくなり、アクセル開度が小さい緩加速時には補正値は小さくなる。これは(式9)、(式10)での選択により、加速度合いあるいはアクセルの踏み込み具合が大きくなるにつれて補正量が大きくなる。   First, the corrected target current calculation A will be described. In S601, the difference between the reference target generated power and the target generated power is set as a correction value. By using such a signal as a correction value, the correction value increases during sudden acceleration with a large accelerator opening, and decreases during slow acceleration with a small accelerator opening. This is because the amount of correction increases as the degree of acceleration or depression of the accelerator increases as a result of selection in (Equation 9) and (Equation 10).

次に、修正目標電流演算Bを説明する。S602では、基準値−(システム要求目標圧力−修正目標圧力)を補正値とする。ここで基準値はある一定値でもよいし、時間に応じて変化してもよい。S602での補正値はシステム要求目標圧力と修正目標圧力の差が小さいときほど大きな値になる。基準値は、前回の制御サイクルにおけるS610又はS611で求めた修正目標電流の取り出しをパワーマネージャー20に指令した結果を見ながら、過渡状態で燃料電池1の総電圧が低下しない程度に大きな値とすればよい。   Next, the corrected target current calculation B will be described. In S602, the reference value− (system required target pressure−corrected target pressure) is set as the correction value. Here, the reference value may be a certain fixed value or may change according to time. The correction value in S602 becomes larger as the difference between the system required target pressure and the corrected target pressure is smaller. The reference value is set to such a large value that the total voltage of the fuel cell 1 does not decrease in a transient state while observing the result of instructing the power manager 20 to take out the corrected target current obtained in S610 or S611 in the previous control cycle. That's fine.

S603以降は、修正目標電流演算Aと修正目標電流演算Bとは同じ手順になる。S603では、補正値が0以上の値であるか否かを判断する。補正値が0以上であれば、S605へ進む。補正値が負の値である場合は、S604の手順に進み補正値を0として、S605へ進む。   After S603, the corrected target current calculation A and the corrected target current calculation B are the same procedure. In S603, it is determined whether or not the correction value is 0 or more. If the correction value is 0 or more, the process proceeds to S605. If the correction value is a negative value, the process proceeds to step S604, the correction value is set to 0, and the process proceeds to step S605.

S605では、補正値に対して遅れ演算を施し、遅れ演算した結果を電流補正値ΔIへ変換する。この遅れ演算は、例えば一次遅れ演算等により行えばよい。必要がなければS605は省略することができる。また、遅れ演算の結果に定数をかけることもできる。この定数は補正値を電流の次元に変換するための変換定数であり、S602の基準値と同様に、前回の制御サイクルにおけるS610又はS611で求めた修正目標電流の取り出しをパワーマネージャ20に指令した結果を見ながら、過渡状態で燃料電池1の総電圧が低下しない程度の大きな値とすればよい。   In S605, a delay calculation is performed on the correction value, and the result of the delay calculation is converted into a current correction value ΔI. This delay calculation may be performed by, for example, a first-order delay calculation. If it is not necessary, S605 can be omitted. Also, a constant can be applied to the result of the delay calculation. This constant is a conversion constant for converting the correction value into the dimension of the current. Like the reference value in S602, the power manager 20 is instructed to take out the corrected target current obtained in S610 or S611 in the previous control cycle. While looking at the result, it may be set to a large value such that the total voltage of the fuel cell 1 does not decrease in a transient state.

S606では、燃料電池1の空気極の空気圧力を検知する。例えば圧力センサ6bの値を使って検知を行ってもよいし、空気圧力の挙動を予想した値を用いてもよい。または両者の小さい方の信号を用いても同様の効果がえられる。   In S606, the air pressure of the air electrode of the fuel cell 1 is detected. For example, detection may be performed using the value of the pressure sensor 6b, or a value that predicts the behavior of the air pressure may be used. Alternatively, the same effect can be obtained by using the smaller signal of both.

S607では、S606で求めた空気圧力の値を電流の次元に変換して発電電流Iaを求める。これには例えば図7のテーブルを逆に引くことで、空気圧力から発電電力の次元に変換し、さらに図28のテーブルにより発電電力から発電電流Iaの次元に変換することができる。なお、S606及びS607と、S601〜S605とは、何れを先に演算してもよい。   In S607, the value of the air pressure obtained in S606 is converted into a current dimension to obtain the generated current Ia. For example, the table of FIG. 7 can be reversed to convert the air pressure to the dimension of the generated power, and the table of FIG. 28 can further convert the generated power to the dimension of the generated current Ia. Any of S606 and S607 and S601 to S605 may be calculated first.

S608〜S611では、パワーマネージャー20に指令する目標値である、修正目標電流を生成する。S608では、S607で求めた発電電流値Iaと、S605で求めた電流補正値ΔIとを加算した値を最大取出可能電流値Imax とする。S609では、最大取出可能電流Imax が基準目標電流Is以下であるか否かを判定する。最大取出可能電流Imax が基準目標電流Is以下であれば、S610へ進み、修正目標電流を最大取出可能電流値Imax とする。最大取出可能電流Imax が基準目標電流Isより大きければ、S611へ進み、修正目標電流を基準目標電流Isとする。   In S608 to S611, a corrected target current that is a target value commanded to the power manager 20 is generated. In S608, a value obtained by adding the generated current value Ia obtained in S607 and the current correction value ΔI obtained in S605 is set as the maximum extractable current value Imax. In S609, it is determined whether or not the maximum extractable current Imax is equal to or less than the reference target current Is. If the maximum extractable current Imax is equal to or less than the reference target current Is, the process proceeds to S610, and the corrected target current is set to the maximum extractable current value Imax. If the maximum extractable current Imax is larger than the reference target current Is, the process proceeds to S611, and the corrected target current is set as the reference target current Is.

このような構成をとることで、急加速時あるいは空気圧力が十分にあるときほど、最大取出可能電流が大きくなり、修正目標電流を大きくすることができる。また、補正値を必要以上に大きくすると、最大取出可能電流が大きくなり、基準目標電流によっては修正目標電流も空気圧力・空気流量・水素圧力・水素流量に対して過大に大きくなってしまう。その結果、燃料電池1の総電圧が著しく低下する懸念がある。補正値を小さくしすぎると、逆に基準目標電流が最大取出可能電流により制限を受けるため、目標発電電力に対する発電電力の応答性が低下してしまう。ひいては車両の加速性能が低下してしまう。そのため、実験等を繰り返し、どの程度補正値を大きくしたら良いか決めればよい。   By adopting such a configuration, the maximum current that can be taken out increases as the vehicle accelerates rapidly or the air pressure is sufficient, and the corrected target current can be increased. Further, if the correction value is increased more than necessary, the maximum current that can be taken out increases, and depending on the reference target current, the corrected target current also becomes excessively large relative to the air pressure, air flow rate, hydrogen pressure, and hydrogen flow rate. As a result, there is a concern that the total voltage of the fuel cell 1 is significantly reduced. If the correction value is too small, the reference target current is constrained by the maximum current that can be taken out, and the response of the generated power to the target generated power is reduced. As a result, the acceleration performance of the vehicle is degraded. For this reason, experiments and the like are repeated to determine how much the correction value should be increased.

本発明により、緩加速状態では空気圧力に応じた発電電流の取り出しを行うことで燃料電池1の過渡状態での総電圧の低下を防止するとともに、急加速状態では車両要求に応えるために十分に電流を取り出すことが可能になる。また急加速状態では、アクセルが急激に踏み込まれているため、空気圧力が短時間で大きくなることが期待できるため、燃料電池1の総電圧の低下は生じない。   According to the present invention, in the slow acceleration state, the generated current is extracted according to the air pressure to prevent a decrease in the total voltage in the transient state of the fuel cell 1, and in the rapid acceleration state, sufficient to meet the vehicle demand. It becomes possible to take out an electric current. In the rapid acceleration state, since the accelerator is stepped on rapidly, the air pressure can be expected to increase in a short time, so that the total voltage of the fuel cell 1 does not decrease.

最後に、図31に本実施例による負荷急増時のタイムチャート、図32に本発明を適用しない場合の比較例による負荷急増時のタイムチャートを示す。図31、図32ともに、(a)は空気流量[NL/min]のタイムチャート、(b)は空気圧力[kPa−a]のタイムチャートである。実施例では、システム要求目標圧力と修正目標圧力との差が大きいほど、修正目標流量が大きくなるように補正しているので、比較例に比べて圧力センサによる空気圧力の検出値の立ち上がりが早くなり、それだけ車両の加速応答性が高まり、結果として車両の運転性能が向上することが確認された。   Finally, FIG. 31 shows a time chart when the load suddenly increases according to the present embodiment, and FIG. 32 shows a time chart when the load suddenly increases according to a comparative example when the present invention is not applied. 31 and 32, (a) is a time chart of air flow rate [NL / min], and (b) is a time chart of air pressure [kPa-a]. In the embodiment, since the correction target flow rate is corrected so as to increase as the difference between the system required target pressure and the correction target pressure increases, the rise of the detected value of the air pressure by the pressure sensor is earlier than in the comparative example. As a result, it was confirmed that the acceleration response of the vehicle was increased and the driving performance of the vehicle was improved as a result.

以上説明した本実施例によれば、目標値生成部が、修正第2目標値から第2目標値を引いた値に基づいて第1目標補正値を生成し、この第1目標補正値を第1目標値に加算した結果から修正第1目標値を生成しているので、修正第2目標値が第2目標値から乖離している場合には、修正第1目標値が大きくなるように補正することができるために、修正第1目標値が第1目標値へ一致するまでの時間、或いは修正第2目標値が第2目標値へ一致するまでの時間を短縮し、燃料電池システムの負荷応答性を向上させることができるという効果がある。   According to the present embodiment described above, the target value generation unit generates the first target correction value based on the value obtained by subtracting the second target value from the corrected second target value, and uses the first target correction value as the first target correction value. Since the corrected first target value is generated from the result of addition to the one target value, when the corrected second target value deviates from the second target value, correction is performed so that the corrected first target value is increased. Therefore, the time until the corrected first target value matches the first target value or the time until the corrected second target value matches the second target value is shortened, and the load on the fuel cell system is reduced. There is an effect that responsiveness can be improved.

また本実施例によれば、第1目標値あるいは第1目標補正値が大きいほど、修正第2目標値の時間変化率が大きくなるように修正第2目標値を生成しているので、修正第1目標値に見合った修正第2目標値を生成することができるとともに、第1目標補正値が大きくなるにつれて、修正第1目標値及び修正第2目標値が大きくなるため、第1目標値への第1状態量の追従性能、及び第2目標値への第2状態量の追従性能が向上するという効果がある。   According to the present embodiment, the corrected second target value is generated so that the time change rate of the corrected second target value increases as the first target value or the first target correction value increases. A corrected second target value commensurate with one target value can be generated, and the corrected first target value and the corrected second target value increase as the first target correction value increases. This has the effect of improving the follow-up performance of the first state quantity and the follow-up performance of the second state quantity to the second target value.

また本実施例によれば、目標値生成部は、第1状態量及び第1目標値及び修正第1目標値は、空気流量値とし、第2状態量及び第2目標値及び修正第2目標値は、空気圧力値としている。このため、オンラインで時々刻々求めることが不可能な、修正第2目標値(目標空気圧力)が第2目標値(システム要求目標空気圧力)に追随するために必要な微分を含む第1目標補正値の演算を行うことなく、修正目標空気圧力の演算結果を用いて、目標流量の補正値を演算することができ、修正第1目標値の第1目標値への追従性能、及び修正第2目標値の第2目標値への追従性能が向上するという効果がある。   Further, according to the present embodiment, the target value generating unit sets the first state quantity, the first target value, and the corrected first target value as the air flow rate value, and sets the second state quantity, the second target value, and the corrected second target. The value is an air pressure value. Therefore, the first target correction including a derivative necessary for the corrected second target value (target air pressure) to follow the second target value (system required target air pressure), which cannot be obtained from time to time online. Without calculating the value, the correction value of the target flow rate can be calculated using the calculation result of the corrected target air pressure, the follow-up performance of the corrected first target value to the first target value, and the corrected second There is an effect that the follow-up performance of the target value to the second target value is improved.

また本実施例によれば、目標値生成部は、第1目標値と第1目標補正値との和を修正第1目標値とし、この修正第1目標値が大きいほど、修正第2目標値を大きくしているので、修正第2目標値と第2目標値との乖離が小さくなるに従って、第1目標補正値が小さくなり、修正第2目標値と第2目標値との乖離が大きくなるに従って、第1目標補正値が大きくなるので、修正第2目標値の第2目標値への追従を早めることができるという効果がある。   Further, according to the present embodiment, the target value generation unit sets the sum of the first target value and the first target correction value as the corrected first target value, and the corrected second target value increases as the corrected first target value increases. Therefore, as the deviation between the corrected second target value and the second target value decreases, the first target correction value decreases and the deviation between the corrected second target value and the second target value increases. Accordingly, the first target correction value is increased, so that the follow-up of the corrected second target value to the second target value can be accelerated.

また本実施例によれば、目標値生成部は、第1目標値と第1目標補正値との和の時間変化率を制限した結果を修正第1目標値とし、この修正第1目標値が大きいほど、修正第2目標値を大きくしているので、反応物質供給手段の操作量、例えばコンプレッサモータを制御するインバータの飽和を回避しつつ、適切な量の反応物質を供給することができるという効果がある。   Further, according to the present embodiment, the target value generation unit sets the result of limiting the time change rate of the sum of the first target value and the first target correction value as the corrected first target value, and the corrected first target value is Since the corrected second target value is increased as the value increases, an appropriate amount of reactant can be supplied while avoiding saturation of an operation amount of the reactant supply means, for example, an inverter that controls the compressor motor. effective.

また本実施例によれば、第1目標補正値生成部が修正第2目標値と第2目標値との乖離度合いに応じて第1目標補正値を生成すると共に、第1目標補正値の値が負の値とならないように制限しているので、第1目標値(流量)を増加させる方向にしか補正しないため、第2目標値(圧力)を下げるために不用意に流量を減らすことを回避することができるという効果がある。   According to the present embodiment, the first target correction value generation unit generates the first target correction value according to the degree of deviation between the corrected second target value and the second target value, and the value of the first target correction value. Is limited so that the first target value (flow rate) is increased. Therefore, it is necessary to inadvertently reduce the flow rate in order to decrease the second target value (pressure). There is an effect that it can be avoided.

さらに本実施例によれば、目標値生成部が目標電流値生成部を備え、目標電流値生成部は、修正目標電流を生成する際に、修正第2目標値が大きいほど、或いは第1目標補正値が小さいほど、基準目標電流に対して修正目標電流が大きくなるように生成する。このため、燃料電池の空気圧力に見合った発電を行うことができるようになり、酸素分圧不足状態での発電を回避することができるという効果がある。   Further, according to the present embodiment, the target value generation unit includes the target current value generation unit, and the target current value generation unit generates the corrected target current when the corrected second target value is larger or the first target value is generated. The smaller the correction value, the larger the corrected target current with respect to the reference target current. For this reason, it becomes possible to perform power generation commensurate with the air pressure of the fuel cell, and it is possible to avoid power generation in a state where oxygen partial pressure is insufficient.

本発明に係る燃料電池システムの参考例の全体構成を説明するシステム構成図である。1 is a system configuration diagram illustrating an overall configuration of a reference example of a fuel cell system according to the present invention. 参考例のコントローラ(燃料電池システム制御部)30の要部構成図である。It is a principal part block diagram of the controller (fuel cell system control part) 30 of a reference example . 参考例における目標値生成部32の構成を説明する要部構成図である。It is a principal part block diagram explaining the structure of the target value production | generation part 32 in a reference example . 参考例におけるコントローラ30の制御内容を説明する概略フローチャートである。It is a schematic flowchart explaining the control content of the controller 30 in a reference example . アクセル開度から負荷要求を求める制御テーブル例である。It is an example of the control table which calculates | requires a load request | requirement from an accelerator opening. 負荷要求からシステム要求目標流量を求める制御テーブル例である。It is an example of the control table which calculates | requires a system request | requirement target flow volume from a load request | requirement. 負荷要求からシステム要求目標圧力を求める制御テーブル例である。It is an example of the control table which calculates | requires a system request | requirement target pressure from a load request | requirement. アイドルストップ時間から希望空気調圧弁開度を求める制御テーブル例である。It is an example of the control table which calculates | requires desired air pressure regulation valve opening degree from idle stop time. アイドルストップ時間から希望空気調圧弁通過流量を求める制御テーブル例である。It is an example of the control table which calculates | requires desired air pressure regulation valve passage flow volume from idle stop time. 参考例における修正目標値生成手続きの詳細を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detail of the correction target value production | generation procedure in a reference example . 参考例における制限値生成手続きの詳細を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detail of the limit value production | generation procedure in a reference example . 制限値印加継続時間に対する修正目標圧力値を示す図である。It is a figure which shows the correction target pressure value with respect to limit value application continuation time. 操作量の詳細を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detail of the operation amount. 図10のS306に相当するブロック線図である。FIG. 11 is a block diagram corresponding to S306 in FIG. 10. 参考例における目標値生成器のブロック線図である。 It is a block diagram of the target value generator in a reference example . 参考例における目標値生成器のブロック線図の変形例である。It is a modification of the block diagram of the target value generator in a reference example . 参考例における目標値生成器のブロック線図の変形例である。It is a modification of the block diagram of the target value generator in a reference example . 参考例の動作を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining operation | movement of a reference example . 参考例の動作を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining operation | movement of a reference example . 実施例のコントローラ(燃料電池システム制御部)30の要部構成図である。 1 is a main part configuration diagram of a controller (fuel cell system control unit) 30 according to a first embodiment. 実施例における目標値生成部32aの構成を説明する要部構成図である。It is a principal part block diagram explaining the structure of the target value production | generation part 32a in Example 1. FIG. 実施例における目標値生成部32aの更に詳しい要部構成図である。It is a further detailed principal part block diagram of the target value production | generation part 32a in Example 1. FIG. 本実施例の第1目標補正値生成部83と参考例の目標値生成部32とを組み合わせた参考例の変形例の構成を示すブロック図である。First target correction value generation unit 83 of the first embodiment and the configuration of a modification of Reference Example a combination of a target value generator 32 of the reference example is a block diagram showing. 実施例におけるコントローラ30の制御内容を説明する概略フローチャートである。3 is a schematic flowchart illustrating the control content of a controller 30 in the first embodiment. 実施例における修正目標値(流量、圧力)の生成手続きの詳細を説明するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating details of a procedure for generating a corrected target value (flow rate, pressure) in the first embodiment. 実施例における修正目標電流生成手続きの詳細を説明するフローチャートである。3 is a flowchart illustrating details of a modified target current generation procedure in the first embodiment. 修正目標流量から変化率制限値Δpを求める制御マップの例である。It is an example of the control map which calculates | requires change rate limiting value (DELTA) p from correction target flow volume. 発電電力から発電電流を求める制御マップの例である。It is an example of the control map which calculates | requires generated electric current from generated electric power. 基準目標電流からシステム要求目標空気流量を求める制御マップの例である。It is an example of the control map which calculates | requires a system request | requirement target air flow rate from a reference | standard reference electric current. 基準目標電流からシステム要求目標空気圧力を求める制御マップの例である。It is an example of the control map which calculates | requires a system request | requirement target air pressure from a reference | standard reference electric current. (a)実施例による負荷急増時の空気流量[NL/min]のタイムチャート、(b)実施例による負荷急増時の空気圧力[kPa−a]のタイムチャートである。(A) a time chart of the air flow rate at the time of sudden increase of the load according to Example 1 [NL / min], is a time chart (b) air pressure at the time of sudden increase of the load according to Example 1 [kPa-a]. (a)比較例による負荷急増時の空気流量[NL/min]のタイムチャート、(b)比較例による負荷急増時の空気圧力[kPa−a]のタイムチャートである。(A) Time chart of air flow rate [NL / min] when load is suddenly increased according to comparative example, (b) Time chart of air pressure [kPa-a] when load is suddenly increased according to comparative example.

1…燃料電池、2…水素タンク、3…水素タンク元弁、4…減圧弁、5…水素供給弁、6a、6b…圧力センサ、6c…流量センサ、6d…温度センサ、6e…圧力センサ、7…水素循環装置、8…パージ弁、9…排水素処理装置、10a…コンプレッサ、10b…インバータ、11…加湿装置、12…空気調圧弁、13…冷却水ポンプ、14、15…温度センサ、16…三方弁、17…ラジエタ、18…ラジエタファン、19…バイパス流路、20…パワーマネージャ、21a…電圧センサ、21b…電流センサ、22…キースイッチ、23…アクセル開度センサ、24…水素循環路、30…コントローラ(燃料電池システム制御部)、31…システム要求目標値生成部、32…目標値生成部、33…操作量生成部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Hydrogen tank, 3 ... Hydrogen tank main valve, 4 ... Pressure reducing valve, 5 ... Hydrogen supply valve, 6a, 6b ... Pressure sensor, 6c ... Flow rate sensor, 6d ... Temperature sensor, 6e ... Pressure sensor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Hydrogen circulation apparatus, 8 ... Purge valve, 9 ... Exhaust hydrogen treatment apparatus, 10a ... Compressor, 10b ... Inverter, 11 ... Humidifier, 12 ... Air pressure regulating valve, 13 ... Cooling water pump, 14, 15 ... Temperature sensor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Three-way valve, 17 ... Radiator, 18 ... Radiator fan, 19 ... Bypass flow path, 20 ... Power manager, 21a ... Voltage sensor, 21b ... Current sensor, 22 ... Key switch, 23 ... Accelerator opening sensor, 24 ... Hydrogen Circulation path, 30... Controller (fuel cell system control unit), 31... System required target value generation unit, 32... Target value generation unit, 33.

Claims (7)

燃料電池と、燃料電池へ反応物質を供給する反応物質供給手段と、
反応物質供給手段から燃料電池へ供給する反応物質の状態量を調整する反応物質状態量調整手段と、
前記反応物質供給手段および前記反応物質状態量調整手段を制御する燃料電池システム制御手段と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システム制御手段は、システム要求目標値生成手段と、目標値生成手段と、操作量生成手段とを有し、
前記システム要求目標値生成手段は、前記燃料電池に対する負荷要求に応じて、前記反応物質の第1の状態量の目標値である第1目標値と、第1の状態量とは異なる第2の状態量の目標値である第2目標値とを生成する手段であり、
前記目標値生成手段は、第1目標値と第2目標値とに基づいて、第1目標値の修正値である修正第1目標値および第2目標値の修正値である修正第2目標値を生成する手段であり、
前記操作量生成手段は、修正第1目標値と修正第2目標値とに基づいて、前記第1操作量と前記第2操作量とを演算する手段であり、
前記目標値生成手段は、前記修正第1目標値が前記第1目標値に一致あるいは近似するように前記修正第1目標値を生成し、且つ前記修正第2目標値が前記第2目標値に一致あるいは近似するように前記修正第2目標値を生成するとともに、前記修正第2目標値と前記第2目標値の乖離度合いに応じて、第1目標補正値を生成する第1目標補正値生成手段を備え、該第1目標補正値生成手段が生成した第1目標補正値と前記第1目標値とに基づいて前記修正第1目標値を生成することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell and a reactant supply means for supplying the reactant to the fuel cell;
A reactant state quantity adjusting means for adjusting a state quantity of the reactant supplied from the reactant supply means to the fuel cell;
Fuel cell system control means for controlling the reactant supply means and the reactant state quantity adjusting means;
In a fuel cell system comprising:
The fuel cell system control means includes system required target value generation means, target value generation means, and operation amount generation means,
The system required target value generation means is configured to respond to a load request for the fuel cell, and a first target value that is a target value of the first state quantity of the reactant and a second state quantity that is different from the first state quantity. Means for generating a second target value which is a target value of the state quantity;
The target value generating means is based on the first target value and the second target value, and a corrected first target value that is a corrected value of the first target value and a corrected second target value that is a corrected value of the second target value. Is a means for generating
The operation amount generation means is a means for calculating the first operation amount and the second operation amount based on the corrected first target value and the corrected second target value,
The target value generating means generates the corrected first target value so that the corrected first target value matches or approximates the first target value, and the corrected second target value becomes the second target value. First target correction value generation for generating the first target correction value according to the degree of divergence between the corrected second target value and the second target value while generating the corrected second target value so as to coincide or approximate Means for generating the corrected first target value based on the first target correction value generated by the first target correction value generation means and the first target value.
前記目標値生成手段は、前記第1目標値あるいは前記第1目標補正値が大きいほど、前記修正第2目標値の時間変化率が大きくなるように、前記修正第2目標値を生成することを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The target value generating means generates the corrected second target value such that the time change rate of the corrected second target value increases as the first target value or the first target correction value increases. The fuel cell system according to claim 1 , wherein 前記第1状態量および前記第1目標値および前記修正第1目標値は、前記反応物質の流量値とし、前記第2状態量および前記第2目標値および前記修正第2目標値は前記反応物質の圧力値としたことを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The first state quantity, the first target value, and the modified first target value are flow rates of the reactants, and the second state quantity, the second target value, and the modified second target values are the reactants. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the pressure value is as follows. 前記目標値生成手段は、前記第1目標値と前記第1目標補正値との和を前記修正第1目標値とし、該修正第1目標値が大きいほど、前記修正第2目標値を大きくすることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The target value generating means sets the sum of the first target value and the first target correction value as the corrected first target value, and increases the corrected second target value as the corrected first target value increases. The fuel cell system according to claim 1 . 前記目標値生成手段は、前記第1目標値と前記第1目標補正値との和の時間変化率を制限した値を前記修正第1目標値として生成する修正第1目標値生成手段をさらに有し、
前記目標値生成手段は、該修正第1目標値が大きいほど、前記修正第2目標値を大きくすることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。
The target value generating means further includes a corrected first target value generating means for generating, as the corrected first target value, a value that limits a time change rate of the sum of the first target value and the first target correction value. And
2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the target value generating unit increases the corrected second target value as the corrected first target value increases.
前記第1目標補正値生成手段は、前記修正第2目標値と前記第2目標値の乖離度合いに応じて、第1目標補正値を生成する手段であり、
該第1目標補正値生成手段は、前記第1目標補正値の最小値を0に制限するように生成することを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。
The first target correction value generating means is a means for generating a first target correction value according to the degree of deviation between the corrected second target value and the second target value,
2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the first target correction value generation unit generates the first target correction value so as to limit a minimum value of the first target correction value to zero.
前記目標値生成手段は、前記修正第2目標値と前記第1目標補正値とに基づいて、前記燃料電池システムから取り出す電流の目標値である目標電流を生成する目標電流生成手段をさらに有し、
該目標電流生成手段は、前記修正第2目標値が大きいほど、あるいは前記第1目標補正値が小さいほど、前記目標電流を大きくすることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。
The target value generation means further includes target current generation means for generating a target current that is a target value of a current to be extracted from the fuel cell system based on the corrected second target value and the first target correction value. ,
2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the target current generating unit increases the target current as the corrected second target value is larger or as the first target correction value is smaller.
JP2008302260A 2008-02-18 2008-11-27 Fuel cell system Expired - Fee Related JP5470818B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008302260A JP5470818B2 (en) 2008-02-18 2008-11-27 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008036572 2008-02-18
JP2008036572 2008-02-18
JP2008302260A JP5470818B2 (en) 2008-02-18 2008-11-27 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009224313A JP2009224313A (en) 2009-10-01
JP5470818B2 true JP5470818B2 (en) 2014-04-16

Family

ID=41240851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008302260A Expired - Fee Related JP5470818B2 (en) 2008-02-18 2008-11-27 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5470818B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2978055B1 (en) * 2013-03-22 2017-09-20 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel-cell system and method for controlling fuel-cell system
JP6164200B2 (en) * 2014-11-15 2017-07-19 トヨタ自動車株式会社 Control method and flow rate control device for flow rate regulating valve for oxidizing gas

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3832802B2 (en) * 2000-07-25 2006-10-11 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and control method thereof
JP2004022460A (en) * 2002-06-19 2004-01-22 Nissan Motor Co Ltd Starting control apparatus of fuel cell vehicle
JP2004355890A (en) * 2003-05-28 2004-12-16 Nissan Motor Co Ltd Control device for fuel cell
JP4876502B2 (en) * 2005-09-22 2012-02-15 日産自動車株式会社 Fuel cell system
JP2007220355A (en) * 2006-02-14 2007-08-30 Honda Motor Co Ltd Low-temperature starting method of fuel cell system and fuel cell
JP2007294304A (en) * 2006-04-26 2007-11-08 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009224313A (en) 2009-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5105223B2 (en) Fuel cell system
CN101796679B (en) Fuel cell system
JP4924792B2 (en) Fuel cell system and moving body
EP3021398B1 (en) Fuel cell system, and control method for fuel cell system
JP5446023B2 (en) Fuel cell system
JP5522309B2 (en) Fuel cell system
JP4525112B2 (en) Control device for fuel cell vehicle
JP5358947B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2007048519A (en) Fuel cell system
JP5140960B2 (en) Fuel cell system
JP5470818B2 (en) Fuel cell system
JP5013307B2 (en) Fuel cell system
JP5376390B2 (en) Fuel cell system
JP5359227B2 (en) Fuel cell system
JP6090451B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2008084603A (en) Fuel cell system and its purging method
JP5013171B2 (en) Fuel cell system
JP4863052B2 (en) Fuel cell system and moving body
KR20200118289A (en) Method and system for controlling pressure of fuel cell stack
JP5392592B2 (en) Fuel cell system and impurity concentration estimation method
JP5386950B2 (en) Fuel cell system
JP5585685B2 (en) Fuel cell system
JP2006109650A (en) Vehicle control unit and vehicle control method
JP4396173B2 (en) Fuel cell control device and computer program
JP2007165162A (en) Fuel cell system and mobile body

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111028

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130627

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130716

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130904

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140120

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5470818

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees