JP7276249B2 - Fuel cell system and fuel cell control method - Google Patents

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Description

本開示は、燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。 The present disclosure relates to a fuel cell system and a fuel cell control method.

低効率運転による暖機運転においては、アノードで発生してカソードへ移動した水素イオンが電子を受け取り、ポンピング水素が発生することが知られている。ポンピング水素の発生量が増加すると、カソードオフガス中の水素濃度(以下、排気水素濃度という。)が上昇するおそれがある。特許文献1には、燃料電池の運転電流およびセル枚数などから導出されるポンピング水素の理論発生量を、燃料電池の電圧に応じた補正係数によって補正して、ポンピング水素の発生量を推定する方法が開示されている。 It is known that in warm-up operation due to low-efficiency operation, hydrogen ions generated at the anode and transferred to the cathode receive electrons to generate pumping hydrogen. If the amount of pumping hydrogen generated increases, the concentration of hydrogen in the cathode offgas (hereinafter referred to as exhaust hydrogen concentration) may increase. Patent Document 1 discloses a method of estimating the amount of pumping hydrogen generated by correcting the theoretical amount of pumping hydrogen generated, which is derived from the operating current of the fuel cell and the number of cells, using a correction coefficient according to the voltage of the fuel cell. is disclosed.

国際公開第2011/013226号WO2011/013226

しかし、排気水素濃度の推定について、推定精度を向上する余地があった。 However, there is room for improving the accuracy of estimation of the exhaust hydrogen concentration.

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be implemented as the following forms.

(1)本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。燃料電池システムは、セルが積層された燃料電池と、1または複数の前記セルを単位として電圧を検出する電圧センサと、前記燃料電池の動作点を決定し、前記燃料電池を動作させる制御部であって、前記燃料電池の暖機運転時に基準動作点よりも効率の低い低効率動作点において前記燃料電池を動作させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記暖機運転時に、前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である前記セルの総枚数を算出し、前記総枚数を用いて排気水素濃度を算出する。この形態によれば、セル電圧が低下したセルの総枚数を用いることで、排気水素濃度を精度良く推定することができる。
(2)上記形態の燃料システムにおいて、さらに、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、前記燃料電池の始動時温度毎に前記燃料電池の現在温度に対する補正係数が対応付けられているマップであって、始動時温度が低いほど補正係数の値が大きいマップを記憶する記憶装置と、を備え、前記制御部は、始動時に前記温度センサから取得した始動時温度を記憶し、前記マップを用いて、前記始動時温度および前記温度センサから取得した前記現在温度に対応する前記補正係数を取得し、前記総枚数に前記補正係数を乗じた値を用いて、前記排気水素濃度を算出してもよい。この形態によれば、始動時温度に対応する補正係数を用いることで、排気水素濃度を精度良く推定することができる。
(3)上記形態の燃料システムにおいて、前記制御部は、前記排気水素濃度が、予め定められた基準濃度よりも高い場合、水素濃度低減処理を実行してもよい。この形態によれば、精度良く推定された排気水素濃度が基準濃度よりも高い場合、排気水素濃度を低減することができる。
(4)上記形態の燃料システムにおいて、前記電圧センサは、1枚の前記セルの電圧を検出する第1電圧センサと、2枚の前記セルの電圧を検出する第2電圧センサと、を含み、前記制御部は、前記第1電圧センサの検出電圧が前記第1基準電圧以下である場合、前記第1基準電圧以下である前記セルを1枚と計数し、前記第2電圧センサの検出電圧が前記第1基準電圧以下である場合、前記第1基準電圧以下である前記セルを2枚と計数し、前記第2電圧センサの検出電圧が前記第1基準電圧より大きく、かつ、前記第1基準電圧よりも大きい予め定められた第2基準電圧以下である場合、前記第1基準電圧以下である前記セルを1枚と計数し、前記総枚数を算出してもよい。この形態によれば、2枚のセルに対して1つの電圧センサが備えられる場合においても、総枚数を算出することができる。
(5)本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。燃料電池システムは、セルが積層された燃料電池と、1または複数の前記セルを単位として電圧を検出する電圧センサと、前記複数のセルのうちで前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である特定セルの枚数を算出し、算出した前記枚数を用いて前記燃料電池を動作させる制御部と、排気水素濃度が基準濃度以下となるように、前記特定セルの枚数に対する要求発熱量が対応付けられている参照マップであって、前記枚数が多いほど前記要求発熱量が小さい参照マップが記憶されている記憶装置と、を備え、前記制御部は、前記検出電圧を用いて前記枚数を算出し、前記参照マップを用いて、算出した前記枚数に対応する前記要求発熱量を取得し、取得した前記要求発熱量を目標値として前記燃料電池を動作させる。この形態によれば、排気水素濃度が基準濃度となるように予め規定された参照マップを用いて、算出した総枚数に対応する要求発熱量を目標値に設定することで、排気水素濃度が基準濃度となる燃料電池の制御を行うことができる。
(6)本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。燃料電池システムは、セルが積層された燃料電池と、1または複数の前記セルを単位として電圧を検出する電圧センサと、積層された前記セルのうちで前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である特定セルの枚数を算出し、算出した前記枚数を用いて前記燃料電池を動作させる制御部と、排気水素濃度が基準濃度以下となるように、前記特定セルの枚数に対する要求電流量が対応付けられている参照マップであって、前記枚数が多いほど前記要求電流量が小さい参照マップが記憶されている記憶装置と、を備え、前記制御部は、前記検出電圧を用いて前記枚数を算出し、前記参照マップを用いて、算出した前記枚数に対応する前記要求電流量を取得し、取得した前記要求電流量を目標値として前記燃料電池を動作させる。この形態によれば、排気水素濃度が基準濃度となるように予め規定された参照マップを用いて、算出した総枚数に対応する要求電流量を目標値に設定することで、排気水素濃度が基準濃度となる燃料電池の制御を行うことができる。
本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、燃料電池システムの他に、例えば、燃料電池システムの制御方法、その制御方法をコンピューターに実行させるためのコンピュータープログラム、コンピュータープログラムを記録した非一過性の記録媒体などの形態で実現することができる。
(1) According to one aspect of the present disclosure, a fuel cell system is provided. A fuel cell system includes a fuel cell in which cells are stacked, a voltage sensor that detects voltage in units of one or more cells, and a control unit that determines an operating point of the fuel cell and operates the fuel cell. a control unit that operates the fuel cell at a low-efficiency operating point that is lower in efficiency than a reference operating point during warm-up operation of the fuel cell, wherein the control unit controls, during the warm-up operation, the voltage A total number of the cells whose detection voltage of the sensor is equal to or lower than a predetermined first reference voltage is calculated, and the exhaust hydrogen concentration is calculated using the total number of cells. According to this aspect, the exhaust hydrogen concentration can be accurately estimated by using the total number of cells in which the cell voltage has decreased.
(2) The fuel system of the above aspect further includes a temperature sensor for detecting the temperature of the fuel cell, and a map in which a correction coefficient for the current temperature of the fuel cell is associated with each starting temperature of the fuel cell. and a storage device that stores a map in which the value of the correction coefficient increases as the temperature at startup is lower, wherein the control unit stores the temperature at startup acquired from the temperature sensor at startup, and uses the map. Then, the correction coefficient corresponding to the starting temperature and the current temperature obtained from the temperature sensor is acquired, and the exhaust hydrogen concentration is calculated using the value obtained by multiplying the total number of sheets by the correction coefficient. good. According to this aspect, the exhaust hydrogen concentration can be accurately estimated by using the correction coefficient corresponding to the starting temperature.
(3) In the fuel system of the above aspect, the control unit may execute hydrogen concentration reduction processing when the exhaust hydrogen concentration is higher than a predetermined reference concentration. According to this aspect, when the accurately estimated exhaust hydrogen concentration is higher than the reference concentration, the exhaust hydrogen concentration can be reduced.
(4) In the fuel system of the above aspect, the voltage sensor includes a first voltage sensor that detects the voltage of one of the cells and a second voltage sensor that detects the voltage of two of the cells, When the voltage detected by the first voltage sensor is equal to or less than the first reference voltage, the control unit counts the cell whose voltage is equal to or less than the first reference voltage as one, and the voltage detected by the second voltage sensor is counted as one. If the voltage is equal to or less than the first reference voltage, the number of cells equal to or less than the first reference voltage is counted as two, and the voltage detected by the second voltage sensor is greater than the first reference voltage and the first reference. When the voltage is equal to or less than a predetermined second reference voltage which is higher than the voltage, the cell having the voltage equal to or less than the first reference voltage may be counted as one cell, and the total number of cells may be calculated. According to this aspect, even when one voltage sensor is provided for two cells, the total number of cells can be calculated.
(5) According to one aspect of the present disclosure, a fuel cell system is provided. A fuel cell system includes a fuel cell in which cells are stacked, a voltage sensor that detects a voltage in units of one or more of the cells, and a predetermined voltage detected by the voltage sensor among the plurality of cells. A control unit that calculates the number of specific cells whose voltage is equal to or lower than one reference voltage and operates the fuel cell using the calculated number of cells; a storage device storing a reference map associated with a heat generation amount, wherein the larger the number of sheets, the smaller the required heat generation amount is stored; and the control unit uses the detection voltage The number of fuel cells is calculated, the required calorific value corresponding to the calculated number of fuel cells is acquired using the reference map, and the fuel cell is operated using the acquired required calorific value as a target value. According to this aspect, the required heat generation amount corresponding to the calculated total number of sheets is set as a target value using a reference map that is predetermined so that the exhaust hydrogen concentration becomes the reference concentration, so that the exhaust hydrogen concentration is the reference concentration. It is possible to control the concentration of the fuel cell.
(6) According to one aspect of the present disclosure, a fuel cell system is provided. A fuel cell system includes a fuel cell in which cells are stacked, a voltage sensor that detects voltage in units of one or more cells, and a voltage detected by the voltage sensor among the stacked cells is predetermined. a control unit that calculates the number of specific cells whose voltage is equal to or lower than a first reference voltage and operates the fuel cell using the calculated number of cells; a storage device storing a reference map associated with a required current amount, wherein the larger the number of sheets, the smaller the required current amount is stored; and the control unit uses the detected voltage The number of fuel cells is calculated using the reference map, and the required current amount corresponding to the calculated number of fuel cells is acquired using the reference map, and the fuel cell is operated using the acquired required current amount as a target value. According to this aspect, the exhaust hydrogen concentration is set to the reference concentration by setting the required current amount corresponding to the calculated total number of sheets to the target value using the reference map that is defined in advance so that the exhaust hydrogen concentration becomes the reference concentration. It is possible to control the concentration of the fuel cell.
The present disclosure can be realized in various forms, and in addition to the fuel cell system, for example, a control method of the fuel cell system, a computer program for causing a computer to execute the control method, and a computer program are recorded. It can be realized in the form of a non-transitory recording medium or the like.

車両に搭載される燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system mounted on a vehicle; FIG. 第1実施形態に係る排気水素判定処理のフローチャートである。4 is a flowchart of exhaust hydrogen determination processing according to the first embodiment; 第1実施形態に係るセル枚数算出処理のフローチャートである。7 is a flowchart of cell count calculation processing according to the first embodiment; 掃引電流毎の現在温度と第1電圧閾値との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the current temperature and the first voltage threshold for each sweep current; 現在温度と補正係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between present temperature and a correction coefficient. 掃引電流と第1電圧閾値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a sweep current and a 1st voltage threshold. 第2実施形態に係るセル枚数算出処理のフローチャートである。10 is a flowchart of cell number calculation processing according to the second embodiment. 第2実施形態に係る目標電流と第2電圧閾値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the target current and 2nd voltage threshold which concern on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る目標動作点を決定するための動作点マップを説明する図である。It is a figure explaining the operating point map for determining the target operating point which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る掃引電流毎のポンピング水素セル数と排気水素濃度との相関関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the correlation between the number of pumping hydrogen cells for each sweep current and the exhaust hydrogen concentration according to the third embodiment; 第3実施形態に係る排気水素濃度毎の発熱量とポンピング水素セル数との相関関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the correlation between the amount of heat generated for each exhaust hydrogen concentration and the number of pumping hydrogen cells according to the third embodiment; 第3実施形態に係る排気水素濃度制御処理のフローチャートである。10 is a flowchart of exhaust hydrogen concentration control processing according to the third embodiment; 第3実施形態に係るポンピング水素セル数と要求発熱量との相関関係を規定する参照マップを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a reference map that defines the correlation between the number of pumping hydrogen cells and the required heat generation amount according to the third embodiment;

A.第1実施形態:
図1は、車両に搭載される燃料電池システム100の概略構成を示す図である。燃料電池システム100は、燃料電池10と、酸化ガス系回路20と、燃料ガス系回路40と、冷却系回路60と、負荷71と、制御部80と、電流センサ11と、電圧センサ12と、温度センサ14と、マフラー52と、を備える。燃料電池10は、燃料ガスおよび酸化ガスを用い、電気化学反応によって発電する。燃料電池10は、複数のセル90が積層されたスタック構造を有する。セル90は、MEGA(Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly)(図示せず)がセパレータ(図示せず)により挟持された構造を有する。MEGAは、電解質膜(図示せず)の一方の面にアノードとして機能する電極触媒層(図示せず)を、他方の面にカソードとして機能する電極触媒層(図示せず)を備えるMEA(Membrane Electrode Assembly)(図示せず)の両面にガス拡散層(図示せず)を備える。本実施形態では、燃料ガスとして水素が用いられ、酸化ガスとして空気中の酸素が用いられる。燃料電池10により発電された電力は、DC/DCコンバータ72により昇圧され、負荷71に供給され、消費される。燃料電池10と負荷71との間には、燃料電池10の出力電流を検出する電流センサ11が設けられている。本実施形態では、1枚のセル90を単位として電圧を検出する電圧センサ12が設けられている。制御部80は、図示しないCPU(central processing unit)および記憶装置81を備え、酸化ガス系回路20と、燃料ガス系回路40と、冷却系回路60と、を制御する。記憶装置81には、後述する排気水素判定処理のプログラム、排気水素判定処理にて使用される第1電圧閾値Vs1を規定するマップなどの各マップ、センサ総数Nなどの各値が記憶されている。電圧センサ12と、電流センサ11と、温度センサ14とは、それぞれ制御部80と接続されている。電流センサ11、電圧センサ12、および温度センサ14が検出した検出値は、制御部80へ送信される。電圧センサ12の各々には、燃料電池10の両端部のいずれか一方のセル90に設けられている電圧センサ12を1番とする番号が付されている。制御部80は、電圧センサ12から受信した検出電圧は、何番目の電圧センサ12から送信された検出電圧であるかを特定する。制御部80は、DC/DCコンバータ72を用いて燃料電池10の出力電流を制御することにより、燃料電池10の出力電圧を制御する。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 mounted on a vehicle. The fuel cell system 100 includes a fuel cell 10, an oxidizing gas system circuit 20, a fuel gas system circuit 40, a cooling system circuit 60, a load 71, a controller 80, a current sensor 11, a voltage sensor 12, A temperature sensor 14 and a muffler 52 are provided. The fuel cell 10 uses a fuel gas and an oxidizing gas to generate electricity through an electrochemical reaction. The fuel cell 10 has a stack structure in which a plurality of cells 90 are stacked. The cell 90 has a structure in which a MEGA (Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly) (not shown) is sandwiched between separators (not shown). MEGA is a MEA (Membrane Electrolyte) having an electrode catalyst layer (not shown) functioning as an anode on one side of an electrolyte membrane (not shown) and an electrode catalyst layer (not shown) functioning as a cathode on the other side. Gas diffusion layers (not shown) are provided on both sides of the Electrode Assembly (not shown). In this embodiment, hydrogen is used as the fuel gas, and oxygen in the air is used as the oxidizing gas. Electric power generated by the fuel cell 10 is boosted by the DC/DC converter 72, supplied to the load 71, and consumed. A current sensor 11 that detects the output current of the fuel cell 10 is provided between the fuel cell 10 and the load 71 . In this embodiment, a voltage sensor 12 is provided to detect the voltage of each cell 90 as a unit. The control unit 80 includes a CPU (central processing unit) (not shown) and a storage device 81 , and controls the oxidizing gas system circuit 20 , the fuel gas system circuit 40 and the cooling system circuit 60 . The storage device 81 stores a program for an exhaust hydrogen determination process, which will be described later, each map such as a map defining a first voltage threshold Vs1 used in the exhaust hydrogen determination process, and values such as the total number of sensors N. . Voltage sensor 12 , current sensor 11 , and temperature sensor 14 are each connected to control unit 80 . Detected values detected by current sensor 11 , voltage sensor 12 , and temperature sensor 14 are transmitted to control unit 80 . Each of the voltage sensors 12 is assigned a number, with the voltage sensor 12 provided in one of the cells 90 at either end of the fuel cell 10 being number one. The control unit 80 identifies from what order the detected voltage received from the voltage sensor 12 is the detected voltage transmitted from the voltage sensor 12 . The control unit 80 controls the output voltage of the fuel cell 10 by controlling the output current of the fuel cell 10 using the DC/DC converter 72 .

酸化ガス系回路20は、燃料電池10のカソードに対して空気を供給するための回路である。酸化ガス系回路20は、酸化ガス供給管21と、エアクリーナ22と、エアコンプレッサ23と、バイパス管24と、酸化オフガス排出管25と、酸化ガス供給バルブ26と、バイパスバルブ27と、カソードオフガス排気バルブ28と、を有する。酸化ガス供給管21はエアクリーナ22と、燃料電池10のカソード、すなわち酸化ガス導入口(図示せず)と、を接続する。酸化オフガス排出管25は燃料電池10の酸化オフガス排出口(図示せず)と、大気とを連通する。酸化オフガス排出管25にはマフラー52が配置されている。エアコンプレッサ23は、エアクリーナ22により塵埃が除去された空気を圧縮し、酸化ガス供給管21を介して圧縮した空気を燃料電池10に供給する。酸化ガス供給バルブ26は酸化ガス供給管21に配置されており、酸化ガス供給管21の流路を開閉することにより燃料電池10への空気の供給を遮断または許容する。カソードオフガス排気バルブ28は酸化オフガス排出管25に配置されており、燃料電池10の酸化オフガス排出口から排出されたカソードオフガスの排出量を制御し、燃料電池10の背圧を調整する。バイパス管24は、酸化ガス供給管21と酸化オフガス排出管25とを接続する。バイパスバルブ27は、バイパス管24に配置されており、エアコンプレッサ23およびカソードオフガス排気バルブ28と協働して、燃料電池10を流れる空気の流量を調整する。 The oxidizing gas system circuit 20 is a circuit for supplying air to the cathode of the fuel cell 10 . The oxidant gas system circuit 20 includes an oxidant gas supply pipe 21, an air cleaner 22, an air compressor 23, a bypass pipe 24, an oxidant offgas discharge pipe 25, an oxidant gas supply valve 26, a bypass valve 27, and a cathode offgas exhaust. a valve 28; The oxidizing gas supply pipe 21 connects the air cleaner 22 and the cathode of the fuel cell 10, that is, an oxidizing gas inlet (not shown). The oxidant off-gas discharge pipe 25 communicates an oxidant off-gas discharge port (not shown) of the fuel cell 10 with the atmosphere. A muffler 52 is arranged in the oxidation off-gas discharge pipe 25 . The air compressor 23 compresses the air from which dust has been removed by the air cleaner 22 and supplies the compressed air to the fuel cell 10 via the oxidizing gas supply pipe 21 . The oxidant gas supply valve 26 is arranged in the oxidant gas supply pipe 21 and cuts off or permits the supply of air to the fuel cell 10 by opening and closing the flow path of the oxidant gas supply pipe 21 . The cathode offgas exhaust valve 28 is arranged in the oxidation offgas exhaust pipe 25 and controls the amount of cathode offgas exhausted from the oxidation offgas exhaust port of the fuel cell 10 to adjust the back pressure of the fuel cell 10 . The bypass pipe 24 connects the oxidizing gas supply pipe 21 and the oxidizing off-gas discharge pipe 25 . A bypass valve 27 is arranged in the bypass pipe 24 and cooperates with the air compressor 23 and the cathode offgas exhaust valve 28 to regulate the flow rate of air flowing through the fuel cell 10 .

燃料ガス系回路40は、燃料電池10のアノードに対して燃料ガスを供給するための回路である。燃料ガス系回路40は、燃料ガス供給管41と、燃料ガス源である燃料ガスタンク42と、主止弁43と、調圧弁44と、インジェクタ45と、燃料排ガス管46と、気液分離器47と、排気排水弁48と、還流管49と、還流ポンプ50と、を備える。燃料ガス供給管41は、燃料ガスタンク42と、燃料電池10のアノード、すなわち燃料ガス導入口(図示せず)と、を接続する。燃料ガスタンク42は高圧水素ガスを貯留する。燃料ガス供給管41には、燃料ガスタンク42から燃料電池10に向かって、主止弁43、調圧弁44、インジェクタ45が順に配置されている。主止弁43は、燃料ガス供給管41の流路を開閉することにより燃料ガスタンク42からの水素ガスの供給を遮断または許容する。調圧弁44は、高圧水素ガスの圧力を予め定められた水素圧力まで低下させる。インジェクタ45は、燃料電池10に対する水素ガスの供給量を調整するために備えられている。インジェクタ45は、噴射間隔、すなわち、開口間隔が制御されることによって、燃料ガスの供給量(燃料ガス量)を調整する。燃料排ガス管46は、燃料電池10の燃料オフガス排出口(図示せず)と、酸化オフガス排出管25と、を接続する。燃料排ガス管46には、燃料電池10からマフラー52に向かって、順に気液分離器47と、排気排水弁48とが、配置されている。還流管49は、気液分離器47と、インジェクタ45下流側の燃料ガス供給管41と、を接続する。燃料電池10の燃料オフガス排出口から排出される燃料オフガスは、気液分離器47により気体成分と液体成分とに分離される。排気排水弁48は、燃料排ガス管46を連通・非連通に切り替える。気液分離器47により分離された燃料排ガスの気体成分は、還流ポンプ50により燃料ガス供給管41へ還流される。これにより、燃料オフガスに含まれる未反応の水素が再利用される。燃料オフガス中の水素ガス以外のガス成分の濃度が高くなると、排気排水弁48が開弁されて、液体成分と燃料オフガスとが排出される。燃料排ガス管46を流れる燃料オフガスと、酸化オフガス排出管25を流れるカソードオフガスとは、混合され、マフラー52を介して排気される。 The fuel gas system circuit 40 is a circuit for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell 10 . The fuel gas system circuit 40 includes a fuel gas supply pipe 41, a fuel gas tank 42 as a fuel gas source, a main stop valve 43, a pressure regulating valve 44, an injector 45, a fuel exhaust gas pipe 46, and a gas-liquid separator 47. , an exhaust/drain valve 48 , a reflux pipe 49 , and a reflux pump 50 . The fuel gas supply pipe 41 connects the fuel gas tank 42 and the anode of the fuel cell 10, that is, a fuel gas inlet (not shown). A fuel gas tank 42 stores high-pressure hydrogen gas. A main stop valve 43 , a pressure regulating valve 44 and an injector 45 are arranged in this order from the fuel gas tank 42 toward the fuel cell 10 in the fuel gas supply pipe 41 . The main stop valve 43 blocks or permits the supply of hydrogen gas from the fuel gas tank 42 by opening and closing the flow path of the fuel gas supply pipe 41 . The pressure regulating valve 44 reduces the pressure of the high pressure hydrogen gas to a predetermined hydrogen pressure. The injector 45 is provided to adjust the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 . The injector 45 adjusts the fuel gas supply amount (fuel gas amount) by controlling the injection interval, that is, the opening interval. The fuel exhaust gas pipe 46 connects a fuel offgas discharge port (not shown) of the fuel cell 10 and the oxidation offgas discharge pipe 25 . A gas-liquid separator 47 and an exhaust drain valve 48 are arranged in this order from the fuel cell 10 toward the muffler 52 in the fuel exhaust gas pipe 46 . The reflux pipe 49 connects the gas-liquid separator 47 and the fuel gas supply pipe 41 on the downstream side of the injector 45 . The fuel off-gas discharged from the fuel off-gas outlet of the fuel cell 10 is separated into a gas component and a liquid component by the gas-liquid separator 47 . The exhaust drain valve 48 switches the fuel exhaust gas pipe 46 between communication and non-communication. The gas component of the fuel exhaust gas separated by the gas-liquid separator 47 is returned to the fuel gas supply pipe 41 by the reflux pump 50 . Thereby, unreacted hydrogen contained in the fuel off-gas is reused. When the concentration of gas components other than hydrogen gas in the fuel off-gas increases, the exhaust drain valve 48 is opened to discharge the liquid components and the fuel off-gas. The fuel off-gas flowing through the fuel exhaust gas pipe 46 and the cathode off-gas flowing through the oxidation off-gas discharge pipe 25 are mixed and exhausted via the muffler 52 .

冷却系回路60は燃料電池10を冷却するための回路である。冷却系回路60は、冷媒供給管61と、ラジエータ64と、冷媒ポンプ65と、を備える。冷媒供給管61を流れる冷媒は、ラジエータ64により冷却され、冷媒ポンプ65により燃料電池10内を循環する。冷媒供給管61には、温度センサ14が設けられている。燃料電池10から排出される冷媒の温度と、燃料電池10の温度とは、ほぼ等しいため、冷媒の温度を燃料電池10の温度とすることができる。なお、温度センサを、燃料電池10に設けてもよい。 A cooling system circuit 60 is a circuit for cooling the fuel cell 10 . The cooling system circuit 60 includes a coolant supply pipe 61 , a radiator 64 and a coolant pump 65 . The coolant flowing through the coolant supply pipe 61 is cooled by the radiator 64 and circulated in the fuel cell 10 by the coolant pump 65 . A temperature sensor 14 is provided in the coolant supply pipe 61 . Since the temperature of the coolant discharged from the fuel cell 10 and the temperature of the fuel cell 10 are substantially equal, the temperature of the coolant can be the temperature of the fuel cell 10 . Note that a temperature sensor may be provided in the fuel cell 10 .

燃料電池10における通常運転および暖機運転について説明する。通常運転においては、目標の出力電力を発電するのに必要な理論空気量以上の空気が供給されて発電が行われる。一方、暖機運転においては、運転効率を低下させるために、通常運転にて供給される空気量未満の空気量にて発電が行われる。ここで、通常運転にて供給される空気量未満の空気量にて発電される場合の動作点である、暖機運転において制御される燃料電池10の動作点を低効率動作点という。暖機運転においては、目標の出力電力を発電するのに必要な理論空気量に対する、実際に供給される空気量の比である、エアストイキ比は、例えば1.0程度とされる。低効率動作点において燃料電池10を稼働させることにより、濃度過電圧が増大し、自己発熱により燃料電池10が暖機される。通常運転においては、制御部80は、燃料消費の観点から適切な運転効率となるように、燃料電池10の動作点を決定して燃料電池10を動作させる。運転効率とは、燃料電池10に供給される燃料ガス量と燃料電池10から出力される電力とにより求められる効率である。暖機運転では、燃料電池10の動作点の内、基準となる基準動作点よりも効率が低い低効率動作点にて運転される。ここで、基準動作点とは、目標の出力電力を発電するのに必要な理論空気量以上の空気を供給して燃料電池10を運転するための動作点である。暖機運転では、例えば、燃料電池10の始動時温度に応じて目標発熱量が設定され、設定された目標発熱量に基づき、低効率動作点の目標値が決定される。 Normal operation and warm-up operation in the fuel cell 10 will be described. In normal operation, power is generated by supplying a theoretical amount of air or more required to generate the target output power. On the other hand, during warm-up operation, power generation is performed with an air amount less than the amount of air supplied during normal operation in order to reduce operating efficiency. Here, the operating point of the fuel cell 10 controlled during warm-up operation, which is the operating point when power is generated with an amount of air less than the amount of air supplied during normal operation, is referred to as the low-efficiency operating point. During warm-up operation, the air stoichiometric ratio, which is the ratio of the amount of air actually supplied to the theoretical amount of air required to generate the target output power, is set to, for example, about 1.0. By operating the fuel cell 10 at a low efficiency operating point, the concentration overvoltage increases and the fuel cell 10 is warmed up by self-heating. In normal operation, the control unit 80 determines the operating point of the fuel cell 10 and operates the fuel cell 10 so that the operating efficiency is appropriate from the viewpoint of fuel consumption. The operating efficiency is the efficiency obtained from the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 10 and the electric power output from the fuel cell 10 . During warm-up operation, the fuel cell 10 is operated at a low-efficiency operating point, which is lower in efficiency than the reference operating point, among the operating points of the fuel cell 10 . Here, the reference operating point is an operating point for operating the fuel cell 10 by supplying a theoretical amount of air equal to or greater than the amount of air required to generate the target output power. In warm-up operation, for example, a target heat generation amount is set according to the starting temperature of the fuel cell 10, and a target value for the low efficiency operating point is determined based on the set target heat generation amount.

暖機運転は、主に外気温が氷点下である場合に行われる。氷点下では、燃料電池10に残存する水分などが凍結し、燃料電池10の酸化ガスの流路が閉塞される場合がある。このため、酸化ガスの圧力損失が増大し、目標の燃料ガス供給量に対して、実際の燃料ガス供給量が少なくなり、目標のセル電圧に対して、実際のセル電圧は低下する。また、燃料ガス供給量が少なくなるとポンピング水素が発生する。ポンピング水素とは、カソードに移動した水素イオンが電子を受け取り発生する水素である。水素イオンのカソードへの移動量は、燃料電池10から掃引する電流量に比例するため、ポンピング水素の発生量は、掃引する電流量に比例する。 Warm-up operation is mainly performed when the outside air temperature is below freezing. When the temperature is below freezing, moisture remaining in the fuel cell 10 may freeze, blocking the flow path of the oxidizing gas in the fuel cell 10 . Therefore, the pressure loss of the oxidizing gas increases, the actual fuel gas supply amount becomes smaller than the target fuel gas supply amount, and the actual cell voltage drops relative to the target cell voltage. In addition, pumping hydrogen is generated when the amount of fuel gas supplied decreases. Pumping hydrogen is hydrogen that is generated when hydrogen ions that have moved to the cathode receive electrons. Since the amount of hydrogen ions that move to the cathode is proportional to the amount of current that is swept from the fuel cell 10, the amount of pumping hydrogen that is generated is proportional to the amount of current that is swept.

制御部80が実行する排気水素判定処理について図2を参照して説明する。制御部80は、起動後、排気水素判定処理を繰り返し実行する。制御部80は、起動時、温度センサ14の検出温度を、燃料電池10始動時の始動時温度として、記憶装置81に記憶する。制御部80は、例えば酸化ガス供給管21(図1)に設けられた外気温を検出する温度センサ(図示しない)の検出値に基づき、暖機運転が必要か否かを判断し、暖機運転が必要であると判断すると、暖機運転フラグをオンに切り替え、暖機運転を開始する。詳しくは、制御部80は、酸化ガス系回路20に燃料電池10に対する空気の供給を開始させ、燃料ガス系回路40に燃料電池10に対する燃料ガスの供給を開始させ、燃料電池10に発電を開始させる。また、制御部80は、暖機運転を終了する場合は、暖機運転フラグをオフに切り替える。制御部80は、暖機運転時には、低効率動作点において燃料電池10を動作させる。 The exhaust hydrogen determination process executed by the control unit 80 will be described with reference to FIG. After being activated, the control unit 80 repeatedly executes the exhaust hydrogen determination process. At startup, the control unit 80 stores the temperature detected by the temperature sensor 14 in the storage device 81 as the temperature at startup when the fuel cell 10 is started. The control unit 80 determines whether or not warm-up operation is necessary based on the detection value of a temperature sensor (not shown) that detects the outside air temperature provided in the oxidizing gas supply pipe 21 (FIG. 1), for example. When it is determined that operation is necessary, the warm-up operation flag is turned on, and warm-up operation is started. Specifically, the control unit 80 causes the oxidizing gas system circuit 20 to start supplying air to the fuel cell 10, causes the fuel gas system circuit 40 to start supplying fuel gas to the fuel cell 10, and causes the fuel cell 10 to start generating power. Let Further, when ending the warm-up operation, the control unit 80 switches the warm-up operation flag to off. The control unit 80 operates the fuel cell 10 at the low efficiency operating point during warm-up operation.

制御部80は、排気水素判定処理を開始すると、燃料電池10が暖機運転中であるか否かを判断する(ステップS10)。燃料電池10は、暖機運転フラグを参照し、暖機運転フラグがオフの場合には、燃料電池10は暖機運転中でないと判断し(ステップS10:NO)、本処理ルーチンを終了する。制御部80は、暖機運転フラグがオンの場合には(ステップS10:YES)、セル枚数算出処理(ステップS20)を実行する。 When starting the exhaust hydrogen determination process, the control unit 80 determines whether or not the fuel cell 10 is warming up (step S10). The fuel cell 10 refers to the warm-up operation flag, and when the warm-up operation flag is off, determines that the fuel cell 10 is not in the warm-up operation (step S10: NO), and terminates this processing routine. If the warm-up flag is ON (step S10: YES), the control unit 80 executes the cell count calculation process (step S20).

セル枚数算出処理について、図3を参照して説明する。発明者らは、ポンピング水素発生量は、セル電圧が低下しているセル90が多いほど多いことに着目した。ポンピング水素発生量の算出のため、セル枚数算出処理では、ポンピング水素が発生していると推定されるセル90の数(以下、「ポンピング水素セル数」と称する。)Nhが計数される。セル枚数算出処理では、セル電圧が第1電圧閾値Vs1以下であるセル90に、ポンピング水素が発生していると判断され、ポンピング水素が発生していると推定されるセル90(以下「ポンピング水素発生セル」と称する。)として特定される。 The number-of-cells calculation process will be described with reference to FIG. The inventors paid attention to the fact that the more cells 90 in which the cell voltage is lowered, the greater the amount of pumping hydrogen generated. In order to calculate the amount of pumping hydrogen generated, the number of cells 90 in which pumping hydrogen is estimated to be generated (hereinafter referred to as "the number of pumping hydrogen cells") Nh is counted. In the cell count calculation process, it is determined that pumping hydrogen is generated in the cells 90 whose cell voltage is equal to or less than the first voltage threshold Vs1, and the cells 90 in which pumping hydrogen is estimated to be generated (hereinafter referred to as "pumping hydrogen (referred to as a "generation cell").

図4は、現在温度および掃引電流に対して第1電圧閾値Vs1を規定するマップである。ここで、掃引電流とは、DC/DCコンバータ72により、燃料電池10から取り出される電流である。図4の横軸は、燃料電池10の現在温度[℃]であり、縦軸は、第1電圧閾値Vs1[V]である。第1電圧閾値Vs1は、掃引電流毎に規定されている。燃料電池10の出力電圧は、出力電流が大きいほど、小さくなるため、燃料電池10の掃引電流が大きいほど、第1電圧閾値Vs1は小さく設定されている。特性線Lb1は、燃料電池10の現在温度によらず、第1電圧閾値Vs1が一定と設定された特性線である。燃料電池10の温度が低いほど、電解質膜の抵抗は大きくなり、セル90から出力されるセル電圧は低下する。このため、特性線La1および特性線Lc1のように、現在温度が低いほどセル電圧が低くなる燃料電池10の特性が反映された特性線を使用してもよい。本実施形態では、特性線La1が用いられる。 FIG. 4 is a map defining the first voltage threshold Vs1 for current temperature and sweep current. Here, the sweep current is the current taken out from the fuel cell 10 by the DC/DC converter 72 . The horizontal axis of FIG. 4 is the current temperature [° C.] of the fuel cell 10, and the vertical axis is the first voltage threshold Vs1 [V]. The first voltage threshold Vs1 is defined for each sweep current. Since the output voltage of the fuel cell 10 decreases as the output current increases, the first voltage threshold Vs1 is set smaller as the sweep current of the fuel cell 10 increases. A characteristic line Lb1 is a characteristic line in which the first voltage threshold Vs1 is set constant regardless of the current temperature of the fuel cell 10 . The lower the temperature of the fuel cell 10, the higher the resistance of the electrolyte membrane and the lower the cell voltage output from the cell 90. Therefore, characteristic lines such as characteristic lines La1 and Lc1 may be used that reflect the characteristics of the fuel cell 10 in which the lower the current temperature is, the lower the cell voltage is. In this embodiment, the characteristic line La1 is used.

制御部80は、セル枚数算出処理(図3)を開始すると、本サブルーチンで使用する、電圧センサ12の番号を示すセンサ番号nを初期値の1に設定し、ポンピング水素が発生しているセル90の総枚数を示す発生セル数mを初期値のゼロに設定する。制御部80は、図4に示すマップを参照し、目標電流を掃引電流として、温度センサ14により検出された現在温度および掃引電流に対応する第1電圧閾値Vs1(第1基準電圧の一例)を取得する(ステップS100)。制御部80は、n番目の電圧センサ12の検出電圧が第1電圧閾値Vs1以下であるか否か判断する(ステップS110)。制御部80は、検出電圧が第1電圧閾値Vs1以下であると判断すると(ステップS110:YES)、対象セルにポンピング水素が発生していると推定し、発生セル数mに1を加算し(ステップS120)、ステップS130に移行する。制御部80は、検出電圧が第1電圧閾値Vs1以下でない、すなわち第1電圧閾値Vs1より大きいと判断すると(ステップS110:NO)、対象セルにポンピング水素が発生していないと推定し、ステップS120をスキップし、ステップS130に移行する。制御部80は、次の電圧センサ12を判断対象とするため、センサ番号nに1を加算し(ステップS130)、センサ番号nが電圧センサ12のセンサ総数N以上であるか否かを判断する(ステップS140)。制御部80は、センサ番号nがセンサ総数N以上でない、すなわちセンサ総数N未満であると判断すると(ステップS140:NO)、次の電圧センサ12について判断するため、ステップS110へ戻る。制御部80は、センサ番号nがセンサ総数N以上であると判断すると(ステップS140:YES)、すべての電圧センサ12についての判断を終了したため、本サブルーチンを終了する。 When starting the number-of-cells calculation process (FIG. 3), the control unit 80 sets the sensor number n indicating the number of the voltage sensor 12 used in this subroutine to the initial value of 1. The generated cell number m indicating the total number of 90 is set to the initial value of zero. The control unit 80 refers to the map shown in FIG. 4, sets the target current as the sweep current, and sets the current temperature detected by the temperature sensor 14 and the first voltage threshold Vs1 (an example of the first reference voltage) corresponding to the sweep current. Acquire (step S100). The control unit 80 determines whether or not the voltage detected by the n-th voltage sensor 12 is equal to or lower than the first voltage threshold Vs1 (step S110). When the control unit 80 determines that the detected voltage is equal to or lower than the first voltage threshold Vs1 (step S110: YES), the control unit 80 estimates that pumping hydrogen is generated in the target cell, and adds 1 to the generated cell number m ( Step S120), and the process proceeds to step S130. When the control unit 80 determines that the detected voltage is not equal to or less than the first voltage threshold Vs1, that is, is greater than the first voltage threshold Vs1 (step S110: NO), the control unit 80 estimates that pumping hydrogen is not generated in the target cell, and proceeds to step S120. is skipped, and the process proceeds to step S130. In order to determine the next voltage sensor 12, the control unit 80 adds 1 to the sensor number n (step S130), and determines whether or not the sensor number n is equal to or greater than the total number of sensors N of the voltage sensors 12. (Step S140). When the control unit 80 determines that the sensor number n is not equal to or greater than the sensor total number N, that is, is less than the sensor total number N (step S140: NO), the control unit 80 returns to step S110 to determine the next voltage sensor 12. FIG. When the control unit 80 determines that the sensor number n is greater than or equal to the total number of sensors N (step S140: YES), the control unit 80 terminates this subroutine because the determination of all the voltage sensors 12 has been completed.

図2に戻り、制御部80は、ステップS20実行後、排気水素濃度推定が可能であるか否かを判断する(ステップS30)。具体的には、制御部80は、後述する排気水素濃度の算出式である式(1)~(3)にて使用される、総エア流量Vaなどの各値が、妥当であるか否かを判断する。条件の例示は、(a)から(j)に示すとおりである。(a)から(j)までの項目の少なくともいずれか1つが判断基準として用いられる。用いられる1以上の判断基準について、1つでも該当する場合には、排気水素濃度の推定は可能でないと判断される。
(a)セル電圧の絶対値が基準値以下の場合。
(b)セル電圧が指令電圧値以下の場合。
(c)セル電圧が指令電圧値に対して所定範囲内で推移していない場合。
(d)現在温度が基準値以下の場合。
(e)空気流量の絶対値が基準値以下の場合。
(f)空気流量が指令流量値以下の場合。
(g)空気流量が指令流量値に対して所定範囲内で推移していない場合。
(h)出力電流の絶対値が基準値以下の場合。
(i)出力電流が指令電流値以下の場合。
(j)出力電流が指令電流値に対して所定範囲内で推移していない場合。
空気流量は、例えば、エアコンプレッサ23の回転数およびバイパスバルブ27の開度から推定される値である。制御部80は、排気水素濃度の推定は不可能である(ステップS30:NO)と判断すると、本処理ルーチンを終了する。制御部80は、排気水素濃度の判定は可能であると判定すると(ステップS30:YES)、ステップS40へ進む。
Returning to FIG. 2, after executing step S20, the control unit 80 determines whether or not the exhaust hydrogen concentration can be estimated (step S30). Specifically, the control unit 80 determines whether each value such as the total air flow rate Va used in formulas (1) to (3), which are formulas for calculating the exhaust hydrogen concentration, is appropriate. to judge. Examples of conditions are shown in (a) to (j). At least one of items (a) to (j) is used as a criterion. If even one of the one or more criteria used is met, it is determined that the exhaust hydrogen concentration cannot be estimated.
(a) When the absolute value of the cell voltage is equal to or less than the reference value.
(b) When the cell voltage is below the command voltage value.
(c) When the cell voltage does not change within a predetermined range with respect to the command voltage value.
(d) When the current temperature is below the reference value.
(e) When the absolute value of the air flow rate is below the reference value.
(f) When the air flow rate is equal to or less than the command flow rate value.
(g) When the air flow rate does not change within a predetermined range with respect to the command flow rate value.
(h) When the absolute value of the output current is below the reference value.
(i) When the output current is equal to or less than the command current value.
(j) When the output current does not change within a predetermined range with respect to the command current value.
The air flow rate is, for example, a value estimated from the rotational speed of the air compressor 23 and the opening degree of the bypass valve 27 . When the control unit 80 determines that the exhaust hydrogen concentration cannot be estimated (step S30: NO), the processing routine ends. When the control unit 80 determines that it is possible to determine the exhaust hydrogen concentration (step S30: YES), the process proceeds to step S40.

ここで、後のステップS50,S60にて使用される、排気水素濃度Chの算出式について説明する。発明者らは、ポンピング水素発生量は、ポンピング水素セル数と、燃料電池10から掃引する電流と、に比例することに着目した。各セル90には、同じ電流値の電流が流れるとみなし、排気水素濃度Chは次の式(1)~(3)を用いて算出される。
Vh=CF×I/(2×F)×22.4×60×Nh・・・式(1)
Vo=I/(4×F)×22.4×60×(Na-Nh)・・・式(2)
Ch=Vh/(Va-Vo+Vh)×100・・・式(3)
式(1)は、推定されるポンピング水素の発生量(以下、「ポンピング水素量」と称する。)の算出式であり、式(2)は、消費酸素量の算出式である。式(3)は、排気水素濃度Chの算出式であり、式(1),(2)により算出されたポンピング水素量Vhおよび消費酸素量Voが代入される。
式(1)~(3)におけるパラメータの定義は、次に示す通りである。
Vh:ポンピング水素量[NL/min]
Vo:消費酸素量[NL/min]
Ch:排気水素濃度[%]
Va:総エア流量[NL/min]
CF:補正係数
I:掃引電流[A]
Nh:ポンピング水素セル数
Na:総セル数
F:ファラデー定数
「総セル数」は、セル90の総枚数を示す。式(1)における、数値「2」は、2つの水素イオンがカソードで水素1分子になる際にカソードから受け取る電子の数である。式(2)における数値「4」は、酸素1分子がカソードにおいて水になる際にカソードから受け取る電子の数である。掃引電流Iに基づき、カソードへ供給される1秒当たりの電荷の量が見積もられる。例えば、式(1)におけるポンピング水素量Vhの算出では、見積もられた電荷の量から、ファラデー定数を用いて、発生するポンピング水素の分子数が算出される。算出された分子数は、標準状態における気体1mol当たりの体積(22.4[L/mol])を用いて、1分当たりに発生するポンピング水素の体積であるポンピング水素量Vh[NL/min]に換算される。
Here, the formula for calculating the exhaust hydrogen concentration Ch, which is used in steps S50 and S60 later, will be described. The inventors paid attention to the fact that the pumping hydrogen generation amount is proportional to the number of pumping hydrogen cells and the current swept from the fuel cell 10 . Assuming that the same current value flows through each cell 90, the exhaust hydrogen concentration Ch is calculated using the following equations (1) to (3).
Vh=CF×I/(2×F)×22.4×60×Nh Expression (1)
Vo=I/(4×F)×22.4×60×(Na−Nh) Formula (2)
Ch=Vh/(Va−Vo+Vh)×100 Expression (3)
Formula (1) is a formula for calculating the estimated amount of pumping hydrogen generated (hereinafter referred to as "pumping hydrogen amount"), and formula (2) is a formula for calculating the amount of oxygen consumed. Formula (3) is a formula for calculating the exhaust hydrogen concentration Ch, and is substituted with the pumping hydrogen amount Vh and the oxygen consumption amount Vo calculated by formulas (1) and (2).
Definitions of parameters in equations (1) to (3) are as follows.
Vh: Pumping hydrogen amount [NL/min]
Vo: Oxygen consumption [NL/min]
Ch: Exhaust hydrogen concentration [%]
Va: total air flow rate [NL/min]
CF: correction factor I: sweep current [A]
Nh: Number of pumping hydrogen cells Na: Total number of cells F: Faraday constant “Total number of cells” indicates the total number of cells 90 . The number "2" in equation (1) is the number of electrons received from the cathode when two hydrogen ions become one hydrogen molecule at the cathode. The number "4" in equation (2) is the number of electrons received from the cathode when one oxygen molecule becomes water at the cathode. Based on the sweep current I, the amount of charge delivered per second to the cathode is estimated. For example, in the calculation of the pumping hydrogen amount Vh in Equation (1), the number of pumping hydrogen molecules to be generated is calculated from the estimated charge amount using the Faraday constant. The calculated number of molecules is the pumping hydrogen amount Vh [NL/min], which is the volume of pumping hydrogen generated per minute using the volume per 1 mol of gas (22.4 [L/mol]) in the standard state. converted to

式(1)における補正係数CFは、掃引電流Iおよびポンピング水素セル数Nhから導出されるポンピング水素発生量の理論値を実測値に補正するための係数であり、実験などにより求められる値である。 The correction coefficient CF in the formula (1) is a coefficient for correcting the theoretical value of the pumping hydrogen generation amount derived from the sweep current I and the number of pumping hydrogen cells Nh to the measured value, and is a value obtained by experiments or the like. .

上記のように、セル枚数算出処理(図3)では、セル電圧が第1電圧閾値Vs1以下のセル90が、ポンピング水素発生セルと判断される。判断に際して、ポンピング水素発生セルと、ポンピング水素が発生していないと推定されるセル90(以下、「ポンピング水素非発生セル」と称する。)とで、セル電圧は明確に2分されることが理想である。しかし、実際には、セル電圧の実測値は、0V付近から目標のセル電圧付近まで分布する。このため、第1電圧閾値Vs1の値によっては、実際にはポンピング水素が発生していないセル90がポンピング水素発生セルとして誤計数され、実際にポンピング水素が発生しているセル90が、ポンピング水素非発生セルとして誤計数される場合が生じてしまう。補正係数CFは、このような、誤った計数を補正するために用いられる。 As described above, in the cell number calculation process (FIG. 3), the cells 90 having the cell voltages equal to or lower than the first voltage threshold Vs1 are determined to be pumping hydrogen generating cells. In the determination, the cell voltage is clearly divided into two between the pumping hydrogen-producing cell and the cell 90 that is assumed to be not producing pumping hydrogen (hereinafter referred to as "pumping hydrogen non-producing cell"). Ideal. However, actually, the measured cell voltage is distributed from near 0V to near the target cell voltage. Therefore, depending on the value of the first voltage threshold Vs1, the cells 90 in which no pumping hydrogen is actually generated are erroneously counted as pumping hydrogen generating cells, and the cells 90 in which pumping hydrogen is actually generated are counted as pumping hydrogen cells. A cell may be erroneously counted as a non-generating cell. A correction factor CF is used to correct for such erroneous counting.

図5は、始動時温度毎に現在温度に対して補正係数CFを規定するマップである。図5の横軸は、燃料電池10の現在温度[℃]であり、縦軸は、補正係数CFである。特性線Ld1~Ld3は、異なる始動時温度に対応し、特性線Ld1、特性線Ld2、特性線Ld3の順に、始動時温度が低い。始動時温度に関しては後述する。 FIG. 5 is a map that defines the correction coefficient CF for the current temperature for each starting temperature. The horizontal axis of FIG. 5 is the current temperature [° C.] of the fuel cell 10, and the vertical axis is the correction coefficient CF. Characteristic lines Ld1 to Ld3 correspond to different starting temperatures, and the starting temperature is lower in the order of characteristic line Ld1, characteristic line Ld2, and characteristic line Ld3. The starting temperature will be described later.

実際にはポンピング水素が発生しているセル90がポンピング水素非発生セルと計数される誤計数は、氷点下であった燃料電池10の温度が氷点以上に移行する時に生じ易い。暖機運転において、燃料電池10は、エアストイキ比の変化量に対する出力電圧の変化量が大きい動作域にて運転されている。暖機運転においては、例えば燃料電池10の凍結していた水分の融解に応じて、燃料ガスの供給量が増えると、セル電圧は大きく上昇する。このため、ポンピング水素が発生しているにもかかわらず、第1電圧閾値Vs1よりも実測値が大きくなり、ポンピング水素が発生しているセル90がポンピング水素非発生セルとして誤計数される。 In fact, the erroneous counting in which the cells 90 generating pumping hydrogen are counted as the cells not generating pumping hydrogen tends to occur when the temperature of the fuel cell 10, which has been below the freezing point, rises above the freezing point. During warm-up operation, the fuel cell 10 is operated in an operating range in which the amount of change in output voltage with respect to the amount of change in air stoichiometric ratio is large. During warm-up operation, when the amount of fuel gas supplied increases due to, for example, the melting of frozen water in the fuel cell 10, the cell voltage rises significantly. Therefore, even though pumping hydrogen is being generated, the measured value is greater than the first voltage threshold Vs1, and the cells 90 generating pumping hydrogen are erroneously counted as cells not generating pumping hydrogen.

反対に、実際にはポンピング水素が発生していないセル90がポンピング水素発生セルと計数される誤計数は、燃料電池10の温度の変化量に対する出力電圧の変化量が小さい、掃引電流0A付近で生じ易い。図6は、現在温度毎の掃引電流Iと、第1電圧閾値Vs1との関係を示す図である。図6の横軸は、掃引電流I[A]であり、縦軸は、第1電圧閾値Vs1[V]である。特性線La1~La3は、それぞれ、現在温度-10℃、-20℃、-30℃に対応している。掃引電流0A付近では、燃料電池10の温度の変化量に対する出力電圧の変化量が小さい。このため、僅かな検出誤差であっても、誤計数を招きやすい。例えば、温度センサ14の検出温度に対して、対象のセル90の温度が低い場合には、実際の現在温度よりも高い現在温度に対応する第1電圧閾値Vs1を用いて判断されてしまう。この場合には、ポンピング水素が発生していないセル90がポンピング水素発生セルとして誤計数される。 On the contrary, the erroneous counting that the cell 90 which actually does not generate pumping hydrogen is counted as the pumping hydrogen generating cell occurs when the amount of change in the output voltage with respect to the amount of change in the temperature of the fuel cell 10 is small, near the sweep current of 0 A. easily occur. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the sweep current I for each current temperature and the first voltage threshold Vs1. The horizontal axis of FIG. 6 is the sweep current I [A], and the vertical axis is the first voltage threshold Vs1 [V]. Characteristic lines La1 to La3 correspond to current temperatures of -10°C, -20°C and -30°C, respectively. Near the sweep current of 0 A, the amount of change in the output voltage with respect to the amount of change in the temperature of the fuel cell 10 is small. For this reason, even a slight detection error is likely to cause erroneous counting. For example, when the temperature of the target cell 90 is lower than the temperature detected by the temperature sensor 14, the determination is made using the first voltage threshold Vs1 corresponding to the current temperature higher than the actual current temperature. In this case, cells 90 in which pumping hydrogen is not generated are erroneously counted as pumping hydrogen generating cells.

ポンピング水素が発生しているセル90がポンピング水素非発生セルとして誤計数された場合には、計数されたセル数を大きい値に補正する必要がある。反対に、ポンピング水素が発生していないセル90がポンピング水素発生セルとして誤計数された場合には、計数されたセル数を小さい値に補正する必要がある。補正係数CFは、上記の事象が勘案されて、設定されている。 If the cells 90 generating pumping hydrogen are erroneously counted as cells not generating pumping hydrogen, it is necessary to correct the counted number of cells to a larger value. Conversely, if cells 90 that do not generate pumping hydrogen are erroneously counted as pumping hydrogen generating cells, it is necessary to correct the counted number of cells to a smaller value. The correction coefficient CF is set in consideration of the above events.

次に、補正係数CFのマップが、始動時温度毎に規定されている理由について説明する。発明者らは、現在動作点が同じであっても、始動時温度が低いほど、ポンピング水素が発生し易くなることを見出した。始動時温度が低いほど、暖機に求められる熱量は大きくなり、指令電圧は下げられ、すなわち、空気の供給量が減らされるからである。そこで、始動時温度が低いほど、補正係数CFが大きくされたマップを用いることで、ポンピング水素量を精度良く算出することができる。 Next, the reason why the correction coefficient CF map is defined for each starting temperature will be described. The inventors have found that even if the current operating point is the same, the lower the starting temperature, the more likely pumping hydrogen is generated. This is because the lower the starting temperature, the greater the amount of heat required for warming up, and the lower the command voltage, that is, the less air is supplied. Therefore, by using a map in which the correction coefficient CF is increased as the starting temperature is lower, the pumping hydrogen amount can be calculated with high accuracy.

図2に戻り、制御部80は、排気水素濃度を推定可能であると判定すると(ステップS30:YES)、図5に示すマップを参照し、温度センサ14の検出温度である現在温度および始動時温度に対応する補正係数CFを取得する(ステップS40)。制御部80は、掃引電流Iに電流センサ11の検出電流である現在電流を代入し、ポンピング水素セル数Nhに発生セル数mの値を代入して、上記の式(1)~(3)に基づき、排気水素濃度Chを算出する(ステップS50)。現在電流が代入されて算出された排気水素濃度Chを第1推定水素濃度Caと称する。制御部80は、掃引電流Iに目標電流を代入して、上記の式(1)~(3)に基づき、排気水素濃度Chを算出する(ステップS60)。目標電流が代入されて算出された排気水素濃度Chを第2推定水素濃度Cbと称する。制御部80は、掃引電流が目標電流となるように制御するが、例えば、燃料電池10に残存する水分が完全に融解していない場合などに、掃引電流が目標電流に一致しない状態が生じ得る。第1推定水素濃度Caと第2推定水素濃度Cbとが、乖離する場合がある。このため、第1推定水素濃度Caと第2推定水素濃度Cbとの両者を算出し、各々に基づき濃度判定(ステップS70,S80)を行うことで、排気水素濃度が高い場合の水素濃度低減処理(ステップS90)を確実に実行することができる。 Returning to FIG. 2, when the control unit 80 determines that the exhaust hydrogen concentration can be estimated (step S30: YES), it refers to the map shown in FIG. A correction coefficient CF corresponding to the temperature is obtained (step S40). The control unit 80 substitutes the current current detected by the current sensor 11 for the sweep current I, and substitutes the number m of generated cells for the number Nh of pumping hydrogen cells to obtain the above equations (1) to (3). , the exhaust hydrogen concentration Ch is calculated (step S50). The exhaust hydrogen concentration Ch calculated by substituting the current current is referred to as a first estimated hydrogen concentration Ca. The control unit 80 substitutes the target current for the sweep current I and calculates the exhaust hydrogen concentration Ch based on the above equations (1) to (3) (step S60). The exhaust hydrogen concentration Ch calculated by substituting the target current is referred to as a second estimated hydrogen concentration Cb. The control unit 80 controls the sweep current so as to match the target current, but the sweep current may not match the target current if, for example, the moisture remaining in the fuel cell 10 is not completely melted. . The first estimated hydrogen concentration Ca and the second estimated hydrogen concentration Cb may deviate. Therefore, both the first estimated hydrogen concentration Ca and the second estimated hydrogen concentration Cb are calculated, and concentration determination (steps S70 and S80) is performed based on each of them, thereby performing hydrogen concentration reduction processing when the exhaust hydrogen concentration is high. (Step S90) can be reliably executed.

制御部80は、第1推定水素濃度Caが例えば環境基準に基づく濃度閾値(基準濃度の一例)以上であるか否かを判断する(ステップS70)。制御部80は、第1推定水素濃度Caが濃度閾値以上であると判断すると(ステップS70:YES)、排気水素濃度を下げるため、ステップS90へ移行する。制御部80は、第1推定水素濃度Caが濃度閾値以上でない、すなわち濃度閾値未満であると判断すると(ステップS70:NO)、第2推定水素濃度Cbが濃度閾値以上であるか否かを判断する(ステップS80)。制御部80は、第2推定水素濃度Cbが濃度閾値以上であると判断すると(ステップS80:YES)、排気水素濃度を下げるため、ステップS90へ移行する。制御部80は、第2推定水素濃度Cbが濃度閾値以上でない、すなわち濃度閾値未満であると判断すると(ステップS80:NO)、本処理ルーチンを終了する。制御部80は、ポンピング水素の発生を低減するために、燃料電池10の動作点を現在の動作点よりも効率の良い高効率動作点に変更する水素濃度低減処理を実行し(ステップS90)、本処理ルーチンを終了する。水素濃度低減処理は、水素濃度を低減できればどのような処理でもよく、例えば、目標電流値を現在の設定値よりも小さくする処理である。これにより、排気水素濃度が低減される。 The control unit 80 determines whether or not the first estimated hydrogen concentration Ca is equal to or higher than a concentration threshold value (an example of reference concentration) based on, for example, environmental standards (step S70). When the control unit 80 determines that the first estimated hydrogen concentration Ca is equal to or higher than the concentration threshold (step S70: YES), the process proceeds to step S90 to decrease the exhaust hydrogen concentration. When the control unit 80 determines that the first estimated hydrogen concentration Ca is not equal to or higher than the concentration threshold, that is, is less than the concentration threshold (step S70: NO), it determines whether the second estimated hydrogen concentration Cb is equal to or higher than the concentration threshold. (step S80). When the control unit 80 determines that the second estimated hydrogen concentration Cb is equal to or higher than the concentration threshold (step S80: YES), the process proceeds to step S90 to decrease the exhaust hydrogen concentration. When the control unit 80 determines that the second estimated hydrogen concentration Cb is not equal to or higher than the concentration threshold, that is, is less than the concentration threshold (step S80: NO), the processing routine ends. In order to reduce the generation of pumping hydrogen, the control unit 80 executes hydrogen concentration reduction processing to change the operating point of the fuel cell 10 to a high efficiency operating point that is more efficient than the current operating point (step S90), Terminate this processing routine. The hydrogen concentration reduction process may be any process as long as it can reduce the hydrogen concentration, for example, a process of making the target current value smaller than the current set value. This reduces the exhaust hydrogen concentration.

以上、説明した排気水素判定処理によれば、電圧センサ12の検出電圧に基づき、ポンピング水素発生セルを特定し、ポンピング水素セル数Nhに基づき、排気水素濃度Chを算出するため、排気水素濃度Chを精度良く算出することができる。水素濃度低減処理は、排気水素濃度Chが濃度閾値以上の場合に実行される。水素濃度低減処理を実行するか否かの判断に、精度良く算出された排気水素濃度Chを用いることができるため、実際の排気水素濃度が濃度閾値以上ではない場合における水素濃度低減処理の実行が抑制される。排気水素濃度Chが濃度閾値以上の場合には、高効率側へ動作点が移動される。このため、排気水素濃度Chの算出精度が悪い場合には、動作点の過剰移動(ハンチング)が発生してしまう。排気水素濃度Chを精度良く算出することで、動作点の過剰移動(ハンチング)を抑制することができる。また、暖機運転中に、水素濃度低減処理を実行するため、通常運転に移行した後に、掃引電流の増加に伴うポンピング水素量の増加を抑制することができる。発明者らは、一度ポンピング水素が発生すると、カソードとして機能する電極触媒層の触媒表面が水素リッチ状態となり、触媒表面への酸素供給が阻害され、発電反応が阻害されることを見出した。触媒表面が水素リッチ状態で、通常運転に移行されると、燃料電池10の掃引電流が増加され、掃引電流の増加に応じて、ポンピング水素量も増加してしまう。そこで、通常運転へ移行する前の暖機運転中に、水素濃度低減処理を実行することで、ポンピング水素量の増加を抑制することができる。 According to the exhaust hydrogen determination process described above, the pumping hydrogen generating cells are specified based on the voltage detected by the voltage sensor 12, and the exhaust hydrogen concentration Ch is calculated based on the number of pumping hydrogen cells Nh. can be calculated with high accuracy. The hydrogen concentration reduction process is executed when the exhaust hydrogen concentration Ch is equal to or higher than the concentration threshold. Since the accurately calculated exhaust hydrogen concentration Ch can be used to determine whether to execute the hydrogen concentration reduction process, the hydrogen concentration reduction process can be executed when the actual exhaust hydrogen concentration is not equal to or higher than the concentration threshold. Suppressed. When the exhaust hydrogen concentration Ch is equal to or higher than the concentration threshold, the operating point is moved to the high efficiency side. Therefore, if the calculation accuracy of the exhaust hydrogen concentration Ch is poor, the operating point excessively shifts (hunting). Excessive movement (hunting) of the operating point can be suppressed by accurately calculating the exhaust hydrogen concentration Ch. In addition, since the hydrogen concentration reduction process is executed during warm-up operation, it is possible to suppress an increase in the amount of pumping hydrogen that accompanies an increase in the sweep current after shifting to normal operation. The inventors have found that once pumping hydrogen is generated, the catalyst surface of the electrode catalyst layer that functions as the cathode becomes hydrogen-rich, inhibiting the supply of oxygen to the catalyst surface and inhibiting the power generation reaction. When the catalyst surface is in a hydrogen-rich state and the operation is shifted to normal operation, the sweep current of the fuel cell 10 is increased, and the amount of pumping hydrogen is also increased in accordance with the increase in the sweep current. Therefore, by executing the hydrogen concentration reduction process during the warm-up operation before shifting to the normal operation, it is possible to suppress the increase in the pumping hydrogen amount.

B:第2実施形態
第1実施形態では、燃料電池システム100には、1枚のセル90を単位として電圧を検出する電圧センサ12が設けられている。これに対して、第2実施形態における燃料電池システムには、積層されるセル90のうち、両端の複数のセル90については、1枚のセル90を単位として電圧を検出する電圧センサ12(以下、「第1電圧センサ」と称する。)が設けられている。両端の複数のセル90を除く中間のセル90については、2つのセル90を単位として電圧を検出する電圧センサ12(以下、「第2電圧センサ」と称する。)が設けられている。2つのセル90の電圧を検出する電圧センサ12の検出電圧は、各セル90の電圧の総和となる。第2実施形態に係る発生セル枚数算出処理は、電圧センサ12が2つのセル90の電圧を検出する構成においても、ポンピング水素発生セルの特定を可能とする処理である。第2実施形態に係る排気水素判定処理は、セル枚数算出処理以外の処理は、第1実施形態に係る排気水素判定処理と同様のため、説明は省略する。
B: Second Embodiment In the first embodiment, the fuel cell system 100 is provided with the voltage sensor 12 that detects the voltage of each cell 90 as a unit. In contrast, the fuel cell system of the second embodiment includes a voltage sensor 12 (hereinafter referred to as a , referred to as a "first voltage sensor"). A voltage sensor 12 (hereinafter referred to as a "second voltage sensor") that detects the voltage in units of two cells 90 is provided for the intermediate cells 90 excluding the plurality of cells 90 at both ends. The voltage detected by the voltage sensor 12 that detects the voltages of the two cells 90 is the sum of the voltages of the cells 90 . The process of calculating the number of generated cells according to the second embodiment is a process that enables specification of the pumping hydrogen generating cells even in a configuration in which the voltage sensor 12 detects voltages of two cells 90 . The exhaust hydrogen determination process according to the second embodiment is the same as the exhaust hydrogen determination process according to the first embodiment except for the cell number calculation process, and thus the description thereof is omitted.

第2電圧センサが検出対象とする2つのセル90のいずれか一方のみのセル電圧が低下している場合、第2電圧センサの検出電圧は、2つのセル90のどちらもセル電圧が低下していない場合の検出電圧と、2つのセル90のどちらもセル電圧が低下している場合の検出電圧と、の間の値となる。そこで、第1電圧閾値Vs1よりも大きい第2電圧閾値Vs2を用いて、2つのセル90のいずれか一方のみがセル電圧が低下している第2電圧センサを特定する。図8は、現在温度毎に目標電流に対して、第2電圧閾値Vs2を規定するマップである。図8の横軸は、目標電流[A]であり、縦軸は第2電圧閾値Vs2である。特性線Le1~Le3は、異なる現在温度に対応し、特性線Le1,特性線Le2,特性線Le3の順に現在温度が低い。ポンピング水素が発生していないセル90のセル電圧は、燃料電池10の目標電圧に応じた値となる。このため、第2電圧閾値Vs2は、目標電圧に応じた値とされている。第2実施形態に係るセル枚数算出処理では、第2電圧センサの検出電圧が第1電圧閾値より大きく、第2電圧閾値Vs2以下である場合、ポンピング水素発生セルは、1枚であるとして計数される。 When the cell voltage of only one of the two cells 90 to be detected by the second voltage sensor is low, the detected voltage of the second voltage sensor is that the cell voltage of both of the two cells 90 is low. The value is between the detected voltage when there is no cell and the detected voltage when both of the two cells 90 have decreased cell voltages. Therefore, a second voltage sensor in which only one of the two cells 90 has a decreased cell voltage is identified using a second voltage threshold Vs2 larger than the first voltage threshold Vs1. FIG. 8 is a map that defines the second voltage threshold Vs2 with respect to the target current for each current temperature. The horizontal axis of FIG. 8 is the target current [A], and the vertical axis is the second voltage threshold Vs2. The characteristic lines Le1 to Le3 correspond to different current temperatures, and the current temperature is lower in the order of characteristic line Le1, characteristic line Le2, and characteristic line Le3. The cell voltage of the cell 90 in which pumping hydrogen is not generated becomes a value corresponding to the target voltage of the fuel cell 10. FIG. Therefore, the second voltage threshold Vs2 is set to a value corresponding to the target voltage. In the cell count calculation process according to the second embodiment, when the voltage detected by the second voltage sensor is greater than the first voltage threshold and equal to or less than the second voltage threshold Vs2, the number of pumping hydrogen generating cells is counted as one. be.

制御部80は、セル枚数算出処理(図7)を開始すると、第1実施形態と同様に、本サブルーチンで使用する変数であるセンサ番号nを初期値の1に、発生セル数mを初期値のゼロに設定する。制御部80は、図2に示すマップを参照して、現在温度および電流センサ11の検出電流に対応する第1電圧閾値Vs1を取得する(ステップS210)。制御部80は、図8に示すマップを参照して、現在温度および目標電流に対応する、第2電圧閾値Vs2(第2基準電圧の一例)を取得する(ステップS220)。 When the control unit 80 starts the cell number calculation process (FIG. 7), the sensor number n, which is a variable used in this subroutine, is set to the initial value of 1, and the generated cell number m is set to the initial value, as in the first embodiment. set to zero. The control unit 80 refers to the map shown in FIG. 2 to acquire the first voltage threshold Vs1 corresponding to the current temperature and the current detected by the current sensor 11 (step S210). Control unit 80 refers to the map shown in FIG. 8 to acquire second voltage threshold Vs2 (an example of a second reference voltage) corresponding to the current temperature and target current (step S220).

制御部80は、対象とするn番目の電圧センサ12が検出するセル90の枚数をセル枚数Ncに設定する(ステップS230)。第1電圧センサであれば、セル枚数Ncは1に設定され、第2電圧センサであれば、セル枚数Ncは2に設定される。制御部80は、対象とするn番目の電圧センサ12の検出電圧が第1電圧閾値Vs1以下であるか否か判断する(ステップS240)。制御部80は、検出電圧が第1電圧閾値Vs1以下であると判断すると(ステップS240:YES)、対象セルにポンピング水素が発生していると推定されるため、発生セル数mにセル枚数Ncを加算し(ステップS250)、ステップS260に移行する。第1電圧センサであれば、発生セル数mに1が加算され、第2電圧センサであれば、発生セル数mに2が加算される。 The control unit 80 sets the number of cells 90 detected by the target n-th voltage sensor 12 as the cell number Nc (step S230). The number of cells Nc is set to 1 for the first voltage sensor, and the number of cells Nc is set to 2 for the second voltage sensor. The control unit 80 determines whether or not the voltage detected by the target n-th voltage sensor 12 is equal to or lower than the first voltage threshold Vs1 (step S240). When the control unit 80 determines that the detected voltage is equal to or lower than the first voltage threshold Vs1 (step S240: YES), it is estimated that pumping hydrogen is generated in the target cell. is added (step S250), and the process proceeds to step S260. If it is the first voltage sensor, 1 is added to the generated cell number m, and if it is the second voltage sensor, 2 is added to the generated cell number m.

制御部80は、検出電圧が第1電圧閾値Vs1以下でない、すなわち第1電圧閾値Vs1より大きいと判断すると(ステップS240:NO)、対象の電圧センサ12が検出するセル90の検出枚数は2枚であるか否かを判断する(ステップS280)。制御部80は、対象とする電圧センサ12は、第1電圧センサであり、検出枚数は2枚でないと判断すると(ステップS280:NO)、ステップS260に移行する。制御部80は、検出枚数は2枚であると判断すると(ステップS280:YES)、対象としているn番目の検出電圧は、第2電圧閾値Vs2以下であるか否かを判断する(ステップS290)。制御部80は、検出電圧が第2電圧閾値Vs2以下でない、すなわち第2電圧閾値Vs2より大きいと判断すると(ステップS290:NO)、ステップS260に移行する。制御部80は、検出電圧が第2電圧閾値Vs2以下であると判断すると(ステップS290:YES)、発生セル数mに1を加算する(ステップS300)。 When the control unit 80 determines that the detected voltage is not equal to or lower than the first voltage threshold Vs1, that is, is greater than the first voltage threshold Vs1 (step S240: NO), the number of cells 90 detected by the target voltage sensor 12 is two. (step S280). If the control unit 80 determines that the target voltage sensor 12 is the first voltage sensor and the number of detected sheets is not two (step S280: NO), the process proceeds to step S260. When the control unit 80 determines that the detected number of sheets is two (step S280: YES), it determines whether or not the target n-th detected voltage is equal to or lower than the second voltage threshold Vs2 (step S290). . When the control unit 80 determines that the detected voltage is not equal to or less than the second voltage threshold Vs2, that is, is greater than the second voltage threshold Vs2 (step S290: NO), the process proceeds to step S260. When the control unit 80 determines that the detected voltage is equal to or lower than the second voltage threshold Vs2 (step S290: YES), it adds 1 to the generated cell number m (step S300).

制御部80は、次の電圧センサ12を判断対象とするため、センサ番号nに1を加算し(ステップS260)、センサ番号nが電圧センサ12のセンサ総数N以上であるか否かを判断する(ステップS270)。制御部80は、センサ番号nがセンサ総数N以上でない、すなわちセンサ総数N未満であると判断すると(ステップS270:NO)、次の電圧センサ12について判断するため、ステップS230へ戻る。制御部80は、センサ番号nがセンサ総数N以上であると判断すると(ステップS270:YES)、すべての電圧センサ12についての判断を終了したため、本サブルーチンを終了する。 In order to determine the next voltage sensor 12, the control unit 80 adds 1 to the sensor number n (step S260), and determines whether the sensor number n is equal to or greater than the total number of sensors N of the voltage sensors 12. (Step S270). When the control unit 80 determines that the sensor number n is not equal to or greater than the sensor total number N, that is, is less than the sensor total number N (step S270: NO), the control unit 80 returns to step S230 to determine the next voltage sensor 12. FIG. When the control unit 80 determines that the sensor number n is greater than or equal to the total number of sensors N (step S270: YES), the control unit 80 terminates this subroutine because the determination of all the voltage sensors 12 has been completed.

以上、説明した第2実施形態に係るセル枚数算出処理によれば、電圧センサ12が、1枚のセル90を単位とする電圧センサと、2枚のセル90を単位とする電圧センサとを含む場合にも、精度良く、ポンピング水素セル数Nhを算出することができる。 According to the number-of-cells calculation process according to the second embodiment described above, the voltage sensor 12 includes a voltage sensor in units of one cell 90 and a voltage sensor in units of two cells 90. Even in this case, the pumping hydrogen cell number Nh can be calculated with high accuracy.

C.第3実施形態
第3実施形態では、排気水素濃度Chが基準濃度以下となるように予め規定された参照マップの使用により、燃料電池10は、排気水素濃度Chが基準濃度以下となる動作点にて制御される。これにより、燃料電池10の排気水素濃度Chを基準濃度以下に維持することができる。
C. Third Embodiment In the third embodiment, the fuel cell 10 is set to the operating point at which the exhaust hydrogen concentration Ch is equal to or less than the reference concentration by using a reference map that is predetermined so that the exhaust hydrogen concentration Ch is equal to or less than the reference concentration. controlled by As a result, the exhaust hydrogen concentration Ch of the fuel cell 10 can be maintained below the reference concentration.

図9は、燃料電池10の暖機運転における目標動作点を決定するための動作点マップを説明する図である。なお、図9を用いて決定される動作点は、暖機運転における動作点であり、上述のように、基準動作点よりも効率が低い低効率動作点である。図9の横軸は、燃料電池10の電流であり、縦軸は、燃料電池10の電圧である。図9には、同じ発電量となる動作点を示す等パワーラインPLと、同じ発熱量となる動作点を示す等QラインQL1,QL2とが示されている。ここで、発熱量とは、燃料電池10の発電に伴って発生する時間当たりの熱量である。等QラインQL1,QL2は、互いに発熱量が異なり、等QラインQL1の発電量は発熱量qmaxであり、等QラインQL2の発電量は発熱量qaである。発熱量qmaxは、暖機運転において設定される目標発熱量の最大値であり、発熱量qaよりも大きい。通常運転においては、要求発電量に応じて目標動作点が設定される。これに対して、暖機運転においては、目標発熱量が決定され、決定された目標発熱量に応じて目標動作点が決定される。詳しくは、目標発熱量の等Qラインと、目標発電量の等パワーラインとの交点が目標動作点に設定される。暖機運転においては、燃料電池10は、エアストイキ比の変化量に対する出力電圧の変化量が大きい動作域にて運転されていることなどから、目標発電量は、予め定められた値に固定される。つまり、暖機運転における動作点は、図9の等パワーラインPL上の動作点に設定される。また、エアコンプレッサ23の回転数予め定められた値に固定され、燃料電池システム100へ供給される総エア流量Vaは、予め定められた値に固定される。暖機運転においては、暖機運転時間を短縮するため、可能な限り、目標発熱量は大きく設定されるのが好ましい。そこで、暖機運転は、発熱量qmaxに応じた目標動作点にて運転が開始される。詳しくは、発熱量qmaxである等QラインQL1と等パワーラインPLとの交点である目標動作点OP1にて運転が開始される。なお、暖機運転における時間当たりの目標発電量は、例えば、10.3kWである。また、発熱量qmaxは、例えば、時間当たり56kWである。 FIG. 9 is a diagram illustrating an operating point map for determining a target operating point during warm-up operation of the fuel cell 10. FIG. Note that the operating point determined using FIG. 9 is the operating point during warm-up operation, and is the low-efficiency operating point whose efficiency is lower than that of the reference operating point, as described above. The horizontal axis of FIG. 9 is the current of the fuel cell 10 and the vertical axis is the voltage of the fuel cell 10 . FIG. 9 shows a constant power line PL that indicates the operating point at which the amount of generated power is the same, and constant Q lines QL1 and QL2 that indicate the operating point at which the amount of heat generated is the same. Here, the calorific value is the amount of heat generated per unit time as the fuel cell 10 generates power. The equal Q lines QL1 and QL2 have different calorific values. The equal Q line QL1 generates a calorific value qmax, and the equal Q line QL2 generates a calorific value qa. The calorific value qmax is the maximum value of the target calorific value set in the warm-up operation, and is larger than the calorific value qa. In normal operation, the target operating point is set according to the required power generation amount. On the other hand, in the warm-up operation, the target heat generation amount is determined, and the target operating point is determined according to the determined target heat generation amount. Specifically, the intersection of the equal Q line of the target heat generation amount and the equal power line of the target power generation amount is set as the target operating point. During warm-up operation, the fuel cell 10 is operated in an operating range in which the amount of change in output voltage with respect to the amount of change in the air stoichiometric ratio is large, so the target power generation amount is fixed at a predetermined value. . That is, the operating point in warm-up operation is set to the operating point on the equal power line PL in FIG. Further, the rotational speed of the air compressor 23 is fixed at a predetermined value, and the total air flow rate Va supplied to the fuel cell system 100 is fixed at a predetermined value. In the warm-up operation, it is preferable to set the target calorific value as large as possible in order to shorten the warm-up operation time. Therefore, warm-up operation is started at a target operating point corresponding to the amount of heat generated qmax. Specifically, the operation is started at the target operating point OP1, which is the intersection of the constant Q line QL1, which is the amount of heat generated qmax, and the constant power line PL. The target power generation amount per hour in warm-up operation is, for example, 10.3 kW. Also, the calorific value qmax is, for example, 56 kW per hour.

第1実施形態にて説明したように、排気水素濃度Chは、ポンピング水素セル数Nhおよび掃引電流Iなどを用いて、式(3)を用いて算出することができる。ここで、掃引電流Iとは、DC/DCコンバータ72により燃料電池10から取り出される電流である。なお、排気水素濃度Chは、詳しくは、酸化オフガス排出管25とバイパス管24との接続点より下流側の、酸化オフガス排出管25における濃度である。また、総エア流量Vaは、固定値である。総エア流量Vaは、エアコンプレッサ23から燃料電池システム100に供給される空気の流量であり、詳しくは、燃料電池10に供給される空気流量と、バイパス管24を流通する空気流量との合計量である。ここで、第3実施形態では、式(3)に代入されるポンピング水素量Vhは、次の式(4)を用いて算出される。式(4)は、式(1)に含まれる補正係数CFがない点が、式(1)とは異なる。
Vh=I/(2×F)×22.4×60×Nh・・・式(4)
上記したように、ポンピング水素が発生しているセル90では、セル電圧が低下する。そこで、第1実施形態では、セル電圧が0Vより大きい値である第1電圧閾値Vs1以下であるセル90を計数し、補正係数CFを用いて、例えば実際にはポンピング水素が発生していないセル90が特定セルであるポンピング水素発生セルとして計数されてしまうなどの誤計数が補正される。ここで、ポンピング水素発生セルのセル電圧は、典型的には負電圧となる。そこで、本実施形態では、第1電圧閾値Vs1は、例えば0Vと設定され、セル電圧が0V以下であるセル90がポンピング水素発生セルとして計数される。そして、補正係数CFを用いた補正は行われずにポンピング水素量Vhが算出される。式(4),(2)を式(3)に代入して整理すると、次の式(5)となる。
Ch=2Nh/(4F/I×Va/(22.4×60)-Na+3Nh)・・・式(5)
As described in the first embodiment, the exhaust hydrogen concentration Ch can be calculated using equation (3) using the pumping hydrogen cell number Nh, the sweep current I, and the like. Here, the sweep current I is the current drawn from the fuel cell 10 by the DC/DC converter 72 . Note that the exhaust hydrogen concentration Ch is, in detail, the concentration in the oxidation off-gas discharge pipe 25 on the downstream side of the connection point between the oxidation off-gas discharge pipe 25 and the bypass pipe 24 . Also, the total air flow rate Va is a fixed value. The total air flow rate Va is the flow rate of air supplied from the air compressor 23 to the fuel cell system 100, and more specifically, the total amount of the air flow rate supplied to the fuel cell 10 and the air flow rate circulating through the bypass pipe 24. is. Here, in the third embodiment, the pumping hydrogen amount Vh to be substituted into equation (3) is calculated using the following equation (4). Equation (4) differs from Equation (1) in that there is no correction factor CF included in Equation (1).
Vh=I/(2×F)×22.4×60×Nh Expression (4)
As described above, the cell voltage drops in the cell 90 where pumping hydrogen is being generated. Therefore, in the first embodiment, the cells 90 in which the cell voltage is equal to or lower than the first voltage threshold Vs1, which is a value greater than 0 V, are counted, and the correction coefficient CF is used to determine, for example, the cells in which pumping hydrogen is not actually generated. An erroneous count such as 90 being counted as a pumping hydrogen generating cell, which is a specific cell, is corrected. Here, the cell voltage of the pumping hydrogen generating cell is typically a negative voltage. Therefore, in the present embodiment, the first voltage threshold Vs1 is set to 0 V, for example, and cells 90 with a cell voltage of 0 V or less are counted as pumping hydrogen generating cells. Then, the pumping hydrogen amount Vh is calculated without correction using the correction coefficient CF. Substituting equations (4) and (2) into equation (3) and arranging them yields the following equation (5).
Ch=2Nh/(4F/I×Va/(22.4×60)−Na+3Nh) Equation (5)

ここで、発明者らは、総エア流量Vaを固定値とした場合、排気水素濃度Chはポンピング水素セル数Nhと、掃引電流Iとに基づき算出することができるため、排気水素濃度Ch毎に、ポンピング水素セル数Nhと掃引電流Iとの相関関係を予め規定できることに着目した。排気水素濃度Chが基準濃度以下となる、ポンピング水素セル数Nhと掃引電流Iとの相関関係に基づいて、掃引電流Iとなる動作点にて燃料電池10を動作させることにより、排気水素濃度Chが基準濃度以下となる燃料電池10の制御を実現することができる。以下に詳述する。 Here, the inventors found that when the total air flow rate Va is a fixed value, the exhaust hydrogen concentration Ch can be calculated based on the number of pumping hydrogen cells Nh and the sweep current I. , the correlation between the pumping hydrogen cell number Nh and the sweep current I can be defined in advance. Based on the correlation between the number of pumping hydrogen cells Nh and the sweep current I at which the exhaust hydrogen concentration Ch is equal to or lower than the reference concentration, the fuel cell 10 is operated at the operating point at which the sweep current I is obtained. It is possible to realize the control of the fuel cell 10 in which the concentration is equal to or less than the reference concentration. Details are given below.

図10は、式(5)を用いて算出された、掃引電流I毎の、ポンピング水素セル数Nhと排気水素濃度Chとの相関関係を示す図である。特性線L1~L5は、それぞれ、掃引電流Iがi1~i5であり、特性線L1,L2,L3,L4,L5の順に、掃引電流Iの電流値は次第に大きくなる。図10に示されるように、ポンピング水素セル数Nhが同じ場合、掃引電流Iが大きいほど、排気水素濃度Chは高くなる。また、掃引電流Iが同じ場合、ポンピング水素セル数Nhが多いほど、排気水素濃度Chは高くなる。 FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the pumping hydrogen cell number Nh and the exhaust hydrogen concentration Ch for each sweep current I, calculated using Equation (5). The characteristic lines L1 to L5 have the sweep currents I1 to i5, respectively, and the current value of the sweep current I increases in the order of the characteristic lines L1, L2, L3, L4, and L5. As shown in FIG. 10, when the pumping hydrogen cell number Nh is the same, the larger the sweep current I, the higher the exhaust hydrogen concentration Ch. Further, when the sweep current I is the same, the greater the pumping hydrogen cell number Nh, the higher the exhaust hydrogen concentration Ch.

図11は、排気水素濃度毎の、発熱量とポンピング水素セル数Nhとの相関関係を規定するマップである。図11に示されるマップは、後述するように、排気水素濃度制御処理にて使用される参照マップを含むマップである。参照マップは、等パワーライン上の動作点で燃料電池10を発電させた場合のマップであり、エアコンプレッサ23により燃料電池システム100に供給される空気量である総エア流量Vaは固定値である。式(5)に示されるように、総エア流量Vaおよび総セル数Naを固定値とした場合、排気水素濃度Chは、掃引電流Iとポンピング水素セル数Nhとを用いて算出される。上記のように、本実施形態では、目標発熱量が決定され、目標発熱量に応じて目標動作点が決定され、燃料電池10は、決定された目標動作点に制御される。そこで、図11に示されるマップは、掃引電流Iではなく、発熱量と、ポンピング水素セル数Nhとの相関関係が規定されている。本実施形態では、暖機運転においては、制御部80は、燃料電池10を等パワーラインPL上の動作点にて動作させるため、掃引電流Iと要求発熱量とを一対一に対応付けることができる。よって、発熱量と、ポンピング水素セル数Nhとの相関関係を予め規定することができる。詳しくは、掃引電流Iから発熱量への換算は、例えば図9に示される動作点マップを用いて行うことができる。図10に示されるように、ポンピング水素セル数Nhおよび排気水素濃度Chが決定されれば、掃引電流Iが一義に決定される。そして、図9に示されるように、掃引電流Iが決定されれば、発熱量が一義に決定される。特性線CL1~CL6の排気水素濃度Chは、それぞれ濃度c1~c6であり、特性線CL1,CL2,CL3,CL4,CL5,CL6の順に排気水素濃度Chは次第に高くなる。図11に示されるように、排気水素濃度Chを例えば濃度c3以下にするには、燃料電池10の動作点をポンピング水素セル数Nhが多いほど、発熱量が小さい動作点に設定すればよい。 FIG. 11 is a map that defines the correlation between the calorific value and the pumping hydrogen cell number Nh for each exhaust hydrogen concentration. The map shown in FIG. 11 is a map including a reference map used in exhaust hydrogen concentration control processing, as will be described later. The reference map is a map when the fuel cell 10 is generated at an operating point on an equal power line, and the total air flow rate Va, which is the amount of air supplied to the fuel cell system 100 by the air compressor 23, is a fixed value. . As shown in equation (5), when the total air flow rate Va and the total cell number Na are fixed values, the exhaust hydrogen concentration Ch is calculated using the sweep current I and the pumping hydrogen cell number Nh. As described above, in the present embodiment, the target heat generation amount is determined, the target operating point is determined according to the target heat generation amount, and the fuel cell 10 is controlled to the determined target operating point. Therefore, the map shown in FIG. 11 defines the correlation between the amount of heat generation and the number of pumping hydrogen cells Nh, not the sweep current I. In this embodiment, during warm-up operation, the control unit 80 operates the fuel cell 10 at an operating point on the constant power line PL, so that the sweep current I and the required heat generation amount can be associated one-to-one. . Therefore, the correlation between the amount of heat generated and the number of pumping hydrogen cells Nh can be defined in advance. Specifically, the sweep current I can be converted into the amount of heat generated by using the operating point map shown in FIG. 9, for example. As shown in FIG. 10, once the pumping hydrogen cell number Nh and the exhaust hydrogen concentration Ch are determined, the sweep current I is uniquely determined. Then, as shown in FIG. 9, when the sweep current I is determined, the amount of heat generated is uniquely determined. The exhaust hydrogen concentrations Ch of the characteristic lines CL1 to CL6 are concentrations c1 to c6, respectively, and the exhaust hydrogen concentrations Ch gradually increase in the order of the characteristic lines CL1, CL2, CL3, CL4, CL5 and CL6. As shown in FIG. 11, in order to reduce the exhaust hydrogen concentration Ch to, for example, the concentration c3 or lower, the operating point of the fuel cell 10 should be set to an operating point at which the larger the number Nh of pumping hydrogen cells, the smaller the amount of heat generated.

第3実施形態に係る排気水素濃度制御処理について、図12を参照して説明する。第1実施形態と同様のステップについては、同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。制御部80は、起動後、排気水素濃度制御処理を繰り返し実行する。制御部80は、ステップS10,S20を実行する。上記のように、本実施形態におけるステップS20では、第1電圧閾値Vs1は、例えば0Vに設定される。制御部80は、図13に示す参照マップを用いて、予め定められた基準濃度において、ステップS20にて算出されたポンピング水素セル数Nhに対応する要求発熱量を取得する(ステップS400)。 Exhaust hydrogen concentration control processing according to the third embodiment will be described with reference to FIG. Steps similar to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. After being activated, the control unit 80 repeatedly executes the exhaust hydrogen concentration control process. The control unit 80 executes steps S10 and S20. As described above, in step S20 in this embodiment, the first voltage threshold Vs1 is set to 0V, for example. Using the reference map shown in FIG. 13, the control unit 80 acquires the required calorific value corresponding to the pumping hydrogen cell number Nh calculated in step S20 at a predetermined reference concentration (step S400).

図13に示される参照マップには、発熱量qmaxと、図11に示される特性線CL1~CL6のうち、排気水素濃度Chが濃度c3である特性線CL3とが示されている。なお、図11と図13とは軸が異なり、図13の横軸は、ポンピング水素セル数Nhであり、縦軸は、要求発熱量[kW]である。本実施形態では、基準濃度として、予め固定の濃度が設定されており、基準濃度は濃度c3である。記憶装置81には、排気水素濃度が濃度c3である参照マップが予め記憶されている。排気水素濃度が濃度c3である参照マップが用いられることにより、制御部80は、基準濃度となる、ポンピング水素セル数Nhに対応する要求発熱量を取得することができる。 The reference map shown in FIG. 13 shows a calorific value qmax and, among the characteristic lines CL1 to CL6 shown in FIG. 11, a characteristic line CL3 where the exhaust hydrogen concentration Ch is the concentration c3. 11 and 13 have different axes. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the number of pumping hydrogen cells Nh, and the vertical axis indicates the required heat generation amount [kW]. In this embodiment, a fixed density is set in advance as the reference density, and the standard density is the density c3. The storage device 81 stores in advance a reference map in which the exhaust hydrogen concentration is the concentration c3. By using the reference map in which the exhaust hydrogen concentration is c3, the control unit 80 can obtain the required heat generation amount corresponding to the pumping hydrogen cell number Nh, which is the reference concentration.

制御部80は、ステップS400(図12)の実行後、要求発熱量を目標値とするレート処理を実行する(ステップS410)。レート処理とは、現在の目標発熱量に対応する動作点から新たな目標発熱量に対応する動作点へ変更する過程において、発熱量の単位時間あたりの変化量である変更レートを予め定められた基準レートとする処理である。ここで、基準レートは、上昇レートおよび下降レート共に、例えば、12[kw/sec]である。レート処理を実行することにより、発熱量の急激な変化を抑えることができる。詳しくは、制御部80は、バイパスバルブ27の開度を調整することにより、燃料電池10への空気流量を調整するとともに、例えばDC/DCコンバータ72を用いて、燃料電池10の掃引電流を、基準レートに応じたレートで変化させることにより、燃料電池10の動作点を切り替える。例えば、図13に示すように、ポンピング水素セル数Nhが枚数naである場合、ステップS400にて取得される要求発熱量は、発熱量qaである。この場合、図9に示すように、新たな目標発熱量に対応する動作点は、目標動作点OP2である。そこで、現在の動作点が目標動作点OP1である場合には、動作点は、新たな目標動作点OP2へ向かって、等パワーラインPLに沿って切り替えられていく。ポンピング水素が発生しているセル90がある場合には、より高効率の動作点に切り替えられることで、掃引電流Iが小さくされるため、排気水素濃度Chが低減される。また、例えば、燃料電池10の温度が上昇し、ポンピング水素セル数Nhが少なった場合には、動作点は、例えば、目標動作点OP2から、目標動作点OP1へ切り替えられる。この場合には、排気水素濃度は基準濃度以下に維持されつつ、より多くの発熱量となる制御が行われることになる。このように、暖機運転中において、ステップS20,S400,S410が実行されることにより、排気水素濃度は基準濃度以下に維持されつつ、発熱量は可能な限り多くされた制御が行われるため、暖機時間を短縮することができる。 After executing step S400 (FIG. 12), the control unit 80 executes rate processing with the required heat generation amount as a target value (step S410). Rate processing is the process of changing the operating point corresponding to the current target heat generation amount to the operating point corresponding to the new target heat generation amount, and the change rate, which is the amount of change in the heat generation amount per unit time, is determined in advance. This is a process for setting a reference rate. Here, the reference rate is, for example, 12 [kw/sec] for both the ascending rate and descending rate. By executing rate processing, it is possible to suppress rapid changes in the amount of heat generated. Specifically, the control unit 80 adjusts the air flow rate to the fuel cell 10 by adjusting the degree of opening of the bypass valve 27 and, for example, using the DC/DC converter 72 to change the sweep current of the fuel cell 10 to By changing the rate according to the reference rate, the operating point of the fuel cell 10 is switched. For example, as shown in FIG. 13, when the pumping hydrogen cell number Nh is the number na, the required heat generation amount acquired in step S400 is the heat generation amount qa. In this case, as shown in FIG. 9, the operating point corresponding to the new target heat generation amount is the target operating point OP2. Therefore, when the current operating point is the target operating point OP1, the operating point is switched along the equal power line PL toward the new target operating point OP2. If there is a cell 90 generating pumping hydrogen, the operating point is switched to a more efficient operating point, so that the sweep current I is reduced and the exhaust hydrogen concentration Ch is reduced. Further, for example, when the temperature of the fuel cell 10 rises and the pumping hydrogen cell number Nh decreases, the operating point is switched from the target operating point OP2 to the target operating point OP1, for example. In this case, the exhaust hydrogen concentration is maintained at or below the reference concentration, and control is performed to increase the amount of heat generated. In this way, by executing steps S20, S400, and S410 during the warm-up operation, control is performed such that the exhaust hydrogen concentration is maintained at or below the reference concentration and the calorific value is increased as much as possible. Warm-up time can be shortened.

以上、説明した第3実施形態によれば、特定セルの枚数としてのポンピング水素セル数Nhを用いて精度良く算出される排気水素濃度Chが基準濃度以下となるように、特定セルの枚数としてのポンピング水素セル数Nhに対する要求発熱量が対応付けられている参照マップを用いて、算出したポンピング水素セル数Nhに対応する発熱量を要求発熱量に設定することで、排気水素濃度Chが基準濃度となる燃料電池10の制御を行うことができる。 As described above, according to the third embodiment, the number of specific cells is set so that the exhaust hydrogen concentration Ch, which is accurately calculated using the pumping hydrogen cell number Nh as the number of specific cells, is equal to or lower than the reference concentration. By setting the calorific value corresponding to the calculated pumping hydrogen cell number Nh as the required calorific value using a reference map in which the required calorific value for the pumping hydrogen cell number Nh is associated, the exhaust hydrogen concentration Ch becomes the reference concentration. It is possible to control the fuel cell 10 as follows.

D.他の実施形態:
(D1)上記第1実施形態に係る排気水素判定処理では、第1推定水素濃度Caと、第2推定水素濃度Cbとの算出を行い、それぞれを濃度閾値と比較している。これに対し、第1推定水素濃度Caと、第2推定水素濃度Cbとのいずれかの算出を行い、算出したいずれかの濃度が濃度閾値以上である場合に、水素濃度低減処理を実行する処理内容としても良い。これにより、処理のステップを削減し、排気水素判定処理に係る負荷を低減することができる。
D. Other embodiments:
(D1) In the exhaust hydrogen determination process according to the first embodiment, a first estimated hydrogen concentration Ca and a second estimated hydrogen concentration Cb are calculated and compared with concentration thresholds. On the other hand, a process of calculating either the first estimated hydrogen concentration Ca or the second estimated hydrogen concentration Cb, and executing the hydrogen concentration reduction process if either of the calculated concentrations is equal to or higher than the concentration threshold. Good content. As a result, the number of processing steps can be reduced, and the load associated with the exhaust hydrogen determination processing can be reduced.

(D2)上記第2実施形態に係るセル枚数算出処理は、2枚のセル90を単位として電圧を検出する電圧センサ12が設けられている燃料電池システムにおいて、ポンピング水素セル数を計数する処理である。3枚以上のセル90を単位として電圧を検出する電圧センサ12が設けられている燃料電池システムにおいも、ポンピング水素が発生しているか否かの判断に使用する基準電圧を増やし、第2実施形態と同様の方法にてポンピング水素セル数を計数することができる。例えば、3枚のセル90を単位として電圧を検出する電圧センサ12が含まれる構成の場合には、検出する3枚のセル90にポンピング水素が発生している電圧センサ12を特定するための第1基準電圧の他に、検出する3枚のセル90のうち、2枚のセル90にポンピング水素が発生している電圧センサ12を特性するための基準電圧と、1枚のセル90にポンピング水素が発生している電圧センサ12を特性するための基準電圧と、を用いることにより、ポンピング水素セル数を計数することができる。 (D2) The number-of-cells calculation process according to the second embodiment is a process of counting the number of pumping hydrogen cells in a fuel cell system provided with a voltage sensor 12 for detecting voltage in units of two cells 90. be. Also in the fuel cell system provided with the voltage sensor 12 for detecting the voltage in units of three or more cells 90, the reference voltage used to determine whether or not pumping hydrogen is generated is increased, and the second embodiment The number of pumping hydrogen cells can be counted in a similar manner. For example, in the case of a configuration including voltage sensors 12 that detect voltage in units of three cells 90, a first voltage sensor 12 for detecting pumping hydrogen is generated in the three cells 90 to be detected. In addition to one reference voltage, the reference voltage for characterizing the voltage sensor 12 in which pumping hydrogen is generated in two of the three cells 90 to be detected, and the pumping hydrogen in one cell 90 By using a reference voltage to characterize the voltage sensor 12 in which is occurring, the number of pumped hydrogen cells can be counted.

(D3)上記第1実施形態では、始動時温度に応じて、異なる補正係数CFが適用される(図5参照)。これに対し、始動時温度によらず、同じ補正係数が適用される構成としてもよい。これにより、処理の負荷を低減することができる。 (D3) In the first embodiment described above, different correction coefficients CF are applied according to the starting temperature (see FIG. 5). Alternatively, the same correction coefficient may be applied regardless of the starting temperature. Thereby, the processing load can be reduced.

(D4)上記第2実施形態では、現在温度に応じて、異なる第2電圧閾値Vs2が適用される(図8参照)。これに対し、現在温度によらず、同じ第2電圧閾値Vs2が適用される構成としてもよい。これにより、処理の負荷を低減することができる。 (D4) In the second embodiment, different second voltage thresholds Vs2 are applied according to the current temperature (see FIG. 8). Alternatively, the same second voltage threshold Vs2 may be applied regardless of the current temperature. Thereby, the processing load can be reduced.

(D5)上記第1実施形態では、水素濃度低減処理において、燃料電池10の動作点が現在の動作点よりも効率の良い高効率動作点に変更され、ポンピング水素の発生量が低減されて、排気水素濃度が低減される。これに対し、水素濃度低減処理において、バイパス管24を流通する空気流量を増加させ、燃料電池10の動作点を変更せずに、水素濃度を低下させる処理が実行されても良い。 (D5) In the first embodiment, in the hydrogen concentration reduction process, the operating point of the fuel cell 10 is changed to a high-efficiency operating point that is more efficient than the current operating point, and the amount of pumping hydrogen generated is reduced. Exhaust hydrogen concentration is reduced. On the other hand, in the hydrogen concentration reduction process, the hydrogen concentration may be reduced without changing the operating point of the fuel cell 10 by increasing the flow rate of the air flowing through the bypass pipe 24 .

(D6)上記第1実施形態における水素濃度低減処理は、例えば、目標電流値を現在の設定値よりも小さくする処理である。この他に、水素濃度低減処理として、総エア流量Vaを増加させ、燃料電池10のカソードから排出されるカソードオフガスを空気により希釈することにより、排気水素濃度Chを低減してもよい。 (D6) The hydrogen concentration reduction process in the first embodiment is, for example, a process of making the target current value smaller than the current set value. Alternatively, as the hydrogen concentration reduction process, the exhaust hydrogen concentration Ch may be reduced by increasing the total air flow rate Va and diluting the cathode off-gas discharged from the cathode of the fuel cell 10 with air.

(D7)上記第3実施形態では、排気水素濃度が基準濃度となる、要求発熱量とポンピング水素セル数Nhとの相関関係が規定されている参照マップを用いて、ポンピング水素セル数Nhに対応する発熱量が決定され、決定された発熱量に応じた動作点が決定される。これに対して、排気水素濃度が基準濃度となる、掃引電流とポンピング水素セル数Nhとの相関関係が規定されるマップを用いて、要求電流量としての掃引電流が決定され、決定された掃引電流に応じた動作点が決定される構成としてもよい。排気水素濃度が基準濃度以下となるように、特定セルの枚数に対する掃引電流が対応付けられている参照マップを用いて、算出した枚数に対応する掃引電流量を要求電流量に設定することで、排気水素濃度が基準濃度となる燃料電池10の制御を行うことができる。 (D7) In the above-described third embodiment, the reference map defining the correlation between the required calorific value and the pumping hydrogen cell number Nh, where the exhaust hydrogen concentration is the reference concentration, is used to correspond to the pumping hydrogen cell number Nh. A heat generation amount to be generated is determined, and an operating point is determined according to the determined heat generation amount. On the other hand, the sweep current as the required current amount is determined using a map that defines the correlation between the sweep current and the number of pumping hydrogen cells Nh, with the exhaust hydrogen concentration as the reference concentration. A configuration may be adopted in which the operating point is determined according to the current. By setting the sweep current amount corresponding to the calculated number of cells using a reference map in which the sweep current is associated with the number of specific cells so that the exhaust hydrogen concentration is equal to or less than the reference concentration, It is possible to control the fuel cell 10 so that the exhaust hydrogen concentration becomes the reference concentration.

(D8)上記第3実施形態では、基準濃度は、予め定められている。これに対して、例えば、温度などに応じて、基準濃度が可変に設定される構成としてもよい。この基準濃度が可変に設定される場合には、基準濃度毎に、要求発熱量とポンピング水素セル数Nhとの相関関係が規定されている参照マップを用いて、変更後の基準濃度の参照マップを用いて、ポンピング水素セル数Nhに対応する発熱量が決定され、決定された発熱量に応じた動作点が決定される処理内容とするとよい。 (D8) In the third embodiment, the reference density is predetermined. On the other hand, for example, a configuration may be adopted in which the reference density is variably set according to the temperature. When the reference concentration is set variably, the reference map of the reference concentration after change is used to define the correlation between the required calorific value and the number of pumping hydrogen cells Nh for each reference concentration. is used to determine the amount of heat generated corresponding to the number of pumping hydrogen cells Nh, and the operating point is determined according to the determined amount of heat generated.

(D9)上記第3実施形態では、暖機運転において、総エア流量Vaは固定される。これに対して、総エア流量Vaが可変に設定される構成としてもよい。この総エア流量Vaが可変に設定される場合には、総エア流量Va毎に、ポンピング水素セル数Nhと要求発熱量との予め規定された相関関係を用いることにより、変更後の総エア流量Vaに対応する、要求発熱量を取得し、取得した要求発熱量を目標値として燃料電池10を動作させることにより、排気水素濃度Chを基準濃度以下とすることができる。 (D9) In the third embodiment, the total air flow rate Va is fixed during warm-up operation. Alternatively, the total air flow rate Va may be set variably. When this total air flow rate Va is set variably, the total air flow rate after change is determined by using a predetermined correlation between the number of pumping hydrogen cells Nh and the required calorific value for each total air flow rate Va. By acquiring the required heat generation amount corresponding to Va and operating the fuel cell 10 with the acquired required heat generation amount as the target value, the exhaust hydrogen concentration Ch can be made equal to or lower than the reference concentration.

(D10)上記第3実施形態では、制御部80は、暖機運転において、燃料電池10を1つの等パワーラインPL上の動作点で制御する。これに対して、目標発電量が可変に設定される構成としてもよい。この目標発電量が可変に設定される構成の場合には、新たな目標発電量を決定し、複数の等パワーラインPLを含む参照マップを用い、参照マップを用いて、新たな目標発熱量と、新たな要求発熱量とに対応する動作点を変更後の動作点に設定する処理内容とするとよい。 (D10) In the third embodiment, the control unit 80 controls the fuel cell 10 at one operating point on the equal power line PL during warm-up operation. Alternatively, the target power generation amount may be variably set. In the case of a configuration in which the target power generation amount is variably set, a new target power generation amount is determined, a reference map including a plurality of equal power lines PL is used, and the reference map is used to determine the new target heat generation amount and , the operating point corresponding to the new required heat generation amount is set to the operating point after the change.

(D11)上記第3実施形態では、排気水素濃度制御処理は、暖機運転において実行されるが、排気水素濃度制御処理は、通常運転時において実行されてもよい。例えば、燃料電池システム100が燃料電池システム100の電力源として機能する二次電池を備える場合であって、二次電池の充放電量を制限したい場合などに、燃料電池10を低効率動作点にて動作させる場合に、排気水素濃度制御処理を実施する構成としてもよい。これにより、出力電流を制限し、余剰の電力の発電を抑制しつつ、排気水素濃度Chを基準濃度以下にすることができる。 (D11) In the third embodiment, the exhaust hydrogen concentration control process is performed during warm-up operation, but the exhaust hydrogen concentration control process may be performed during normal operation. For example, when the fuel cell system 100 includes a secondary battery that functions as a power source for the fuel cell system 100, and when it is desired to limit the charge/discharge amount of the secondary battery, the fuel cell 10 is set to a low efficiency operating point. The exhaust hydrogen concentration control process may be performed when the engine is operated by As a result, the exhaust hydrogen concentration Ch can be made equal to or lower than the reference concentration while limiting the output current and suppressing the generation of surplus electric power.

(D12)上記第3実施形態では、ポンピング水素量Vhは、式(4)を用いて算出される。ポンピング水素量Vhは、式(4)ではなく、第1実施形態と同様に、式(1)にて算出されてもよい。 (D12) In the above third embodiment, the pumping hydrogen amount Vh is calculated using equation (4). The pumping hydrogen amount Vh may be calculated by the formula (1), as in the first embodiment, instead of the formula (4).

(D13)上記第3実施形態では、動作点を変更する場合の基準レートは、上昇レートおよび下降レート共に、例えば、12[kw/sec]である。基準レートは、この値に限定されず、また、上昇レートと下降レートとは異なる値であってもよい。 (D13) In the third embodiment, the reference rate for changing the operating point is, for example, 12 [kw/sec] for both the rising rate and the falling rate. The reference rate is not limited to this value, and the rising rate and falling rate may be different values.

(D14)上記第3実施形態では、エアコンプレッサ23の回転数予め定められた値に固定され、燃料電池システム100へ供給される総エア流量Vaは、予め定められた値に固定される。これに対して、暖機運転において、エアコンプレッサ23の回転数は、変更されてもよい。エアコンプレッサ23の回転数が変更される場合には、総エア流量Vaも変化することになる。エアコンプレッサ23の回転数が変更されて、総エア流量Vaが変更される場合においては、例えば、次の構成を適用すればよい。総エア流量Va毎に、排気水素濃度Chが基準濃度となる、発熱量とポンピング水素セル数Nhとの相関関係を規定するマップを予め記憶装置81に記憶させておく。変更後のエアコンプレッサ23の回転数に応じた総エア流量Vaに対応するマップにて、ポンピング水素セル数Nhに対応する発熱量を要求発熱量に設定する。これにより、排気水素濃度Chが基準濃度となる燃料電池10の制御を行うことができる。 (D14) In the third embodiment, the rotation speed of the air compressor 23 is fixed at a predetermined value, and the total air flow rate Va supplied to the fuel cell system 100 is fixed at a predetermined value. In contrast, during warm-up operation, the rotation speed of the air compressor 23 may be changed. When the rotation speed of the air compressor 23 is changed, the total air flow rate Va is also changed. When the rotation speed of the air compressor 23 is changed and the total air flow rate Va is changed, for example, the following configuration may be applied. A map defining the correlation between the amount of heat generated and the number of pumping hydrogen cells Nh is stored in advance in the storage device 81 for each total air flow rate Va so that the exhaust hydrogen concentration Ch becomes the reference concentration. In the map corresponding to the total air flow rate Va corresponding to the rotation speed of the air compressor 23 after the change, the calorific value corresponding to the pumping hydrogen cell number Nh is set as the required calorific value. As a result, the fuel cell 10 can be controlled so that the exhaust hydrogen concentration Ch becomes the reference concentration.

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the outline of the invention are used to solve some or all of the above problems, or Alternatively, replacements and combinations can be made as appropriate to achieve all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

10…燃料電池、11…電流センサ、12…電圧センサ、14…温度センサ、20…酸化ガス系回路、21…酸化ガス供給管、22…エアクリーナ、23…エアコンプレッサ、24…バイパス管、25…酸化オフガス排出管、26…酸化ガス供給バルブ、27…バイパスバルブ、28…カソードオフガス排気バルブ、40…燃料ガス系回路、41…燃料ガス供給管、42…燃料ガスタンク、43…主止弁、44…調圧弁、45…インジェクタ、46…燃料排ガス管、47…気液分離器、48…排気排水弁、49…還流管、50…還流ポンプ、52…マフラー、60…冷却系回路、61…冷媒供給管、64…ラジエータ、65…冷媒ポンプ、71…負荷、72…DC/DCコンバータ、80…制御部、81…記憶装置、90…セル、100…燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Fuel cell 11... Current sensor 12... Voltage sensor 14... Temperature sensor 20... Oxidant gas system circuit 21... Oxidant gas supply pipe 22... Air cleaner 23... Air compressor 24... Bypass pipe 25... Oxidation off-gas discharge pipe 26 Oxidation gas supply valve 27 Bypass valve 28 Cathode off-gas exhaust valve 40 Fuel gas system circuit 41 Fuel gas supply pipe 42 Fuel gas tank 43 Main stop valve 44 Pressure regulating valve 45 Injector 46 Fuel exhaust gas pipe 47 Gas-liquid separator 48 Exhaust drain valve 49 Circulation pipe 50 Reflux pump 52 Muffler 60 Cooling system circuit 61 Refrigerant Supply pipe 64 Radiator 65 Refrigerant pump 71 Load 72 DC/DC converter 80 Control unit 81 Storage device 90 Cell 100 Fuel cell system

Claims (9)

セルが積層された燃料電池と、
1または複数の前記セルを単位として電圧を検出する電圧センサと、
前記燃料電池の動作点を決定し、前記燃料電池を動作させる制御部であって、前記燃料電池の暖機運転時に基準動作点よりも効率の低い低効率動作点において前記燃料電池を動作させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記暖機運転時に、前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である前記セルの総枚数を算出し、前記総枚数を用いて排気水素濃度を算出する燃料電池システム。
a fuel cell in which cells are stacked;
a voltage sensor that detects voltage in units of one or more of the cells;
A control unit that determines an operating point of the fuel cell and operates the fuel cell, the control unit operating the fuel cell at a low-efficiency operating point that is lower in efficiency than a reference operating point during warm-up operation of the fuel cell. and
The control unit
A fuel cell system for calculating, during the warm-up operation, the total number of cells in which the voltage detected by the voltage sensor is equal to or lower than a predetermined first reference voltage, and calculating the concentration of exhaust hydrogen using the total number of cells.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
前記燃料電池の始動時温度毎に前記燃料電池の現在温度に対する補正係数が対応付けられているマップであって、始動時温度が低いほど補正係数の値が大きいマップを記憶する記憶装置と、を備え、
前記制御部は、
始動時に前記温度センサから取得した始動時温度を記憶し、前記マップを用いて、前記始動時温度および前記温度センサから取得した前記現在温度に対応する前記補正係数を取得し、
前記総枚数に前記補正係数を乗じた値を用いて、前記排気水素濃度を算出する燃料電池システム。
The fuel cell system of claim 1, further comprising:
a temperature sensor that detects the temperature of the fuel cell;
a storage device that stores a map in which a correction coefficient for the current temperature of the fuel cell is associated with each start-up temperature of the fuel cell, the map having a larger correction coefficient value as the start-up temperature is lower; prepared,
The control unit
storing the starting temperature obtained from the temperature sensor at the time of starting, using the map to obtain the correction coefficient corresponding to the starting temperature and the current temperature obtained from the temperature sensor;
A fuel cell system for calculating the exhaust hydrogen concentration using a value obtained by multiplying the total number of sheets by the correction coefficient.
請求項1または2に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記排気水素濃度が、予め定められた基準濃度よりも高い場合、水素濃度低減処理を実行する燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The control unit
A fuel cell system for executing hydrogen concentration reduction processing when the exhaust hydrogen concentration is higher than a predetermined reference concentration.
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧センサは、
1枚の前記セルの電圧を検出する第1電圧センサと、
2枚の前記セルの電圧を検出する第2電圧センサと、を含み、
前記制御部は、
前記第1電圧センサの検出電圧が前記第1基準電圧以下である場合、前記第1基準電圧以下である前記セルを1枚と計数し、
前記第2電圧センサの検出電圧が前記第1基準電圧以下である場合、前記第1基準電圧以下である前記セルを2枚と計数し、
前記第2電圧センサの検出電圧が前記第1基準電圧より大きく、かつ、前記第1基準電圧よりも大きい予め定められた第2基準電圧以下である場合、前記第1基準電圧以下である前記セルを1枚と計数し、
前記総枚数を算出する燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The voltage sensor is
a first voltage sensor that detects the voltage of one of the cells;
a second voltage sensor that detects voltages of the two cells;
The control unit
when the voltage detected by the first voltage sensor is equal to or lower than the first reference voltage, counting the cell having the voltage equal to or lower than the first reference voltage as one;
when the voltage detected by the second voltage sensor is equal to or lower than the first reference voltage, counting the number of cells equal to or lower than the first reference voltage as two;
When the voltage detected by the second voltage sensor is greater than the first reference voltage and is less than or equal to a predetermined second reference voltage that is greater than the first reference voltage, the cell that is less than or equal to the first reference voltage is counted as one,
A fuel cell system for calculating the total number of sheets.
セルが積層された燃料電池と、
1または複数の前記セルを単位として電圧を検出する電圧センサと、
積層された前記セルのうちで前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である特定セルの枚数を算出し、算出した前記枚数を用いて前記燃料電池を動作させる制御部と、
排気水素濃度が基準濃度以下となるように、前記特定セルの前記枚数に対する要求発熱量が対応付けられている参照マップであって、前記枚数が多いほど前記要求発熱量が小さい参照マップが記憶されている記憶装置と、を備え、
前記制御部は、
前記検出電圧を用いて前記枚数を算出し、前記参照マップを用いて、算出した前記枚数に対応する前記要求発熱量を取得し、取得した前記要求発熱量を目標値として前記燃料電池を動作させる燃料電池システム。
a fuel cell in which cells are stacked;
a voltage sensor that detects voltage in units of one or more of the cells;
a control unit that calculates the number of specific cells, among the stacked cells, for which the voltage detected by the voltage sensor is equal to or lower than a predetermined first reference voltage, and operates the fuel cell using the calculated number of cells; ,
A reference map is stored in which the requested heat generation amount is associated with the number of the specific cells so that the exhaust hydrogen concentration is equal to or lower than the reference concentration, and the required heat generation amount decreases as the number of the specific cells increases. a storage device containing
The control unit
The number of fuel cells is calculated using the detected voltage, the required heat generation amount corresponding to the calculated number of fuel cells is acquired using the reference map, and the fuel cell is operated with the acquired required heat generation amount as a target value. fuel cell system.
セルが積層された燃料電池と、
1または複数の前記セルを単位として電圧を検出する電圧センサと、
積層された前記セルのうちで前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である特定セルの枚数を算出し、算出した前記枚数を用いて前記燃料電池を動作させる制御部と、
排気水素濃度が基準濃度以下となるように、前記特定セルの前記枚数に対する要求電流量が対応付けられている参照マップであって、前記枚数が多いほど前記要求電流量が小さい参照マップが記憶されている記憶装置と、を備え、
前記制御部は、
前記検出電圧を用いて前記枚数を算出し、前記参照マップを用いて、算出した前記枚数に対応する前記要求電流量を取得し、取得した前記要求電流量を目標値として前記燃料電池を動作させる燃料電池システム。
a fuel cell in which cells are stacked;
a voltage sensor that detects voltage in units of one or more of the cells;
a control unit that calculates the number of specific cells, among the stacked cells, for which the voltage detected by the voltage sensor is equal to or lower than a predetermined first reference voltage, and operates the fuel cell using the calculated number of cells; ,
A reference map is stored in which the required current amount is associated with the number of the specific cells so that the exhaust hydrogen concentration is equal to or lower than the reference concentration, and the required current amount decreases as the number of cells increases. a storage device containing
The control unit
The number of sheets is calculated using the detected voltage, the requested current amount corresponding to the calculated number of sheets is obtained using the reference map, and the fuel cell is operated with the obtained requested current amount as a target value. fuel cell system.
1または複数のセルを単位として電圧を検出する電圧センサを備える燃料電池システムの制御方法であって、
燃料電池の暖機運転時に基準動作点よりも効率の低い低効率動作点において前記燃料電池を動作させる工程と、
前記暖機運転時に、前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である前記セルの総枚数を算出し、前記総枚数を用いて排気水素濃度を算出する工程と、を備える制御方法。
A control method for a fuel cell system comprising a voltage sensor that detects voltage in units of one or more cells, comprising:
a step of operating the fuel cell at a low-efficiency operating point that is lower in efficiency than a reference operating point during warm-up of the fuel cell;
calculating the total number of cells whose voltage detected by the voltage sensor is equal to or lower than a predetermined first reference voltage during the warm-up operation, and calculating the exhaust hydrogen concentration using the total number of cells. control method.
セルが積層された燃料電池と、1または複数の前記セルを単位として電圧を検出する電圧センサと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
積層された前記セルのうちで前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である特定セルの枚数を算出する工程と、
前記特定セルの枚数に対する要求発熱量が対応付けられている参照マップであって、前記枚数が多いほど前記要求発熱量が小さい参照マップを用いて、算出した前記枚数に対応する前記要求発熱量を取得し、取得した前記要求発熱量を目標値として前記燃料電池を動作させる工程と、を備える制御方法。
A control method for a fuel cell system comprising a fuel cell in which cells are stacked and a voltage sensor that detects a voltage in units of one or more of the cells, the method comprising:
calculating the number of specific cells, among the stacked cells, for which the voltage detected by the voltage sensor is equal to or lower than a predetermined first reference voltage;
The required heat generation amount corresponding to the calculated number of cells is calculated using a reference map in which the required heat generation amount is associated with the number of the specific cells, wherein the greater the number of cells, the smaller the required heat generation amount. and operating the fuel cell using the acquired required heat generation amount as a target value.
セルが積層された燃料電池と、1または複数の前記セルを単位として電圧を検出する電圧センサと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
積層された前記セルのうちで前記電圧センサの検出電圧が予め定められた第1基準電圧以下である特定セルの枚数を算出する工程と、
前記特定セルの枚数に対する要求電流量が対応付けられている参照マップであって、前記枚数が多いほど前記要求電流量が小さい参照マップを用いて、算出した前記枚数に対応する前記要求電流量を取得し、取得した前記要求電流量を目標値として前記燃料電池を動作させる工程と、を備える制御方法。
A control method for a fuel cell system comprising a fuel cell in which cells are stacked and a voltage sensor that detects a voltage in units of one or more of the cells, the method comprising:
calculating the number of specific cells, among the stacked cells, for which the voltage detected by the voltage sensor is equal to or lower than a predetermined first reference voltage;
The required current amount corresponding to the calculated number of cells is calculated using a reference map in which the required current amount corresponding to the number of the specific cells is associated, wherein the larger the number of cells, the smaller the required current amount. and operating the fuel cell using the acquired required current amount as a target value.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007046545A1 (en) 2005-10-21 2007-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel battery system, anode gas production amount estimation apparatus, and method for estimating anode gas production amount
JP2008159379A (en) 2006-12-22 2008-07-10 Toyota Motor Corp Determination of existence of deficiency state of reaction gas
JP2009016117A (en) 2007-07-03 2009-01-22 Toyota Motor Corp Fuel cell system and its control method
WO2011013226A1 (en) 2009-07-30 2011-02-03 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2016096041A (en) 2014-11-14 2016-05-26 トヨタ自動車株式会社 Fuel battery system and operation control method of fuel battery system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007046545A1 (en) 2005-10-21 2007-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel battery system, anode gas production amount estimation apparatus, and method for estimating anode gas production amount
JP2008159379A (en) 2006-12-22 2008-07-10 Toyota Motor Corp Determination of existence of deficiency state of reaction gas
JP2009016117A (en) 2007-07-03 2009-01-22 Toyota Motor Corp Fuel cell system and its control method
WO2011013226A1 (en) 2009-07-30 2011-02-03 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2016096041A (en) 2014-11-14 2016-05-26 トヨタ自動車株式会社 Fuel battery system and operation control method of fuel battery system

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