JP2011210512A - Fuel cell system - Google Patents

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裕史 掛布
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system for preventing the stoichiometric ratio of a fuel cell from being lowered from a set value.SOLUTION: A control part 80 of the fuel cell system 10 calculates a corrected current value ΔI in accordance with a power difference ΔP when detecting the power difference ΔP between an actual output power value Pof the fuel cell 12 and a required power value P. The control part 80 further corrects the duty ratio of an FC converter 66 in accordance with the corrected current value ΔI, and also corrects an oxidation gas flow amount in an air compressor 46 in accordance with the corrected current value ΔI.

Description

本発明は、燃料電池の出力電力を制御する制御部を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a control unit that controls output power of a fuel cell.

近年、車両の駆動源としてモータ等の電気機械が使用され、さらにこの駆動源に電力を供給する電源として燃料電池が使用されている。このような車両には燃料電池および燃料電池の発電に必要な周辺機器からなる燃料電池システムが搭載されている。   In recent years, an electric machine such as a motor is used as a drive source of a vehicle, and a fuel cell is used as a power source for supplying electric power to the drive source. Such a vehicle is equipped with a fuel cell system including a fuel cell and peripheral devices necessary for power generation of the fuel cell.

燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に燃料（水素ガス）を供給する水素供給系と、燃料電池に酸化ガス（空気）を供給する空気供給系を備えている。さらに燃料電池システムは、燃料電池から駆動源等に電力を送る電力系を備えている。加えて、燃料電池システムは、燃料供給系、空気供給系、電力系から種々の信号を受け取るとともに、各系に制御指令を送る制御部を備えている。   The fuel cell system includes a fuel cell, a hydrogen supply system that supplies fuel (hydrogen gas) to the fuel cell, and an air supply system that supplies oxidizing gas (air) to the fuel cell. Furthermore, the fuel cell system includes an electric power system that transmits electric power from the fuel cell to a drive source or the like. In addition, the fuel cell system includes a control unit that receives various signals from the fuel supply system, the air supply system, and the power system and sends a control command to each system.

燃料電池の発電量は制御部により制御される。車両に設けられたアクセルペダルの開度が制御部に送信されると、制御部はこのアクセル開度に基づいて要求トルクを求める。また、車速センサから車速が制御部に送信されると、制御部は駆動源の回転数を求める。さらに要求トルクと駆動源の回転数とから燃料電池が出力すべき電力である指令電力を算出する。   The power generation amount of the fuel cell is controlled by the control unit. When the opening degree of an accelerator pedal provided in the vehicle is transmitted to the control unit, the control unit obtains a required torque based on the accelerator opening degree. Further, when the vehicle speed is transmitted from the vehicle speed sensor to the control unit, the control unit obtains the rotational speed of the drive source. Further, command power, which is power to be output from the fuel cell, is calculated from the required torque and the rotational speed of the drive source.

また、制御部には燃料電池の出力電力と出力電流との関係が定められた電力−電流特性（以下、Ｐ−Ｉ特性と呼ぶ）が記憶されており、制御部はこのＰ−Ｉ特性から指令電力に対応する電流値（以下、指令電流値と呼ぶ）を求める。さらに制御部には燃料電池の出力電流と出力電圧との関係が定められた電流−電圧特性（以下、Ｉ−Ｖ特性と呼ぶ）が記憶されており、制御部はこのＩ−Ｖ特性から指令電流値に対応した電圧値（以下、指令電圧値と呼ぶ）を求める。   Further, the control unit stores power-current characteristics (hereinafter referred to as PI characteristics) in which the relationship between the output power and the output current of the fuel cell is determined. A current value corresponding to the command power (hereinafter referred to as a command current value) is obtained. Further, the control unit stores a current-voltage characteristic (hereinafter referred to as an IV characteristic) in which the relationship between the output current and the output voltage of the fuel cell is determined. A voltage value corresponding to the current value (hereinafter referred to as a command voltage value) is obtained.

指令電流値に基づいて、燃料電池に供給される空気の供給量（以下、指令空気量と呼ぶ）が定められる。制御部では、指令電流値の電流を燃料電池から出力させる際に燃料電池で消費される空気流量（理論空気量）を算出するとともに、理論空気量にストイキ比と呼ばれるパラメータを掛けた値を算出し、これを指令空気量としている。ストイキ比とは、理論空気量に対する、実際に燃料電池に供給される空気量の過剰率を示す値であり、燃料電池の出力変動を考慮して定められる値である。   Based on the command current value, a supply amount of air supplied to the fuel cell (hereinafter referred to as a command air amount) is determined. The control unit calculates the air flow rate (theoretical air amount) consumed by the fuel cell when the current of the command current value is output from the fuel cell, and calculates the value obtained by multiplying the theoretical air amount by a parameter called stoichiometric ratio. This is the commanded air amount. The stoichiometric ratio is a value indicating an excess ratio of the amount of air actually supplied to the fuel cell with respect to the theoretical air amount, and is a value determined in consideration of output variation of the fuel cell.

また、燃料電池の出力電流が指令電流値となるように制御し、出力電圧が指令電圧値となるように制御する電流・電圧制御手段としてＤＣ−ＤＣコンバータが使用される。ＤＣ−ＤＣコンバータは燃料電池と駆動源との間に接続されており、内部に設けられたスイッチング素子のオン／オフ動作によって燃料電池から出力される電流の流れが断続される。このスイッチング動作において、スイッチング素子のオン／オフ比、すなわちデューティ比に応じて燃料電池の出力電流及び出力電圧が変化する。デューティ比は制御部により定められる。制御部は燃料電池の出力電流値および出力電圧値が指令電流値および指令電圧値となるようにＤＣ−ＤＣコンバータのデューティ比を定める。   Further, a DC-DC converter is used as a current / voltage control means for controlling the output current of the fuel cell to be a command current value and controlling the output voltage to be a command voltage value. The DC-DC converter is connected between the fuel cell and the drive source, and the flow of current output from the fuel cell is interrupted by an on / off operation of a switching element provided therein. In this switching operation, the output current and output voltage of the fuel cell change according to the on / off ratio of the switching element, that is, the duty ratio. The duty ratio is determined by the control unit. The control unit determines the duty ratio of the DC-DC converter so that the output current value and the output voltage value of the fuel cell become the command current value and the command voltage value.

燃料電池の出力が上述したＩ−Ｖ特性に従うのであれば、デューティ比通りにＤＣ−ＤＣコンバータを作動させることによって出力電流値及び出力電圧値は指令電流値及び指令電圧値となる。しかし、燃料電池のＩ−Ｖ特性は燃料電池の経年劣化や温度変化等により変化することが知られており、制御部に記憶されたＩ−Ｖ特性が実際のＩ−Ｖ特性とは異なる場合がある。そうなると、デューティ比通りにＤＣ−ＤＣコンバータを作動させても、燃料電池の出力電流値および出力電圧値は指令電流値および指令電圧値とは異なってしまう。その結果、燃料電池の出力電力値は要求電力値よりも低くなる。   If the output of the fuel cell follows the above-described IV characteristic, the output current value and the output voltage value become the command current value and the command voltage value by operating the DC-DC converter according to the duty ratio. However, it is known that the IV characteristic of the fuel cell changes due to the aging of the fuel cell, temperature change, etc., and the IV characteristic stored in the control unit is different from the actual IV characteristic. There is. Then, even if the DC-DC converter is operated according to the duty ratio, the output current value and the output voltage value of the fuel cell are different from the command current value and the command voltage value. As a result, the output power value of the fuel cell becomes lower than the required power value.

そこで従来技術においては、燃料電池の出力電力と指令電力との差異を解消するためにフィードバック制御を行っている。すなわち、燃料電池の実際の出力電力を計測し、この出力電力と指令電力との偏差を求め、偏差がある場合にはＰＩＤ関数等により指令電流値および指令電圧値を補正している。電流値及び電圧値補正後の燃料電池について再び出力電流と出力電圧を取得し、さらに出力電力を求め、当該出力電力と指令電力との差が解消されるまでフィードバック制御が継続される。   Therefore, in the prior art, feedback control is performed in order to eliminate the difference between the output power of the fuel cell and the command power. That is, the actual output power of the fuel cell is measured, the deviation between this output power and the command power is obtained, and if there is a deviation, the command current value and the command voltage value are corrected by a PID function or the like. The output current and the output voltage are obtained again for the fuel cell after the current value and voltage value correction, the output power is further obtained, and the feedback control is continued until the difference between the output power and the command power is eliminated.

特開２００５−２４３２４８号公報JP 2005-243248 A 特開２００４−３９４２０号公報JP 2004-39420 A

従来技術においては、指令電流値の補正時に指令空気量の補正は行われていない。例えば、従来技術における空気供給量の制御技術を開示する文献として特許文献１および２が挙げられる。特許文献１においては指令空気量と実際の空気供給量との差異を解消する手段としてＰＩＤ制御等のフィードバック制御が採用されている。また、特許文献２においては目標酸素濃度と実際の酸素濃度との偏差を解消するためにＰＩＤ制御が採用されている。これらの文献では指令空気量や目標酸素濃度に一致するように空気流量や酸素濃度を変化させる制御を開示するに留まり、指令空気量または目標酸素濃度そのものの補正については開示されていない。このように、従来技術においては指令電流値の補正に伴う指令空気量の補正は行われていない。   In the prior art, the command air amount is not corrected when the command current value is corrected. For example, Patent Documents 1 and 2 are cited as documents disclosing air supply amount control techniques in the prior art. In Patent Document 1, feedback control such as PID control is employed as means for eliminating the difference between the command air amount and the actual air supply amount. In Patent Document 2, PID control is employed to eliminate the deviation between the target oxygen concentration and the actual oxygen concentration. These documents only disclose control for changing the air flow rate and oxygen concentration so as to match the command air amount and the target oxygen concentration, and do not disclose correction of the command air amount or the target oxygen concentration itself. Thus, in the prior art, correction of the command air amount accompanying correction of the command current value is not performed.

指令電流値が補正されたにも関わらず、指令空気量が維持されたままであると、上述したストイキ比の値は制御部に設定された値とは異なるものとなる。特に、指定電流値が補正により増加され、その一方で指令空気量が維持されたままであると、実際のストイキ比は制御部に設定された値よりも低くなる。その結果、燃料電池の電力出力が不安定になるおそれがあった。   If the command air amount is maintained even though the command current value is corrected, the value of the stoichiometric ratio described above is different from the value set in the control unit. In particular, if the specified current value is increased by the correction while the command air amount is maintained, the actual stoichiometric ratio becomes lower than the value set in the control unit. As a result, the power output of the fuel cell may become unstable.

そこで、本願発明は、指令電流値の補正制御時におけるストイキ比の低下を防ぐ燃料電池システムを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell system that prevents a reduction in stoichiometric ratio during command current value correction control.

本願発明は燃料電池システムに関するものである。燃料電池システムは、燃料及び酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池の出力電流と、燃料電池に供給する酸化ガスの供給量と、を変化させる制御部と、を備えている。制御部は、燃料電池に対する要求電力と、予め設定された燃料電池の電力電流特性とに基づいて、燃料電池に対する指令電流を求め、指令電流に基づいて、燃料電池に供給する酸化ガス流量を求める。また、燃料電池システムは、燃料電池の実出力電圧を測定する電圧センサと、実出力電流を測定する電流センサを備えている。制御部は、電圧センサから実出力電圧を取得し、電流センサから実出力電流を取得し、実出力電圧及び実出力電流から実出力電力を求める。制御部は、実出力電力と要求電力との差を検知したときに、差に基づいて補正電流を求め、補正電流に基づいて燃料電池の出力電流を変化させる。さらに制御部は、補正電流に基づいて補正流量を求め、補正流量に基づいて燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を変化させる。   The present invention relates to a fuel cell system. The fuel cell system includes a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel and oxidizing gas, and a control unit that changes an output current of the fuel cell and a supply amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell. . The control unit obtains a command current for the fuel cell based on the required power for the fuel cell and a preset power current characteristic of the fuel cell, and obtains an oxidizing gas flow rate supplied to the fuel cell based on the command current. . The fuel cell system also includes a voltage sensor that measures the actual output voltage of the fuel cell and a current sensor that measures the actual output current. The control unit acquires the actual output voltage from the voltage sensor, acquires the actual output current from the current sensor, and obtains the actual output power from the actual output voltage and the actual output current. When detecting a difference between the actual output power and the required power, the control unit obtains a correction current based on the difference, and changes the output current of the fuel cell based on the correction current. Further, the control unit obtains a corrected flow rate based on the corrected current, and changes the supply amount of the oxidizing gas supplied to the fuel cell based on the corrected flow rate.

本願発明により、燃料電池の出力電流補正時におけるストイキ比の低下が防止され、燃料電池の出力が安定する。   According to the present invention, a reduction in the stoichiometric ratio when correcting the output current of the fuel cell is prevented, and the output of the fuel cell is stabilized.

本実施形態に係る燃料電池システムを例示する図である。It is a figure which illustrates the fuel cell system concerning this embodiment. 制御部のシステム構成図である。It is a system block diagram of a control part. 燃料電池の出力電流および出力電圧の補正制御を説明する図である。It is a figure explaining correction control of the output current and output voltage of a fuel cell. 燃料電池の出力電流および出力電圧の補正制御を説明する図である。It is a figure explaining correction control of the output current and output voltage of a fuel cell.

図１に、本実施形態に係る燃料電池システムを示す。燃料電池システム１０は、図示しない車両に搭載されている。燃料電池システム１０は、燃料および酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池１２と、燃料としての水素ガスを燃料電池１２に供給する水素供給系２０と、酸化ガスとしての空気中の酸素を燃料電池１２に供給するための空気供給系４０を備えている。さらに、燃料電池システム１０は、電力の充放電を制御する電力系６０と、システム全体を統括制御する制御部８０とを備えている。   FIG. 1 shows a fuel cell system according to this embodiment. The fuel cell system 10 is mounted on a vehicle (not shown). The fuel cell system 10 includes a fuel cell 12 that generates power by receiving supply of fuel and oxidizing gas, a hydrogen supply system 20 that supplies hydrogen gas as fuel to the fuel cell 12, and oxygen in the air as oxidizing gas. An air supply system 40 for supplying the battery 12 is provided. Further, the fuel cell system 10 includes an electric power system 60 that controls charging and discharging of electric power, and a control unit 80 that performs overall control of the entire system.

燃料電池１２は、多数の燃料電池セルを電気的に直列接続した状態で積層された固体高分子電解質膜型セルスタックとして構成されている。燃料電池１２では、燃料極（アノード）においてＨ２→２Ｈ＋＋２ｅ−で表わされる酸化反応が生じる。また、空気極（カソード）では、１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏで表わされる還元反応が生じる。したがって、燃料電池１２全体としては、Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏで表わされる化学反応が生じることになる。 The fuel cell 12 is configured as a solid polymer electrolyte membrane cell stack in which a large number of fuel cells are stacked in an electrically connected state. In the fuel cell 12, an oxidation reaction represented by H 2 → 2H + + 2e − occurs at the fuel electrode (anode). In the air electrode (cathode), a reduction reaction represented by 1 / 2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O occurs. Therefore, a chemical reaction represented by H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O occurs in the fuel cell 12 as a whole.

水素供給系２０は、高圧の水素タンク等からなる水素供給源２２を備えている。さらに水素供給系２０は、水素供給源２２から燃料電池１２の燃料極に供給する水素ガスが流れる水素供給通路２４と、燃料電池１２から排出される水素オフガスが流れる水素排出通路２６と、水素排出通路２６から分岐して水素供給通路２４に接続される循環通路２８と、の３つの通路を備えている。さらに水素供給系２０は、燃料電池１２から排出された水素オフガスを循環通路２８を経由して水素供給通路２４に循環供給するための循環ポンプ３０を備えている。   The hydrogen supply system 20 includes a hydrogen supply source 22 including a high-pressure hydrogen tank. Further, the hydrogen supply system 20 includes a hydrogen supply passage 24 through which hydrogen gas supplied from the hydrogen supply source 22 to the fuel electrode of the fuel cell 12 flows, a hydrogen discharge passage 26 through which hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 12 flows, and hydrogen discharge There are three passages: a circulation passage 28 branched from the passage 26 and connected to the hydrogen supply passage 24. Further, the hydrogen supply system 20 includes a circulation pump 30 for circulating and supplying the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 12 to the hydrogen supply passage 24 via the circulation passage 28.

さらに水素供給通路２４には、水素供給源２２から燃料電池１２に向かう方向に従って順に第１の遮断弁３２、第１の調圧弁３３、第２の遮断弁３４、圧力センサ３５が設けられている。遮断弁３２は水素供給源２２からの水素ガスの流出を遮断するために設けられている。また、第１の調圧弁３３は水素供給源２２からの水素ガス圧を減圧するために設けられている。また、第２の遮断弁３４は燃料電池１２への水素ガスの供給を遮断するために設けられている。また、圧力センサ３５は燃料電池１２に供給される水素ガスの圧力を検出している。   Further, the hydrogen supply passage 24 is provided with a first cutoff valve 32, a first pressure regulating valve 33, a second cutoff valve 34, and a pressure sensor 35 in the order from the hydrogen supply source 22 toward the fuel cell 12. . The shut-off valve 32 is provided to shut off the outflow of hydrogen gas from the hydrogen supply source 22. The first pressure regulating valve 33 is provided to reduce the hydrogen gas pressure from the hydrogen supply source 22. The second shutoff valve 34 is provided to shut off the supply of hydrogen gas to the fuel cell 12. The pressure sensor 35 detects the pressure of hydrogen gas supplied to the fuel cell 12.

また、水素排出通路２６には、燃料電池１２側から順に、燃料電池１２から排出される水素オフガスを遮断する第３の遮断弁３６と、水素オフガスを排出する際に開弁される第４の遮断弁３７が設けられている。   Further, in the hydrogen discharge passage 26, in order from the fuel cell 12 side, a third shutoff valve 36 that shuts off the hydrogen offgas discharged from the fuel cell 12, and a fourth valve that is opened when the hydrogen offgas is discharged. A shut-off valve 37 is provided.

空気供給系４０は、燃料電池１２の空気極に空気を供給する空気供給通路４２と、燃料電池１２から排出された空気が流れる空気排出通路４４とを備えている。空気供給通路４２には、大気中から空気を取り込む酸化ガス供給器として機能するエアコンプレッサ４６と、燃料電池１２に供給される空気流量を検出する流量検出器として機能するフローメータ４８と、燃料電池１２への空気供給を遮断するための第５の遮断弁５０が設けられている。   The air supply system 40 includes an air supply passage 42 that supplies air to the air electrode of the fuel cell 12 and an air discharge passage 44 through which the air discharged from the fuel cell 12 flows. The air supply passage 42 has an air compressor 46 that functions as an oxidizing gas supply device that takes in air from the atmosphere, a flow meter 48 that functions as a flow rate detector that detects the flow rate of air supplied to the fuel cell 12, and a fuel cell. A fifth shut-off valve 50 for shutting off the air supply to 12 is provided.

また、空気排出通路４４には、燃料電池１２からの空気の排出を遮断するための第６の遮断弁５２と、空気供給圧を調整するための第２の調圧弁５４が設けられている。   Further, the air discharge passage 44 is provided with a sixth shut-off valve 52 for shutting off the discharge of air from the fuel cell 12 and a second pressure regulating valve 54 for adjusting the air supply pressure.

電力系６０は、燃料電池１２が実際に出力する電流（実出力電流）を検出する電流検出器として機能する電流センサ６２と、燃料電池１２が実際に出力する電圧（実出力電圧）を検出する電圧検出器として機能する電圧センサ６４と、燃料電池１２の実出力電流および実出力電圧を制御するＦＣコンバータ６６とが設けられている。電流センサ６２、電圧センサ６４は、燃料電池１２とＦＣコンバータ６６との間に設けられている。   The power system 60 detects a current sensor 62 that functions as a current detector that detects a current (actual output current) actually output by the fuel cell 12 and a voltage (actual output voltage) that the fuel cell 12 actually outputs. A voltage sensor 64 that functions as a voltage detector and an FC converter 66 that controls the actual output current and the actual output voltage of the fuel cell 12 are provided. The current sensor 62 and the voltage sensor 64 are provided between the fuel cell 12 and the FC converter 66.

ＦＣコンバータ６６はＤＣ−ＤＣコンバータから構成され、燃料電池１２の出力電圧および出力電流を制御する昇降圧チョッパ回路を含んで構成される。ＦＣコンバータ６６にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子のオン／オフ動作はデューティ比ｄによって定められる。このデューティ比ｄによって燃料電池１２の出力電圧および出力電流が変化する。デューティ比ｄとはスイッチング素子のオン時間の割合を示すものであり、オン時間をｔＯＮ、オフ時間をｔＯＦＦ、スイッチング周期Ｔ（＝ｔＯＮ＋ｔＯＦＦ）とすると、デューティ比ｄはｔＯＮ／Ｔで表わされる。ＦＣコンバータ６６はデューティ比ｄに応じて燃料電池１２の出力電圧を昇圧する。具体的には昇圧率は１／（１−ｄ）で表わされる。このデューティ比は制御部８０にて定められ、制御部８０からＦＣコンバータ６６に送信される。 The FC converter 66 includes a DC-DC converter and includes a step-up / down chopper circuit that controls the output voltage and output current of the fuel cell 12. The FC converter 66 is provided with a switching element, and the on / off operation of the switching element is determined by the duty ratio d. The output voltage and output current of the fuel cell 12 change depending on the duty ratio d. The duty ratio d indicates a ratio of the ON time of the switching element. When the ON time is t ON , the OFF time is t OFF , and the switching period T (= t ON + t OFF ), the duty ratio d is t ON / It is represented by T. The FC converter 66 boosts the output voltage of the fuel cell 12 according to the duty ratio d. Specifically, the boosting rate is represented by 1 / (1-d). The duty ratio is determined by the control unit 80 and transmitted from the control unit 80 to the FC converter 66.

また、電力系６０は、バッテリ６８と、バッテリ６８の実出力電圧を測定する電圧センサ６９と、バッテリ６８の電圧を制御するバッテリコンバータ７０とを備えている。さらに電力系６０は、インバータ７２、駆動源であるモータ７４、補機類７６を備えている。図１に示されているように、燃料電池システム１０は、バッテリコンバータ７０とインバータ７２とが並列に燃料電池１２に接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。   The power system 60 includes a battery 68, a voltage sensor 69 that measures the actual output voltage of the battery 68, and a battery converter 70 that controls the voltage of the battery 68. Further, the power system 60 includes an inverter 72, a motor 74 as a drive source, and auxiliary machinery 76. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 is configured as a parallel hybrid system in which a battery converter 70 and an inverter 72 are connected to the fuel cell 12 in parallel.

バッテリコンバータ７０は上述したＦＣコンバータ６６と同様にＤＣ−ＤＣコンバータから構成され、バッテリ６８の出力電圧および出力電流を制御する昇降圧チョッパ回路を含んで構成される。バッテリコンバータ７０は制御部８０からデューティ比を受信し、当該デューティ比に基づいてスイッチング素子を駆動させる。バッテリコンバータ７０は、バッテリ６８から供給される直流電圧を昇圧して燃料電池１２の出力を補佐する機能と、燃料電池１２が発電した直流電流、または回生制動によりモータ７４が回収した回生電力を降圧してバッテリ６８に充電する機能とを備えている。   The battery converter 70 is formed of a DC-DC converter, similar to the FC converter 66 described above, and includes a step-up / step-down chopper circuit that controls the output voltage and output current of the battery 68. The battery converter 70 receives the duty ratio from the control unit 80 and drives the switching element based on the duty ratio. The battery converter 70 boosts the DC voltage supplied from the battery 68 to assist the output of the fuel cell 12, and reduces the DC current generated by the fuel cell 12 or the regenerative power collected by the motor 74 by regenerative braking. And a function of charging the battery 68.

バッテリ６８は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギーの貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ６８は、例えばリチウム二次電池等の二次電池が使用される。バッテリ６８には、充電状態（ＳＯＣ、Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出するためのＳＯＣセンサ（図示せず）が設けられており、ＳＯＣセンサによってバッテリ６８の残容量を監視することができる。   The battery 68 functions as a surplus power storage source, a regenerative energy storage source during regenerative braking, and an energy buffer during load fluctuations associated with acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle. As the battery 68, for example, a secondary battery such as a lithium secondary battery is used. The battery 68 is provided with an SOC sensor (not shown) for detecting a state of charge (SOC, State Of Charge), and the remaining capacity of the battery 68 can be monitored by the SOC sensor.

インバータ７２は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式や矩形波制御方式で駆動されるインバータであり、制御部８０からのスイッチング指令に従ってスイッチング素子がオン／オフ制御される。このオン／オフ制御によって燃料電池１２およびバッテリ６８から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換してモータ７４の回転トルクを制御する。モータ７４は例えば三相同期型の交流モータであり、車両の駆動源となる。   The inverter 72 is an inverter driven by, for example, a pulse width modulation (PWM) control method or a rectangular wave control method, and the switching element is ON / OFF controlled in accordance with a switching command from the control unit 80. By this on / off control, the DC voltage output from the fuel cell 12 and the battery 68 is converted into a three-phase AC voltage to control the rotational torque of the motor 74. The motor 74 is, for example, a three-phase synchronous AC motor and serves as a vehicle drive source.

補機類７６は、燃料電池システム１０に配置されている各モータ（ポンプやブロワなどの駆動源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（冷却水循環ポンプ、ラジエータ等）を総称するものである。   The auxiliary machines 76 are motors (drive sources such as pumps and blowers) arranged in the fuel cell system 10, inverters for driving these motors, and various on-vehicle auxiliary machines (cooling water circulation). Pumps, radiators, etc.).

制御部８０は、水素供給系２０、空気供給系４０、電力系６０から種々の信号を受信するとともに各系に対して制御指令を送る。また、アクセルポジションセンサ８１から出力されるアクセル開度信号や、車速センサ８２から出力される車速信号を受信し、システム全体の要求電力を求める。なお、システム全体の要求電力とは、車両走行電力と補機電力との合計値である。   The control unit 80 receives various signals from the hydrogen supply system 20, the air supply system 40, and the power system 60, and sends a control command to each system. Further, an accelerator opening signal output from the accelerator position sensor 81 and a vehicle speed signal output from the vehicle speed sensor 82 are received, and the required power of the entire system is obtained. The required power of the entire system is a total value of vehicle running power and auxiliary machine power.

図２に制御部８０のシステム構成図を示す。制御部８０はＥＣＵとも呼ばれ、受信部８４、送信部８６、記憶部８８、演算部９０を含んで構成される。これら各部は互いに通信（アクセス）可能となっている。   FIG. 2 shows a system configuration diagram of the control unit 80. The control unit 80 is also called an ECU, and includes a reception unit 84, a transmission unit 86, a storage unit 88, and a calculation unit 90. These units can communicate (access) each other.

受信部８４は入力インターフェースとして機能し、水素供給系２０、空気供給系４０、電力系６０、アクセルポジションセンサ８１、車速センサ８２等から種々の信号を受信する。送信部８６は出力インターフェースとして機能し、演算部９０の演算結果を上述した各系およびセンサに送信する。   The receiving unit 84 functions as an input interface and receives various signals from the hydrogen supply system 20, the air supply system 40, the power system 60, the accelerator position sensor 81, the vehicle speed sensor 82, and the like. The transmission unit 86 functions as an output interface, and transmits the calculation result of the calculation unit 90 to each system and sensor described above.

記憶部８８は、半導体メモリやハードディスク等の記憶手段を含んで構成され、燃料電池１２の電力−電流特性（以下、Ｐ−Ｉ特性と呼ぶ）、電流−電圧特性（以下、I−V特性と呼ぶ）が記憶されている。さらに記憶部８８には、燃料電池１２の出力電力ＰＦＣを要求電力値ＰＲＥＱとするための制御プログラム等が記憶されている。 The storage unit 88 includes storage means such as a semiconductor memory and a hard disk. The storage unit 88 includes power-current characteristics (hereinafter referred to as PI characteristics), current-voltage characteristics (hereinafter referred to as IV characteristics) of the fuel cell 12. Is stored). More storage unit 88, a control program for the output power P FC of the fuel cell 12 and the required power value P REQ is stored.

演算部９０は、いわゆるＣＰＵを含んで構成されている。演算部９０は、受信部８４が受信した各種の値を取り込み、また、記憶部８８に記憶された制御プログラムを読み出してこれを実行することにより、燃料電池１２の出力電力値ＰＦＣが要求電力値ＰＲＥＱとなるための条件を算出する。 The calculation unit 90 includes a so-called CPU. Calculating unit 90 takes various values the receiving unit 84 receives, also, by executing this by reading out the control program stored in the storage unit 88, an output power value P FC of the fuel cell 12 is required power A condition for achieving the value P REQ is calculated.

以上、燃料電池システム１０の構成について説明した。次に、燃料電池システム１０の動作について説明する。   The configuration of the fuel cell system 10 has been described above. Next, the operation of the fuel cell system 10 will be described.

アクセルペダル９１（図１）が運転者により踏み込まれた際に、そのアクセル開度がアクセルポジションセンサ８１により検知される。アクセル開度はアクセルポジションセンサ８１から制御部８０に送信される。制御部８０はアクセル開度に基づいてモータ７４に対する要求トルクを算出する。   When the accelerator pedal 91 (FIG. 1) is depressed by the driver, the accelerator opening is detected by the accelerator position sensor 81. The accelerator opening is transmitted from the accelerator position sensor 81 to the control unit 80. The controller 80 calculates a required torque for the motor 74 based on the accelerator opening.

さらに制御部８０は車速センサ８２から車両速度を取得し、車両速度からモータ７４の回転数を求める。制御部８０は要求トルクおよび回転数からモータ７４に供給すべき電力値を求める。次に制御部８０は、モータ７４に供給すべき電力に基づき、補機類７６に供給する電力値を算出する。このようにして燃料電池システム１０全体に供給すべき電力値が算出される。この燃料電池システム１０全体に供給すべき電力値はそのまま燃料電池１２が出力すべき電力値となる。燃料電池１２が出力すべき電力値を以下では要求電力値ＰＲＥＱと呼ぶ。 Further, the control unit 80 obtains the vehicle speed from the vehicle speed sensor 82 and obtains the number of rotations of the motor 74 from the vehicle speed. The control unit 80 obtains a power value to be supplied to the motor 74 from the required torque and the rotational speed. Next, the control unit 80 calculates a power value to be supplied to the auxiliary machinery 76 based on the power to be supplied to the motor 74. In this way, the power value to be supplied to the entire fuel cell system 10 is calculated. The power value to be supplied to the entire fuel cell system 10 becomes the power value to be output from the fuel cell 12 as it is. Hereinafter, the power value to be output by the fuel cell 12 is referred to as a required power value P REQ .

また、記憶部８８には、回転数、トルク、電圧の関係を示すモータ特性及び、後述する空気ストイキ比と水素ストイキ比が記憶されている。制御部８０は、要求トルクおよび回転数から、モータ７４に印加する電圧値を求める。以下ではこの電圧値をモータ電圧ＶＭと呼ぶ。 Further, the storage unit 88 stores motor characteristics indicating the relationship between the rotational speed, torque, and voltage, and an air stoichiometric ratio and a hydrogen stoichiometric ratio, which will be described later. The control unit 80 obtains a voltage value to be applied to the motor 74 from the required torque and the rotational speed. Hereinafter referred to the voltage value and the motor voltage V M.

また、制御部８０の記憶部８８には、燃料電池１２の電力−電流特性（以下、Ｐ−Ｉ特性と呼ぶ）および電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）が予め記憶されている。Ｐ−Ｉ特性は燃料電池１２の出力電力ＰＦＣに対する出力電流ＩＦＣの関係を表わしたものである。一般的にＰ−Ｉ特性曲線は出力電力ＰＦＣのピーク値を有しており、ピーク値までは電流の増加に伴って電力値が増加し、ピーク値以降は電流の増加に伴って電力値が漸減する。また、Ｉ−Ｖ特性曲線は電流の増加に伴って電圧が下がる傾向を有しており、電流値が低い領域と高い領域において減少傾向が急峻となる。 The storage unit 88 of the control unit 80 stores in advance the power-current characteristics (hereinafter referred to as PI characteristics) and current-voltage characteristics (IV characteristics) of the fuel cell 12. The PI characteristic represents the relationship of the output current I FC with respect to the output power P FC of the fuel cell 12. Typically P-I characteristic curve has a peak value of the output power P FC, increase power value with increasing current to a peak value, power value since the peak value with the increase in current Gradually decreases. Further, the IV characteristic curve has a tendency that the voltage decreases as the current increases, and the decreasing tendency becomes steep in a region where the current value is low and a region where the current value is high.

制御部８０は、記憶部８８に記憶されたＰ−Ｉ特性に基づいて要求電力値ＰＲＥＱに対応した電流値を求める。以下ではこの電流値を指令電流値ＩＲＥＱと呼ぶ。さらに制御部８０は、記憶部８８に記憶されたＩ−Ｖ特性に基づいて指令電流値ＩＲＥＱに対応する電圧値を求める。以下この電圧値を指令電圧値ＶＲＥＱと呼ぶ。 The control unit 80 obtains a current value corresponding to the required power value P REQ based on the PI characteristics stored in the storage unit 88. Hereinafter, this current value is referred to as a command current value I REQ . Further, the control unit 80 obtains a voltage value corresponding to the command current value I REQ based on the IV characteristic stored in the storage unit 88. Hereinafter, this voltage value is referred to as a command voltage value V REQ .

さらに制御部８０は、指令電流値ＩＲＥＱに対応する酸化ガス流量を求める。以下、この酸化ガス流量を指令空気流量ＱＲＥＱと呼ぶ。制御部８０では、指令電流値ＩＲＥＱの電流を燃料電池１２から出力させる際に燃料電池１２で消費される空気流量（理論空気量）を算出するとともに、理論空気量に空気ストイキ比を掛けた値を算出し、これを指令空気流量ＱＲＥＱとしている。同様に、指令電流値ＩＲＥＱの電流を燃料電池１２から出力させる際に燃料電池１２で消費される水素ガス流量（理論水素量）を算出するとともに、理論水素量に水素ストイキ比を掛けた値を算出し、これを指令水素量としている。 Further, the control unit 80 obtains an oxidizing gas flow rate corresponding to the command current value I REQ . Hereinafter, this oxidizing gas flow rate is referred to as a command air flow rate Q REQ . The control unit 80 calculates the air flow rate (theoretical air amount) consumed by the fuel cell 12 when the current of the command current value I REQ is output from the fuel cell 12, and multiplies the theoretical air amount by the air stoichiometric ratio. A value is calculated, and this is set as the command air flow rate Q REQ . Similarly, the hydrogen gas flow rate (theoretical hydrogen amount) consumed by the fuel cell 12 when the current of the command current value I REQ is output from the fuel cell 12 is calculated, and the theoretical hydrogen amount is multiplied by the hydrogen stoichiometric ratio. Is calculated as the commanded hydrogen amount.

指令空気流量ＱＲＥＱはエアコンプレッサ４６に送信され、エアコンプレッサ４６はフローメータ４８が検出する空気流量を参照しながら、燃料電池１２に供給される空気量が指令空気流量ＱＲＥＱとなるように駆動する。また、指令水素量は第１の調圧弁３３に送信され、圧力センサ３５の値を参照しながら、燃料電池１２に供給される水素流量が指令水素量となるように駆動する。 The command air flow rate Q REQ is transmitted to the air compressor 46, and the air compressor 46 is driven so that the air amount supplied to the fuel cell 12 becomes the command air flow rate Q REQ while referring to the air flow rate detected by the flow meter 48. To do. Further, the command hydrogen amount is transmitted to the first pressure regulating valve 33 and is driven so that the hydrogen flow rate supplied to the fuel cell 12 becomes the command hydrogen amount while referring to the value of the pressure sensor 35.

さらに制御部８０は、モータ電圧ＶＭと指令電圧値ＶＲＥＱの差を求め、この差からＦＣコンバータ６６に対する指令デューティ比ｄＲＥＱを求める。ＦＣコンバータ６６の昇圧率は１／（１−ｄＲＥＱ）で表わされることから、１／（１−ｄＲＥＱ）＝ＶＭ／ＶＲＥＱを解くことによりｄＲＥＱを求めることができる。制御部８０はこの演算を実行することにより指令デューティ比ｄＲＥＱを求め、当該指令デューティ比ｄＲＥＱをＦＣコンバータ６６に送信する。 Further, the control unit 80 obtains a difference between the motor voltage V M and the command voltage value V REQ, obtains the command duty ratio d REQ for FC converter 66 from the difference. Boost rate of the FC converter 66 from being represented by 1 / (1-d REQ) , it is possible to obtain the d REQ by solving 1 / (1-d REQ) = V M / V REQ. The control unit 80 obtains the command duty ratio d REQ by executing this calculation, and transmits the command duty ratio d REQ to the FC converter 66.

また、制御部８０は、バッテリ６８に燃料電池１２の出力を補佐させるため、バッテリ６８の出力電圧をバッテリコンバータ７０により昇圧させる。制御部８０は、バッテリ６８の実出力電圧を電圧センサ６９により検知するとともに、モータ電圧ＶＭとバッテリの出力電圧との差に基づいてバッテリコンバータ７０のデューティ比ｄを算出する。算出されたデューティ比ｄはバッテリコンバータ７０に送信される。これにより、バッテリ６８の出力電圧はバッテリコンバータ７０によりモータ電圧ＶＭまで昇圧される。 Further, the control unit 80 boosts the output voltage of the battery 68 by the battery converter 70 in order to make the battery 68 assist the output of the fuel cell 12. Control unit 80 is configured to detect the actual output voltage of the battery 68 by the voltage sensor 69, calculates a duty ratio d of the battery converter 70 based on the difference between the motor voltage V M and the battery output voltage. The calculated duty ratio d is transmitted to the battery converter 70. Thus, the output voltage of the battery 68 is boosted by the battery converter 70 to the motor voltage V M.

燃料電池１２が記憶部８８に記憶された通りのＩ−Ｖ特性を有するのであれば、燃料電池１２の実出力電圧ＶＦＣを指令電圧値ＶＲＥＱに制御することで、図３に示すように、燃料電池１２の実出力電流値ＩＦＣは指令電流値ＩＲＥＱとなる。すなわち、燃料電池１２の動作点は動作点１（ＩＲＥＱ，ＶＲＥＱ）となる。図３においては要求電力値ＰＲＥＱの等電力曲線が一点鎖線により示されている。記憶部８８に記憶されたＩ−Ｖ特性と要求電力値ＰＲＥＱが動作点１で交わっていることから、燃料電池１２の動作点が動作点１である場合には燃料電池１２の実出力電力ＰＦＣとして要求電力値ＰＲＥＱが得られることが理解される。 If the fuel cell 12 has the IV characteristics as stored in the storage unit 88, the actual output voltage V FC of the fuel cell 12 is controlled to the command voltage value V REQ as shown in FIG. The actual output current value I FC of the fuel cell 12 becomes the command current value I REQ . That is, the operating point of the fuel cell 12 is the operating point 1 (I REQ , V REQ ). In FIG. 3, the equal power curve of the required power value P REQ is indicated by a one-dot chain line. Since the IV characteristic and the required power value P REQ stored in the storage unit 88 intersect at the operating point 1, when the operating point of the fuel cell 12 is the operating point 1, the actual output power of the fuel cell 12 required power value P REQ as P FC that is obtained is understood.

一方、燃料電池１２の温度変化や経年劣化等により、燃料電池１２の実際のＩ−Ｖ特性が制御部８０の記憶部８８に記憶されたＩ−Ｖ特性とは異なる場合、燃料電池１２の実出力電圧ＶＦＣを指令電圧値ＶＲＥＱに制御すると、実出力電流値ＩＦＣは指令電流値ＩＲＥＱとは異なる値Ｉ０となる。すなわち、図３において燃料電池１２の動作点は動作点１とは異なる動作点２（Ｉ０，ＶＲＥＱ）となる。この結果、燃料電池１２の実出力電力値ＰＦＣは要求電力値ＰＲＥＱと異なる値となってしまう。このように実出力電力値ＰＦＣと要求電力値ＰＲＥＱとの電力差ΔＰが発生したときには、制御部８０は電力差ΔＰを解消するためのフィードバック制御を実行する。 On the other hand, when the actual IV characteristic of the fuel cell 12 is different from the IV characteristic stored in the storage unit 88 of the control unit 80 due to temperature change or aging deterioration of the fuel cell 12, When the output voltage V FC is controlled to the command voltage value V REQ , the actual output current value I FC becomes a value I 0 different from the command current value I REQ . That is, in FIG. 3, the operating point of the fuel cell 12 is an operating point 2 (I 0 , V REQ ) different from the operating point 1. As a result, the actual output power value P FC of the fuel cell 12 becomes a value different from the required power value P REQ. As described above, when the power difference ΔP between the actual output power value P FC and the required power value P REQ is generated, the control unit 80 executes feedback control for eliminating the power difference ΔP.

燃料電池１２の実際のＩ−Ｖ特性が分かっていれば、図３に示すように実際のＩ−Ｖ特性と要求電力値ＰＲＥＱとの交点を求めることにより新たな動作点３を即座に求めることが可能であるが、制御部８０には実際のＩ−Ｖ特性が記憶されていない。そこで、制御部８０は燃料電池１２の出力電流および出力電圧を変化させることにより燃料電池１２の動作点を動作点３に徐々に近づけるフィードバック制御を行っている。 If the actual IV characteristic of the fuel cell 12 is known, a new operating point 3 is immediately obtained by obtaining the intersection of the actual IV characteristic and the required power value PREQ as shown in FIG. However, the actual IV characteristic is not stored in the control unit 80. Therefore, the control unit 80 performs feedback control to gradually bring the operating point of the fuel cell 12 closer to the operating point 3 by changing the output current and output voltage of the fuel cell 12.

このフィードバック制御の制御フローを図４に示す。制御部８０は電流センサ６２から燃料電池１２の実出力電流ＩＦＣを求める（Ｓ１）。さらに制御部８０は電圧センサ６４から燃料電池１２の実出力電圧ＶＦＣを求める（Ｓ２）。続いて制御部８０は実出力電流ＩＦＣと実出力電圧ＶＦＣとの積により実出力電力ＰＦＣを求める（Ｓ３）。 The control flow of this feedback control is shown in FIG. The controller 80 obtains the actual output current I FC of the fuel cell 12 from the current sensor 62 (S1). Further, the control unit 80 obtains the actual output voltage V FC of the fuel cell 12 from the voltage sensor 64 (S2). Subsequently, the control unit 80 obtains the actual output power P FC from the product of the actual output current I FC and the actual output voltage V FC (S3).

さらに制御部８０は要求電力値ＰＲＥＱと実出力電力値ＰＦＣとの電力差ΔＰを求める（Ｓ４）。電力差ΔＰが０であればフィードバック制御は実行されない。 Further, the control unit 80 obtains a power difference ΔP between the required power value P REQ and the actual output power value P FC (S4). If the power difference ΔP is 0, the feedback control is not executed.

電力差ΔＰが０でない場合、電力差ΔＰを０にするフィードバック制御を行う。制御部８０は、補正電流値ΔＩを求めるために補正関数ｆ（ΔＰ）に電力差ΔＰを入力する（Ｓ６）。この補正関数ｆ（ΔＰ）について説明する。制御部８０の記憶部８８には、電力差ΔＰを入力変数とし、補正電流値ΔＩを出力変数とする補正関数が記憶されている。補正関数は例えばＰＩＤ関数から構成され、比例項、積分項、微分項が設けられている。制御部８０はこの補正関数に電力差ΔＰを入力しこれにより補正電流値ΔＩを算出する。   When the power difference ΔP is not 0, feedback control is performed to set the power difference ΔP to 0. The controller 80 inputs the power difference ΔP to the correction function f (ΔP) in order to obtain the correction current value ΔI (S6). The correction function f (ΔP) will be described. The storage unit 88 of the control unit 80 stores a correction function having the power difference ΔP as an input variable and the correction current value ΔI as an output variable. The correction function is composed of, for example, a PID function, and is provided with a proportional term, an integral term, and a differential term. The control unit 80 inputs the power difference ΔP to the correction function, thereby calculating the correction current value ΔI.

また、制御部８０は、補正電流値ΔＩを現在の指令電流値ＩＲＥＱに加算し、加算後の指令電流値ＩＲＥＱ＋ΔＩと実出力電流ＩＦＣとが一致するようにＰＩＤ制御によって指令デューティ比ｄＲＥＱを補正する（Ｓ７）。ＦＣコンバータ６６は補正後の指令デューティ比ｄＲＥＱに基づいて作動する。 In addition, the control unit 80 adds the correction current value ΔI to the current command current value I REQ , and the command duty ratio by PID control so that the command current value I REQ + ΔI after the addition matches the actual output current I FC. d REQ is corrected (S7). The FC converter 66 operates based on the corrected command duty ratio dREQ .

なお、上述したように、指令デューティ比ｄＲＥＱは指令電圧値ＶＲＥＱをもとに算出していたが、デューティ比の補正を行う際には補正電流値ΔＩを基準としている。上述したように、実際の燃料電池１２のＩ−Ｖ特性が記憶部８８が記憶しているＩ−Ｖ特性とは異なる場合に、制御部８０は燃料電池１２の実際のＩ−Ｖ特性を把握していない。したがって、燃料電池１２の電圧低減量に応じた電流増加量を求めることができない。このような状況下で燃料電池１２の出力電圧をパラメータとして扱い、出力電圧を所定量低減させるようにデューティ比を操作すると、電流量が過剰に増加してＦＣコンバータ６６の許容電流を越える（過電流）おそれがある。したがって本実施形態においては過電流防止の観点から、デューティ比を補正するパラメータとして電流値を採用している。 As described above, the command duty ratio d REQ is calculated based on the command voltage value V REQ , but when the duty ratio is corrected, the correction current value ΔI is used as a reference. As described above, when the actual IV characteristic of the fuel cell 12 is different from the IV characteristic stored in the storage unit 88, the control unit 80 grasps the actual IV characteristic of the fuel cell 12. Not done. Therefore, the current increase amount corresponding to the voltage reduction amount of the fuel cell 12 cannot be obtained. Under such circumstances, when the output voltage of the fuel cell 12 is treated as a parameter and the duty ratio is manipulated so as to reduce the output voltage by a predetermined amount, the amount of current increases excessively and exceeds the allowable current of the FC converter 66 (excessive). Current). Therefore, in the present embodiment, the current value is adopted as a parameter for correcting the duty ratio from the viewpoint of preventing overcurrent.

なお、フィードバック制御において指令電流値ＩＲＥＱが補正され、その一方で空気流量Ｑが維持されたままであると、上述したとおりストイキ比が低下するおそれがある。そこで制御部８０はストイキ比の低下を防ぐために指令電流値ＩＲＥＱの補正に併せて指令空気流量ＱＲＥＱを補正している。 Note that if the command current value I REQ is corrected in the feedback control and the air flow rate Q is maintained, the stoichiometric ratio may decrease as described above. Therefore, the control unit 80 corrects the command air flow rate Q REQ together with the correction of the command current value I REQ in order to prevent the stoichiometric ratio from decreasing.

補正電流値ΔＩが算出されると、制御部８０は補正電流値ΔＩを出力する際に燃料電池１２において消費される空気量（理論空気量）を求め、さらに理論空気量に空気ストイキ比を掛けた値を求め、当該値を補正空気流量値ΔＱとする（Ｓ８）。このとき、補正電流値ΔＩが正の値を取れば補正空気流量値ΔＱも正の値を取り、補正電流値ΔＩが負の値を取れば補正空気流量値ΔＱも負の値を取る。   When the corrected current value ΔI is calculated, the control unit 80 obtains the amount of air (theoretical air amount) consumed in the fuel cell 12 when outputting the corrected current value ΔI, and further multiplies the theoretical air amount by the air stoichiometric ratio. The calculated value is obtained, and this value is set as a corrected air flow value ΔQ (S8). At this time, if the correction current value ΔI takes a positive value, the correction air flow value ΔQ also takes a positive value, and if the correction current value ΔI takes a negative value, the correction air flow value ΔQ also takes a negative value.

制御部８０は指令空気流量ＱＲＥＱと、指令空気流量ＱＲＥＱと補正空気流量ΔＱの和（ＱＲＥＱ＋ΔＱ）とを比較する（Ｓ９）。ＱＲＥＱ＋ΔＱがＱＲＥＱより大きい場合、指令空気流量ＱＲＥＱに補正流量ΔＱを加え、これをエアコンプレッサ４６に対する指令値と定める（Ｓ１０）。一方、補正空気流量ΔＱが負の値を取る場合など、ＱＲＥＱ＋ΔＱがＱＲＥＱより小さい場合、エアコンプレッサ４６に対する指令値は指令空気流量ＱＲＥＱに維持される（Ｓ１１）。ここで、指令空気流量ＱＲＥＱと、指令空気流量ＱＲＥＱと補正空気流量ΔＱの和との比較に代えて、指令電流値ＩＲＥＱと、補正後の電流値ＩＲＥＱ＋ΔＩとを比較することにより、空気流量を定めても良い。 The controller 80 compares the command air flow Q REQ, the command air flow rate Q REQ to the sum of the corrected air flow rate Delta] Q and (Q REQ + ΔQ) (S9 ). If Q REQ + Delta] Q is greater than Q REQ, the command air flow Q REQ correction flow Delta] Q addition, define a command value of this for the air compressor 46 (S10). On the other hand, such as when the correction air flow rate Delta] Q is a negative value, if Q REQ + Delta] Q is Q REQ less than the command value for the air compressor 46 is maintained at the commanded air flow rate Q REQ (S11). Here, a command air flow rate Q REQ, instead of comparison between a command air flow rate Q REQ to the sum of the corrected air flow rate Delta] Q, and the command current value I REQ, by comparing the current value I REQ + [Delta] I of the corrected The air flow rate may be determined.

ＱＲＥＱ＋ΔＱがＱＲＥＱより小さい場合、補正空気流量ΔＱによってストイキ比は低下しないことから、制御部８０は空気流量Ｑの補正を行わない。一方、補正空気流量ΔＱが正の値であれば、ストイキ比が低下するおそれがあることから、制御部８０は指定空気流量ＱＲＥＱに補正空気流量ΔＱを加える補正を行う。 When Q REQ + ΔQ is smaller than Q REQ , the control unit 80 does not correct the air flow rate Q because the stoichiometric ratio does not decrease due to the corrected air flow rate ΔQ. On the other hand, if the correction air flow rate ΔQ is a positive value, the stoichiometric ratio may be lowered. Therefore, the control unit 80 performs correction for adding the correction air flow rate ΔQ to the designated air flow rate Q REQ .

このように本実施形態においては、燃料電池１２の出力電流の増加に伴って燃料電池１２に供給する空気量を増加させているため、空気ストイキ比は記憶部８８に設定された値を保つ。したがって燃料電池１２の出力が安定する。   As described above, in the present embodiment, the amount of air supplied to the fuel cell 12 is increased as the output current of the fuel cell 12 increases, so the air stoichiometric ratio maintains the value set in the storage unit 88. Therefore, the output of the fuel cell 12 is stabilized.

１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池、２０ 水素供給系、２２ 水素供給源、２４ 水素供給通路、２６ 水素排出通路、２８ 循環通路、３０ 循環ポンプ、３２ 第１の遮断弁、３３ 第１の調圧弁、３４ 第２の遮断弁、３５ 圧力センサ、３６ 第３の遮断弁、３７ 第４の遮断弁、４０ 空気供給系、４２ 空気供給通路、４４ 空気排出通路、４６ エアコンプレッサ、４８ フローメータ、５０ 第５の遮断弁、５２ 第６の遮断弁、５４ 第２の調圧弁、６０ 電力系、６２ 電流センサ、６４ 電圧センサ、６６ ＦＣコンバータ、６８ バッテリ、６９ 電圧センサ、７０ バッテリコンバータ、７２ インバータ、７４ モータ、７６ 補機類、８０ 制御部、８１ アクセルポジションセンサ、８２ 車速センサ、８４ 受信部、８６ 送信部、８８ 記憶部、９０ 演算部、９１ アクセルペダル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system, 12 Fuel cell, 20 Hydrogen supply system, 22 Hydrogen supply source, 24 Hydrogen supply passage, 26 Hydrogen discharge passage, 28 Circulation passage, 30 Circulation pump, 32 1st cutoff valve, 33 1st pressure regulation valve , 34 Second shut-off valve, 35 Pressure sensor, 36 Third shut-off valve, 37 Fourth shut-off valve, 40 Air supply system, 42 Air supply passage, 44 Air discharge passage, 46 Air compressor, 48 Flow meter, 50 5th shut-off valve, 52 6th shut-off valve, 54 2nd pressure regulating valve, 60 power system, 62 current sensor, 64 voltage sensor, 66 FC converter, 68 battery, 69 voltage sensor, 70 battery converter, 72 inverter, 74 Motor, 76 Auxiliary equipment, 80 Control unit, 81 Accelerator position sensor, 82 Vehicle speed sensor, 84 Receiver, 86 Transmission unit, 88 storage unit, 90 calculation unit, 91 accelerator pedal.

Claims (1)

燃料及び酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の出力電流と、前記燃料電池に供給する酸化ガスの供給量と、を変化させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池に対する要求電力と、予め設定された前記燃料電池の電力電流特性とに基づいて、燃料電池に対する指令電流を求め、
前記指令電流に基づいて、前記燃料電池に供給する酸化ガス流量を求める、
燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の実出力電圧を測定する電圧センサと、実出力電流を測定する電流センサを備え、
前記制御部は、
前記電圧センサから前記実出力電圧を取得し、前記電流センサから前記実出力電流を取得し、前記実出力電圧及び実出力電流から実出力電力を求め、
前記実出力電力と前記要求電力との差を検知したときに、前記差に基づいて補正電流を求め、前記補正電流に基づいて前記燃料電池の出力電流を変化させ、
前記補正電流に基づいて補正流量を求め、前記補正流量に基づいて前記燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を変化させる、
ことを特徴とする、燃料電池システム。 A fuel cell that generates power upon receipt of fuel and oxidizing gas; and
A controller that changes an output current of the fuel cell and a supply amount of an oxidizing gas supplied to the fuel cell;
The controller is
Based on the required power for the fuel cell and a preset power current characteristic of the fuel cell, a command current for the fuel cell is obtained,
Based on the command current, an oxidant gas flow rate to be supplied to the fuel cell is obtained.
A fuel cell system,
The fuel cell system includes a voltage sensor that measures an actual output voltage of the fuel cell, and a current sensor that measures an actual output current,
The controller is
Obtaining the actual output voltage from the voltage sensor, obtaining the actual output current from the current sensor, obtaining the actual output power from the actual output voltage and the actual output current,
When a difference between the actual output power and the required power is detected, a correction current is obtained based on the difference, and an output current of the fuel cell is changed based on the correction current,
Obtaining a correction flow rate based on the correction current, and changing a supply amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell based on the correction flow rate;
A fuel cell system.
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