JP4956481B2 - FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM - Google Patents

FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method for the fuel cell system.

近年、水素(燃料ガス、反応ガス)がアノードに、酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)等の燃料電池の開発が盛んである。   In recent years, a polymer electrolyte fuel cell (Polymer Electrolyte Fuel Cell) that generates electricity by supplying hydrogen (fuel gas, reactive gas) to the anode and oxygen-containing air (oxidant gas, reactive gas) to the cathode, respectively. The development of fuel cells such as PEFC is active.

このような燃料電池が発電する際、反応ガス不足になると、燃料電池の発電効率が低下すると共に、燃料電池のMEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)を構成する電解質膜(固体高分子膜)等が分解して、燃料電池が劣化してしまう。   When such a fuel cell generates power, if the reaction gas becomes insufficient, the power generation efficiency of the fuel cell decreases and the electrolyte membrane (solid polymer membrane) constituting the MEA (Membrane Electrode Assembly) of the fuel cell ) And the like are decomposed and the fuel cell is deteriorated.

そこで、燃料電池の発電電流を制限して、燃料電池が発電する際の反応ガス不足に対応する技術が知られている(特許文献1参照)。   Thus, a technique is known that limits the generated current of the fuel cell and copes with the shortage of reaction gas when the fuel cell generates power (see Patent Document 1).

特開平5−151983号公報JP-A-5-151983

しかしながら、燃料電池から取り出す電流の指令値(指令電流)を、要求発電量に対応した目標電流や目標反応ガス流量に基づいて制限すると、例えば、要求発電量が急上昇した場合(燃料電池自動車の加速時等)、実際に燃料電池に供給されている反応ガスの流量が、これに伴って増加していないにもかかわらず、指令電流を増加させて発電しているときがあった。つまり、実際に燃料電池に供給されている反応ガスの流量は、これに伴った大きな指令電流に対応する反応ガスの流量(燃料電池で消費される反応ガスの流量)よりも少なくなる。なぜなら、燃料電池と反応ガス供給手段は、通常離れており、要求発電量の上昇に伴って、反応ガス供給手段(反応ガスが空気の場合、コンプレッサ)の回転数を高めたとしても、反応ガス供給手段と燃料電池との間で反応ガスが圧縮されてしまうので、反応ガスが反応ガス供給手段から燃料電池に到達するまでに遅れてしまう。これにより、燃料電池が発電する際、ストイキ不足(反応ガス不足)となるおそれがある。   However, if the command value (command current) of the current taken out from the fuel cell is limited based on the target current corresponding to the required power generation amount or the target reaction gas flow rate, for example, when the required power generation amount rises rapidly (acceleration of the fuel cell vehicle In some cases, the flow rate of the reaction gas actually supplied to the fuel cell did not increase with this, but the command current was increased to generate power. That is, the flow rate of the reaction gas actually supplied to the fuel cell is smaller than the flow rate of the reaction gas corresponding to the large command current (the flow rate of the reaction gas consumed in the fuel cell). This is because the fuel cell and the reaction gas supply means are usually separated from each other, and even if the number of revolutions of the reaction gas supply means (compressor when the reaction gas is air) is increased as the required power generation amount increases, the reaction gas Since the reaction gas is compressed between the supply unit and the fuel cell, the reaction gas is delayed until it reaches the fuel cell from the reaction gas supply unit. As a result, when the fuel cell generates power, there is a risk of insufficient stoichiometry (reaction gas shortage).

そこで、本発明は、燃料電池が発電する際、ストイキ不足になることを防止する燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method for the fuel cell system that prevent the stoichiometric shortage when the fuel cell generates power.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応ガスが前記反応ガス供給手段から前記燃料電池に到達するまでの遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段と、前記燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と前記遅れ時間算出手段が算出した遅れ時間とに基づいて、前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出する反応ガス体積流量関数算出手段と、前記反応ガス体積流量関数算出手段が算出した前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数に基づいて、実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出する反応ガス体積流量算出手段と、前記反応ガス体積流量算出手段が算出した実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出する発電電流算出手段と、前記燃料電池の発電電流を制限する発電電流制限手段と、を備え、前記発電電流制限手段は、前記発電電流算出手段が算出した発電電流となるように、実際の前記燃料電池の発電電流を制限することを特徴とする燃料電池システムである。   As means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a fuel cell that generates power when a reaction gas is supplied, a reaction gas supply unit that supplies the reaction gas to the fuel cell, and a reaction gas that supplies the reaction gas. Based on the delay time calculating means for calculating the delay time from the means to the fuel cell, the volume flow rate of the reactive gas toward the fuel cell, and the delay time calculated by the delay time calculating means Based on a function indicating a volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell calculated by the reaction gas volume flow rate function calculation means, A reaction gas volume flow rate calculating means for calculating a volume flow rate of the reaction gas in the actual fuel cell; and a reaction gas in the actual fuel cell calculated by the reaction gas volume flow rate calculating means. A power generation current calculating means for calculating a power generation current corresponding to the volume flow rate; and a power generation current limiting means for limiting the power generation current of the fuel cell, wherein the power generation current limiting means is the power generation calculated by the power generation current calculation means. The fuel cell system is characterized in that the actual power generation current of the fuel cell is limited so as to be a current.

このような燃料電池システムによれば、遅れ時間算出手段が、反応ガス供給手段から燃料電池に到達するまでの反応ガスの遅れ時間を算出する。また、反応ガス体積流量関数算出手段が、燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と遅れ時間とに基づいて、燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出する。また、反応ガス体積流量算出手段が、燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数に基づいて、実際の燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出する。さらに、発電電流算出手段が、実際の燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出する。そして、発電電流制限手段は、算出した発電電流となるように、実際の燃料電池の発電電流を制限する。   According to such a fuel cell system, the delay time calculation means calculates the reaction gas delay time from the reaction gas supply means to the fuel cell. Further, the reaction gas volume flow rate function calculating means calculates a function indicating the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell based on the volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell and the delay time. In addition, the reactive gas volume flow rate calculation means calculates the actual reactive gas volume flow rate in the fuel cell based on a function indicating the reactive gas volume flow rate in the fuel cell. Further, the generated current calculation means calculates the generated current corresponding to the volume flow rate of the reaction gas in the actual fuel cell. Then, the generated current limiting means limits the actual generated current of the fuel cell so that the calculated generated current is obtained.

このようにして、発電電流制限手段が、算出した発電電流となるように、燃料電池の発電電流を制限することによって、燃料電池に供給される反応ガスの体積流量と、燃料電池で消費される反応ガスの体積流量とが対応することから、燃料電池が発電する際、ストイキ不足(反応ガス不足)となることを防止することができる。これにより、燃料電池の発電効率を低下させることなく、また、燃料電池の劣化を防止することができる。   In this way, the generated current limiting means limits the generated current of the fuel cell so that the calculated generated current is obtained, so that the volume flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell and the fuel cell are consumed. Since the volume flow rate of the reaction gas corresponds, it is possible to prevent the stoichiometric shortage (reaction gas shortage) when the fuel cell generates power. Thereby, deterioration of the fuel cell can be prevented without reducing the power generation efficiency of the fuel cell.

また、前記遅れ時間算出手段は、遅れ時間を、前記燃料電池に向かう反応ガスの体積流量に基づいて算出することを特徴とする燃料電池システムである。   Further, the delay time calculating means calculates the delay time based on a volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell.

このような燃料電池システムによれば、遅れ時間算出手段が、遅れ時間を、燃料電池に向かう反応ガスの体積流量に基づいて適切に算出する、つまり、体積流量に応じて、遅れ時間を変動させることができる。したがって、適切な電流制限を行うことができる。これにより、燃料電池が発電する際、ストイキ不足となることを防止することができる。   According to such a fuel cell system, the delay time calculation means appropriately calculates the delay time based on the volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell, that is, varies the delay time according to the volume flow rate. be able to. Therefore, appropriate current limiting can be performed. Thereby, it is possible to prevent the stoichiometric shortage when the fuel cell generates power.

また、前記反応ガス供給手段の上流側に反応ガスの質量流量を検出する流量センサと、前記流量センサが検出した反応ガスの質量流量に基づいて、反応ガスの体積流量を算出する体積流量算出手段と、を備え、前記遅れ時間算出手段は、遅れ時間を、反応ガスが前記流量センサから前記燃料電池に到達するまでの時間とすることを特徴とする燃料電池システムである。   A flow rate sensor for detecting a mass flow rate of the reaction gas upstream of the reaction gas supply unit; and a volume flow rate calculation unit for calculating a volume flow rate of the reaction gas based on the mass flow rate of the reaction gas detected by the flow rate sensor. And the delay time calculation means uses the delay time as a time until the reaction gas reaches the fuel cell from the flow rate sensor.

このような燃料電池システムによれば、体積流量算出手段が、流量センサにより検出される反応ガスの質量流量に基づいて、反応ガスの体積流量を算出する。また、遅れ時間算出手段が、流量センサから燃料電池に到達するまでの反応ガスの遅れ時間を算出する。また、反応ガス体積流量関数算出手段が、燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と遅れ時間とに基づいて、燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出する。また、反応ガス体積流量算出手段が、燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数に基づいて、実際の燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出する。さらに、発電電流算出手段が、実際の燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出する。そして、発電電流制限手段は、算出した発電電流となるように、実際の燃料電池の発電電流を制限する。   According to such a fuel cell system, the volume flow rate calculation means calculates the volume flow rate of the reaction gas based on the mass flow rate of the reaction gas detected by the flow rate sensor. Further, the delay time calculating means calculates the reaction gas delay time from the flow rate sensor to the fuel cell. Further, the reaction gas volume flow rate function calculating means calculates a function indicating the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell based on the volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell and the delay time. In addition, the reactive gas volume flow rate calculation means calculates the actual reactive gas volume flow rate in the fuel cell based on a function indicating the reactive gas volume flow rate in the fuel cell. Further, the generated current calculation means calculates the generated current corresponding to the volume flow rate of the reaction gas in the actual fuel cell. Then, the generated current limiting means limits the actual generated current of the fuel cell so that the calculated generated current is obtained.

このようにして、発電電流制限手段が、算出した発電電流となるように、燃料電池の発電電流を制限することによって、燃料電池に供給される反応ガスの体積流量と、燃料電池で消費される反応ガスの体積流量とが対応することから、燃料電池が発電する際、ストイキ不足となることを防止することができる。これにより、燃料電池の発電効率を低下させることなく、また、燃料電池の劣化を防止することができる。
また、流量センサを、反応ガス供給手段の上流側に備えることによって、反応ガス供給手段の上流側以外、例えば、加湿された反応ガスの環境下に備えた場合と比べると、実際に反応ガス供給手段に取り込まれる反応ガスの質量流量を正確に検出することができる。さらに、流量センサを加湿された反応ガスの環境下でない非加湿の環境下に備えることによって、流量センサが燃料電池に向かう反応ガスの流量を安全に検出することができる。
In this way, the generated current limiting means limits the generated current of the fuel cell so that the calculated generated current is obtained, so that the volume flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell and the fuel cell are consumed. Since the volume flow rate of the reaction gas corresponds, it is possible to prevent the stoichiometric shortage when the fuel cell generates power. Thereby, deterioration of the fuel cell can be prevented without reducing the power generation efficiency of the fuel cell.
Further, by providing the flow rate sensor on the upstream side of the reaction gas supply means, the reaction gas supply is actually performed in comparison with the case where the flow sensor is provided in an environment other than the upstream side of the reaction gas supply means, for example, in a humidified reaction gas environment. The mass flow rate of the reaction gas taken into the means can be accurately detected. Furthermore, by providing the flow sensor in a non-humidified environment that is not in a humidified reaction gas environment, the flow sensor can safely detect the flow rate of the reaction gas toward the fuel cell.

また、外気温度を検出する温度センサをさらに備え、前記体積流量算出手段は、反応ガスの体積流量を、前記温度センサが検出した外気温度に基づいて補正することを特徴とする燃料電池システムである。   The fuel cell system further comprises a temperature sensor for detecting an outside air temperature, wherein the volume flow rate calculation unit corrects the volume flow rate of the reaction gas based on the outside temperature detected by the temperature sensor. .

このような燃料電池システムによれば、体積流量算出手段が、反応ガスの体積流量を、温度センサが検出した外気温度に基づいて補正することによって、外気温度に基づいて補正されない場合と比べると、より正確な体積流量が算出される。これにより、正確な遅れ時間及び燃料電池内の反応ガスの体積流量が算出される。したがって、適切な電流制限が行われる。このようにして適切な電流制限が行われることによって、燃料電池が発電する際、ストイキ不足となることを防止することができる。   According to such a fuel cell system, the volume flow rate calculation means corrects the volume flow rate of the reaction gas based on the outside temperature detected by the temperature sensor, compared with a case where the volume flow rate calculation means is not corrected based on the outside temperature. A more accurate volume flow rate is calculated. Thereby, the accurate delay time and the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell are calculated. Therefore, appropriate current limiting is performed. By appropriately limiting the current in this way, it is possible to prevent the stoichiometric shortage when the fuel cell generates power.

また、外気圧を検出する外気圧センサをさらに備え、前記体積流量算出手段は、反応ガスの体積流量を、前記外気圧センサが検出した外気圧に基づいて補正することを特徴とする燃料電池システムである。   The fuel cell system further comprises an external air pressure sensor for detecting an external air pressure, and the volume flow rate calculating unit corrects the volume flow rate of the reaction gas based on the external air pressure detected by the external air pressure sensor. It is.

このような燃料電池システムによれば、体積流量算出手段が、反応ガスの体積流量を、外気圧センサが検出した外気圧に基づいて補正することによって、外気圧に基づいて補正されない場合と比べると、より正確な体積流量が算出される。これにより、正確な遅れ時間及び燃料電池内の反応ガスの体積流量が算出される。したがって、適切な電流制限が行われる。このようにして適切な電流制限が行われることによって、燃料電池が発電する際、ストイキ不足となることを防止することができる。   According to such a fuel cell system, the volume flow rate calculation means corrects the volume flow rate of the reaction gas based on the external air pressure detected by the external air pressure sensor, so that it is not corrected based on the external air pressure. A more accurate volume flow rate is calculated. Thereby, the accurate delay time and the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell are calculated. Therefore, appropriate current limiting is performed. By appropriately limiting the current in this way, it is possible to prevent the stoichiometric shortage when the fuel cell generates power.

反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応ガスが前記反応ガス供給手段から前記燃料電池に到達するまでの遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段と、前記燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と前記遅れ時間算出手段が算出した遅れ時間とに基づいて、前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出する反応ガス体積流量関数算出手段と、前記反応ガス体積流量関数算出手段が算出した前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数に基づいて、実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出する反応ガス体積流量算出手段と、前記反応ガス体積流量算出手段が算出した実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出する発電電流算出手段と、前記燃料電池の発電電流を制限する発電電流制限手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、反応ガスが前記反応ガス供給手段から前記燃料電池に到達するまでの遅れ時間を算出するステップと、前記燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と算出した遅れ時間とに基づいて、前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出するステップと、算出した前記燃料電池内の反応ガス体積流量を示す関数に基づいて、実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出するステップと、算出した実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出するステップと、算出した発電電流となるように、実際の前記燃料電池の発電電流を制限するステップと、を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法である。   A fuel cell that generates power by supplying a reaction gas, a reaction gas supply unit that supplies the reaction gas to the fuel cell, and a delay time until the reaction gas reaches the fuel cell from the reaction gas supply unit A reaction time calculating means, a reaction for calculating a function indicating a volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell based on a volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell and a delay time calculated by the delay time calculation means. Based on the gas volume flow rate function calculating means and the function indicating the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell calculated by the reaction gas volume flow rate function calculating means, the actual volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell is calculated. Reactive gas volume flow rate calculating means, and a generated current for calculating a generated current corresponding to the actual volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell calculated by the reactive gas volume flow rate calculating means A fuel cell system control method comprising: an output means; and a generated current limiting means for limiting the generated current of the fuel cell, wherein a delay time until the reaction gas reaches the fuel cell from the reaction gas supply means Calculating a function indicating the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell based on the volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell and the calculated delay time, and calculating the fuel cell A step of calculating a volume flow rate of the reaction gas in the actual fuel cell based on a function indicating a volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell, and a generated current corresponding to the calculated volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell. And a step of limiting the actual power generation current of the fuel cell so as to obtain the calculated power generation current. It is a control method.

このような燃料電池システムの制御方法によれば、遅れ時間算出手段が、反応ガス供給手段から燃料電池に到達するまでの反応ガスの遅れ時間を算出する。また、反応ガス体積流量関数算出手段が、燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と遅れ時間とに基づいて、燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出する。また、反応ガス体積流量算出手段が、燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数に基づいて、実際の燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出する。さらに、発電電流算出手段が、実際の燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出する。そして、発電電流制限手段は、算出した発電電流となるように、実際の燃料電池の発電電流を制限する。   According to such a control method of the fuel cell system, the delay time calculation means calculates the reaction gas delay time from the reaction gas supply means to the fuel cell. Further, the reaction gas volume flow rate function calculating means calculates a function indicating the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell based on the volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell and the delay time. In addition, the reactive gas volume flow rate calculation means calculates the actual reactive gas volume flow rate in the fuel cell based on a function indicating the reactive gas volume flow rate in the fuel cell. Further, the generated current calculation means calculates the generated current corresponding to the volume flow rate of the reaction gas in the actual fuel cell. Then, the generated current limiting means limits the actual generated current of the fuel cell so that the calculated generated current is obtained.

このようにして、発電電流制限手段が、算出した発電電流となるように、燃料電池の発電電流を制限することによって、燃料電池に供給される反応ガスの体積流量と、燃料電池で消費される反応ガスの体積流量とが対応することから、燃料電池が発電する際、ストイキ不足(反応ガス不足)となることを防止することができる。これにより、燃料電池の発電効率を低下させることなく、また、燃料電池の劣化を防止することができる。   In this way, the generated current limiting means limits the generated current of the fuel cell so that the calculated generated current is obtained, so that the volume flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell and the fuel cell are consumed. Since the volume flow rate of the reaction gas corresponds, it is possible to prevent the stoichiometric shortage (reaction gas shortage) when the fuel cell generates power. Thereby, deterioration of the fuel cell can be prevented without reducing the power generation efficiency of the fuel cell.

本発明によれば、燃料電池が発電する際、ストイキ不足になることを防止する燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system and a control method for the fuel cell system that prevent a stoichiometric shortage when the fuel cell generates power.

本発明の一実施形態について、図1から図7を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

≪燃料電池システムの構成≫
図1に示す本実施形態に係る燃料電池システム1は、図示しない燃料電池自動車(移動体)に搭載されている。燃料電池システム1は、燃料電池10と、燃料電池10のアノードに対して水素(燃料ガス、反応ガス)を給排するアノード系と、燃料電池10のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)を給排するカソード系と、燃料電池10の出力端子(図示しない)に接続され、燃料電池10の発電電力を消費する電力消費系と、アクセルペダル51と、温度センサ52と、外気圧センサ53と、これらを電子制御するECU(Electronic Control Unit、電子制御装置)60と、を備えている。そして、運転者によるアクセルペダル51の踏み込む量に応じて燃料電池10が発電し、この発電電力によって走行モータ41が駆動することで、燃料電池自動車が走行するようになっている。
≪Configuration of fuel cell system≫
A fuel cell system 1 according to this embodiment shown in FIG. 1 is mounted on a fuel cell vehicle (moving body) (not shown). The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, an anode system that supplies and discharges hydrogen (fuel gas and reaction gas) to and from the anode of the fuel cell 10, and air that contains oxygen to the cathode of the fuel cell 10 (oxidant) Gas, reactive gas), a power consumption system connected to an output terminal (not shown) of the fuel cell 10 and consuming power generated by the fuel cell 10, an accelerator pedal 51, and a temperature sensor 52 And an external air pressure sensor 53 and an ECU (Electronic Control Unit) 60 for electronically controlling them. The fuel cell 10 generates electric power according to the amount of depression of the accelerator pedal 51 by the driver, and the driving motor 41 is driven by the generated electric power, so that the fuel cell vehicle is driven.

<燃料電池>
燃料電池(燃料電池スタック)10は、複数(例えば200〜400枚)の固体高分子型の単セルが積層(スタック)されることで構成され、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)と、これを挟む2枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
<Fuel cell>
The fuel cell (fuel cell stack) 10 is configured by stacking (stacking) a plurality of (for example, 200 to 400) solid polymer type single cells, and the plurality of single cells are electrically connected in series. ing. The single cell includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) and two conductive anode separators and cathode separators sandwiching the MEA.

MEAは、1価の陽イオン交換膜(例えばパーフルオロスルホン酸型)からなる電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟むアノード及びカソードと、を備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒(Pt、Ru等)を含んでいる。   The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) made of a monovalent cation exchange membrane (for example, perfluorosulfonic acid type), and an anode and a cathode sandwiching the electrolyte membrane. The anode and cathode are mainly composed of a conductive porous material such as carbon paper, and contain a catalyst (Pt, Ru, etc.) for causing an electrode reaction in the anode and cathode.

アノードセパレータには、各MEAのアノードに対して水素を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔(内部マニホールドと称される)や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がアノード流路11(燃料ガス流路)として機能している。
カソードセパレータには、各MEAのカソードに対して空気を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔(内部マニホールドと称される)や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路12(酸化剤ガス流路)として機能している。
The anode separator is formed with a through-hole (called an internal manifold) extending in the stacking direction of the single cells and a groove extending in the surface direction of the single cells in order to supply and discharge hydrogen to the anode of each MEA. These through holes and grooves function as the anode flow path 11 (fuel gas flow path).
The cathode separator is formed with a through-hole (referred to as an internal manifold) extending in the stacking direction of the single cells and a groove extending in the surface direction of the single cells in order to supply and discharge air to and from the cathode of each MEA. These through holes and grooves function as the cathode channel 12 (oxidant gas channel).

そして、アノード流路11を介して各アノードに水素が供給されると、式(1)の電極反応が起こり、カソード流路12を介して各カソードに空気が供給されると、式(2)の電極反応が起こり、各単セルで電位差(OCV(Open Circuit Voltage)、開回路電圧)が発生するようになっている。次いで、燃料電池10と走行モータ41等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池10が発電するようになっている。
2H→4H+4e ・・・(1)
+4H+4e→2HO ・・・(2)
When hydrogen is supplied to each anode via the anode flow path 11, the electrode reaction of Formula (1) occurs, and when air is supplied to each cathode via the cathode flow path 12, Formula (2) Thus, a potential difference (OCV (Open Circuit Voltage), open circuit voltage) is generated in each single cell. Next, when the fuel cell 10 and an external circuit such as the traveling motor 41 are electrically connected and a current is taken out, the fuel cell 10 generates power.
2H 2 → 4H + + 4e (1)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)

そして、このように発電すると、カソードで生成した水(水蒸気)の一部は、電解質膜を透過し、アノードに移動する。よって、カソードから排出されるカソードオフガス、アノードから排出されるアノードオフガスは、多湿となる。   When power is generated in this way, part of the water (water vapor) generated at the cathode permeates the electrolyte membrane and moves to the anode. Therefore, the cathode off-gas discharged from the cathode and the anode off-gas discharged from the anode are humid.

<アノード系>
アノード系は、水素タンク(燃料ガス(反応ガス)供給手段)21と、遮断弁22と、減圧弁23と、エゼクタ24と、パージ弁25と、を備えている。
水素タンク21は、配管21a、遮断弁22、配管22a、減圧弁23、配管23a、エゼクタ24、配管24aを順に介して、アノード流路11の入口に接続されている。そして、遮断弁22がECU60によって開かれると、水素が配管21a等を介してアノード流路11に供給されるようになっている。また、水素を所定圧力に減圧する減圧弁23には、カソード流路12に向かう空気の圧力が信号圧(パイロット圧)として入力され、前記空気の圧力と、アノード流路11における水素の圧力とが等しくなるように制御する構成となっている。なお、後記する排気弁34によって、前記信号圧は制御されている。
<Anode system>
The anode system includes a hydrogen tank (fuel gas (reactive gas) supply means) 21, a shutoff valve 22, a pressure reducing valve 23, an ejector 24, and a purge valve 25.
The hydrogen tank 21 is connected to the inlet of the anode channel 11 through a pipe 21a, a shutoff valve 22, a pipe 22a, a pressure reducing valve 23, a pipe 23a, an ejector 24, and a pipe 24a in this order. When the shutoff valve 22 is opened by the ECU 60, hydrogen is supplied to the anode flow path 11 through the pipe 21a and the like. Further, the pressure of the air flowing toward the cathode flow path 12 is input as a signal pressure (pilot pressure) to the pressure reducing valve 23 for reducing the hydrogen pressure to a predetermined pressure, and the pressure of the air and the pressure of hydrogen in the anode flow path 11 are Are controlled to be equal to each other. The signal pressure is controlled by an exhaust valve 34 described later.

アノード流路11の出口は、配管25a、パージ弁25、配管25bが順に接続されている。また、配管25aの途中は、配管25cを介して、エゼクタ24に接続されている。そして、配管25cの途中には、逆流を防止する逆止弁(図示しない)が設けられている。
パージ弁25は、例えばゲート弁等の開閉弁であって、通常は閉じている。そして、このようにパージ弁25が閉じている場合、アノード流路11から排出された未反応の水素を含むアノードオフガス(排出燃料ガス)が、配管25cを介して、エゼクタ24に戻され、再び、燃料電池10に供給、つまり、水素が循環するようになっている。
一方、アノードオフガス中の水分等の不純物が増加した場合、つまり、循環する水素に同伴する不純物が増加した場合、ECU60によってパージ弁25は開かれ、アノードオフガスが、配管25bを介して、希釈器(図示しない)に排出されるようになっている。
The outlet of the anode channel 11 is connected to a pipe 25a, a purge valve 25, and a pipe 25b in this order. The middle of the pipe 25a is connected to the ejector 24 via the pipe 25c. A check valve (not shown) that prevents backflow is provided in the middle of the pipe 25c.
The purge valve 25 is an on-off valve such as a gate valve, and is normally closed. When the purge valve 25 is closed in this way, the anode offgas (exhaust fuel gas) containing unreacted hydrogen discharged from the anode flow path 11 is returned to the ejector 24 via the pipe 25c, and again. The fuel cell 10 is supplied, that is, hydrogen is circulated.
On the other hand, when impurities such as moisture in the anode off gas increase, that is, when impurities accompanying the circulating hydrogen increase, the purge valve 25 is opened by the ECU 60, and the anode off gas passes through the pipe 25b to the diluter. It is discharged (not shown).

<カソード系>
カソード系は、コンプレッサ(酸化剤ガス(反応ガス)供給手段)31と、背圧弁32と、オリフィス33と、排気弁34と、流量センサ35と、を備えている。
コンプレッサ31は、配管31aを介して、カソード流路12の入口に接続されている。そして、ECU60の指令に従ってコンプレッサ31が作動すると、酸素を含む空気が、カソード流路12に供給されるようになっている。なお、配管31aには加湿器(図示しない)が設けられており、燃料電池10に送られる空気が適宜に加湿されるようになっている。
このようなコンプレッサ31は、燃料電池10及び/又は燃料電池10の発電電力を充放電する高圧バッテリ(図示しない)を電源として作動する。
<Cathode system>
The cathode system includes a compressor (oxidant gas (reactive gas) supply means) 31, a back pressure valve 32, an orifice 33, an exhaust valve 34, and a flow sensor 35.
The compressor 31 is connected to the inlet of the cathode channel 12 via a pipe 31a. When the compressor 31 is operated in accordance with a command from the ECU 60, oxygen-containing air is supplied to the cathode channel 12. The pipe 31a is provided with a humidifier (not shown) so that the air sent to the fuel cell 10 is appropriately humidified.
Such a compressor 31 operates using a fuel cell 10 and / or a high-voltage battery (not shown) that charges and discharges power generated by the fuel cell 10 as a power source.

カソード流路12の出口は、配管32a、背圧弁32、配管32bを介して、希釈器(図示しない)に接続されている。そして、カソード流路12(カソード)から排出されたカソードオフガスは、配管32a等を介して、希釈器に排出されるようになっている。
背圧弁32は、バタフライ弁等であり、アクセルペダル51の踏み込み量等の発電要求量に応じて、ECU60により、その開度が制御されるようになっている。
The outlet of the cathode channel 12 is connected to a diluter (not shown) via a pipe 32a, a back pressure valve 32, and a pipe 32b. Then, the cathode off gas discharged from the cathode channel 12 (cathode) is discharged to the diluter via the pipe 32a and the like.
The back pressure valve 32 is a butterfly valve or the like, and its opening degree is controlled by the ECU 60 in accordance with a required power generation amount such as a depression amount of the accelerator pedal 51.

そして、配管31aの途中は、配管31b、空気の流量を絞るためのオリフィス33、配管33aを介して、減圧弁23に接続されている。また、配管31aの途中は、配管31b、オリフィス33、配管33bを介して、排気弁34にも接続されている。
排気弁34は、空気を排出する空気排出弁であり、通常は閉じられており、これによってコンプレッサ31からの空気は、配管31b等を介して、減圧弁23に流れるようになっている。
一方、減圧弁23に流れる空気の量が多すぎる(空気の圧力が高すぎる)場合には、ECU60によって排気弁34は開かれ、空気が、配管34aを介して、外部に排出されるようになっている。
このように、排気弁34の開閉によって、減圧弁23に流れる空気の信号圧(パイロット圧)は制御されており、これにより、アノード流路11における水素の圧力が制御されるようになっている。
The middle of the pipe 31a is connected to the pressure reducing valve 23 through the pipe 31b, an orifice 33 for reducing the flow rate of air, and the pipe 33a. The middle of the pipe 31a is also connected to the exhaust valve 34 via the pipe 31b, the orifice 33, and the pipe 33b.
The exhaust valve 34 is an air discharge valve that discharges air, and is normally closed, whereby the air from the compressor 31 flows to the pressure reducing valve 23 via the pipe 31b and the like.
On the other hand, when the amount of air flowing through the pressure reducing valve 23 is too large (the air pressure is too high), the exhaust valve 34 is opened by the ECU 60 so that the air is discharged to the outside through the pipe 34a. It has become.
As described above, the signal pressure (pilot pressure) of the air flowing through the pressure reducing valve 23 is controlled by opening and closing the exhaust valve 34, whereby the hydrogen pressure in the anode flow path 11 is controlled. .

流量センサ35は、コンプレッサ31に取り込まれる空気の質量流量(g/s)を検出するセンサであり、コンプレッサ31の上流側の配管35aに設けられている。そして、流量センサ35は、検出した質量流量を、ECU60に出力するようになっている。   The flow sensor 35 is a sensor that detects a mass flow rate (g / s) of air taken into the compressor 31, and is provided in a pipe 35 a upstream of the compressor 31. The flow sensor 35 is configured to output the detected mass flow rate to the ECU 60.

<電力消費系>
電力消費系は、燃料電池自動車を走行させる電動式の走行モータ41と、VCU(Voltage Control Unit)42と、出力検出器43と、を備えており、走行モータ41は、インバータ(図示しない)、VCU42、出力検出器43を順に介して燃料電池10の出力端子(図示しない)に接続されている。
<Power consumption system>
The power consuming system includes an electric traveling motor 41 that causes the fuel cell vehicle to travel, a VCU (Voltage Control Unit) 42, and an output detector 43. The traveling motor 41 includes an inverter (not shown), It is connected to the output terminal (not shown) of the fuel cell 10 through the VCU 42 and the output detector 43 in this order.

走行モータ41は、燃料電池自動車を走行させる電動モータである。
VCU42は、ECU60の指令に従って燃料電池10の発電電力(出力)を制御するユニットであり、DC−DCチョッパ等を備えている。すなわち、ECU60が発電要求に対応してVCU42を適宜に制御すれば、この発電要求に応じて燃料電池10から電流が取り出され、燃料電池10が発電するようになっている。
The traveling motor 41 is an electric motor that causes the fuel cell vehicle to travel.
The VCU 42 is a unit that controls the generated power (output) of the fuel cell 10 in accordance with a command from the ECU 60, and includes a DC-DC chopper and the like. That is, if the ECU 60 appropriately controls the VCU 42 in response to the power generation request, current is extracted from the fuel cell 10 in response to the power generation request, and the fuel cell 10 generates power.

すなわち、本実施形態において、燃料電池の発電電流を制限する発電電流制限手段は、VCU42と、ECU60と、を備えて構成されている。   That is, in this embodiment, the generated current limiting means for limiting the generated current of the fuel cell is configured to include the VCU 42 and the ECU 60.

出力検出器43は、燃料電池10の発電電流(出力電流)及び発電電圧(出力電圧)を検出する機器であり、電流計及び電圧計を備えており、電流計及び電圧計は適所に配置されている。そして、出力検出器43はECU60と接続されており、ECU60は燃料電池10の現在の発電電流及び発電電圧を検知するようになっている。   The output detector 43 is a device that detects a generated current (output current) and a generated voltage (output voltage) of the fuel cell 10, and includes an ammeter and a voltmeter, and the ammeter and the voltmeter are disposed at appropriate positions. ing. The output detector 43 is connected to the ECU 60, and the ECU 60 detects the current generated current and generated voltage of the fuel cell 10.

<アクセルペダル>
アクセルペダル51は、運転者が燃料電池自動車を加速させるために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセルペダル51はECU60と接続されており、ECU60はアクセルペダル51の踏み込み量(アクセル開度)を検知するようになっている。
<Accelerator pedal>
The accelerator pedal 51 is a pedal that the driver steps on to accelerate the fuel cell vehicle, and is disposed at the foot of the driver's seat. The accelerator pedal 51 is connected to the ECU 60, and the ECU 60 detects the amount of depression of the accelerator pedal 51 (accelerator opening).

<温度センサ>
温度センサ52は、外気温度を検出するセンサであって、燃料電池自動車の適所に設けられている。そして、温度センサ52はECU60と接続されており、ECU60は、燃料電池自動車が走行している場所(走行場所)の外気温度を検知するようになっている。
<Temperature sensor>
The temperature sensor 52 is a sensor for detecting the outside air temperature, and is provided at an appropriate position of the fuel cell vehicle. The temperature sensor 52 is connected to the ECU 60, and the ECU 60 detects the outside air temperature where the fuel cell vehicle is traveling (traveling location).

<外気圧センサ>
外気圧センサ53は、外気圧を検出するセンサであって、燃料電池自動車の適所に設けられている。そして、外気圧センサ53はECU60と接続されており、ECU60は、燃料電池自動車が走行している場所(走行場所)の外気圧を検知するようになっている。
<External air pressure sensor>
The external air pressure sensor 53 is a sensor that detects the external air pressure, and is provided at an appropriate position of the fuel cell vehicle. The external air pressure sensor 53 is connected to the ECU 60, and the ECU 60 detects the external air pressure where the fuel cell vehicle is traveling (traveling location).

<ECU>
ECU60は、燃料電池システム1を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路等を含んで構成されている。
そして、ECU60は、図示しないIG(イグニッション)のON信号を検知すると、遮断弁22を開き、コンプレッサ31を作動させ、背圧弁32の開度及びVCU42を適宜に制御して燃料電池10の発電を開始するように構成されている。
<ECU>
The ECU 60 is a control device that electronically controls the fuel cell system 1 and includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like.
When the ECU 60 detects an IG (ignition) ON signal (not shown), the ECU 60 opens the shutoff valve 22, operates the compressor 31, and appropriately controls the opening degree of the back pressure valve 32 and the VCU 42 to generate power from the fuel cell 10. Configured to start.

また、ECU60は、流量センサ35により検出された空気の質量流量に基づいて、コンプレッサ31に取り込まれる(から吐出される)空気の体積流量(L/s)を算出する機能を備えている。さらに、この空気の体積流量に基づいて、空気が流量センサ35から燃料電池10に到達するまでの遅れ時間を算出する機能も備えている。   Further, the ECU 60 has a function of calculating the volume flow rate (L / s) of air taken into (discharged from) the compressor 31 based on the mass flow rate of air detected by the flow sensor 35. Furthermore, a function of calculating a delay time until the air reaches the fuel cell 10 from the flow rate sensor 35 based on the volume flow rate of the air is also provided.

また、ECU60は、この空気の体積流量と遅れ時間とに基づいて、燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数を算出する機能を備えている。また、ECU60は、この燃料電池内の空気の体積流量を示す関数に基づいて、実際の燃料電池10内の空気の体積流量を算出する機能を備えている。さらに、この燃料電池10内の空気の体積流量に対応する発電電流を算出する機能も備えている。   Further, the ECU 60 has a function of calculating a function indicating the volume flow rate of air in the fuel cell 10 based on the volume flow rate of air and the delay time. Further, the ECU 60 has a function of calculating the actual volume flow of air in the fuel cell 10 based on a function indicating the volume flow of air in the fuel cell. Furthermore, it has a function of calculating a generated current corresponding to the volume flow rate of air in the fuel cell 10.

次いで、ECU60は、この算出した発電電流となるように、燃料電池10の発電電流を制限する機能を備えている。具体的には、ECU60は、この算出した発電電流に対応してVCU42を適宜制御するように設定されている。   Next, the ECU 60 has a function of limiting the generated current of the fuel cell 10 so that the calculated generated current is obtained. Specifically, the ECU 60 is set to appropriately control the VCU 42 corresponding to the calculated generated current.

すなわち、本実施形態において、体積流量算出手段、遅れ時間算出手段、反応ガス体積流量関数算出手段、反応ガス体積流量算出手段、発電電流算出手段は、ECU60を備えて構成されている。   That is, in the present embodiment, the volume flow rate calculation means, the delay time calculation means, the reaction gas volume flow rate function calculation means, the reaction gas volume flow rate calculation means, and the generated current calculation means are configured to include the ECU 60.

≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム1の動作について、図2を主に参照しながら説明する。なお、当該動作は、所定時間(例えば、10ms)毎に繰り返し行われている。
≪Operation of fuel cell system≫
Next, the operation of the fuel cell system 1 will be described with reference mainly to FIG. This operation is repeated every predetermined time (for example, 10 ms).

ステップS11において、ECU60は、流量センサ35を介して、コンプレッサ31に取り込まれる空気の質量流量を検出する。   In step S <b> 11, the ECU 60 detects the mass flow rate of air taken into the compressor 31 via the flow rate sensor 35.

ステップS12において、ECU60(体積流量算出手段)は、この空気の質量流量と図3とに基づいて、コンプレッサ31に取り込まれる空気の体積流量(センサ値)を算出する。図3に示すように、空気の質量流量が大きくなると、体積流量も大きくなる関係となっている。なお、図3に示すマップは、事前試験やシミュレーションにより求められ、ECU60に予め記憶されている。   In step S12, the ECU 60 (volume flow rate calculation means) calculates the volume flow rate (sensor value) of air taken into the compressor 31 based on the mass flow rate of air and FIG. As shown in FIG. 3, as the mass flow rate of air increases, the volume flow rate also increases. Note that the map shown in FIG. 3 is obtained by a preliminary test or a simulation and stored in advance in the ECU 60.

ECU60が、この空気の質量流量に基づいて、空気の体積流量を算出する際、温度センサ52によって検出される外気温度に基づいて、空気の体積流量が補正される構成としてもよい。その他、外気圧センサ53によって検出される外気圧に基づいて、さらに空気の体積流量が補正される構成としてもよい。図3に示すように、外気温度が高くなる及び外気圧が低くなると、空気が膨張することから、空気の体積流量が大きくなるように補正される。   The ECU 60 may be configured to correct the volume flow rate of the air based on the outside air temperature detected by the temperature sensor 52 when calculating the volume flow rate of the air based on the mass flow rate of the air. In addition, the volume flow rate of air may be further corrected based on the external air pressure detected by the external air pressure sensor 53. As shown in FIG. 3, when the outside air temperature becomes high and the outside air pressure becomes low, the air expands, so that the volume flow rate of the air is corrected.

ステップS13において、ECU60(遅れ時間算出手段)は、この空気の体積流量(センサ値)と図4とに基づいて、流量センサ35から燃料電池10に到達するまでの空気の遅れ時間を算出する。図4に示すように、コンプレッサ31に取り込まれる空気の体積流量が大きくなると、圧力損失が大きくなるので、流量センサ35から燃料電池10に到達するまでの空気の遅れ時間が長くなる関係となっている。なお、図4に示すマップは、事前試験等により求められ、ECU60に予め記憶されている。
その他、例えば、コンプレッサ31の回転数が増加した直後は、さらに空気の立ち上がりが遅れるので、このマップから算出される遅れ時間よりもさらに遅れ時間が長くなり、この遅れ時間も、事前試験等により求められ、ECU60に予め記憶されている。なお、コンプレッサ31の回転数が増加していない、すなわち、空気の体積流量(センサ値)が小さい場合では、遅れ時間はほとんどない。
In step S13, the ECU 60 (delay time calculation means) calculates the delay time of air until it reaches the fuel cell 10 from the flow sensor 35, based on the volume flow rate (sensor value) of this air and FIG. As shown in FIG. 4, when the volume flow rate of the air taken into the compressor 31 increases, the pressure loss increases. Therefore, the delay time of the air from the flow sensor 35 to the fuel cell 10 becomes longer. Yes. Note that the map shown in FIG. 4 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 60 in advance.
In addition, for example, immediately after the rotation speed of the compressor 31 increases, the rise of the air is further delayed, so that the delay time becomes longer than the delay time calculated from this map, and this delay time is also obtained by a preliminary test or the like. And stored in the ECU 60 in advance. In addition, when the rotation speed of the compressor 31 is not increasing, that is, when the volume flow rate (sensor value) of air is small, there is almost no delay time.

ステップS14において、ECU60(反応ガス体積流量関数算出手段)は、空気の体積流量(センサ値)と流量センサ35から燃料電池10に到達するまでの空気の遅れ時間とに基づいて、燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数を算出する。
また、ステップS15において、ECU60(反応ガス体積流量算出手段)は、この燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数に基づいて、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)を算出する。
ここで、具体的な燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数及び実際の燃料電池内の空気の体積流量の算出工程を、時刻t1において、ステップS12で空気の体積流量(センサ値)aが算出された場合について、図5の(a)を主に参照しながら説明する。
In step S <b> 14, the ECU 60 (reactive gas volume flow function calculation means) determines whether the fuel cell 10 contains the volume flow rate (sensor value) of air and the delay time of air until the flow rate sensor 35 reaches the fuel cell 10. A function indicating the volume flow rate of the air is calculated.
In step S15, the ECU 60 (reactive gas volume flow rate calculation means) calculates the actual volume flow rate (stack value) of the air in the fuel cell 10 based on the function indicating the volume flow rate of the air in the fuel cell 10. calculate.
Here, a specific function of calculating the volumetric flow rate of air in the fuel cell 10 and the actual calculation process of the volumetric flow rate of air in the fuel cell are as follows. At time t1, the volumetric flow rate (sensor value) a Is calculated with reference mainly to FIG. 5A.

まず、ECU60(反応ガス体積流量関数算出手段)は、今回(時刻t1)のステップS12で算出された空気の体積流量(センサ値)aと、ステップS13で算出された空気の遅れ時間とに基づいて、燃料電池10内の空気の体積流量がaとなる座標a1を予測する、つまり、今回の空気の体積流量(センサ値)aを遅れ時間分ずらして前記した座標a1を算出する。
次に、ECU60(反応ガス体積流量関数算出手段)は、今回予測された座標a1と前回(時刻t0)のステップS14で予測された座標sとを結び、燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数(図5(a)の座標sと座標a1とを結ぶ線)を算出する。
そして、ECU60(反応ガス体積流量算出手段)は、空気の体積流量(センサ値)aを算出した時刻t1における関数上の座標a2を算出する。この座標a2が、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)となる。
First, the ECU 60 (reactive gas volume flow rate function calculating means) is based on the volume flow rate (sensor value) a of air calculated in step S12 this time (time t1) and the air delay time calculated in step S13. Thus, the coordinate a1 at which the volume flow rate of air in the fuel cell 10 becomes a is predicted, that is, the above-described coordinate a1 is calculated by shifting the volume flow rate (sensor value) a of this time by the delay time.
Next, the ECU 60 (reactive gas volume flow function calculating means) connects the coordinate a1 predicted this time and the coordinate s predicted in the previous step S14 (time t0), and calculates the volume flow rate of air in the fuel cell 10. The function shown (line connecting the coordinate s and the coordinate a1 in FIG. 5A) is calculated.
Then, the ECU 60 (reactive gas volume flow rate calculation means) calculates a coordinate a2 on the function at the time t1 when the volume flow rate (sensor value) a of air is calculated. This coordinate a2 becomes the actual volumetric flow rate (stack value) of the air in the fuel cell 10.

さらに、ECU60(反応ガス体積流量関数算出手段)は、ステップS12で算出された空気の体積流量(センサ値)b、c、dが算出された場合においても、上記と同様な算出工程を繰り返すことによって、燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数(図5(b)の座標a1と座標b1とを結ぶ線、(c)の座標b1と座標c1とを結ぶ線、(d)の座標c1と座標d1とを結ぶ線)を算出する。
また、ECU60(反応ガス体積流量算出手段)は、空気の体積流量(センサ値)b、c、dを算出した時刻における関数上の座標を算出することによって、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)b2、c2、d2を算出する(図5(b)、(c)、(d)参照)。
これにより、ECU60は、燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数及び実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)を算出することができる(図5(e)参照)。
このようなステップS11〜S15を行うことで、直接検出することができない、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)を算出することができる。
Further, the ECU 60 (reactive gas volume flow function calculating means) repeats the same calculation process as described above even when the volume flow rates (sensor values) b, c, d of air calculated in step S12 are calculated. , A function indicating the volume flow rate of the air in the fuel cell 10 (a line connecting the coordinates a1 and b1 in FIG. 5B, a line connecting the coordinates b1 and c1 in FIG. 5C, and a coordinate in (d) a line connecting c1 and the coordinate d1).
Further, the ECU 60 (reactive gas volume flow rate calculation means) calculates the coordinates on the function at the time when the volume flow rates (sensor values) b, c, and d of the air are calculated, so that the actual air flow in the fuel cell 10 is calculated. Volume flow rates (stack values) b2, c2, and d2 are calculated (see FIGS. 5B, 5C, and 5D).
Thereby, the ECU 60 can calculate a function indicating the volumetric flow rate of air in the fuel cell 10 and an actual volumetric flow rate (stack value) of air in the fuel cell 10 (see FIG. 5E).
By performing such steps S11 to S15, it is possible to calculate the actual volumetric flow rate (stack value) of air in the fuel cell 10 that cannot be directly detected.

ステップS16において、ECU60(発電電流算出手段)は、この実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)を、実際の燃料電池10内の空気の質量流量に換算し、この実際の燃料電池10内の空気の質量流量と図6とに基づいて、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)に対応する発電電流(指令電流)を算出する。図6に示すように、燃料電池10内の空気の質量流量が大きくなると、発電電流(指令電流)も大きくなる関係となっている。なお、図6に示すマップは、事前試験等により求められ、ECU60に予め記憶されている。
なお、ECU60は、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)に対応する発電電流(指令電流)を、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)に基づいて、算出してもよい。
In step S16, the ECU 60 (generated current calculation means) converts the actual volume flow (stack value) of air in the fuel cell 10 into the actual mass flow of air in the fuel cell 10, and this actual fuel. Based on the mass flow rate of the air in the battery 10 and FIG. 6, the generated current (command current) corresponding to the actual volume flow (stack value) of the air in the fuel cell 10 is calculated. As shown in FIG. 6, when the mass flow rate of the air in the fuel cell 10 increases, the generated current (command current) also increases. Note that the map shown in FIG. 6 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 60 in advance.
The ECU 60 determines the generated current (command current) corresponding to the actual volume flow (stack value) of the air in the fuel cell 10 based on the actual volume flow (stack value) of the air in the fuel cell 10. It may be calculated.

ステップS17において、ECU60は、この算出した発電電流(指令電流)となるように、燃料電池10の実際の発電電流を制限する、つまり、VCU42を適宜制御する。
その後、ECU60の処理は、リターンを介して、スタートに戻る。
In step S17, the ECU 60 limits the actual generated current of the fuel cell 10 so that the calculated generated current (command current) is obtained, that is, appropriately controls the VCU 42.
Thereafter, the processing of the ECU 60 returns to the start via return.

≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム1の構成としたので、次のような作用効果が得られる。
ECU60が、流量センサ35により検出される空気の質量流量に基づいて、空気の体積流量(センサ値)を算出する。また、ECU60が、この空気の体積流量(センサ値)に基づいて、流量センサ35から燃料電池10に到達するまでの空気の遅れ時間を算出する。また、ECU60が、この空気の体積流量(センサ値)とこの遅れ時間とに基づいて、燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数を算出する。また、ECU60が、この関数に基づいて、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)を算出する。さらに、ECU60が、この空気の体積流量(スタック値)に対応する発電電流(指令電流)を算出する。そして、発電電流制限手段は、この算出した発電電流(指令電流)となるように、実際の燃料電池の発電電流を制限する。
≪Effect of fuel cell system≫
Since the fuel cell system 1 is configured as described above, the following operational effects can be obtained.
The ECU 60 calculates the volume flow rate (sensor value) of air based on the mass flow rate of air detected by the flow rate sensor 35. Further, the ECU 60 calculates an air delay time from the flow rate sensor 35 to the fuel cell 10 based on the volume flow rate (sensor value) of the air. Further, the ECU 60 calculates a function indicating the volume flow rate of the air in the fuel cell 10 based on the volume flow rate (sensor value) of the air and the delay time. Further, the ECU 60 calculates the actual volume flow rate (stack value) of air in the fuel cell 10 based on this function. Further, the ECU 60 calculates a generated current (command current) corresponding to the volume flow rate (stack value) of the air. Then, the generated current limiting means limits the actual generated current of the fuel cell so as to be the calculated generated current (command current).

このようにして、発電電流制限手段が、この算出した発電電流(指令電流)となるように、燃料電池10の実際の発電電流を制限することによって、燃料電池10に供給される空気の体積流量と、燃料電池10で消費される空気の体積流量とが対応することから、燃料電池10が発電する際、ストイキ不足(空気不足)となることを防止することができる。これにより、燃料電池10の発電効率を低下させることなく、また、燃料電池10の劣化を防止することができる。
また、流量センサ35を、コンプレッサ31の上流側に備えることによって、コンプレッサ31の上流側以外、例えば、加湿された空気の環境下に備えた場合と比べると、実際にコンプレッサ31に取り込まれる空気の質量流量を正確に検出することができる。さらに、流量センサ35を加湿された空気の環境下でない非加湿の環境下に備えることによって、流量センサ35が燃料電池10に向かう空気の流量を安全に検出することができる。
Thus, the volume flow rate of the air supplied to the fuel cell 10 by the generated current limiting means limiting the actual generated current of the fuel cell 10 so that the calculated generated current (command current) is obtained. And the volume flow rate of air consumed in the fuel cell 10 correspond to each other, it is possible to prevent the stoichiometric shortage (air shortage) when the fuel cell 10 generates power. Thereby, deterioration of the fuel cell 10 can be prevented without lowering the power generation efficiency of the fuel cell 10.
Further, by providing the flow rate sensor 35 on the upstream side of the compressor 31, the air actually taken into the compressor 31 is compared with the case other than the upstream side of the compressor 31, for example, in the case of being provided in an environment of humidified air. The mass flow rate can be accurately detected. Furthermore, by providing the flow sensor 35 in a non-humidified environment that is not in a humidified air environment, the flow sensor 35 can safely detect the flow rate of air toward the fuel cell 10.

また、ECU60が、遅れ時間を、燃料電池10に向かう空気の体積流量に基づいて適切に算出する、つまり、体積流量に応じて、遅れ時間を変動させることができる。したがって、適切な電流制限を行うことができる。これにより、燃料電池10が発電する際、ストイキ不足となることを防止することができる。   Further, the ECU 60 can appropriately calculate the delay time based on the volume flow rate of the air toward the fuel cell 10, that is, the delay time can be varied according to the volume flow rate. Therefore, appropriate current limiting can be performed. Thereby, when the fuel cell 10 generates electric power, it is possible to prevent a shortage of stoichiometry.

また、ECU60が、空気の体積流量を、温度センサ52及び/または外気圧センサ53が検出した外気温度及び/または外気圧に基づいて補正することによって、外気温度及び/または外気圧に基づいて補正されない場合と比べると、より正確な空気の体積流量が算出される。これにより、正確な遅れ時間及び燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)が算出される。したがって、適切な電流制限が行われる。このようにして適切な電流制限が行われることによって、燃料電池10が発電する際、ストイキ不足となることを防止することができる。   Further, the ECU 60 corrects the volume flow rate of the air based on the outside air temperature and / or the outside air pressure by correcting the air volume flow rate based on the outside air temperature and / or the outside air pressure detected by the temperature sensor 52 and / or the outside air pressure sensor 53. Compared to the case where it is not performed, a more accurate volume flow rate of air is calculated. Thereby, the accurate delay time and the volume flow rate (stack value) of the air in the fuel cell 10 are calculated. Therefore, appropriate current limiting is performed. By appropriately limiting the current in this way, it is possible to prevent the stoichiometric shortage when the fuel cell 10 generates power.

≪燃料電池システムの一動作例≫
図7を参照して、加速を例に、燃料電池システム1の一動作例を説明する。
アクセルペダル51が踏み込まれると、その踏み込み量(アクセル開度)、つまり、燃料電池10に対して指令された指令発電電流値が大きくなる。
そして、アクセルペダル51が踏み込まれると、コンプレッサ31は増速作動し、背圧弁32は閉じる方向に制御され、コンプレッサ31に取り込まれる空気の流量、つまり、流量センサ35により検出される空気の質量流量が多くなる。
このように流量センサ35により検出される空気の質量流量が多くなることによって、体積流量算出手段が算出する空気の体積流量(センサ値)もそれに伴い多くなる。
一方、燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)は、体積流量算出手段が算出する空気の体積流量(センサ値)と比べると、空気が流量センサ35から燃料電池10に到達するまでに時間的な遅れがあることから、ずれが生じる。
このようにずれが生じるにもかかわらず、燃料電池10の実際の発電電流を、指令発電電流値(指令電流)に基づいて制限した場合、燃料電池10で消費される空気の体積流量(消費量)は、その指令発電電流値(指令電流)に対応する空気の体積流量(センサ値)であるが、実際に燃料電池10に供給されている空気の体積流量(供給量)は、燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)であることから、消費量と供給量が対応しない、つまり、供給量が消費量と比べると少なくなっている。これにより、空気のストイキ比(供給量/消費量)が下がってしまう、つまり、燃料電池10が発電する際、ストイキ不足(空気不足)になってしまう(比較例)。
≪Example of fuel cell system operation≫
With reference to FIG. 7, an example of operation of the fuel cell system 1 will be described by taking acceleration as an example.
When the accelerator pedal 51 is depressed, the depression amount (accelerator opening), that is, the command generated current value commanded to the fuel cell 10 increases.
When the accelerator pedal 51 is depressed, the compressor 31 operates at a higher speed and the back pressure valve 32 is controlled in the closing direction. The flow rate of air taken into the compressor 31, that is, the mass flow rate of air detected by the flow sensor 35. Will increase.
As the mass flow rate of air detected by the flow sensor 35 increases in this way, the volume flow rate (sensor value) of air calculated by the volume flow rate calculation means also increases accordingly.
On the other hand, the volume flow rate (stack value) of the air in the fuel cell 10 is compared with the volume flow rate (sensor value) of the air calculated by the volume flow rate calculation means until the air reaches the fuel cell 10 from the flow rate sensor 35. Due to the time delay, a shift occurs.
In spite of such deviation, when the actual generated current of the fuel cell 10 is limited based on the command generated current value (command current), the volume flow rate (consumption amount) of air consumed by the fuel cell 10 ) Is the volume flow rate (sensor value) of air corresponding to the command generated current value (command current), but the volume flow rate (supply amount) of air actually supplied to the fuel cell 10 is Because of the volume flow rate (stack value) of the air inside, the consumption amount and the supply amount do not correspond, that is, the supply amount is smaller than the consumption amount. As a result, the stoichiometric ratio (supply amount / consumption amount) of air decreases, that is, when the fuel cell 10 generates power, the stoichiometry is insufficient (air shortage) (comparative example).

そこで、体積流量算出手段が、流量センサ35により検出される空気の質量流量に基づいて、空気の体積流量(センサ値)を算出する(S12)。また、遅れ時間算出手段が、この空気の体積流量(センサ値)に基づいて、流量センサ35から燃料電池10に到達するまでの空気の遅れ時間を算出する(S13)。また、反応ガス体積流量関数算出手段が、この空気の体積流量(センサ値)とこの遅れ時間とに基づいて、燃料電池10内の空気の体積流量を示す関数を算出する(S14)。また、反応ガス体積流量算出手段が、この関数に基づいて、実際の燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)を算出する(S15)。さらに、発電電流算出手段が、この燃料電池10内の空気の体積流量(スタック値)に対応する発電電流(指令電流)を算出する(S16)。そして、発電電流制限手段は、この算出した発電電流(指令電流)となるように、燃料電池10の実際の発電電流を制限する(S17)。
このようにして、発電電流制限手段が、この算出した発電電流(指令電流)となるように、燃料電池10の実際の発電電流を制限することによって、実際に燃料電池10に供給されている空気の体積流量(スタック値)(供給量)と、燃料電池10で消費される空気の体積流量(消費量)とが対応することから、空気のストイキ比が下がることなく、燃料電池が発電する際、ストイキ不足になることを防止することができる(実施例)。
Therefore, the volume flow rate calculation means calculates the volume flow rate (sensor value) of air based on the mass flow rate of air detected by the flow rate sensor 35 (S12). Further, the delay time calculating means calculates an air delay time from the flow sensor 35 to the fuel cell 10 based on the volume flow rate (sensor value) of the air (S13). Further, the reactive gas volume flow rate function calculating means calculates a function indicating the volume flow rate of the air in the fuel cell 10 based on the volume flow rate (sensor value) of the air and the delay time (S14). Further, the reactive gas volume flow rate calculation means calculates the actual volume flow rate (stack value) of the air in the fuel cell 10 based on this function (S15). Further, the generated current calculation means calculates a generated current (command current) corresponding to the volume flow rate (stack value) of the air in the fuel cell 10 (S16). Then, the generated current limiting means limits the actual generated current of the fuel cell 10 so as to be the calculated generated current (command current) (S17).
In this way, the generated current limiting means limits the actual generated current of the fuel cell 10 so that the calculated generated current (command current) is obtained, so that the air actually supplied to the fuel cell 10 is reduced. Volume flow (stack value) (supply amount) corresponds to the volume flow rate (consumption) of air consumed by the fuel cell 10, so that when the fuel cell generates power without reducing the air stoichiometric ratio It is possible to prevent the stoichiometric shortage (Example).

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば、次のように変更することができ、また、次の構成を適宜組み合わせてもよい。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified, for example, as follows without departing from the spirit of the present invention. You may combine a structure suitably.

前記した実施形態では、流量センサ35を備え、体積流量算出手段が、その流量センサ35により検出される空気の質量流量に基づいて、空気の体積流量(センサ値)を算出する燃料電池システム1に本発明を適用したが、流量センサ35を備えない燃料電池システムに適用してもよい。この場合、コンプレッサ31の回転数をECU60により制御することによって、その回転数から、コンプレッサ31に取り込まれる空気の質量流量が算出され、その空気の質量流量に基づいて、空気の体積流量が算出される(図3、図8参照)。   In the above-described embodiment, the fuel cell system 1 includes the flow rate sensor 35 and the volume flow rate calculation unit calculates the volume flow rate (sensor value) of the air based on the mass flow rate of the air detected by the flow rate sensor 35. Although the present invention is applied, the present invention may be applied to a fuel cell system that does not include the flow sensor 35. In this case, by controlling the rotation speed of the compressor 31 by the ECU 60, the mass flow rate of the air taken into the compressor 31 is calculated from the rotation speed, and the volume flow rate of the air is calculated based on the mass flow rate of the air. (See FIGS. 3 and 8).

前記した実施形態では、遅れ時間算出手段は、遅れ時間を、空気の体積流量(センサ値)に基づいて算出しているが、これに限定されるものではなく、例えば、アクセルペダル51の踏み込み量(アクセル開度)、つまり、燃料電池10に対して指令された指令発電電流値に基づいて、算出してもよい。   In the above-described embodiment, the delay time calculation means calculates the delay time based on the volume flow rate (sensor value) of air, but is not limited to this, for example, the depression amount of the accelerator pedal 51 It may be calculated based on (accelerator opening), that is, a command generated current value commanded to the fuel cell 10.

前記した実施形態では、流量センサ35から燃料電池10に到達するまでの空気の遅れ時間に基づいて、燃料電池10の発電電流を制限したが、これに限定されるものではなく、流量センサ35から燃料電池10に到達するまでの水素の遅れ時間に基づいて、燃料電池10の発電電流を制限して、ストイキ不足(水素不足)になることを防止してもよい。
この場合、アノード系は、水素タンク(燃料ガス(反応ガス)供給手段)21と、遮断弁22と、流量センサ35と、を備え、流量センサ35は、遮断弁22の下流側に配置される構成とする。
In the above-described embodiment, the power generation current of the fuel cell 10 is limited based on the delay time of the air from the flow rate sensor 35 to the fuel cell 10, but the present invention is not limited to this. Based on the delay time of hydrogen until the fuel cell 10 is reached, the power generation current of the fuel cell 10 may be limited to prevent the shortage of stoichiometry (hydrogen shortage).
In this case, the anode system includes a hydrogen tank (fuel gas (reactive gas) supply means) 21, a shutoff valve 22, and a flow rate sensor 35, and the flow rate sensor 35 is disposed on the downstream side of the shutoff valve 22. The configuration.

前記した実施形態では、燃料電池10の実際の発電電流を制限することで、ストイキ不足(反応ガス不足)に対応したが、さらに、例えば、燃料電池10に供給される反応ガスの流量が多くなるようにする(反応ガス供給手段からの反応ガスの流量を多くする)ことで、ストイキ不足になることを防止することができる。   In the above-described embodiment, the actual generated current of the fuel cell 10 is limited to cope with the shortage of stoichiometry (reaction gas shortage). However, for example, the flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell 10 increases. By doing so (increasing the flow rate of the reaction gas from the reaction gas supply means), it is possible to prevent a shortage of stoichiometry.

前記した実施形態では、燃料ガスとして水素を用いた場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、メタン等、燃料ガスとして用いることができるものであればよい。   In the above-described embodiment, the case where hydrogen is used as the fuel gas is exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, what can be used as fuel gas, such as methane, should just be used.

前記した実施形態では、未反応の水素を含むアノードオフガスが、そのまま、エゼクタ24に循環させる燃料電池システム1に本発明を適用したが、これに限定されるものではない。
例えば、アノードオフガス中の水分等の不純物を取り除くために、未反応の水素を含むアノードオフガスを、気液分離器(図示しない)を介して、エゼクタ24に戻して、アノード流路11に再供給する燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the fuel cell system 1 in which the anode off-gas containing unreacted hydrogen is circulated to the ejector 24 as it is, but the present invention is not limited to this.
For example, in order to remove impurities such as moisture in the anode off-gas, the anode off-gas containing unreacted hydrogen is returned to the ejector 24 through a gas-liquid separator (not shown) and re-supplied to the anode channel 11. The present invention may be applied to a fuel cell system.

前記した実施形態では、燃料電池システム1が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムでもよい。   In the above-described embodiment, the case where the fuel cell system 1 is mounted on a fuel cell vehicle has been illustrated. However, for example, a fuel cell system mounted on a motorcycle, a train, or a ship may be used. Further, it may be a stationary fuel cell system for home use or business use, or a fuel cell system incorporated in a hot water supply system.

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 空気の質量流量と、空気の体積流量(センサ値)との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the mass flow rate of air, and the volume flow rate (sensor value) of air. 空気の体積流量(センサ値)と、遅れ時間との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the volume flow rate (sensor value) of air, and delay time. 時間と、空気の体積流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between time and the volume flow volume of air. 燃料電池内の空気の質量流量と、発電電流(指令電流)との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the mass flow rate of the air in a fuel cell, and a generated electric current (command current). 本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows one operation example of the fuel cell system concerning this embodiment. コンプレッサの回転数と、空気の質量流量との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the rotation speed of a compressor, and the mass flow rate of air.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 燃料電池
31 コンプレッサ
42 VCU
60 ECU
1 Fuel Cell System 10 Fuel Cell 31 Compressor 42 VCU
60 ECU

Claims (6)

反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
反応ガスが前記反応ガス供給手段から前記燃料電池に到達するまでの遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段と、
前記燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と前記遅れ時間算出手段が算出した遅れ時間とに基づいて、前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出する反応ガス体積流量関数算出手段と、
前記反応ガス体積流量関数算出手段が算出した前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数に基づいて、実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出する反応ガス体積流量算出手段と、
前記反応ガス体積流量算出手段が算出した実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出する発電電流算出手段と、
前記燃料電池の発電電流を制限する発電電流制限手段と、を備え、
前記発電電流制限手段は、前記発電電流算出手段が算出した発電電流となるように、実際の前記燃料電池の発電電流を制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by supplying reactive gas;
Reactive gas supply means for supplying a reactive gas to the fuel cell;
A delay time calculating means for calculating a delay time until the reaction gas reaches the fuel cell from the reaction gas supply means;
Reactive gas volume flow rate function calculating means for calculating a function indicating the volume flow rate of the reactive gas in the fuel cell based on the volume flow rate of the reactive gas toward the fuel cell and the delay time calculated by the delay time calculating means; ,
A reaction gas volume flow rate calculating means for calculating an actual volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell based on a function indicating a volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell calculated by the reaction gas volume flow rate function calculating means; ,
A generated current calculating means for calculating a generated current corresponding to the actual volume flow of the reaction gas in the fuel cell calculated by the reactive gas volume flow calculating means;
Power generation current limiting means for limiting the power generation current of the fuel cell,
The fuel cell system characterized in that the generated current limiting means limits the actual generated current of the fuel cell so as to be the generated current calculated by the generated current calculating means.
前記遅れ時間算出手段は、遅れ時間を、前記燃料電池に向かう反応ガスの体積流量に基づいて算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the delay time calculating unit calculates the delay time based on a volume flow rate of a reactive gas toward the fuel cell.
前記反応ガス供給手段の上流側に反応ガスの質量流量を検出する流量センサと、
前記流量センサが検出した反応ガスの質量流量に基づいて、反応ガスの体積流量を算出する体積流量算出手段と、を備え、
前記遅れ時間算出手段は、遅れ時間を、反応ガスが前記流量センサから前記燃料電池に到達するまでの時間とする
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
A flow rate sensor for detecting a mass flow rate of the reaction gas upstream of the reaction gas supply means;
Volume flow rate calculating means for calculating a volume flow rate of the reaction gas based on a mass flow rate of the reaction gas detected by the flow sensor, and
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the delay time calculation unit sets the delay time as a time until the reaction gas reaches the fuel cell from the flow rate sensor. 4.
外気温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記体積流量算出手段は、反応ガスの体積流量を、前記温度センサが検出した外気温度に基づいて補正する
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
A temperature sensor for detecting the outside air temperature;
The fuel cell system according to claim 3, wherein the volume flow rate calculation unit corrects the volume flow rate of the reaction gas based on an outside air temperature detected by the temperature sensor.
外気圧を検出する外気圧センサをさらに備え、
前記体積流量算出手段は、反応ガスの体積流量を、前記外気圧センサが検出した外気圧に基づいて補正する
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の燃料電池システム。
An external air pressure sensor for detecting the external air pressure is further provided,
5. The fuel cell system according to claim 3, wherein the volume flow rate calculation unit corrects the volume flow rate of the reaction gas based on an external air pressure detected by the external air pressure sensor.
反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応ガスが前記反応ガス供給手段から前記燃料電池に到達するまでの遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段と、前記燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と前記遅れ時間算出手段が算出した遅れ時間とに基づいて、前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出する反応ガス体積流量関数算出手段と、前記反応ガス体積流量関数算出手段が算出した前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数に基づいて、実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出する反応ガス体積流量算出手段と、前記反応ガス体積流量算出手段が算出した実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出する発電電流算出手段と、前記燃料電池の発電電流を制限する発電電流制限手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
反応ガスが前記反応ガス供給手段から前記燃料電池に到達するまでの遅れ時間を算出するステップと、
前記燃料電池に向かう反応ガスの体積流量と算出した遅れ時間とに基づいて、前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を示す関数を算出するステップと、
算出した前記燃料電池内の反応ガス体積流量を示す関数に基づいて、実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量を算出するステップと、
算出した実際の前記燃料電池内の反応ガスの体積流量に対応する発電電流を算出するステップと、
算出した発電電流となるように、実際の前記燃料電池の発電電流を制限するステップと、を含む
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell that generates power by supplying a reaction gas, a reaction gas supply unit that supplies the reaction gas to the fuel cell, and a delay time until the reaction gas reaches the fuel cell from the reaction gas supply unit A reaction time calculating means, a reaction for calculating a function indicating a volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell based on a volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell and a delay time calculated by the delay time calculation means. Based on the gas volume flow rate function calculating means and the function indicating the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell calculated by the reaction gas volume flow rate function calculating means, the actual volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell is calculated. Reactive gas volume flow rate calculating means, and a generated current for calculating a generated current corresponding to the actual volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell calculated by the reactive gas volume flow rate calculating means Means out a control method of a fuel cell system and a power generation current limiting means for limiting the generated current of the fuel cell,
Calculating a delay time until the reaction gas reaches the fuel cell from the reaction gas supply means;
Calculating a function indicating the volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell based on the volume flow rate of the reaction gas toward the fuel cell and the calculated delay time; and
Calculating a volume flow rate of the actual reaction gas in the fuel cell based on a function indicating the calculated reaction gas volume flow rate in the fuel cell;
Calculating the generated current corresponding to the calculated volume flow rate of the reaction gas in the fuel cell;
Limiting the actual generated current of the fuel cell so that the calculated generated current is obtained. A control method for a fuel cell system, comprising:
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