JP4185671B2

JP4185671B2 - 燃料電池システムの制御装置

Info

Publication number: JP4185671B2
Application number: JP2001045362A
Authority: JP
Inventors: 一真大蔵
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP2002246051A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムの制御装置に係り、特にスタックが低温時の燃料電池出力の減少を抑制させることができる燃料電池システムの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを、電解質を介して電気化学的に反応させ、電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。したがって、燃料電池の発電電力量が大きくなるにつれてより多くのガスの供給量が必要になる。逆に、燃料電池の発電電力量が小さい場合、ガスの供給量は少なくても良いことになる。つまり、燃料電池の発電電力量を変化させるに際しては、効率を考慮すれば、発電電力量に応じてガスの供給量を可変にすることが必要となる。
【０００３】
そこで、例えば特開平７−７５２１４号公報に記載された技術では、燃料電池の発電量によりガス供給量の目標を決定することとしている。ここで、燃料電池の発電量とは、燃料電池を搭載する電気自動車の場合、アクセル開度からテーブルで検索されるのが代表的な方法である。そして、ガス供給量の目標は、燃料電池の発電量からテーブルで検索される。
【０００４】
一方、ガスの供給量の目標に対して、実際の供給量は、アクチュエータの応答性やガス経路の管路抵抗や容積の影響により、必ず遅れが生じてしまう。例えば、燃料電池の目標発電量を増大させる場合、目標発電量に応じて目標ガス供給量も速やかに増大するが、実際のガス供給量は、燃料電池の増大した目標発電量を賄うほどにすぐには増加しない。このとき、目標発電量に応じた出力電力を燃料電池から負荷へ供給してしまうと、言い換えれば、実際の発電量が目標発電量に達する前に目標発電量に相当する出力電力を引き出してしまうと、電圧降下を発生し、燃料電池の性能が低下あるいは燃料電池が劣化してしまうことにつながる。
【０００５】
前述の公開公報には、このことを防ぐために、ガス流量を検出し、その値からテーブルで検索される燃料電池の発電可能量を検索し、発電可能量によって、燃料電池の発電量を制限することも開示されている。発電量の制限は、燃料電池を搭載した電気自動車の場合、燃料電池の負荷である駆動モータの出力を制限することで達成される。また、本発電量の制限に関して、従来技術では、燃料電池の温度による制限についても言及されている。つまり、燃料電池温度からテーブルで検索される発電量制限値と前述した実際のガス流量から求まる発電量制限値の小さい方の発電量制限値で、燃料電池の発電量を制限するというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術では、燃料電池に対する目標発電電力の変更に伴って、燃料電池に供給するガス流量を変更しており、また、実際のガス流量を検出し、その値に基づいて燃料電池の発電電力量を制限している。しかしながら、燃料電池の発電可能電力は、流量だけでなく、その圧力にも大きく依存する。即ち、燃料電池の電気化学反応は、燃料ガスと酸化ガスの圧力に影響を受けるものであり、これらの圧力が高いほど電気化学反応は促進され、発電可能電力も大きくなるからである。
【０００７】
また、燃料電池の温度が低い場合、電解質膜の抵抗が増大し、加えて電気化学反応が抑制されるため、発電電力を制限しなければ、燃料電池が劣化してしまう。従来技術では、燃料電池の温度をパラメータとして、発電電力を制限する構成となっているため、燃料電池が低温の場合、通常よりも発電可能な電力が低くなり、燃料電池の温度を上昇させる発熱も抑制されることになるため、燃料電池の暖機時間が長くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
さらに、燃料電池は単セルが積層されているため、ガス流路の上流よりも下流側の方が燃料および酸素の分圧が低くなりやすく、燃料電池の温度が低い場合、電気化学反応が抑制される分、その影響が大きくなり、その結果、電圧降下を起こしやすく、燃料電池の性能劣化を生じる恐れがあるという問題点があった。
【０００９】
一方、燃料電池の温度が低い場合、発電に伴って生成される水が凝縮しやすく、水つまりによる電圧低下のため燃料電池の性能劣化を招きやすい。
【００１０】
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池の効率を向上させ、燃料電池の性能劣化を防ぐとともに、燃料電池の暖機時間を短縮する制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、燃料ガスと酸化ガスとの反応によって電気的エネルギを負荷に供給する燃料電池に対し、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの供給を制御し、かつ、前記燃料電池の出力電力を制御する燃料電池システムの制御装置において、前記燃料電池の目標発電電力に基づいて前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの目標流量および目標圧力を演算する目標運転点演算手段と、前記目標流量および目標圧力に基づき燃料電池に供給する前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの流量および圧力を制御する制御手段と、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの流量を検出する流量検出手段と、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、検出された前記流量および前記圧力に基づいて前記燃料電池の発電可能電力を演算する発電可能電力演算手段と、前記発電可能電力に制限されるように前記燃料電池の出力電力を制御する負荷制御手段と、を具備したことを要旨とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、検出された前記温度に基づいて前記目標流量を補正する目標流量補正手段と、検出された前記温度に基づいて前記目標圧力を補正する目標圧力補正手段と、検出された前記温度に基づいて前記発電可能電力演算手段の入力である前記流量を補正する流量補正手段と、検出された前記温度に基づいて前記発電可能電力演算手段の入力である前記圧力を補正する圧力補正手段と、を具備したことを要旨とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標圧力補正手段は、前記温度が所定値より小さいときに前記目標圧力を増加するように補正するものであり、前記圧力補正手段は前記温度が所定値より小さいときに前記圧力を減少するように補正するものであることを要旨とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標流量補正手段は前記温度が所定値より小さいときに前記目標流量を増加するように補正するものであり、前記流量補正手段は前記温度が所定値より小さいときに前記流量を減少するように補正するものであることを要旨とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項３に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標圧力補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標圧力を補正することを要旨とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項４に記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標流量補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標流量を補正することを要旨とする。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、燃料電池への燃料ガスおよび酸化ガスの供給に際し、目標発電電力に応じて供給ガスの流量および圧力の目標を最適に決定するため、燃料電池の発電効率を常に最適に制御することができるという効果がある。また、実際の供給ガスの流量および圧力に応じて燃料電池からの出力電力を制限するため、目標発電電力が変化したときに供給ガスの流量および圧力が過渡的に目標に追従しない場合であっても、燃料電池の性能劣化を防ぐことが可能となるという効果がある。
【００１８】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、燃料電池の温度特性を考慮した燃料ガスおよび酸化ガスの圧力および流量の制御が可能となり、発電電力の制限を最小限にとどめることができる。その結果、燃料電池の温度が低い場合でも、発電による発熱で燃料電池の昇温が速やかに行われ、通常の発電状態に移行できるという効果がある。また、実際の供給ガスの流量および圧力に対して燃料電池の温度による補正を加えた上で、燃料電池の発電可能電力を演算するため、温度によらず燃料電池の性能劣化を防ぐことが可能となるという効果がある。
【００１９】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加えて、電気化学反応の速度が遅い低温時に供給ガスの圧力目標を増加するように補正するため、燃料電池の出力電力の制限を最小限にすることができるという効果がある。
【００２０】
請求項４の発明によれば、請求項２の発明の効果に加えて、燃料電池の温度が低い場合、供給ガスの流量目標を増加するよう補正するため、凝縮した生成水を燃料電池外へ排出する効果が得られ、また、ガス流路下流側の燃料および酸素の分圧低下の影響を押さえ、発電電力の制限を最小限にする
ことができる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、請求項３の発明の効果に加えて、前記目標圧力補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標圧力を補正するようにしたので、燃料電池の動作温度と定格温度との温度差に応じて、より正確な目標圧力補正を行うことができるという効果がある。
【００２２】
請求項６の発明によれば、請求項４の発明の効果に加えて、前記目標流量補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標流量を補正するようにしたので、燃料電池の動作温度と定格温度との温度差に応じて、より正確な目標流量補正を行うことができるという効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の基本構成図である。図１において、燃料電池システムの制御装置１は、燃料電池スタック１０に供給する燃料ガスと酸化ガスを制御するとともに、燃料電池の出力電力を制御するものである。また制御装置１は、燃料電池の目標発電電力に基づいて燃料ガスおよび酸化ガスの目標流量および目標圧力を演算する目標運転点演算手段２と、燃料ガスおよび酸化ガスの流量に関連する値を検出する流量検出手段３と、燃料ガスおよび酸化ガスの圧力を検出する圧力検出手段４と、検出された流量に関連する値および圧力に基づいて燃料電池の発電可能電力を演算する発電可能電力演算手段５と、発電可能電力に制限されるように燃料電池の出力電力を制御する負荷制御手段６と、を備えている。
【００２４】
〔第１実施形態〕
次に、本発明に係るの燃料電池システムの制御装置の第１実施形態について、図２ないし図８を用いて説明する。本実施形態は、図２に示すように、燃料電池（燃料電池本体、または燃料電池スタックとも呼ばれる）１０１から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ１０３、インバータ１０３により駆動される車両駆動用交流モータ１０４、交流モータ１０４の発生する駆動力により差動装置１０５を介して駆動される駆動輪１０６を備える燃料電池車両に適用した例である。
【００２５】
燃料電池スタック１０１の図示しない水素極には高圧水素タンク１１２から燃料電池車両制御装置１２１により駆動される圧力調整弁１３４を介して水素が、同図示しない空気極には燃料電池車両の制御装置１２１により制御されるコンプレッサ１１４から空気が供給され、これら水素および空気は加湿器１１１で加湿される。加湿器１１１には、制御装置１２１により制御される純水供給ポンプ１１３により純水が供給される。燃料電池スタック１０１の空気極の空気圧力は、制御装置１２１により制御される空気調圧弁１３３により制御され、余剰空気は空気調圧弁１３３を介して外部へ排出される。また、燃料電池スタック１０１は制御装置１２１により制御される冷却水供給ポンプ１１５により供給される冷却水によって冷却される。
【００２６】
制御装置１２１は、アクセルセンサ１２２、車速センサ１２３、ブレーキセンサ１２４およびシフトスイッチ１２５にしたがってインバータ１０３への指令値を送り、車両全体を制御する。また、コンプレッサ１１４の入口には空気質量流量センサ１３１、燃料電池スタック１０１の空気極入口には空気圧力センサ１３２、水素極入口には水素圧力センサ１３５、冷却水出口には冷却水温度センサ１３６が設置され、それぞれ制御装置１２１が値を読み込む。
【００２７】
図１に示した基本構成図と図２の第１実施形態の構成図との対応は、以下の通りである。図１の燃料電池スタック１０、流量検出手段３、圧力検出手段４は、それぞれ図２の燃料電池スタック１０１、空気質量流量センサ１３１、空気圧力センサ１３２及び水素圧力センサ１３５に対応する。また図１の目標運転点演算手段２、発電可能電力演算手段５、および負荷制御手段６は、図２のマイクロプロセッサ等を用いた制御装置１２１が実行するプログラムとして実現されている。
【００２８】
次に、制御装置１２１の動作を図３のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ３０２で目標車両駆動トルクＴｄを演算する。この値は、アクセルセンサ１２２から入力されるアクセル開度、シフトスイッチ１２５から入力されるシフトポジションなど、ドライバの操作量と車速センサ１２３から入力される現在の車両速度からマップ等から演算される。
【００２９】
次いで、ステップＳ３０４にて目標車両駆動仕事率Ｐｄを演算する。この値は、目標車両駆動トルクＴｄと車両速度との積にギヤ比やタイヤ半径などで定まる定数を乗じたものである。次いで、ステップＳ３０６で目標発電電力Ｐｇを演算する。この値は、目標車両駆動電力Ｐｄを車両駆動用交流モータ１０４およびインバータ１０３の効率で除したものである。次いで、ステップＳ３０８にて目標運転点の演算を行う。これは別に述べるが、燃料電池スタック１０１の目標発電電力に応じて、燃料電池スタック１０１に供給する水素と空気の目標流量および目標圧力を演算するものである。
【００３０】
次いで、ステップＳ３１０にて流量・圧力制御の演算を行う。ここでは、空気質量流量センサ１３１と空気圧力センサ１３２によって検出される空気の流量・圧力が空気の目標流量・目標圧力にそれぞれ一致するように、コンプレッサ１１４の目標回転数と空気調圧弁１３３の目標開度を演算し、それぞれを制御する。また、水素圧力センサ１３５によって検出される水素の圧力が水素の目標圧力に一致するように、水素調圧弁１３４の目標開度を演算し、制御する。
【００３１】
次いで、ステップＳ３１２にて発電可能電力Ｐｇｌの演算を行う。これについても別に説明するが、燃料電池スタック１０１に実際に供給されているガスの流量・圧力に応じて、燃料電池スタック１０１の発電可能電力Ｐｇｌを演算するものである。次いで、ステップＳ３１４にて車両駆動可能仕事率Ｐｄｌを演算する。この値は、発電可能電力Ｐｇｌに車両駆動用交流モータ１０４およびインバータ１０３の効率を乗じたものである。
【００３２】
次いで、ステップＳ３１６にて車両駆動トルク指令値Ｔｄｌを演算する。この値は、車両駆動可能仕事率Ｐｄｌを車両速度とギヤ比やタイヤ半径などで定まる定数の積で除したものである。車両駆動トルク指令値Ｔｄｌはインバータ１０３に与えられ、車両駆動用交流モータ１０４の出力トルクがこの値に制御される。
【００３３】
次に、ステップＳ３０８の演算について詳細に説明する。目標ガス流量については、図４に示すような燃料電池スタック１０１の特性にしたがい、目標発電電力から目標ガス流量を求める。図４に示す特性は、発電電力の増加に応じて目標ガス流量も増加していくが、ガス流量が少ない場合、発電時に生成される水が燃料電池スタック１０１内にとどまり、燃料電池スタック１０１の電圧低下を招いてしまうことを考慮して、発電電力が小さい領域で比較的大きな流量を流すようになっている。図４に示す通り、目標発電電力がＷａのときは、目標ガス流量がＱａとなる。
【００３４】
目標ガス圧力については、図５に示すような燃料電池スタック１０１の特性にしたがい、目標発電電力から目標ガス圧力を求める。図５に示すように、発電電力の増加に応じて目標ガス圧力が増加しており、目標発電電力がＷａのときは、目標ガス圧力がＰａとなる。
【００３５】
次に、ステップＳ３１２の演算について詳細に説明する。図６は、ガス流量からガス流量による発電可能電力Ｐｇｌ１を求める際に用いる燃料電池スタック１０１の特性であり、図４に示した特性のＸ軸とＹ軸を入れ替えたものである。空気質量流量センサ１３１によって検出される空気流量がＱｂの場合、ガス流量による発電可能電力Ｐａｌ１は、Ｗｂ１となる。また、図７は、ガス圧力からガス圧力による発電可能電力Ｐａｌ２を求める際に用いる燃料電池スタック１０１の特性であり、図５に示した特性のＸ軸とＹ軸を入れ替えたものである。空気圧力センサ１３２によって検出される空気圧力と水素圧力センサ１３５によって検出される水素圧力のうち、小さい値がＰｂの場合、ガス圧力による発電可能電力Ｐｇｌ２は、Ｗｂ２となる。そして、ガス流量による発電可能電力Ｗｇｌ１とガス圧力による発電可能電力Ｗｇｌ２の小さい方を発電可能電力Ｗｇｌ１とする。
【００３６】
図８は本実施形態における動作を示すタイミングチャートである。時刻ｔ１において、運転者がアクセルを踏み増して、目標発電電力ＷｃからＷｄへ増加した場合を示している。ステップＳ３０８の演算により、目標ガス流量はＱｃからＷｄへ、目標ガス圧力はＰｃからＰｄへそれぞれ増加する。ステップＳ３１０の演算により、コンプレッサ１１４、空気調整弁１３３、水素調整弁１３４がそれぞれ制御され、ガス流量およびガス圧力が目標値に制御されている。ただし、各アクチュエータの応答遅れやガス管路の容積、圧損などの影響のため、実際のガス流量、ガス圧力が目標値に到達するまでに遅れが生じる。この例では、圧力の応答が流量の応答よりも遅くなっている。そのため、ステップＳ３１２の演算では、ガス圧力による発電可能電力Ｐｇｌ２の応答がガス流量による発電可能電力Ｐｇｌ１よりも遅くなっている。したがって、両者の内小さい値となる発電可能電力Ｐｇｌは、ガス圧力による発電可能電力Ｐｇｌ２と同じ応答となる。
【００３７】
また、本実施形態中では、ガス流量の検出に空気質量流量センサ１３１を用いて説明したが、コンプレッサ１１４の回転数に応じてガス流量を推定することも可能であり、その推定値を用いて本発明を実現することも可能である。
【００３８】
上記により、燃料電池への燃料ガスおよび酸化ガスの供給に際し、目標発電電力に応じて供給ガスの流量および圧力の目標を最適に決定するため、燃料電池の発電効率を常に最適に制御することができる。また、実際の供給ガスの流量および圧力に応じて燃料電池の発電電力を制限するため、目標発電電力が変化したときに供給ガスの流量および圧力が過渡的に目標に追従しない場合であっても、燃料電池の性能劣化を防ぐことが可能となる。
【００３９】
〔第２実施形態〕
次に、図９ないし図１１を参照して、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第２実施形態について説明する。この実施形態では、燃料電池スタック１０１の温度を考慮した、目標動作点制御および発電制御について、車両制御装置１２１の動作を図９のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ３０２で目標車両駆動トルクＴｄを演算する。次いで、ステップＳ３０４にて目標車両駆動仕事率Ｐｄを演算する。次いで、ステップＳ３０６で目標発電電力Ｐｇを演算する。次いで、ステップＳ３０８にて目標運転点の演算を行う。次いで、ステップＳ３０９にて目標運転点の補正演算を行う。これについては別に説明するが、燃料電池スタック１０１出口の冷却水温度を冷却水温度センサ１３６で検出し、この値に応じて目標運転点を補正し、水素と空気の目標流量および目標圧力を演算し直すものである。ここで、冷却水の温度は燃料電池スタック１０１の温度に関連する値として用いるのであって、当然、燃料電池スタック１０１の温度を直接検出しても構わない。次いで、ステップＳ３１０にて流量・圧力制御の演算を行う。次いで、ステップＳ３１１にて流量・圧力の補正演算を行う。これについては別に説明するが、冷却水温度センサ１３６の検出値に応じて実際に供給されているガスの流量・圧力を補正するものである。次いで、ステップＳ３１２にて発電可能電力Ｐｇｌの演算を行う。ここでは、補正されたガスの流量・圧力に応じて、燃料電池スタック１０１の発電可能電力Ｐｇｌを演算する。次いで、ステップＳ３１４にて車両駆動可能仕事率Ｐｄｌを演算する。次いで、ステップＳ３１６にて車両駆動トルク指令値Ｔｄｌを演算する。車両駆動トルク指令値Ｔｄｌはインパータ１０３に与えられ、車両駆動用交流モータ１０４の出力トルクがこの値に制御される。
【００４０】
次に、ステップＳ３０９の目標運転点の補正演算について説明する。図１０、図１１は燃料電池スタック１０１の目標発電電力に対する目標運転点を示したものである。目標流量、目標圧力とも通常運転温度（ｔ０）より、低温時（ｔ１〜ｔ３、ここでｔ０＞ｔ１＞ｔ２＞ｔ３とする）の方が高い値が必要であり、低温になればなるほど高い値が必要である。
【００４１】
これは、燃料電池の温度が通常運転温度より低ければ、発電の際の電気化学反応が低下するため、ガス圧力を高めないと目標発電電力を達成できないためである。加えて、燃料電池スタック１０１のガス下流にあるセルは、発電によって消費されるガス量が少なくなり、低温時は、電気化学反応の低下の影響が現れやすい。したがって、ガス流量を増やして、その影響を小さくする必要がある。また、発電によって生成される水が凝縮しやすく、ガス流量の増加をしないと、燃料電池内部に生成水が溜まってしまうためである。
【００４２】
そこで、ステップＳ３０８で演算される通常運転温度での目標ガス流量および目標ガス圧力に対して、燃料電池スタック１０１の温度またはそれに関連する値をパラメータとして補正をかける。例えば、所定の係数をステップＳ３０８で演算された目標ガス流量および目標ガス圧力に乗じる、あるいは、所定の定数をステップＳ３０８で演算された目標ガス流量および目標ガス圧力に加える処理を行う。ここで、所定の係数、所定の定数は、空気流量、水素圧力毎に設定され、それぞれは冷却水温度でテーブル検索される値である。このように演算された値を、改めて目標ガス流量、目標ガス圧力とする。
【００４３】
次に、ステップＳ３１１について説明する。ここでは、検出されたガス流量およびガス圧力を通常運転温度でのガス流量およびガス圧力に補正する。すなわち、検出された空気流量、空気圧力、水素圧力を、ステップＳ３０９で用いた所定の係数で除す、あるいは、検出された空気流量、空気圧力、水素圧力からステップＳ３０９で用いた所定の定数を減じる。これにより、低温時の電気化学反応の低下、水溜りなど、発電可能電力に影響を及ぼすものを打ち消すために必要なガス流量、ガス圧力分を排除した場合のガス流量、ガス圧力が求められる。この補正されたガス流量、ガス圧力を改めてガス流量およびガス圧力とすれば、ステップＳ３１２の通常運転温度での発電可能電力の演算結果が、燃料電池スタック１０１の温度の影響を考慮した発電可能電力Ｐｇｌとなる。
【００４４】
上記により、燃料電池への燃料ガスおよび酸化ガスの供給に際し、目標発電電力と燃料電池の温度に応じて供給ガスの流量および圧力の目標を最適に決定するため、燃料電池の発電効率を燃料電池温度にかかわらず最適に制御することができる。また、実際の供給ガスの流量および圧力と燃料電池温度に応じて燃料電池の発電電力を制限するため、目標発電電力が変化したときに供給ガスの流量および圧力が過渡的に目標に追従しない場合であっても、燃料電池の性能劣化を燃料電池の温度にかかわらず防ぐことが可能となる。加えて、燃料電池の温度に応じて、供給ガスの流量および圧力の目標を最適に決定するため、燃料電池が低温にあっても、発電電力の制限を最小限に終えることが可能となり、燃料電池の昇温時間が短縮され、高効率の通常運転に速やかに移行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の基本構成を説明する基本構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第１実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図３】第１実施形態における燃料電池制御動作を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態におけるガス目標流量特性を示すグラフである。
【図５】第１実施形態におけるガス目標圧力特性を示すグラフである。
【図６】第１実施形態におけるガス流量による発電可能電力特性を示すグラフである。
【図７】第１実施形態におけるガス圧力による発電可能電力特性を示すグラフである。
【図８】第１実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】第２実施形態における燃料電池制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態におけるガス目標流量特性を示すグラフである。
【図１１】第２実施形態におけるガス目標圧力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１制御装置
２目標運転点演算手段
３流量検出手段
４圧力検出手段
５発電可能電力演算手段
６負荷制御手段
１０１燃料電池スタック
１０３インバータ
１０４車両駆動用交流モータ
１１１加湿器
１１３純水供給ポンプ
１１４コンプレッサ
１１５冷却水供給ポンプ
１２１制御装置

Claims

燃料ガスと酸化ガスとの反応によって電気的エネルギを負荷に供給する燃料電池に対し、前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの供給を制御し、かつ、前記燃料電池の出力電力を制御する燃料電池システムの制御装置において、
前記燃料電池の目標発電電力に基づいて前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの目標流量および目標圧力を演算する目標運転点演算手段と、
前記目標流量および目標圧力に基づき燃料電池に供給する前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの流量および圧力を制御する制御手段と、
前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの流量を検出する流量検出手段と、
前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
検出された前記流量および前記圧力に基づいて前記燃料電池の発電可能電力を演算する発電可能電力演算手段と、
前記発電可能電力に制限されるように前記燃料電池の出力電力を制御する負荷制御手段と、
を具備したことを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
検出された前記温度に基づいて前記目標流量を補正する目標流量補正手段と、
検出された前記温度に基づいて前記目標圧力を補正する目標圧力補正手段と、
検出された前記温度に基づいて前記発電可能電力演算手段の入力である前記流量を補正する流量補正手段と、
検出された前記温度に基づいて前記発電可能電力演算手段の入力である前記圧力を補正する圧力補正手段と、
を具備したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。
前記目標圧力補正手段は、前記温度が所定値より小さいときに前記目標圧力を増加するように補正するものであり、前記圧力補正手段は前記温度が所定値より小さいときに前記圧力を減少するように補正するものであることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置。
前記目標流量補正手段は、前記温度が所定値より小さいときに前記目標流量を増加するように補正するものであり、前記流量補正手段は前記温度が所定値より小さいときに前記流量を減少するように補正するものであることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置。
前記目標圧力補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標圧力を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の制御装置。
前記目標流量補正手段は、前記温度検出手段の検出値と所定の定格温度との差に応じて前記目標流量を補正することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの制御装置。