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JP2007012548A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2007012548A JP2005194926A JP2005194926A JP2007012548A JP 2007012548 A JP2007012548 A JP 2007012548A JP 2005194926 A JP2005194926 A JP 2005194926A JP 2005194926 A JP2005194926 A JP 2005194926A JP 2007012548 A JP2007012548 A JP 2007012548A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent irregular deterioration of an output voltage of a fuel cell by an irregular control of air pressure. <P>SOLUTION: A controller 21 controls an output voltage of a fuel cell stack 1 in accordance with air pressure actually supplied by a fuel cell stack 1 or changes a target value of air pressure from a target value at the time of a normal operation. Thus, an output voltage of the fuel cell stack 1 is not deteriorated sharply at the time of an irregularity of an air supply system and a stable operation of fuel cell system can be continued and a serviceability of a fuel cell system can be greatly improved. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system having a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas and oxidant gas.

近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素に伴う地球温暖化に対する対策の一つとして、クリーンな排気及び高エネルギー効率運転を可能とする燃料電池技術が注目されている。燃料電池は、水素を含む燃料ガスと空気等の酸化剤ガスが電解質・電極触媒複合体に供給されるのに応じて電気化学反応を起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。中でも、電解質として固体高分子膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易である上に高い出力密度を有することから、自動車等の移動体用の駆動動力源としての用途が期待されている。   As one of measures against environmental problems in recent years, particularly air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming due to carbon dioxide, fuel cell technology that enables clean exhaust and high energy efficient operation has attracted attention. The fuel cell causes an electrochemical reaction in response to the supply of a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas such as air to the electrolyte / electrode catalyst complex, and converts chemical energy into electrical energy. Among them, a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte is easy to downsize at a low cost and has a high output density. Therefore, as a driving power source for a moving body such as an automobile. The use of is expected.

ところで、上記のような燃料電池を備える燃料電池システムでは、電解質膜が破損することを防ぐために、燃料ガスと酸化剤ガスの差圧を制御する必要がある。このような背景から、従来の燃料電池システムは、加速時等の過渡運転時、燃料電池に酸化剤ガスを供給するコンプレッサの流量制御が良好な運転条件に限定して燃料電池を運転することにより、酸化剤ガスの圧力を精度良く制御するようにしている（特許文献１を参照）。
特開２００４−１７８９９０号公報 By the way, in the fuel cell system including the fuel cell as described above, it is necessary to control the differential pressure between the fuel gas and the oxidant gas in order to prevent the electrolyte membrane from being damaged. From such a background, the conventional fuel cell system operates the fuel cell by limiting the flow rate control of the compressor that supplies the oxidant gas to the fuel cell at a favorable operation condition during transient operation such as acceleration. The pressure of the oxidant gas is controlled with high precision (see Patent Document 1).
JP 2004-178990 A

しかしながら、従来の燃料電池システムによれば、コンプレッサの流量特性が時間によって変化する等の問題が発生した場合、酸化剤ガス圧力の制御の応答性が変化し、燃料電池の出力電圧が変化することがある。特に、燃料電池が車両の駆動動力源として利用されている場合には、車両加速時に酸化剤ガス圧力の上昇が遅れ、燃料電池の出力電圧が大幅に低下することによって、燃料電池が劣化したり、燃料電池の出力電圧がその他関係部品の動作電圧を下回ることによって車両の動作が不安定になることがある。   However, according to the conventional fuel cell system, when a problem occurs such that the flow rate characteristic of the compressor changes with time, the responsiveness of the control of the oxidant gas pressure changes, and the output voltage of the fuel cell changes. There is. In particular, when the fuel cell is used as a driving power source for the vehicle, the increase in the oxidant gas pressure is delayed during vehicle acceleration, and the output voltage of the fuel cell is greatly reduced, so that the fuel cell is deteriorated. If the output voltage of the fuel cell falls below the operating voltage of other related parts, the operation of the vehicle may become unstable.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、酸化剤ガス圧力の制御異常によって燃料電池の出力電圧が異常低下することを防止可能な燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing the output voltage of the fuel cell from being abnormally lowered due to an abnormal control of the oxidant gas pressure. There is.

上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池が過渡運転状態にあると判定された場合、酸化剤ガスの圧力が上昇するのに応じて燃料電池の出力電流を制限する、又は、酸化剤ガスの圧力目標値を通常運転時の圧力目標値から変更する。   In order to solve the above-described problem, the fuel cell system according to the present invention, when it is determined that the fuel cell is in a transient operation state, outputs the output current of the fuel cell in accordance with the increase in the pressure of the oxidant gas. Restrict or change the pressure target value of the oxidant gas from the pressure target value during normal operation.

本発明に係る燃料電池システムによれば、酸化剤ガス圧力の制御異常が生じた際に燃料電池の出力電圧が異常低下することを防止することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to prevent the output voltage of the fuel cell from being abnormally reduced when an oxidant gas pressure control abnormality occurs.

以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第６の実施形態となる燃料電池システムの構成及びその動作について説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of a fuel cell system according to first to sixth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムは、車両の駆動動力源として使用され、図１に示すように、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスとしての水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック１備える。なお、燃料電池は、燃料極と酸化剤極により挟持された電解質膜を備え、この実施形態では、電解質膜は、高エネルギー密度化，低コスト化，及び軽量化を考慮して、固体高分子電解質膜により形成されている。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等のイオン（プロトン）伝導性を有する高分子膜から成るものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。また、燃料極及び酸化剤極における電気化学反応及び燃料電池スタック１全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。また、以下では、燃料電池スタック１の温度を所定温度範囲内に保つための冷却機構の構成についての説明及び図示は省略する。 [Configuration of fuel cell system]
The fuel cell system according to the first embodiment of the present invention is used as a driving power source of a vehicle. As shown in FIG. 1, hydrogen and air as a fuel gas and an oxidant gas are respectively applied to a fuel electrode and an oxidant electrode. A fuel cell stack 1 in which a plurality of fuel cells that generate electricity upon receipt of the above are stacked. The fuel cell includes an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode. In this embodiment, the electrolyte membrane is a solid polymer in consideration of high energy density, low cost, and light weight. It is formed of an electrolyte membrane. The solid polymer electrolyte membrane is made of a polymer membrane having ion (proton) conductivity, such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water. Moreover, the electrochemical reaction in the fuel electrode and the oxidant electrode and the electrochemical reaction of the fuel cell stack 1 as a whole are based on the following formulas (1) to (3). In the following, description and illustration of the configuration of the cooling mechanism for keeping the temperature of the fuel cell stack 1 within a predetermined temperature range will be omitted.

〔燃料極〕 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１）
〔酸化剤極〕 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
〔水素系の構成〕
上記燃料電池システムは、水素タンク２及び圧力制御弁３を備え、水素タンク２から供給される水素の圧力を圧力制御弁３によって燃料電池スタック１の運転状態に適した圧力に調整した後、水素供給流路４を介して燃料電池スタック１の燃料極に水素を供給する。なお、燃料極に供給される水素の圧力は、圧力センサ１８により検出された水素圧力をフィードバックして圧力制御弁３を駆動することによって制御される。 [Fuel electrode] H 2 → 2H + + 2e − (1)
[Oxidant electrode] 1/2 O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
[Overall] H 2 +1/2 O 2 → H 2 O (3)
[Configuration of hydrogen system]
The fuel cell system includes a hydrogen tank 2 and a pressure control valve 3, and after adjusting the pressure of hydrogen supplied from the hydrogen tank 2 to a pressure suitable for the operating state of the fuel cell stack 1 by the pressure control valve 3, Hydrogen is supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 1 via the supply channel 4. The pressure of hydrogen supplied to the fuel electrode is controlled by driving the pressure control valve 3 by feeding back the hydrogen pressure detected by the pressure sensor 18.

燃料極で未使用の水素は、水素循環流路５及びエゼクタ６を介して燃料極の上流側へ循環される。水素循環流路５及びエゼクタ６を設けることにより、燃料極で未使用の水素を再利用することが可能となり、燃料電池システムの燃費性能を向上させることができる。なお、水素循環流路５及びエゼクタ６を介して燃料極に戻る水素の循環流路には、酸化剤極側からリークした空気中の窒素等の不純物ガス、或いは過剰な水分が液化した液水が蓄積することがある。そして、これらの不純物ガスは、水素の分圧を低下させて発電効率を低下させたり、循環ガスの平均分子量を上昇させ水素の循環を困難にする。また液水は水素の循環を妨げる。   Unused hydrogen at the fuel electrode is circulated to the upstream side of the fuel electrode via the hydrogen circulation passage 5 and the ejector 6. By providing the hydrogen circulation channel 5 and the ejector 6, it becomes possible to reuse unused hydrogen at the fuel electrode and improve the fuel efficiency of the fuel cell system. The hydrogen circulation channel that returns to the fuel electrode through the hydrogen circulation channel 5 and the ejector 6 has an impurity gas such as nitrogen in the air leaked from the oxidant electrode side, or liquid water in which excess moisture is liquefied. May accumulate. These impurity gases lower the partial pressure of hydrogen to reduce power generation efficiency, or increase the average molecular weight of the circulating gas, making it difficult to circulate hydrogen. Liquid water also hinders hydrogen circulation.

このため、燃料極の出口側には、水素排出流路７とこれを開閉するパージ弁８が設けられている。そして、不純物ガスや液水が蓄積した際には、パージ弁８を短時間開き、不純物ガスや液水を系外へ排出するパージを行う。これにより、燃料極を含む水素の循環流路内の水素分圧や循環性能を回復させることができる。   For this reason, a hydrogen discharge channel 7 and a purge valve 8 for opening and closing the hydrogen discharge channel 7 are provided on the outlet side of the fuel electrode. When the impurity gas or liquid water accumulates, the purge valve 8 is opened for a short time to perform a purge for discharging the impurity gas or liquid water out of the system. Thereby, the hydrogen partial pressure and the circulation performance in the hydrogen circulation flow path including the fuel electrode can be recovered.

〔空気系の構成〕
上記燃料電池システムは、外気を吸入して空気を圧送するコンプレッサ９と、マイクロダストや硫黄分，コンプレッサ９から排出されるオイル等をトラップするフィルタ１０、後述する凝縮器１３から供給される水分を利用して空気を加湿する膜加湿器等の加湿器１１とを備え、コンプレッサ９から圧送された空気はフィルタ１０によって清浄化された後に加湿器１１により加湿され、加湿された空気は空気供給流路１２を介して燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される。 [Air system configuration]
The fuel cell system includes a compressor 9 that sucks outside air and pumps air, a filter 10 that traps microdust, sulfur, oil discharged from the compressor 9, and moisture supplied from a condenser 13 described later. And a humidifier 11 such as a membrane humidifier that humidifies the air by using air, and the air pressure-fed from the compressor 9 is cleaned by the filter 10 and then humidified by the humidifier 11. It is supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 via the path 12.

また、燃料電池スタック１の酸化剤極出口側には、酸化剤極から排出された空気内に含まれる水分を凝縮して加湿器１１に供給する凝縮器１３と、凝縮器１３から排出された空気を圧力調整した後に空気排出流路１４を介して系外に排出する圧力制御弁１５が設けられている。なお、酸化剤極に供給される空気の圧力は、圧力センサ１９により検出された空気圧力をフィードバックして圧力制御弁１５を駆動することによって制御される。   Further, on the outlet side of the oxidant electrode of the fuel cell stack 1, a condenser 13 that condenses moisture contained in the air discharged from the oxidant electrode and supplies it to the humidifier 11, and is discharged from the condenser 13. A pressure control valve 15 is provided that discharges the air outside the system via the air discharge passage 14 after adjusting the pressure of the air. The pressure of the air supplied to the oxidizer electrode is controlled by driving the pressure control valve 15 by feeding back the air pressure detected by the pressure sensor 19.

〔制御系の構成〕
上記燃料電池システムは、車両のアクセル開度を検出する開度センサ（図示せず）と、システムの外気温を検出する外気温センサ（図示せず）と、燃料電池スタック１を構成する燃料電池の電圧（セル電圧）を検出するセル電圧センサ１６と、燃料電池スタック１の温度を検出する温度センサ１７と、燃料電池スタック１に供給される水素の圧力を検出する圧力センサ１８と、燃料電池スタック１に供給される空気の圧力を検出する圧力センサ１９と、空気排出流路１４中の水素濃度を検出する水素センサ２０と、燃料電池システム全体の動作を制御するコントローラ２１とを備える。なお、この実施形態では、コントローラ２１は、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサにより構成され、ＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶された制御プログラムを実行することにより各種機能を実現する。 [Control system configuration]
The fuel cell system includes an opening sensor (not shown) for detecting the accelerator opening of the vehicle, an outside air temperature sensor (not shown) for detecting the outside air temperature of the system, and a fuel cell constituting the fuel cell stack 1. A cell voltage sensor 16 for detecting the voltage (cell voltage), a temperature sensor 17 for detecting the temperature of the fuel cell stack 1, a pressure sensor 18 for detecting the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1, and a fuel cell A pressure sensor 19 that detects the pressure of the air supplied to the stack 1, a hydrogen sensor 20 that detects the hydrogen concentration in the air discharge flow path 14, and a controller 21 that controls the operation of the entire fuel cell system. In this embodiment, the controller 21 includes a microprocessor including a CPU, a program ROM, a working RAM, and an input / output interface, and the CPU executes a control program stored in the program ROM. Various functions are realized.

そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、コントローラ２１が以下に示す出力制御処理を実行することにより、空気圧力の制御異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が異常低下することを防止する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、この出力制御処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。   In the fuel cell system having such a configuration, the output voltage of the fuel cell stack 1 is abnormally lowered when the controller 21 executes the output control process shown below and an abnormal control of the air pressure occurs. To prevent. The operation of the controller 21 when executing this output control process will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

［出力制御処理］
図２に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、出力制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この制御処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。また、この実施形態では、過渡運転状態として車両が加速状態にある場合において出力制御処理が実行されるものとする。 [Output control processing]
The flowchart shown in FIG. 2 starts when the fuel cell system is activated, and the output control process proceeds to the process of step S1. This control process is repeatedly executed every predetermined control period after the fuel cell system is started. In this embodiment, it is assumed that the output control process is executed when the vehicle is in an acceleration state as a transient operation state.

ステップＳ１の処理では、コントローラ２１が、開度センサ等の各種センサの検出結果を読み込む。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、出力制御処理はステップＳ２の処理に進む。   In step S1, the controller 21 reads detection results of various sensors such as an opening sensor. Thereby, the process of step S1 is completed and the output control process proceeds to the process of step S2.

ステップＳ２の処理では、コントローラ２１が、アクセル開度から求まる要求出力（電流）と現在の出力（電流）の差分値を算出し、差分値が所定値以上であるか否かを判別することにより過渡運転状態であるか否かを判別する。そして、判別の結果、差分値が所定値以上でない場合、コントローラ２１は、燃料電池スタック１は過渡運転状態にはないと判断し、この制御処理をステップＳ１の処理に戻し、以下の通常の運転動作を実行することにより運転者のアクセル操作に応じた出力を車両に供給する。   In the process of step S2, the controller 21 calculates a difference value between the requested output (current) obtained from the accelerator opening and the current output (current), and determines whether or not the difference value is equal to or greater than a predetermined value. It is determined whether or not it is in a transient operation state. If the difference value is not greater than or equal to the predetermined value as a result of the determination, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is not in the transient operation state, returns this control process to the process of step S1, and performs the following normal operation. By executing the operation, an output corresponding to the driver's accelerator operation is supplied to the vehicle.

具体的には、通常動作時、コントローラ２１は、要求出力に基づいて燃料電池スタック１に供給すべき水素量及び空気量を算出し、算出結果に基づいて水素及び空気を圧力制御して燃料電池スタック１に供給する。なお、水素及び空気の圧力は図３に示すように運転負荷（要求出力）に比例して大きくなるように制御される。また、コントローラ２１は、セル電圧センサ１６によりセル電圧を検出し、セル電圧が平均セル電圧値から所定値（例えば０．２［Ｖ］）以上低下した場合、又は平均セル電圧が所定幅（例えば０．１［Ｖ］）以上低下した場合には、パージ弁８を開放して水素循環流路５内及び燃料電池スタック１内の水素と共に不純物を系外に排出することにより、セル電圧を回復させる。   Specifically, during normal operation, the controller 21 calculates the amount of hydrogen and air to be supplied to the fuel cell stack 1 based on the required output, and controls the pressure of the hydrogen and air based on the calculation result to control the fuel cell. Supply to stack 1. The hydrogen and air pressures are controlled to increase in proportion to the operating load (required output) as shown in FIG. In addition, the controller 21 detects the cell voltage by the cell voltage sensor 16, and when the cell voltage drops from the average cell voltage value by a predetermined value (for example, 0.2 [V]) or more, or the average cell voltage has a predetermined width (for example, When the voltage drops by 0.1 [V]) or more, the purge valve 8 is opened and the impurities are discharged out of the system together with the hydrogen in the hydrogen circulation passage 5 and the fuel cell stack 1 to recover the cell voltage. Let

なお、一般的なセル電圧の低下は、図４に示すような運転負荷と平均セル電圧の関係を示すテーブルデータを予め記憶しておき、このテーブルデータを参照して現在の運転負荷に対応する平均セル電圧を算出し、算出された平均セル電圧を現在の温度に従って補正し、補正された平均セル電圧をセル電圧センサ１６により検出されたセル電圧と比較することにより判定することができる。一方、燃料電池スタック１の劣化等による比較的長周期なセル電圧の低下は、上記テーブルデータから求められる平均セル電圧を学習処理によって補正することにより判定することができる。   Note that the general cell voltage drop corresponds to the current operating load by previously storing table data indicating the relationship between the operating load and the average cell voltage as shown in FIG. Determination can be made by calculating the average cell voltage, correcting the calculated average cell voltage according to the current temperature, and comparing the corrected average cell voltage with the cell voltage detected by the cell voltage sensor 16. On the other hand, a relatively long-period cell voltage drop due to deterioration of the fuel cell stack 1 or the like can be determined by correcting the average cell voltage obtained from the table data by a learning process.

一方、上記ステップＳ２の処理において、差分値が所定値以上であると判別された場合、コントローラ２１は、燃料電池スタック１は過渡運転状態にあると判断し、制御処理をステップＳ３の処理に進める。ステップＳ３の処理では、コントローラ２１は、圧力センサ１９によって燃料電池スタック１に供給されている空気の圧力を検出し、図５に示すような空気圧力とスタック電流の関係を示すテーブルデータを参照して、実際の空気圧力に応じたスタック電流値（出力電流値）を算出し、算出されたスタック電流値で発電するように燃料電池スタック１の出力電流を制限する。具体的には、目標電流はアクセル開度に応じて決まり、空気の目標圧力は目標電流に応じて決まるが、実際の空気圧力は、図６（ａ）に示す時間Ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２の間のように、目標圧力に対して遅れを有することがある。そして、この時に燃料電池スタック１の出力電流を目標電流に近づけていくと、燃料電池スタック１の出力電圧が大幅に低下してしまう。   On the other hand, if it is determined in step S2 that the difference value is greater than or equal to the predetermined value, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is in a transient operation state, and advances the control process to step S3. . In the process of step S3, the controller 21 detects the pressure of the air supplied to the fuel cell stack 1 by the pressure sensor 19, and refers to the table data indicating the relationship between the air pressure and the stack current as shown in FIG. Thus, the stack current value (output current value) corresponding to the actual air pressure is calculated, and the output current of the fuel cell stack 1 is limited so as to generate power at the calculated stack current value. Specifically, the target current is determined according to the accelerator opening, and the air target pressure is determined according to the target current, but the actual air pressure is between time T = T1 and T2 shown in FIG. Thus, there may be a delay with respect to the target pressure. At this time, if the output current of the fuel cell stack 1 is brought close to the target current, the output voltage of the fuel cell stack 1 is greatly reduced.

従って、実際の空気圧力が目標圧力に対して遅れを有する場合、コントローラ２１は、燃料電池スタック１は過渡運転状態にあると判定し、過渡運転状態においては図５に示すテーブルデータから求められるスタック電流値で発電するように燃料電池スタック１の出力電流を制限する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ１の処理に戻る。   Therefore, when the actual air pressure has a delay with respect to the target pressure, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is in the transient operation state, and the stack obtained from the table data shown in FIG. 5 in the transient operation state. The output current of the fuel cell stack 1 is limited so that power is generated at the current value. Thereby, the process of step S3 is completed, and this control process returns to the process of step S1.

以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、コントローラ２１が、燃料電池スタック１に実際に供給されている空気の圧力に応じて燃料電池スタック１の出力電流を制限するので、空気の供給系統に異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が大幅に低下することはなく、燃料電池システムの運転を安定して継続し、燃料電池システムの実用性を大幅に向上させることができる。   As is apparent from the above description, according to the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the controller 21 controls the fuel cell stack according to the pressure of the air actually supplied to the fuel cell stack 1. 1 is limited so that the output voltage of the fuel cell stack 1 does not drop significantly when an abnormality occurs in the air supply system, and the operation of the fuel cell system is stably continued. The practicality of the system can be greatly improved.

なお、上記実施形態では、空気の圧力が上昇する過渡運転状態において燃料電池スタック１の出力を制限することとしたが、これは、通常運転動作中に空気の圧力が乱れた時に燃料電池スタック１の出力電流を変化させた場合には、運転者に違和感を与える可能性があるためである。   In the above embodiment, the output of the fuel cell stack 1 is limited in a transient operation state in which the air pressure rises. This is because the fuel cell stack 1 when the air pressure is disturbed during the normal operation operation. This is because there is a possibility that the driver may feel uncomfortable when the output current of is changed.

本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムは、上記第１の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、コントローラ２１が以下に示す出力制御処理を実行することにより、空気圧力の制御異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が異常低下することを防止する。以下、図７に示すフローチャートを参照して、出力制御処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。   The fuel cell system according to the second embodiment of the present invention has the same configuration as that of the fuel cell system according to the first embodiment, and the controller 21 executes the output control process shown below, whereby the air pressure When an abnormal control occurs, the output voltage of the fuel cell stack 1 is prevented from abnormally decreasing. The operation of the controller 21 when executing the output control process will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

［出力制御処理］
図７に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、出力制御処理はステップＳ１１の処理に進む。なお、この制御処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。また、この実施形態では、過渡運転状態として車両が加速状態にある場合において出力制御処理が実行されるものとする。また、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理は上記ステップＳ１，２の処理と同じであるので、以下ではステップＳ１３の処理から説明を始める。 [Output control processing]
The flowchart shown in FIG. 7 starts when the fuel cell system is activated, and the output control process proceeds to the process of step S11. This control process is repeatedly executed every predetermined control period after the fuel cell system is started. In this embodiment, it is assumed that the output control process is executed when the vehicle is in an acceleration state as a transient operation state. Further, since the processes of steps S11 and S12 are the same as the processes of steps S1 and S2, the description starts with the process of step S13.

ステップＳ１３の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１が過渡運転状態にあると判断し、圧力センサ１９によって燃料電池スタック１に供給されている空気の圧力を検出する。そして、コントローラ１２は、目標電流に応じた目標運転圧力値と圧力センサ１９により検出された圧力値の差分値を算出する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、圧力制御処理はステップＳ１４の処理に進む。   In the process of step S <b> 13, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is in a transient operation state, and detects the pressure of the air supplied to the fuel cell stack 1 by the pressure sensor 19. Then, the controller 12 calculates a difference value between the target operating pressure value corresponding to the target current and the pressure value detected by the pressure sensor 19. Thereby, the process of step S13 is completed and the pressure control process proceeds to the process of step S14.

ステップＳ１４の処理では、コントローラ２１が、図８に示すような差分値とスタック電流制限値の関係を示すテーブルデータを参照してステップＳ１３の処理により算出された差分値に対応するスタック電流制限値を算出し、目標電流値から算出されたスタック電流制限値を減算した値を発電するように燃料電池スタック１の出力電流を制限する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、出力制御処理はステップＳ１１の処理に戻る。   In the process of step S14, the controller 21 refers to the table data indicating the relationship between the difference value and the stack current limit value as shown in FIG. 8, and the stack current limit value corresponding to the difference value calculated by the process of step S13. And the output current of the fuel cell stack 1 is limited so that a value obtained by subtracting the calculated stack current limit value from the target current value is generated. Thereby, the process of step S14 is completed, and the output control process returns to the process of step S11.

以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、コントローラ２１が、燃料電池スタック１に実際に供給されている空気の圧力と目標運転圧力値の差に応じて燃料電池スタック１の出力電流を制限するので、空気の供給系統に異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が大幅に低下することはなく、燃料電池システムの運転を安定して継続し、燃料電池システムの実用性を大幅に向上させることができる。   As is clear from the above description, according to the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention, the controller 21 calculates the pressure of the air actually supplied to the fuel cell stack 1 and the target operating pressure value. Since the output current of the fuel cell stack 1 is limited according to the difference, the output voltage of the fuel cell stack 1 does not drop significantly when an abnormality occurs in the air supply system, and the operation of the fuel cell system is stabilized. As a result, the practicality of the fuel cell system can be greatly improved.

図９（ａ）に示すように、空気圧力が正常時と比較して低下し、圧力上昇が遅れた場合、燃料電池スタック１の出力電圧は図９（ｃ）に示すような挙動を示す。すなわち、空気圧力は図９（ｂ）に示す時刻Ｔ＝Ｔ３において正常値と同じ値まで復帰するが、この時、燃料電池スタック１の出力電圧は正常値より低い値になっている。このことから、燃料電池スタック１の運転圧力の履歴はその後の出力電圧の挙動に影響を与えることがわかる。   As shown in FIG. 9 (a), when the air pressure decreases compared with the normal time and the pressure increase is delayed, the output voltage of the fuel cell stack 1 behaves as shown in FIG. 9 (c). That is, the air pressure returns to the same value as the normal value at time T = T3 shown in FIG. 9B, but at this time, the output voltage of the fuel cell stack 1 is lower than the normal value. From this, it can be understood that the history of the operating pressure of the fuel cell stack 1 affects the behavior of the output voltage thereafter.

そこで、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムは、コントローラ２１が以下に示す出力制御処理を実行することにより、空気圧力の制御異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が異常低下することを防止する。以下、図１０に示すフローチャートを参照して、出力制御処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。なお、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムは、上記第１の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有する。   Therefore, in the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention, the output voltage of the fuel cell stack 1 is changed when the controller 21 executes the output control process shown below and an abnormal control of the air pressure occurs. Prevent abnormal drop. The operation of the controller 21 when executing the output control process will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. The fuel cell system according to the third embodiment of the present invention has the same configuration as the fuel cell system according to the first embodiment.

［出力制御処理］
図１０に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、出力制御処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、この制御処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。また、この実施形態では、過渡運転状態として車両が加速状態にある場合において出力制御処理が実行されるものとする。また、ステップＳ２１，Ｓ２２の処理は上記ステップＳ１，２の処理と同じであるので、以下ではステップＳ２３の処理から説明を始める。 [Output control processing]
The flowchart shown in FIG. 10 starts when the fuel cell system is activated, and the output control process proceeds to step S21. This control process is repeatedly executed every predetermined control period after the fuel cell system is started. In this embodiment, it is assumed that the output control process is executed when the vehicle is in an acceleration state as a transient operation state. Further, since the processes of steps S21 and S22 are the same as the processes of steps S1 and S2, the following description starts with the process of step S23.

ステップＳ２３の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１が過渡運転状態にあると判断し、圧力センサ１９によって燃料電池スタック１に供給されている空気の圧力を検出する。そして、コントローラ１２は、目標電流に応じた目標運転圧力値と圧力センサ１９により検出された圧力値の差分値を算出し、差分値を積分した値をメモリに格納する。これにより、ステップＳ２３の処理は完了し、圧力制御処理はステップＳ２４の処理に進む。   In step S23, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is in a transient operation state, and detects the pressure of the air supplied to the fuel cell stack 1 by the pressure sensor 19. Then, the controller 12 calculates a difference value between the target operating pressure value corresponding to the target current and the pressure value detected by the pressure sensor 19, and stores the value obtained by integrating the difference value in the memory. Thereby, the process of step S23 is completed, and the pressure control process proceeds to the process of step S24.

ステップＳ２４の処理では、コントローラ２１が、図１１に示すような積分値とスタック電流制限値の関係を示すテーブルデータを参照してステップＳ２３の処理により算出された積分値に対応するスタック電流制限値を算出し、目標電流値から算出されたスタック電流制限値を減算した値を発電するように燃料電池スタック１の出力電流を制限する。これにより、ステップＳ２４の処理は完了し、出力制御処理はステップＳ２１の処理に戻る。   In the process of step S24, the controller 21 refers to the table data indicating the relationship between the integral value and the stack current limit value as shown in FIG. 11, and the stack current limit value corresponding to the integral value calculated by the process of step S23. And the output current of the fuel cell stack 1 is limited so that a value obtained by subtracting the calculated stack current limit value from the target current value is generated. Thereby, the process of step S24 is completed, and the output control process returns to the process of step S21.

ステップＳ２５の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１は過渡運転状態にないと判断し、メモリに記憶されてる積分値をクリアする。これにより、ステップＳ２５の処理は完了し、出力制御処理はステップＳ２１の処理に戻る。   In the process of step S25, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is not in a transient operation state, and clears the integral value stored in the memory. Thereby, the process of step S25 is completed, and the output control process returns to the process of step S21.

以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムによれば、コントローラ２１が、燃料電池スタック１に実際に供給されている空気の圧力と目標運転圧力値の差の積分値に応じて燃料電池スタック１の出力電流を制限するので、空気の供給系統に異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が大幅に低下することはなく、燃料電池システムの運転を安定して継続し、燃料電池システムの実用性を大幅に向上させることができる。   As is apparent from the above description, according to the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention, the controller 21 calculates the pressure of the air actually supplied to the fuel cell stack 1 and the target operating pressure value. Since the output current of the fuel cell stack 1 is limited according to the integrated value of the difference, the output voltage of the fuel cell stack 1 does not drop significantly when an abnormality occurs in the air supply system. The operation can be continued stably and the practicality of the fuel cell system can be greatly improved.

本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムは、上記第１の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、コントローラ２１が以下に示す出力制御処理を実行することにより、空気圧力の制御異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が異常低下することを防止する。以下、図１２に示すフローチャートを参照して、出力制御処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。   The fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the fuel cell system according to the first embodiment, and the controller 21 executes the output control process shown below, whereby the air pressure When an abnormal control occurs, the output voltage of the fuel cell stack 1 is prevented from abnormally decreasing. Hereinafter, the operation of the controller 21 when executing the output control process will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

［出力制御処理］
図１２に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、出力制御処理はステップＳ３１の処理に進む。なお、この制御処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。また、この実施形態では、過渡運転状態として車両が加速状態にある場合において出力制御処理が実行されるものとする。また、ステップＳ３１，Ｓ３２の処理は上記ステップＳ１，２の処理と同じであるので、以下ではステップＳ３３の処理から説明を始める。 [Output control processing]
The flowchart shown in FIG. 12 starts when the fuel cell system is activated, and the output control process proceeds to step S31. This control process is repeatedly executed every predetermined control period after the fuel cell system is started. In this embodiment, it is assumed that the output control process is executed when the vehicle is in an acceleration state as a transient operation state. Further, since the processes of steps S31 and S32 are the same as the processes of steps S1 and S2, the following description starts with the process of step S33.

ステップＳ３３の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１は過渡運転状態にあると判断し、圧力センサ１９によって燃料電池スタック１に供給されている空気の圧力を検出する。そして、コントローラ１２は、目標電流に応じた目標運転圧力値と圧力センサ１９により検出された圧力値の差分値を算出し、差分値を積分した値の移動平均値をメモリに格納する。これにより、ステップＳ３３の処理は完了し、圧力制御処理はステップＳ３４の処理に進む。   In the process of step S33, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is in a transient operation state, and detects the pressure of the air supplied to the fuel cell stack 1 by the pressure sensor 19. Then, the controller 12 calculates a difference value between the target operating pressure value corresponding to the target current and the pressure value detected by the pressure sensor 19, and stores the moving average value obtained by integrating the difference values in the memory. Thereby, the process of step S33 is completed and the pressure control process proceeds to the process of step S34.

ステップＳ３４の処理では、コントローラ２１が、図１３に示すような移動平均値とスタック電流制限値の関係を示すテーブルデータを参照してステップＳ３３の処理により算出された移動平均値に対応するスタック電流制限値を算出し、目標電流値から算出されたスタック電流制限値を減算した値を発電するように燃料電池スタック１の出力電流を制限する。これにより、ステップＳ３４の処理は完了し、出力制御処理はステップＳ３１の処理に戻る。   In the process of step S34, the controller 21 refers to the table data indicating the relationship between the moving average value and the stack current limit value as shown in FIG. 13, and the stack current corresponding to the moving average value calculated by the process of step S33. A limit value is calculated, and the output current of the fuel cell stack 1 is limited so as to generate a value obtained by subtracting the calculated stack current limit value from the target current value. Thereby, the process of step S34 is completed, and the output control process returns to the process of step S31.

ステップＳ３５の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１は過渡運転状態にないと判断し、メモリに記憶されてる移動平均値をクリアする。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、出力制御処理はステップＳ３１の処理に戻る。   In the process of step S35, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is not in a transient operation state, and clears the moving average value stored in the memory. Thereby, the process of step S35 is completed, and the output control process returns to the process of step S31.

以上の説明から明らかなように、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムによれば、コントローラ２１が、燃料電池スタック１に実際に供給されている空気の圧力と目標運転圧力値の差の積分値の移動平均値に応じて燃料電池スタック１の出力電流を制限し、積分値の増加割合が増えた場合に電流制限値を多くすると共に、燃料電池スタックの圧力の履歴まで考慮しているので、空気の供給系統に異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が大幅に低下することはなく、燃料電池システムの運転を安定して継続し、燃料電池システムの実用性を大幅に向上させることができる。   As is clear from the above description, according to the fuel cell system of the fourth embodiment of the present invention, the controller 21 calculates the pressure of the air actually supplied to the fuel cell stack 1 and the target operating pressure value. The output current of the fuel cell stack 1 is limited according to the moving average value of the integrated value of the difference, and when the increase rate of the integrated value increases, the current limit value is increased and the pressure history of the fuel cell stack is also taken into consideration. Therefore, when an abnormality occurs in the air supply system, the output voltage of the fuel cell stack 1 does not drop significantly, the operation of the fuel cell system is stably continued, and the practicality of the fuel cell system is improved. It can be greatly improved.

本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムは、上記第１の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、コントローラ２１が以下に示す出力制御処理を実行することにより、空気圧力の制御異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が異常低下することを防止する。以下、図１４に示すフローチャートを参照して、出力制御処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。   The fuel cell system according to the fifth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the fuel cell system according to the first embodiment, and the controller 21 executes the output control process shown below, whereby the air pressure When an abnormal control occurs, the output voltage of the fuel cell stack 1 is prevented from abnormally decreasing. The operation of the controller 21 when executing the output control process will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

［出力制御処理］
図１４に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、出力制御処理はステップＳ４１の処理に進む。なお、この制御処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。また、この実施形態では、過渡運転状態として車両が加速状態にある場合において出力制御処理が実行されるものとする。また、ステップＳ４１，Ｓ４２の処理は上記ステップＳ１，２の処理と同じであるので、以下ではステップＳ４３の処理から説明を始める。 [Output control processing]
The flowchart shown in FIG. 14 starts when the fuel cell system is activated, and the output control process proceeds to step S41. This control process is repeatedly executed every predetermined control period after the fuel cell system is started. In this embodiment, it is assumed that the output control process is executed when the vehicle is in an acceleration state as a transient operation state. Further, since the processes of steps S41 and S42 are the same as the processes of steps S1 and S2, the following description starts with the process of step S43.

ステップＳ４３の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１は過渡運転状態にあると判断し、圧力センサ１９によって燃料電池スタック１に供給されている空気の圧力を検出する。そして、コントローラ１２は、目標電流に応じた目標運転圧力値と圧力センサ１９により検出された圧力値の差分値を算出し、差分値の変化率をメモリに格納する。これにより、ステップＳ４３の処理は完了し、圧力制御処理はステップＳ４４の処理に進む。   In the process of step S43, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is in a transient operation state, and detects the pressure of the air supplied to the fuel cell stack 1 by the pressure sensor 19. Then, the controller 12 calculates a difference value between the target operating pressure value corresponding to the target current and the pressure value detected by the pressure sensor 19, and stores the change rate of the difference value in the memory. Thereby, the process of step S43 is completed, and the pressure control process proceeds to the process of step S44.

ステップＳ４４の処理では、コントローラ２１が、図１５に示すような変化率とスタック電流制限値の関係を示すテーブルデータを参照してステップＳ４３の処理により算出された変化率に対応するスタック電流制限値を算出し、目標電流値から算出されたスタック電流制限値を減算した値を発電するように燃料電池スタック１の出力電流を制限する。これにより、ステップＳ４４の処理は完了し、出力制御処理はステップＳ４１の処理に戻る。   In the process of step S44, the controller 21 refers to the table data indicating the relationship between the change rate and the stack current limit value as shown in FIG. 15, and the stack current limit value corresponding to the change rate calculated by the process of step S43. And the output current of the fuel cell stack 1 is limited so that a value obtained by subtracting the calculated stack current limit value from the target current value is generated. Thereby, the process of step S44 is completed, and the output control process returns to the process of step S41.

ステップＳ４５の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１は過渡運転状態にないと判断し、メモリに記憶されてる変化率をクリアする。これにより、ステップＳ４５の処理は完了し、出力制御処理はステップＳ４１の処理に戻る。   In the process of step S45, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is not in a transient operation state, and clears the rate of change stored in the memory. Thereby, the process of step S45 is completed, and the output control process returns to the process of step S41.

以上の説明から明らかなように、本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムによれば、コントローラ２１が、燃料電池スタック１に実際に供給されている空気の圧力と目標運転圧力値の差の変化率に応じて燃料電池スタック１の出力電流を制限し、圧力差が生じた場合にすぐに電流制限を掛けることができるので、応答の速い出力制限が掛けられ、空気の供給系統に異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が大幅に低下することはなく、燃料電池システムの運転を安定して継続し、燃料電池システムの実用性を大幅に向上させることができる。   As is apparent from the above description, according to the fuel cell system according to the fifth embodiment of the present invention, the controller 21 calculates the pressure of the air actually supplied to the fuel cell stack 1 and the target operating pressure value. The output current of the fuel cell stack 1 can be limited according to the rate of change of the difference, and the current limit can be applied immediately when a pressure difference occurs. When an abnormality occurs, the output voltage of the fuel cell stack 1 does not drop significantly, the operation of the fuel cell system can be continued stably, and the practicality of the fuel cell system can be greatly improved.

本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムは、上記第１の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、コントローラ２１が以下に示す出力制御処理を実行することにより、空気圧力の制御異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が異常低下することを防止する。以下、図１６に示すフローチャートを参照して、出力制御処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。   The fuel cell system according to the sixth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the fuel cell system according to the first embodiment, and the controller 21 executes the output control process shown below, whereby the air pressure When an abnormal control occurs, the output voltage of the fuel cell stack 1 is prevented from abnormally decreasing. Hereinafter, the operation of the controller 21 when executing the output control process will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

［出力制御処理］
図１６に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、出力制御処理はステップＳ５１の処理に進む。なお、この制御処理は、燃料電池システムが起動した後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。また、この実施形態では、過渡運転状態として車両が加速状態にある場合において出力制御処理が実行されるものとする。また、ステップＳ５１，Ｓ５２の処理は上記ステップＳ１，２の処理と同じであるので、以下ではステップＳ５３の処理から説明を始める。 [Output control processing]
The flowchart shown in FIG. 16 starts in response to the start of the fuel cell system, and the output control process proceeds to the process of step S51. This control process is repeatedly executed every predetermined control period after the fuel cell system is started. In this embodiment, it is assumed that the output control process is executed when the vehicle is in an acceleration state as a transient operation state. Further, since the processes of steps S51 and S52 are the same as the processes of steps S1 and S2, the following description starts with the process of step S53.

ステップＳ５３の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１は過渡運転状態にはないと判断し、図１７に示すような目標電流値と通常運転時及び過渡運転時の目標運転圧の関係を示すマップデータから目標電流値に対応する通常運転時の目標運転圧を読み出す。そして、コントローラ２１は、読み出された目標運転圧になるように燃料電池スタック１に供給されるガスの圧力を制御する。これにより、ステップＳ５３の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５１の処理に戻る。   In the process of step S53, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is not in a transient operation state, and shows the relationship between the target current value and the target operation pressure during normal operation and transient operation as shown in FIG. The target operating pressure during normal operation corresponding to the target current value is read from the map data. Then, the controller 21 controls the pressure of the gas supplied to the fuel cell stack 1 so that the read target operating pressure is obtained. Thereby, the process of step S53 is completed, and this control process returns to the process of step S51.

ステップＳ５４の処理では、コントローラ２１が、燃料電池スタック１は過渡運転状態にあると判断し、図１７に示すような目標電流値と通常運転時及び過渡運転時の目標運転圧の関係を示すマップデータから目標電流値に対応する過渡運転時の目標運転圧を読み出す。そして、コントローラ２１は、読み出された目標運転圧になるように燃料電池スタック１に供給されるガスの圧力を制御する。なお、図１７に示すマップデータは、過渡運転時の目標運転圧の方が通常運転時の目標運転圧より高くなるように設定されている。これにより、ステップＳ５４の処理は完了し、この制御処理はステップＳ５１の処理に戻る。   In the process of step S54, the controller 21 determines that the fuel cell stack 1 is in a transient operation state, and a map showing the relationship between the target current value and the target operation pressure during normal operation and transient operation as shown in FIG. Reads the target operating pressure during transient operation corresponding to the target current value from the data. Then, the controller 21 controls the pressure of the gas supplied to the fuel cell stack 1 so that the read target operating pressure is obtained. Note that the map data shown in FIG. 17 is set so that the target operating pressure during transient operation is higher than the target operating pressure during normal operation. Thereby, the process of step S54 is completed, and this control process returns to the process of step S51.

以上の説明から明らかなように、本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムによれば、コントローラ２１が、過渡運転時、過渡運転時の用の目標運転圧になるように燃料電池スタック１に供給されるガスの圧力を制御するので、この結果、図１８に示すように実圧力の上昇は通常運転時よりも速くなり、応答の速い出力制限が掛けられ、空気の供給系統に異常が生じた場合に燃料電池スタック１の出力電圧が大幅に低下することはなく、燃料電池システムの運転を安定して継続し、燃料電池システムの実用性を大幅に向上させることができる。   As is apparent from the above description, according to the fuel cell system of the fifth embodiment of the present invention, the fuel cell stack is set so that the controller 21 has the target operating pressure for transient operation and transient operation. As a result, as shown in FIG. 18, the actual pressure rises faster than during normal operation, and a fast output limit is applied, resulting in an abnormal air supply system. When this occurs, the output voltage of the fuel cell stack 1 does not drop significantly, the operation of the fuel cell system can be continued stably, and the practicality of the fuel cell system can be greatly improved.

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。   As mentioned above, although embodiment which applied the invention made | formed by this inventor was described, this invention is not limited with the description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. As described above, it is a matter of course that all other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above embodiments are included in the scope of the present invention.

本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system used as embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態となる出力制御処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the output control process used as the 1st Embodiment of this invention. 運転負荷に対する運転圧力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the operating pressure with respect to an operating load. 運転負荷に対する平均セル電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the average cell voltage with respect to an operating load. 運転圧力に対するスタック電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the stack current with respect to an operating pressure. 時間変化に伴う目標運転圧力と実運転圧力の変化，過渡判定結果，及び目標電流と実電流の変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change of the target operating pressure and an actual operating pressure accompanying a time change, the transient determination result, and the change of a target current and an actual current. 本発明の第２の実施形態となる出力制御処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the output control process used as the 2nd Embodiment of this invention. 目標運転圧と実運転圧の差分値に対するスタック電流制限値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the stack current limiting value with respect to the difference value of a target operating pressure and an actual operating pressure. 正常時及び異常時における運転圧力の時間変化，過渡判定結果，スタック電圧の時間変化，及び積分値の時間変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the time change of the operating pressure at the time of normal time and abnormality, the transient determination result, the time change of a stack voltage, and the time change of an integral value. 本発明の第３の実施形態となる出力制御処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the output control process used as the 3rd Embodiment of this invention. 圧力差の積分値に対するスタック電流制限値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the stack current limiting value with respect to the integral value of a pressure difference. 本発明の第４の実施形態となる出力制御処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the output control process used as the 4th Embodiment of this invention. 圧力差の積分値の移動平均値に対するスタック電流制限値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the stack current limiting value with respect to the moving average value of the integrated value of a pressure difference. 本発明の第５の実施形態となる出力制御処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the output control process used as the 5th Embodiment of this invention. 圧力差の変化率に対するスタック電流制限値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the stack current limiting value with respect to the change rate of a pressure difference. 本発明の第６の実施形態となる出力制御処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the output control process used as the 6th Embodiment of this invention. 通常運転時及び過渡運転時における目標電流に対する目標運転圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the target operating pressure with respect to the target electric current at the time of a normal driving | operation and a transient driving | operation. 通常運転時及び過渡運転時における運転圧力の時間変化及び過渡判定結果の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the time change of the operating pressure at the time of a normal driving | operation and a transient operation, and the mode of a transient determination result.

符号の説明Explanation of symbols

１：燃料電池スタック
２：水素タンク
３，１５：圧力制御弁
４：水素供給流路
５：水素循環流路
６：エゼクタ
７：水素排出流路
８：パージ弁
９：コンプレッサ
１０：フィルタ
１１：加湿器
１２：空気供給流路
１３：凝縮器
１４：空気排出流路
１６：セル電圧センサ
１７：温度センサ
１８，１９：圧力センサ
２０：水素センサ
２１：コントローラ 1: Fuel cell stack 2: Hydrogen tank 3, 15: Pressure control valve 4: Hydrogen supply flow path 5: Hydrogen circulation flow path 6: Ejector 7: Hydrogen discharge flow path 8: Purge valve 9: Compressor 10: Filter 11: Humidification 12: Air supply flow path 13: Condenser 14: Air discharge flow path 16: Cell voltage sensor 17: Temperature sensor 18, 19: Pressure sensor 20: Hydrogen sensor 21: Controller

Claims (8)

燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記燃料電池が過渡運転状態にあるか否かを判定する過渡運転状態判定手段と、
前記過渡運転状態判定手段により前記燃料電池が過渡運転状態にあると判定された場合、前記圧力検出手段により検出される酸化剤ガスの圧力が上昇するのに応じて燃料電池の電流出力を制限する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas and oxidant gas,
Pressure detecting means for detecting the pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell;
Transient operation state determination means for determining whether or not the fuel cell is in a transient operation state;
When it is determined by the transient operation state determination means that the fuel cell is in a transient operation state, the current output of the fuel cell is limited as the pressure of the oxidant gas detected by the pressure detection means increases. A fuel cell system comprising: a control means. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記酸化剤ガスの圧力目標値と前記圧力検出手段により検出された酸化剤ガスの圧力値の差分値を算出し、当該差分値に応じて燃料電池の電流出力を制限することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The control means calculates a difference value between the target pressure value of the oxidant gas and the pressure value of the oxidant gas detected by the pressure detection means, and limits the current output of the fuel cell according to the difference value. A fuel cell system. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記酸化剤ガスの圧力目標値と前記圧力検出手段により検出された酸化剤ガスの圧力値の差分値を算出し、当該差分値の積分値に応じて燃料電池の電流出力を制限することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The control means calculates a difference value between the pressure target value of the oxidant gas and the pressure value of the oxidant gas detected by the pressure detection means, and outputs a current output of the fuel cell according to an integral value of the difference value. A fuel cell system characterized by limiting. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記酸化剤ガスの圧力目標値と前記圧力検出手段により検出された酸化剤ガスの圧力値の差分値を算出し、当該差分値の積分値の移動平均値に応じて燃料電池の電流出力を制限することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The control unit calculates a difference value between a target pressure value of the oxidant gas and a pressure value of the oxidant gas detected by the pressure detection unit, and determines a fuel cell according to a moving average value of an integral value of the difference value. A fuel cell system for limiting the current output of the fuel cell. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記酸化剤ガスの圧力目標値と前記圧力検出手段により検出された酸化剤ガスの圧力値の差分値を算出し、当該差分値の変化率に応じて燃料電池の電流出力を制限することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The control means calculates a difference value between the pressure target value of the oxidant gas and the pressure value of the oxidant gas detected by the pressure detection means, and outputs a current output of the fuel cell according to a change rate of the difference value. A fuel cell system characterized by limiting. 燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記燃料電池が過渡運転状態にあるか否かを判定する過渡運転状態判定手段と、
前記過渡運転状態判定手段により前記燃料電池が過渡運転状態にあると判定された場合、前記酸化剤ガスの圧力目標値を通常運転時の圧力目標値から変更する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas and oxidant gas,
Pressure detecting means for detecting the pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell;
Transient operation state determination means for determining whether or not the fuel cell is in a transient operation state;
Control means for changing the target pressure value of the oxidant gas from the target pressure value during normal operation when the transient operation state determination means determines that the fuel cell is in a transient operation state. Fuel cell system. 請求項６に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記過渡運転状態判定手段により前記燃料電池が過渡運転状態にあると判定された場合、前記酸化剤ガスの圧力目標値を通常運転時の圧力目標値より高くすることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6,
The control means makes the pressure target value of the oxidant gas higher than the pressure target value during normal operation when the transient operation state determination means determines that the fuel cell is in a transient operation state. Fuel cell system. 請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは車両に搭載され、前記過渡運転状態判定手段は当該車両が加速状態であるか否かを判別することにより前記燃料電池が過渡運転状態にあるか否かを判定することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
The fuel cell system is mounted on a vehicle, and the transient operation state determination means determines whether or not the fuel cell is in a transient operation state by determining whether or not the vehicle is in an acceleration state. A fuel cell system.
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