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JP4438232B2 - FUEL CELL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL DEVICE - Google Patents

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

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JP4438232B2
JP4438232B2 JP2001018363A JP2001018363A JP4438232B2 JP 4438232 B2 JP4438232 B2 JP 4438232B2 JP 2001018363 A JP2001018363 A JP 2001018363A JP 2001018363 A JP2001018363 A JP 2001018363A JP 4438232 B2 JP4438232 B2 JP 4438232B2
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池装置及び燃料電池装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池は発電効率が高く、有害物質を排出しないので、産業用、家庭用の発電装置として、又は人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化されてきたが、近年は、乗用車、バス、トラック等の車両用の動力源としての開発が進んでいる。
【０００３】
そして、前記車両は、照明装置、ラジオ、パワーウインドウ等の車両の停車中にも使用される電気を消費する補機類を多数備えていて、また、走行パターンが多様であり、動力源に要求される出力範囲が極めて広いので、前記燃料電池を車両用の動力源として使用する場合には、バッテリ（蓄電池又は二次電池）を併用したハイブリッドとすることが一般的である。
【０００４】
図２は従来の燃料電池装置を示す図である。
【０００５】
図において、１０１は燃料電池であり、アルカリ水溶液型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）、直接型メタノール（ＤＭＦＣ）等のものであってもよいが、固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）が一般的である。
【０００６】
また、１０２は充電によって放電を繰り返すことができるバッテリであり、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等が一般的である。
【０００７】
さらに、１０３はインバータ（ＩＮＶ）であり、前記燃料電池１０１又はバッテリ１０２からの直流電流を交流電流に変換して、車両の車輪を回転させる駆動源である図示されない交流モータに供給する。なお、前記駆動源が直流モータである場合は、前記燃料電池１０１又はバッテリ１０２からの直流電流は、前記インバータ１０３を介さずに駆動源に直接供給される。
【０００８】
そして、前記構成の燃料電池装置においては、前記燃料電池１０１及びバッテリ１０２が並列に接続されて、前記インバータ１０３に電流を供給するようになっているので、例えば、車両の停止時に前記燃料電池１０１が停止した場合、また、坂道等の高負荷運転時に前記燃料電池１０１からの電流だけでは要求電流に満たない場合等には、前記バッテリ１０２からインバータ１０３に電流が自動的に供給される。
【０００９】
また、前記駆動源である交流モータが、車両の減速運転時には発電器として機能して、いわゆる回生電流を発生する場合には、前記車両の減速運転時に回生電流がバッテリ１０２に供給され、該バッテリ１０２が再充電される。さらに、前記回生電流が供給されない場合であっても、前記バッテリ１０２が放電して端子電圧が低下すると、前記燃料電池１０１が発生する電流が自動的に前記バッテリ１０２に供給される。
【００１０】
このように、前記燃料電池装置においては、前記バッテリ１０２が常時充電され、前記燃料電池１０１からの電流だけでは要求電流に満たない場合等には、前記バッテリ１０２からインバータ１０３に電流が自動的に供給されるようになっているので、車両は各種の走行モードにおいて、安定して走行することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の燃料電池装置においては、燃料電池１０１及びバッテリ１０２が並列に接続されているだけであり、前記燃料電池１０１及びバッテリ１０２に流れる電流の分配状態が何ら制御されていないので、前記燃料電池１０１及びバッテリ１０２の電流−電圧特性によってそれぞれに流れる電流量が決まってしまう。
【００１２】
このため、前記バッテリ１０２から常時電流が流れるので、前記バッテリ１０２の容量を増大させる必要があるが、一般的に、バッテリは大きく、重く、かつ、高価であり、前記バッテリ１０２の容量を増大させると、前記車両の体積、重量が増し、コストも高くなってしまう。
【００１３】
また、前記燃料電池１０１及びバッテリ１０２のそれぞれの端子電圧を、両者間の電圧差が小さくなるように設定すると、前記バッテリ１０２が放電して端子電圧が低下した時であっても、前記燃料電池１０１からの電流が前記バッテリ１０２に流れにくく、該バッテリ１０２の充電に時間がかかってしまう。逆に、前記電圧差が大きくなるように設定すると、大電流が前記燃料電池１０１からバッテリ１０２に流れるので、該バッテリ１０２が過充電されることによって破壊されてしまう。
【００１４】
さらに、通常、バッテリの電圧−電流特性は残存容量によって変動するので、前記燃料電池１０１及びバッテリ１０２の出力配分を所定の状態に維持し、本来の電流−電圧特性又は電力特性を発揮させることが困難である。そのため、坂道等の高負荷運転時のように前記燃料電池１０１からの電流だけでは要求電流に満たない場合であっても、前記バッテリ１０２からインバータ１０３に電流が供給されずに車両の走行が制限されてしまったり、また、前記バッテリ１０２の残存容量が少なくなっても、前記燃料電池１０１から電流が供給されずに前記バッテリ１０２が上がったりしてしまう。
【００１５】
これら従来の燃料電池装置の問題点を解決するために、本願発明の発明者は、既に、負荷と燃料電池とを直接接続するとともに、該燃料電池と並列に蓄電手段を含む蓄電手段回路を接続し、前記蓄電手段は、前記燃料電池の供給する電流が前記負荷の要求する電流よりも小さい場合に、前記負荷に電流を供給するとともに、前記負荷において発生した回生電力及び前記燃料電池の出力する電流により充電される燃料電池装置、燃料電池と、該燃料電池の出力端子に接続された負荷と、該負荷に対して、前記燃料電池と並列に接続された蓄電手段回路とを備える燃料電池装置において、前記蓄電手段回路は、蓄電手段と、該蓄電手段の出力電圧を昇圧して前記負荷に電流を供給する昇圧回路と、前記燃料電池の出力する電流を前記蓄電手段に供給して該蓄電手段を充電する充電回路と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段とを備え、該走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態に応じて、前記昇圧回路と前記充電回路とを選択的に作動させる燃料電池装置、両端子が負荷に接続された燃料電池と、昇圧回路、充電回路及び蓄電手段を含み、前記燃料電池に並列に接続された蓄電手段回路とを備える燃料電池装置の前記蓄電手段へ充電される電流及び前記蓄電手段から前記負荷へ供給される電流を制御する燃料電池装置の制御方法等を提案している（特願２０００−３６２５９７号）。
【００１６】
そして、本願発明の発明者が提案したこれらの燃料電池装置及び燃料電池装置の制御方法によって、従来の燃料電池装置の問題点が解決されて、燃料電池及びバッテリに流れる電流の分配状態を適切に制御して、バッテリの容量を増大させることなく、適切にバッテリを充電することができ、また、燃料電池及びバッテリの出力配分を所定の状態に維持することができる。
【００１７】
しかしながら、本願発明の発明者が提案した前記燃料電池装置及び燃料電池装置の制御方法は、燃料電池の性能及び動作が常に安定しており、燃料電池からの電流が安定した量で出力されることを前提条件とするものである。仮に、燃料電池に過大な負荷をかけてしまうと、燃料電池の電解質膜や電極の温度が上昇して、最悪の場合には該電解質膜や電極が焼損してしまい、また、前記電解質膜や電極の焼損にまで到らなくても、燃料電池の性能が大きく低下したり、動作が不安定になってしまう。
【００１８】
本発明は、前記の問題点を解決して、本願発明の発明者が既に提案した燃料電池装置において、燃料電池にかかる負荷が一定の範囲内になるように制御して、燃料電池自体が損傷することなく、その結果、燃料電池の性能が低下せず、かつ、動作が常に安定する燃料電池装置及び燃料電池装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池装置においては、燃料電池と、該燃料電池の出力端子に直接接続された負荷と、該負荷に対して、前記燃料電池と並列に接続された蓄電手段回路とを備える燃料電池装置において、前記蓄電手段回路は、前記燃料電池よりも出力電圧が低い蓄電手段と、該蓄電手段の出力電圧を昇圧して前記負荷に電流を供給する昇圧回路と、前記燃料電池の出力する電流を前記蓄電手段に供給して該蓄電手段を充電する充電回路と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段とを備え、該走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態に応じて、前記昇圧回路と前記充電回路とを選択的に作動させ、前記燃料電池の供給する電流が前記負荷の要求する電流よりも小さい場合には、前記昇圧回路が前記蓄電手段の出力電圧を前記燃料電池よりも高くなるように昇圧し、前記蓄電手段から前記負荷に電流を供給するとともに、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるように前記昇圧回路を作動させる燃料電池装置であって、前記燃料電池は、出力電圧が最低発電可能電圧以下とならず、出力電流が最大発電可能電流以上とならず、出力電力が最大出力以上とならないように出力する。
【００２１】
本発明の他の燃料電池装置においては、負荷に直接接続された燃料電池と、該燃料電池と前記負荷に対して並列に接続された蓄電手段回路と、該蓄電手段回路からの電流が前記燃料電池に供給されないように配設されたダイオード素子とを備える燃料電池装置において、前記蓄電手段回路は、互いに直列に接続された充電用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子と、該昇圧用スイッチング素子に対して、リアクトルを介して並列に接続された前記燃料電池よりも出力電圧が低い蓄電手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段とを備え、該走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態に応じて、前記昇圧用スイッチング素子と前記充電用スイッチング素子とを選択的に作動させ、前記燃料電池の供給する電流が前記負荷の要求する電流よりも小さい場合には、前記昇圧回路が前記蓄電手段の出力電圧を前記燃料電池よりも高くなるように昇圧し、前記蓄電手段から前記負荷に電流を供給するとともに、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるように前記昇圧用スイッチング素子を作動させる。
【００２２】
本発明の更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記負荷は、車両を駆動させる駆動モータの駆動制御装置である。
【００２４】
本発明の更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記蓄電手段は、前記負荷の要求する出力が前記燃料電池の最大出力以上となるときに出力する。
【００２５】
本発明の更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記蓄電手段は、前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下となったときに、または、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上となったときに、または、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上となったときに出力する。
【００２６】
また、本発明の燃料電池装置の制御方法においては、両端子が負荷に直接接続された燃料電池と、昇圧回路、充電回路、及び、前記燃料電池よりも出力電圧が低い蓄電手段を含む蓄電手段回路であって、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続された蓄電手段回路とを備える燃料電池装置の前記蓄電手段へ充電される電流及び前記蓄電手段から前記負荷へ供給される電流を制御し、前記燃料電池の供給する電流が前記負荷の要求する電流よりも小さい場合には、前記昇圧回路が前記蓄電手段の出力電圧を前記燃料電池よりも高くなるように昇圧し、前記蓄電手段から前記負荷に電流を供給するとともに、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるようにする。
【００２７】
本発明の他の燃料電池装置の制御方法においては、さらに、前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下とならず、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上とならず、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上とならないように制御する。
【００２８】
本発明の更に他の燃料電池装置の制御方法においては、さらに、前記蓄電手段は、前記負荷の要求する出力が前記燃料電池の最大出力以上となるときに出力するように制御する。
【００２９】
本発明の更に他の燃料電池装置の制御方法においては、さらに、前記蓄電手段は、前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下となったときに、または、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上となったときに、または、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上となったときに出力するように制御する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の第１の実施の形態における燃料電池装置の概念図、図３は本発明の第１の実施の形態においてバッテリと電気二重層コンデンサとを組み合わせ蓄電手段として使用する１例を示す図である。
【００３２】
図１において、１０は燃料電池（ＦＣ）回路であり、乗用車、バス、トラック等の車両用の動力源として使用される。ここで、前記車両は、照明装置、ラジオ、パワーウインドウ等の車両の停車中にも使用される電気を消費する補機類を多数備えていて、また、走行パターンが多様であり動力源に要求される出力範囲が極めて広いので、動力源として燃料電池１１と蓄電手段としてのバッテリ１２とを併用して使用する。
【００３３】
そして、燃料電池１１は、アルカリ水溶液型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）、直接型メタノール（ＤＭＦＣ）等のものであってもよいが、固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であることが望ましい。
【００３４】
なお、更に望ましくは、水素ガスを燃料とし、酸素又は空気を酸化剤とするＰＥＭＦＣ（ｐｒｏｔｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｃｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）型燃料電池、又はＰＥＭ（ｐｒｏｔｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｃｅ）型燃料電池と呼ばれるものである。ここで、該ＰＥＭ型燃料電池は、一般的に、プロトン等のイオンを透過する高分子膜の両側に触媒、電極及びセパレータを結合したセル（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）を複数直列に結合したスタック（ｓｔａｃｋ）から成る（特開平１１−３１７２３６号公報参照）。
【００３５】
本実施の形態においては、１例として、ＰＥＭ型燃料電池であり、４００枚のセルを直列に接続したスタックを使用する。この場合、総電極面積は３００〔ｃｍ 2〕であり、開放端子電圧は約３６０〔Ｖ〕、出力は約４２〔ｋＷ〕である。そして、定常動作時の温度は５０〜９０〔℃〕程度である。
【００３６】
なお、燃料である水素ガスは、図示されない改質装置によってメタノール、ガソリン等を改質して取り出した水素ガスを燃料電池１１に直接供給することもできるが、車両の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素を供給することができるようにするためには、水素吸蔵合金、水素ガスボンベ等の燃料貯蔵手段に貯蔵した水素ガスを供給することが望ましい。これにより、水素ガスがほぼ一定の圧力で常に十分に供給されるので、前記燃料電池１１は車両の負荷の変動に遅れることなく追随して、必要な電流を供給することができる。
【００３７】
この場合、前記燃料電池１１の出力インピーダンスは極めて低く、０に近似することが可能である。
【００３８】
また、図１において、１２は充電によって放電を繰り返すことができる蓄電手段としての２次電池、すなわち、バッテリ（蓄電池）であり、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等が一般的であるが、電気自動車等に使用される高性能鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等が望ましい。
【００３９】
例えば、本実施の形態においては、１例として、高性能鉛蓄電池を使用する。この場合、開放端子電圧は約２１０〔Ｖ〕であり、約１０〔ｋＷ〕の電流を５〜２０分程度供給することができる程度の容量を有する。
【００４０】
なお、前記蓄電手段は、必ずしもバッテリでなくてもよく、電気二重層コンデンサのようなコンデンサ（キャパシタ）、フライホイール、超伝導コイル、蓄圧器等のように、エネルギーを電気的に蓄積し放出する機能を有するものであれば、いかなる形態のものであってもよい。さらに、これらの中のいずれかを単独で使用してもよいし、複数のものを組み合わせて使用してもよい。
【００４１】
例えば、特許第２７５３９０７号公報に記載されているように、バッテリと電気二重層コンデンサとを組み合わせて、前記蓄電手段として使用することもできる。この場合、図３に示されるように、蓄電手段１２’においては、バッテリＢｔはコンデンサＣ２と直列に接続されている。そして、前記バッテリＢｔの正の端子は前記コンデンサＣ２の負の端子に接続されるとともに、トランジスタＴｒ１のコレクタ電極とトランジスタＴｒ２のエミッタ電極に接続される。
【００４２】
また、前記トランジスタＴｒ１のエミッタ電極とトランジスタＴｒ２のコレクタ電極は前記コンデンサＣ２の正の端子及びトランジスタＴｒ３のコレクタ電極に接続される。なお、該トランジスタＴｒ３のエミッタ−コレクタ電極間には、ダイオードＤ１が接続される。
【００４３】
さらに、前記トランジスタＴｒ３のエミッタ電極にはコンデンサＣ１の正の端子が接続される。このように、該コンデンサＣ１は、前記トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３及びダイオードＤ１を介して、前記バッテリＢｔに並列に接続される。
【００４４】
ここで、前記バッテリＢｔは前記バッテリ１２と同様のものであり、前記コンデンサＣ１及びＣ２は電気二重層コンデンサのように単位体積当たりの容量が大きく、低抵抗で出力密度が高い大容量のものであることが望ましい。なお、前記コンデンサＣ１及びＣ２の容量は占有する体積とのバランスを考慮して適宜決定することができるが、例えば、９〔Ｆ〕以上であることが望ましい。
【００４５】
また、前記コンデンサＣ１及びＣ２は、それぞれ、複数のコンデンサを直列に接続したものであってもよい。この場合、それぞれのコンデンサの耐圧を低く設定することができる。
【００４６】
そして、前記蓄電手段１２’の正の端子には前記コンデンサＣ２の正の端子と前記トランジスタＴｒ３のコレクタ電極とが接続されており、前記蓄電手段１２’の負の端子には前記バッテリＢｔの負の電極と前記コンデンサＣ１の負の電極とが接続されている。
【００４７】
このような構成の蓄電手段１２’においては、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３をスイッチングすることによって、バッテリＢｔ並びにコンデンサＣ１及びＣ２からの出力電流を制御するとともに、バッテリＢｔ並びにコンデンサＣ１及びＣ２への充電電流も制御するようになっている。
【００４８】
次に、図１において、１３は負荷としての駆動制御装置であるインバータであり、前記燃料電池１１又はバッテリ１２からの直流電流を交流電流に変換して、車両の車輪を回転させる駆動モータとしてのモータ１４に供給する。ここで、該モータ１４は発電機としても機能するものであり、車両の減速運転時には、いわゆる回生電流を発生する。この場合、前記モータ１４は車輪によって回転させられて発電するので、前記車輪にブレーキをかける、すなわち、車両の制動装置（ブレーキ）として機能する。そして、後述されるように、前記回生電流がバッテリ１２に供給されて該バッテリ１２が充電される。
【００４９】
また、１５はバッテリ充電制御回路であり、充電用スイッチング素子としての高速スイッチング素子であるＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）１５ａとサイリスタ１５ｂとの並列回路である。ここで、前記ＩＧＢＴ１５ａは２００〔Ａ〕程度の電流を許容するものである。
【００５０】
一方、１６は昇圧制御回路としてのバッテリ放電制御回路であり、前記バッテリ充電制御回路と同様に、昇圧用スイッチング素子としてのＩＧＢＴ１６ａとサイリスタ１６ｂの並列回路である。ここで、前記ＩＧＢＴ１６ａは２００〔Ａ〕程度の電流を許容するものである。
【００５１】
そして、１７は２００〔Ａ〕程度の電流を許容するリアクトルであり、前記バッテリ放電制御回路１６と共に昇圧回路を構成し、前記バッテリ１２の出力電圧を昇圧する。
【００５２】
ここで、前記バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａは所定周期（例えば、２０〔ｋＨｚ〕程度）のスイッチング信号によってオン−オフされる。前記ＩＧＢＴ１６ａをオンにした時には、前記バッテリ１２から出力された直流電流がリアクトル１７に流れてエネルギーが蓄積され、前記ＩＧＢＴ１６ａをオフにした時には、前記リアクトル１７に蓄積されたエネルギーに応じた電圧が、前記バッテリ１２の出力電圧に加算されて昇圧される。なお、昇圧された前記バッテリ１２の出力電圧は前記スイッチング信号によって適宜調節することができるが、おおよそ前記燃料電池１１の出力電圧よりわずかに高い程度に調節される。
【００５３】
また、前記バッテリ放電制御回路１６におけるサイリスタ１６ｂは、前記ＩＧＢＴ１６ａをオフにした時に該ＩＧＢＴ１６ａのエミッタとコレクタとの間に発生する逆起電力によって、該エミッタとコレクタとの間の絶縁が破壊されることを防止する。
【００５４】
そして、１８は回路を流れる電流値を測定する電流センサであり、１９は、負荷又は２次電池からの電流が燃料電池に供給されないように配設されたダイオード素子としての、サイリスタである。
【００５５】
また、２０はハイブリッド回路電子制御ユニットであり、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、前記燃料電池回路１０における電流値、電圧値等を測定するとともに、前記バッテリ充電制御回路１５及びバッテリ放電制御回路１６の動作を制御する。さらに、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、車両における他のセンサ、及び後述される車両用電子制御ユニット２１、燃料電池電子制御ユニット２２、イグニッション制御装置２４等の他の制御装置と通信可能に接続され、他のセンサ及び他の制御装置と連携して前記燃料電池回路１０の動作を統括的に制御する。
【００５６】
なお、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は独立に存在するものであってもよく、例えば、車両用電子制御ユニット２１等の他の制御装置の一部として存在するものであってもよい。
【００５７】
ここで、例えば、本実施の形態においては、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、２つの電流センサ１８との入出力インターフェイス、電圧計測用の２つの入出力インターフェイス、バッテリ充電制御回路１５用の入出力インターフェイス、バッテリ放電制御回路１６用の入出力インターフェイス、車両用電子制御ユニット２１用の入出力インターフェイス、燃料電池電子制御ユニット２２用の入出力インターフェイス、及びイグニッション制御装置２４用の入出力インターフェイスを備える。また、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、電源としての電源バッテリ２３に接続される電源インターフェイスも備える。
【００５８】
次に、車両用電子制御ユニット２１は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、車速、気温、アクセル開度等を検出して変速機、制動装置等を含む車両全般の動作を統括的に制御する。なお、前記アクセル開度は、一般的な車両においてはアクセルペダル（スロットルペダル）の踏み込み度合いによって検出されるが、車両の出力や速度を制御する手段として、アクセルペダルに代えて回転式のアクセルグリップ、ジョイスティック、バーハンドル、回転ダイアル等のアクセルコントローラが使用されている場合には、これらアクセルコントローラの移動の度合いによって検出される。
【００５９】
また、燃料電池電子制御ユニット２２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、燃料電池１１に供給される水素、酸素、空気等の流量、温度、出力電圧等を検出して、燃料電池１１に燃料及び酸化剤を供給する装置の動作を制御する。さらに、前記燃料電池電子制御ユニット２２は、他のセンサ及び他の制御装置と連携して、燃料電池１１に燃料及び酸化剤を供給する装置の動作を統括的に制御する。
【００６０】
そして、前記電源バッテリ２３は、充電によって放電を繰り返すことができる鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等のバッテリから成り、１２〔Ｖ〕の直流電流を前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０に供給する。なお、前記電源バッテリ２３は、車両のラジオ、パワーウインドウ等の補機類にも電源として直流電流を供給してもよい。
【００６１】
また、前記イグニッション制御装置２４は燃料電池回路を起動させるための装置であり、車両の運転者がスイッチをオンにすると、その信号を前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０やその他の装置に伝達する。
【００６２】
次に、前記構成の燃料電池装置の動作について説明する。
【００６３】
図４は本発明の第１の実施の形態における燃料電池の特性を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態における燃料電池装置の制御方法を示すフローチャートである。なお、図４において、横軸に電流Ａを、縦軸に電圧Ｖ及び電力ｋＷを採ってある。
【００６４】
ここで、燃料電池１１には必要な量の燃料としての水素ガス及び酸化剤としての空気が十分に供給され、燃料電池１１の水素極及び空気極のイオン交換膜には十分な水分が含まれており、燃料電池１１の温度は十分に高く作動温度範囲内にあり、燃料電池１１を構成する部材の経時劣化はほとんどないものとする。すなわち、燃料電池１１が所定の最大発電可能電流及び最大出力を出力することができる良好なコンディションが、常に維持されているものとする。
【００６５】
図４において、４１は燃料電池１１の電圧−電流特性を示す曲線である。前記燃料電池１１の電圧−電流特性を示す曲線４１は、通常のＰＥＭ型燃料電池の場合と同様に、全体として電流の増大と共に電圧が低下していく右下がり曲線である。そして、傾斜は緩やかであるが、電流２２５［Ａ］付近の点を変曲点として傾斜が急になる。
【００６６】
これにより、前記燃料電池１１は、電流２２５［Ａ］以下の範囲であると安定的に動作することが分かる。また、曲線４１において電流２２５［Ａ］に対応する電圧は約１８０［Ｖ］であるから、前記燃料電池１１は電圧１８０［Ｖ］以上の範囲であると安定的に動作することが分かる。
【００６７】
一方、４２は燃料電池１１の電力−電流特性を示す曲線である。前記燃料電池１１の電力−電流特性を示す曲線４２は、全体として電流の増大と共に増大していく右上がり曲線である。そして、電力４２［ｋＷ］付近を頂点として傾斜が急な右下がりの曲線になる。
【００６８】
これにより、前記燃料電池１１は、電力４２［ｋＷ］以下の範囲であると安定的に動作することが分かる。なお、前述されたように、前記燃料電池１１は出力インピーダンスがほぼ０の電源である。
【００６９】
これらのことから、燃料電池１１を安定して運転させる範囲は、電圧１８０［Ｖ］以上、電流２２５［Ａ］以下、及び、電力４２［ｋＷ］以下の範囲であることが分かる。そこで、本実施の形態においては、前記電圧１８０［Ｖ］、電流２２５［Ａ］及び電力４２［ｋＷ］を燃料電池１１の最低発電可能電圧、最大発電可能電流、及び、最大出力と称する。
【００７０】
なお、前記燃料電池１１は、通常のＰＥＭ型燃料電池の場合と同様に、出力電力を増大させる場合には、出力電流を増大させていき、出力電圧は曲線４１に従って変化するようになっている。例えば、前記燃料電池１１に２０［ｋＷ］出力させる場合には、出力電流を増加させていく。そして、該出力電流が約７０［Ａ］となると、曲線４１に従って、出力電圧が約２９０［Ｖ］となるので、所望の電力２０［ｋＷ］を出力させることになる。
【００７１】
したがって、インバータ１３を介してモータ１４に供給すべき電流、すなわち、要求電流の値が燃料電池１１の最大発電可能電流までの範囲においては、前記燃料電池１１だけから電流を供給し、要求電流の値が最大発電可能電流以上の範囲においては、前記燃料電池１１からの電流に加えて、バッテリ１２からも電流を供給するようにすればよいことが分かる。そして、前記バッテリ１２の開放端子電圧は、２１０［Ｖ］であるから、要求電流の値が、曲線４１において２１０［Ｖ］に対応する２００［Ａ］までの範囲においては、前記バッテリ１２から電流が供給されることはない。なお、前記要求電流は、実際の車両においては、インバータ１３を介してモータ１４に供給すべき電流に加えて、ワイパーやステレオのように車両に搭載される電気駆動部品である車両用補機、及び、空気供給ファンやバルブのように燃料電池駆動用の電気駆動部品である燃料電池用補機に供給すべき電流も含むものである。
【００７２】
ただし、前記バッテリ１２の出力電圧を昇圧回路によって前記燃料電池１１の端子電圧にまで昇圧すると、前記バッテリ１２からも積極的に電流が供給されるようにすることができる。
【００７３】
そして、要求電流の値が２００［Ａ］に対応する前記曲線４１上の点における前記燃料電池１１の端子電圧が、前記バッテリ１２の開放電圧２１０［Ｖ］とほぼ等しいことから、電流が２００［Ａ］を超えた範囲ではバッテリ１２からも電流が供給される。
【００７４】
さらに、要求電流の値が最大発電可能電流２２５［Ａ］を超えた範囲では、燃料電池１１からは最大発電可能電流を供給し、要求電流と最大発電可能電流の差分をバッテリ１２から供給するようにすればよいことが分かる。
【００７５】
また、インバータ１３を介してモータ１４に供給すべき電力、すなわち、要求電力が燃料電池１１の最大出力までの範囲においては、前記燃料電池１１だけから電力を供給し、要求電力の値が最大出力以上の範囲においては、前記燃料電池１１からの電力に加えて、要求電力と最大出力の差分の電力をバッテリ１２から供給すればよいことが分かる。なお、前記要求電力は、実際の車両においては、インバータ１３を介してモータ１４に供給すべき電力に加えて、前記車両用補機及び燃料電池用補機に供給すべき電力も含むものである。
【００７６】
本実施の形態においては、ハイブリッド回路電子制御ユニット２０の記憶手段には、図４に示されるような燃料電池１１の特性があらかじめ格納されている。そして、車両用電子制御ユニット２１から送信された車両の車速、アクセル開度等の信号に基づいて、モータ１４に供給すべき要求電力が演算手段によって算出され、該要求電力に対応する要求電流の値が、図４に示されるような燃料電池１１の特性に基づいて見い出される。
【００７７】
一方、車両の走行モードが判定され、該走行モードに基づいて回生電流の発生を予測し、該回生電流をバッテリ１２に充電することができるように、前記燃料電池１１及びバッテリ１２からの出力電流を制御するような場合にも、図４に示されるような燃料電池１１の特性に基づいて出力電流を制御する。
【００７８】
そこで、ここでは、図４に示されるような燃料電池１１の特性に基づいた燃料電池回路１０の基本的な動作について説明する。
【００７９】
まず、要求電流の値が前述の約２００［Ａ］以下の場合であり、前記燃料電池１１だけから電流を供給する場合には、前記バッテリ充電制御回路１５及びバッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１５ａ、１６ａをオフの状態とする。
【００８０】
この場合、前記燃料電池１１には燃料である水素ガス及び酸化剤である空気が常に十分に供給されるようになっているので、要求電流の値が変動しても、前記燃料電池１１からは要求電流の値に応じた値の電流が自動的に供給される。したがって、前記燃料電池１１の出力電流を要求電流の値の変動に応じて制御する必要がない。なお、前記燃料電池１１から供給される電流の値は、電流センサ１８によって測定され、２００［Ａ］以下であるか否かを前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０によって、常時検出される。また、電圧についても前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０によって常時検出される。
【００８１】
次に、要求電流の値、又は前記電流センサ１８によって測定された電流の値が前記２００［Ａ］以上となった場合に、前記バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａをオフの状態のままとすると、前記バッテリ１２からの電流値はあまり上昇することはない。
【００８２】
ここで、前記バッテリ１２からも積極的に電流を供給しようとするためには、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は前記バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａを所定周期（例えば、２０〔ｋＨｚ〕程度）のスイッチング信号によってオン−オフする。前記ＩＧＢＴ１６ａをオンにしたときには、前記バッテリ１２から出力された直流電流がリアクトル１７に流れてエネルギーが蓄積され、前記ＩＧＢＴ１６ａをオフにしたときには、前記リアクトル１７に蓄積されたエネルギーに応じた電圧が、前記バッテリ１２の出力電圧に加算され、その合計が前記燃料電池１１の出力電圧とほぼ等しくなる。
【００８３】
そして、要求電流と燃料電池１１から供給される電流の差分が前記バッテリ１２からインバータ１３を介してモータ１４に供給される。なお、前記バッテリ１２から供給される電流の値は、電流センサ１８によって測定され、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０によってチェックされる。
【００８４】
次に、前記バッテリ１２のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：残存容量）が低下したことから、前記バッテリ１２を充電する場合の燃料電池回路１０の基本的な動作について説明する。
【００８５】
まず、車両の減速運転時に前記モータ１４が発電機として機能し、交流の回生電流を発生し、続いて、該交流の回生電流は前記インバータ１３によって直流の回生電流に変換される。この時、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、前記バッテリ充電制御回路１５におけるＩＧＢＴ１５ａをスイッチング信号によってオンにする。したがって、前記直流の回生電流は前記ＩＧＢＴ１５ａを通って前記バッテリ１２に供給されるので、該バッテリ１２は充電される。
【００８６】
なお、前記回生電流の値は、電流センサ１８によって測定され、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０によって常時チェックされる。また、電圧についても前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０によって常時チェックされる。そして、前記バッテリ１２のＳＯＣが十分に上昇した場合、前記ＩＧＢＴ１５ａはオフにされる。また、前記回生電流の値が過大である場合は、前記ＩＧＢＴ１５ａを所定周期のスイッチング信号によってオン−オフして、前記ＩＧＢＴ１５ａを流れる電流の値を制御する。
【００８７】
したがって、前記バッテリ１２のＳＯＣが十分に高い場合に充電したり、大電流を前記バッテリ１２に供給したりすることがないので、該バッテリ１２が過充電されることによって破壊されてしまうことがない。
【００８８】
また、前記バッテリ１２のＳＯＣが低下して充電が必要な場合であり、前記回生電流が発生しない場合には、前記燃料電池１１から電流を供給してバッテリ１２を充電する。この場合、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、前記バッテリ充電制御回路１５におけるＩＧＢＴ１５ａをスイッチング信号によってオンにするので、直流の回生電流は前記ＩＧＢＴ１５ａを通ってバッテリ１２に供給される。したがって、該バッテリ１２は充電される。
【００８９】
なお、前記燃料電池１１からの電流の値及び前記バッテリ１２に供給される電流の値は、電流センサ１８によって測定され、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０によって常時チェックされる。また、電圧についても前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０によって常時チェックされる。そして、前記バッテリ１２のＳＯＣが十分に上昇した場合、前記燃料電池１１から供給される電流の値が前記２００［Ａ］となった場合、及び、前記インバータ１３を介してモータ１４に供給される要求電流の値が大きい場合には、前記ＩＧＢＴ１５ａはオフにされる。また、前記バッテリ１２に供給される電流の値が過大である場合は、前記ＩＧＢＴ１５ａを所定周期のスイッチング信号によってオン−オフして、前記ＩＧＢＴ１５ａを流れる電流の値を制御する。
【００９０】
したがって、前記バッテリ１２のＳＯＣが十分に高い場合に充電したり、大電流を前記バッテリ１２に供給したりすることがないので、該バッテリ１２が過充電されることによって破壊されてしまうことがない。また、前記燃料電池１１に過大な負荷をかけることも、前記要求電流に対応することができなくなってしまうこともない。
【００９１】
次に、本実施の形態の燃料電池装置において、燃料電池１１にかかる負荷が一定の範囲内となるような制御方法について具体的に説明する。本実施の形態においては、料電池１１にかかる負荷が一定の範囲内となるようにするためにの基準として燃料電池１１の最大出力を採用する。
【００９２】
まず、車両用電子制御ユニット２１は、運転者が踏み込んだ車両のアクセルの開度、すなわち、アクセル開度、及び、車両速度を検出して、ハイブリッド回路電子制御ユニット２０に送信する。すると、該ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、前記アクセル開度及び車両速度に基づいて、モータ１４の発生すべき出力、すなわち、車両要求出力を算出（ステップＳ１）する。
【００９３】
次に、該ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、前記車両要求出力が燃料電池１１の最大出力よりも小であるか否かを検討（ステップＳ２）する。そして、小である場合は、そのまま制御を終了する。
【００９４】
また、小でない場合、ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、バッテリ１２の出力値として、前記車両要求出力と燃料電池１１の最大出力の差分を算出（ステップＳ３）する。続いて、バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａを所定周期のスイッチング信号によってオン−オフして、前記出力値を出力（ステップＳ４）させて、制御を終了する。
【００９５】
このように、本実施の形態においては、車両要求出力が燃料電池１１の最大出力を超えた場合に、前記車両要求出力と燃料電池１１の最大出力の差分を算出し、該差分だけバッテリ１２から出力させるように制御する。
【００９６】
したがって、バッテリ１２の出力をフィードフォワード制御するだけなので、応答が速く、燃料電池１１が安定して動作する範囲内となるように迅速に制御することができる。
【００９７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同じ構造を有するもの及び同じ動作については、その説明を省略する。
【００９８】
図６は本発明の第２の実施の形態における燃料電池装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００９９】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と相違する点は、燃料電池１１にかかる負荷が一定の範囲内となるようにするための基準として、燃料電池１１の最大出力に代えて、燃料電池１１の最低発電可能電圧を基準とした点だけである。
【０１００】
まず、車両用電子制御ユニット２１は、燃料電池１１の端子電圧、すなわち、出力電圧を測定（ステップＳ６）し、該測定された出力電圧が燃料電池１１の最低発電可能電圧よりも大であるか否かを検討（ステップＳ７）する。そして、大である場合は、続いて、前記出力電圧が最低発電可能電圧にプラスαした値よりも小であるか否か検討（ステップＳ８）する。そして、小である場合は、そのまま制御を終了する。
【０１０１】
ここで、ステップＳ７において、前記出力電圧が最低発電可能電圧よりも大でない場合、前記車両用電子制御ユニット２１は、バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａを所定周期のスイッチング信号によってオン−オフして、バッテリ１２からの出力を増大（ステップＳ９）させ、続いて、ステップＳ７に戻って、再び、前記出力電圧が最低発電可能電圧よりも大であるか否かを検討する。
【０１０２】
また、ステップＳ８において、前記出力電圧が最低発電可能電圧にプラスαした値よりも小でない場合、前記車両用電子制御ユニット２１は、バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａをオフして、バッテリ１２からの出力を停止（ステップＳ１０）させ、制御を終了する。
【０１０３】
なお、本実施の形態においては、燃料電池１１の出力電圧を測定し、測定した出力電圧が最低発電可能電圧以下とならないようにバッテリ１２からの出力を制御するが、燃料電池１１の出力電流を測定し、測定した出力電流が最大発電可能電流以上とならないようにバッテリ１２からの出力を制御することもでき、また、燃料電池１１の出力電力を測定し、測定した出力電力が最大出力以上とならないようにバッテリ１２からの出力を制御することもできる。
【０１０４】
このように、本実施の形態においては、燃料電池１１の出力電圧、出力電流、又は、出力電力を測定し、測定した値が、燃料電池１１が安定して動作する範囲内となるように、バッテリ１２からの出力を制御する。
【０１０５】
したがって、燃料電池１１の出力をフィードバックして制御するので、要求出力に確実に応答することができる。
【０１０６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、燃料電池装置においては、負荷と燃料電池とを直接接続するとともに、該燃料電池と並列に蓄電手段を含む蓄電手段回路を接続し、前記蓄電手段は、前記燃料電池の供給する電流が前記負荷の要求する電流よりも小さい場合に、前記負荷に電流を供給するとともに、前記負荷において発生した回生電力及び前記燃料電池の出力する電流により充電され、前記燃料電池は、あらかじめ定められた範囲内で出力する。
【０１０８】
この場合、負荷の要求する要求電流が、燃料電池の最大発電可能電流を超えている場合であっても、蓄電手段から不足分の電流が供給される。また、回生電流等によって蓄電手段も適切に充電されるので、蓄電手段が上がることもない。
【０１０９】
さらに、燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲を超えることがないので、燃料電池自体が損傷することなく、燃料電池の性能が低下せず、かつ、動作が常に安定する。
【０１１０】
他の燃料電池装置においては、燃料電池と、該燃料電池の出力端子に接続された負荷と、該負荷に対して、前記燃料電池と並列に接続された蓄電手段回路とを備える燃料電池装置において、前記蓄電手段回路は、蓄電手段と、該蓄電手段の出力電圧を昇圧して前記負荷に電流を供給する昇圧回路と、前記燃料電池の出力する電流を前記蓄電手段に供給して該蓄電手段を充電する充電回路と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段とを備え、該走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態に応じて、前記昇圧回路と前記充電回路とを選択的に作動させるとともに、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるように前記昇圧回路を作動させる。
【０１１１】
この場合、簡単な回路構成でありながら、蓄電手段のＳＯＣを適切に制御することができるので、回生電流を無駄にすることなく、可能な限り利用することができ、燃料電池の燃料を節約することができる。しかも、蓄電手段の容量を必要以上に大きくする必要がない。また、燃料電池及び蓄電手段から要求電流に対応する電流が適切に供給される。さらに、回生電流等によって蓄電手段が適切に充電されるので、蓄電手段が上がってしまうことがない。さらに、燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるので、燃料電池自体が損傷することなく、燃料電池の性能が低下せず、かつ、動作が常に安定する。
【０１１２】
更に他の燃料電池装置においては、負荷に接続された燃料電池と、該燃料電池と前記負荷に対して並列に接続された蓄電手段回路と、該蓄電手段回路からの電流が前記燃料電池に供給されないように配設されたダイオード素子とを備える燃料電池装置において、前記蓄電手段回路は、互いに直列に接続された充電用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子と、該昇圧用スイッチング素子に対して、リアクトルを介して並列に接続された蓄電手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段とを備え、該走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態に応じて、前記昇圧回路と前記充電回路とを選択的に作動させるとともに、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるように前記昇圧回路を作動させる。
【０１１３】
この場合、簡単な回路構成でありながら、蓄電手段のＳＯＣを適切に制御することができるので、回生電流を無駄にすることなく、可能な限り利用することができ、燃料電池の燃料を節約することができる。しかも、蓄電手段の出力電圧を適切に昇圧できるので、要求電流に対応する電流が蓄電手段から適切に供給される。また、回生電流等によって蓄電手段が適切に充電されるので、蓄電手段が上がってしまうことがない。さらに、燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるので、燃料電池自体が損傷することなく、燃料電池の性能が低下せず、かつ、動作が常に安定する。
【０１１４】
更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記負荷は、車両を駆動させる駆動モータの駆動制御装置である。
【０１１５】
この場合、簡単な回路構成でありながら、燃料電池及び蓄電手段から要求電流に対応する電流が適切に供給されるので、車両の走行に支障を与えることがない。
【０１１６】
更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記燃料電池は、出力電圧が最低発電可能電圧以下とならず、出力電流が最大発電可能電流以上とならず、出力電力が最大出力以上とならないように出力する。
【０１１７】
この場合、燃料電池の電解質膜や電極が損傷することがない。
【０１１８】
更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記蓄電手段は、前記負荷の要求する出力が前記燃料電池の最大出力以上となるときに出力する。
【０１１９】
この場合、蓄電手段の出力をフィードフォワード制御するだけなので、応答が速く、迅速に制御することができる。
【０１２０】
更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記蓄電手段は、前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下となったときに、または、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上となったときに、または、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上となったときに出力する。
【０１２１】
この場合、燃料電池の出力をフィードバックして制御するので、負荷の要求に確実に応答することができる。
【０１２２】
また、本発明によれば、燃料電池装置の制御方法においては、両端子が負荷に接続された燃料電池と、昇圧回路、充電回路及び蓄電手段を含み、前記燃料電池に並列に接続された蓄電手段回路とを備える燃料電池装置の前記蓄電手段へ充電される電流及び前記蓄電手段から前記負荷へ供給される電流を制御して、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるようにする。
【０１２３】
この場合、負荷の要求する要求電流が、燃料電池の最大供給電流値を超えている場合であっても、蓄電手段から不足分の電流が供給されるので、車両の走行に支障を与えることがない。また、蓄電手段も適切に充電されるので、蓄電手段が上がってしまうこともない。さらに、燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるので、燃料電池自体が損傷することなく、燃料電池の性能が低下せず、かつ、動作が常に安定する。
【０１２４】
他の燃料電池装置の制御方法においては、さらに、前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下とならず、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上とならず、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上とならないように制御する。
【０１２５】
この場合、燃料電池の電解質膜や電極が損傷することがない。
【０１２６】
更に他の燃料電池装置の制御方法においては、さらに、前記蓄電手段は、前記負荷の要求する出力が前記燃料電池の最大出力以上となるときに出力するように制御する。
【０１２７】
この場合、蓄電手段の出力をフィードフォワード制御するだけなので、応答が速く、迅速に制御することができる。
【０１２８】
更に他の燃料電池装置の制御方法においては、さらに、前記蓄電手段は、前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下となったときに、または、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上となったときに、または、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上となったときに出力するように制御する。
【０１２９】
この場合、燃料電池の出力をフィードバックして制御するので、負荷の要求に確実に応答することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における燃料電池装置の概念図である。
【図２】従来の燃料電池装置を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態においてバッテリと電気二重層コンデンサとを組み合わせ蓄電手段として使用する１例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における燃料電池の特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における燃料電池装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態における燃料電池装置の制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ 燃料電池
１２’ 蓄電手段
１７ リアクトル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell device and a control method for the fuel cell device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, since fuel cells have high power generation efficiency and do not emit harmful substances, they have been put into practical use as power generators for industrial and household use, or as power sources for artificial satellites and spacecrafts. Development as a power source for vehicles such as buses and trucks is progressing.
[0003]
The vehicle includes a large number of auxiliary devices that consume electricity even when the vehicle is stopped, such as a lighting device, a radio, and a power window. Since the output range is extremely wide, when the fuel cell is used as a power source for a vehicle, it is common to use a hybrid in which a battery (storage battery or secondary battery) is used in combination.
[0004]
FIG. 2 shows a conventional fuel cell device.
[0005]
In the figure, 101 is a fuel cell, such as alkaline aqueous solution type (AFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid oxide type (SOFC), direct type methanol (DMFC), etc. Although there may be, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is common.
[0006]
Reference numeral 102 denotes a battery that can be repeatedly discharged by charging, and is generally a lead storage battery, a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, a sodium sulfur battery, or the like.
[0007]
Further, 103 is an inverter (INV) which converts a direct current from the fuel cell 101 or the battery 102 into an alternating current and supplies the alternating current to an unillustrated alternating current motor which is a driving source for rotating the wheels of the vehicle. When the drive source is a DC motor, the DC current from the fuel cell 101 or the battery 102 is directly supplied to the drive source without going through the inverter 103.
[0008]
In the fuel cell device having the above-described configuration, the fuel cell 101 and the battery 102 are connected in parallel to supply current to the inverter 103. For example, when the vehicle is stopped, the fuel cell 101 Is stopped, or when the current from the fuel cell 101 alone does not satisfy the required current during high load operation such as on a slope, the current is automatically supplied from the battery 102 to the inverter 103.
[0009]
When the AC motor as the drive source functions as a power generator during vehicle deceleration operation and generates a so-called regenerative current, the regenerative current is supplied to the battery 102 during the vehicle deceleration operation, and the battery 102 is recharged. Further, even when the regenerative current is not supplied, the current generated by the fuel cell 101 is automatically supplied to the battery 102 when the battery 102 is discharged and the terminal voltage decreases.
[0010]
As described above, in the fuel cell device, when the battery 102 is always charged and the current from the fuel cell 101 alone does not satisfy the required current, the current is automatically supplied from the battery 102 to the inverter 103. Since the vehicle is supplied, the vehicle can travel stably in various travel modes.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional fuel cell device, only the fuel cell 101 and the battery 102 are connected in parallel, and the distribution state of the current flowing through the fuel cell 101 and the battery 102 is not controlled at all. Depending on the current-voltage characteristics of the fuel cell 101 and the battery 102, the amount of current flowing through each of them is determined.
[0012]
For this reason, since current always flows from the battery 102, it is necessary to increase the capacity of the battery 102. However, in general, the battery is large, heavy, and expensive, and increases the capacity of the battery 102. As a result, the volume and weight of the vehicle increase and the cost also increases.
[0013]
In addition, when the terminal voltages of the fuel cell 101 and the battery 102 are set so that the voltage difference between the two becomes small, the fuel cell is discharged even when the battery 102 is discharged and the terminal voltage is lowered. It is difficult for the current from 101 to flow into the battery 102, and it takes time to charge the battery 102. On the contrary, if the voltage difference is set to be large, a large current flows from the fuel cell 101 to the battery 102, so that the battery 102 is destroyed by being overcharged.
[0014]
Furthermore, since the voltage-current characteristic of the battery usually varies depending on the remaining capacity, the output distribution of the fuel cell 101 and the battery 102 can be maintained in a predetermined state, and the original current-voltage characteristic or power characteristic can be exhibited. Have difficulty. Therefore, even when the current from the fuel cell 101 alone does not satisfy the required current, such as during a high-load operation on a hill or the like, the vehicle 102 is restricted from traveling without being supplied with current from the battery 102 to the inverter 103. In addition, even if the remaining capacity of the battery 102 decreases, the battery 102 rises without current being supplied from the fuel cell 101.
[0015]
In order to solve the problems of these conventional fuel cell devices, the inventor of the present invention has already connected a load and a fuel cell directly, and connected a storage means circuit including a storage means in parallel with the fuel cell. When the current supplied by the fuel cell is smaller than the current required by the load, the power storage means supplies the current to the load and outputs the regenerative power generated in the load and the fuel cell. FUEL CELL DEVICE CHARGED BY CURRENT, FUEL CELL, FUEL CELL DEVICE EQUIPPED WITH LOAD CONNECTED TO OUTPUT TERMINAL OF THE FUEL CELL, AND STORAGE DEVICE CIRCUIT CONNECTED IN PARALLEL TO THE FUEL CELL The power storage means circuit supplies the power storage means, a booster circuit that boosts the output voltage of the power storage means and supplies current to the load, and supplies the current output from the fuel cell to the power storage means. A charging circuit for charging the power storage means, and a running state detecting means for detecting a running state of the vehicle, and the boosting circuit and the booster circuit according to the running state of the vehicle detected by the running state detecting means A fuel cell device that selectively operates a charging circuit, a fuel cell having both terminals connected to a load, and a storage means circuit that includes a booster circuit, a charging circuit, and storage means, and is connected in parallel to the fuel cell. A control method for a fuel cell device that controls the current charged to the power storage means of the fuel cell device provided and the current supplied from the power storage means to the load has been proposed (Japanese Patent Application No. 2000-362597).
[0016]
The problems of the conventional fuel cell device are solved by the fuel cell device and the control method of the fuel cell device proposed by the inventor of the present invention, and the distribution state of the current flowing through the fuel cell and the battery is appropriately set. It is possible to control the battery appropriately without increasing the capacity of the battery and to maintain the output distribution of the fuel cell and the battery in a predetermined state.
[0017]
However, the fuel cell device and the control method for the fuel cell device proposed by the inventors of the present invention are such that the performance and operation of the fuel cell are always stable, and the current from the fuel cell is output in a stable amount. Is a precondition. If an excessive load is applied to the fuel cell, the temperature of the electrolyte membrane or electrode of the fuel cell rises, and in the worst case, the electrolyte membrane or electrode burns out. Even if the electrode does not burn out, the performance of the fuel cell is greatly deteriorated or the operation becomes unstable.
[0018]
The present invention solves the above-mentioned problems, and in the fuel cell apparatus already proposed by the inventor of the present invention, the fuel cell itself is damaged by controlling the load on the fuel cell to be within a certain range. As a result, it is an object of the present invention to provide a fuel cell device and a fuel cell device control method in which the performance of the fuel cell does not deteriorate and the operation is always stable.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionBurningIn the fuel cell device, the fuel cell and the output terminal of the fuel cellDirectlyIn a fuel cell device comprising a connected load and a power storage means circuit connected in parallel to the fuel cell with respect to the load, the power storage means circuit comprises:Lower output voltage than the fuel cellA power storage means; a booster circuit that boosts the output voltage of the power storage means and supplies current to the load; a charging circuit that supplies the current output from the fuel cell to the power storage means and charges the power storage means; Driving state detecting means for detecting the driving state of the vehicle, and selectively operating the booster circuit and the charging circuit according to the driving state of the vehicle detected by the driving state detecting means.When the current supplied by the fuel cell is smaller than the current required by the load, the booster circuit boosts the output voltage of the power storage means so as to be higher than the fuel cell, and the power storage means Supply current to the loadAnd the booster circuit is operated so that the output of the fuel cell is within a predetermined range.The fuel cell device outputs the output voltage so that the output voltage is not lower than the minimum power generation possible voltage, the output current is not higher than the maximum power generation possible current, and the output power is not higher than the maximum output..
[0021]
  The present inventionOtherIn the fuel cell device ofDirectlyA connected fuel cell; a storage means circuit connected in parallel to the fuel cell and the load; and a diode element arranged so that a current from the storage means circuit is not supplied to the fuel cell. In the fuel cell device, the storage means circuit is connected in parallel to each other via a reactor with respect to the switching element for charging and the switching element for boosting connected in series with each other.Lower output voltage than the fuel cellA power storage unit; and a driving state detection unit that detects a driving state of the vehicle. The boosting step is performed according to the driving state of the vehicle detected by the driving state detection unit.Switching elementAnd chargeSwitching elementAnd selectively actuateWhen the current supplied by the fuel cell is smaller than the current required by the load, the booster circuit boosts the output voltage of the power storage means so as to be higher than the fuel cell, and the power storage means Supply current to the loadAnd boosting the fuel cell so that the output of the fuel cell is within a predetermined range.Switching elementIs activated.
[0022]
In still another fuel cell device of the present invention, the load is a drive control device for a drive motor that drives the vehicle.
[0024]
In still another fuel cell device of the present invention, the power storage means outputs when the output required by the load is greater than or equal to the maximum output of the fuel cell.
[0025]
In still another fuel cell device according to the present invention, the power storage means further includes: when the output voltage of the fuel cell is equal to or lower than the minimum power generation possible voltage; or when the output current of the fuel cell is the maximum power generation possible current. It is output when the above is reached or when the output power of the fuel cell exceeds the maximum output.
[0026]
  In the control method for the fuel cell device of the present invention, both terminals are connected to the load.DirectlyConnected fuel cell, booster circuit, charging circuit,as well asThe output voltage is lower than the fuel cellIncluding power storage meansPower storage means circuit,For the loadThe fuel cellWhenAnd controlling a current charged to the power storage means and a current supplied from the power storage means to the load of a fuel cell device including a power storage means circuit connected in parallel.When the current supplied by the fuel cell is smaller than the current required by the load, the booster circuit boosts the output voltage of the power storage means so as to be higher than the fuel cell, and the power storage means While supplying current to the loadThe output of the fuel cell is set within a predetermined range.
[0027]
In another control method for a fuel cell device according to the present invention, the output voltage of the fuel cell does not become lower than a minimum power generation possible voltage, and the output current of the fuel cell does not exceed a maximum power generation possible current. Control so that the output power of the battery does not exceed the maximum output.
[0028]
In still another fuel cell device control method of the present invention, the power storage means controls the output so that the output required by the load is equal to or greater than the maximum output of the fuel cell.
[0029]
In still another fuel cell device control method according to the present invention, the power storage means further comprises: the output current of the fuel cell is maximized when the output voltage of the fuel cell is equal to or lower than a minimum power generation possible voltage. Control is performed to output when the current that can be generated is greater than or equal to or when the output power of the fuel cell is greater than or equal to the maximum output.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an example in which a battery and an electric double layer capacitor are combined and used as power storage means in the first embodiment of the present invention. FIG.
[0032]
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a fuel cell (FC) circuit, which is used as a power source for vehicles such as passenger cars, buses, and trucks. Here, the vehicle is equipped with a large number of auxiliary devices that consume electricity, such as lighting devices, radios, and power windows, and also has various driving patterns and is required for a power source. Since the output range is extremely wide, the fuel cell 11 as the power source and the battery 12 as the power storage means are used in combination.
[0033]
The fuel cell 11 may be of an alkaline aqueous solution type (AFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid oxide type (SOFC), direct methanol (DMFC), or the like. A solid polymer type fuel cell (PEMFC) is preferable.
[0034]
It is more desirable to use a PEMFC (proton exchange fuel cell) type fuel cell or a PEM (proton exchange membrane) type fuel cell that uses hydrogen gas as fuel and oxygen or air as oxidant. Here, the PEM type fuel cell is generally a stack in which a plurality of cells (fuel cells) in which a catalyst, an electrode, and a separator are combined on both sides of a polymer membrane that transmits ions such as protons are connected in series. (See JP-A-11-317236).
[0035]
In the present embodiment, as an example, a PEM type fuel cell is used, and a stack in which 400 cells are connected in series is used. In this case, the total electrode area is 300 cm.2The open terminal voltage is about 360 [V], and the output is about 42 [kW]. And the temperature at the time of a steady operation is about 50-90 [degreeC].
[0036]
The hydrogen gas as the fuel can be directly supplied to the fuel cell 11 by reforming methanol, gasoline, etc. by a reformer (not shown), but is stable even during high load operation of the vehicle. In order to supply a sufficient amount of hydrogen, it is desirable to supply hydrogen gas stored in a fuel storage means such as a hydrogen storage alloy or a hydrogen gas cylinder. Thereby, hydrogen gas is always sufficiently supplied at a substantially constant pressure, so that the fuel cell 11 can follow the fluctuation of the load of the vehicle and supply a necessary current.
[0037]
In this case, the output impedance of the fuel cell 11 is extremely low and can be approximated to zero.
[0038]
In FIG. 1, reference numeral 12 denotes a secondary battery as a power storage means that can be repeatedly discharged by charging, that is, a battery (storage battery). Batteries and the like are common, but high performance lead acid batteries, lithium ion batteries, sodium sulfur batteries, and the like used for electric vehicles and the like are desirable.
[0039]
For example, in this embodiment, a high performance lead acid battery is used as an example. In this case, the open terminal voltage is about 210 [V], and has a capacity capable of supplying a current of about 10 [kW] for about 5 to 20 minutes.
[0040]
The power storage means does not necessarily have to be a battery, and electrically stores and discharges energy, such as a capacitor (capacitor) such as an electric double layer capacitor, a flywheel, a superconducting coil, and a pressure accumulator. Any form may be used as long as it has a function. Furthermore, any of these may be used alone, or a plurality of them may be used in combination.
[0041]
For example, as described in Japanese Patent No. 2753907, a battery and an electric double layer capacitor can be combined and used as the power storage means. In this case, as shown in FIG. 3, in the power storage unit 12 ', the battery Bt is connected in series with the capacitor C2. The positive terminal of the battery Bt is connected to the negative terminal of the capacitor C2, and is connected to the collector electrode of the transistor Tr1 and the emitter electrode of the transistor Tr2.
[0042]
The emitter electrode of the transistor Tr1 and the collector electrode of the transistor Tr2 are connected to the positive terminal of the capacitor C2 and the collector electrode of the transistor Tr3. A diode D1 is connected between the emitter and collector electrodes of the transistor Tr3.
[0043]
Further, the positive terminal of the capacitor C1 is connected to the emitter electrode of the transistor Tr3. Thus, the capacitor C1 is connected in parallel to the battery Bt via the transistors Tr1 to Tr3 and the diode D1.
[0044]
Here, the battery Bt is the same as the battery 12, and the capacitors C1 and C2 have a large capacity per unit volume like an electric double layer capacitor, and have a large capacity with a low resistance and a high output density. It is desirable to be. The capacities of the capacitors C1 and C2 can be determined as appropriate in consideration of the balance with the occupied volume. For example, the capacity is preferably 9 [F] or more.
[0045]
The capacitors C1 and C2 may each be a plurality of capacitors connected in series. In this case, the breakdown voltage of each capacitor can be set low.
[0046]
The positive terminal of the power storage unit 12 ′ is connected to the positive terminal of the capacitor C2 and the collector electrode of the transistor Tr3. The negative terminal of the power storage unit 12 ′ is connected to the negative terminal of the battery Bt. And the negative electrode of the capacitor C1 are connected.
[0047]
In the power storage means 12 ′ having such a configuration, the transistors Tr1 to Tr3 are switched to control the output current from the battery Bt and the capacitors C1 and C2, and the charging current to the battery Bt and the capacitors C1 and C2 is also controlled. It comes to control.
[0048]
Next, in FIG. 1, reference numeral 13 denotes an inverter which is a drive control device as a load, which converts a direct current from the fuel cell 11 or the battery 12 into an alternating current to rotate a vehicle wheel. Supplied to the motor 14. Here, the motor 14 also functions as a generator, and generates a so-called regenerative current when the vehicle is decelerated. In this case, since the motor 14 is rotated by the wheel to generate electric power, the wheel is braked, that is, functions as a vehicle braking device (brake). Then, as will be described later, the regenerative current is supplied to the battery 12 to charge the battery 12.
[0049]
Reference numeral 15 denotes a battery charge control circuit, which is a parallel circuit of an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 15a, which is a high-speed switching element as a charging switching element, and a thyristor 15b. Here, the IGBT 15a allows a current of about 200 [A].
[0050]
On the other hand, 16 is a battery discharge control circuit as a step-up control circuit, and is a parallel circuit of an IGBT 16a and a thyristor 16b as a step-up switching element, like the battery charge control circuit. Here, the IGBT 16a allows a current of about 200 [A].
[0051]
Reference numeral 17 denotes a reactor that allows a current of about 200 [A], and constitutes a booster circuit together with the battery discharge control circuit 16 to boost the output voltage of the battery 12.
[0052]
Here, the IGBT 16a in the battery discharge control circuit 16 is turned on and off by a switching signal having a predetermined period (for example, about 20 [kHz]). When the IGBT 16a is turned on, a direct current output from the battery 12 flows to the reactor 17 and energy is accumulated. When the IGBT 16a is turned off, a voltage corresponding to the energy accumulated in the reactor 17 is The voltage is boosted by adding to the output voltage of the battery 12. The boosted output voltage of the battery 12 can be adjusted as appropriate by the switching signal, but is adjusted to a level slightly higher than the output voltage of the fuel cell 11.
[0053]
In the thyristor 16b in the battery discharge control circuit 16, the insulation between the emitter and the collector is broken by the back electromotive force generated between the emitter and the collector of the IGBT 16a when the IGBT 16a is turned off. To prevent that.
[0054]
Reference numeral 18 denotes a current sensor for measuring a current value flowing through the circuit, and reference numeral 19 denotes a thyristor as a diode element arranged so that current from a load or a secondary battery is not supplied to the fuel cell.
[0055]
Reference numeral 20 denotes a hybrid circuit electronic control unit, which includes arithmetic means such as a CPU and MPU, storage means such as a semiconductor memory, input / output interface, etc., and measures the current value, voltage value, etc. in the fuel cell circuit 10. The operation of the battery charge control circuit 15 and the battery discharge control circuit 16 is controlled. Further, the hybrid circuit electronic control unit 20 is communicably connected to other sensors in the vehicle and other control devices such as a vehicle electronic control unit 21, a fuel cell electronic control unit 22, and an ignition control device 24, which will be described later. The operation of the fuel cell circuit 10 is comprehensively controlled in cooperation with other sensors and other control devices.
[0056]
The hybrid circuit electronic control unit 20 may exist independently, for example, may exist as a part of another control device such as the vehicle electronic control unit 21.
[0057]
Here, for example, in the present embodiment, the hybrid circuit electronic control unit 20 includes an input / output interface with two current sensors 18, two input / output interfaces for voltage measurement, and an input for the battery charge control circuit 15. An output interface, an input / output interface for the battery discharge control circuit 16, an input / output interface for the vehicle electronic control unit 21, an input / output interface for the fuel cell electronic control unit 22, and an input / output interface for the ignition control device 24 are provided. . The hybrid circuit electronic control unit 20 also includes a power interface connected to a power battery 23 as a power source.
[0058]
Next, the vehicle electronic control unit 21 includes a calculation means such as a CPU and an MPU, a storage means such as a semiconductor memory, an input / output interface, etc., and detects a vehicle speed, an air temperature, an accelerator opening, etc. The overall operation of the vehicle including the above is controlled. The accelerator opening is detected by the degree of depression of an accelerator pedal (throttle pedal) in a general vehicle, but as a means for controlling the output and speed of the vehicle, a rotary accelerator grip is used instead of the accelerator pedal. When an accelerator controller such as a joystick, a bar handle, or a rotary dial is used, it is detected by the degree of movement of these accelerator controllers.
[0059]
The fuel cell electronic control unit 22 includes a calculation means such as a CPU and an MPU, a storage means such as a semiconductor memory, an input / output interface, and the like. The flow rate of hydrogen, oxygen, air, etc. supplied to the fuel cell 11, temperature, The output voltage and the like are detected, and the operation of the device that supplies fuel and oxidant to the fuel cell 11 is controlled. Further, the fuel cell electronic control unit 22 controls the operation of the device for supplying fuel and oxidant to the fuel cell 11 in cooperation with other sensors and other control devices.
[0060]
The power battery 23 is composed of a battery such as a lead storage battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a lithium ion battery, or a sodium sulfur battery that can be repeatedly discharged by charging, and a DC current of 12 [V] is supplied to the hybrid battery. This is supplied to the circuit electronic control unit 20. The power supply battery 23 may supply a direct current as a power source to auxiliary equipment such as a vehicle radio and a power window.
[0061]
The ignition control device 24 is a device for starting the fuel cell circuit. When the vehicle driver turns on the switch, the ignition control device 24 transmits the signal to the hybrid circuit electronic control unit 20 and other devices.
[0062]
Next, the operation of the fuel cell apparatus having the above configuration will be described.
[0063]
FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a flowchart showing a control method for the fuel cell device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, the horizontal axis represents current A, and the vertical axis represents voltage V and power kW.
[0064]
Here, the fuel cell 11 is sufficiently supplied with hydrogen gas as a required amount of fuel and air as an oxidant, and the hydrogen electrode and the ion exchange membrane of the air electrode of the fuel cell 11 contain sufficient moisture. It is assumed that the temperature of the fuel cell 11 is sufficiently high and within the operating temperature range, and that the members constituting the fuel cell 11 hardly deteriorate with time. That is, it is assumed that a good condition that allows the fuel cell 11 to output a predetermined maximum power generation possible current and maximum output is always maintained.
[0065]
In FIG. 4, 41 is a curve showing the voltage-current characteristics of the fuel cell 11. The curve 41 showing the voltage-current characteristic of the fuel cell 11 is a downward-sloping curve in which the voltage decreases as the current increases as a whole, as in the case of a normal PEM type fuel cell. The slope is gentle, but the slope becomes steep with a point near the current 225 [A] as an inflection point.
[0066]
Thus, it can be seen that the fuel cell 11 operates stably when the current is in the range of 225 [A] or less. Further, since the voltage corresponding to the current 225 [A] in the curve 41 is about 180 [V], it can be seen that the fuel cell 11 operates stably when the voltage is in the range of 180 [V] or higher.
[0067]
On the other hand, 42 is a curve showing the power-current characteristics of the fuel cell 11. A curve 42 showing the power-current characteristics of the fuel cell 11 is a right-up curve that increases as the current increases as a whole. And it becomes the curve of the right slope where the inclination is steep with the vicinity of electric power 42 [kW] as a vertex.
[0068]
Thereby, it turns out that the said fuel cell 11 operate | moves stably in the range of electric power 42 [kW] or less. As described above, the fuel cell 11 is a power source having an output impedance of almost zero.
[0069]
From these, it can be seen that the range in which the fuel cell 11 is stably operated is a range of voltage 180 [V] or more, current 225 [A] or less, and power 42 [kW] or less. Therefore, in the present embodiment, the voltage 180 [V], the current 225 [A], and the power 42 [kW] are referred to as the minimum power generation possible voltage, the maximum power generation possible current, and the maximum output of the fuel cell 11.
[0070]
The fuel cell 11 increases the output current when the output power is increased, and the output voltage changes according to the curve 41, as in the case of a normal PEM type fuel cell. . For example, when the fuel cell 11 outputs 20 [kW], the output current is increased. When the output current becomes about 70 [A], the output voltage becomes about 290 [V] according to the curve 41, so that a desired power of 20 [kW] is output.
[0071]
Therefore, in the range where the current to be supplied to the motor 14 via the inverter 13, that is, the value of the required current is the maximum power generation possible current of the fuel cell 11, the current is supplied only from the fuel cell 11, In the range where the value is equal to or greater than the maximum power generation possible current, it is understood that the current may be supplied from the battery 12 in addition to the current from the fuel cell 11. Since the open terminal voltage of the battery 12 is 210 [V], the current from the battery 12 is within the range of the required current value up to 200 [A] corresponding to 210 [V] in the curve 41. Will not be supplied. In the actual vehicle, in addition to the current to be supplied to the motor 14 via the inverter 13, the required current is a vehicle auxiliary machine that is an electric drive component mounted on the vehicle such as a wiper or a stereo. Further, it also includes a current to be supplied to a fuel cell auxiliary machine that is an electric drive part for driving the fuel cell, such as an air supply fan or a valve.
[0072]
However, when the output voltage of the battery 12 is boosted to the terminal voltage of the fuel cell 11 by a booster circuit, current can be positively supplied from the battery 12 as well.
[0073]
Since the terminal voltage of the fuel cell 11 at the point on the curve 41 corresponding to the required current value of 200 [A] is substantially equal to the open circuit voltage 210 [V] of the battery 12, the current is 200 [A]. A current is also supplied from the battery 12 in a range exceeding A].
[0074]
Further, in the range where the value of the required current exceeds the maximum power generation possible current 225 [A], the maximum power generation possible current is supplied from the fuel cell 11 and the difference between the request current and the maximum power generation possible current is supplied from the battery 12. You can see that.
[0075]
Further, in the range where the power to be supplied to the motor 14 via the inverter 13, that is, the required power is up to the maximum output of the fuel cell 11, the power is supplied only from the fuel cell 11, and the value of the required power is the maximum output. In the above range, it can be seen that it is sufficient to supply the difference power between the required power and the maximum output from the battery 12 in addition to the power from the fuel cell 11. In the actual vehicle, the required power includes power to be supplied to the vehicle auxiliary device and the fuel cell auxiliary device in addition to the power to be supplied to the motor 14 via the inverter 13.
[0076]
In the present embodiment, the characteristics of the fuel cell 11 as shown in FIG. 4 are stored in advance in the storage means of the hybrid circuit electronic control unit 20. Then, based on signals such as the vehicle speed of the vehicle and the accelerator opening transmitted from the vehicle electronic control unit 21, the required power to be supplied to the motor 14 is calculated by the calculation means, and the required current corresponding to the required power is calculated. Values are found based on the characteristics of the fuel cell 11 as shown in FIG.
[0077]
On the other hand, an output current from the fuel cell 11 and the battery 12 is determined so that the travel mode of the vehicle is determined, the generation of the regenerative current is predicted based on the travel mode, and the battery 12 can be charged with the regenerative current. Also in the case of controlling the output current, the output current is controlled based on the characteristics of the fuel cell 11 as shown in FIG.
[0078]
Therefore, here, the basic operation of the fuel cell circuit 10 based on the characteristics of the fuel cell 11 as shown in FIG. 4 will be described.
[0079]
First, in the case where the value of the required current is about 200 [A] or less as described above, and when current is supplied only from the fuel cell 11, the IGBTs 15a, 16a in the battery charge control circuit 15 and the battery discharge control circuit 16 Is turned off.
[0080]
In this case, the fuel cell 11 is always sufficiently supplied with hydrogen gas as the fuel and air as the oxidant. Therefore, even if the value of the required current fluctuates, the fuel cell 11 A current having a value corresponding to the value of the required current is automatically supplied. Therefore, it is not necessary to control the output current of the fuel cell 11 in accordance with the fluctuation of the required current value. Note that the value of the current supplied from the fuel cell 11 is measured by the current sensor 18 and is always detected by the hybrid circuit electronic control unit 20 whether it is 200 [A] or less. Also, the voltage is always detected by the hybrid circuit electronic control unit 20.
[0081]
Next, when the value of the requested current or the value of the current measured by the current sensor 18 is equal to or greater than 200 [A], if the IGBT 16a in the battery discharge control circuit 16 is left in the off state, The current value from the battery 12 does not increase so much.
[0082]
Here, in order to actively supply current from the battery 12 as well, the hybrid circuit electronic control unit 20 causes the IGBT 16a in the battery discharge control circuit 16 to have a predetermined period (for example, about 20 kHz). It is turned on and off by a switching signal. When the IGBT 16a is turned on, a direct current output from the battery 12 flows to the reactor 17 and energy is accumulated. When the IGBT 16a is turned off, a voltage corresponding to the energy accumulated in the reactor 17 is The sum is added to the output voltage of the battery 12, and the sum is substantially equal to the output voltage of the fuel cell 11.
[0083]
The difference between the required current and the current supplied from the fuel cell 11 is supplied from the battery 12 to the motor 14 via the inverter 13. The value of the current supplied from the battery 12 is measured by the current sensor 18 and checked by the hybrid circuit electronic control unit 20.
[0084]
Next, the basic operation of the fuel cell circuit 10 when the battery 12 is charged will be described because the SOC (state of charge) of the battery 12 has decreased.
[0085]
First, when the vehicle is decelerated, the motor 14 functions as a generator to generate an AC regenerative current. Subsequently, the AC regenerative current is converted into a DC regenerative current by the inverter 13. At this time, the hybrid circuit electronic control unit 20 turns on the IGBT 15a in the battery charge control circuit 15 by a switching signal. Therefore, since the DC regenerative current is supplied to the battery 12 through the IGBT 15a, the battery 12 is charged.
[0086]
The value of the regenerative current is measured by the current sensor 18 and is constantly checked by the hybrid circuit electronic control unit 20. Also, the voltage is always checked by the hybrid circuit electronic control unit 20. When the SOC of the battery 12 is sufficiently increased, the IGBT 15a is turned off. When the value of the regenerative current is excessive, the IGBT 15a is turned on / off by a switching signal having a predetermined period to control the value of the current flowing through the IGBT 15a.
[0087]
Therefore, when the SOC of the battery 12 is sufficiently high, the battery 12 is not charged or a large current is not supplied to the battery 12, so that the battery 12 is not destroyed by being overcharged. .
[0088]
Further, when the SOC of the battery 12 is lowered and charging is required, and the regenerative current is not generated, the battery 12 is charged by supplying current from the fuel cell 11. In this case, the hybrid circuit electronic control unit 20 turns on the IGBT 15a in the battery charge control circuit 15 by a switching signal, so that a DC regenerative current is supplied to the battery 12 through the IGBT 15a. Therefore, the battery 12 is charged.
[0089]
The value of the current from the fuel cell 11 and the value of the current supplied to the battery 12 are measured by a current sensor 18 and are constantly checked by the hybrid circuit electronic control unit 20. Also, the voltage is always checked by the hybrid circuit electronic control unit 20. Then, when the SOC of the battery 12 is sufficiently increased, the value of the current supplied from the fuel cell 11 is 200 [A], and the SOC is supplied to the motor 14 via the inverter 13. When the value of the required current is large, the IGBT 15a is turned off. Further, when the value of the current supplied to the battery 12 is excessive, the IGBT 15a is turned on / off by a switching signal having a predetermined period to control the value of the current flowing through the IGBT 15a.
[0090]
Therefore, when the SOC of the battery 12 is sufficiently high, the battery 12 is not charged or a large current is not supplied to the battery 12, so that the battery 12 is not destroyed by being overcharged. . Moreover, an excessive load is not applied to the fuel cell 11 and the required current cannot be dealt with.
[0091]
Next, a specific description will be given of a control method in which the load on the fuel cell 11 is within a certain range in the fuel cell device of the present embodiment. In the present embodiment, the maximum output of the fuel cell 11 is adopted as a reference for making the load applied to the battery cell 11 fall within a certain range.
[0092]
First, the vehicle electronic control unit 21 detects the accelerator opening of the vehicle that the driver has stepped on, that is, the accelerator opening and the vehicle speed, and transmits them to the hybrid circuit electronic control unit 20. Then, the hybrid circuit electronic control unit 20 calculates an output to be generated by the motor 14, that is, a vehicle required output, based on the accelerator opening and the vehicle speed (step S1).
[0093]
Next, the hybrid circuit electronic control unit 20 examines whether or not the vehicle required output is smaller than the maximum output of the fuel cell 11 (step S2). And when it is small, control is complete | finished as it is.
[0094]
If not, the hybrid circuit electronic control unit 20 calculates the difference between the vehicle request output and the maximum output of the fuel cell 11 as the output value of the battery 12 (step S3). Subsequently, the IGBT 16a in the battery discharge control circuit 16 is turned on and off by a switching signal having a predetermined period, and the output value is output (step S4), and the control is terminated.
[0095]
As described above, in the present embodiment, when the vehicle required output exceeds the maximum output of the fuel cell 11, the difference between the vehicle required output and the maximum output of the fuel cell 11 is calculated, and only the difference is calculated from the battery 12. Control to output.
[0096]
Therefore, since only the output of the battery 12 is feedforward controlled, the response is quick and the fuel cell 11 can be quickly controlled so as to be within a stable operating range.
[0097]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The description of the same structure and the same operation as those in the first embodiment will be omitted.
[0098]
FIG. 6 is a flowchart showing a control method of the fuel cell device according to the second embodiment of the present invention.
[0099]
This embodiment is different from the first embodiment in that the fuel cell 11 is replaced with the maximum output of the fuel cell 11 as a reference for making the load applied to the fuel cell 11 within a certain range. This is only a point based on the lowest power generation possible voltage of the battery 11.
[0100]
First, the vehicle electronic control unit 21 measures the terminal voltage of the fuel cell 11, that is, the output voltage (step S 6), and whether the measured output voltage is greater than the lowest power generation possible voltage of the fuel cell 11. Whether or not is examined (step S7). If it is larger, then it is examined whether or not the output voltage is smaller than a value obtained by adding α to the lowest power generation possible voltage (step S8). And when it is small, control is complete | finished as it is.
[0101]
Here, in step S7, when the output voltage is not greater than the lowest power generation possible voltage, the vehicle electronic control unit 21 turns on and off the IGBT 16a in the battery discharge control circuit 16 by a switching signal of a predetermined period, The output from the battery 12 is increased (step S9), and then the process returns to step S7 to examine again whether or not the output voltage is larger than the lowest power generation possible voltage.
[0102]
In step S8, if the output voltage is not smaller than the value plus α with respect to the minimum power generation possible voltage, the vehicle electronic control unit 21 turns off the IGBT 16a in the battery discharge control circuit 16 and The output is stopped (step S10), and the control is terminated.
[0103]
In the present embodiment, the output voltage of the fuel cell 11 is measured, and the output from the battery 12 is controlled so that the measured output voltage does not fall below the lowest power generation possible voltage. It is also possible to control the output from the battery 12 so that the measured output current does not exceed the maximum power generation possible current. Also, the output power of the fuel cell 11 is measured and the measured output power exceeds the maximum output. The output from the battery 12 can also be controlled so that it does not occur.
[0104]
Thus, in the present embodiment, the output voltage, output current, or output power of the fuel cell 11 is measured, and the measured value is within a range where the fuel cell 11 operates stably. The output from the battery 12 is controlled.
[0105]
Therefore, since the output of the fuel cell 11 is fed back and controlled, it is possible to reliably respond to the required output.
[0106]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
[0107]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the fuel cell device, the load and the fuel cell are directly connected, and the power storage means circuit including the power storage means is connected in parallel with the fuel cell, and the power storage The means supplies the current to the load when the current supplied by the fuel cell is smaller than the current required by the load, and is charged by the regenerative power generated at the load and the current output by the fuel cell. The fuel cell outputs within a predetermined range.
[0108]
In this case, even if the required current requested by the load exceeds the maximum power generation possible current of the fuel cell, a shortage of current is supplied from the power storage means. Further, since the power storage means is appropriately charged by the regenerative current or the like, the power storage means does not rise.
[0109]
Furthermore, since the output of the fuel cell does not exceed a predetermined range, the fuel cell itself is not damaged, the performance of the fuel cell does not deteriorate, and the operation is always stable.
[0110]
In another fuel cell device, a fuel cell device comprising: a fuel cell; a load connected to an output terminal of the fuel cell; and a storage means circuit connected in parallel to the fuel cell with respect to the load. The power storage means circuit includes a power storage means, a booster circuit that boosts an output voltage of the power storage means and supplies a current to the load, and supplies a current output from the fuel cell to the power storage means. A charging circuit for charging the vehicle and a running state detecting means for detecting the running state of the vehicle, and the booster circuit and the charging circuit are selected according to the running state of the vehicle detected by the running state detecting means. And the booster circuit is operated so that the output of the fuel cell is within a predetermined range.
[0111]
In this case, since the SOC of the power storage means can be appropriately controlled with a simple circuit configuration, the regenerative current can be used as much as possible without wasting it, and the fuel cell fuel can be saved. be able to. Moreover, it is not necessary to increase the capacity of the power storage means more than necessary. Further, a current corresponding to the required current is appropriately supplied from the fuel cell and the power storage means. Furthermore, since the power storage means is appropriately charged by the regenerative current or the like, the power storage means does not rise. Furthermore, since the output of the fuel cell is within a predetermined range, the fuel cell itself is not damaged, the performance of the fuel cell is not deteriorated, and the operation is always stable.
[0112]
In still another fuel cell device, a fuel cell connected to a load, a storage means circuit connected in parallel to the fuel cell and the load, and a current from the storage means circuit is supplied to the fuel cell In the fuel cell device including the diode element arranged so as not to be connected, the power storage circuit includes a charging switching element and a boosting switching element connected in series, and a reactor with respect to the boosting switching element. Storage means connected in parallel via the vehicle, and a running state detecting means for detecting the running state of the vehicle, and according to the running state of the vehicle detected by the running state detecting means, the booster circuit and the The charging circuit is selectively operated, and the booster circuit is operated so that the output of the fuel cell is within a predetermined range.
[0113]
In this case, since the SOC of the power storage means can be appropriately controlled with a simple circuit configuration, the regenerative current can be used as much as possible without wasting it, and the fuel cell fuel can be saved. be able to. In addition, since the output voltage of the power storage means can be appropriately boosted, a current corresponding to the required current is appropriately supplied from the power storage means. Moreover, since the power storage means is appropriately charged by the regenerative current or the like, the power storage means does not rise. Furthermore, since the output of the fuel cell is within a predetermined range, the fuel cell itself is not damaged, the performance of the fuel cell is not deteriorated, and the operation is always stable.
[0114]
In still another fuel cell device, the load is a drive control device for a drive motor that drives the vehicle.
[0115]
In this case, although the circuit configuration is simple, the current corresponding to the required current is appropriately supplied from the fuel cell and the power storage means, so that the vehicle travel is not hindered.
[0116]
Further, in another fuel cell device, the fuel cell is configured such that the output voltage does not become lower than the minimum power generation possible voltage, the output current does not exceed the maximum power generation possible current, and the output power does not exceed the maximum output. Output.
[0117]
In this case, the electrolyte membrane and electrode of the fuel cell are not damaged.
[0118]
In still another fuel cell device, the power storage means outputs when the output required by the load is equal to or greater than the maximum output of the fuel cell.
[0119]
In this case, since the output of the power storage means is only feedforward controlled, the response is fast and can be controlled quickly.
[0120]
In still another fuel cell device, the power storage means may further be configured such that when the output voltage of the fuel cell becomes equal to or lower than a minimum power generation possible voltage, or the output current of the fuel cell becomes equal to or higher than a maximum power generation possible current. Or when the output power of the fuel cell exceeds the maximum output.
[0121]
In this case, since the output of the fuel cell is fed back and controlled, it is possible to reliably respond to the load request.
[0122]
According to the invention, in the control method of the fuel cell device, the fuel cell having both terminals connected to the load, the booster circuit, the charging circuit, and the power storage means, the power storage connected in parallel to the fuel cell. And controlling the current charged to the power storage means and the current supplied from the power storage means to the load so that the output of the fuel cell falls within a predetermined range. To do.
[0123]
In this case, even if the required current required by the load exceeds the maximum supply current value of the fuel cell, a shortage of current is supplied from the power storage means, which may hinder vehicle travel. Absent. Further, since the power storage means is also appropriately charged, the power storage means does not rise. Furthermore, since the output of the fuel cell is within a predetermined range, the fuel cell itself is not damaged, the performance of the fuel cell is not deteriorated, and the operation is always stable.
[0124]
In another control method of the fuel cell device, the output voltage of the fuel cell is not lower than the minimum power generation possible voltage, the output current of the fuel cell is not higher than the maximum power generation possible current, and the output of the fuel cell Control the power so that it does not exceed the maximum output.
[0125]
In this case, the electrolyte membrane and electrode of the fuel cell are not damaged.
[0126]
In still another fuel cell device control method, the power storage means controls the output so that the output required by the load is greater than or equal to the maximum output of the fuel cell.
[0127]
In this case, since the output of the power storage means is only feedforward controlled, the response is fast and can be controlled quickly.
[0128]
In still another fuel cell device control method, the power storage means may further include a storage unit configured to generate a maximum power generation current when the output voltage of the fuel cell is equal to or lower than a minimum power generation possible voltage. Control is performed so that the power is output when the fuel cell power reaches or exceeds the maximum output power.
[0129]
In this case, since the output of the fuel cell is fed back and controlled, it is possible to reliably respond to the load request.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a conventional fuel cell device.
FIG. 3 is a diagram showing an example in which a battery and an electric double layer capacitor are combined and used as a power storage unit in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the fuel cell in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a control method of the fuel cell device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a control method of a fuel cell device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Fuel cell
12 'power storage means
17 Reactor

Claims (9)

燃料電池と、
該燃料電池の出力端子に直接接続された負荷と、
該負荷に対して、前記燃料電池と並列に接続された蓄電手段回路とを備える燃料電池装置において、
前記蓄電手段回路は、
前記燃料電池よりも出力電圧が低い蓄電手段と、
該蓄電手段の出力電圧を昇圧して前記負荷に電流を供給する昇圧回路と、
前記燃料電池の出力する電流を前記蓄電手段に供給して該蓄電手段を充電する充電回路と、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段とを備え、
該走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態に応じて、前記昇圧回路と前記充電回路とを選択的に作動させ、前記燃料電池の供給する電流が前記負荷の要求する電流よりも小さい場合には、前記昇圧回路が前記蓄電手段の出力電圧を前記燃料電池よりも高くなるように昇圧し、前記蓄電手段から前記負荷に電流を供給するとともに、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるように前記昇圧回路を作動させる燃料電池装置であって、
前記燃料電池は、出力電圧が最低発電可能電圧以下とならず、出力電流が最大発電可能電流以上とならず、出力電力が最大出力以上とならないように出力することを特徴とする燃料電池装置。A fuel cell;
A load directly connected to the output terminal of the fuel cell;
In the fuel cell device comprising a storage means circuit connected in parallel to the fuel cell for the load,
The power storage means circuit includes:
Power storage means having an output voltage lower than that of the fuel cell ;
A booster circuit that boosts the output voltage of the power storage means and supplies current to the load;
A charging circuit for supplying the current output from the fuel cell to the power storage means to charge the power storage means;
Traveling state detection means for detecting the traveling state of the vehicle,
The booster circuit and the charging circuit are selectively operated according to the traveling state of the vehicle detected by the traveling state detecting means , and the current supplied by the fuel cell is smaller than the current required by the load. in this case, the booster circuit boosts the output voltage of the accumulator unit to be higher than the fuel cell, the rewritable supplying a current to the load from the storage means, the output of the fuel cell is predetermined A fuel cell device that operates the booster circuit to be within a range ,
The fuel cell device outputs an output voltage so that an output voltage is not lower than a minimum power generation possible voltage, an output current is not higher than a maximum power generation possible current, and an output power is not higher than a maximum output . 負荷に直接接続された燃料電池と、
該燃料電池と前記負荷に対して並列に接続された蓄電手段回路と、
該蓄電手段回路からの電流が前記燃料電池に供給されないように配設されたダイオード素子とを備える燃料電池装置において、
前記蓄電手段回路は、
互いに直列に接続された充電用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子と、
該昇圧用スイッチング素子に対して、リアクトルを介して並列に接続された前記燃料電池よりも出力電圧が低い蓄電手段と、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段とを備え、
該走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態に応じて、前記昇圧用スイッチング素子と前記充電用スイッチング素子とを選択的に作動させ、前記燃料電池の供給する電流が前記負荷の要求する電流よりも小さい場合には、前記昇圧回路が前記蓄電手段の出力電圧を前記燃料電池よりも高くなるように昇圧し、前記蓄電手段から前記負荷に電流を供給するとともに、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるように前記昇圧用スイッチング素子を作動させることを特徴とする燃料電池装置。A fuel cell connected directly to the load;
A storage means circuit connected in parallel to the fuel cell and the load;
In a fuel cell device comprising a diode element arranged so that current from the power storage means circuit is not supplied to the fuel cell,
The power storage means circuit includes:
A charging switching element and a boosting switching element connected in series with each other;
Power storage means having an output voltage lower than that of the fuel cell connected in parallel to the boosting switching element via a reactor;
Traveling state detection means for detecting the traveling state of the vehicle,
The boosting switching element and the charging switching element are selectively operated according to the traveling state of the vehicle detected by the traveling state detecting means , and the current supplied by the fuel cell requires the load. is smaller than the current, the booster circuit boosts the output voltage of the accumulator unit to be higher than the fuel cell, the rewritable supplying a current to the load from the storage means, the output of the fuel cell The fuel cell device is characterized in that the step-up switching element is operated so that is within a predetermined range. 前記負荷は、車両を駆動させる駆動モータの駆動制御装置である請求項１又は２に記載の燃料電池装置。It said load is a fuel cell device according to claim 1 or 2 which is a drive control device for a drive motor for driving the vehicle. 前記蓄電手段は、前記負荷の要求する出力が前記燃料電池の最大出力以上となるときに出力する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池装置。The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the power storage means outputs when an output requested by the load is equal to or greater than a maximum output of the fuel cell. 前記蓄電手段は、前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下となったときに、または、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上となったときに、または、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上となったときに出力する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池装置。The power storage means is configured such that when the output voltage of the fuel cell is equal to or lower than the minimum power generation possible voltage, or when the output current of the fuel cell is equal to or higher than the maximum power generation possible current, or the output of the fuel cell. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the fuel cell device outputs the electric power when the electric power exceeds a maximum output. 両端子が負荷に直接接続された燃料電池と、昇圧回路、充電回路、及び、前記燃料電池よりも出力電圧が低い蓄電手段を含む蓄電手段回路であって、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続された蓄電手段回路とを備える燃料電池装置の前記蓄電手段へ充電される電流及び前記蓄電手段から前記負荷へ供給される電流を制御し、前記燃料電池の供給する電流が前記負荷の要求する電流よりも小さい場合には、前記昇圧回路が前記蓄電手段の出力電圧を前記燃料電池よりも高くなるように昇圧し、前記蓄電手段から前記負荷に電流を供給するとともに、前記燃料電池の出力があらかじめ定められた範囲内となるようにすることを特徴とする燃料電池装置の制御方法。A fuel cell the terminals of which is connected directly to the load, step-up circuit, the charging circuit, and an output voltage is low storage means than the fuel cell a including storage means circuit, the fuel cell to the load And an electric current supplied from the electric storage means to the load is controlled by controlling the electric current charged to the electric storage means and the electric current supplied from the electric storage means to the load. The booster circuit boosts the output voltage of the power storage means to be higher than that of the fuel cell, supplies current from the power storage means to the load, and the fuel cell. A control method for a fuel cell device, characterized in that the output of the fuel cell device falls within a predetermined range. 前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下とならず、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上とならず、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上とならないように制御する請求項６に記載の燃料電池装置の制御方法。The control is performed so that the output voltage of the fuel cell is not lower than the minimum power generation possible voltage, the output current of the fuel cell is not higher than the maximum power generation possible current, and the output power of the fuel cell is not higher than the maximum output. 7. A control method for a fuel cell device according to 6 . 前記蓄電手段は、前記負荷の要求する出力が前記燃料電池の最大出力以上となるときに出力するように制御する請求項６又は７に記載の燃料電池装置の制御方法。The method of controlling a fuel cell device according to claim 6 or 7 , wherein the power storage means performs control so that the output requested by the load is greater than or equal to a maximum output of the fuel cell. 前記蓄電手段は、前記燃料電池の出力電圧が最低発電可能電圧以下となったときに、または、前記燃料電池の出力電流が最大発電可能電流以上となったときに、または、前記燃料電池の出力電力が最大出力以上となったときに出力するように制御する請求項６又は７に記載の燃料電池装置の制御方法。The power storage means is configured such that when the output voltage of the fuel cell is equal to or lower than the minimum power generation possible voltage, or when the output current of the fuel cell is equal to or higher than the maximum power generation possible current, or the output of the fuel cell. The method for controlling a fuel cell device according to claim 6 or 7 , wherein the control is performed so that the power is output when the electric power exceeds the maximum output.
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