JP3807263B2

JP3807263B2 - 燃料電池の発電量制御装置

Info

Publication number: JP3807263B2
Application number: JP2001223169A
Authority: JP
Inventors: 敬介鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: US20030022034A1; JP2003036871A; US7270902B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に燃料電池のガス制御系の過渡応答を考慮した燃料電池の発電量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池の出力要求増大時には、運転状態（ガスの状態）の応答遅れに伴い出力可能な量が要求量に満たないことがある。この状態でそのまま燃料電池から要求出力を取出そうとすると電圧が低下したり、燃料電池を劣化させてしまう可能性がある。これを防止するものとして、特開平１０−２８４１０２号公報（以下、第１従来技術）、特開平７−７５２１４号公報（以下、第２従来技術）がある。
【０００３】
第１従来技術は、出力の目標値を入力してそれに見合った過渡の電流上限値を設定する関数発生器を備え、取出し電流がその電流上限値を超えないように燃料電池の出力を制限する、というものである。
また、第２従来技術は、要求出力から、必要な空気の質量流量の目標値を設定し、空気の質量流量の実際値に基づき最終的な要求出力を決定する、というものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１従来技術は出力の目標値を入力してそれに見合った電流上限値を設定する関数発生器を備え、取出し電流がその電流上限値を超えないように燃料電池の出力を制限する構成であり、関数発生器で設定する電流上限値を早い応答で立ち上げてしまいそれに基づいて電流を取出せば、電流を取出し過ぎて燃料電池の電圧が急低下して結果的に出力を取出せなくなってしまう可能性があり、また逆に安全を考えて関数発生器で設定する電流上限値を非常に遅い応答で立ち上げてそれに基づいて電流を取出せば、電圧が急低下して出力が取出せなくなる心配はないが、結果的に出力の応答性が低くなってしまう、という問題点があった。
【０００５】
第２従来技術は実際の空気の質量流量から取出す出力を求める構成であり、何らかの原因で、質量流量が増加した場合には必要以上に大きな電力が取り出されてしまう。
また、何らかの原因で、質量流量計測値が実際値よりも大きくなってしまうと、発電可能量よりも発電要求量が大きくなり、電圧低下防止という当初の目的を果たせなくなる。
【０００６】
また第２従来技術は実際の空気の質量流量のみから取出す出力を求める構成であり、空気圧力や燃料（水素）圧力について考慮していない。ここで燃料電池の電圧はガス圧力（圧力に応じて決まる密度）に大きく依存するが、これらが十分な圧力を実現できていない場合でも空気の質量流量さえ流れていれば出力を取出してしまい、その結果、燃料電池の電圧が大きく低下して出力が取出せない状態に陥る可能性がある、という問題点があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明の目的は、燃料電池の過渡時に電流を取り出し過ぎて電圧が急低下することを防止するとともに、出力の応答性を確保した燃料電池の発電量制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、該目標発電量演算手段の出力に基づいて、燃料電池の運転パラメータのうち少なくとも燃料電池に供給するガスの圧力、流量の目標値を演算する目標運転点演算手段と、該目標運転点演算手段の出力に基づいて、燃料電池の運転点を制御する運転点制御手段と、燃料電池の運転状態を示す各運転パラメータの値を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段が検出した運転パラメータに基づいて、燃料電池から取出す出力上限値を演算する出力上限値演算手段と、該出力上限値演算手段が演算した出力上限値または前記目標発電量演算手段が演算した目標発電量のいずれか小さい方を燃料電池から取出す出力の指令値とする出力指令値演算手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池の発電量制御装置である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１項に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転状態検出手段は、ガスの圧力を含む運転状態を検出することを要旨とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１または請求項２に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記運転状態検出手段は、ガスの流量を含む運転状態を検出することを要旨とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転点演算手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、前記目標発電量に対する前記運転パラメータの目標値を求める所定の関係から少なくともガスの圧力、流量の一方の目標値を演算し、前記出力上限値演算手段は、前記運転状態検出手段の出力に基づいて、前記目標運転点演算手段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限値を演算することを要旨とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記出力上限値演算手段は、前記運転状態検出手段で検出した複数の運転パラメータからそれぞれ演算した複数の出力上限値の最小値を前記出力上限値とすることを要旨とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転点演算手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、前記目標発電量に対する前記運転パラメータの目標値を求める所定の関係から目標運転点の下限値を演算し、前記出力上限値演算手段は、前記目標運転点演算手段での目標運転点の下限値の値に基づいて、該目標運転点演算手段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限値を演算することを要旨とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記のガス圧力あるいはガス流量は、燃料電池で発電を行うための燃料ガス、酸化剤ガスの両者の状態であることを要旨とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置において、前記目標運転点演算手段と前記出力上限値演算手段では、共に運転点と発電量との関係を記録した共通のテーブルを参照することを要旨とする。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、目標発電量に基づいて燃料電池の運転パラメータのうち少なくとも燃料電池に供給するガスの圧力、流量の目標値を演算し、その目標値となるよう燃料電池の運転点を制御するとともに、その制御結果として燃料電池の運転状態を示す各運転パラメータの値を検出し、検出した運転パラメータの値に基づいて燃料電池から取出す出力上限値を演算し、この出力上限値と目標発電量の小さい方の値に基づいて燃料電池から取出す出力の指令値を演算する構成であるため、出力増加時などに過渡的に燃料電池の運転点が目標値に到達していない場合でも、そのときに到達している運転状態に応じた出力を取出すことにより、急激な電圧の低下や燃料電池の劣化を防止することができる。
【００１７】
また、何らかの原因で、運転状態に基づいて演算される出力の上限値が質量流量計測値が実際値よりも大きくなってしまっても、この場合には目標発電量に基づいて燃料電池から取出す出力の指令値を演算することになるため、指令値が必要以上に大きな電力が取り出されたり、発電可能量よりも出力指令値が大きくなったりする不具合を抑制できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、運転状態としてガスの圧力を検出する構成であるため、その時のガスの実圧力に応じて、最大限の出力を取出すことが出来る。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、運転状態としてガスの流量を検出する構成であるため、その時のガスの実流量に応じて、最大限の出力取出すことが出来る。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、目標発電量に基づいて、前記目標発電量に対する前記運転パラメータの目標値を求める所定の関係から少なくとも目標ガス圧力、流量の一方を算出し、その所定の関係と逆の関係を用い、燃料電池の運転状態に基づいて、燃料電池から取出す出力の上限値を演算する構成であるため、そのときの燃料電池の運転状態に対応した最適な出力を取出すことができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、検出した複数の運転パラメータからそれぞれ演算した複数の出力上限値の最小値を、最終的に燃料電池から取出す出力の上限値とする構成であるため、出力増加時などに過渡的に燃料電池の運転点が目標値に到達していない場合でも、そのときに到達している運転状態に応じて一番安全側の出力を取出すことにより、急激な電圧の低下や燃料電池の劣化を防止することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、目標運転点の下限値の値に基づいて、目標運転点演算で用いたのと逆の関係から出力上限値を演算する構成であるため、許容される運転点に幅があるにもかかわらず、出力上限値が制限され過ぎることにより出力が低下することを防止することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、ガス圧力あるいはガス流量は、燃料電池で発電を行うための燃料ガス、酸化剤ガスの両者の状態であるため、より精度の高い制御を行うことが出来る。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、前記目標運転点演算手段と前記出力上限値演算手段では、共に運転点と発電量との関係を記録した共通のテーブルを参照するため、制御装置のメモリの節約、及び制御定数設定の工数低減が図れる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る燃料電池の発電量制御装置の基本構成を示す図である。同図において、発電量制御装置１は、燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段である目標発電量演算部２と、目標発電量演算部２の出力に基づいてガスの圧力、流量等の目標運転点を演算する目標運転点演算手段である目標運転点演算部３と、目標運転点演算部３の出力に基づいて燃料電池の運転点を制御する運転点制御手段である運転点制御部４と、ガス圧力等の燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段である運転状態検出部５と、運転状態検出部５の出力に基づいて燃料電池から取出す出力の上限値を演算する出力上限値演算手段である出力上限値演算部６と、出力上限値演算部６の出力または目標発電量演算部２の出力のいずれか小さい方を燃料電池から取出す出力の指令値とする出力指令値演算手段である出力指令値演算部７と、を備えている。
【００２６】
目標発電量演算部２は、例えば本発明の燃料電池を電気自動車の主電源として適用する場合には、ドライバのアクセル操作量、車速等を検出し、これに基づき目標発電量を演算する。
【００２７】
図２は、本発明が適用される燃料電池システムの一実施形態の構成を示すシステム構成図である。
図２において、燃料電池システムは、燃料電池スタック２０１と、燃料電池スタック２０１に供給する空気及び燃料（水素）を加湿する加湿器２０２と、取り込んだ外気を加圧して加湿器２０２へ送るコンプレッサ２０３と、高圧水素源から加湿器２０２へ送る水素の流量（圧力）を制御する可変バルブ２０４と、燃料電池スタック２０１の空気排出側に設けられ、空気の圧力、流量を制御するスロットル２０５と、燃料電池スタック２０１の水素排出側に設けられ、水素を外部に排気するパージ弁２０６と、加湿器２０２へ純水を供給する純水ポンプ２０７と、燃料電池スタック２０１から排出された未使用の水素を上流へ還流するためのイジェクタ２０８と、燃料電池から出力を取出す駆動ユニット２０９と、燃料電池スタック２０１入口の空気圧力を検出する空気圧力センサ２１０と、燃料電池スタック２０１入口の水素圧力を検出する水素圧力センサ２１１と、燃料電池スタック２０１へ流入する空気流量を検出する空気流量センサ２１２と、燃料電池スタック２０１へ流入する水素流量を検出する水素流量センサ２１３と、各センサの信号を取り組み、内蔵された制御ソフトウェアに基づいて各アクチュエータを駆動するコントローラ２１４と、を備えている。
【００２８】
コンプレッサ２０３では空気が圧縮されて加湿器２０２へ送られ、加湿器２０２では純水ポンプ２０７で供給された純水で空気を加湿し、加湿された空気が燃料電池スタック２０１へ送り込まれる。高圧水素は可変バルブ２０４で流量（圧力）が制御されて加湿器２０２へ送られ、加湿器２０２では空気と同様に純水ポンプ２０７で供給された純水で水素を加湿し、加湿された水素がイジェクタ２０８を通って燃料電池スタック２０１へ送り込まれる。燃料電池スタック２０１では送り込まれた空気と水素反応させて発電を行い、電流（電力）は車両等の外部システムへ供給する。燃料電池スタック２０１で反応に使用した残りの空気は燃料電池外へ排出するため、スロットル２０５で圧力制御が行われた後、大気へ排出される。また、反応に使用した残りの水素は燃料電池スタック２０１から排出されるが、イジェクタ２０８によって加湿器２０２の上流へ還流されて発電に再利用する。
【００２９】
いま、燃料電池スタック２０１入口の空気圧力を検出する圧力センサ２１０と空気流量を検出する流量センサ２１２、水素圧力を検出する圧力センサ２１１と水素流量を検出する流量センサ２１３を備え、これらの検出値はコントローラ２１４へ読み込まれる。
【００３０】
コントローラ２１４では、読み込んだ各値が、その時の目標発電量から決まる所定の目標値になるようにコンプレッサ２０３、スロットル２０５、水素可変バルブ２０４を制御するとともに、目標値に対して実際に実現できている圧力、流量に応じて燃料電池２０１から駆動ユニット２０９へ取出す出力（電流値）を制限するように制御を行う。
【００３１】
図１に示した発電量制御装置１は、図２のコントローラ２１４の一機能として含まれている。また、図１の運転状態検出部５は、図２の空気圧力センサ２１０と、水素圧力センサ２１１と、空気流量センサ２１２と、水素流量センサ２１３とに対応する。さらに、図１の運転点制御部４は、コンプレッサ２０３と、可変バルブ２０４と、スロットル２０５と、パージ弁２０６とに対応する。
【００３２】
図３は、目標運転点演算部３が目標発電量に基づいて、それぞれ運転パラメータの目標値を演算する際に参照する（ａ）目標ガス圧力テーブル、（ｂ）目標空気流量テーブル、（ｃ）目標水素流量テーブルを図示したものである。ここで、燃料電池スタック２０１における電解質膜両面の圧力差を所定値以下とするために、目標水素圧力と目標空気圧力とは、互いに等しく、これを目標ガス圧力と呼ぶことにする。
【００３３】
図４は、出力上限値演算部６が、燃料電池の運転状態を示す各運転パラメータの検出値に基づいて、それぞれ燃料電池から取り出す出力の上限値（出力上限値）である発電量制限値を演算する際に参照する発電量制限値テーブルを図示したものであり、（ａ）ガス圧力検出値に基づく発電量制限値テーブル、（ｂ）空気流量検出値に基づく発電量制限値テーブル、（ｃ）水素流量検出値に基づく発電量制限値テーブルである。図３の各テーブルと、図４の各テーブルとは互いに逆の関係（逆テーブル）である。
【００３４】
図５は、目標発電量を増加した時の（ａ）ガス圧力、（ｂ）出力指令値、（ｃ）出力電圧のそれぞれの時間変化を示すタイムチャートである。いま、ドライバの加速動作等により、燃料電池の目標発電量が図５（ｂ）のように急激に立ち上がったとすると、その発電量を実現するためのガスの目標圧力も図３（ａ）の目標ガス圧力テーブルに基づいて同様に立ち上がる。
【００３５】
いま、水素圧力、空気圧力を目標ガス圧力に向けて制御を行うが、その応答は図５（ａ）のように遅れがあるため、目標ガス圧力値に到達するまでには時間が掛る。ここで、燃料電池から取出す出力の指令値を図５（ｂ）のように目標発電量と同じにすると、最初は指令値通りの出力を取出すことができるが、圧力が未達の状況で大きな出力を取出してしまうことになり、図５（ｃ）に示すように、燃料電池の出力電圧が急激に低下し、その結果、発電不能状態に陥ってしまう場合がある。
【００３６】
そこで、各時刻において、その時のガス圧力に応じて取出せる最大限の出力で出力指令値を制限することにより、出力電圧を大きく低下させることなく、燃料電池から出力を取出すことが考えられる。その様子を図６に示す。図５の場合と同様に目標発電量が立ち上がり、それに基づいて図３（ａ）の目標ガス圧力テーブルから求められた目標ガス圧力が立ち上がった場合である。この場合も実ガス圧力は図６（ａ）のように遅れを持って目標値に到達する。
【００３７】
この際、その時のガス圧力の状態で取出せる以上の出力を燃料電池から取出してしまうことを避けるために、空気、水素の実圧力を検出し、その実圧力で図３（ａ）の関係と逆の関係に有るテーブル（逆テーブル）である図４（ａ）でテーブル検索を行い、その検索結果である発電量制限値で出力指令値を制限する。
【００３８】
ここで、図３（ａ）では、ある目標発電量を発電するためのガス圧力には制御目標値とそれに対する変動の許容幅としての上下限値が設定されることがある。この場合は、図４（ａ）の逆テーブルでは、発電を行うために確保すべき最低限の圧力という意味で図３（ａ）での同一目標発電量に対する圧力下限値に対応するデータに基づきテーブルデータを作成し、そのデータに基づいて、空気、水素の実圧力に応じた出力制限値を算出するものとする。
【００３９】
これにより、図６に示すように、空気、水素の実圧力に基づいた出力指令値を時々刻々演算することにより、図５の場合のように出力電圧が急低下することなく、最大限の出力電力（出力電流）を取出すことが可能となる。
【００４０】
燃料電池の出力電圧は、空気、水素の圧力が十分に確保できているかが支配的なため、上記の圧力に基づく方法が有効であるが、流量を検出するセンサを備えている場合は、圧力だけでなく、圧力に加えて流量の検出値に基づいた出力の制限を行えばさらに精度を向上することができる。この場合で様子を、図７に示す。
【００４１】
図５、図６の場合と同様に、ドライバの加速動作等により、燃料電池の目標発電量が図７（ｄ）のように急激に立ち上がり、その発電量を実現するための目標ガス圧力は図３（ａ）のテーブルに基づいて同様に立ち上がり、目標空気流量は図３（ｂ）に基づいて、目標水素流量は図３（ｃ）に基づいてそれぞれ立ち上がる。いま、水素圧力、空気圧力、空気流量、水素流量を目標値に向けて制御を行うが、その応答は図７（ａ）〜（ｃ）のように遅れがあるため、それぞれが目標値に到達するまでには時間が掛る。
【００４２】
この際、その時のガス圧力、流量の状態で取出せる以上の出力を取出してしまうことを避けるために、空気、水素の実圧力を検出して、その実圧力で図３（ａ）の逆テーブルである図４（ａ）のテーブル検索を行い、また空気流量を検出してその実流量で図３（ｂ）の逆テーブルである図４（ｂ）のテーブル検索を行い、また水素流量を検出してその実流量で図３（ｂ）の逆テーブルである図４（ｃ）のテーブル検索を行い、それらの検索結果である発電量制限値の最小値で出力指令値を制限する。
【００４３】
ここで、図６の例の場合と同様に、図３の目標発電量を発電するためのガスの制御目標値には変動の許容幅としての上下限値が設定されることがあり、この場合は、図４の逆テーブルでは、発電を行うために確保すべき最低限の圧力、流量という意味で図３での同一目標発電量に対する目標値の下限値に対応するデータに基づきテーブルデータを作成し、そのデータに基づいて、空気、水素の実圧力、実流量に応じた出力制限値を算出するものとする。
【００４４】
これにより、図７に示すように、空気、水素の実圧力、実流量に基づいた出力指令値を時々刻々演算すことにより、図５の場合のように電圧が急低下することなく、最大限の出力を取出すことが可能となる。
【００４５】
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態を、図８、図９、図１０のフローチャートに示す。
図８がゼネラルフローチャートであり、図２のコントローラ２１４によって所定時間毎（例えば１０［ｍｓ］毎）に実行される。
【００４６】
ステップＳ８０１では、例えば本発明の燃料電池を電気自動車の主電源として適用する場合には、ドライバのアクセル操作量や車両速度等を検出し、これに基づいて燃料電池の目標発電量ＴＰを演算する。ステップＳ８０２では目標発電量ＴＰに基づいて、図３（ａ）〜（ｃ）のテーブルデータから目標ガス圧力ＴＰＲ、目標空気流量ＴＱＡＩＲ、目標水素流量ＴＱＨ２を演算し、ステップＳ８０３ではガスの圧力、流量制御を実行する。ステップＳ８０４では制御した結果のガスの状態であるガス圧力及び流量に基づいて発電量制限値ＰＬＭＴを演算し、ステップＳ８０５では目標発電量ＴＰと発電量制限値ＰＬＭＴから出力指令値ＴＰＭを演算し、ステップＳ８０６では、出力指令値ＴＰＭに基づいて燃料電池の出力を取出す制御を実行し、終了する。
【００４７】
図９は、図８のステップＳ８０４での発電量制限値ＰＬＭＴ演算手続きの内容を示す詳細フローチャートである。
ステップＳ９０１では、圧力制御した結果の空気の実圧力ＰＡＩＲを検出し、ステップＳ９０２では同様に圧力制御した結果の水素の実圧力ＰＨ２を検出する。ステップＳ９０３では、検出した空気の実圧力ＰＡＩＲと図４（ａ）のテーブルデータとから、実空気圧力に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＡＩＲを算出し、ステップＳ９０４では、検出した水素の実圧力ＰＨ２と図４（ａ）のテーブルデータとから、実水素圧力に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＨ２を算出する。ステップＳ９０５では、ＰＬＭＴＰＡＩＲとＰＬＭＴＰＨ２の小さい方の値を発電量制限値ＰＬＭＴに代入し、終了する。
【００４８】
図１０は、図８のステップＳ８０５での出力指令値ＴＰＭ演算手続きの内容を示す詳細フローチャートである。
ステップＳ１００１では、図８のステップＳ８０１で演算した目標発電量ＴＰを読み込み、ステップＳ１００２では、図８のステップＳ８０４で演算した発電量制限値ＰＬＭＴを読み込む。ステップＳ１００３では、ＴＰとＰＬＭＴの小さい方の値を出力指令値ＴＰＭに代入し、終了する。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態を、図８、図１０、図１１のフローチャートに示す。第２の実施形態では、空気圧力センサ２１０及び水素圧力センサ２１１の検出値に加えて、空気流量センサ２１２及び水素流量センサ２１３の検出値を発電量制御に使用する点が第１の実施形態とは異なる。
【００５０】
図８、図１０は第１の実施形態と同様なので、図１１についてのみ説明する。図１１は、図８のステップＳ８０４での発電量制限値ＰＬＭＴ演算手続きの内容を示す詳細フローチャートである。
【００５１】
ステップＳ１１０１では、圧力制御した結果の空気の実圧力ＰＡＩＲを検出し、ステップＳ１１０２では同様に圧力制御した結果の水素の実圧力ＰＨ２を検出する。ステップＳ１１０３では流量制御した結果の空気の実流量ＱＡＩＲを検出し、ステップＳ１１０４では流量制御した結果の水素の実流量ＱＨ２を検出する。ステップＳ１１０５では、検出した空気の実圧力ＰＡＩＲと図４（ａ）のテーブルデータとから実空気圧力に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＡＩＲを算出し、ステップＳ１１０６では、検出した水素の実圧力ＰＨ２と図４（ａ）のテーブルデータとから実水素圧力に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＰＨ２を算出する。
【００５２】
ステップＳ１１０７では、検出した空気の実流量ＱＡＩＲと図４（ｂ）のテーブルデータとから実空気流量に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＱＡＩＲを算出し、ステップＳ１１０８では、検出した水素の実流量ＱＨ２と図４（ｃ）のテーブルデータとから実水素流量に対応した発電量制限値ＰＬＭＴＱＨ２を算出する。ステップＳ１１０９では、ＰＬＭＴＰＡＩＲ、ＰＬＭＴＰＨ２、ＰＬＭＴＱＡＩＲ、ＰＬＭＴＱＨ２の中から最も小さい値を発電量制限値ＰＬＭＴに代入し、終了する。
【００５３】
本実施形態では、空気流量と水素流量の両方を検出できることとしたが、これは一方の流量のみしか検出できない場合は、流量を検出できる方に基づく発電量制限値のみを反映させる形でもよい。また、水素が循環系で圧力と流量を陽に制御できないような構成の場合は、イジェクタの設計等により、電圧が低下しないような十分な流量が流れるようにハードウェアを設計し、その上で、水素側は圧力による発電量制限のみを行うようにすればよい。
【００５４】
また、これらの実施形態では、目標発電量はステップ的に変化しうるものとし、実圧力、実流量による出力の制限のみを行う構成であったが、これは、そもそもの目標発電量に変化率リミッタ等を設定し、目標ガス圧力、目標ガス流量がそれほど急変しないような構成にした上で、実圧力、実流量による出力制限をさらに施す、という構成でもよい。
【００５５】
また、これらの実施形態では、目標運転点を求めるテーブル図３（ａ）〜（ｃ）と、発電制限量を求めるテーブル図４（ａ）〜（ｃ）を個別に設けたが、変形例として、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、発電量←→ガス圧力、発電量←→空気流量、発電量←→水素流量、それぞれの相互関係を記録したテーブルを用意しておき、目標運転点を求める際にも、発電量制限量を求める際にも同じテーブルを参照するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の発電量制御装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明が適用される燃料電池スステムの構成例を示す全体構成図である。
【図３】目標発電量に対する（ａ）目標ガス圧力、（ｂ）目標空気流量、（ｃ）目標水素流量の関係をそれぞれ示す図である。
【図４】（ａ）ガス圧力検出値、（ｂ）空気流量検出値、（ｃ）水素流量検出値のそれぞれに対する発電量制限値の関係を示す図である。
【図５】従来の燃料電池の発電量制御方法による過渡発電の様子を示す図である。
【図６】本発明によるガス圧力のみに基づいた方法を適用した場合の過渡発電の様子を示す図である。
【図７】本発明によるガス圧力、ガス流量に基づいた方法を適用した場合の過渡発電の様子を示す図である。
【図８】第１、第２の実施形態に共通の全体動作を説明するゼネラルフローチャートである。
【図９】第１の実施形態の発電量制限値演算の手続きを示す詳細フローチャートである。
【図１０】第１、第２の実施形態に共通の出力指令値演算の手続きを示す詳細フローチャートである。
【図１１】第２の実施形態の発電量制限値演算の手続きを示す詳細フローチャートである。
【図１２】変形例における発電量に対するガス圧力、ガス流量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１発電量制御装置
２目標発電量演算部
３目標運転点演算部
４運転点制御部
５運転状態検出部
６出力上限値演算部
７出力指令値演算部

Claims

燃料電池の目標発電量を演算する目標発電量演算手段と、
該目標発電量演算手段の出力に基づいて、燃料電池の運転パラメータのうち少なくとも燃料電池に供給するガスの圧力、流量の目標値を演算する目標運転点演算手段と、
該目標運転点演算手段の出力に基づいて、燃料電池の運転点を制御する運転点制御手段と、
燃料電池の運転状態を示す各運転パラメータの値を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段が検出した運転パラメータに基づいて、燃料電池から取出す出力上限値を演算する出力上限値演算手段と、
該出力上限値演算手段が演算した出力上限値または前記目標発電量演算手段が演算した目標発電量のいずれか小さい方を燃料電池から取出す出力の指令値とする出力指令値演算手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池の発電量制御装置。
前記運転状態検出手段は、ガスの圧力を含む運転状態を検出することを特徴とする請求項１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。
前記運転状態検出手段は、ガスの流量を含む運転状態を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の発電量制御装置。
前記目標運転点演算手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、前記目標発電量に対する前記運転パラメータの目標値を求める所定の関係から少なくともガスの圧力、流量の一方の目標値を演算し、
前記出力上限値演算手段は、前記運転状態検出手段の出力に基づいて、前記目標運転点演算手段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限値を演算することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。
前記出力上限値演算手段は、前記運転状態検出手段で検出した複数の運転パラメータからそれぞれ演算した複数の出力上限値の最小値を前記出力上限値とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。
前記目標運転点演算手段は、前記目標発電量演算手段の出力に基づいて、前記目標発電量に対する前記運転パラメータの目標値を求める所定の関係から目標運転点の下限値を演算し、
前記出力上限値演算手段は、前記目標運転点演算手段での目標運転点の下限値の値に基づいて、該目標運転点演算手段で用いた前記所定の関係と逆の関係から出力上限値を演算することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。
前記のガス圧力あるいはガス流量は、燃料電池で発電を行うための燃料ガス、酸化剤ガスの両者の状態であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。
前記目標運転点演算手段と前記出力上限値演算手段では、共に運転点と発電量との関係を記録した共通のテーブルを参照することを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池の発電量制御装置。