JP4747495B2

JP4747495B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4747495B2
Application number: JP2004064385A
Authority: JP
Inventors: 雄一小池
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: JP2005251693A

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給により発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by supplying fuel gas and oxidant gas.

燃料電池システムは、燃料電池に燃料となる水素及び酸化剤となる空気を供給することで、燃料電池で電気化学反応を生じさせて発電電力を得る発電システムである。このような燃料電池システムは、クリーンな排気や高エネルギ効率を実現できることから、例えば車両用電源等の用途に大きな期待が寄せられている。 A fuel cell system is a power generation system in which hydrogen as a fuel and air as an oxidant are supplied to a fuel cell to cause an electrochemical reaction in the fuel cell to obtain generated power. Since such a fuel cell system can realize clean exhaust and high energy efficiency, there are great expectations for applications such as power sources for vehicles.

以上のような燃料電池システムでは、燃料電池の耐久性を確保しながら効率の良い発電を安定的に行えるようにするために、燃料電池の発電時にはこれを冷却して適正な運転温度（８０℃程度）に維持する必要がある。そのため、一般的には、燃料電池を冷却するための手段を設けるようにしており、具体的には、例えば冷却液ポンプ等を用いて燃料電池に冷却液を供給することで、燃料電池の温度調整を行う例が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３１５５１２号公報 In the fuel cell system as described above, in order to stably perform efficient power generation while ensuring the durability of the fuel cell, the fuel cell system is cooled to generate an appropriate operating temperature (80 ° C.). Degree). Therefore, in general, means for cooling the fuel cell is provided. Specifically, for example, by supplying a coolant to the fuel cell using a coolant pump or the like, the temperature of the fuel cell is increased. An example of performing the adjustment is known (for example, see Patent Document 1).
JP 2000-315512 A

ところで、冷却液の供給によって燃料電池を冷却する燃料電池システムでは、冷却液の供給流量に応じて燃料電池の冷却状態が調整されることになるので、通常は、燃料電池に要求される目標発電量から発電時の発熱量を求め、燃料電池を適正温度に維持し得る最適な流量の冷却液が燃料電池に供給されるように、冷却液ポンプの動作を制御するようにしている。 By the way, in the fuel cell system that cools the fuel cell by supplying the coolant, the cooling state of the fuel cell is adjusted according to the coolant supply flow rate. The amount of heat generated during power generation is determined from the amount, and the operation of the coolant pump is controlled so that an optimal flow rate of coolant that can maintain the fuel cell at an appropriate temperature is supplied to the fuel cell.

しかしながら、大気圧の変化等、様々な要因により冷却液ポンプの能力が変化した場合には、通常の動作制御では最適な流量の冷却液を燃料電池に供給できずに、燃料電池の冷却状態を良好な状態に保てないことも想定される。すなわち、大気圧の低下に伴って冷却液ポンプの入口圧力が低下すると、冷却液ポンプのモータ回転数に対する冷却液吐出量が減少するため、冷却液ポンプの動作制御を通常の大気圧の場合と同等におこなったのでは最適な流量の冷却液を供給できず、燃料電池の冷却状態の悪化となって現れることになる。 However, if the capacity of the coolant pump changes due to various factors, such as changes in atmospheric pressure, normal operation control cannot supply the optimal flow rate of coolant to the fuel cell, and the cooling state of the fuel cell It is also assumed that it cannot be kept in a good state. In other words, if the inlet pressure of the coolant pump decreases as the atmospheric pressure decreases, the coolant discharge amount with respect to the motor speed of the coolant pump decreases. If the process is performed equally, the coolant with the optimum flow rate cannot be supplied, and the cooling state of the fuel cell deteriorates.

したがって、大気圧低下時等、冷却液ポンプの能力が低下することが想定される場合には、それに応じて冷却液ポンプのモータ回転数を増加させ、冷却液ポンプの仕事量増加により最適な冷却液供給流量を確保できるように冷却液ポンプを動作制御することが望まれるが、このように冷却液ポンプの仕事量を増加させた場合には、その分、燃料電池の発電応答時間が長くなってしまうことになる。 Therefore, when it is assumed that the capacity of the coolant pump will decrease, such as when the atmospheric pressure drops, the motor speed of the coolant pump is increased accordingly, and the optimum cooling is achieved by increasing the work volume of the coolant pump. It is desirable to control the operation of the coolant pump so that the liquid supply flow rate can be secured. However, when the work amount of the coolant pump is increased in this way, the power generation response time of the fuel cell becomes longer accordingly. It will end up.

その一方で、例えば燃料電池車両における車両駆動用モータ等、燃料電池システムからの電力供給を受ける側の機器に関しては、燃料電池の発電応答時間を考慮した上でこれらの機器が最適な状態で動作するように制御されるが、通常は、上述したような燃料電池の冷却状態悪化を回避するための制御については考慮されず、燃料電池の冷却状態が良好に保たれていることを前提として、そのときの燃料電池の発電応答時間を基準とした制御が行われる。したがって、上述したように燃料電池の冷却状態悪化を回避するための制御を行うことで燃料電池の発電応答時間に大きな変動が生じた場合には、これらの機器の制御が高精度に行えなくなるといった問題が生じることになる。 On the other hand, for devices on the side receiving power supply from the fuel cell system, such as a vehicle drive motor in a fuel cell vehicle, these devices operate in an optimal state in consideration of the power generation response time of the fuel cell. However, in general, control for avoiding deterioration of the cooling state of the fuel cell as described above is not considered, and it is assumed that the cooling state of the fuel cell is maintained well. Control based on the power generation response time of the fuel cell at that time is performed. Therefore, when a large fluctuation occurs in the power generation response time of the fuel cell by performing the control for avoiding the deterioration of the cooling state of the fuel cell as described above, the control of these devices cannot be performed with high accuracy. Problems will arise.

本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、燃料電池の冷却状態についても考慮した上で燃料電池の発電応答時間を適切に推定し、これに基づいて各種機器の制御を高精度に行えるようにした燃料電池システムを提供することを目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-described conventional situation, and the power generation response time of the fuel cell is appropriately estimated in consideration of the cooling state of the fuel cell, and various devices are based on this. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can perform the above control with high accuracy.

本発明に係る燃料電池システムでは、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給により発電する燃料電池と、燃料電池の電力で作動して燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給装置と、燃料電池に供給される冷却液供給量が十分か否かを判定することによって、燃料電池の冷却状態を推定する冷却状態推定手段とを備え、冷却液供給装置は、冷却状態推定手段によって燃料電池に供給される冷却液供給量が不十分であると判定されて燃料電池の冷却状態が不十分であると推定されたときに、燃料電池に供給される冷却液供給量を増加させ、冷却状態推定手段によって燃料電池の冷却状態が不十分であると推定されたときに、燃料電池の実発電量が目標発電電力に到達するまでの発電応答時間を、燃料電池の冷却状態が十分であるときの発電応答時間に対して長くなるよう推定する燃料電池発電応答時間推定手段を備えることを特徴とする。 In the fuel cell system according to the present invention, a fuel cell that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas, a coolant supply device that operates with the power of the fuel cell and supplies the coolant to the fuel cell, and a fuel cell supply by amount coolant supply to determine adequate or not to be, a cooling state estimation means for estimating the cooling state of the fuel cell, the coolant supply device is supplied to the fuel cell by the cooling state estimating means When it is determined that the coolant supply amount is insufficient and the cooling state of the fuel cell is estimated to be insufficient, the coolant supply amount supplied to the fuel cell is increased and the fuel is supplied by the cooling state estimation means. When it is estimated that the cooling state of the battery is insufficient, the power generation response time until the actual power generation amount of the fuel cell reaches the target generated power is the power generation response time when the fuel cell is sufficiently cooled. Vs. Characterized in that it comprises a long so as the fuel cell power generation response time estimation means to estimate Te.

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の冷却状態の推定結果を用いて燃料電池の発電応答時間を推定するようにしているので、燃料電池の冷却状態悪化を回避するための制御を行った場合でも、そのときの燃料電池の発電応答時間を正確に推定することができる。したがって、この燃料電池システムで推定された燃料電池の発電応答時間に基づいて、例えば車両駆動用モータ等の各種機器の動作制御を行うようにすれば、これら機器の動作制御を高精度に行うことが可能になる。 According to the fuel cell system of the present invention, since the power generation response time of the fuel cell is estimated using the estimation result of the cooling state of the fuel cell, control for avoiding deterioration of the cooling state of the fuel cell is performed. Even when it is performed, the power generation response time of the fuel cell at that time can be accurately estimated. Therefore, if operation control of various devices such as a vehicle drive motor is performed based on the power generation response time of the fuel cell estimated by the fuel cell system, operation control of these devices can be performed with high accuracy. Is possible.

以下、本発明を適用した燃料電池システムの具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments of a fuel cell system to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した燃料電池システムの一例を示すシステム構成図である。この燃料電池システムは、燃料電池１と、この燃料電池１に燃料ガスである水素を供給する燃料供給系、燃料電池１に酸化剤ガスである空気を供給する空気供給系、燃料電池１に供給される水素及び空気を加湿する加湿系、燃料電池１に温度調整のための冷却液を供給する冷却液供給系とを備え、燃料電池１の発電によって得られた電力を、燃料電池車両の駆動ユニット２に供給する構成となっている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of a fuel cell system to which the present invention is applied. The fuel cell system includes a fuel cell 1, a fuel supply system for supplying hydrogen as a fuel gas to the fuel cell 1, an air supply system for supplying air as an oxidant gas to the fuel cell 1, and a fuel cell 1 A humidifying system for humidifying the generated hydrogen and air, and a cooling liquid supply system for supplying a cooling liquid for adjusting the temperature to the fuel cell 1, and the electric power obtained by the power generation of the fuel cell 1 is used to drive the fuel cell vehicle. The unit 2 is configured to be supplied.

燃料電池１は、燃料ガスである水素が供給される燃料極と酸化剤ガスである空気が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。各発電セルの燃料極では、水素が供給されることで水素イオンと電子とが解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させて、空気極側にそれぞれ移動する。また、空気極では、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。 In the fuel cell 1, a power generation cell in which a fuel electrode supplied with hydrogen as a fuel gas and an air electrode supplied with air as an oxidant gas are stacked with an electrolyte / electrode catalyst composite interposed therebetween are stacked in multiple stages. It has a structure and converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction. At the fuel electrode of each power generation cell, hydrogen ions and electrons are dissociated when hydrogen is supplied, hydrogen ions pass through the electrolyte, electrons generate power through an external circuit, and move to the air electrode side. To do. In the air electrode, oxygen in the supplied air reacts with the hydrogen ions and electrons to generate water, which is discharged to the outside.

燃料電池１の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。 As the electrolyte of the fuel cell 1, for example, a solid polymer electrolyte is used in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte is made of an ion (proton) conductive polymer film such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.

燃料電池１には、各発電セル、或いは発電セル群の電圧を検出するセル電圧検出装置３が接続されており、このセル電圧検出装置３の出力は、システムコントローラ１００に取り込まれるようになっている。システムコントローラ１００は、内蔵された制御ソフトウエアに基づいて、本発明を適用した燃料電池システム全体の動作を制御するものである。 The fuel cell 1 is connected to a cell voltage detection device 3 that detects the voltage of each power generation cell or power generation cell group, and the output of the cell voltage detection device 3 is taken into the system controller 100. Yes. The system controller 100 controls the operation of the entire fuel cell system to which the present invention is applied, based on built-in control software.

燃料供給系は、高圧水素タンク４、可変バルブ５、エゼクタ６、水素供給配管７、水素循環配管８からなる。そして、水素供給源である高圧水素タンク４から供給される水素ガスは、可変バルブ５及びエゼクタ６を通って水素供給配管７へと送り込まれ、加湿器１８において加湿された後、燃料電池１の燃料極に供給される。 The fuel supply system includes a high-pressure hydrogen tank 4, a variable valve 5, an ejector 6, a hydrogen supply pipe 7, and a hydrogen circulation pipe 8. Then, the hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 4 that is a hydrogen supply source is sent to the hydrogen supply pipe 7 through the variable valve 5 and the ejector 6, and is humidified in the humidifier 18. Supplied to the fuel electrode.

燃料電池１では供給された水素ガスは全て消費されるわけではなく、残った水素ガスは燃料電池１から排出された後、水素循環配管８を通ってエゼクタ６により循環され、新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池１の燃料極に供給される。なお、燃料電池１の出口側には、パージ弁９及びパージ配管１０が設けられている。水素循環配管８内には水素を循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池１の効率が低下する場合もある。そこで、燃料電池１の出口側にパージ弁９やパージ配管１０を設けることで、水素循環配管８内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。 In the fuel cell 1, not all of the supplied hydrogen gas is consumed. After the remaining hydrogen gas is discharged from the fuel cell 1, it is circulated by the ejector 6 through the hydrogen circulation pipe 8 and newly supplied. It is mixed with hydrogen gas and supplied again to the fuel electrode of the fuel cell 1. A purge valve 9 and a purge pipe 10 are provided on the outlet side of the fuel cell 1. Impurities, nitrogen, and the like are accumulated by circulating hydrogen in the hydrogen circulation pipe 8, which may reduce the hydrogen partial pressure and reduce the efficiency of the fuel cell 1. Therefore, by providing a purge valve 9 and a purge pipe 10 on the outlet side of the fuel cell 1, impurities, nitrogen, and the like can be removed from the hydrogen circulation pipe 8.

また、燃料供給系においては、水素供給配管７の中途部に水素圧力センサ１１及び水素流量センサ１２が設けられており、燃料電池１の燃料極に供給される水素の圧力や流量がこれらのセンサにより検出できるようになっている。 Further, in the fuel supply system, a hydrogen pressure sensor 11 and a hydrogen flow sensor 12 are provided in the middle of the hydrogen supply pipe 7, and the pressure and flow rate of hydrogen supplied to the fuel electrode of the fuel cell 1 are determined by these sensors. Can be detected.

空気供給系は、外気を吸入し圧縮して燃料電池１の空気極へと送り込むコンプレッサ１３、空気供給配管１４、及びスロットル１５によって構成されている。コンプレッサ１３によって供給される酸化剤としての空気は、水素ガスと同様、加湿器１８を通って加湿された後、空気供給配管１４より燃料電池１の空気極に供給される。燃料電池１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池１からスロットル１５を介して排出される。 The air supply system is configured by a compressor 13, an air supply pipe 14, and a throttle 15 that suck in outside air, compress it, and send it to the air electrode of the fuel cell 1. The air as the oxidant supplied by the compressor 13 is humidified through the humidifier 18 in the same manner as the hydrogen gas, and then supplied from the air supply pipe 14 to the air electrode of the fuel cell 1. Oxygen that has not been consumed in the fuel cell 1 and other components in the air are discharged from the fuel cell 1 through the throttle 15.

この空気供給系においても、空気供給配管１４の中途部に空気圧力センサ１６及び空気流量センサ１７が設けられており、燃料電池１に供給される空気の圧力や流量がこれらのセンサによって検出できるようになっている。 Also in this air supply system, an air pressure sensor 16 and an air flow rate sensor 17 are provided in the middle of the air supply pipe 14 so that the pressure and flow rate of air supplied to the fuel cell 1 can be detected by these sensors. It has become.

加湿系は、加湿器１８、純水循環経路１９、純水ポンプ２０、純水ラジエータ２１、三方弁２２、バイパス経路２３によって構成される。そして、純水ポンプ２０の駆動により純水循環経路１９を純水が流れ、加湿器１８に供給された純水が、この加湿器１８によって燃料供給系の水素ガス及び空気供給系の空気に水分として供給されることで、これら水素ガス及び空気が加湿されるようになっている。また、加湿器１８から排出された純水は、純水ラジエータ２１を通過する過程でラジエータファン２４による送風により冷却されることになるが、三方弁２２の開度調整によって、純水ラジエータ２１を通過する純水とこの純水ラジエータ２１を迂回してバイパス経路２３を流れる純水との流量を制御することで、加湿用の純水の温度調整が行われる。このような純水の温度調整や、純水ポンプ２０の駆動による純水流量の制御は、システムコントローラ１００の制御のもとで行われ、これにより、水素ガスや空気の加湿量が調整される。 The humidification system includes a humidifier 18, a pure water circulation path 19, a pure water pump 20, a pure water radiator 21, a three-way valve 22, and a bypass path 23. Then, pure water flows through the pure water circulation path 19 by driving the pure water pump 20, and the pure water supplied to the humidifier 18 gives moisture to the hydrogen gas of the fuel supply system and the air of the air supply system by the humidifier 18. The hydrogen gas and air are humidified by being supplied as. In addition, the pure water discharged from the humidifier 18 is cooled by air blown by the radiator fan 24 in the process of passing through the pure water radiator 21, but the pure water radiator 21 is controlled by adjusting the opening of the three-way valve 22. The temperature of the pure water for humidification is adjusted by controlling the flow rate of the pure water that passes through and the pure water that bypasses the pure water radiator 21 and flows through the bypass path 23. The temperature control of the pure water and the control of the pure water flow rate by driving the pure water pump 20 are performed under the control of the system controller 100, thereby adjusting the humidification amount of hydrogen gas or air. .

冷却液供給系は、冷却液循環経路２５、冷却液ポンプ２６、冷却液ラジエータ２７、三方弁２８、バイパス経路２９によって構成される。そして、冷却液ポンプ２６の駆動により冷却液循環経路２５を冷却液が流れ、この冷却液が燃料電池１に供給されて燃料電池１との間で熱交換が行われるようになっている。また、燃料電池１から排出された冷却液は、冷却液ラジエータ２７を通過する過程でラジエータファン３０による送風により冷却されることになるが、三方弁２８の開度調整によって、冷却液ラジエータ２７を通過する冷却液とこの冷却液ラジエータ２７を迂回してバイパス経路２９を流れる冷却液との流量を制御することで、冷却液の温度調整が行われる。このような冷却液の温度調整や、冷却液ポンプ２６の駆動による冷却液流量の制御は、システムコントローラ１００の制御のもとで行われ、これにより、燃料電池１の温度が調整される。 The coolant supply system includes a coolant circulation path 25, a coolant pump 26, a coolant radiator 27, a three-way valve 28, and a bypass path 29. Then, the coolant flows through the coolant circulation path 25 by driving the coolant pump 26, and the coolant is supplied to the fuel cell 1 to exchange heat with the fuel cell 1. The coolant discharged from the fuel cell 1 is cooled by air blown by the radiator fan 30 in the process of passing through the coolant radiator 27, but the coolant radiator 27 is controlled by adjusting the opening of the three-way valve 28. The temperature of the coolant is adjusted by controlling the flow rate of the coolant that passes through and the coolant that bypasses the coolant radiator 27 and flows through the bypass passage 29. Such temperature adjustment of the coolant and control of the coolant flow rate by driving the coolant pump 26 are performed under the control of the system controller 100, thereby adjusting the temperature of the fuel cell 1.

また、この冷却液供給系では、冷却液循環経路２７の燃料電池１入口側と出口側とにそれぞれ温度センサ３１，３２が設けられており、これら温度センサ３１，３２の検出値がシステムコントローラ１００に入力されるようになっている。そして、システムコントローラ１００は、これら温度センサ３１，３２の検出値に基づいて、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度を判定できるようになっている。 In this coolant supply system, temperature sensors 31 and 32 are provided on the inlet side and the outlet side of the fuel cell 1 in the coolant circulation path 27, respectively, and the detected values of these temperature sensors 31 and 32 are the system controller 100. To be input. The system controller 100 can determine the coolant temperature on the inlet side and the outlet side of the fuel cell 1 based on the detection values of the temperature sensors 31 and 32.

また、本実施形態の燃料電池システムでは、システム内の任意の箇所に、大気圧を検出するための大気圧センサ３３が設けられており、この大気圧センサ３３の検出値がシステムコントローラ１００に入力されるようになっている。そして、システムコントローラ１００は、この大気圧センサ３３の検出値に基づいて、大気圧の状態を判定できるようになっている。 Further, in the fuel cell system of the present embodiment, an atmospheric pressure sensor 33 for detecting atmospheric pressure is provided at an arbitrary location in the system, and a detection value of the atmospheric pressure sensor 33 is input to the system controller 100. It has come to be. The system controller 100 can determine the atmospheric pressure state based on the detection value of the atmospheric pressure sensor 33.

以上のように構成される燃料電池システムにおいては、水素圧力センサ１１や水素流量センサ１２、空気圧力センサ１６や空気流量センサ１７、セル電圧検出装置３の検出値が、それぞれシステムコントローラ１００によって常時モニタリングされる。そして、システムコントローラ１００は、これらの検出値が、そのとき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１３やスロットル１５、可変バルブ５等を制御する。同時に、目標値に対して実際に実現されている圧力、流量に応じて、駆動ユニット２による燃料電池１からの電力取り出しを制御する。 In the fuel cell system configured as described above, the detected values of the hydrogen pressure sensor 11, the hydrogen flow sensor 12, the air pressure sensor 16, the air flow sensor 17, and the cell voltage detection device 3 are constantly monitored by the system controller 100, respectively. Is done. The system controller 100 controls the compressor 13, the throttle 15, the variable valve 5, and the like so that these detected values become predetermined target values determined from the target power generation amount at that time. At the same time, the power extraction from the fuel cell 1 by the drive unit 2 is controlled according to the pressure and flow rate actually realized with respect to the target value.

また、特に、本実施形態の燃料電池システムにおいては、システムコントローラ１００が、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度や大気圧の状態等から燃料電池１の冷却状態を推定し、その推定結果を用いて、燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしている。そして、推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の電力取り出し制御を行うようにしている。 In particular, in the fuel cell system of the present embodiment, the system controller 100 estimates the cooling state of the fuel cell 1 from the coolant temperature and the atmospheric pressure state on the inlet side and outlet side of the fuel cell 1, and the like. The power generation response time of the fuel cell 1 is estimated using the estimation result. Then, power extraction control of the drive unit 2 is performed according to the estimated power generation response time of the fuel cell 1.

以下、本実施形態の燃料電池システムにおけるシステムコントローラ１００による制御の詳細について、本実施形態に特徴的な燃料電池１の発電応答時間を推定する処理を中心に具体的な例を挙げながら説明する。 Hereinafter, details of the control by the system controller 100 in the fuel cell system of the present embodiment will be described with a specific example centered on the process of estimating the power generation response time of the fuel cell 1 characteristic of the present embodiment.

図２は、システムコントローラ１００における発電応答時間推定に関する機能を概略的に示す機能ブロック図である。この図２に示すように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が、冷却液供給流量基本値算出手段１０１、燃料電池冷却状態推定手段１０２、冷却液供給流量補正値算出手段１０３、モータ回転数制御手段１０４、燃料電池発電応答時間推定手段１０５としての機能を有する。 FIG. 2 is a functional block diagram schematically showing functions related to power generation response time estimation in the system controller 100. As shown in FIG. 2, in the fuel cell system of this embodiment, the system controller 100 includes a coolant supply flow rate basic value calculation unit 101, a fuel cell cooling state estimation unit 102, a coolant supply flow rate correction value calculation unit 103, It functions as a motor rotation speed control means 104 and a fuel cell power generation response time estimation means 105.

冷却液供給流量基本値算出手段１０１は、燃料電池１に要求される目標発電量に基づいて、冷却液ポンプ２６に要求される冷却液供給流量の基本値を算出する。 The coolant supply flow rate basic value calculation means 101 calculates the basic value of the coolant supply flow rate required for the coolant pump 26 based on the target power generation amount required for the fuel cell 1.

燃料電池冷却状態推定手段１０２は、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度や大気圧の状態等から燃料電池１の冷却状態を推定する。具体的には、燃料電池冷却状態推定手段１０２は、大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定し、それに応じた冷却液ポンプ２６の冷却液吐出流量を推定する。また、温度センサ３１，３２の検出値に基づいて、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度を判定し、これらの温度差と冷却液吐出流量とに基づき、燃料電池１に供給された冷却液への燃料電池１からの放熱量を推定する。そして、燃料電池１で目標発電量を発電させたときの発熱量と前記放熱量との関係から、燃料電池１の冷却状態を推定する。 The fuel cell cooling state estimation means 102 estimates the cooling state of the fuel cell 1 from the coolant temperature on the inlet side and the outlet side of the fuel cell 1 and the state of atmospheric pressure. Specifically, the fuel cell cooling state estimation means 102 determines the atmospheric pressure state based on the detection value of the atmospheric pressure sensor 33, and estimates the coolant discharge flow rate of the coolant pump 26 accordingly. Further, the coolant temperature on the inlet side and the outlet side of the fuel cell 1 is determined based on the detection values of the temperature sensors 31 and 32, and is supplied to the fuel cell 1 based on the temperature difference and the coolant discharge flow rate. The amount of heat released from the fuel cell 1 to the coolant is estimated. Then, the cooling state of the fuel cell 1 is estimated from the relationship between the heat generation amount when the fuel cell 1 generates the target power generation amount and the heat dissipation amount.

冷却液供給流量補正値算出手段１０３は、燃料電池冷却状態推定手段１０２により推定される燃料電池１の冷却状態に基づいて、冷却液供給流量基本値算出手段１０１が算出した冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出する。具体的には、冷却液供給流量補正値算出手段１０３は、燃料電池冷却状態推定手段１０２により燃料電池１の冷却状態が悪化することが推定された場合には、その冷却状態悪化を回避するために必要な冷却液供給流量の補正値を算出する。 The coolant supply flow rate correction value calculation means 103 is a basic coolant supply flow rate calculated by the coolant supply flow rate basic value calculation means 101 based on the cooling state of the fuel cell 1 estimated by the fuel cell cooling state estimation means 102. A correction value for the value is calculated. Specifically, the coolant supply flow rate correction value calculation unit 103 avoids deterioration of the cooling state when the fuel cell cooling state estimation unit 102 estimates that the cooling state of the fuel cell 1 deteriorates. The correction value of the coolant supply flow rate necessary for the calculation is calculated.

モータ回転数制御手段１０４は、冷却液供給流量補正値算出手段１０３で算出した補正値で補正した後の冷却液流量が燃料電池１に供給されるように、冷却液ポンプ２６のモータ（以下、冷却液ポンプモータという。）に対して回転数指令値を出力し、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。 The motor rotation speed control means 104 is configured so that the coolant pump 26 motor (hereinafter referred to as “cooling liquid pump 26”) is supplied so that the coolant flow rate corrected by the correction value calculated by the coolant supply flow rate correction value calculation means 103 is supplied to the fuel cell 1. A rotation speed command value is output to the coolant pump motor) to control the rotation speed of the coolant pump motor.

燃料電池発電応答時間推定手段１０５は、モータ回転数制御手段１０４から冷却液ポンプモータに出力される回転数指令値、すなわち燃料電池１の冷却状態に応じて補正された冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータの回転数指令値に基づいて、燃料電池１の発電応答時間を推定する。本実施形態の燃料電池システムにおいては、この燃料電池発電応答時間推定手段１０５により推定される燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の動作制御が実行されることになる。 The fuel cell power generation response time estimation unit 105 realizes the coolant supply flow rate corrected according to the rotational speed command value output from the motor rotational speed control unit 104 to the coolant pump motor, that is, the cooling state of the fuel cell 1. Therefore, the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated based on the rotational speed command value of the coolant pump motor. In the fuel cell system of this embodiment, the operation control of the drive unit 2 is executed according to the power generation response time of the fuel cell 1 estimated by the fuel cell power generation response time estimation means 105.

本実施形態の燃料電池システムにおいては、大気圧の低下等の様々な要因によって冷却液ポンプ２６の能力低下が想定される場合には、この冷却液ポンプ２６の能力低下に起因する燃料電池１の冷却状態悪化を回避するために、冷却液ポンプモータの回転数を上昇させて必要な冷却液供給流量を確保できるようにしている。このため、燃料電池１の冷却状態悪化を回避する制御を行ったときには、冷却液ポンプ２６の仕事量が増加する分、燃料電池１の発電応答時間に遅れが生じることになる。このとき、燃料電池１の発電応答時間の遅れを無視して燃料電池１からの電力取り出しを実施しようとすると、燃料電池１から取り出す電力がその時点での発電可能な電力で制限されて、駆動ユニット２の安定的な制御の妨げとなる。 In the fuel cell system of the present embodiment, when a decrease in the capacity of the coolant pump 26 is assumed due to various factors such as a decrease in the atmospheric pressure, the fuel cell 1 of the fuel cell 1 caused by the decrease in the capacity of the coolant pump 26 is assumed. In order to avoid deterioration of the cooling state, the number of revolutions of the coolant pump motor is increased so that a necessary coolant supply flow rate can be secured. For this reason, when control for avoiding deterioration of the cooling state of the fuel cell 1 is performed, the power generation response time of the fuel cell 1 is delayed by the amount of work of the coolant pump 26 increasing. At this time, if it is attempted to take out the power from the fuel cell 1 while ignoring the delay in the power generation response time of the fuel cell 1, the power taken out from the fuel cell 1 is limited by the power that can be generated at that time and driven. This hinders stable control of the unit 2.

そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池冷却状態推定手段１０３で燃料電池１の冷却状態を推定すると共に、その推定結果を用いて、燃料電池発電応答時間推定手段１０５で発電応答時間を推定し、それに応じて駆動ユニット２による燃料電池１からの電力取り出しを制御することで、以上のような問題を回避するようにしている。 Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, the fuel cell cooling state estimation unit 103 estimates the cooling state of the fuel cell 1, and the estimation result is used to determine the power generation response time by the fuel cell power generation response time estimation unit 105. The above problem is avoided by estimating and controlling the power extraction from the fuel cell 1 by the drive unit 2 accordingly.

図３は、以上のようなシステムコントローラ１００により所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に実行される制御フローの一例を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control flow executed every predetermined time (for example, 10 msec) by the system controller 100 as described above.

本制御フローがスタートすると、システムコントローラ１００は、先ず、ステップＳ１において、燃料電池１に要求される目標発電量に基づいて、冷却液ポンプ２６に要求される冷却液供給流量の基本値を算出する（冷却液供給流量基本値算出手段１０１）。 When this control flow starts, the system controller 100 first calculates the basic value of the coolant supply flow rate required for the coolant pump 26 based on the target power generation amount required for the fuel cell 1 in step S1. (Cooling liquid supply flow rate basic value calculation means 101).

具体的には、例えば、大気圧が標準状態のときに燃料電池１で所定の発電を行ったときに、燃料電池１を適切に冷却するために必要な冷却液の供給流量を予め実験等によって調べ、図４に示すような燃料電池１の発電量と冷却液供給流量との関係を求めておく。そして、実際に駆動ユニット２で要求している電力（例えば、車両駆動用モータや補機類、２次バッテリ等で要求する電力）を燃料電池１の目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］し、この目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］と、図４に示した燃料電池１の発電量と冷却液供給流量との関係とから、大気圧が標準状態のときに燃料電池１で目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］を発電させる場合に要求される冷却液供給流量を求め、これを冷却液ポンプ２６に要求される冷却液供給流量の基本値Ｑ_０［Ｌ／ｍｉｎ］とする。 Specifically, for example, when a predetermined power generation is performed in the fuel cell 1 when the atmospheric pressure is in a standard state, the supply flow rate of the coolant necessary for properly cooling the fuel cell 1 is determined in advance through experiments or the like. The relationship between the power generation amount of the fuel cell 1 and the coolant supply flow rate as shown in FIG. 4 is obtained. Then, the electric power actually requested by the drive unit 2 (for example, electric power requested by a vehicle drive motor, auxiliary machinery, secondary battery, etc.) is set as the target power generation amount G _Target [kW] of the fuel cell 1, and this Based on the target power generation amount G _Target [kW] and the relationship between the power generation amount of the fuel cell 1 and the coolant supply flow rate shown in FIG. 4, the target power generation amount G _Target [ kW] is calculated to obtain a coolant supply flow rate required for power generation, and this is set as a basic value Q ₀ [L / min] of the coolant supply flow rate required for the coolant pump 26.

次に、ステップＳ２において、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度や大気圧の状態等から燃料電池１の冷却状態を推定する（燃料電池冷却状態推定手段１０２）。 Next, in step S2, the cooling state of the fuel cell 1 is estimated from the coolant temperature on the inlet side and the outlet side of the fuel cell 1, the state of atmospheric pressure, and the like (fuel cell cooling state estimation means 102).

具体的には、先ず、冷却液ポンプモータの回転数を所定回転数で一定としたときに大気圧変化に応じて変化する冷却液ポンプ２６の冷却液吐出流量を予め実験等によって調べ、図５に示すような大気圧と冷却液吐出流量との関係を求めておく。そして、実際に大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定したときに、図５に示した大気圧と冷却液吐出流量との関係から、実際に大気圧センサ３３で検出した大気圧の状態に応じた冷却液吐出流量を算出する。例えば、冷却液ポンプモータの回転数がＮ_{ＬＬＣＰＭＰ０}の場合であって、大気圧センサ３３で検出した大気圧がＰ_１（Ｐ１＜１０１．３２５（１気圧））［ｋＰａ］である場合には、冷却液ポンプ２６の冷却液吐出流量はＱ_Ｐ１［Ｌ／ｍｉｎ］となる。 Specifically, first, the coolant discharge flow rate of the coolant pump 26 that changes in accordance with the change in atmospheric pressure when the number of revolutions of the coolant pump motor is constant at a predetermined number of revolutions is examined in advance by experiments or the like. The relationship between the atmospheric pressure and the coolant discharge flow rate as shown in FIG. When the atmospheric pressure state is actually determined based on the detection value of the atmospheric pressure sensor 33, the atmospheric pressure sensor 33 actually detects the atmospheric pressure and the coolant discharge flow rate shown in FIG. The coolant discharge flow rate according to the atmospheric pressure state is calculated. For example, when the rotational speed of the coolant pump motor is N _{LLCCPMP0 and} the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 33 is P ₁ (P1 <101.325 (1 atm)) [kPa], The coolant discharge flow rate of the coolant pump 26 is Q _P1 [L / min].

更に、温度センサ３１，３２の検出値に基づいて、燃料電池１の入口側及び出口側の冷却液温度を判定し、これらの温度差と冷却液吐出流量とに基づき、燃料電池１に供給された冷却液への燃料電池１からの放熱量を推定する。ここで、燃料電池１入口側の冷却液温度をＴ_{Ｓｔａｃｋ＿ｉｎ}［ｄｅｇＣ］、燃料電池１出口側の冷却液温度をＴ_{Ｓｔａｃｋ＿ｏｕｔ}［ｄｅｇＣ］、冷却液吐出流量をＱ_Ｐ１［Ｌ／ｍｉｎ］、冷却液の比熱をｃ［ｋＷ／（ｋｇ×Ｋ）］、比重量をγ［ｋｇ／Ｌ］とすると、燃料電池１から冷却液への放熱量Ｈｒ［ｋＷ］は、下記式（１）によって求めることができる。 Further, the coolant temperature on the inlet side and the outlet side of the fuel cell 1 is determined based on the detection values of the temperature sensors 31 and 32, and is supplied to the fuel cell 1 based on the temperature difference and the coolant discharge flow rate. The amount of heat released from the fuel cell 1 to the coolant is estimated. Here, the coolant temperature on the fuel cell 1 inlet side is T _{Stack_in} [degC], the coolant temperature on the fuel cell 1 outlet side is T _{Stack_out} [degC], the coolant discharge flow rate is Q _P1 [L / min], and the coolant If the specific heat of the fuel cell is c [kW / (kg × K)] and the specific weight is γ [kg / L], the heat release amount Hr [kW] from the fuel cell 1 to the coolant is obtained by the following equation (1). Can do.

Ｈｒ＝ｃ×γ×Ｑ_Ｐ１×（Ｔ_{Ｓｔａｃｋ＿ｏｕｔ}−Ｔ_{Ｓｔａｃｋ＿ｉｎ}）・・・（１）
更に、燃料電池１で所定の発電を行ったときの燃料電池１の発熱量を予め実験等によって調べ、図６に示すような燃料電池１の実発電量と発熱量との関係を求めておく。そして、実際に燃料電池１に要求される目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］と、図６に示した燃料電池１の発電量と発熱量との関係とから、燃料電池１で目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］を発電したときの発熱量Ｈｔ［ｋＷ］を算出する。 Hr = c × γ × Q _P1 × (T _{Stack_out} −T _{Stack_in} ) (1)
Further, the heat generation amount of the fuel cell 1 when predetermined power generation is performed by the fuel cell 1 is previously examined by experiments or the like, and the relationship between the actual power generation amount and the heat generation amount of the fuel cell 1 as shown in FIG. 6 is obtained. . Then, actually target power generation quantity _{G Target} [kW] required for the fuel cell 1, and a relationship between power generation amount and heating value of the fuel cell 1 shown in FIG. 6, target power generation quantity _{G Target} in the fuel cell 1 A calorific value Ht [kW] when generating [kW] is calculated.

そして、最後に、燃料電池１で目標発電量Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］を発電したときの発熱量Ｈｔ［ｋＷ］と、上記式（１）により求めた燃料電池１から冷却液への放熱量Ｈｒ［ｋＷ］とから、下記式（２）により最終燃料電池発熱量（実発熱量の予測値）Ｈｔ_１［ｋＷ］を求め、これを燃料電池１の冷却状態の評価値（推定結果）とする。 Finally, the heat generation amount Ht [kW] when the fuel cell 1 generates the target power generation amount G _Target [kW] and the heat release amount Hr [ kW], a final fuel cell heat generation amount (predicted value of actual heat generation amount) Ht ₁ [kW] is obtained from the following equation (2), and this is used as an evaluation value (estimation result) of the cooling state of the fuel cell 1.

Ｈｔ_１＝Ｈｔ−Ｈｒ・・・（２）
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で推定した燃料電池１の冷却状態に基づいて、ステップＳ１で算出した冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出し、この補正値で基本値を補正した後の目標冷却液供給流量を求める（冷却液供給流量補正値算出手段１０３）。 Ht ₁ = Ht−Hr (2)
Next, in step S3, based on the cooling state of the fuel cell 1 estimated in step S2, a correction value for the basic value of the coolant supply flow rate calculated in step S1 is calculated, and the basic value is corrected with this correction value. A later target coolant supply flow rate is obtained (coolant supply flow rate correction value calculation means 103).

具体的には、先ず、図５に示した大気圧と冷却液吐出流量との関係から、大気圧の変化に起因して生じる燃料電池１への冷却液供給流量の過不足分を調べ、図７（ａ）に示すような大気圧と冷却液供給流量の基本値に対する補正係数との関係を求めておく。そして、実際に大気圧センサ３３の検出値に基づいて大気圧の状態を判定したときに、図７（ａ）に示した大気圧と冷却液供給流量基本値に対する補正係数との関係から、大気圧センサ３３で検出した大気圧の状態に応じた補正係数を算出する。例えば、大気圧センサ３３で検出した大気圧がＰ_１［ｋＰａ］である場合には、冷却液供給流量基本値に対する補正係数はｋ_{ＬＬＣＰＭＰ１}となる。 Specifically, first, from the relationship between the atmospheric pressure and the coolant discharge flow rate shown in FIG. 5, the excess / deficiency of the coolant supply flow rate to the fuel cell 1 caused by the change in the atmospheric pressure is examined. The relationship between the atmospheric pressure and the correction coefficient for the basic value of the coolant supply flow rate as shown in FIG. When the atmospheric pressure state is actually determined based on the detection value of the atmospheric pressure sensor 33, the relationship between the atmospheric pressure and the correction coefficient for the coolant supply flow basic value shown in FIG. A correction coefficient corresponding to the atmospheric pressure state detected by the atmospheric pressure sensor 33 is calculated. For example, when the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 33 is P ₁ [kPa], the correction coefficient for the coolant supply flow rate basic value is k _LLCCPMP1 .

更に、上述した最終燃料電池発熱量（実発熱量の予測値）を吸収するために必要な冷却液流量を調べ、図７（ｂ）に示すような最終燃料電池発熱量と冷却液供給流量の基本値に対する補正係数との関係を求めておく。そして、ステップＳ２において実際に最終燃料電池発熱量を求めたときに、図７（ｂ）に示した最終燃料電池発熱量と冷却液供給流量基本値に対する補正係数との関係から、ステップＳ２で求めた最終燃料電池発熱量に対応した補正係数を算出する。例えば、ステップＳ２で求めた最終燃料電池発熱量がＨｔ_１［ｋＷ］である場合には、冷却液供給流量基本値に対する補正係数はｋ_Ｈｔ１となる。 Further, the coolant flow rate required to absorb the above-described final fuel cell heat generation amount (predicted value of the actual heat generation amount) is examined, and the final fuel cell heat generation amount and the coolant supply flow rate as shown in FIG. The relationship with the correction coefficient with respect to the basic value is obtained in advance. When the final fuel cell heat generation amount is actually obtained in step S2, it is obtained in step S2 from the relationship between the final fuel cell heat generation amount and the correction coefficient for the coolant supply flow rate basic value shown in FIG. The correction coefficient corresponding to the final fuel cell heating value is calculated. For example, when the final fuel cell heating value obtained in step S2 is Ht ₁ [kW], the correction coefficient for the coolant supply flow rate basic value is k _Ht1 .

したがって、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］、最終燃料電池発熱量がＨｔ_１［ｋＷ］のときの冷却液供給流量基本値に対する補正係数ｋ_１は下記式（３）により算出することができ、このときの補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］は下記式（４）により算出することができる。 Therefore, the correction coefficient k ₁ for the basic value of the coolant supply flow rate when the atmospheric pressure is P ₁ [kPa] and the final fuel cell heating value is Ht ₁ [kW] can be calculated by the following equation (3). The target coolant supply flow rate Q ₁ [L / min] after correction at the time can be calculated by the following equation (4).

ｋ_１＝ｋ_{ＬＬＣＰＭＰ１}×ｋ_Ｈｔ１・・・（３）
Ｑ_１＝ｋ_１×Ｑ_０・・・（４）
次に、ステップＳ４において、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標冷却液流量が燃料電池１に供給されるように、冷却液ポンプモータに対して回転数指令値を出力して冷却液ポンプモータの回転数を制御する（モータ回転数制御手段１０４）。 k ₁ = k _LLCPMP1 × k _Ht1 (3)
Q ₁ = k ₁ × Q ₀ (4)
Next, in step S4, a rotation speed command value is output to the coolant pump motor so that the target coolant flow rate corrected by the correction value calculated in step S3 is supplied to the fuel cell 1, and then cooled. The rotational speed of the liquid pump motor is controlled (motor rotational speed control means 104).

具体的には、例えば、予め実験等によって、図８に示すような冷却液ポンプモータの回転数と冷却液ポンプ２６から燃料電池１に供給される冷却液流量との関係を求めておき、この冷却液ポンプモータ回転数と冷却液供給流量との関係から、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するための冷却液ポンプモータの回転数指令値Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］を算出する。そして、この回転数指令値Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］を冷却液ポンプモータに出力して、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。 Specifically, for example, the relationship between the rotational speed of the coolant pump motor as shown in FIG. 8 and the flow rate of the coolant supplied from the coolant pump 26 to the fuel cell 1 is obtained in advance through experiments or the like. From the relationship between the number of revolutions of the coolant pump motor and the coolant supply flow rate, the coolant pump motor for realizing the target coolant supply flow rate Q ₁ [L / min] after correction with the correction value calculated in step S3. Rotational speed command value _NLLCPMP1 [rpm] is calculated. And this rotation speed command value _NLLCPMP1 [rpm] is output to a coolant pump motor, and the rotation speed of a coolant pump motor is controlled.

次に、ステップＳ５において、冷却液ポンプモータに出力した回転数指令値、すなわち燃料電池１の冷却状態に応じて補正された冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータの回転数指令値に基づいて、燃料電池１の発電応答時間を推定する（燃料電池発電応答時間推定手段１０５）。そして、推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて、駆動ユニット２の動作制御を実行する。 Next, in step S5, the rotational speed command value output to the coolant pump motor, that is, the rotational speed command value of the coolant pump motor for realizing the coolant supply flow rate corrected according to the cooling state of the fuel cell 1. Based on the above, the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated (fuel cell power generation response time estimation means 105). Then, the operation control of the drive unit 2 is executed according to the estimated power generation response time of the fuel cell 1.

ここで、ステップＳ５における燃料電池１の発電応答時間の推定方法について、図９を用いて説明する。 Here, a method for estimating the power generation response time of the fuel cell 1 in step S5 will be described with reference to FIG.

図９は、冷却液ポンプモータの回転数と燃料電池１の実発電量との関係を、燃料電池１の冷却状態が標準冷却状態のときと、所定冷却状態のときとで対比しながら示したものである。ここで、標準冷却状態とは、冷却液供給流量基本値を補正しない場合を表し、所定冷却状態とは、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］、最終燃料電池発熱量がＨｔ_１［ｋＷ］で、冷却液供給流量基本値を補正係数ｋ_１で補正する場合を表している。この図９から、燃料電池１に対する発電電力指令値の変化量が一定であるとすると、冷却液ポンプモータに対する回転数指令値の変化量も一定であるので、燃料電池１が所定冷却状態の場合には、標準冷却状態のときに比べて冷却液ポンプモータの目標回転数到達時間がΔｔ_１分だけ遅れることになり、これに伴って、燃料電池１の発電電力応答時間（燃料電池１の実発電量が目標発電電力Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}に到達するまでの応答時間）も、標準冷却状態のときの発電応答時間ｔ_０に対してΔｔ_１に相当する分だけ遅れが生じことが分かる。したがって、燃料電池１が所定冷却状態の場合の発電応答時間ｔ_１［ｓｅｃ］は、下記式（５）で求めることができる。 FIG. 9 shows the relationship between the rotational speed of the coolant pump motor and the actual power generation amount of the fuel cell 1 while comparing the cooling state of the fuel cell 1 between the standard cooling state and the predetermined cooling state. Is. Here, the standard cooling state represents a case where the coolant supply flow rate basic value is not corrected, and the predetermined cooling state is that the atmospheric pressure is P ₁ [kPa], the final fuel cell heating value is Ht ₁ [kW], the coolant supply flow rate basic value represents the case of correcting by the correction factor k _1. From FIG. 9, assuming that the amount of change in the generated power command value for the fuel cell 1 is constant, the amount of change in the rotational speed command value for the coolant pump motor is also constant, so that the fuel cell 1 is in a predetermined cooling state. Therefore, the target rotational speed arrival time of the coolant pump motor is delayed by Δt ₁ minutes compared to the standard cooling state, and accordingly, the generated power response time of the fuel cell 1 (actual performance of the fuel cell 1). It can be seen that the response time until the power generation amount reaches the target generated power G _Target is also delayed by an amount corresponding to Δt ₁ with respect to the power generation response time t _{0 in} the standard cooling state. Therefore, the power generation response time t ₁ [sec] when the fuel cell 1 is in the predetermined cooling state can be obtained by the following equation (5).

ｔ_１＝ｔ_０＋Δｔ_１・・・（５）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、大気圧の変化等によって変動する燃料電池１の冷却状態を推定し、その推定結果を用いて燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、例えば大気圧低下に伴う燃料電池１の冷却状態悪化を回避するための制御を行った場合でも、そのときの燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。そして、この推定した燃料電池１の発電応答時間に応じて駆動ユニット２の動作制御を実行することで、駆動ユニット２の動作制御が不安定になることを有効に抑制して、高精度な動作制御を実現することができる。 t ₁ = t ₀ + Δt ₁ (5)
As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, the cooling state of the fuel cell 1 that fluctuates due to changes in atmospheric pressure or the like is estimated, and the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated using the estimation result. Therefore, for example, even when control for avoiding deterioration of the cooling state of the fuel cell 1 due to a decrease in atmospheric pressure is performed, the power generation response time of the fuel cell 1 at that time can be accurately estimated. Then, by executing the operation control of the drive unit 2 according to the estimated power generation response time of the fuel cell 1, it is possible to effectively suppress the operation control of the drive unit 2 from becoming unstable, and to operate with high accuracy. Control can be realized.

（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した第２の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、上述した第１の実施形態と同様の構成を有し、システムコントローラ１００が燃料電池１の発電応答時間を推定する手法も基本的には第１の実施形態と同様であるが、冷却液ポンプモータに過剰なトルク要求を行った場合に懸念される故障等の問題を回避できるように、冷却液供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにした点に特徴を有するものである。 (Second Embodiment)
Next, a fuel cell system according to a second embodiment to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment described above, and the method in which the system controller 100 estimates the power generation response time of the fuel cell 1 is basically the same as that of the first embodiment. In the same manner, the flow rate change amount in the case of correcting the coolant supply flow rate should be limited so as to avoid problems such as failure that may be a concern when an excessive torque request is made to the coolant pump motor. It has the characteristics in the point.

すなわち、大気圧低下等の要因によって燃料電池１の冷却状態悪化が予想される場合には、これを回避するために冷却液ポンプモータの回転数増加により必要な冷却液供給流量を確保するようにしているが、冷却液ポンプモータの回転数が増加するとそれに伴い冷却液ポンプモータのトルクも増加することになる。また、大気圧低下時には、冷却液ポンプ２６が必要な圧力比を確保するために、冷却液ポンプモータに要求されるトルクが増加することになる。このような冷却液ポンプモータのトルク増加は、ある程度の増加分は特に問題とはならないが、過剰に増加するようなトルク要求を行ってしまうと、冷却液ポンプモータに故障等を生じさせる要因となる。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、冷却液ポンプモータに過剰なトルク要求を行わない範囲で所望の冷却液供給流量が得られるように、冷却液供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにしている。 That is, when the deterioration of the cooling state of the fuel cell 1 is expected due to factors such as a decrease in atmospheric pressure, the necessary coolant supply flow rate is secured by increasing the number of revolutions of the coolant pump motor in order to avoid this. However, when the number of revolutions of the coolant pump motor increases, the torque of the coolant pump motor increases accordingly. Further, when the atmospheric pressure drops, the torque required for the coolant pump motor increases in order to ensure the pressure ratio required for the coolant pump 26. Such an increase in the torque of the coolant pump motor is not particularly problematic, but if a torque request that increases excessively is made, it is a factor that causes a failure or the like in the coolant pump motor. Become. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, the flow rate change amount when the coolant supply flow rate is corrected so that a desired coolant supply flow rate can be obtained within a range in which an excessive torque request is not made to the coolant pump motor. Limits are set.

以下、上述した第１の実施形態と同様の内容については重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容についてのみ、具体的な例を挙げて説明する。 Hereinafter, the description similar to that of the above-described first embodiment will be omitted, and only the processing contents of the system controller 100 characteristic of the present embodiment will be described with specific examples.

図１０は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。 FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents of the system controller 100 that are characteristic of the present embodiment, and corresponds to a subroutine of step S4 in the main flowchart shown in FIG.

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図４に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ１１において、この補正値で補正された冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータの目標回転数に基づき、冷却液ポンプモータのトルクを推定する。 In the fuel cell system of the present embodiment, when the system controller 100 calculates a correction value for the basic value of the coolant supply flow rate in step S3 in the main flowchart shown in FIG. 4, next, in step S11, the correction value The torque of the coolant pump motor is estimated on the basis of the target rotational speed of the coolant pump motor for realizing the coolant supply flow rate corrected in step.

具体的には、先ず、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］のときに燃料電池１により目標発電電力Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］を発電する場合において、燃料電池１の目標発電電力Ｇ_{Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＷ］に応じた冷却液ポンプ２６の目標吐出圧力Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿Ｔａｒｇｅｔ}［ｋＰａ］から求まる冷却液ポンプ２６の圧力比（＝Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿Ｔａｒｇｅｔ}／Ｐ_１）と、大気圧が１気圧の場合に冷却液ポンプ２６に要求される冷却液供給流量の基本値とに基づき、冷却液ポンプモータのトルク定常分を算出する。また、ステップＳ３で算出した補正値で補正した後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するための冷却液ポンプモータの回転数指令値Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］を算出し、この回転数指令値Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］から求まる冷却液ポンプモータの目標角速度と、冷却液ポンプモータの慣性モーメントとに基づいて、冷却液ポンプモータのトルク過渡分を算出する。そして、これら冷却液ポンプモータのトルク定常分とトルク過渡分とを加算して、冷却液ポンプモータのトルク推定値を算出する。 Specifically, first, according to the case where the atmospheric pressure to generate power to the target generated power _{G Target} [kW] by the fuel cell 1 when _P 1 [kPa], the target generated power _{G Target} of the fuel cell 1 [kW] The coolant pump 26 pressure ratio (= _{PLLCMPMPOUT_Target} / P ₁ ) determined from the target discharge pressure P _{LLCCPMPOUT_Target} [kPa] of the coolant pump 26 and the cooling required for the coolant pump 26 when the atmospheric pressure is 1 atmosphere Based on the basic value of the liquid supply flow rate, the steady torque of the coolant pump motor is calculated. Further, a rotational speed command value N _LLCCPMP1 [rpm] of the coolant pump motor for realizing the target coolant supply flow rate Q ₁ [L / min] after correction with the correction value calculated in step S3 is calculated. The torque transient of the coolant pump motor is calculated based on the target angular velocity of the coolant pump motor obtained from the rotation speed command value N _LLCCPMP1 [rpm] and the inertia moment of the coolant pump motor. Then, the torque steady value of the coolant pump motor and the torque transient amount are added to calculate the estimated torque value of the coolant pump motor.

次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が、冷却液ポンプモータの耐久性から求まる上限トルク（冷却液ポンプモータに故障等を生じさせることなく出力可能な最大トルク）を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ１２での判定の結果、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断される場合には、ステップＳ１３において、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを超えないように、補正後の冷却液供給流量の変化量、すなわち補正後の目標冷却液供給流量に到達するまでの冷却液供給流量の変化量に制限を加える。一方、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回らない場合には、ステップＳ１４へと処理を移行する。 Next, in step S12, the estimated torque value of the coolant pump motor estimated in step S11 is the upper limit torque obtained from the durability of the coolant pump motor (the maximum output possible without causing a failure or the like in the coolant pump motor). Torque) is determined. If it is determined as a result of the determination in step S12 that the estimated torque value of the coolant pump motor estimated in step S11 exceeds the upper limit torque, the torque of the coolant pump motor exceeds the upper limit torque in step S13. In order not to exceed this, a limit is imposed on the amount of change in the coolant supply flow rate after correction, that is, the amount of change in the coolant supply flow rate until reaching the corrected target coolant supply flow rate. On the other hand, if the estimated torque value of the coolant pump motor estimated in step S11 does not exceed the upper limit torque, the process proceeds to step S14.

ここで、補正後の冷却液供給流量の変化量を制限する方法について、図１１を用いて説明する。 Here, a method for limiting the amount of change in the coolant supply flow rate after correction will be described with reference to FIG.

図１１（ａ）は、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］の場合における冷却液ポンプモータの上限トルクを示したものである。この図１１（ａ）に示すように、冷却液ポンプモータの上限トルクは冷却液ポンプモータの回転数に応じて定まり、補正後の冷却液供給流量を実現する冷却液ポンプモータ回転数がＮ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］とすると、そのときの冷却液ポンプモータ上限トルクは、Ｔｒｑ_{ＬＬＣＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［Ｎｍ］となる。 FIG. 11A shows the upper limit torque of the coolant pump motor when the atmospheric pressure is P ₁ [kPa]. As shown in FIG. 11A, the upper limit torque of the coolant pump motor is determined according to the number of revolutions of the coolant pump motor, and the number of revolutions of the coolant pump motor that realizes the corrected coolant supply flow rate is N _LLCCPMP1. Assuming [rpm], the coolant pump motor upper limit torque at that time is Trq _{LLCCPMP1_UPPERLMT} [Nm].

図１１（ｂ）は、冷却液ポンプモータの回転数及び冷却液供給流量の変化と冷却液ポンプモータトルクの変化との関係を、上限トルクによる制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示したものである。この図１１（ｂ）に示すように、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクＴｒｑ_{ＬＬＣＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［Ｎｍ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えると、冷却液供給流量が補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間（冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間）がｔ_２［ｓｅｃ］となり、変化量に制限を加えない場合の到達時間ｔ_１［ｓｅｃ］に比べて、Δｔ_２分の遅れが生じることになる。そして、このときの冷却液供給流量の変化量の制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ２}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］は、下記式（６）によって求められる。 FIG. 11B compares the relationship between the change in the number of rotations of the coolant pump motor and the coolant supply flow rate and the change in the coolant pump motor torque between the case where the limit due to the upper limit torque is added and the case where the limit is not added. It is shown. As shown in FIG. 11B, if the coolant supply flow rate is limited so that the torque of the coolant pump motor does not exceed the upper limit torque Trq _{LLCCPMP1_UPPERLMT} [Nm], the coolant supply flow rate is corrected. The time required to reach the target coolant supply flow rate Q ₁ [L / min] (the time required for the coolant pump motor speed to reach the target speed N _LLCCPMP1 [rpm]) is t ₂ [sec]. As compared with the arrival time t ₁ [sec] when the change amount is not limited, a delay of Δt ₂ occurs. The limit value Q _{1_LMT2} [L / min / sec] of the change amount of the coolant supply flow rate at this time is obtained by the following equation (6).

Ｑ_{１＿ＬＭＴ２}＝Ｑ_１／ｔ_２［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］・・・（６）
次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ１４において、補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するために冷却液ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断され、ステップＳ１３で冷却液供給流量の変化量の制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ２}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］を算出した場合には、この制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ２}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］に基づいて、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。 _{_{_{Q 1_LMT2 = Q 1 / t 2}}} [L / min / sec] ··· (6)
Next, in step S14, the system controller 100 controls the number of revolutions of the coolant pump motor in order to realize the corrected target coolant supply flow rate Q ₁ [L / min]. When it is determined that the estimated torque estimate value of the coolant pump motor exceeds the upper limit torque, and the limit value _{Q1_LMT2} [L / min / sec] of the change amount of the coolant supply flow rate is calculated in step S13, this limit is calculated. Based on the value Q _{1_LMT2} [L / min / sec], the rotational speed of the coolant pump motor is controlled.

すなわち、ステップＳ１１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断された場合は、図１１（ｂ）に示したように、冷却液供給流量が補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間、すなわち、冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間がｔ_２［ｓｅｃ］となるように、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。 That is, if it is determined that the estimated torque value of the coolant pump motor estimated in step S11 exceeds the upper limit torque, the target coolant supply after the coolant supply flow rate is corrected as shown in FIG. The time until the flow rate Q ₁ [L / min] is reached, that is, the time until the rotation speed of the coolant pump motor reaches the target rotation speed N _LLCCPMP1 [rpm] is t ₂ [sec]. Controls the number of revolutions of the coolant pump motor.

ここで、以上のように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合における燃料電池１の発電応答時間の遅れ分は、冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間の遅れ分Δｔ_２とほぼ等価となる。したがって、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］の場合で、冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクＴｒｑ_{ＬＬＣＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［Ｎｍ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間はｔ_２［ｓｅｃ］となる。 Here, the delay of the power generation response time of the fuel cell 1 when the change amount of the coolant supply flow rate is limited as described above is such that the rotation speed of the coolant pump motor is set to the target rotation speed _NLLCPMP1 [rpm]. This is almost equivalent to the delay Δt _{2 in} the time until it reaches. Therefore, in the case where the atmospheric pressure is P ₁ [kPa], the fuel in the case where the variation amount of the coolant supply flow rate is limited so that the estimated torque value of the coolant pump motor does not exceed the upper limit torque Trq _{LLCCPMP1_UPPERLMT} [Nm]. The power generation response time of the battery 1 is t ₂ [sec].

また、燃料電池１が標準冷却状態のときの発電応答時間ｔ_０［ｓｅｃ］と、上述した所定冷却状態（大気圧がＰ_１）で、冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクＴｒｑ_{ＬＬＣＰＭＰ１＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［Ｎｍ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間ｔ_２［ｓｅｃ］との関係は、下記式（７）のようになる。 In addition, in the power generation response time t ₀ [sec] when the fuel cell 1 is in the standard cooling state and the above-described predetermined cooling state (atmospheric pressure is P ₁ ), the estimated torque value of the coolant pump motor is the upper limit torque Trq _{LLCPMP1_UPPERLMT} [ The relationship with the power generation response time t ₂ [sec] of the fuel cell 1 when the change amount of the coolant supply flow rate is limited so as not to exceed Nm] is expressed by the following formula (7).

ｔ_２＝ｔ_０＋Δｔ_１＋Δｔ_２・・・（７）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が冷却液ポンプモータの回転数を制御する際に、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることが推定される場合には、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルク以下となるように冷却液ポンプ２６に要求する冷却液供給流量の変化量に制限を加えるようにし、また、この制限値に基づく冷却液ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることに起因して生じる故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。 t ₂ = t ₀ + Δt ₁ + Δt ₂ (7)
As described above, in the fuel cell system of this embodiment, when the system controller 100 controls the rotation speed of the coolant pump motor, it is estimated that the torque of the coolant pump motor exceeds the upper limit torque. Is configured to limit the amount of change in the coolant supply flow rate required for the coolant pump 26 so that the torque of the coolant pump motor is less than or equal to the upper limit torque, and the rotation of the coolant pump motor based on this limit value. The power generation response time of the fuel cell 1 is estimated from the number, so that problems such as failure caused by the torque of the coolant pump motor exceeding the upper limit torque can be effectively avoided and the fuel cell 1 It is possible to accurately estimate the power generation response time.

（第３の実施形態）
次に、本発明を適用した第３の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、上述した第１の実施形態と同様の構成を有し、システムコントローラ１００が燃料電池１の発電応答時間を推定する手法も基本的には第１の実施形態と同様であるが、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が過剰となった場合に懸念される冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１の故障等の問題を回避できるように、冷却液供給流量を補正する場合における流量変化量に制限を設けるようにした点に特徴を有するものである。 (Third embodiment)
Next, a fuel cell system according to a third embodiment to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment described above, and the method in which the system controller 100 estimates the power generation response time of the fuel cell 1 is basically the same as that of the first embodiment. In the same manner, cooling is performed so as to avoid problems such as failure of components on the downstream side of the cooling liquid pump 26 and the fuel cell 1 which are concerned when the pressure of the cooling liquid discharged from the cooling liquid pump 26 becomes excessive. This is characterized in that a restriction is placed on the flow rate change amount when the liquid supply flow rate is corrected.

すなわち、大気圧低下等の要因によって燃料電池１の冷却状態悪化が予想される場合には、これを回避するために冷却液ポンプモータの回転数増加により必要な冷却液供給流量を確保するようにしているが、冷却液ポンプモータの回転数を急激に増加させると冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が一時的に過大となって、冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１に故障等を生じさせる要因となる場合がある。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が過剰とならない範囲で所望の冷却液供給流量が得られるように、冷却液供給流量を補正する場合の流量変化量に制限を設けるようにしている。 That is, when the deterioration of the cooling state of the fuel cell 1 is expected due to factors such as a decrease in atmospheric pressure, the necessary coolant supply flow rate is secured by increasing the number of revolutions of the coolant pump motor in order to avoid this. However, if the number of revolutions of the coolant pump motor is suddenly increased, the pressure of the coolant discharged from the coolant pump 26 temporarily becomes excessively large, causing the components on the downstream side of the coolant pump 26 and the fuel cell 1 to It may be a factor causing a failure or the like. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, the flow rate when the coolant supply flow rate is corrected so that a desired coolant supply flow rate is obtained within a range in which the pressure of the coolant discharged by the coolant pump 26 does not become excessive. A limit is set on the amount of change.

図１２は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。 FIG. 12 is a flowchart showing the processing contents of the system controller 100 that are characteristic of the present embodiment, and corresponds to a subroutine of step S4 in the main flowchart shown in FIG.

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ２１において、この補正値で補正された冷却液供給流量を実現するための冷却液ポンプモータの目標回転数に基づき、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力を推定する。 In the fuel cell system of the present embodiment, when the system controller 100 calculates a correction value for the basic value of the coolant supply flow rate in step S3 in the main flowchart shown in FIG. 3, next, in step S21, the correction value The pressure of the coolant discharged from the coolant pump 26 is estimated on the basis of the target number of rotations of the coolant pump motor for realizing the coolant supply flow rate corrected in (1).

具体的には、例えば、燃料電池１の冷却状態と、その冷却状態から求められる目標回転数で冷却液ポンプモータを駆動した場合に冷却液ポンプ２６から吐出される冷却液圧力の推定値Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿ＥＳＴ}［ｋＰａ］との関係を予め実験等によって求めておき、この燃料電池１の冷却状態と冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値との関係から、図３のステップＳ２で推定した燃料電池１の冷却状態の場合に冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力を推定する。 Specifically, for example, the estimated value P _{LLCCPMPOUT_EST of the} coolant pressure discharged from the coolant pump 26 when the coolant pump motor is driven at the cooling state of the fuel cell 1 and the target rotational speed obtained from the cooling state. The relationship between [kPa] and [kPa] is obtained in advance by experiments or the like, and the fuel cell estimated in step S2 of FIG. 3 from the relationship between the cooling state of the fuel cell 1 and the estimated value of the coolant pressure on the discharge side of the coolant pump 26. The pressure of the coolant discharged from the coolant pump 26 in the case of 1 cooling state is estimated.

次に、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が、冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１の耐久性から求まる上限圧力を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ２２での判定の結果、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回ると判断される場合には、ステップＳ２３において、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を超えないように、補正後の冷却液供給流量の変化量、すなわち補正後の目標冷却液供給流量に到達するまでの冷却液供給流量の変化量に制限を加える。一方、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回らない場合には、ステップＳ２４へと処理を移行する。 Next, in step S22, it is determined whether or not the estimated value of the discharge side coolant pressure of the coolant pump 26 estimated in step S21 exceeds the upper limit pressure determined from the durability of the components on the downstream side of the coolant pump 26 and the fuel cell 1. judge. If it is determined as a result of the determination in step S22 that the estimated value of the discharge-side coolant pressure of the coolant pump 26 estimated in step S21 exceeds the upper limit pressure, the coolant pump 26 discharges in step S23. Limits the amount of change in the coolant supply flow after correction, that is, the amount of change in the coolant supply flow until the target coolant supply flow after correction is reached, so that the coolant pressure does not exceed the upper limit pressure . On the other hand, when the estimated coolant pressure on the discharge side of the coolant pump 26 estimated in step S21 does not exceed the upper limit pressure, the process proceeds to step S24.

ここで、補正後の冷却液供給流量の変化量を制限する方法について、図１３を用いて説明する。 Here, a method of limiting the amount of change in the coolant supply flow rate after correction will be described with reference to FIG.

図１３は、冷却液ポンプモータの回転数及び冷却液供給流量の変化と冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力の変化との関係を、上限圧力による制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示したものである。この図１３に示すように、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［ｋＰａ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えると、冷却液供給流量が補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間（冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間）がｔ_３［ｓｅｃ］となり、変化量に制限を加えない場合の到達時間ｔ_１［ｓｅｃ］に比べて、Δｔ_３分の遅れが生じることになる。そして、このときの冷却液供給流量の変化量の制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ３}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］は、下記式（８）によって求められる。 FIG. 13 shows the relationship between the change in the number of rotations of the coolant pump motor and the coolant supply flow rate and the change in the discharge-side coolant pressure of the coolant pump 26, with and without the limit imposed by the upper limit pressure. This is shown in contrast. As shown in FIG. 13, when the change amount of the coolant supply flow rate is limited so that the coolant pressure discharged from the coolant pump 26 does not exceed the upper limit pressure _{PLLCPMPOUT_UPPERLMT} [kPa], the coolant supply flow rate is reduced. The time until the corrected target coolant supply flow rate Q ₁ [L / min] is reached (the time until the rotation speed of the coolant pump motor reaches the target rotation speed N _LLCCPMP1 [rpm]) is t ₃ [sec. Thus, there is a delay of Δt ₃ minutes compared to the arrival time t ₁ [sec] when the change amount is not limited. Then, the limit value Q _{1_LMT3} [L / min / sec] of the change amount of the coolant supply flow rate at this time is obtained by the following equation (8).

Ｑ_{１＿ＬＭＴ３}＝Ｑ_１／ｔ_３［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］・・・（８）
次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ２４において、補正後の冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］を実現するために冷却液ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回ると判断され、ステップＳ２３で冷却液供給流量の変化量の制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ３}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］を算出した場合には、この制限値Ｑ_{１＿ＬＭＴ３}［Ｌ／ｍｉｎ／ｓｅｃ］に基づいて、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。 _{_{_{Q 1_LMT3 = Q 1 / t 3}}} [L / min / sec] ··· (8)
Next, in step S24, the system controller 100 controls the number of revolutions of the coolant pump motor in order to realize the corrected coolant supply flow rate Q ₁ [L / min]. At this time, the system controller 100 estimates in step S21. When it is determined that the estimated discharge-side coolant pressure value of the coolant pump 26 exceeds the upper limit pressure, the limit value Q _{1_LMT3} [L / min / sec] of the change amount of the coolant supply flow rate is calculated in step S23. Based on this limit value Q _{1_LMT3} [L / min / sec], the rotational speed of the coolant pump motor is controlled.

すなわち、ステップＳ２１で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回ると判断された場合は、図１３に示したように、冷却液供給流量が補正後の目標冷却液供給流量Ｑ_１［Ｌ／ｍｉｎ］に到達するまでの時間、すなわち、冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間がｔ_３［ｓｅｃ］となるように、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。 That is, if it is determined that the estimated value of the discharge-side coolant pressure of the coolant pump 26 estimated in step S21 exceeds the upper limit pressure, the target coolant after the coolant supply flow rate is corrected as shown in FIG. The time until the supply flow rate Q ₁ [L / min] is reached, that is, the time until the rotation speed of the coolant pump motor reaches the target rotation speed N _LLCCPMP1 [rpm] is t ₃ [sec]. The number of rotations of the coolant pump motor is controlled.

ここで、以上のように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合における燃料電池１の発電応答時間の遅れ分は、冷却液ポンプモータの回転数が目標回転数Ｎ_{ＬＬＣＰＭＰ１}［ｒｐｍ］に到達するまでの時間の遅れ分Δｔ_３とほぼ等価となる。したがって、大気圧がＰ_１［ｋＰａ］の場合で、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［ｋＰａ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間はｔ_３［ｓｅｃ］となる。 Here, the delay of the power generation response time of the fuel cell 1 when the change amount of the coolant supply flow rate is limited as described above is such that the rotation speed of the coolant pump motor is set to the target rotation speed _NLLCPMP1 [rpm]. This is almost equivalent to the delay Δt _{3 in} the time until it reaches. Therefore, when the atmospheric pressure is P ₁ [kPa], the amount of change in the coolant supply flow rate is limited so that the pressure of the coolant discharged from the coolant pump 26 does not exceed the upper limit pressure _{PLLCPMPOUT_UPPERLMT} [kPa]. In this case, the power generation response time of the fuel cell 1 is t ₃ [sec].

また、燃料電池１が標準冷却状態のときの発電応答時間ｔ_０［ｓｅｃ］と、上述した所定冷却状態（大気圧がＰ_１）で、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力Ｐ_{ＬＬＣＰＭＰＯＵＴ＿ＵＰＰＥＲＬＭＴ}［ｋＰａ］を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加えた場合の燃料電池１の発電応答時間ｔ_３［ｓｅｃ］との関係は、下記式（９）のようになる。 Further, the power generation response time t ₀ [sec] when the fuel cell 1 is in the standard cooling state and the pressure of the coolant discharged from the coolant pump 26 in the above-described predetermined cooling state (atmospheric pressure is P ₁ ) are the upper limit pressure. The relationship with the power generation response time t ₃ [sec] of the fuel cell 1 when the change amount of the coolant supply flow rate is limited so as not to exceed P _{LLCCPMPOUT_UPPERLMT} [kPa] is expressed by the following equation (9). .

ｔ_３＝ｔ_０＋Δｔ_１＋Δｔ_３・・・（９）
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が冷却液ポンプモータの回転数を制御する際に、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を上回ることが推定される場合には、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力以下となるように冷却液ポンプ２６に要求する冷却液供給流量の変化量に制限を加えるようにし、また、この制限値に基づく冷却液ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしているので、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を上回ることに起因して生じる冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１の故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。 t ₃ = t ₀ + Δt ₁ + Δt ₃ (9)
As described above, in the fuel cell system of this embodiment, when the system controller 100 controls the rotation speed of the coolant pump motor, the coolant pressure discharged from the coolant pump 26 may exceed the upper limit pressure. In the case of estimation, the amount of change in the coolant supply flow rate required for the coolant pump 26 is limited so that the coolant pressure discharged from the coolant pump 26 is equal to or lower than the upper limit pressure. Since the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated from the number of revolutions of the coolant pump motor based on the limit value, it is caused by the fact that the coolant pressure discharged from the coolant pump 26 exceeds the upper limit pressure. The power generation response time of the fuel cell 1 can be accurately estimated while effectively avoiding problems such as failure of the components on the downstream side of the coolant pump 26 and the fuel cell 1.

（第４の実施形態）
次に、本発明を適用した第４の実施形態の燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、第２の実施形態で説明した冷却液ポンプモータの上限トルクによる冷却液供給流量変化量の制限と、第３の実施形態で説明した冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の上限圧力による冷却液供給流量変化量の制限とを組み合わせたものである。 (Fourth embodiment)
Next, a fuel cell system according to a fourth embodiment to which the present invention is applied will be described. In the fuel cell system of this embodiment, the coolant supply flow rate change amount due to the upper limit torque of the coolant pump motor described in the second embodiment and the coolant pump 26 described in the third embodiment discharge. This is a combination of the restriction of the change amount of the coolant supply flow rate due to the upper limit pressure of the coolant.

すなわち、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池１の冷却状態に応じて冷却液供給流量を補正する際、第２の実施形態と同様に、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを超えない範囲で所望の冷却液供給流量が得られるように流量変化量制限値を算出すると共に、第３の実施形態と同様に、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を超えない範囲で所望の冷却液供給流量が得られるように流量変化量制限値を算出する。そして、これらの流量変化量制限値のうちで小さい方の制限値、すなわち厳しい方の制限値に基づいて冷却液ポンプモータの回転数を制御し、この制限値に基づく冷却液ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定する。 That is, in the fuel cell system according to the present embodiment, when the coolant supply flow rate is corrected according to the cooling state of the fuel cell 1, the torque of the coolant pump motor does not exceed the upper limit torque as in the second embodiment. The flow rate variation limit value is calculated so that a desired coolant supply flow rate can be obtained within the range, and the coolant pressure discharged from the coolant pump 26 does not exceed the upper limit pressure, as in the third embodiment. The flow rate variation limit value is calculated so that a desired coolant supply flow rate can be obtained. Then, the rotational speed of the coolant pump motor is controlled based on the smaller limit value among these flow rate variation limit values, that is, the severer limit value, and the rotational speed of the coolant pump motor based on this limit value. From this, the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated.

以下、上述した第１乃至第３の実施形態と同様の内容については重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容についてのみ、具体的な例を挙げて説明する。 Hereinafter, the description similar to that of the first to third embodiments described above will be omitted, and only the processing contents of the system controller 100 characteristic of the present embodiment will be described with specific examples. .

図１４は、本実施形態に特徴的なシステムコントローラ１００の処理内容を示すフローチャートであり、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ４の処理のサブルーチンに相当するものである。 FIG. 14 is a flowchart showing the processing contents of the system controller 100 that are characteristic of the present embodiment, and corresponds to a subroutine of step S4 in the main flowchart shown in FIG.

本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００は、図３に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ３で冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出すると、次に、ステップＳ３１において、上述した第２の実施形態と同様に冷却液ポンプモータのトルクを推定し、ステップＳ３２において、上述した第３の実施形態と同様に冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力を推定する。 In the fuel cell system of this embodiment, when the system controller 100 calculates the correction value for the basic value of the coolant supply flow rate in step S3 in the main flowchart shown in FIG. 3, next, in step S31, the above-described first value is obtained. As in the second embodiment, the torque of the coolant pump motor is estimated, and in step S32, the discharge-side coolant pressure of the coolant pump 26 is estimated as in the third embodiment described above.

次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ３３において、ステップＳ３１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ３３での判定の結果、ステップＳ３１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回ると判断される場合には、ステップＳ３４において、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを超えない範囲で補正後の目標冷却液供給流量が得られるような流量変化量の制限値（第１の流量変化量制限値）を算出する。一方、ステップＳ３１で推定した冷却液ポンプモータのトルク推定値が上限トルクを上回らない場合には、ステップＳ３５へと処理を移行する。 Next, in step S33, the system controller 100 determines whether or not the estimated torque value of the coolant pump motor estimated in step S31 exceeds the upper limit torque. If it is determined as a result of the determination in step S33 that the estimated torque value of the coolant pump motor estimated in step S31 exceeds the upper limit torque, the torque of the coolant pump motor exceeds the upper limit torque in step S34. A limit value of the flow rate change amount (first flow rate change amount limit value) is calculated so that the corrected target coolant supply flow rate can be obtained within a range not exceeding. On the other hand, if the estimated torque value of the coolant pump motor estimated in step S31 does not exceed the upper limit torque, the process proceeds to step S35.

次に、システムコントローラ１００は、ステップＳ３５において、ステップＳ３２で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回るかどうかを判定する。そして、ステップＳ３５での判定の結果、ステップＳ３２で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回ると判断される場合には、ステップＳ３６において、冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力が上限圧力を超えない範囲で補正後の目標冷却液供給流量が得られるような流量変化量の制限値（第２の流量変化量制限値）を算出する。一方、ステップＳ３２で推定した冷却液ポンプ２６の吐出側冷却液圧力推定値が上限圧力を上回らない場合には、ステップＳ３７へと処理を移行する。 Next, in step S35, the system controller 100 determines whether or not the estimated value of the discharge side coolant pressure of the coolant pump 26 estimated in step S32 exceeds the upper limit pressure. If it is determined as a result of the determination in step S35 that the estimated value of the discharge-side coolant pressure of the coolant pump 26 estimated in step S32 exceeds the upper limit pressure, the discharge of the coolant pump 26 is determined in step S36. The flow rate change amount limit value (second flow rate change amount limit value) is calculated such that the corrected target coolant supply flow rate is obtained within a range where the side coolant pressure does not exceed the upper limit pressure. On the other hand, if the estimated value of the discharge-side coolant pressure of the coolant pump 26 estimated in step S32 does not exceed the upper limit pressure, the process proceeds to step S37.

ステップＳ３４またはステップＳ３６の少なくとも何れかのステップで流量変化量の制限値が算出された場合、システムコントローラ１００は、次のステップＳ３７において、ステップＳ３４で算出された第１の流量変化量制限値と、ステップＳ３６で算出された第２の流量変化量制限値のうちで、何れか小さい値の制限値（厳しい方の制限値）を選択する。そして、次のステップＳ３８において、補正後の冷却液供給流量Ｑ_１を実現するために冷却液ポンプモータの回転数を制御するが、このとき、ステップＳ３７で何れかの流量変化量制限値を選択した場合には、この選択した流量変化量制限値に基づいて、冷却液ポンプモータの回転数を制御する。 When the flow rate change amount limit value is calculated in at least one of step S34 and step S36, the system controller 100, in the next step S37, determines the first flow rate change amount limit value calculated in step S34. Among the second flow rate variation limit values calculated in step S36, a smaller limit value (stricter limit value) is selected. The selection in the next step S38, the but to control the rotational speed of the coolant pump motor in order to realize a coolant supply flow rate to Q ₁ after correction, this time, one of the flow rate change amount limiting value at step S37 In this case, the rotational speed of the coolant pump motor is controlled based on the selected flow rate change amount limit value.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システムコントローラ１００が冷却液ポンプモータの回転数を制御する際に、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることが推定される場合には、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルク以下となるような第１の流量変化量制限値を算出すると共に、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力を上回ることが推定される場合には、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限圧力以下となるような第２の流量変化量制限値を算出するようにしている。そして、これら算出した制限値のうちで何れか小さい方の流量変化量制限値（厳しい方の流量変化量制限値）を選択して、この選択した流量変化量制限値に基づいて冷却液ポンプモータの回転数を制御し、この制限値に基づく冷却液ポンプモータの回転数から燃料電池１の発電応答時間を推定するようにしている。したがって、冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを上回ることに起因して生じる冷却液ポンプ２６の故障や、冷却液ポンプ２６が吐出する冷却液の圧力が上限値を上回ることに起因して生じる冷却液ポンプ２６下流側の部品や燃料電池１の故障等の問題を有効に回避しながら、燃料電池１の発電応答時間を正確に推定することができる。 As described above, in the fuel cell system of this embodiment, when the system controller 100 controls the rotation speed of the coolant pump motor, it is estimated that the torque of the coolant pump motor exceeds the upper limit torque. Calculates the first flow rate change amount limit value so that the torque of the coolant pump motor is equal to or lower than the upper limit torque, and it is estimated that the pressure of the coolant discharged from the coolant pump 26 exceeds the upper limit pressure. In this case, the second flow rate change amount limit value is calculated such that the pressure of the coolant discharged from the coolant pump 26 is equal to or lower than the upper limit pressure. Then, the smaller one of the calculated limit values, which is the smaller flow rate change limit value (stricter flow rate change limit value), is selected, and the coolant pump motor is selected based on the selected flow rate change limit value. And the power generation response time of the fuel cell 1 is estimated from the rotational speed of the coolant pump motor based on the limit value. Therefore, a failure of the coolant pump 26 caused by the torque of the coolant pump motor exceeding the upper limit torque, or a cooling caused by the pressure of the coolant discharged from the coolant pump 26 exceeding the upper limit value. The power generation response time of the fuel cell 1 can be accurately estimated while effectively avoiding problems such as failure of the components on the downstream side of the liquid pump 26 and the fuel cell 1.

本発明を適用した燃料電池システムの一例を示すシステム構成図である。It is a system configuration diagram showing an example of a fuel cell system to which the present invention is applied. 本発明を適用した燃料電池システムのシステムコントローラにおける発電応答時間推定に関する機能を概略的に示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows roughly the function regarding power generation response time estimation in the system controller of the fuel cell system to which this invention is applied. 本発明を適用した燃料電池システムのシステムコントローラによる燃料電池の発電応答時間推定処理の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the electric power generation response time estimation process of the fuel cell by the system controller of the fuel cell system to which this invention is applied. 燃料電池の発電量と冷却液供給流量の基本値との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the electric power generation amount of a fuel cell, and the basic value of a coolant supply flow rate. 冷却液ポンプモータの回転数が所定値の場合における大気圧と冷却液ポンプが吐出する冷却液流量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between atmospheric pressure in case the rotation speed of a coolant pump motor is a predetermined value, and the coolant flow rate which a coolant pump discharges. 燃料電池の発電量と発熱量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the electric power generation amount of a fuel cell, and the emitted-heat amount. 冷却液供給流量の基本値に対する補正値を算出する方法を説明するための図であり、（ａ）は大気圧と冷却液供給流量基本値に対する補正係数との関係を示す図、（ｂ）は最終燃料電池発熱量と冷却液供給流量基本値に対する補正係数との関係を示す図である。It is a figure for demonstrating the method of calculating the correction value with respect to the basic value of a coolant supply flow, (a) is a figure which shows the relationship between atmospheric pressure and the correction coefficient with respect to a coolant supply flow basic value, (b) is a figure. It is a figure which shows the relationship between the last fuel cell calorific value and the correction coefficient with respect to a coolant supply flow rate basic value. 冷却液ポンプモータの回転数と冷却液流量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the rotation speed of a coolant pump motor, and a coolant flow rate. 燃料電池の発電応答時間を推定する方法を説明するための図であり、冷却液ポンプモータの回転数と燃料電池の実発電量との関係を示す特性図である。It is a figure for demonstrating the method of estimating the electric power generation response time of a fuel cell, and is a characteristic view which shows the relationship between the rotation speed of a coolant pump motor, and the actual electric power generation amount of a fuel cell. 冷却液ポンプモータのトルクが上限トルクを超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in the case of restrict | limiting the variation | change_quantity of a coolant supply flow volume so that the torque of a coolant pump motor may not exceed an upper limit torque. 補正後の冷却液供給流量の変化量を制限する方法を説明するための図であり、（ａ）は冷却液ポンプモータ回転数と上限トルクとの関係を示す特性図、（ｂ）は冷却液ポンプモータの回転数及び冷却液供給流量の変化と冷却液ポンプモータのトルク変化との関係を、上限トルクによる制限を加える場合と制限を加えない場合とで対比しながら示す特性図である。It is a figure for demonstrating the method to restrict | limit the variation | change_quantity of the coolant supply flow rate after correction | amendment, (a) is a characteristic view which shows the relationship between a coolant pump motor rotation speed, and an upper limit torque, (b) is a coolant. It is a characteristic view which shows the relationship between the change of the rotation speed of a pump motor and a coolant supply flow rate, and the torque change of a coolant pump motor, with the case where the restriction | limiting by an upper limit torque is added, and the case where a restriction | limiting is not added. 冷却液ポンプが吐出する冷却液の圧力が上限圧力を超えないように冷却液供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in the case of restrict | limiting the variation | change_quantity of a coolant supply flow volume so that the pressure of the coolant discharged from a coolant pump may not exceed an upper limit pressure. 補正後の冷却液供給流量の変化量を制限する方法を説明するための図であり、冷却液ポンプモータの回転数及び冷却液供給流量の変化と冷却液ポンプが吐出する冷却液の圧力の変化との関係を、上限圧力による制限を加える場合と制限を加えない場合とを対比しながら示す特性図である。It is a figure for demonstrating the method of restrict | limiting the variation | change_quantity of the coolant supply flow after correction | amendment, and the rotation speed of a coolant pump motor, the change of coolant supply flow, and the change of the pressure of the coolant which a coolant pump discharges 5 is a characteristic diagram showing a relationship between the case where the restriction by the upper limit pressure is added and the case where the restriction is not added. 冷却液ポンプモータの上限トルクによる流量変化量制限値と、冷却液ポンプの吐出側上限冷却液圧力による流量変化量制限値とで、何れか小さい方の流量変化量制限値に基づき冷却液供給流量の変化量に制限を加える場合の処理の流れを示すフローチャートである。The coolant supply flow rate based on the smaller flow rate change limit value, whichever is smaller, between the flow rate change limit value due to the upper limit torque of the coolant pump motor and the flow rate change rate limit value due to the discharge side upper limit coolant pressure of the coolant pump It is a flowchart which shows the flow of a process in the case of restrict | limiting a variation | change_quantity of this.

Explanation of symbols

１燃料電池
２駆動ユニット
２６冷却液ポンプ
３１温度センサ
３２温度センサ
３３大気圧センサ
１００システムコントローラ
１０１冷却液供給流量基本値算出手段
１０２燃料電池冷却状態推定手段
１０３冷却液供給流量補正値算出手段
１０４モータ回転数制御手段
１０５燃料電池発電応答時間推定手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Drive unit 26 Coolant pump 31 Temperature sensor 32 Temperature sensor 33 Atmospheric pressure sensor 100 System controller 101 Coolant supply flow rate basic value calculation means 102 Fuel cell cooling state estimation means 103 Coolant supply flow rate correction value calculation means 104 Motor Rotational speed control means 105 Fuel cell power generation response time estimation means

Claims

A fuel cell that generates electricity by supplying fuel gas and oxidant gas;
A coolant supply device that operates with electric power of the fuel cell and supplies coolant to the fuel cell;
Cooling state estimation means for estimating a cooling state of the fuel cell by determining whether or not a coolant supply amount supplied to the fuel cell is sufficient;
When the cooling liquid supply device determines that the cooling liquid supply amount supplied to the fuel cell is insufficient by the cooling state estimation means and the cooling state of the fuel cell is estimated to be insufficient. , Increasing the amount of coolant supplied to the fuel cell,
The power generation response time until the actual power generation amount of the fuel cell reaches the target power generation amount when the cooling state estimation unit estimates that the cooling state of the fuel cell is insufficient is the cooling power of the fuel cell. the fuel cell system characterized by comprising the fuel cell power generation response time estimation means to estimate to be longer than the generator response time when the state is sufficient.

A coolant supply flow rate basic value calculating means for calculating a basic value of a coolant supply flow rate required for the coolant supply device based on a target power generation amount of the fuel cell;
Coolant supply flow rate correction for calculating a correction value of the coolant supply flow rate so as to increase the coolant supply flow rate when the cooling state estimation unit estimates that the cooling state of the fuel cell is insufficient. A value calculating means;
Motor rotation speed control means for outputting a rotation speed command value to the motor of the cooling liquid supply device and controlling the rotation speed of the motor so as to obtain the coolant supply flow rate corrected by the correction value. In addition,
2. The fuel according to claim 1, wherein the fuel cell power generation response time estimation means estimates a power generation response time of the fuel cell based on a rotation speed command value output from the motor rotation speed control means. Battery system.

The cooling state estimating means detects atmospheric pressure as a parameter for estimating the cooling state of the fuel cell;
The coolant supply flow rate correction value calculating means increases the coolant supply amount as the atmospheric pressure decreases in accordance with the capability of the coolant supply apparatus that changes with changes in the atmospheric pressure. The fuel cell system according to claim 2, wherein a correction value of the flow rate is calculated.

The cooling state estimating means calculates a predicted heat generation amount of the fuel cell as the cooling state of the fuel cell;
The coolant supply flow rate correction value calculating unit increases the coolant supply amount as the predicted heat generation amount increases in accordance with the predicted heat generation amount calculated by the cooling state estimation unit. The fuel cell system according to claim 2, wherein the correction value is calculated.

Motor torque estimating means for estimating the torque of the motor of the coolant supply device based on the coolant supply flow rate required for the coolant supply device;
Coolant supply flow rate change amount limit value calculation means for calculating a limit value of the change amount of the coolant supply flow rate required for the coolant supply apparatus so that the torque estimated by the motor torque estimation means does not exceed a predetermined value. And further comprising
The motor speed control hand stage, on the basis of the limit values the coolant supply flow rate variation limiting value calculation means has calculated, claim 2, characterized in that to control the rotational speed of the motor of the coolant supply device The fuel cell system according to any one of 1 to 4.

Based on the coolant supply flow rate required for the coolant supply apparatus, discharge coolant pressure estimation means for estimating the pressure of the coolant discharged by the coolant supply apparatus,
Coolant supply flow rate change for calculating a limit value of the change amount of the coolant supply flow rate required for the coolant supply device so that the discharge coolant pressure estimated by the discharge coolant pressure estimation means does not exceed a predetermined value An amount limit value calculating means;
The motor speed control hand stage, on the basis of the limit values the coolant supply flow rate variation limiting value calculation means has calculated, claim 2, characterized in that to control the rotational speed of the motor of the coolant supply device The fuel cell system according to any one of 1 to 4.

The coolant supply flow rate change amount limit value calculating means includes a first limit value at which a torque estimated by the motor torque estimating means does not exceed a predetermined value, and a discharge coolant estimated by the discharge coolant pressure estimating means. A second limit value at which the pressure does not exceed a predetermined value, and
The motor speed control hand stage, based on the smaller limit value of the first limit value or the second limit value the coolant supply flow rate variation limiting value calculation means has calculated, the coolant supply The fuel cell system according to claim 5 or 6, wherein the number of rotations of a motor of the apparatus is controlled.