JP7479691B2 - Fuel cell system and fuel cell power generation method - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池システムとして、燃料電池の発電停止時、図4に示すように、燃料電池の電圧が上限値以上になると、燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止し、燃料電池の電圧が下限値以下になると、燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を再開するものがある。なお、図4に示す燃料電池の電圧の変動例では、燃料電池の電圧が上限値を超えないように、一時的に、燃料電池から負荷に電流を流しているものとする。関連する技術として、特許文献1がある。 As shown in FIG. 4, when power generation by the fuel cell stops, some fuel cell systems stop supplying fuel gas and oxidant gas to the fuel cell if the fuel cell voltage exceeds an upper limit, and resume supplying fuel gas and oxidant gas to the fuel cell if the fuel cell voltage falls below a lower limit. In the example of fuel cell voltage fluctuation shown in FIG. 4, a current is temporarily passed from the fuel cell to a load so that the fuel cell voltage does not exceed the upper limit. Related technology is disclosed in Patent Document 1.
しかしながら、上記燃料電池システムでは、上限値と下限値との差が比較的大きい場合、燃料電池の電圧の変動幅の増加による燃料電池の劣化が懸念される。 However, in the above fuel cell system, if the difference between the upper and lower limits is relatively large, there is a concern that the fuel cell may deteriorate due to an increase in the fluctuation range of the fuel cell voltage.
そこで、本発明の一側面に係る目的は、燃料電池の発電停止時に、燃料電池の電圧の変動幅を抑えることが可能な燃料電池システム及び燃料電池の発電方法を提供することである。 Therefore, an object of one aspect of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell power generation method that can suppress the fluctuation range of the fuel cell voltage when power generation by the fuel cell is stopped.
本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる燃料電池と、前記燃料電池の後段に設けられるDCDCコンバータと、前記燃料電池への前記燃料ガスの供給量を調整するインジェクタと、前記燃料電池への前記酸化剤ガスの供給量を調整するモータを有するエアコンプレッサと、前記DCDCコンバータ、前記インジェクタ、及び前記エアコンプレッサの前記モータの動作を制御する制御部とを備える。 The fuel cell system according to one embodiment of the present invention includes a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in an oxidant gas, a DC-DC converter provided downstream of the fuel cell, an injector that adjusts the amount of fuel gas supplied to the fuel cell, an air compressor having a motor that adjusts the amount of oxidant gas supplied to the fuel cell, and a control unit that controls the operation of the DC-DC converter, the injector, and the motor of the air compressor.
前記制御部は、前記モータを最低回転数で駆動させている場合における前記燃料電池に供給される単位時間あたりの酸素の量である単位時間酸素供給量と、前記燃料電池の電解質膜を透過する単位時間あたりの水素の量と反応する酸素の量である単位時間反応酸素量と、から比を求め、前記比から前記単位時間のうちの第1の期間と、前記単位時間のうちの前記第1の期間以外の第2の期間を取得し、前記DCDCコンバータを停止させている場合における前記燃料電池の発電停止時、前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が一定になるように、前記インジェクタの動作を制御するとともに、前記第1の期間において前記モータを最低回転数で駆動させる処理と、前記第2の期間において前記モータを停止させる処理とを交互に繰り返し行う。 The control unit calculates a ratio between the unit time oxygen supply amount, which is the amount of oxygen supplied to the fuel cell per unit time when the motor is driven at the minimum rotation speed, and the unit time reaction oxygen amount, which is the amount of oxygen that reacts with the amount of hydrogen permeating the electrolyte membrane of the fuel cell per unit time, and obtains a first period of the unit time and a second period of the unit time other than the first period from the ratio. When power generation by the fuel cell is stopped while the DCDC converter is stopped, the control unit controls the operation of the injector so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell is constant, and alternately repeats a process of driving the motor at the minimum rotation speed during the first period and a process of stopping the motor during the second period.
これにより、燃料電池の電解質膜を透過する単位時間あたりの水素の量が比較的少ない場合、第1の期間を比較的短くすることで、第1の期間における燃料電池の電圧の上昇を抑えることができる。また、第2の期間において電解質膜を介して水素極に透過する酸素の燃料を抑えることができるため、第2の期間における燃料電池の電圧の低下を抑えることができる。そのため、DCDCコンバータを停止させている場合における燃料電池の発電停止時に、燃料電池の電圧の変動幅を抑えることができる。 As a result, when the amount of hydrogen that permeates the electrolyte membrane of the fuel cell per unit time is relatively small, the first period can be made relatively short to suppress the rise in fuel cell voltage during the first period. In addition, the amount of oxygen fuel that permeates through the electrolyte membrane to the hydrogen electrode during the second period can be suppressed, so the drop in fuel cell voltage during the second period can be suppressed. Therefore, when power generation by the fuel cell is stopped while the DCDC converter is stopped, the fluctuation range of the fuel cell voltage can be suppressed.
また、前記制御部は、前記DCDCコンバータを停止させている場合における前記燃料電池の発電停止時、前記第2の期間において前記燃料電池に前記燃料ガスが供給されないように前記インジェクタの動作を制御するように構成してもよい。 The control unit may also be configured to control the operation of the injector so that the fuel gas is not supplied to the fuel cell during the second period when power generation by the fuel cell is stopped while the DCDC converter is stopped.
これにより、燃料ガスの消費量を抑えることができるため、燃料電池システムから供給される電力により走行する車両の燃費を向上させることができる。 This reduces the amount of fuel gas consumed, improving the fuel efficiency of vehicles that run on electricity supplied by the fuel cell system.
また、上記燃料電池システムは、前記DCDCコンバータの後段に設けられる蓄電装置を備え、前記DCDCコンバータは、インダクタと、スイッチと、アノード端子が前記インダクタを介して前記燃料電池の正極端子に接続されるとともに前記スイッチを介して前記燃料電池の負極端子に接続され、カソード端子が前記蓄電装置の正極端子に接続されるダイオードと、一方端子が前記ダイオードのカソード端子及び前記蓄電装置の正極端子に接続され、他方端子が前記燃料電池の負極端子及び前記蓄電装置の負極端子に接続されるコンデンサとを備えるように構成してもよい。 The fuel cell system may also include a power storage device provided downstream of the DCDC converter, and the DCDC converter may include an inductor, a switch, a diode having an anode terminal connected to the positive terminal of the fuel cell via the inductor and connected to the negative terminal of the fuel cell via the switch and a cathode terminal connected to the positive terminal of the power storage device, and a capacitor having one terminal connected to the cathode terminal of the diode and the positive terminal of the power storage device and the other terminal connected to the negative terminal of the fuel cell and the negative terminal of the power storage device.
これにより、スイッチが停止しているときで、かつ、燃料電池の電圧が蓄電装置の電圧より高い場合、燃料電池からダイオードを介して蓄電装置に電流が流れて燃料電池の電圧が低下するため、燃料電池の電圧が比較的高くなることで燃料電池が劣化することを抑制することができる。 As a result, when the switch is off and the fuel cell voltage is higher than the voltage of the power storage device, current flows from the fuel cell to the power storage device via the diode, causing the fuel cell voltage to drop, preventing the fuel cell from deteriorating due to the relatively high fuel cell voltage.
また、前記制御部は、前記DCDCコンバータを駆動させている場合における前記燃料電池の発電時、前記蓄電装置の電圧または充電率に応じて、前記燃料電池の出力電力が段階的に変化するように、前記エアコンプレッサのモータの動作を制御するように構成してもよい。 The control unit may also be configured to control the operation of the air compressor motor so that the output power of the fuel cell changes stepwise depending on the voltage or charging rate of the power storage device when the fuel cell is generating power while the DCDC converter is operating.
また、本発明に係る一つの形態である燃料電池の発電方法は、上記燃料電池システムにおける前記燃料電池の発電方法であって、前記制御部は、前記モータを最低回転数で駆動させている場合における前記燃料電池に供給される単位時間あたりの酸素の量である単位時間酸素供給量と、前記燃料電池の電解質膜を透過する単位時間あたりの水素の量と反応する酸素の量である単位時間反応酸素量と、から比を求め、前記比から前記単位時間のうちの第1の期間と、前記単位時間のうちの前記第1の期間以外の第2の期間を取得し、前記DCDCコンバータを停止させている場合における前記燃料電池の発電停止時、前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が一定になるように、前記インジェクタの動作を制御するとともに、前記第1の期間において前記モータを最低回転数で駆動させる処理と、前記第2の期間において前記モータを停止させる処理とを交互に繰り返し行う。 In addition, a fuel cell power generation method according to one embodiment of the present invention is a method of generating power for the fuel cell in the above fuel cell system, in which the control unit calculates a ratio between a unit time oxygen supply amount, which is the amount of oxygen supplied to the fuel cell per unit time when the motor is driven at the minimum rotation speed, and a unit time reaction oxygen amount, which is the amount of oxygen reacting with the amount of hydrogen permeating the electrolyte membrane of the fuel cell per unit time, and obtains a first period of the unit time and a second period of the unit time other than the first period from the ratio. When power generation by the fuel cell is stopped when the DCDC converter is stopped, the operation of the injector is controlled so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell is constant, and the process of driving the motor at the minimum rotation speed during the first period and the process of stopping the motor during the second period are alternately repeated.
これにより、第1の期間における燃料電池の電圧の上昇を抑えることができ、第2の期間における燃料電池の電圧の低下を抑えることができるため、燃料電池から負荷に電流が流れていない場合における燃料電池の発電停止時、燃料電池の電圧の変動幅を抑えることができる。 This makes it possible to suppress the rise in the fuel cell voltage during the first period and the fall in the fuel cell voltage during the second period, thereby suppressing the fluctuation range of the fuel cell voltage when the fuel cell stops generating electricity when no current is flowing from the fuel cell to the load.
本発明によれば、燃料電池の発電停止時において、燃料電池の電圧の変動幅を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the fluctuation range of the fuel cell voltage when the fuel cell stops generating electricity.
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。 The following describes the embodiment in detail with reference to the drawings.
図1は、実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 Figure 1 shows an example of a fuel cell system according to an embodiment.
図1に示す燃料電池システム1は、フォークリフトなどの産業車両や自動車などの車両Veに搭載され、負荷Loなどに電力を供給する。なお、負荷Loは、車両Veに搭載される走行用モータを駆動するインバータや電装部品などである。 The fuel cell system 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle Ve, such as an industrial vehicle such as a forklift or an automobile, and supplies power to a load Lo, etc. The load Lo is an inverter and electrical components that drive a traction motor mounted on the vehicle Ve.
また、燃料電池システム1は、燃料電池FCと、水素タンクHTと、インジェクタINJと、エアコンプレッサACPと、エア調圧弁ARVと、DCDCコンバータCNVと、蓄電装置Bと、電圧計SV1、SV2と、電流計SIと、記憶部2と、制御部3とを備える。 The fuel cell system 1 also includes a fuel cell FC, a hydrogen tank HT, an injector INJ, an air compressor ACP, an air pressure regulating valve ARV, a DCDC converter CNV, a power storage device B, voltmeters SV1 and SV2, an ammeter SI, a memory unit 2, and a control unit 3.
燃料電池FCは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池スタックであり、燃料ガス(水素ガス)に含まれる水素と酸化剤ガス(空気)に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。 The fuel cell FC is a fuel cell stack consisting of multiple fuel cell cells connected in series with each other, and generates electricity through an electrochemical reaction between the hydrogen contained in the fuel gas (hydrogen gas) and the oxygen contained in the oxidant gas (air).
水素タンクHTは、燃料ガスの貯蔵容器である。水素タンクHTに貯蔵された燃料ガスはインジェクタINJを介して燃料電池FCに供給される。 The hydrogen tank HT is a storage container for fuel gas. The fuel gas stored in the hydrogen tank HT is supplied to the fuel cell FC via the injector INJ.
インジェクタINJは、燃料電池FCに供給される単位時間Tあたりの燃料ガスの量(流量)を調整する。 The injector INJ adjusts the amount (flow rate) of fuel gas per unit time T supplied to the fuel cell FC.
エアコンプレッサACPは、酸化剤ガスをエア調圧弁ARVを介して燃料電池FCに供給する。例えば、エアコンプレッサACPのモータを駆動するための電圧が大きくなるほど、モータの回転数が大きくなり、エアコンプレッサACPから出力される単位時間Tあたりの酸化剤ガスの量(流量)が大きくなるものとする。また、エアコンプレッサACPのモータを駆動するための電圧が小さくなるほど、モータの回転数が小さくなり、エアコンプレッサACPから出力される単位時間Tあたりの酸化剤ガスの量が小さくなるものとする。 The air compressor ACP supplies oxidant gas to the fuel cell FC via the air pressure regulating valve ARV. For example, the higher the voltage for driving the motor of the air compressor ACP, the higher the motor rotation speed, and the larger the amount (flow rate) of oxidant gas output from the air compressor ACP per unit time T. Also, the lower the voltage for driving the motor of the air compressor ACP, the lower the motor rotation speed, and the smaller the amount of oxidant gas output from the air compressor ACP per unit time T.
エア調圧弁ARVは、燃料電池FCに供給される酸化剤ガスの圧力を調整する。 The air pressure regulator valve ARV adjusts the pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell FC.
DCDCコンバータCNVは、燃料電池FCと蓄電装置Bとの間に設けられ、燃料電池FCの電圧を上昇させるとともに燃料電池FCから出力される電力を蓄電装置Bに供給する。 The DCDC converter CNV is provided between the fuel cell FC and the power storage device B, and increases the voltage of the fuel cell FC and supplies the power output from the fuel cell FC to the power storage device B.
また、DCDCコンバータCNVは、インダクタLと、スイッチSW(MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)など)と、ダイオードDと、コンデンサCとを備える。すなわち、ダイオードDのアノード端子はインダクタLを介して燃料電池FCの正極端子に接続されているとともにスイッチSWを介して燃料電池FCの負極端子に接続されている。また、ダイオードDのカソード端子は蓄電装置Bの正極端子に接続されている。また、コンデンサCの一方端子はダイオードDのカソード端子及び蓄電装置Bの正極端子に接続され、コンデンサCの他方端子は燃料電池FCの負極端子及び蓄電装置Bの負極端子に接続されている。なお、スイッチSWがオフ(開状態)である場合で、かつ、燃料電池FCの電圧が蓄電装置Bの電圧より高い場合、燃料電池FCからダイオードDを介して蓄電装置Bに電流が流れるものとする。 The DC-DC converter CNV includes an inductor L, a switch SW (such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)), a diode D, and a capacitor C. That is, the anode terminal of the diode D is connected to the positive terminal of the fuel cell FC via the inductor L and to the negative terminal of the fuel cell FC via the switch SW. The cathode terminal of the diode D is connected to the positive terminal of the power storage device B. One terminal of the capacitor C is connected to the cathode terminal of the diode D and the positive terminal of the power storage device B, and the other terminal of the capacitor C is connected to the negative terminal of the fuel cell FC and the negative terminal of the power storage device B. When the switch SW is off (open state) and the voltage of the fuel cell FC is higher than the voltage of the power storage device B, a current flows from the fuel cell FC to the power storage device B via the diode D.
蓄電装置Bは、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、DCDCコンバータCNVの後段に設けられる。また、蓄電装置Bは、負荷Loに電力を供給する。 The power storage device B is composed of a lithium ion capacitor or the like, and is provided after the DCDC converter CNV. The power storage device B also supplies power to the load Lo.
電圧計SV1は、燃料電池FCの電圧を計測し、その計測した電圧を制御部3に送る。 The voltmeter SV1 measures the voltage of the fuel cell FC and sends the measured voltage to the control unit 3.
電圧計SV2は、蓄電装置Bの電圧を計測し、その計測した電圧を制御部3に送る。 The voltmeter SV2 measures the voltage of the storage device B and sends the measured voltage to the control unit 3.
電流計SIは、蓄電装置Bに流れる電流を計測し、その計測した電流を制御部3に送る。 The ammeter SI measures the current flowing through the storage device B and sends the measured current to the control unit 3.
記憶部2は、RAM(Random Access Memory)またはROM(Read Only Memory)などのメモリにより構成される。 The storage unit 2 is composed of memory such as RAM (Random Access Memory) or ROM (Read Only Memory).
制御部3は、CPU(Central Processing Unit)またはプログラマブルなデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device))などにより構成され、インジェクタINJ、エア調圧弁ARV、DCDCコンバータCNV、及びエアコンプレッサACPのモータの動作を制御する。 The control unit 3 is composed of a CPU (Central Processing Unit) or a programmable device (such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or a PLD (Programmable Logic Device)), and controls the operation of the injector INJ, the air pressure regulating valve ARV, the DCDC converter CNV, and the motor of the air compressor ACP.
<インジェクタINJの動作制御>
制御部3は、燃料電池FCの発電時、燃料電池FC内の燃料ガスの圧力が一定になるように、インジェクタINJの動作を制御する。
<Operation control of injector INJ>
The control unit 3 controls the operation of the injector INJ so that the pressure of the fuel gas inside the fuel cell FC remains constant when the fuel cell FC is generating electricity.
例えば、制御部3は、燃料電池FCの発電時、燃料電池FCの水素極(アノード)の圧力が所定圧力以上になると、水素タンクHTから燃料電池FCへの燃料ガスの供給が停止するようにインジェクタINJの動作を制御し、燃料電池FCの水素極の圧力が所定圧力より低くなると、水素タンクHTから燃料電池FCへの燃料ガスの供給が再開するようにインジェクタINJの動作を制御する。 For example, when the fuel cell FC is generating electricity, the control unit 3 controls the operation of the injector INJ so that the supply of fuel gas from the hydrogen tank HT to the fuel cell FC is stopped when the pressure of the hydrogen electrode (anode) of the fuel cell FC reaches or exceeds a predetermined pressure, and controls the operation of the injector INJ so that the supply of fuel gas from the hydrogen tank HT to the fuel cell FC is resumed when the pressure of the hydrogen electrode of the fuel cell FC falls below the predetermined pressure.
<エア調圧弁ARVの動作制御>
制御部3は、燃料電池FCの発電時、燃料電池FCに供給される酸化剤ガスの圧力が一定になるようにエア調圧弁ARVの動作を制御する。これにより、エアコンプレッサACPから燃料電池FCの酸素極に供給される酸化剤ガスの流量の変動を抑制することができる。
<Operation control of air pressure regulating valve ARV>
The control unit 3 controls the operation of the air pressure regulating valve ARV so that the pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell FC is constant when the fuel cell FC is generating electricity, thereby making it possible to suppress fluctuations in the flow rate of the oxidant gas supplied from the air compressor ACP to the oxygen electrode of the fuel cell FC.
<蓄電装置Bの満充電状態判断>
制御部3は、蓄電装置Bの電圧(電圧計SV2により計測される電圧)が電圧閾値以上である場合、または、蓄電装置Bの充電率が充電率閾値以上である場合、蓄電装置Bが満充電状態であると判断し、蓄電装置Bの電圧が電圧閾値より小さい場合、または、蓄電装置Bの充電率が充電率閾値より小さい場合、蓄電装置Bが満充電状態でないと判断する。なお、制御部3は、電圧計SV2により計測される電圧や電流計SIにより計測される電流の積算値により蓄電装置Bの充電率を求めるものとする。
<Determination of Fully Charged State of Storage Device B>
The control unit 3 determines that the storage device B is fully charged when the voltage of the storage device B (the voltage measured by the voltmeter SV2) is equal to or higher than the voltage threshold value or when the charging rate of the storage device B is equal to or higher than the charging rate threshold value, and determines that the storage device B is not fully charged when the voltage of the storage device B is lower than the voltage threshold value or when the charging rate of the storage device B is lower than the charging rate threshold. The control unit 3 determines the charging rate of the storage device B from the integrated value of the voltage measured by the voltmeter SV2 or the current measured by the ammeter SI.
<蓄電装置Bが満充電状態ではない場合のDCDCコンバータCNVの動作制御>
制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態ではないと判断する場合、蓄電装置Bの電圧または充電率(蓄電装置Bの満充電容量に対する現在の充電容量の割合)に応じて、DCDCコンバータCNVを駆動させる。
<Operation Control of DCDC Converter CNV When Power Storage Device B is Not in a Fully Charged State>
When the control unit 3 determines that the storage device B is not fully charged, it drives the DCDC converter CNV according to the voltage or charging rate of the storage device B (the ratio of the current charging capacity to the full charging capacity of the storage device B).
例えば、制御部3は、蓄電装置Bの電圧または充電率が大きくなるほど、DCDCコンバータCNVに送る目標出力電圧を大きくし、蓄電装置Bの電圧または充電率が小さくなるほど、DCDCコンバータCNVに送る目標出力電圧を小さくする。DCDCコンバータCNVは、目標出力電圧が大きくなるほど、スイッチSWのオン、オフを制御する制御信号のデューティ比を大きくすることでDCDCコンバータCNVの出力電圧を大きくする。また、DCDCコンバータCNVは、目標出力電圧が小さくなるほど、制御信号のデューティ比を小さくすることでDCDCコンバータCNVの出力電圧を小さくする。 For example, the control unit 3 increases the target output voltage sent to the DCDC converter CNV as the voltage or charging rate of the storage device B increases, and decreases the target output voltage sent to the DCDC converter CNV as the voltage or charging rate of the storage device B decreases. The DCDC converter CNV increases the output voltage of the DCDC converter CNV by increasing the duty ratio of the control signal that controls the on/off of the switch SW as the target output voltage increases. Also, the DCDC converter CNV decreases the duty ratio of the control signal as the target output voltage decreases, thereby decreasing the output voltage of the DCDC converter CNV.
なお、制御部3は、燃料電池FCの電圧が比較的高い場合に燃料電池FCから蓄電装置Bに電流を引くことで燃料電池FCの電圧を低下させる高電位回避処理を行う。具体的には、制御部3は、燃料電池FCの電圧が上限値以上になると、燃料電池FCからDCDCコンバータCNVを介して蓄電装置Bに流れる電流が増加するようにDCDCコンバータCNVの動作を制御し、燃料電池FCの電圧を上限値より小さい電圧に変化させる。これにより、燃料電池FCの電圧が上限値を超える状態を低減することができるため、燃料電池FCの電圧が比較的高くなることで燃料電池FCが劣化することを抑制することができる。 The control unit 3 performs high potential avoidance processing to lower the voltage of the fuel cell FC by drawing current from the fuel cell FC to the power storage device B when the voltage of the fuel cell FC is relatively high. Specifically, when the voltage of the fuel cell FC reaches or exceeds an upper limit, the control unit 3 controls the operation of the DCDC converter CNV so as to increase the current flowing from the fuel cell FC to the power storage device B via the DCDC converter CNV, and changes the voltage of the fuel cell FC to a voltage lower than the upper limit. This reduces the state in which the voltage of the fuel cell FC exceeds the upper limit, thereby preventing the fuel cell FC from deteriorating due to the voltage of the fuel cell FC becoming relatively high.
<蓄電装置Bが満充電状態ではない場合のエアコンプレッサACPのモータの動作制御>
制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態ではないと判断する場合、蓄電装置Bを充電するために必要な電力が燃料電池FCから出力されるように、エアコンプレッサACPのモータの動作を制御する。
<Operation Control of the Motor of the Air Compressor ACP When the Storage Device B is Not in a Fully Charged State>
When the control unit 3 determines that the power storage device B is not fully charged, it controls the operation of the motor of the air compressor ACP so that the power required to charge the power storage device B is output from the fuel cell FC.
例えば、制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態ではないと判断する場合、すなわち、DCDCコンバータCNVを駆動させている場合における燃料電池FCの発電時、蓄電装置Bの電圧または充電率に応じて、燃料電池FCから出力される電力が段階的に変化するように、エアコンプレッサACPのモータの動作を制御する。すなわち、制御部3は、蓄電装置Bの電圧または充電率が閾値th1以下である場合、燃料電池FCから電力P3が出力されるように、エアコンプレッサACPのモータの動作を制御する。また、制御部3は、蓄電装置Bの電圧または充電率が閾値th1より大きく、閾値th2以下である場合、燃料電池FCから電力P2が出力されるように、エアコンプレッサACPのモータの動作を制御する。また、制御部3は、蓄電装置Bの電圧または充電率が閾値th2より大きい場合、燃料電池FCから電力P1が出力されるように、エアコンプレッサACPのモータの動作を制御する。なお、閾値th1<閾値th2とする。また、電力P1<電力P2<電力P3とする。 For example, when the control unit 3 determines that the power storage device B is not fully charged, that is, when the fuel cell FC is generating power while the DCDC converter CNV is being driven, the control unit 3 controls the operation of the motor of the air compressor ACP so that the power output from the fuel cell FC changes stepwise according to the voltage or charging rate of the power storage device B. That is, when the voltage or charging rate of the power storage device B is equal to or lower than the threshold th1, the control unit 3 controls the operation of the motor of the air compressor ACP so that the fuel cell FC outputs power P3. When the voltage or charging rate of the power storage device B is greater than the threshold th1 and equal to or lower than the threshold th2, the control unit 3 controls the operation of the motor of the air compressor ACP so that the fuel cell FC outputs power P2. When the voltage or charging rate of the power storage device B is greater than the threshold th2, the control unit 3 controls the operation of the motor of the air compressor ACP so that the fuel cell FC outputs power P1. Note that the threshold th1 is set to be less than the threshold th2. Also, the power P1 is set to be less than the threshold th2.
<蓄電装置Bが満充電状態である場合のDCDCコンバータCNVの動作制御>
制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態であると判断する場合、DCDCコンバータCNVを停止させる。すなわち、制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態であると判断する場合、DCDCコンバータCNVのスイッチSWを常時オフさせる。DCDCコンバータCNVが停止している場合で、かつ、蓄電装置Bの電圧が燃料電池FCの電圧より大きい場合では、燃料電池FCからDCDCコンバータCNVのダイオードを介して蓄電装置Bに電流が流れない。
<Operation Control of DCDC Converter CNV When Power Storage Device B is in Fully Charged State>
When the control unit 3 determines that the power storage device B is fully charged, it stops the DCDC converter CNV. That is, when the control unit 3 determines that the power storage device B is fully charged, it keeps the switch SW of the DCDC converter CNV off at all times. When the DCDC converter CNV is stopped and the voltage of the power storage device B is higher than the voltage of the fuel cell FC, no current flows from the fuel cell FC to the power storage device B via the diode of the DCDC converter CNV.
<蓄電装置Bが満充電状態である場合のエアコンプレッサACPのモータの動作制御>
制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態であると判断する場合、燃料電池FCの電圧(電圧計SV1により計測される電圧)が上限値と下限値との間で一定になるようにエアコンプレッサACPのモータの動作を制御することで、燃料電池FCを発電させる。
<Operation Control of Motor of Air Compressor ACP When Power Storage Device B is in Fully Charged State>
When the control unit 3 determines that the storage device B is fully charged, it causes the fuel cell FC to generate electricity by controlling the operation of the motor of the air compressor ACP so that the voltage of the fuel cell FC (the voltage measured by the voltmeter SV1) is constant between an upper limit value and a lower limit value.
例えば、制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態であると判断する場合、すなわち、DCDCコンバータCNVを停止させている場合において、燃料電池FCの発電を停止する。なお、燃料電池FCによる発電を停止とは、燃料電池FCの発電量が完全にゼロになる場合だけでなく、燃料電池FCによる発電を抑制し、燃料電池FCの発電量が限りなくゼロに近くなる場合も含まれる。その時、期間T1(第1の期間)においてエアコンプレッサACPのモータを最低回転数により動作させる処理と、期間T2(第2の期間)においてエアコンプレッサACPのモータを停止させる処理とを交互に繰り返し行う。なお、最低回転数とは、エアコンプレッサACPから最も小さい流量の酸化ガスが出力されるときのエアコンプレッサACPのモータの回転数とする。 For example, when the control unit 3 determines that the power storage device B is in a fully charged state, that is, when the DCDC converter CNV is stopped, the control unit 3 stops the power generation of the fuel cell FC. Note that stopping the power generation of the fuel cell FC includes not only the case where the power generation amount of the fuel cell FC becomes completely zero, but also the case where the power generation by the fuel cell FC is suppressed and the power generation amount of the fuel cell FC becomes infinitesimally close to zero. At that time, the process of operating the motor of the air compressor ACP at the minimum rotation speed during the period T1 (first period) and the process of stopping the motor of the air compressor ACP during the period T2 (second period) are alternately repeated. Note that the minimum rotation speed is the rotation speed of the motor of the air compressor ACP when the smallest flow rate of oxidizing gas is output from the air compressor ACP.
なお、制御部3は、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、期間T1において水素タンクHTから燃料電池FCへ燃料ガスが供給され、期間T2において水素タンクHTから燃料電池FCへ燃料ガスが供給されないようにインジェクタINJの動作を制御するように構成してもよい。このように構成する場合は、燃料電池FC内の燃料ガスの圧力が一定になるように、インジェクタINJの動作を制御する場合に比べて、燃料ガスの消費量を低減することができるため、車両Veの燃費を向上させることができる。 The control unit 3 may be configured to control the operation of the injector INJ so that, when power generation by the fuel cell FC is stopped while the DCDC converter CNV is stopped, fuel gas is supplied from the hydrogen tank HT to the fuel cell FC during period T1, and fuel gas is not supplied from the hydrogen tank HT to the fuel cell FC during period T2. When configured in this manner, the amount of fuel gas consumed can be reduced compared to when the operation of the injector INJ is controlled so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell FC is constant, thereby improving the fuel efficiency of the vehicle Ve.
<期間T1、T2の取得例>
制御部3は、エアコンプレッサACPのモータを最低回転数で駆動させている場合において、エアコンプレッサACPから燃料電池FCに供給される単位時間Tあたりの酸素の量Vo1(すなわち、単位時間酸素供給量)と、燃料電池FCにおいて水素極から電解質膜を介して酸素極に透過(クロスリーク)する単位時間Tあたりの水素の量と反応する酸素の量Vo2(すなわち、単位時間反応酸素量)との比を求め、その比から単位時間Tのうちの期間T1と単位時間Tのうちの期間T1以外の期間T2を取得する。
<Example of acquiring periods T1 and T2>
When the motor of the air compressor ACP is driven at the minimum rotation speed, the control unit 3 calculates the ratio between the amount of oxygen Vo1 per unit time T supplied from the air compressor ACP to the fuel cell FC (i.e., the amount of oxygen supplied per unit time) and the amount of oxygen Vo2 (i.e., the amount of oxygen reacted per unit time) that reacts with the amount of hydrogen that permeates (cross leaks) from the hydrogen electrode through the electrolyte membrane in the fuel cell FC per unit time T, and obtains a period T1 within the unit time T and a period T2 within the unit time T other than period T1 from the period T1.
すなわち、まず、制御部3は、下記式1を計算することにより、酸素の量Vo1を求める。なお、エアコンプレッサACPから燃料電池FCに供給される単位時間Tあたりの酸化剤ガスの量[mol]:その酸化剤ガスに含まれる酸素の量[mol]=5:1とする。 That is, first, the control unit 3 calculates the amount of oxygen Vo1 by calculating the following formula 1. Note that the amount [mol] of oxidant gas per unit time T supplied from the air compressor ACP to the fuel cell FC: the amount [mol] of oxygen contained in the oxidant gas = 5:1.
酸素の量Vo1=エアコンプレッサACPから燃料電池FCに供給される単位時間Tあたりの酸化剤ガスの量/5 ・・・式1 Amount of oxygen Vo1 = amount of oxidant gas per unit time T supplied from air compressor ACP to fuel cell FC / 5 ... formula 1
次に、制御部3は、下記式2を計算することにより、酸素の量Vo2を求める。なお、燃料電池FCにおいて水素極から電解質膜を介して酸素極に透過する単位時間Tあたりの水素の量[mol]:その水素の量に反応する酸素の量[mol]=2:1とする。 Next, the control unit 3 calculates the amount of oxygen Vo2 by calculating the following formula 2. Note that the amount of hydrogen [mol] that permeates from the hydrogen electrode to the oxygen electrode through the electrolyte membrane in the fuel cell FC per unit time T: the amount of oxygen [mol] that reacts with that amount of hydrogen = 2:1.
酸素の量Vo2=燃料電池FCにおいて水素極から電解質膜を介して酸素極に透過する単位時間Tあたりの水素の量/2 ・・・式2 Amount of oxygen Vo2 = Amount of hydrogen that permeates from the hydrogen electrode through the electrolyte membrane to the oxygen electrode in the fuel cell FC per unit time T / 2 ... Equation 2
次に、制御部3は、下記式3を計算することにより、期間T1を求める。 Next, the control unit 3 calculates the period T1 by calculating the following formula 3.
期間T1=(酸素の量Vo2/酸素の量Vo1)×単位時間T ・・・式3 Time period T1 = (amount of oxygen Vo2 / amount of oxygen Vo1) x unit time T ... formula 3
そして、制御部3は、下記式4を計算することにより、期間T2を求める。 Then, the control unit 3 calculates the period T2 by calculating the following formula 4.
期間T2=単位時間T-期間T1 ・・・式4 Period T2 = unit time T - period T1 ... formula 4
なお、制御部3は、記憶部2から期間T1及び期間T2を読み出すことにより、期間T1及び期間T2を取得するように構成してもよい。この場合、期間T1及び期間T2は、実験やシミュレーションなどにより予め求め、記憶部2に記憶させておくものとする。 The control unit 3 may be configured to acquire the periods T1 and T2 by reading the periods T1 and T2 from the storage unit 2. In this case, the periods T1 and T2 are determined in advance by an experiment, a simulation, or the like, and are stored in the storage unit 2.
図2は、制御部3の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図2に示すフローチャートは、制御部3の動作周期毎に行われるものとする。 Figure 2 is a flowchart showing an example of the operation of the control unit 3. Note that the flowchart shown in Figure 2 is performed for each operation cycle of the control unit 3.
まず、制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態ではないと判断する場合、すなわち、DCDCコンバータCNVを駆動させている場合における燃料電池FCの発電時(ステップS1:No)、蓄電装置Bの電圧または充電率に応じて、インジェクタINJ、エア調圧弁ARV、及びエアコンプレッサACPのモータの動作を制御することで燃料電池FCを発電させるとともに、DCDCコンバータCNVの動作を制御することで燃料電池FCの電圧を上昇させて、蓄電装置Bを充電させる(ステップS2)。なお、制御部3は、ステップS2において、負荷Loから要求される電力も考慮して、インジェクタINJ、エア調圧弁ARV、エアコンプレッサACPのモータ、及びDCDCコンバータCNVの動作を制御するように構成してもよい。 First, when the control unit 3 determines that the power storage device B is not fully charged, i.e., when the fuel cell FC is generating electricity while the DCDC converter CNV is operating (step S1: No), the control unit 3 controls the operation of the injector INJ, the air pressure regulating valve ARV, and the motor of the air compressor ACP according to the voltage or charging rate of the power storage device B to cause the fuel cell FC to generate electricity, and controls the operation of the DCDC converter CNV to increase the voltage of the fuel cell FC and charge the power storage device B (step S2). Note that the control unit 3 may be configured to control the operation of the injector INJ, the air pressure regulating valve ARV, the motor of the air compressor ACP, and the DCDC converter CNV in step S2, taking into account the power required by the load Lo.
一方、制御部3は、蓄電装置Bが満充電状態であると判断する場合、すなわち、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時(ステップS1:Yes)、期間T1、T2を取得する(ステップS3)。 On the other hand, when the control unit 3 determines that the storage device B is in a fully charged state, that is, when power generation by the fuel cell FC is stopped while the DCDC converter CNV is stopped (step S1: Yes), it acquires periods T1 and T2 (step S3).
次に、制御部3は、期間T1が経過するまで、エアコンプレッサACPのモータを最低回転数で駆動させる(ステップS4、ステップS5:No)。 Next, the control unit 3 drives the motor of the air compressor ACP at the minimum rotation speed until the period T1 has elapsed (step S4, step S5: No).
次に、制御部3は、期間T1が経過すると(ステップS5:Yes)、期間T2が経過するまで、エアコンプレッサACPのモータを停止させる(ステップS6、ステップS7:No)。 Next, when the period T1 has elapsed (step S5: Yes), the control unit 3 stops the motor of the air compressor ACP until the period T2 has elapsed (step S6, step S7: No).
そして、制御部3は、期間T2が経過すると(ステップS7:Yes)、次回の動作周期まで待機する。 Then, when the period T2 has elapsed (step S7: Yes), the control unit 3 waits until the next operating cycle.
ここで、図3(a)は、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時の燃料電池FCの電圧の変動例を示す図である。なお、図3(a)に示す二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池FCの電圧を示している。また、燃料電池FCの電圧の上限値及び下限値は、燃料電池FCの耐電圧や定格電圧により設定されるものとする。 Here, FIG. 3(a) is a diagram showing an example of fluctuations in the voltage of the fuel cell FC when power generation by the fuel cell FC is stopped with the DCDC converter CNV stopped. Note that the horizontal axis of the two-dimensional coordinate system shown in FIG. 3(a) indicates time, and the vertical axis indicates the voltage of the fuel cell FC. In addition, the upper and lower limits of the voltage of the fuel cell FC are set based on the withstand voltage and rated voltage of the fuel cell FC.
上述のように、制御部3は、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、期間T1においてエアコンプレッサACPのモータを最低回転数により駆動させる処理と、期間T2においてエアコンプレッサACPのモータを停止させる処理とを交互に繰り返し行う。 As described above, when power generation by the fuel cell FC is stopped while the DCDC converter CNV is stopped, the control unit 3 alternately performs a process of driving the motor of the air compressor ACP at the minimum rotation speed during period T1 and a process of stopping the motor of the air compressor ACP during period T2.
一般に、燃料電池FCの電解質膜を透過する単位時間Tあたりの水素の量は比較的少ないため、図3(a)に示すように、期間T1を比較的短くすることで、期間T1における燃料電池FCの電圧の上昇を抑えることができる。また、期間T1が比較的短くなり、燃料電池FCに供給される酸素の量が比較的少なくなると、酸素極から電解質膜を介して水素極に透過する酸素の量も比較的少なくなるため、水素極における水素と酸素の燃焼を抑えることができる。そのため、図3(a)に示すように、期間T2における燃料電池FCの電圧の低下を抑えることができる。これにより、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、燃料電池FCの電圧の変動幅を抑えることができる。そして、燃料電池FCの電圧の変動幅を抑えることができるため、燃料電池FCの劣化を抑制することができる。 In general, the amount of hydrogen that permeates the electrolyte membrane of the fuel cell FC per unit time T is relatively small, so as shown in FIG. 3(a), by making the period T1 relatively short, the increase in the voltage of the fuel cell FC during the period T1 can be suppressed. Also, when the period T1 is relatively short and the amount of oxygen supplied to the fuel cell FC is relatively small, the amount of oxygen that permeates from the oxygen electrode through the electrolyte membrane to the hydrogen electrode is also relatively small, so the combustion of hydrogen and oxygen at the hydrogen electrode can be suppressed. Therefore, as shown in FIG. 3(a), the decrease in the voltage of the fuel cell FC during the period T2 can be suppressed. This makes it possible to suppress the fluctuation range of the voltage of the fuel cell FC when the power generation of the fuel cell FC is stopped when the DCDC converter CNV is stopped. And, because the fluctuation range of the voltage of the fuel cell FC can be suppressed, the deterioration of the fuel cell FC can be suppressed.
また、実施形態の燃料電池システム1によれば、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、微小な量の酸化剤ガスを燃料電池FCに供給することが可能なエアコンプレッサを用意する必要がないため、燃料電池システム1の製造コストの増大を抑制することができる。 In addition, according to the fuel cell system 1 of the embodiment, when power generation by the fuel cell FC is stopped because the DCDC converter CNV is stopped, there is no need to prepare an air compressor capable of supplying a minute amount of oxidant gas to the fuel cell FC, so an increase in the manufacturing costs of the fuel cell system 1 can be suppressed.
また、実施形態の燃料電池システム1によれば、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、燃料電池FCの電圧が上限値を超えることを抑えることができるため、DCDCコンバータCNVの駆動回数を低減することができ、蓄電装置Bの電圧が不必要に上昇することを抑制することができる。 In addition, according to the fuel cell system 1 of the embodiment, when power generation by the fuel cell FC is stopped while the DCDC converter CNV is stopped, the voltage of the fuel cell FC can be prevented from exceeding an upper limit value, so that the number of times the DCDC converter CNV is driven can be reduced, and unnecessary increases in the voltage of the storage device B can be prevented.
また、実施形態の燃料電池システム1によれば、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、燃料ガスの消費量を低減することができるため、車両Veの燃費を向上させることができる。また、燃料ガスの消費量を低減することができるため、燃料電池FCへの燃料ガスの供給回数が低減され、水つまりを抑制することができる。そのため、水つまりを解消するための複雑な制御を行う必要がなく、制御部3にかかる負荷を低減することができる。 In addition, according to the fuel cell system 1 of the embodiment, when power generation by the fuel cell FC is stopped while the DCDC converter CNV is stopped, the fuel gas consumption can be reduced, thereby improving the fuel efficiency of the vehicle Ve. In addition, since the fuel gas consumption can be reduced, the number of times fuel gas is supplied to the fuel cell FC can be reduced, and water clogging can be suppressed. Therefore, there is no need to perform complex control to eliminate water clogging, and the load on the control unit 3 can be reduced.
また、実施形態の燃料電池システム1によれば、スイッチSWが停止しているときで、かつ、燃料電池FCの電圧が蓄電装置Bの電圧より高い場合、燃料電池FCからダイオードDを介して蓄電装置Bに電流が流れて燃料電池FCの電圧が低下するため、燃料電池FCの電圧が比較的高くなることで燃料電池FCが劣化することを抑制することができる。 In addition, according to the embodiment of the fuel cell system 1, when the switch SW is stopped and the voltage of the fuel cell FC is higher than the voltage of the power storage device B, a current flows from the fuel cell FC to the power storage device B via the diode D, causing the voltage of the fuel cell FC to drop, and deterioration of the fuel cell FC due to the relatively high voltage of the fuel cell FC can be suppressed.
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
<変形例>
上記実施形態では、制御部3は、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、単位時間Tを期間T1及び期間T2により構成しているが、期間T1を複数の期間T1´に等分するとともに期間T2を複数の期間T2´に等分し、単位時間Tを複数の期間T1´及び複数の期間T2´により構成してもよい。
<Modification>
In the above embodiment, when power generation of the fuel cell FC is stopped while the DCDC converter CNV is stopped, the control unit 3 configures the unit time T to be composed of periods T1 and T2. However, the period T1 may be equally divided into a plurality of periods T1' and the period T2 may be equally divided into a plurality of periods T2', so that the unit time T is composed of a plurality of periods T1' and a plurality of periods T2'.
例えば、制御部3は、図3(b)に示すように、期間T1を期間T11と期間T12とに分割するとともに期間T2を期間T21と期間T22とに分割し、単位時間Tを期間T11、期間T21、期間T12、及び期間T22により構成する。なお、期間T11=期間T12とする。また、期間T21=期間T22とする。 For example, as shown in FIG. 3(b), the control unit 3 divides the period T1 into periods T11 and T12, and divides the period T2 into periods T21 and T22, so that the unit time T is composed of periods T11, T21, T12, and T22. Note that period T11=period T12. Also, period T21=period T22.
変形例の燃料電池システム1によれば、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、燃料電池FCに酸素が供給される期間T11、T12をそれぞれさらに短くすることができるため、燃料電池FCの電圧の上昇及び低下をより抑えることができる。これにより、DCDCコンバータCNVを停止させている場合における燃料電池FCの発電停止時、燃料電池FCの電圧の変動幅をさらに抑えることができる。 According to the modified fuel cell system 1, when the power generation of the fuel cell FC is stopped while the DCDC converter CNV is stopped, the periods T11 and T12 during which oxygen is supplied to the fuel cell FC can be further shortened, so that the rise and fall of the voltage of the fuel cell FC can be further suppressed. As a result, when the power generation of the fuel cell FC is stopped while the DCDC converter CNV is stopped, the fluctuation range of the voltage of the fuel cell FC can be further suppressed.
1 燃料電池システム
2 記憶部
3 制御部
Ve 車両
HT 水素タンク
INJ インジェクタ
ACP エアコンプレッサ
ARV エア調圧弁
FC 燃料電池
CNV DCDCコンバータ
L インダクタ
SW スイッチ
D ダイオード
C コンデンサ
B 蓄電装置
SV1、SV2 電圧計
SI 電流計
Lo 負荷
1 Fuel Cell System 2 Memory Unit 3 Control Unit Ve Vehicle HT Hydrogen Tank INJ Injector ACP Air Compressor ARV Air Pressure Regulating Valve FC Fuel Cell CNV DCDC Converter L Inductor SW Switch D Diode C Capacitor B Power Storage Devices SV1, SV2 Voltmeter SI Ammeter Lo Load
Claims (5)
前記燃料電池の後段に設けられるDCDCコンバータと、
前記燃料電池への前記燃料ガスの供給量を調整するインジェクタと、
前記燃料電池への前記酸化剤ガスの供給量を調整するモータを有するエアコンプレッサと、
前記DCDCコンバータ、前記インジェクタ、及び前記エアコンプレッサの前記モータの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記モータを最低回転数で駆動させている場合における前記燃料電池に供給される単位時間あたりの酸素の量である単位時間酸素供給量と、前記燃料電池の電解質膜を透過する単位時間あたりの水素の量と反応する酸素の量である単位時間反応酸素量と、から比を求め、
前記比から前記単位時間のうちの第1の期間と、前記単位時間のうちの前記第1の期間以外の第2の期間を取得し、
前記DCDCコンバータを停止させている場合における前記燃料電池の発電停止時、前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が一定になるように、前記インジェクタの動作を制御するとともに、前記第1の期間において前記モータを最低回転数で駆動させる処理と、前記第2の期間において前記モータを停止させる処理とを交互に繰り返し行う
ことを特徴とする燃料電池システム。 a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in an oxidant gas;
A DC-DC converter provided downstream of the fuel cell;
an injector for adjusting the amount of the fuel gas supplied to the fuel cell;
an air compressor having a motor for adjusting the amount of the oxidant gas supplied to the fuel cell;
A control unit that controls operations of the DC-DC converter, the injector, and the motor of the air compressor;
Equipped with
The control unit is
a unit time oxygen supply amount, which is the amount of oxygen supplied to the fuel cell per unit time when the motor is driven at a minimum rotation speed, and a unit time reaction oxygen amount, which is the amount of oxygen reacting with the amount of hydrogen permeating the electrolyte membrane of the fuel cell per unit time, are calculated as a ratio;
obtaining a first period of the unit time and a second period of the unit time other than the first period from the ratio;
a control circuit for controlling the operation of the injector so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell is constant when power generation of the fuel cell is stopped while the DC-DC converter is stopped, and a process for driving the motor at a minimum rotation speed during the first period and a process for stopping the motor during the second period are alternately performed.
前記制御部は、前記DCDCコンバータを停止させている場合における前記燃料電池の発電停止時、前記第2の期間において前記燃料電池に前記燃料ガスが供給されないように前記インジェクタの動作を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1,
The control unit controls the operation of the injector so that the fuel gas is not supplied to the fuel cell during the second period when power generation of the fuel cell is stopped while the DC-DC converter is stopped.
前記DCDCコンバータの後段に設けられる蓄電装置を備え、
前記DCDCコンバータは、
インダクタと、
スイッチと、
アノード端子が前記インダクタを介して前記燃料電池の正極端子に接続されるとともに前記スイッチを介して前記燃料電池の負極端子に接続され、カソード端子が前記蓄電装置の正極端子に接続されるダイオードと、
一方端子が前記ダイオードのカソード端子及び前記蓄電装置の正極端子に接続され、他方端子が前記燃料電池の負極端子及び前記蓄電装置の負極端子に接続されるコンデンサと、
を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 1,
A power storage device is provided downstream of the DC-DC converter,
The DC-DC converter comprises:
An inductor;
Switch,
a diode having an anode terminal connected to the positive electrode terminal of the fuel cell via the inductor and to the negative electrode terminal of the fuel cell via the switch, and a cathode terminal connected to the positive electrode terminal of the power storage device;
a capacitor having one terminal connected to the cathode terminal of the diode and the positive terminal of the power storage device, and having the other terminal connected to the negative terminal of the fuel cell and the negative terminal of the power storage device;
A fuel cell system comprising:
前記制御部は、前記DCDCコンバータを駆動させている場合における前記燃料電池の発電時、前記蓄電装置の電圧または充電率に応じて、前記燃料電池の出力電力が段階的に変化するように、前記エアコンプレッサのモータの動作を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。 4. The fuel cell system according to claim 3 ,
The control unit controls the operation of the motor of the air compressor so that the output power of the fuel cell changes stepwise depending on the voltage or charging rate of the storage device when the fuel cell is generating power while the DCDC converter is operating.
前記制御部は、
前記モータを最低回転数で駆動させている場合における前記燃料電池に供給される単位時間あたりの酸素の量である単位時間酸素供給量と、前記燃料電池の電解質膜を透過する単位時間あたりの水素の量と反応する酸素の量である単位時間反応酸素量と、から比を求め、
前記比から前記単位時間のうちの第1の期間と、前記単位時間のうちの前記第1の期間以外の第2の期間を取得し、
前記DCDCコンバータを停止させている場合における前記燃料電池の発電停止時、前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が一定になるように、前記インジェクタの動作を制御するとともに、前記第1の期間において前記モータを最低回転数で駆動させる処理と、前記第2の期間において前記モータを停止させる処理とを交互に繰り返し行う
ことを特徴とする燃料電池の発電方法。
A power generation method for a fuel cell in a fuel cell system including: a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in an oxidant gas; a DC-DC converter provided downstream of the fuel cell; an injector that adjusts the amount of the fuel gas supplied to the fuel cell; an air compressor having a motor that adjusts the amount of the oxidant gas supplied to the fuel cell; and a control unit that controls operation of the DC-DC converter, the injector, and the motor of the air compressor, the method comprising:
The control unit is
a unit time oxygen supply amount, which is the amount of oxygen supplied to the fuel cell per unit time when the motor is driven at a minimum rotation speed, and a unit time reaction oxygen amount, which is the amount of oxygen reacting with the amount of hydrogen permeating the electrolyte membrane of the fuel cell per unit time, are calculated as a ratio;
obtaining a first period of the unit time and a second period of the unit time other than the first period from the ratio;
A method for generating electricity from a fuel cell, characterized in that when power generation by the fuel cell is stopped while the DCDC converter is stopped, the operation of the injector is controlled so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell is constant, and a process of driving the motor at a minimum rotation speed during the first period and a process of stopping the motor during the second period are alternately repeated.
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