JP2004179126A - Oxidant pressure control method of fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxidant pressure control method of a fuel cell system by which reliability of the fuel cell can be maintained. <P>SOLUTION: The fuel cell oxidant pressure control system is equipped with a fuel cell 1, an oxidant supply passage 10, a back pressure valve 14, a supply oxidant flow sensor 12, a current sensor 13, a temperature sensor 6, a fuel cell output command means, and a control device 7. A corrected oxidant flow rate is determined by determining a fuel cell generation current command value by receiving a signal from the fuel cell output command means, dividing the fuel cell generation current command value by a fuel cell consumption oxidant quantity calculated by using the current value detected by the sensor 13, and multiplying the above value by a correction factor obtained by using the signal value detected by the sensor 6. The oxidant supplying pressure is controlled by adjusting the opening level of the back pressure valve 14 by using the above corrected oxidant gas flow rate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車等に用いられる燃料電池システムの酸化剤圧力制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車等に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば酸素あるいは空気）を供給して、これらガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。
【０００３】
この種の燃料電池を用いた燃料電池システムとしては、燃料電池に供給される燃料ガスと酸化剤ガスとの圧力バランスを保つために、燃料ガスや酸化剤ガスの供給流路に圧力制御手段を設けたものがある（特許文献１参照）。
また、酸化剤ガスの流路の流路上であって燃料電池の下流の位置に背圧弁を設けて、背圧弁の開度をフィードバック制御により酸化剤ガスの圧力や流量を調整する技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３０２６０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池での発電電流は、酸化剤ガスの圧力や流量に加えて、酸化剤ガスの温度にも依存する。酸化剤ガスの温度は流路の部位により異なり、特に酸化剤ガスの流量が変動するような過渡状態においては顕著である。このような過渡状態においては、要求される酸化剤圧力と検出される酸化剤ガス圧力との差が大きくなってしまう。このような場合に、上述のようにフィードバック制御を行うのみでは、その大幅な変動に追従させるように背圧弁開度や酸化剤ガスを供給するコンプレッサの回転数を制御することが困難であり、応答性が悪いという問題があった。
また、前記酸化剤ガスの圧力および流量制御に伴い、前記コンプレッサの回転数が必要以上に変動し、これによる騒音が増大するため違和感や不快感を与える虞があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、過渡状態において酸化剤圧力と流量とを適切かつ迅速に制御することができるとともに、定常状態において酸化剤圧力と流量とを安定させて制御することができ、燃料電池システムの機能や信頼性、快適性を維持することができる燃料電池システムの酸化剤圧力制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明の請求項１に係る発明は、燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池１）と、前記燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給流路（例えば、実施の形態におけるエア供給流路１０）と、前記燃料電池の酸化剤圧力を調整する背圧弁（例えば、実施の形態における背圧弁１４）と、前記酸化剤供給流路の酸化剤流量を検出する供給酸化剤流量センサ（例えば、実施の形態におけるエア流量センサ１２）と、前記燃料電池の発電電流を検出する電流センサ（例えば、後述する実施の形態における電流センサ１３）と、前記燃料電池の温度を検出する温度センサ（例えば、後述する実施の形態における温度センサ６）と、前記燃料電池に出力の指令を行う燃料電池出力指令手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ７）と、制御装置（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ７）と、を備え、該制御装置は、前記燃料電池出力指令手段からの信号を受けて前記燃料電池発電電流指令値を求め、前記酸化剤流量センサにて検出される酸化剤質量流量から、前記電流センサにて検出される電流値に基づいて算出される燃料電池消費酸化剤量を減算して、この減算値に、温度センサによる信号値を用いて求まる補正係数を乗じて補正酸化剤流量を決め、該補正酸化剤ガス流量を用いて背圧弁の開度を調整することにより、供給酸化剤圧力を制御することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、前記燃料電池消費酸化剤量や温度を加味して決めた補正酸化剤流量を用いて、背圧弁の開度を調整するため、供給酸化剤圧力が出力指令の変動に追従するように制御することが可能となる。したがって、燃料電池出力指令等が変動する過渡状態であっても、酸化剤圧力と流量とを適切かつ迅速に制御することができるとともに、定常状態であっても酸化剤圧力と流量とを安定させて制御することができ、燃料電池の信頼性を維持することができる。また、これにより、制御すべき酸化剤圧力と流量とが定まるため、酸化剤を供給する機器（コンプレッサ）の回転数の大幅な変動に伴う騒音を防止でき、システム使用者に対する快適性を高めることができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記燃料電池の上流に配され供給酸化剤の圧力を計測する圧力センサ（例えば、実施の形態における圧力センサ１６）を備え、前記制御装置は、前記燃料電池発電電流指令値を用いて酸化剤圧力指令値を求め、該酸化剤圧力指令値と前記補正酸化剤流量とを用いて予め求められたマップ値により背圧弁開度を決め、該背圧弁開度に前記圧力センサからの信号を用いたフィードバックによる背圧弁開度値を加算することで、背圧弁開度を定めて供給酸化剤圧力を制御することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、前記マップ値により背圧弁開度を決めているため、前記燃料電池出力指令を満足するように前記背圧弁開度を決めることができ、前記背圧弁開度に、フィードバックによる背圧弁開度を加算することで、より精度の高い背圧弁開度に微調整を行うことができる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のものであって、前記制御装置は、前記酸化剤圧力指令値と、前記圧力センサからの実測圧力値とを比較して、その比較値が所定値以下の状態で所定時間継続した場合には、前記背圧弁開度を既に定められた背圧弁開度とすることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記酸化剤圧力指令値と実測圧力値との比較値が所定値以下の状態で所定時間継続した場合に、圧力指令値の微妙な変動を防止して、安定させた状態で圧力指令値を維持させることができるため、圧力調整に要する消費電力を低減させることができる。また、酸化剤を供給する機器（コンプレッサ）の回転数を一定に保持できるため、該回転数の変動に伴う騒音を防止でき、システム使用者に対する快適性をさらに高めることができる。ここで、比較値は、前記指令値を圧力値から減算して算出してもよいし、前記指令値を圧力値で除算して算出してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料電池システムの実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなる。
前記燃料電池１には、高圧水素供給システム（図示せず）が接続され、これにより燃料電池１のアノードに水素ガスを供給する。
【００１４】
また、前記燃料電池１には、エア供給システム３がエア供給流路１０を介して接続されている。前記エア供給システム３は、エアコンプレッサ等のエア供給源を備え、該エア供給源から前記エア供給流路１０を介して燃料電池１のカソードにエア（酸化剤ガス）を供給する。
【００１５】
前記燃料電池１は、アノードに燃料として水素ガスを供給され、カソードに酸化剤として酸素を含むエアを供給されると、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
前記エアは発電に供された後、燃料電池１のカソードから、燃料電池１の下流の位置に設けられたエア排出流路１５にエアオフガスとして排出される。前記エア排出流路１５には、圧力調整弁（背圧弁）１４が設けられ、該背圧弁１４により前記燃料電池１のエア圧力を調整する。
【００１６】
なお、燃料電池１に供給された水素ガスは発電に供された後、未反応の水素ガスが水素オフガスとして燃料電池１のアノードから水素オフガス循環流路（図示せず）に排出され、再び燃料電池１のアノードに供給されるようになっている。
【００１７】
前記エア供給システム３のエア供給流路１０には、インタークーラー（熱交換器）４、加湿器８が設けられている。前記インタークーラー４は、エア供給システム３から供給されるエアの温度を燃料電池１に対して適正な温度となるように調整する。また、加湿器８は、燃料電池１の電解質の乾燥を防ぐため、燃料電池１に供給するエアを適度に加湿する。
【００１８】
前記エア供給流路１０のエア供給システム３上流側には、流量センサ１２が設けられ、該センサ１２によりエア流量ＱＡを検出する。また、前記エア供給流路１０の加湿器８下流側には、エア圧力センサ１６が設けられ、該センサ１６により燃料電池１に供給されるエア圧力ＰＡを検出する。また、燃料電池１のエア排出流路には、温度センサ６が設けられ、該センサ６によりエアの温度ＴＡを検出する。また、燃料電池１には電流センサ１３が設けられ、該センサ１３により発電電流ＩＦＣを検出する。
【００１９】
本実施の形態における燃料電池システムは、制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）７を備えている。ＥＣＵ７は、上述した各センサ１２、１６、１３、６での検出値（ＱＡ、ＰＡ、ＩＦＣ、ＴＡ）に基づいて、エア供給システム３の制御を行う。これについて図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は図１に示した燃料電池システムの制御を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１２で、エア圧力指令値ＰＣＭＤとエア実圧力ＰＡの差分が、所定値（必要調圧精度）ΔＰ以内となる状態が一定時間ΔＴ（図３参照）継続したかどうかを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ１４に進み、判定結果がＮＯの場合にはステップＳ１６に進む（図４の時刻０〜Ｔ１参照）。
【００２１】
ステップＳ１６では、エア圧力指令値ＰＣＭＤを決定する。エア圧力指令値ＰＣＭＤは、燃料電池１での発電電流が前記燃料電池１に要求される必要発電電流を満たすように算出される。
そして、ステップＳ２０で、背圧弁１４の開度を決定するためのエア体積流量値（補正酸化剤流量）ＱＡを式（１）により算出する。
【００２２】
式（１）：ＱＡ＝（ＭＡ−ＭＡｌｏｓｓ）×ｋ
ここで、ＭＡは流量センサ１２で検出されるエア質量流量であり、ＭＡｌｏｓｓは電流センサ１３で検出される電流値ＩＦＣから得られる発電消費エア質量流量であり、ｋは前記温度センサ６で検出されるエア温度ＴＡから求められる比例係数である。
【００２３】
そして、ステップＳ２２で、エア体積流量ＱＡと、エア圧力指令値ＰＣＭＤとを用いて予め求められたマップに基づいて、背圧弁１４のベース開度を決定する。このように、前記燃料電池１の質量流量ＭＡや温度ＴＡを加味して決めた補正酸化剤流量ＱＡを用いて背圧弁１４のベース開度を調整することで、供給エア圧力ＰＡが出力指令の変動に追従するように制御することが可能となる。
【００２４】
そして、ステップＳ２４で、前記圧力センサ１６からの信号を用いたフィードバック制御（Ｆ／Ｂ）による開度分を算出し、ステップＳ２６で、背圧弁１４ベース開度とフィードバック開度とを合わせた値を背圧弁開度指令値として、一連の処理を終了する。
【００２５】
このように、前記燃料電池出力指令を満足するように前記ベース開度を決めるとともに、前記ベース開度に、フィードバックによる背圧弁開度を加算することで、より精度の高い背圧弁開度に微調整を行うことができる。なお、前記ベース開度は前記燃料電池出力指令を満足するように決められているため、フィードバックによる制御は微調整で済み、従来と異なり迅速かつ確実な制御が可能となる。
【００２６】
また、ステップＳ１４では、フィードバック開度に既に定められた（この場合は前回の）フィードバック値をそのまま代入して、フィードバック開度を固定（ホールド）する。そして、ステップＳ１８で、背圧弁開度指令値に前回の背圧弁開度指令値をそのまま代入して、背圧弁開度指令値を固定（ホールド）する（図４の時刻Ｔ１以降参照）。すなわちここでは、背圧弁開度を変更することなく、前回の処理で既に定められた背圧弁開度としている。そして、一連の処理を終了する。
これにより、圧力指令値の微妙な変動を防止することができ、安定させた状態で維持させることができる。また、エアを供給する機器（コンプレッサ）の回転数を一定に保持できるため、回転数の変動に伴う騒音を防止でき、システム使用者に対する快適性をさらに高めることができる。
【００２７】
なお、本発明における燃料電池システムは、上述した実施の形態のみに限られるものではない。例えば、実施の形態においては、減算したが、除算してもよい。また、前記燃料電池システムは、燃料電池自動車に好適に用いることができるが、他の用途、例えば燃料電池搭載のオートバイやロボット、定置型やポータブル型の燃料電池システムにも適用することができるのはもちろんである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、燃料電池出力指令が変動する過渡状態であっても、酸化剤圧力と流量とを適切かつ迅速に制御することができるとともに、定常状態であっても酸化剤圧力と流量とを安定させて制御することができ、燃料電池の信頼性を維持することができる。また、これにより、制御すべき酸化剤圧力と流量とが定まるため、酸化剤を供給する機器の回転数の大幅な変動に伴う騒音を防止でき、システム使用者に対する快適性を高めることができる。
【００２９】
請求項２に係る発明によれば、前記燃料電池出力指令を満足するように前記背圧弁開度を決めることができ、前記背圧弁開度に、フィードバックによる背圧弁開度を加算することで、より精度の高い背圧弁開度に微調整を行うことができる。
【００３０】
請求項３に係る発明によれば、圧力指令値の微妙な変動を防止することができ、安定させた状態で維持させることができるため、圧力調整に要する消費電力を低減させることができ、酸化剤を供給する機器の回転数の変動に伴う騒音を防止でき、システム使用者に対する快適性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムにおける酸化剤圧力制御を示すフローチャートである。
【図３】圧力や背圧弁開度指令値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図４】体積変換係数とエア温度センサ値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 燃料電池
３ エア供給システム
６ 温度センサ
７ ＥＣＵ
１２ エア流量センサ
１３ 電流センサ
１４ 背圧弁
１６ エア圧力センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxidant pressure control method for a fuel cell system used for a fuel cell vehicle or the like.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or the like includes an anode and a cathode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, supplies a fuel gas (eg, hydrogen gas) to the anode, and supplies an oxidizing gas (eg, oxygen or oxygen) to the cathode. In some cases, air (air) is supplied to directly extract chemical energy involved in the oxidation-reduction reaction of these gases as electric energy.
[0003]
In a fuel cell system using this type of fuel cell, a pressure control means is provided in a fuel gas or oxidizing gas supply flow path in order to maintain a pressure balance between the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell. Some are provided (see Patent Document 1).
In addition, a technology has been proposed in which a back pressure valve is provided on a flow path of the flow path of the oxidizing gas and downstream of the fuel cell, and the pressure and the flow rate of the oxidizing gas are adjusted by feedback control of the opening degree of the back pressure valve. ing.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-302603
[Problems to be solved by the invention]
However, the current generated by the fuel cell depends not only on the pressure and flow rate of the oxidizing gas but also on the temperature of the oxidizing gas. The temperature of the oxidizing gas varies depending on the position of the flow path, and is particularly remarkable in a transient state in which the flow rate of the oxidizing gas fluctuates. In such a transient state, the difference between the required oxidant pressure and the detected oxidant gas pressure increases. In such a case, it is difficult to control the opening degree of the back pressure valve and the rotation speed of the compressor that supplies the oxidizing gas so as to follow the large fluctuation only by performing the feedback control as described above, There was a problem that response was poor.
Further, with the control of the pressure and the flow rate of the oxidizing gas, there is a problem that the rotational speed of the compressor fluctuates more than necessary, thereby increasing noise and giving a sense of incongruity or discomfort.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can appropriately and promptly control the oxidant pressure and flow rate in a transient state, and stabilize the oxidant pressure and flow rate in a steady state. It is an object of the present invention to provide a method for controlling an oxidizing agent pressure of a fuel cell system, which can maintain the function, reliability and comfort of the fuel cell system.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention is directed to a fuel cell (for example, the fuel cell 1 in the embodiment) and an oxidant supply flow path (an oxidant supply passage for supplying an oxidant to the fuel cell) For example, the air supply flow path 10 in the embodiment, the back pressure valve for adjusting the oxidant pressure of the fuel cell (for example, the back pressure valve 14 in the embodiment), and the oxidant flow rate of the oxidant supply flow path A supply oxidant flow rate sensor for detecting (for example, the air flow rate sensor 12 in the embodiment), a current sensor for detecting a power generation current of the fuel cell (for example, a current sensor 13 in an embodiment described later), and the fuel cell A temperature sensor (for example, a temperature sensor 6 in an embodiment to be described later) for detecting the temperature of the fuel cell, and a fuel cell output instructing unit (for example, an embodiment to be described later) for instructing the fuel cell to output. ECU 7) and a control device (for example, ECU 7 in the embodiment), wherein the control device obtains the fuel cell power generation current command value by receiving a signal from the fuel cell output command means. The fuel cell consumption oxidizer amount calculated based on the current value detected by the current sensor is subtracted from the oxidizer mass flow rate detected by the oxidizer flow sensor, and the subtracted value is calculated by the temperature sensor. The correction oxidant flow rate is determined by multiplying by a correction coefficient obtained using the signal value, and the supply oxidant pressure is controlled by adjusting the opening of the back pressure valve using the correction oxidant gas flow rate. .
[0008]
According to the present invention, since the opening degree of the back pressure valve is adjusted using the corrected oxidant flow rate determined in consideration of the oxidant amount and the temperature consumed by the fuel cell, the supply oxidant pressure follows the fluctuation of the output command. Control can be performed. Therefore, even in a transient state in which the fuel cell output command or the like fluctuates, the oxidant pressure and the flow rate can be appropriately and quickly controlled, and the oxidant pressure and the flow rate can be stabilized even in a steady state. , And the reliability of the fuel cell can be maintained. In addition, since the oxidant pressure and the flow rate to be controlled are determined, noise caused by a large fluctuation in the number of revolutions of a device (compressor) for supplying the oxidant can be prevented, and comfort for a system user can be improved. Can be.
[0009]
The invention according to claim 2 is the pressure sensor according to claim 1, which is arranged upstream of the fuel cell and measures the pressure of the supplied oxidant (for example, the pressure sensor 16 in the embodiment). The control device obtains an oxidant pressure command value using the fuel cell power generation current command value, and calculates a oxidant pressure command value using a map value obtained in advance using the oxidant pressure command value and the corrected oxidant flow rate. By determining the opening degree of the pressure valve and adding the back pressure valve opening value by feedback using a signal from the pressure sensor to the back pressure valve opening degree, the back pressure valve opening degree is determined and the supply oxidant pressure is controlled. Features.
[0010]
According to the present invention, since the back pressure valve opening is determined by the map value, the back pressure valve opening can be determined so as to satisfy the fuel cell output command, and the back pressure valve opening is determined by feedback. By adding the back pressure valve opening, fine adjustment can be performed to a more accurate back pressure valve opening.
[0011]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or claim 2, wherein the control device compares the oxidant pressure command value with an actually measured pressure value from the pressure sensor. When the comparison value is equal to or less than a predetermined value and continues for a predetermined time, the back pressure valve opening is set to a predetermined back pressure valve opening.
[0012]
According to the present invention, when the comparison value between the oxidant pressure command value and the actually measured pressure value is equal to or less than the predetermined value and continues for a predetermined time, the pressure command value is prevented from minute fluctuations and is stabilized. , The pressure command value can be maintained, so that the power consumption required for pressure adjustment can be reduced. Further, since the rotation speed of the device (compressor) for supplying the oxidizing agent can be kept constant, noise caused by the fluctuation of the rotation speed can be prevented, and the comfort for the system user can be further improved. Here, the comparison value may be calculated by subtracting the command value from the pressure value, or may be calculated by dividing the command value by the pressure value.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The fuel cell 1 is composed of a stack formed by stacking a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane between an anode and a cathode from both sides.
A high-pressure hydrogen supply system (not shown) is connected to the fuel cell 1 to supply hydrogen gas to the anode of the fuel cell 1.
[0014]
An air supply system 3 is connected to the fuel cell 1 via an air supply passage 10. The air supply system 3 includes an air supply source such as an air compressor, and supplies air (oxidant gas) from the air supply source to the cathode of the fuel cell 1 via the air supply passage 10.
[0015]
In the fuel cell 1, when hydrogen gas is supplied as fuel to the anode and air containing oxygen as an oxidant is supplied to the cathode, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode pass through the solid polymer electrolyte membrane. To the cathode, causing an electrochemical reaction with oxygen at the cathode to generate electricity and produce water.
After being supplied to the power generation, the air is discharged from the cathode of the fuel cell 1 to the air discharge passage 15 provided at a position downstream of the fuel cell 1 as air-off gas. A pressure adjusting valve (back pressure valve) 14 is provided in the air discharge passage 15, and the air pressure of the fuel cell 1 is adjusted by the back pressure valve 14.
[0016]
After the hydrogen gas supplied to the fuel cell 1 is used for power generation, unreacted hydrogen gas is discharged from the anode of the fuel cell 1 to a hydrogen off gas circulation channel (not shown) as a hydrogen off gas, The power is supplied to the anode of the battery 1.
[0017]
An intercooler (heat exchanger) 4 and a humidifier 8 are provided in the air supply passage 10 of the air supply system 3. The intercooler 4 adjusts the temperature of the air supplied from the air supply system 3 so as to be appropriate for the fuel cell 1. Further, the humidifier 8 appropriately humidifies the air supplied to the fuel cell 1 in order to prevent the electrolyte of the fuel cell 1 from drying.
[0018]
A flow sensor 12 is provided upstream of the air supply system 3 in the air supply flow path 10, and the air flow QA is detected by the sensor 12. An air pressure sensor 16 is provided on the downstream side of the humidifier 8 in the air supply flow path 10 and detects the air pressure PA supplied to the fuel cell 1 by the sensor 16. Further, a temperature sensor 6 is provided in the air discharge passage of the fuel cell 1, and the temperature of the air TA is detected by the sensor 6. Further, a current sensor 13 is provided in the fuel cell 1, and the generated current IFC is detected by the sensor 13.
[0019]
The fuel cell system according to the present embodiment includes a control device (ECU: Electric Control Unit) 7. The ECU 7 controls the air supply system 3 based on the detection values (QA, PA, IFC, TA) of the sensors 12, 16, 13, and 6 described above. This will be described with reference to FIG.
[0020]
FIG. 2 is a flowchart showing control of the fuel cell system shown in FIG. First, in step S12, it is determined whether or not the state in which the difference between the air pressure command value PCMD and the actual air pressure PA is within a predetermined value (required pressure regulation accuracy) ΔP has continued for a predetermined time ΔT (see FIG. 3). If the result of the determination is YES, the process proceeds to step S14, and if the result of the determination is NO, the process proceeds to step S16 (see time 0 to T1 in FIG. 4).
[0021]
In step S16, the air pressure command value PCMD is determined. The air pressure command value PCMD is calculated so that the power generation current in the fuel cell 1 satisfies the required power generation current required for the fuel cell 1.
Then, in step S20, an air volume flow rate value (corrected oxidant flow rate) QA for determining the opening degree of the back pressure valve 14 is calculated by equation (1).
[0022]
Formula (1): QA = (MA-MAloss) × k
Here, MA is the air mass flow rate detected by the flow sensor 12, MAloss is the power consumption air mass flow rate obtained from the current value IFC detected by the current sensor 13, and k is detected by the temperature sensor 6. Is a proportional coefficient obtained from the air temperature TA.
[0023]
Then, in step S22, the base opening of the back pressure valve 14 is determined based on a map obtained in advance using the air volume flow QA and the air pressure command value PCMD. In this way, by adjusting the base opening of the back pressure valve 14 using the corrected oxidant flow rate QA determined in consideration of the mass flow rate MA and the temperature TA of the fuel cell 1, the supply air pressure PA can be adjusted to the output command. It is possible to control so as to follow the fluctuation.
[0024]
Then, in step S24, an opening degree is calculated by feedback control (F / B) using a signal from the pressure sensor 16, and in step S26, a value obtained by combining the base opening degree of the back pressure valve 14 and the feedback opening degree. Is set as the back pressure valve opening command value, and a series of processing is ended.
[0025]
In this manner, the base opening is determined so as to satisfy the fuel cell output command, and the back pressure valve opening by feedback is added to the base opening, so that a more accurate back pressure valve opening can be obtained. Adjustments can be made. In addition, since the base opening is determined so as to satisfy the fuel cell output command, fine control is required for the feedback control, and quick and reliable control can be performed unlike the related art.
[0026]
In step S14, the feedback value previously determined (in this case, the previous value) is substituted for the feedback opening as it is, and the feedback opening is fixed (held). Then, in step S18, the previous back pressure valve opening command value is directly substituted for the back pressure valve opening command value, and the back pressure valve opening command value is fixed (held) (see time T1 and thereafter in FIG. 4). That is, here, the back pressure valve opening degree is already determined in the previous processing without changing the back pressure valve opening degree. Then, a series of processing ends.
As a result, it is possible to prevent subtle variations in the pressure command value, and to maintain the pressure command value in a stable state. In addition, since the number of revolutions of the device (compressor) for supplying air can be kept constant, noise caused by fluctuations in the number of revolutions can be prevented, and the comfort for the system user can be further improved.
[0027]
The fuel cell system according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the embodiment, the subtraction is performed, but the division may be performed. Further, the fuel cell system can be suitably used for a fuel cell vehicle, but can also be applied to other uses, such as a motorcycle or a robot equipped with a fuel cell, a stationary or portable fuel cell system. Of course.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, even in a transient state in which the fuel cell output command fluctuates, the oxidant pressure and the flow rate can be appropriately and quickly controlled, and the steady state can be achieved. Even in this case, the oxidant pressure and the flow rate can be controlled stably, and the reliability of the fuel cell can be maintained. In addition, since the pressure and flow rate of the oxidizing agent to be controlled are determined by this, it is possible to prevent noise caused by a large fluctuation in the number of revolutions of the device for supplying the oxidizing agent, and to enhance the comfort for the system user.
[0029]
According to the invention according to claim 2, the back pressure valve opening can be determined so as to satisfy the fuel cell output command, and by adding the back pressure valve opening by feedback to the back pressure valve opening, Fine adjustment can be made to the back pressure valve opening with higher accuracy.
[0030]
According to the third aspect of the invention, it is possible to prevent subtle fluctuations in the pressure command value and to maintain the pressure command value in a stable state, so that power consumption required for pressure adjustment can be reduced, and oxidation can be performed. Noise due to fluctuations in the number of revolutions of the device that supplies the agent can be prevented, and comfort for the system user can be further increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing oxidant pressure control in the fuel cell system shown in FIG.
FIG. 3 is a time chart showing a time change of a pressure and a back pressure valve opening command value;
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a volume conversion coefficient and an air temperature sensor value.
[Explanation of symbols]
1 fuel cell 3 air supply system 6 temperature sensor 7 ECU
12 Air flow sensor 13 Current sensor 14 Back pressure valve 16 Air pressure sensor

Claims (3)

燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給流路と、
前記燃料電池の酸化剤圧力を調整する背圧弁と、
前記酸化剤供給流路の酸化剤流量を検出する供給酸化剤流量センサと、
前記燃料電池の発電電流を検出する電流センサと、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
前記燃料電池に出力の指令を行う燃料電池出力指令手段と、
制御装置と、を備え、
該制御装置は、
前記燃料電池出力指令手段からの信号を受けて前記燃料電池発電電流指令値を求め、
前記酸化剤流量センサにて検出される酸化剤質量流量から、
前記電流センサにて検出される電流値に基づいて算出される燃料電池消費酸化剤量を減算して、この減算値に、
温度センサによる信号値を用いて求まる補正係数を乗じて補正酸化剤流量を決め、
該補正酸化剤流量を用いて背圧弁の開度を調整することにより、供給酸化剤圧力を制御することを特徴とする燃料電池システムの酸化剤圧力制御方法。A fuel cell,
An oxidant supply channel for supplying an oxidant to the fuel cell;
A back pressure valve for adjusting the oxidant pressure of the fuel cell;
A supply oxidant flow rate sensor that detects an oxidant flow rate of the oxidant supply flow path,
A current sensor for detecting a current generated by the fuel cell;
A temperature sensor for detecting the temperature of the fuel cell;
Fuel cell output command means for giving an output command to the fuel cell,
And a control device,
The control device includes:
Receiving a signal from the fuel cell output command means to determine the fuel cell power generation current command value,
From the oxidant mass flow rate detected by the oxidant flow rate sensor,
By subtracting the fuel cell consumption oxidizer amount calculated based on the current value detected by the current sensor,
Multiplying by a correction coefficient obtained using the signal value of the temperature sensor to determine a correction oxidant flow rate,
An oxidant pressure control method for a fuel cell system, wherein a supply oxidant pressure is controlled by adjusting an opening of a back pressure valve using the corrected oxidant flow rate. 前記燃料電池の上流に配され供給酸化剤の圧力を計測する圧力センサを備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池発電電流指令値を用いて酸化剤圧力指令値を求め、
該酸化剤圧力指令値と前記補正酸化剤流量とを用いて予め求められたマップ値により背圧弁開度を決め、
該背圧弁開度に前記圧力センサからの信号を用いたフィードバックによる背圧弁開度値を加算することで、背圧弁開度を定めて供給酸化剤圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの酸化剤圧力制御方法。A pressure sensor arranged upstream of the fuel cell to measure a pressure of the supplied oxidant,
The control device includes:
Obtain an oxidant pressure command value using the fuel cell power generation current command value,
The back pressure valve opening is determined by a map value obtained in advance using the oxidant pressure command value and the corrected oxidant flow rate,
2. The supply pressure of the oxidizing agent is determined by adding a back pressure valve opening value based on feedback using a signal from the pressure sensor to the back pressure valve opening value to determine the back pressure valve opening. 3. The method for controlling an oxidant pressure of a fuel cell system according to claim 1. 前記制御装置は、
前記酸化剤圧力指令値と、前記圧力センサからの実測圧力値とを比較して、その比較値が所定値以下の状態で所定時間継続した場合には、前記背圧弁開度を既に定められた背圧弁開度とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムの酸化剤圧力制御方法。The control device includes:
The oxidizer pressure command value is compared with an actually measured pressure value from the pressure sensor, and when the comparison value continues for a predetermined time in a state of being equal to or less than a predetermined value, the back pressure valve opening is already determined. The oxidant pressure control method for a fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the back pressure valve opening degree is set.
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