JP2021184349A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell system.
特許文献１には、燃料電池に空気を供給するターボコンプレッサの運転動作点とサージング領域との距離が所定値以下になった場合に、ターボコンプレッサよりも下流に設けられたバルブの開度を、より大きな開度になるように補正することによって、ターボコンプレッサにサージングが生じることを抑制する燃料電池システムが開示されている。
上述した燃料電池システムでは、空気の流路を構成する配管やバルブの製造誤差等に起因して、燃料電池に供給される空気の流量や圧力がそれぞれの目標値からずれる場合がある。そこで、本願の発明者等は、目標値からのずれを抑制するために、積分動作を実行するフィードバック制御を用いてバルブの開度を調節することを検討した。しかし、ターボコンプレッサの運転動作点を変更している間に、バルブの開度を減少させるように積分動作が実行されることによって、ターボコンプレッサの運転動作点がサージング領域に入る可能性があることを本願の発明者等は見出した。 In the fuel cell system described above, the flow rate and pressure of the air supplied to the fuel cell may deviate from the respective target values due to manufacturing errors of the pipes and valves constituting the air flow path. Therefore, the inventors of the present application have considered adjusting the opening degree of the valve by using the feedback control for executing the integral operation in order to suppress the deviation from the target value. However, while the operating point of the turbo compressor is being changed, the operating point of the turbo compressor may enter the surging region by performing an integral operation to reduce the valve opening. Was found by the inventors of the present application.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized in the following forms.
（１）本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に空気を供給し、前記燃料電池からカソードオフガスを排出させる空気流路と、前記空気流路に設けられ、前記燃料電池に空気を圧送するターボコンプレッサと、前記空気流路のうちの前記ターボコンプレッサよりも下流側の部分に設けられたバルブと、前記ターボコンプレッサが吐出する空気の流量および空気の圧力比によって定められる動作点であって前記燃料電池への出力要求に応じて決定される要求動作点で前記ターボコンプレッサが運転されるように、前記ターボコンプレッサの回転数と前記バルブの開度とを調節する制御部と、を備える。前記制御部は、制御偏差の積分値に応じて調節量を変化させる積分動作を実行するフィードバック制御を用いて前記バルブの開度を調節し、前記要求動作点の時間変化に基づいて前記ターボコンプレッサの運転状態が過渡状態であるか否かを判定し、前記バルブの開度を減少させるように前記積分動作が実行されるか否かを判定し、前記ターボコンプレッサの運転状態が過渡状態であると判断された場合、かつ、前記バルブの開度を減少させるように前記積分動作が実行されると判断された場合に、初期化された前記積分値を用いて前記積分動作を実行し、前記ターボコンプレッサの運転状態が過渡状態であると判断された場合、かつ、前記バルブの開度を増加させるように前記積分動作が実行されると判断された場合に、初期化されていない前記積分値を用いて前記積分動作を実行する。
この形態の燃料電池システムによれば、ターボコンプレッサの運転状態が過渡状態であると判断された場合、かつ、バルブの開度を減少させるように積分動作が実行されると判断された場合に、制御部は、バルブの制御偏差の積分値を初期化して積分動作を実行するので、バルブの開度の調節量のうちの積分制御による成分がゼロになる。そのため、バルブの開度を減少させるように積分動作が実行されること起因してターボコンプレッサの運転動作点がサージング領域に入ることを抑制できる。また、ターボコンプレッサの運転状態が過渡状態であると判断された場合、かつ、バルブの開度を増加させるように積分動作が実行されると判断された場合に、制御部は、バルブの制御偏差の積分値を初期化せずに積分動作を実行するので、製造誤差等に起因して空気流路の閉塞度合いが高くなったとしても、積分動作が実行されることによって空気流路の閉塞度合いを低減できる。そのため、製造誤差等に起因してターボコンプレッサの運転動作点がサージング領域に入ることを抑制できる。
本開示は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法等の形態で実現することができる。
(1) According to one embodiment of the present disclosure, a fuel cell system is provided. This fuel cell system includes a fuel cell, an air flow path that supplies air to the fuel cell and discharges cathode off gas from the fuel cell, and a turbo provided in the air flow path that pumps air to the fuel cell. The fuel, which is an operating point determined by a compressor, a valve provided in a portion of the air flow path downstream of the turbo compressor, a flow rate of air discharged by the turbo compressor, and an air pressure ratio. A control unit for adjusting the rotation speed of the turbo compressor and the opening degree of the valve is provided so that the turbo compressor is operated at a required operating point determined in response to an output request to the battery. The control unit adjusts the opening degree of the valve by using feedback control that executes an integral operation that changes the adjustment amount according to the integral value of the control deviation, and the turbo compressor is based on the time change of the required operation point. It is determined whether or not the operating state of is a transient state, it is determined whether or not the integral operation is executed so as to reduce the opening degree of the valve, and the operating state of the turbo compressor is a transient state. When it is determined that the integral operation is executed so as to reduce the opening degree of the valve, the integral operation is executed using the initialized integrated value, and the integral operation is executed. The integral value that has not been initialized when it is determined that the operating state of the turbo compressor is a transient state and that the integral operation is executed so as to increase the opening degree of the valve. Is used to perform the integration operation.
According to this form of fuel cell system, when it is determined that the operating state of the turbo compressor is in a transient state, and when it is determined that the integral operation is performed so as to reduce the valve opening. Since the control unit initializes the integrated value of the control deviation of the valve and executes the integral operation, the component of the adjustment amount of the valve opening becomes zero by the integral control. Therefore, it is possible to prevent the operating operating point of the turbo compressor from entering the surging region due to the integral operation being executed so as to reduce the opening degree of the valve. Further, when it is determined that the operating state of the turbo compressor is a transient state and it is determined that the integral operation is executed so as to increase the opening degree of the valve, the control unit controls the valve. Since the integration operation is executed without initializing the integrated value of, even if the degree of blockage of the air flow path becomes high due to manufacturing errors, etc., the degree of blockage of the air flow path is performed by executing the integration operation. Can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the operating operating point of the turbo compressor from entering the surging region due to a manufacturing error or the like.
The present disclosure can also be realized in various forms other than the fuel cell system. For example, it can be realized in the form of a control method of a fuel cell system or the like.
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における燃料電池システム５０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム５０は、燃料電池１００と、空気給排部２００と、大気圧センサ２６０と、水素給排部３００と、制御部５００とを備えている。本実施形態では、燃料電池システム５０は、燃料電池車両に搭載され、燃料電池車両の走行用モータに電力を供給するための発電装置として用いられる。尚、他の実施形態では、燃料電池システム５０は、住宅等に電力を供給するための定置型の発電装置として用いられてもよい。
A. First Embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
本実施形態では、燃料電池１００は、固体高分子形の燃料電池である。燃料電池１００は、複数の単セルが積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質膜の両面に電極触媒層が設けられた膜電極接合体と、膜電極接合体を挟むように配置された一対のセパレータとを備えている。アノード側の膜電極接合体とセパレータとの間には水素ガスが供給され、カソード側の膜電極接合体とセパレータとの間には空気が供給される。各単セルは、水素ガスと空気とを用いた電気化学反応によって発電する。尚、燃料電池１００は、固体高分子形燃料電池ではなく、固体酸化物形燃料電池でもよい。
In the present embodiment, the
空気給排部２００は、燃料電池１００に空気を供給し、燃料電池１００からカソードオフガスを排出させる。カソードオフガスには、燃料電池１００の発電で消費されなかった酸素や、燃料電池１００の発電で生成された水や、窒素等が含まれている。空気給排部２００は、空気供給流路２０１と、空気排出流路２０２と、空気バイパス流路２０３と、流量センサ２１０と、ターボコンプレッサ２２０と、圧力センサ２３０と、調圧バルブ２４０と、バイパスバルブ２５０とを備えている。尚、空気供給流路２０１と空気排出流路２０２と空気バイパス流路２０３とを合わせて空気流路と呼ぶことがある。
The air supply /
空気供給流路２０１は、燃料電池１００に供給される空気が流れる流路である。空気供給流路２０１には、上流側から順に、流量センサ２１０と、ターボコンプレッサ２２０と、圧力センサ２３０とが設けられている。
The air
流量センサ２１０は、空気供給流路２０１を流れる空気の流量を測定する。流量センサ２１０によって測定された流量の情報は、制御部５００に送信される。
The
ターボコンプレッサ２２０は、燃料電池１００に空気を圧送する。本実施形態では、ターボコンプレッサ２２０は、遠心式コンプレッサである。ターボコンプレッサ２２０には、羽根車と、羽根車を回転させるモータとが内蔵されている。ターボコンプレッサ２２０は、羽根車の回転によって、吸入側から吸入された空気を圧縮して吐出側から吐出する。羽根車の回転数は、制御部５００によって調節される。回転数とは、単位時間当たりに回転する回数のことを意味する。以下の説明では、羽根車の回転数のことをコンプレッサ回転数と呼ぶ。尚、ターボコンプレッサ２２０は、遠心式コンプレッサではなく、軸流式コンプレッサでもよい。
The
圧力センサ２３０は、ターボコンプレッサ２２０から吐出された空気の圧力を測定する。圧力センサ２３０によって測定された圧力の情報は、制御部５００に送信される。
The
空気排出流路２０２は、燃料電池１００から排出されたカソードオフガスが流れる流路である。空気排出流路２０２には、調圧バルブ２４０が設けられている。調圧バルブ２４０は、燃料電池１００に供給される空気の圧力を調節する。本実施形態では、調圧バルブ２４０には、電動式のバタフライバルブが用いられている。調圧バルブ２４０の開度は、制御部５００によって調節される。尚、調圧バルブ２４０は、空気流路のうちのターボコンプレッサ２２０よりも下流側の部分に設けられたバルブである。
The air
空気バイパス流路２０３は、ターボコンプレッサ２２０から圧送された空気を、燃料電池１００を経由させずに排出するための流路である。本実施形態では、空気バイパス流路２０３は、空気供給流路２０１のうちの圧力センサ２３０と燃料電池１００との間の部分と、空気排出流路２０２のうちの調圧バルブ２４０よりも下流側の部分とを接続している。尚、空気バイパス流路２０３は、空気排出流路２０２に接続されずに、空気供給流路２０１のうちの圧力センサ２３０と燃料電池１００との間の部分と大気とを連通させるように構成されてもよい。
The air
バイパスバルブ２５０は、空気バイパス流路２０３に設けられている。バイパスバルブ２５０は、空気バイパス流路２０３を流れる空気の流量を調節する。本実施形態では、バイパスバルブ２５０には、電動式のバタフライバルブが用いられている。バイパスバルブ２５０の開度は、制御部５００によって調節される。尚、バイパスバルブ２５０とは、空気流路のうちのターボコンプレッサ２２０よりも下流側の部分に設けられたバルブである。
The
大気圧センサ２６０は、大気圧を測定する。大気圧センサ２６０によって測定された圧力の情報は、制御部５００に送信される。
The
水素給排部３００は、燃料電池１００に水素ガスを供給し、燃料電池１００からアノードオフガスを排出させる。アノードオフガスには、燃料電池１００の発電で消費されなかった水素ガス等が含まれている。水素給排部３００は、水素ガスを貯蔵する水素ガスタンク等によって構成されている。
The hydrogen supply /
制御部５００は、ＣＰＵと、メモリと、入出力インターフェースとを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することによって種々の機能を発揮する。本実施形態では、制御部５００は、後述する要求動作点を決定し、ターボコンプレッサ２２０が要求動作点で運転されるように、ターボコンプレッサ２２０の回転数と調圧バルブ２４０の開度とバイパスバルブ２５０の開度とを調節する。制御部５００は、フィードバック制御を用いて、ターボコンプレッサ２２０の回転数、調圧バルブ２４０の開度、および、バイパスバルブ２５０の開度を調節する。より具体的には、制御部５００は、制御偏差の大きさに比例して調節量を変化させる比例動作と、制御偏差の時間積分値の大きさに比例して調節量を変化させる積分動作とを実行する比例積分制御（ＰＩ制御）を用いて、ターボコンプレッサ２２０の回転数、調圧バルブ２４０の開度、および、バイパスバルブ２５０の開度を調節する。尚、制御部５００は、比例動作および積分動作に加えて、制御偏差の時間微分値に比例して調節量を変化させる微分動作をも実行する比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を用いて、ターボコンプレッサ２２０の回転数、調圧バルブ２４０の開度、および、バイパスバルブ２５０の開度を調節してもよい。
The
図２は、ターボコンプレッサ２２０の性能特性を示す説明図である。横軸は、コンプレッサ流量を表しており、縦軸は、コンプレッサ圧力比を表している。コンプレッサ流量とは、ターボコンプレッサ２２０から吐出される空気の流量のことを意味する。コンプレッサ圧力比とは、ターボコンプレッサ２２０に吸入される空気の圧力に対するターボコンプレッサ２２０から吐出される空気の圧力の比のことを意味する。以下の説明では、コンプレッサ流量とコンプレッサ圧力比とで定められるターボコンプレッサ２２０の運転状態を表す点のことをターボコンプレッサ２２０の動作点と呼ぶ。燃料電池１００に対する出力要求に応じた流量および圧力の空気が燃料電池１００に供給されるように、ターボコンプレッサ２２０に要求される動作点のことを要求動作点と呼ぶ。ターボコンプレッサ２２０が実際に運転される動作点のことを運転動作点と呼ぶ。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the performance characteristics of the
図２に示すように、ターボコンプレッサ２２０は、サージラインを有している。ターボコンプレッサ２２０をサージラインよりも低流量側のサージ領域内の動作点で運転すると、ターボコンプレッサ２２０に自励振動を引き起こすサージングが発生する。また、ターボコンプレッサ２２０は、ストールラインを有している。調圧バルブ２４０の開度、および、バイパスバルブ２５０の開度をそれぞれの上限値まで大きくしても、ストールラインよりも低圧力比側のストール領域内の動作点でターボコンプレッサ２２０を運転することはできない。
As shown in FIG. 2, the
図３は、本実施形態における動作点変更処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、燃料電池１００による発電が実行される間、制御部５００によって繰り返し実行される。まず、ステップＳ１１０にて、制御部５００は、燃料電池１００に対する出力要求に応じて、ターボコンプレッサ２２０の要求動作点を決定する。
FIG. 3 is a flowchart showing the contents of the operating point change process in the present embodiment. This process is repeatedly executed by the
次に、ステップＳ１２０にて、制御部５００は、ターボコンプレッサ２２０の要求動作点の時間変化量を算出する。本実施形態では、制御部５００は、ターボコンプレッサ２２０の要求動作点の時間変化量として、コンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰを算出する。制御部５００は、下式（１）を用いてコンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰを算出する。下式（１）において、ＮＡＣＰ＿ｒｅｆは、コンプレッサ回転数指令値を表しており、ＮＡＣＰ＿ｒｅｆ＿ｏｌｄは、コンプレッサ回転数指令前回値を表しており、Δｔは、制御部５００の演算周期を表している。前回値とは、前回の制御タイミングにおける値のことを意味する。尚、他の実施形態では、制御部５００は、ターボコンプレッサ２２０の要求動作点の時間変化量として、コンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰではなく、コンプレッサ流量の時間変化量を算出してもよいし、コンプレッサ圧力比の時間変化量を算出してもよい。
Next, in step S120, the
その後、ステップＳ１３０にて、制御部５００は、下式（２）を用いてコンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄを算出する。下式（２）において、ｆｓｔｄは、コンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰとコンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄとの関係が表されたコンプレッサ定常判定率マップを表している。
After that, in step S130, the
図４は、コンプレッサ定常判定率マップの一例を示す説明図である。図４において、横軸は、コンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰを表しており、縦軸は、コンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄを表している。このマップは、予め行われる試験等によって作成されて、制御部５００に記憶されている。コンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰの絶対値の大きさが第１の値以下である場合には、コンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄは「１」である。この場合、ターボコンプレッサ２２０の運転状態は定常状態であると判断される。コンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰの絶対値の大きさが第１の値よりも大きい第２の値以上である場合には、コンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄは「０」である。この場合、ターボコンプレッサ２２０の運転状態は過渡状態であると判断される。コンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰの絶対値の大きさが第１の値よりも大きく、かつ、第２の値未満である場合には、コンプレッサ回転数時間変化量ｄＮＡＣＰの絶対値が大きくなるほどコンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄは小さくなる。この場合、ターボコンプレッサ２２０の運転状態は定常状態と過渡状態との間の中間状態であると判断される。つまり、図３のステップＳ１３０では、制御部５００は、要求動作点の時間変化に基づいて、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が、定常状態と過渡状態と中間状態とのうちのいずれに該当するかを判定している。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a compressor steady-state determination rate map. In FIG. 4, the horizontal axis represents the compressor rotation speed change amount dN ACP , and the vertical axis represents the compressor steady-state determination rate r std . This map is created by a test or the like performed in advance and is stored in the
その後、ステップＳ２００にて、制御部５００は、バルブ開度指令値算出処理を実行して、調圧バルブ２４０の開度の調節に用いられる調圧バルブ開度指令値θＡＲＶ＿ｒｅｆと、バイパスバルブ２５０の開度の調節に用いられるバイパスバルブ開度指令値θＡＢＶ＿ｒｅｆとを算出する。
After that, in step S200, the
図５は、バルブ開度指令値算出処理の内容を示すフローチャートである。バルブ開度指令値算出処理では、まず、ステップＳ２１０にて、制御部５００は、下式（３）を用いて調圧バルブＦＢ制御偏差ΔＡｅ＿ＡＲＶを算出する。「ＦＢ」とは、「フィードバック」の略称である。下式（３）において、∂Ａｅ／∂Ｑは、流量偏差をバルブ有効断面積偏差に座標変換するモデルを表しており、∂Ａｅ／∂Ｐｒは、圧力比偏差をバルブ有効断面積偏差に座標変換するモデルを表しており、Ｑｆｃ＿ｒｅｆは、ＦＣ空気流量指令値を表しており、Ｑｆｃ＿ｍｅｓは、ＦＣ空気流量現在値を表しており、ＰｒＡＲＶ＿ｒｅｆは、調圧バルブ圧力比指令値を表しており、ＰｒＡＲＶ＿ｍｅｓは、調圧バルブ圧力比現在値を表している。「ＦＣ」とは、「燃料電池」の略称である。Ｑｆｃ＿ｒｅｆおよびＰｒＡＲＶ＿ｒｅｆは、燃料電池１００に対する出力要求に応じて制御部５００によって決定される。Ｑｆｃ＿ｍｅｓは、流量センサ２１０による測定値、調圧バルブ２４０の開度、および、バイパスバルブ２５０の開度等を用いて制御部５００によって推定される。ＰｒＡＲＶ＿ｍｅｓは、推定されたＦＣ空気流量現在値、圧力センサ２３０による測定値、流量センサ２１０による測定値、および、大気圧センサ２６０による測定値等を用いて制御部５００によって推定される。
FIG. 5 is a flowchart showing the contents of the valve opening command value calculation process. In the valve opening command value calculation process, first, in step S210, the
図６は、流量偏差をバルブ有効断面積偏差に座標変換するモデルの一例を示す説明図である。図７は、圧力比偏差をバルブ有効断面積偏差に座標変換するモデルの一例を示す説明図である。図６には、バルブ流量とバルブ圧力比と偏微分係数∂Ａｅ／∂Ｑとの関係が三次元的なマップで表されている。図７には、バルブ流量とバルブ圧力比と偏微分係数∂Ａｅ／∂Ｐｒとの関係が三次元的なマップで表されている。これらのマップは、予め行われる試験等によって作成されて、制御部５００に記憶されている。尚、流量偏差をバルブ有効断面積偏差に座標変換するモデル、および、圧力比偏差をバルブ有効断面積偏差に座標変換するモデルは、マップではなく、関数によって表されてもよい。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a model for coordinate-converting the flow rate deviation into the valve effective cross-sectional area deviation. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a model for coordinate-converting the pressure ratio deviation into the valve effective cross-sectional area deviation. FIG. 6 shows the relationship between the valve flow rate, the valve pressure ratio, and the partial differential coefficient ∂A e / ∂Q in a three-dimensional map. FIG. 7 shows the relationship between the valve flow rate, the valve pressure ratio, and the partial differential coefficient ∂A e / ∂ Pr in a three-dimensional map. These maps are created by a test or the like performed in advance and are stored in the
その後、図５のステップＳ２２０にて、制御部５００は、調圧バルブ２４０のＰＩ制御における調圧バルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であるか否かを判定する。バルブ閉側の値であるとは、バルブの開度が減少するように積分動作が実行される値であることを意味する。本実施形態では、制御部５００は、下式（４）を満たす場合に、調圧バルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であると判断し、下式（５）を満たす場合には、調圧バルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄがバルブ開側の値であると判断する。
After that, in step S220 of FIG. 5, the
ステップＳ２２０で調圧バルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であると判断された場合、ステップＳ２３０にて、制御部５００は、下式（６）を用いて調圧バルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶの値を算出する。この際、図３のステップＳ１３０でターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合には、コンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄが「０」であるため、調圧バルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶの値は、「０」に初期化される。一方、ステップＳ２２０で調圧バルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄがバルブ開側の値であると判断された場合には、ステップＳ２３５にて、制御部５００は、下式（７）を用いて調圧バルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶの値を算出する。
When it is determined in step S220 that the previous value ΣΔA e_ARV_old of the pressure control valve FB control integral term is the value on the valve closed side, in step S230, the
ステップＳ２３０またはステップＳ２３５の後、ステップＳ２４０にて、制御部５００は、下式（８）を用いてバイパスバルブＦＢ制御偏差ΔＡｅ＿ＡＢＶを算出する。下式（８）において、∂Ａｅ／∂Ｑは、図６に示した流量偏差をバルブ有効断面積偏差に座標変換するモデルを表しており、∂Ａｅ／∂Ｐｒは、図７に示した圧力比偏差をバルブ有効断面積偏差に座標変換するモデルを表しており、Ｑｂｐ＿ｒｅｆは、バイパス空気流量指令値を表しており、Ｑｂｐ＿ｍｅｓは、バイパス空気流量現在値を表しており、ＰｒＡＢＶ＿ｒｅｆは、バイパスバルブ圧力比指令値を表しており、ＰｒＡＢＶ＿ｍｅｓは、バイパスバルブ圧力比現在値を表している。Ｑｂｐ＿ｒｅｆおよびＰｒＡＢＶ＿ｒｅｆは、燃料電池１００に対する出力要求やターボコンプレッサ２２０の性能等に応じて、制御部５００によって決定される。Ｑｂｐ＿ｍｅｓは、流量センサ２１０による測定値、調圧バルブ２４０の開度、および、バイパスバルブ２５０の開度等を用いて制御部５００によって推定される。ＰｒＡＢＶ＿ｍｅｓは、推定されたバイパス空気流量現在値、圧力センサ２３０による測定値、流量センサ２１０による測定値、および、大気圧センサ２６０による測定値等を用いて制御部５００によって推定される。
After step S230 or step S235, in step S240, the
ステップＳ２５０にて、バイパスバルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であるか否かを判定する。本実施形態では、制御部５００は、下式（９）を満たす場合に、バイパスバルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側であると判断し、下式（１０）を満たす場合には、バイパスバルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ開側の値であると判断する。
In step S250, it is determined whether or not the previous value ΣΔA e_ABV_old of the bypass valve FB control integral term is the value on the valve closed side. In the present embodiment, the
ステップＳ２５０でバイパスバルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であると判断された場合、ステップＳ２６０にて、制御部５００は、下式（１１）を用いてバイパスバルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を算出する。この際、図３のステップＳ１３０でターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合には、コンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄが「０」であるため、バイパスバルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値は、「０」に初期化される。一方、ステップＳ２５０でバイパスバルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ開側であると判断された場合には、ステップＳ２６５にて、制御部５００は、下式（１２）を用いてバイパスバルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を算出する。
If it is determined in step S250 that the previous value ΣΔA e_ABV_old of the bypass valve FB control integration term is the value on the valve closed side, in step S260, the
ステップＳ２６０またはステップＳ２６５の後、ステップＳ２７０にて、制御部５００は、ターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であるか否かを判定する。ステップＳ２７０でターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であると判断された場合、ステップＳ２８０にて、制御部５００は、下式（１３）を用いて調圧バルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶの値を初期化し、下式（１４）を用いてバイパスバルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を初期化する。一方、ステップＳ２７０でターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であると判断されなかった場合、ステップＳ２８５にて、制御部５００は、調圧バルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶの値、および、バイパスバルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を初期化せずに保持する。
After step S260 or step S265, in step S270, the
ステップＳ２８０またはステップＳ２８５の後、ステップＳ２９０にて、制御部５００は、下式（１５）〜（１７）を用いて調圧バルブ開度指令値θＡＲＶ＿ｒｅｆを算出し、下式（１８）〜（２０）を用いてバイパスバルブ開度指令値θＡＢＶ＿ｒｅｆを算出する。下式（１５）および下式（１８）において、ｋｐは、ＦＢ比例ゲインを表しており、ｋｉは、ＦＢ積分ゲインを表しており、Ａｅ＿ＡＲＶ＿ＦＢは、調圧バルブＦＢ制御指令値を表しており、Ａｅ＿ＡＢＶ＿ＦＢは、バイパスバルブＦＢ制御指令値を表している。ｋｐおよびｋｉは、制御部５００に予め記憶されている。下式（１７）において、Ａｅ＿ＡＲＶ＿ｒｅｆは、バルブ有効断面積で表された調圧バルブ制御指令値を表しており、Ａｅ＿ＡＲＶ＿ＦＦは、調圧バルブＦＦ制御指令値を表している。「ＦＦ」とは、「フィードフォワード」の略称である。Ａｅ＿ＡＲＶ＿ＦＦは、制御部５００によって算出される。下式（１８）において、ｆＡＲＶは、調圧バルブ２４０のバルブ有効断面積を開度に座標変換するモデルを表している。このモデルは、例えば、バルブ有効断面積と開度との関係が表されたマップや関数で表される。このモデルは、予め行われる試験等によって作成されて、制御部５００に記憶されている。下式（１９）において、Ａｅ＿ＡＢＶ＿ｒｅｆは、バルブ有効断面積で表されたバイパスバルブ制御指令値を表しており、Ａｅ＿ＡＢＶ＿ＦＦは、バイパスバルブＦＦ制御指令値を表している。Ａｅ＿ＡＢＶ＿ＦＦは、制御部５００によって算出される。下式（２０）において、ｆＡＢＶは、バイパスバルブ２５０のバルブ有効断面積を開度に座標変換するモデルを表している。このモデルは、例えば、バルブ有効断面積と開度との関係が表されたマップや関数で表される。このモデルは、予め行われる試験等によって作成されて、制御部５００に記憶されている。
After step S280 or step S285, in step S290, the
ステップＳ２９０の後、制御部５００は、バルブ開度指令値算出処理を終了する。その後、図３のステップＳ３００にて、制御部５００は、コンプレッサ回転数指令値算出処理を実行して、ターボコンプレッサ２２０のコンプレッサ回転数の調節に用いられるコンプレッサ回転数指令値ＮＡＣＰ＿ｒｅｆを算出する。
After step S290, the
図８は、コンプレッサ回転数指令値算出処理の内容を示すフローチャートである。コンプレッサ回転数指令値算出処理では、まず、ステップＳ３１０にて、制御部５００は、下式（２１）を用いてコンプレッサＦＢ制御偏差ΔＮＡＣＰを算出する。下式（２１）において、∂Ｎ／∂Ｑは、流量偏差をコンプレッサ回転数偏差に座標変換するモデルを表しており、∂Ｎ／∂Ｐｒは、圧力比偏差をコンプレッサ回転数偏差に座標変換するモデルを表しており、ＱＡＣＰ＿ｒｅｆは、コンプレッサ流量指令値を表しており、ＱＡＣＰ＿ｍｅｓは、コンプレッサ流量現在値を表しており、ＰｒＡＣＰ＿ｒｅｆは、コンプレッサ圧力比指令値を表しており、ＰｒＡＣＰ＿ｍｅｓは、コンプレッサ圧力比現在値を表している。ＱＡＣＰ＿ｒｅｆおよびＰｒＡＣＰ＿ｒｅｆは、制御部５００によって決定される。ＱＡＣＰ＿ｍｅｓには、流量センサ２１０による測定値が用いられる。ＰｒＡＣＰ＿ｍｅｓは、流量センサ２１０による測定値、大気圧センサ２６０による測定値、および、圧力センサ２３０による測定値を用いて制御部５００によって推定される。
FIG. 8 is a flowchart showing the contents of the compressor rotation speed command value calculation process. In the compressor rotation speed command value calculation process, first, in step S310, the
図９は、流量偏差をコンプレッサ回転数偏差に座標変換するモデルの一例を示す説明図である。図１０は、圧力比偏差をコンプレッサ回転数偏差に座標変換するモデルの一例を示す説明図である。図９には、コンプレッサ流量とコンプレッサ圧力比と偏微分係数∂Ｎ／∂Ｑとの関係が三次元的なマップで表されている。図１０には、コンプレッサ流量とコンプレッサ圧力比と偏微分係数∂Ｎ／∂Ｐｒとの関係が三次元的なマップで表されている。これらのマップは、予め行われる試験等によって作成されて、制御部５００に記憶されている。尚、流量偏差をコンプレッサ回転数偏差に座標変換するモデル、および、圧力比偏差をコンプレッサ回転数偏差に座標変換するモデルは、マップではなく、関数によって表されてもよい。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a model that coordinates the flow rate deviation into the compressor rotation speed deviation. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a model for converting the pressure ratio deviation into the compressor rotation speed deviation. FIG. 9 shows the relationship between the compressor flow rate, the compressor pressure ratio, and the partial differential coefficient ∂N / ∂Q in a three-dimensional map. FIG. 10 shows the relationship between the compressor flow rate, the compressor pressure ratio, and the partial differential coefficient ∂N / ∂Pr in a three-dimensional map. These maps are created by a test or the like performed in advance and are stored in the
次に、図８のステップＳ３２０にて、制御部５００は、下式（２２）を用いてコンプレッササージ流量ＱＡＣＰ＿ＳＲＧを算出する。下式（２２）において、ｆＳＲＧは、コンプレッササージラインマップを表している。
Next, in step S320 of FIG. 8, the
図１１は、コンプレッササージラインマップを示す説明図である。コンプレッササージラインマップには、コンプレッサ圧力比ＰｒＡＣＰ＿ｒｅｆに対するコンプレッササージ流量ＱＡＣＰ＿ＳＲＧが表されている。このマップは、予め行われる試験等によって作成されて、制御部５００に記憶されている。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a compressor surge line map. The compressor surge line map shows the compressor surge flow rate Q ACP_SRG with respect to the compressor pressure ratio Pr ACP_ref. This map is created by a test or the like performed in advance and is stored in the
図８のステップＳ３３０にて、制御部５００は、下式（２３）を用いてコンプレッサ回転数サージマージンΔＮＳＲＧを算出する。下式（２３）において、ｆＡＣＰは、コンプレッサ回転数マップを表している。ＱＡＣＰ＿ｒｅｆおよびＰｒＡＣＰ＿ｒｅｆは、上述したとおり、制御部５００によって決定される。
In step S330 of FIG. 8, the
図１２は、コンプレッサ回転数マップの一例を示す説明図である。図１２には、コンプレッサ流量とコンプレッサ圧力比とコンプレッサ回転数との関係が三次元的なマップで表されている。このマップは、予め行われる試験等によって作成されて、制御部５００に記憶されている。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a compressor rotation speed map. FIG. 12 shows the relationship between the compressor flow rate, the compressor pressure ratio, and the compressor rotation speed in a three-dimensional map. This map is created by a test or the like performed in advance and is stored in the
図８のステップＳ３４０にて、制御部５００は、コンプレッサＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値がコンプレッサ回転数サージマージンΔＮＳＲＧ以下になるか否かを判定する。本実施形態では、制御部５００は、下式（２４）を満たす場合には、コンプレッサＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値がコンプレッサ回転数サージマージンΔＮＳＲＧ以下になると判断し、下式（２５）を満たす場合には、コンプレッサＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値がコンプレッサ回転数サージマージンΔＮＳＲＧよりも大きくなると判断する。
In step S340 of FIG. 8, the
ステップＳ３４０でコンプレッサＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値がコンプレッサ回転数サージマージンΔＮＳＲＧ以下になると判断された場合、ステップＳ３５０にて、制御部５００は、下式（２６）を用いてコンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値を算出する。この際、図３のステップＳ１３０でターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合には、コンプレッサ定常判定率ｒｓｔｄが「０」であるため、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値は、「０」に初期化される。一方、ステップＳ３４０でコンプレッサＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値がコンプレッサ回転数サージマージンΔＮＳＲＧよりも大きくなると判断された場合には、ステップＳ３５５にて、制御部５００は、下式（２７）を用いてコンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値を算出する。この際、図３のステップＳ１３０でターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合であっても、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値は、「０」に初期化されずに、初期化下限値（ΣΔＮＡＣＰ＿ｏｌｄ＋ΔＮＡＣＰΔｔ−ΔＮＳＲＧ）まで低減される。
When it is determined in step S340 that the value of the compressor FB integration term ΣΔN ACP is equal to or less than the compressor rotation speed surge margin ΔN SRG , in step S350, the
ステップＳ３５０またはステップＳ３５５の後、ステップＳ３６０にて、制御部５００は、ターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であるか否かを判定する。ステップＳ３６０でターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であると判断された場合、ステップＳ３７０にて、制御部５００は、下式（２８）を用いてコンプレッサＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値を初期化する。一方、ステップＳ３６０でターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であると判断されなかった場合、ステップＳ３７５にて、制御部５００は、コンプレッサＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値を初期化せずに保持する。
After step S350 or step S355, in step S360, the
ステップＳ３７０またはステップＳ３７５の後、ステップＳ３８０にて、制御部５００は、下式（２９）および下式（３０）を用いてコンプレッサ回転数指令値ＮＡＣＰ＿ｒｅｆを算出する。下式（２９）において、ＮＡＣＰ＿ＦＢは、コンプレッサＦＢ制御指令値を表している。下式（３０）において、ＮＡＣＰ＿ＦＦは、コンプレッサＦＦ制御指令値を表している。ＮＡＣＰ＿ＦＦは、制御部５００によって算出される。
After step S370 or step S375, in step S380, the
ステップＳ３８０の後、制御部５００は、コンプレッサ回転数指令値算出処理を終了し、図３に示すように動作点変更処理を終了する。その後、制御部５００は、ステップＳ１１０から動作点変更処理を再び開始する。
After step S380, the
図１３は、ＦＢ制御積分項の変化の一例を示すタイムチャートである。タイミングｔ０からタイミングｔ１の間では、ターボコンプレッサ２２０の要求動作点は、図２に示したストールライン近傍の動作点Ａに固定されている。そのため、ターボコンプレッサ２２０の運転状態は、定常状態になっている。タイミングｔ１からタイミングｔ２の間に、ターボコンプレッサ２２０の要求動作点は、動作点Ａから図２に示したサージライン近傍の動作点Ｂに変更される。要求動作点の変更によって、ターボコンプレッサ２２０の運転状態は過渡状態になる。ストールライン近傍において燃料電池１００に供給される空気の圧力を変化させるために必要な調圧バルブ２４０の開度やバイパスバルブ２５０の開度の変化量は、サージライン近傍において燃料電池１００に供給される空気の圧力を変化させるために必要な調圧バルブ２４０の開度やバイパスバルブ２５０の開度の変化量よりも大きい。そのため、ストールライン近傍の動作点Ａでターボコンプレッサ２２０を運転した後に、サージライン近傍の動作点Ｂでターボコンプレッサ２２０を運転した場合には、積分動作によって調圧バルブ２４０の開度やバイパスバルブ２５０の開度が意図せず小さくなり過ぎることがある。本実施形態では、ターボコンプレッサ２２０の運転動作点を動作点Ａから動作点Ｂに変更する際に、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値は、図８のステップＳ３５０で制御部５００によって初期化されて「０」になる。調圧バルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であるため、調圧バルブＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値は、図５のステップＳ２３０で制御部５００によって初期化されて「０」になる。バイパスバルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ開側の値であるため、バイパスバルブＦＢ積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値は、図５のステップＳ２８５で制御部５００によって初期化されずに更新される。
FIG. 13 is a time chart showing an example of changes in the FB control integral term. Between the timing t0 and the timing t1, the required operating point of the
図１３のタイミングｔ２からタイミングｔ３の間では、ターボコンプレッサ２２０の要求動作点は、動作点Ｂに固定されている。そのため、ターボコンプレッサ２２０の運転状態は、定常状態になっている。この間に、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値は、再び増加しており、調圧バルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶの値は、再びバルブ閉側に増加している。バイパスバルブＦＢ積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値は、バルブ開側の値で推移している。タイミングｔ３からタイミングｔ４の間に、ターボコンプレッサ２２０の運転動作点は、動作点Ｂから動作点Ａに変更される。動作点の変更によって、ターボコンプレッサ２２０の運転状態は、過渡状態になる。この際に、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値は、図８のステップＳ３５５で制御部５００によって初期化下限値まで低減される。図１２に示すように、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの変化量がコンプレッサ回転数サージマージンΔＮＳＲＧよりも大きい場合、ターボコンプレッサ２２０の運転動作点がサージ領域に入る可能性がある。そこで、ターボコンプレッサ２２０の運転動作点がサージ領域に入ることを抑制するために、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの変化量がコンプレッサ回転数サージマージンΔＮＳＲＧの範囲内になるように、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの初期化下限値が設けられている。調圧バルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であるため、調圧バルブＦＢ積分項の値は、図５のステップＳ２３０で制御部５００によって初期化されて「０」になる。バイパスバルブＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ開側の値であるため、バイパスバルブＦＢ積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値は、図５のステップＳ２８５で制御部５００によって初期化されずに更新される。
Between the timing t2 and the timing t3 in FIG. 13, the required operating point of the
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム５０によれば、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合であり、かつ、調圧バルブ２４０の開度を減少させるように積分動作が実行されると判断された場合には、制御部５００は、調圧バルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶの値を「０」に初期化して積分動作を実行するので、調圧バルブ２４０の開度の調節量のうちの積分動作による成分が「０」になる。また、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合であり、かつ、バイパスバルブ２５０の開度を減少させるように積分動作が実行されると判断された場合には、制御部５００は、バイパスバルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を「０」に初期化して積分動作を実行するので、バイパスバルブ２５０の開度の調節量のうちの積分動作による成分が「０」になる。そのため、ターボコンプレッサ２２０の運転動作点を変更している間に調圧バルブ２４０の開度やバイパスバルブ２５０の開度を減少させるように積分動作が実行されることに起因して、ターボコンプレッサ２２０の運転動作点がサージ領域に入ることを抑制できる。
According to the
また、本実施形態では、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合であっても、調圧バルブ２４０の開度を増加させるように積分動作が実行されると判断された場合には、制御部５００は、調圧バルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶの値を初期化せずに積分動作を実行する。また、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合であっても、バイパスバルブ２５０の開度を増加させるように積分動作が実行されると判断された場合には、制御部５００は、バイパスバルブＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を初期化せずに積分動作を実行する。そのため、空気供給流路２０１と空気排出流路２０２と空気バイパス流路２０３とを構成する配管や調圧バルブ２４０やバイパスバルブ２５０の製造誤差や、燃料電池１００内に滞留する生成水量の増減による燃料電池１００内の圧力損失の変化等の外乱に起因して空気の流路の閉塞度合いが高くなったとしても、積分動作が実行されることによって空気の流路の閉塞度合いを低減できるので、製造誤差や外乱等に起因して、ターボコンプレッサ２２０の運転動作点がサージ領域に入ることを抑制できる。
Further, in the present embodiment, even when it is determined that the operating state of the
Ｂ．他の実施形態
（Ｂ１）上述した各実施形態の燃料電池システム５０では、図５に示したバルブ開度指令値算出処理において、制御部５００は、調圧バルブ２４０とバイパスバルブ２５０との両方について、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合、かつ、ＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であると判断された場合に、ＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を初期化し、初期化されたＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を用いて積分動作を実行してバルブ開度指令値θＡＲＶ＿ｒｅｆ，θＡＢＶ＿ｒｅｆを算出している。これに対して、制御部５００は、調圧バルブ２４０とバイパスバルブ２５０とのうちの一方のみについて、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合、かつ、ＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であると判断された場合に、ＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を初期化し、初期化されたＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を用いて積分動作を実行してバルブ開度指令値θＡＲＶ＿ｒｅｆ，θＡＢＶ＿ｒｅｆを算出してもよい。この場合、制御部５００は、調圧バルブ２４０とバイパスバルブ２５０とのうちの他方については、ＦＢ制御積分項前回値ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ＿ｏｌｄ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶ＿ｏｌｄがバルブ閉側の値であるか否かにかかわらず、初期化されていないＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を用いて積分動作を実行してバルブ開度指令値θＡＲＶ＿ｒｅｆ，θＡＢＶ＿ｒｅｆを算出してもよい。
B. Other Embodiment (B1) In the
（Ｂ２）上述した各実施形態の燃料電池システム５０では、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合には、図８に示したコンプレッサ回転数指令値算出処理において、制御部５００は、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値を初期化、または、初期化下限値まで低減している。これに対して、ターボコンプレッサ２２０の運転状態が過渡状態であると判断された場合であっても、コンプレッサ回転数指令値算出処理において、制御部５００は、コンプレッサＦＢ制御積分項ΣΔＮＡＣＰの値を初期化、または、初期化下限値まで低減しなくてもよい。
(B2) In the
（Ｂ３）上述した各実施形態の燃料電池システム５０では、図５に示したバルブ開度指令値算出処理において、ステップＳ２７０でターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であると判断された場合、ステップＳ２８０にて、制御部５００は、調圧バルブ２４０とバイパスバルブ２５０との両方について、ＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を初期化し、初期化されたＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を用いて積分動作を実行してバルブ開度指令値θＡＲＶ＿ｒｅｆ，θＡＢＶ＿ｒｅｆを算出している。これに対して、ステップＳ２７０でターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であると判断された場合に、ステップＳ２８０にて、制御部５００は、調圧バルブ２４０とバイパスバルブ２５０とのうちの一方のみについて、ＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を初期化し、初期化されたＦＢ制御積分項ΣΔＡｅ＿ＡＲＶ，ΣΔＡｅ＿ＡＢＶの値を用いて積分動作を実行してバルブ開度指令値θＡＲＶ＿ｒｅｆ，θＡＢＶ＿ｒｅｆを算出してもよい。
(B3) In the
（Ｂ４）上述した各実施形態の燃料電池システム５０では、図８に示したコンプレッサ回転数指令値算出処理において、ステップＳ３６０でターボコンプレッサ２２０の運転が停止された状態であると判断された場合、ステップＳ３７０にて、制御部５００は、コンプレッサＦＢ積分項ΣΔＮＡＣＰの値を初期化する。これに対して、コンプレッサ回転数指令値算出処理において、ステップＳ３６０からステップＳ３７０までの処理が省略されてもよい。
(B4) In the
（Ｂ５）上述した各実施形態の燃料電池システム５０は、空気バイパス流路２０３とバイパスバルブ２５０とを備えている。これに対して、燃料電池システム５０は、空気バイパス流路２０３とバイパスバルブ２５０とを備えていなくてもよい。この場合、制御部５００は、ターボコンプレッサ２２０が要求動作点で運転されるように、ターボコンプレッサ２２０の回転数と調圧バルブ２４０の開度とを調節してもよい。この場合、制御部５００は、図５に示したバルブ開度指令値算出処理からバイパスバルブ２５０についての処理が除かれた処理を実行して、調圧バルブ開度指令値θＡＲＶ＿ｒｅｆを算出する。
(B5) The
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention are for solving a part or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve the part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.
５０…燃料電池システム、１００…燃料電池、２００…空気給排部、２０１…空気供給流路、２０２…空気排出流路、２０３…空気バイパス流路、２１０…流量センサ、２２０…ターボコンプレッサ、２３０…圧力センサ、２４０…調圧バルブ、２５０…バイパスバルブ、２６０…大気圧センサ、３００…水素給排部、５００…制御部 50 ... Fuel cell system, 100 ... Fuel cell, 200 ... Air supply / exhaust section, 201 ... Air supply flow path, 202 ... Air discharge flow path, 203 ... Air bypass flow path, 210 ... Flow sensor, 220 ... Turbo compressor, 230 ... pressure sensor, 240 ... pressure control valve, 250 ... bypass valve, 260 ... atmospheric pressure sensor, 300 ... hydrogen supply / discharge unit, 500 ... control unit
Claims (1)
燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給し、前記燃料電池からカソードオフガスを排出させる空気流路と、
前記空気流路に設けられ、前記燃料電池に空気を圧送するターボコンプレッサと、
前記空気流路のうちの前記ターボコンプレッサよりも下流側の部分に設けられたバルブと、
前記ターボコンプレッサが吐出する空気の流量および空気の圧力比によって定められる動作点であって前記燃料電池への出力要求に応じて決定される要求動作点で前記ターボコンプレッサが運転されるように、前記ターボコンプレッサの回転数と前記バルブの開度とを調節する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
制御偏差の積分値に応じて調節量を変化させる積分動作を実行するフィードバック制御を用いて前記バルブの開度を調節し、
前記要求動作点の時間変化に基づいて前記ターボコンプレッサの運転状態が過渡状態であるか否かを判定し、
前記バルブの開度を減少させるように前記積分動作が実行されるか否かを判定し、
前記ターボコンプレッサの運転状態が過渡状態であると判断された場合、かつ、前記バルブの開度を減少させるように前記積分動作が実行されると判断された場合に、初期化された前記積分値を用いて前記積分動作を実行し、
前記ターボコンプレッサの運転状態が過渡状態であると判断された場合、かつ、前記バルブの開度を増加させるように前記積分動作が実行されると判断された場合に、初期化されていない前記積分値を用いて前記積分動作を実行する、
燃料電池システム。 It ’s a fuel cell system.
With a fuel cell
An air flow path that supplies air to the fuel cell and discharges cathode off gas from the fuel cell,
A turbo compressor provided in the air flow path and pumping air to the fuel cell,
A valve provided in a portion of the air flow path downstream of the turbo compressor,
The turbo compressor is operated at a required operating point determined by the flow rate of air discharged by the turbo compressor and the pressure ratio of the air, which is determined in response to an output request to the fuel cell. A control unit that adjusts the rotation speed of the turbo compressor and the opening of the valve,
Equipped with
The control unit
The opening of the valve is adjusted by using feedback control that executes an integral operation that changes the adjustment amount according to the integral value of the control deviation.
Based on the time change of the required operating point, it is determined whether or not the operating state of the turbo compressor is a transient state.
It is determined whether or not the integral operation is executed so as to reduce the opening degree of the valve.
The initialized integrated value when it is determined that the operating state of the turbo compressor is a transient state and when it is determined that the integral operation is executed so as to reduce the opening degree of the valve. Perform the integral operation using
The integral that has not been initialized when it is determined that the operating state of the turbo compressor is a transient state and that the integral operation is executed so as to increase the opening degree of the valve. Performing the integral operation using the value,
Fuel cell system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020089504A JP2021184349A (en) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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-
2020
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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