JP3882530B2

JP3882530B2 - Control device for fuel cell system

Info

Publication number: JP3882530B2
Application number: JP2001146404A
Authority: JP
Inventors: 剛麻生; 元治西尾
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002343397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムの制御装置に係り、特に暖機性能を向上させた燃料電池システムの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は水素などの燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを電解質膜を介して電気化学反応させて電力を発生させるものであるが、その発電可能電力は供給される燃料ガス及び酸化ガスの圧力及び流量に応じて変化する。
【０００３】
その特性は燃料電池それぞれで異なるのが普通ではあるが、燃料電池の発電電流は単位時間あたりに反応するガスの化学当量に比例する。このため、一般的傾向として、発電電力が大きいほど、供給する燃料ガス及び酸化ガスの圧力及び流量を増大させる方向にある。
【０００４】
そこで例えば特開平７−７５２１４号公報に記載された技術では、燃料電池の目標発電電力に応じて、ガスの供給目標量を設定し、さらに該目標に応じて制御された結果の実際のガス状態に応じて、燃料電池から取出す上限の電力を演算し、実際に発電電力を制限可能とすると開示されている。また同時に前記公報では燃料電池の温度に応じても発電電力の上限を制限すると開示されている。つまり、燃料電池温度からテーブルで検索される発電量制限値と前述した実際のガス流量から求まる発電量制限値の小さい方の発電量制限値で、燃料電池の発電量を制限するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、燃料電池の温度をパラメータとして、発電電力を制限する構成となっているため、燃料電池が低温の場合、通常よりも発電可能な電力が抑制され、燃料電池の温度を上昇させる発熱も抑制されることになり、燃料電池の暖機時間が長くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記の問題点を鑑みたもので、燃料電池の冷間始動時に、各セルの電圧の低下を防止し、燃料電池の発電電力の制限をできるだけ小さくすることにより、暖機時間を短縮できる燃料電池システムの制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、電解質膜の一方の側に燃料ガス、他方の側に酸化ガスを供給され、電力を負荷に供給する燃料電池本体と、該燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の流量、あるいは両方の燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の流量、あるいは両方の酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池本体の温度を制御する燃料電池温度制御手段と、を有する燃料電池システムにおいて、燃料電池本体を構成する各セルの電圧または直列接続された複数セルからなるセル群の電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した各電圧のバラツキ具合を判定するバラツキ具合判定手段と、燃料電池本体の温度に関連する値を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度に関連する値と、前記バラツキ具合判定手段が判定した電圧のバラツキ具合とに応じて、前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその両方を補正する目標補正手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムの制御装置である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標補正手段は、前記温度検出手段が検出した温度に関連する値が所定値より小さい時、あるいは、前記バラツキ具合判定手段が判定した電圧のバラツキ具合が所定値より大きい時に前記目標圧力及び目標流量を増加するように補正するものであることを要旨とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１または請求項２記載の燃料電池システムの制御装置において、燃料電池システムの起動開始からの経過時間である起動後経過時間を計測する起動後経過時間計測手段を備え、前記目標補正手段は、前記起動後経過時間に応じて、前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその両方を補正することを要旨とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項３記載の燃料電池システムの制御装置において、前記目標補正手段は、前記起動後経過時間が所定値より短い時に、前記目標圧力及び目標流量を増加するように補正するものであることを要旨とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置において、燃料電池本体の発電する電力を検出する発電電力検出手段を備え、前記目標補正手段は、前記発電電力検出手段が検出した電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを要旨とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置において、燃料電池本体に供給される燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力を検出するガス状態検出手段と、検出された燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力から、燃料電池本体が発電可能な電力を演算する発電可能電力演算手段とを備え、前記目標補正手段は、前記演算された発電可能電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを要旨とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置において、燃料電池または負荷との電力の授受が可能な電力貯蔵手段と、該電力貯蔵手段の放電可能電力を演算する放電可能電力演算手段とを備え、前記目標補正手段は、前記演算された放電可能電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを要旨とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置において、前記燃料電池の発電電力が供給される負荷の要求する電力を検出する負荷要求電力検出手段を備え、前記目標補正手段は、前記検出された負荷の要求する電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを要旨とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置において、前記バラツキ具合判定手段は、前記検出された電圧の平均値を演算し、該平均値から所定値以上離れた電圧が検出されたセルまたはセル群の数と、所定数との比較により前記判定を行うことを要旨とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置において、前記バラツキ具合判定手段は、前記検出された電圧の標準偏差を演算し、該標準偏差と所定値との比較により前記判定を行うことを要旨とする。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１または請求項２記載の発明によれば、電解質膜の一方の側に燃料ガス、他方の側に酸化ガスを供給され、電力を負荷に供給する燃料電池本体と、該燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の流量、あるいは両方の燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の流量、あるいは両方の酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池本体の温度を制御する燃料電池温度制御手段と、を有する燃料電池システムにおいて、燃料電池本体を構成する各セルの電圧または直列接続された複数セルからなるセル群の電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した各電圧のバラツキ具合を判定するバラツキ具合判定手段と、燃料電池本体の温度に関連する値を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度に関連する値と、前記バラツキ具合判定手段が判定した電圧のバラツキ具合とに応じて、前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその両方を補正する目標補正手段と、を備えたことにより、燃料電池の温度と、燃料電池を構成する各セル電圧または複数セルが直列に接続されたセル群の電圧のバラツキ具合に応じた燃料ガスまたは酸化ガスの目標流量または目標圧力または両方による運転点の補正を最適に行うので、圧力増加により燃料電池電解質膜における化学反応を促進したり、あるいは、流量増加により燃料電池ガス流路内で凝縮した水分の燃料電池外への排出を促進することができ、その結果燃料電池の発電可能量の低下を最小限に留めることができる。
【００２０】
さらにこのことにより、燃料電池からの発熱による燃料電池の昇温が速やかに行われ、暖機を早急に終了することができるという効果がある。
【００２２】
請求項３または請求項４記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、燃料電池システムの起動開始からの経過時間である起動後経過時間を計測する起動後経過時間計測手段を備え、前記目標補正手段は、前記起動後経過時間に応じて、前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその両方を補正するようにしたので、燃料電池の起動後経過時間が短い低温時に運転点の補正を最適に行うことができ、更に安定した燃料電池の発電を可能とするという効果がある。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし請求項４記載の発明の効果に加えて、燃料電池本体の発電する電力を検出する発電電力検出手段を備え、前記目標補正手段は、前記発電電力検出手段が検出した電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限するようにしたので、酸化ガスとしての空気を圧縮する圧縮機の仕事量増大に伴う電力不足を防止することができる。
【００２４】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし請求項５記載の発明の効果に加えて、燃料電池本体に供給される燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力を検出するガス状態検出手段と、検出された燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力から、燃料電池本体が発電可能な電力を演算する発電可能電力演算手段とを備え、前記目標補正手段は、前記演算された発電可能電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限するようにしたので、酸化ガスとしての空気を圧縮する圧縮機の仕事量増大に伴う電力不足を防止する際に発電可能電力を考慮することができる。
【００２５】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし請求項６記載の発明の効果に加えて、燃料電池または負荷との電力の授受が可能な電力貯蔵手段と、該電力貯蔵手段の放電可能電力を演算する放電可能電力演算手段とを備え、前記目標補正手段は、前記演算された放電可能電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限するようにしたので、酸化ガスとしての空気を圧縮する圧縮機の仕事量増大に伴う電力不足を防止する際に電力貯蔵手段を考慮することができる。
【００２６】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし請求項７記載の発明の効果に加えて、前記燃料電池の発電電力が供給される負荷の要求する電力を検出する負荷要求電力検出手段を備え、前記目標補正手段は、前記検出された負荷の要求する電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限するようにしたので、酸化ガスとしての空気を圧縮する圧縮機の仕事量増大に伴う電力不足を防止する際に負荷が要求する電力を考慮することができる。
【００２７】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし請求項８記載の発明の効果に加えて、前記バラツキ具合判定手段は、前記検出された電圧の平均値を演算し、該平均値から所定値以上離れた電圧が検出されたセルまたはセル群の数と、所定数との比較により前記判定を行うようにしたので、簡単な演算により電圧のバラツキ具合を判定することができるという効果がある。
【００２８】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１ないし請求項９記載の発明の効果に加えて、前記バラツキ具合判定手段は、前記検出された電圧の標準偏差を演算し、該標準偏差と所定値との比較により前記判定を行うようにしたので、バラツキ具合を正確に評価することができるという効果がある。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る燃料電池の制御装置が適用される燃料電池システムの全体構成を示すシステム構成図である。
【００３０】
同図において、燃料電池本体１０３は、任意の流量及び圧力の燃料ガスを供給可能な燃料ガス供給手段１０１と、同じく任意の流量及び圧力の酸化ガスを供給可能な酸化ガス供給手段１０２とから、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスを供給され、発電を行う。発電された電力は負荷１０４に供給されるが、燃料電池本体１０３の発電量は負荷１０４によって制御可能に構成されている。また燃料電池本体１０３の温度を発電に好適な温度に制御する燃料電池温度制御手段１０５も設けられている。これら装置は制御装置１０６によりその動作が制御されている。
【００３１】
図２は、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第一実施形態の要部構成を示すブロック図である。図２に示した部分は、図１の制御装置１０６の一部を構成する。
【００３２】
図２において制御装置は、目標発電量に基づいて燃料ガス及び酸化ガスの標準目標流量及び標準目標圧力（以下、標準目標流量・圧力と略す）からなる目標ガス運転点の演算を行う目標ガス運転点演算部１２２と、燃料電池本体を構成する各セルの電圧または直列接続された複数セルからなるセル群の電圧を検出する電圧検出部１２４と、電圧検出部１２４が検出した電圧のバラツキ具合を判定するバラツキ具合判定部１２５と、目標ガス運転点演算部１２２が演算した標準目標流量・圧力をバラツキ具合判定部１２５が判定したバラツキ程度量に応じて標準目標流量・圧力を補正してガス制御系（図１の燃料ガス供給手段１０１および酸化ガス供給手段１０２）の目標流量・圧力を出力する目標補正部１２１と、燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力を検出するガス状態検出部１２８と、ガス状態検出部１２８が検出した流量・圧力に基づいて発電可能電力を演算する発電可能電力演算部１２９と、燃料電池本体または負荷との間で電力の授受ができる二次電池やコンデンサなどの電力貯蔵部１３１と、電力貯蔵部１３１の状態に基づいて電力貯蔵部１３１から放電可能な電力を演算する放電可能電力演算部１３２と、負荷１０４が要求する電力を演算する負荷要求電力演算部１３３と、スタック出力、放電可能電力、負荷要求電力に基づいて出力可能な上限電力を演算する上限電力演算部１３０とを備えている。
【００３３】
また、目標補正部１２１は、バラツキ具合判定部１２５が判定したバラツキ程度量に応じて運転点の補正量を演算する補正量演算部１２６と、この補正量演算部１２６が演算した補正量を上限電力演算部１３０からの上限電力により制限する運転点補正量上限演算部１２７と、目標ガス運転点演算部１２２が演算した標準目標流量・圧力を運転点補正量上限演算部１２７により制限された補正量で補正する目標補正演算部１２３とを備えている。
【００３４】
次に、制御装置１０６で行われる目標流量・圧力の補正演算について詳細に説明する。
目標ガス運転点演算部１２２は、通常運転時の標準目標運転点である標準目標流量・圧力の演算を行う。これは、別途演算された燃料電池本体１０３の目標発電電力に応じて、燃料電池本体１０３に供給する水素と空気の標準目標流量及び標準目標圧力を演算するものである。ここで求められる標準目標流量及び圧力は、燃料電池本体１０３の温度が十分暖まった暖機後の状態に合わせて設定された値である。
【００３５】
図３に目標発電電力に対する標準目標ガス流量、図４に目標発電電力に対する標準目標ガス圧力の一例を示す。これらの標準目標ガス流量及び標準目標ガス圧力は、目標とする発電量に従って、予め記憶した図３、図４のような特性テーブルのマップを検索して演算することが可能である。
【００３６】
さて、燃料電池本体１０３は、その大きさによって、温度が一様でなく場所によって異なったり、またガスの配分が一様でない可能性もあり、必ずしも各セルの電気化学的活性度や温度などの挙動が一致するとは限らず、一部のセルの電圧が低下してしまう恐れがある。そこで本発明では、各セル電圧または直列接続されたセル群の電圧を検出することで、電解質膜での化学反応の低下、あるいは、水つまりによる反応面積の低下を推定し、それに従って標準目標運転点（標準目標ガス流量及び圧力）を補正し、各セル電圧の均一化を図ることを目的としている。
【００３７】
電圧検出部１２４は、燃料電池本体１０３の各セルの電圧を一つずつ検出するか、あるいは直列に接続された複数セルからなるセル群の電圧を燃料電池本体１０３の全体に亘って検出し、各電圧値をバラツキ具合判定部１２５へ出力する。この出力値は、所望の分解能を有するディジタル値が好ましい。
【００３８】
例えば、燃料電池本体１０３のスタックを構成する総セル数を４００とすると、２セルずつ直列接続された２００組のセル群の電圧を検出するように構成（２×２００＝４００）してもよいし、１０セルずつ直列接続された４０組のセル群（１０×４０＝４００）や、２０×２０＝４００という構成のセル群の電圧を検出するようにしてもよい。
【００３９】
ここで、単セル毎の電圧を検出するか、複数個直列接続されたセル群の電圧を検出するか、またはセル群の直列接続数を幾つにするかは、スタックの構造、スタック内のガス流路の構造、スタックの冷媒流路の構造等に応じて任意に決定する設計上のパラメータであるが、温度上昇が遅れて電気化学反応が進まないセルや、ガス流路に凝縮した水が溜まったセルの存在を電圧値に基づいて容易に検出できるようなセルの直列数、言い換えればセル群の分割数を決定することが必要である。
【００４０】
バラツキ具合判定部１２５は、電圧検出部１２４が検出した各セルの電圧または直列接続された複数のセルからなるセル群の電圧を入力し、それらの値がどれだけバラついているかを判定する。判定方法としては、全検出電圧の平均値を演算し、その値からある設定値以上離れた電圧を示したセルまたはセル群が、ある設定数以上存在するか否かで判定してもよく、あるいは標準偏差を演算し、それから判定してもよい。
【００４１】
補正量演算部１２６は、セル（セル群）電圧のバラツキ具合に応じて、目標とするガスの流量あるいは圧力、あるいはその両方の補正量を演算する。燃料電池温度が低い程、流量及び圧力の目標値を大きくする方向で補正量が演算されるが、その演算はテーブルから検索してもよく、あるいは、ある係数を乗じることで演算してもよい。
【００４２】
図５及び図６は、それぞれ目標発電電力に対する目標ガス流量及び目標ガス圧力の補正の一例を示す図である。目標発電量がＷ１の時、充分暖機がされた状態での運転点は、目標流量がＱ１、目標圧力がＰ１で運転される。一方、燃料電池が暖機されていない状態では、ガス中の水分が冷えることにより燃料電池内で凝縮したり、あるいは、電解質での化学反応速度が低下したりする恐れがある。そこで凝縮した水を燃料電池外部に流出させられるようガスの流量を通常より上げたり、あるいは、化学反応速度が向上するようガスの圧力を通常より上げたりする補正を行い、目標ガス流量をＱ１’、目標ガス圧力をＰ１’へと補正することで、前述の問題点が発生することが防止可能である。即ち、セルまたはセル群の電圧のバラツキ具合が大きいと判定された場合には、通常の運転点Ｑ１，Ｐ１に対しＱ１’，Ｐ１’へとガスの流量や圧力を高める補正を行う。尚、この流量及び圧力の補正は、それぞれ個別に行ってもよく、また同時に行ってもよい。
【００４３】
さて、このように燃料電池が暖機されていない状態において、燃料電池発電電力の低下を防止するためにガスの流量あるいは圧力、あるいはその両方の目標値を上乗せ補正を行うが、特に酸化ガスの流量や圧力を高めるために図１の酸化ガス供給手段１０２が内蔵する圧縮機の仕事量が増大し、圧縮機の電力消費量が増えることが考えられる。しかしながら燃料電池を搭載する移動体においては、外部から電力が供給される場合は少なく、即ち圧縮機が消費できる電力もその上限を定める必要がある。
【００４４】
そこで上限電力演算部１３０では、発電可能電力演算部１２９が演算した燃料電池が発電可能な電力であるスタック出力（Ｐst）、あるいは負荷要求電力演算部１３３が演算した燃料電池の負荷が要求している負荷要求電力（Ｐld）、あるいは二次電池やコンデンサ等電力貯蔵部１３１も備えられている場合には、電力貯蔵部１３１から放電可能な放電可能電力（Ｐsec）の状態に応じて、次に示す式（１）により圧縮機が消費できる電力の上限（Ｐlim）を演算する。
【００４５】
【数１】
Ｐlim＝Ｐst−Ｐld＋Ｐsec …（１）
尚、この演算に際して、燃料電池が発電可能な電力（Ｐst）の替わりに、燃料電池が実際に出力している電力であるスタック実出力を用いてもよい。
【００４６】
また別の演算方法としては、発電可能電力（Ｐst）からの負荷の要求電力（Ｐld）を差し引いた残りを圧縮機が消費できる電力としてもよく、あるいは、電力貯蔵部１３１が放電できる放電可能電力（Ｐsec）を圧縮機が消費できる電力としてもよい。
【００４７】
このようにガス運転点補正の上限が制限され、目標補正演算部１２３で目標とすべきガスの運転点を補正し、ガスの制御系へ指令値として送られる。
【００４８】
以上により、燃料電池が低温であって、発電電力が低下しやすい状態にあっても、ガスの運転点を適切に補正すること、発電電力の低下を防止することが可能となる。
【００４９】
図７は、本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第二の実施形態を説明する要部ブロック図である。第一の実施形態との相違は、第二の実施形態におけるガス運転点の目標の補正を、電圧のバラツキ具合に加えて、燃料電池の温度あるいは、燃料電池システムの起動後の経過時間、あるいはその両方をも考慮して行っていることである。
【００５０】
このため図７は、第一の実施形態を示す図２に対して、燃料電池の温度を検出する温度検出部１４３と、燃料電池の起動からの経過時間を計測する起動後経過時間計測部１４４とが追加され、補正量演算部１４２は、バラツキ具合判定部１２５からのバラツキ程度量に加えて、温度検出部１４３が検出した温度、起動後経過時間計測部１４４が計測した時間に基づいて補正量を演算するように変更されている。その他のブロックの機能は図２に示した第一の実施形態と同様なので同じ機能を有するブロックには、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００５１】
起動後経過時間計測部１４４は、燃料電池システムが起動してからの時間を計時し、その経過時間を補正量演算部１４２へ出力する。
【００５２】
補正量演算部１４２は、バラツキ具合判定部１２５からのバラツキ具合、起動後経過時間計測部１４４からの燃料電池システム起動後の経過時間に加え、温度検出部１４３から燃料電池の温度を入力し、これらに応じて、目標とするガスの流量あるいは圧力、あるいはその両方の補正量を演算する。
【００５３】
補正の方向は燃料電池システムの起動時間が短い程、あるいは、燃料電池温度が低い程、セル電圧のバラツキ具合が大きい程、流量及び圧力の目標値は大きくなる方向で補正が行われる。
【００５４】
尚、燃料電池の温度としては、燃料電池本体１０３に温度検出部１４３を設け、その検出値を用いてもよく、あるいは、図１の燃料電池温度制御手段１０５として冷却水を循環させている場合には、その冷却水の温度を温度検出部１４３で検出して燃料電池温度を代表する値としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第一の実施形態の構成を示す要部ブロック図である。
【図３】第一の実施形態における標準目標ガス流量特性を示す図である。
【図４】第一の実施形態における標準目標ガス圧力特性を示す図である。
【図５】第一の実施形態における目標ガス流量の補正を示す図である。
【図６】第一の実施形態における目標ガス圧力の補正を示す図である。
【図７】本発明に係る燃料電池システムの制御装置の第二の実施形態の構成を示す要部ブロック図である。
【符号の説明】
１０１燃料ガス供給手段
１０２酸化ガス供給手段
１０３燃料電池本体
１０４負荷
１０５燃料電池温度制御手段
１０６制御装置
１２１目標補正部
１２２標準目標運転点
１２３目標補正演算部
１２４電圧検出部
１２５バラツキ具合判定部
１２６補正量演算部
１２７運転点補正量上限演算部
１２８ガス状態検出部
１２９発電可能電力演算部
１３０上限電力演算部
１３１電力貯蔵部
１３２放電可能電力演算部
１３３負荷要求電力検出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a fuel cell system, and more particularly to a control device for a fuel cell system with improved warm-up performance.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell generates electric power by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen through an electrolyte membrane, and the power that can be generated is supplied fuel gas and oxidizing gas. Varies depending on the pressure and flow rate.
[0003]
The characteristics of each fuel cell are usually different, but the generated current of the fuel cell is proportional to the chemical equivalent of the gas that reacts per unit time. For this reason, as a general tendency, the larger the generated power, the more the pressure and flow rate of the supplied fuel gas and oxidizing gas are increased.
[0004]
Therefore, for example, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-75214, the actual gas state as a result of setting the gas supply target amount according to the target generated power of the fuel cell and further controlling according to the target. Accordingly, it is disclosed that the upper limit power taken out from the fuel cell is calculated, and the generated power can be actually limited. At the same time, the publication discloses that the upper limit of the generated power is limited even in accordance with the temperature of the fuel cell. In other words, the power generation amount of the fuel cell is limited by the power generation amount limit value which is smaller of the power generation amount limit value retrieved from the fuel cell temperature in the table and the aforementioned power generation amount limit value obtained from the actual gas flow rate. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, the power generated is limited by using the temperature of the fuel cell as a parameter. Therefore, when the fuel cell is at a low temperature, the power that can be generated is suppressed more than usual. Heat generation that raises the temperature is also suppressed, and there is a problem that the warm-up time of the fuel cell becomes longer.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and at the time of cold start of the fuel cell, it prevents a decrease in the voltage of each cell and reduces the limit of the generated power of the fuel cell as much as possible, thereby reducing the warm-up time. It is an object of the present invention to provide a control device for a fuel cell system that can be shortened.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a fuel cell body that is supplied with fuel gas on one side of the electrolyte membrane and oxidant gas on the other side and supplies electric power to a load, and the fuel cell body. A fuel gas supply means for supplying a fuel gas of a desired pressure or a desired flow rate, or both, an oxidizing gas supply means for supplying a desired pressure or a desired flow rate, or both oxidizing gases to the fuel cell body, A fuel cell temperature control means for controlling the temperature of the fuel cell main body, and a voltage for detecting a voltage of each cell constituting the fuel cell main body or a voltage of a cell group composed of a plurality of cells connected in series. detecting means and the temperature sensing hand detecting the variation degree determining means for determining the variation degree of each voltage to which the voltage detecting means detects a value related to the temperature of the fuel cell main body And the target flow rate of the fuel gas and the oxidizing gas, the target pressure, or both, according to the value related to the temperature detected by the temperature detection means and the voltage variation determined by the variation determination means And a target correction means for correcting the fuel cell system.
[0010]
In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the control device for a fuel cell system according to the first aspect , the target correction means has a value related to the temperature detected by the temperature detection means greater than a predetermined value. The gist is that the target pressure and the target flow rate are corrected so as to increase when the voltage is small or when the voltage variation determined by the variation determination means is larger than a predetermined value.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control apparatus for the fuel cell system according to the first or second aspect , an elapsed time after starting which is an elapsed time from the start of starting of the fuel cell system is measured. And a target correction unit that corrects the target flow rate of the fuel gas and the oxidizing gas, the target pressure, or both in accordance with the elapsed time after startup. .
[0012]
In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, in the control device for a fuel cell system according to the third aspect , the target correction means is configured to reduce the target pressure and the target pressure when the elapsed time after startup is shorter than a predetermined value. The gist is that the target flow rate is corrected to increase.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control apparatus for a fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects, the generated power detection for detecting the power generated by the fuel cell main body. And the target correction means limits the correction amount of the target pressure and the target flow rate according to the power detected by the generated power detection means.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control device for the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects, the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell body are controlled. A gas state detecting means for detecting a flow rate and a pressure; and a power generating power calculating means for calculating a power that can be generated by the fuel cell main body from the detected flow rates and pressures of the fuel gas and the oxidizing gas, and the target correcting means. The gist is to limit the correction amount of the target pressure and the target flow rate according to the calculated power that can be generated.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control device for the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects, the power that can be transferred to and from the fuel cell or the load. Storage means and dischargeable power calculation means for calculating the dischargeable power of the power storage means, the target correction means according to the calculated dischargeable power, the correction amount of the target pressure and target flow rate The gist is to limit the above.
[0016]
According to an eighth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control device for the fuel cell system according to any one of the first to seventh aspects, a request for a load to which the generated power of the fuel cell is supplied is provided. The present invention is characterized in that it comprises load demand power detection means for detecting the power to be performed, and the target correction means limits the correction amount of the target pressure and target flow rate according to the detected power demanded by the load.
[0017]
In order to achieve the above object, according to a ninth aspect of the present invention, in the control device for a fuel cell system according to any one of the first to eighth aspects, the variation degree determining means is configured to detect the detected voltage. The gist is to calculate an average value, and perform the determination by comparing the predetermined number with the number of cells or cell groups in which a voltage deviated by a predetermined value or more from the average value is detected.
[0018]
According to a tenth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the control device for a fuel cell system according to any one of the first to ninth aspects, the variation degree determining means is configured to detect the detected voltage. The gist is to calculate a standard deviation and perform the determination by comparing the standard deviation with a predetermined value.
[0019]
【The invention's effect】
According to the first or second aspect of the invention, the fuel gas is supplied to one side of the electrolyte membrane, the oxidizing gas is supplied to the other side, and the electric power is supplied to the load. A fuel gas supply means for supplying a desired pressure or a desired flow rate, or both, and an oxidizing gas supply means for supplying a desired pressure, a desired flow rate, or both oxidizing gases to the fuel cell body, and A fuel cell temperature control means for controlling the temperature of the fuel cell main body, and a voltage detection for detecting a voltage of each cell constituting the fuel cell main body or a voltage of a cell group composed of a plurality of cells connected in series. means a variation degree determining means for determining the variation degree of each voltage to which the voltage detecting unit detects a temperature detection means for detecting a value related to the temperature of the fuel cell main body The target flow rate and / or the target pressure of the fuel gas and the oxidant gas are corrected according to the value related to the temperature detected by the temperature detection unit and the voltage variation level determined by the variation level determination unit. And a target gas correction means, and a fuel gas or an oxidant gas according to the temperature variation of the fuel cell and the voltage of each cell constituting the fuel cell or the voltage of a cell group in which a plurality of cells are connected in series. As the operating point is corrected optimally by the target flow rate and / or target pressure, the chemical reaction in the fuel cell electrolyte membrane is promoted by increasing the pressure, or the moisture condensed in the fuel cell gas flow path is increased by increasing the flow rate. Emission to the outside of the fuel cell can be promoted, and as a result, a decrease in the amount of power that can be generated by the fuel cell can be minimized.
[0020]
Furthermore, this has the effect that the temperature of the fuel cell can be quickly raised by the heat generated from the fuel cell, and the warm-up can be finished quickly.
[0022]
According to the third or fourth aspect of the invention, in addition to the effect of the first or second aspect of the invention, the startup for measuring the elapsed time after startup, which is the elapsed time from the start of startup of the fuel cell system. A post-elapsed time measurement unit, and the target correction unit corrects the target flow rate of the fuel gas and the oxidizing gas and / or the target pressure according to the post-startup elapsed time. The operating point can be optimally corrected at a low temperature when the elapsed time after the start-up is short, and further stable fuel cell power generation can be achieved.
[0023]
According to the fifth aspect of the invention, in addition to the effects of the first to fourth aspects of the invention, the apparatus further comprises a generated power detection means for detecting the power generated by the fuel cell body, wherein the target correction means is The correction amount of the target pressure and the target flow rate is limited in accordance with the power detected by the generated power detection means, so that the power shortage accompanying the increase in the work amount of the compressor that compresses the air as the oxidizing gas is prevented. be able to.
[0024]
According to the invention described in claim 6 , in addition to the effects of the invention described in claims 1 to 5, the gas state detecting means for detecting the flow rate and pressure of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell main body; And a power generating power calculating means for calculating the power that can be generated by the fuel cell main body from the detected flow rate and pressure of the fuel gas and the oxidizing gas, and the target correction means according to the calculated power generating power that can be generated. Thus, the correction amount of the target pressure and the target flow rate is limited, so that it is possible to consider the power that can be generated when preventing the power shortage accompanying the increase in the work amount of the compressor that compresses the air as the oxidizing gas. it can.
[0025]
According to the seventh aspect of the invention, in addition to the effects of the first to sixth aspects of the invention, the power storage means capable of transferring power to the fuel cell or the load, and the power storage means can be discharged. Dischargeable power calculation means for calculating power, and the target correction means limits the correction amount of the target pressure and target flow rate according to the calculated dischargeable power, so as an oxidizing gas The power storage means can be taken into account when preventing a power shortage accompanying an increase in the work of the compressor that compresses the air.
[0026]
According to the invention described in claim 8 , in addition to the effects of the inventions described in claims 1 to 7, load demand power detection means for detecting the power required by the load supplied with the generated power of the fuel cell is provided. And the target correction means limits the correction amount of the target pressure and the target flow rate according to the electric power required by the detected load, so that the work of the compressor that compresses the air as the oxidizing gas It is possible to consider the power required by the load when preventing power shortage due to an increase in quantity.
[0027]
According to the ninth aspect of the invention, in addition to the effects of the first to eighth aspects of the invention, the variation degree determining means calculates an average value of the detected voltages and determines a predetermined value from the average value. Since the determination is made by comparing the number of cells or cell groups in which a voltage more than a value is detected with a predetermined number, it is possible to determine the degree of voltage variation by simple calculation. .
[0028]
According to a tenth aspect of the present invention, in addition to the effects of the first to ninth aspects, the variation degree determining means calculates a standard deviation of the detected voltage, and the standard deviation and the predetermined deviation are calculated. Since the determination is performed by comparison with the value, there is an effect that the degree of variation can be accurately evaluated.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an overall configuration of a fuel cell system to which a fuel cell control device according to the present invention is applied.
[0030]
In the figure, a fuel cell main body 103 includes a fuel gas supply means 101 capable of supplying a fuel gas having an arbitrary flow rate and pressure, and an oxidizing gas supply means 102 capable of supplying an oxidizing gas having an arbitrary flow rate and pressure. Each is supplied with fuel gas and oxidizing gas to generate power. The generated power is supplied to the load 104, but the power generation amount of the fuel cell main body 103 is configured to be controllable by the load 104. Also provided is a fuel cell temperature control means 105 for controlling the temperature of the fuel cell main body 103 to a temperature suitable for power generation. The operation of these devices is controlled by the control device 106.
[0031]
FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration of the first embodiment of the control device for the fuel cell system according to the present invention. The part shown in FIG. 2 constitutes a part of the control device 106 of FIG.
[0032]
In FIG. 2, the control device calculates a target gas operation point that includes a standard target flow rate and a standard target pressure (hereinafter abbreviated as standard target flow rate and pressure) of fuel gas and oxidant gas based on the target power generation amount. The point calculation unit 122, the voltage detection unit 124 that detects the voltage of each cell constituting the fuel cell main body or the voltage of a cell group composed of a plurality of cells connected in series, and the variation in the voltage detected by the voltage detection unit 124 Gas control is performed by correcting the standard target flow rate / pressure calculated by the variation degree determination unit 125 and the target gas operating point calculation unit 122 according to the variation degree determined by the variation degree determination unit 125. A target correction unit 121 that outputs a target flow rate and pressure of the system (the fuel gas supply unit 101 and the oxidizing gas supply unit 102 in FIG. 1), and the flow of the fuel gas and the oxidizing gas. Power between the fuel cell main body or the load and the gas state detection unit 128 that detects the pressure and the power generation unit 129 that calculates the power that can be generated based on the flow rate and pressure detected by the gas state detection unit 128 A power storage unit 131 such as a secondary battery or a capacitor capable of transferring and receiving, a dischargeable power calculation unit 132 that calculates power that can be discharged from the power storage unit 131 based on the state of the power storage unit 131, and the load 104 Load power calculation unit 133 that calculates the power to be output, and upper limit power calculation unit 130 that calculates the upper limit power that can be output based on the stack output, the dischargeable power, and the load request power.
[0033]
In addition, the target correction unit 121 includes a correction amount calculation unit 126 that calculates the correction amount of the operating point in accordance with the variation degree determined by the variation degree determination unit 125, and an upper limit for the correction amount calculated by the correction amount calculation unit 126. An operation point correction amount upper limit calculation unit 127 that is limited by the upper limit power from the power calculation unit 130 and a standard target flow rate / pressure calculated by the target gas operation point calculation unit 122 is corrected by the operation point correction amount upper limit calculation unit 127. And a target correction calculation unit 123 that corrects the amount.
[0034]
Next, the target flow rate / pressure correction calculation performed by the control device 106 will be described in detail.
The target gas operation point calculation unit 122 calculates a standard target flow rate and pressure, which are standard target operation points during normal operation. This calculates the standard target flow rate and standard target pressure of hydrogen and air supplied to the fuel cell main body 103 in accordance with the target generated power of the fuel cell main body 103 calculated separately. The standard target flow rate and pressure obtained here are values set in accordance with a state after the warm-up in which the temperature of the fuel cell main body 103 is sufficiently warmed.
[0035]
FIG. 3 shows an example of the standard target gas flow rate with respect to the target generated power, and FIG. 4 shows an example of the standard target gas pressure with respect to the target generated power. These standard target gas flow rate and standard target gas pressure can be calculated by searching a pre-stored characteristic table map as shown in FIGS. 3 and 4 according to the target power generation amount.
[0036]
Now, depending on the size of the fuel cell main body 103, the temperature may not be uniform and may vary from place to place, and the gas distribution may not be uniform. The behavior does not always match, and the voltage of some cells may decrease. Therefore, in the present invention, by detecting the voltage of each cell or the voltage of a group of cells connected in series, a decrease in the chemical reaction in the electrolyte membrane or a decrease in the reaction area due to water clogging is estimated, and the standard target operation is accordingly performed. The purpose is to correct the points (standard target gas flow rate and pressure) and make the cell voltages uniform.
[0037]
The voltage detector 124 detects the voltage of each cell of the fuel cell main body 103 one by one, or detects the voltage of a cell group consisting of a plurality of cells connected in series over the entire fuel cell main body 103, Each voltage value is output to the variation degree determination unit 125. The output value is preferably a digital value having a desired resolution.
[0038]
For example, assuming that the total number of cells constituting the stack of the fuel cell main body 103 is 400, the voltage of 200 cell groups connected in series by two cells may be detected (2 × 200 = 400). Then, the voltage of 40 cell groups (10 × 40 = 400) connected in series by 10 cells or a cell group of 20 × 20 = 400 may be detected.
[0039]
Here, whether to detect the voltage of each single cell, the voltage of a group of cells connected in series, or the number of cells connected in series depends on the stack structure, the gas in the stack. This is a design parameter that is arbitrarily determined according to the structure of the flow path, the structure of the refrigerant flow path of the stack, etc. It is necessary to determine the serial number of cells that can easily detect the presence of accumulated cells based on the voltage value, in other words, the division number of the cell group.
[0040]
The variation degree determination unit 125 inputs the voltage of each cell detected by the voltage detection unit 124 or the voltage of a cell group composed of a plurality of cells connected in series, and determines how much the values vary. As a determination method, an average value of all detection voltages may be calculated, and a determination may be made based on whether or not there are more than a certain number of cells or cell groups that show a voltage that is more than a certain set value away from that value, Alternatively, the standard deviation may be calculated and then determined.
[0041]
The correction amount calculator 126 calculates a target gas flow rate and / or pressure correction amount according to the variation in cell (cell group) voltage. As the fuel cell temperature is lower, the correction amount is calculated in the direction of increasing the target values of the flow rate and pressure, but the calculation may be performed by searching from a table or by multiplying by a certain coefficient. .
[0042]
5 and 6 are diagrams illustrating examples of correction of the target gas flow rate and the target gas pressure with respect to the target generated power, respectively. When the target power generation amount is W1, the operating point in a sufficiently warmed-up state is operated with a target flow rate of Q1 and a target pressure of P1. On the other hand, in a state where the fuel cell is not warmed up, there is a possibility that the moisture in the gas cools and condenses in the fuel cell, or the chemical reaction rate in the electrolyte decreases. Therefore, the target gas flow rate is set to Q1 ′ by correcting the gas flow rate higher than usual so that the condensed water can flow out of the fuel cell or increasing the gas pressure higher than usual so as to improve the chemical reaction rate. By correcting the target gas pressure to P1 ′, it is possible to prevent the above-described problem from occurring. That is, when it is determined that the voltage variation of the cell or the cell group is large, the normal operation points Q1 and P1 are corrected to increase the gas flow rate and pressure to Q1 ′ and P1 ′. It should be noted that the correction of the flow rate and pressure may be performed individually or simultaneously.
[0043]
Now, in such a state where the fuel cell is not warmed up, correction is performed by adding the target value of the gas flow rate and / or pressure to prevent a decrease in the generated power of the fuel cell. In order to increase the flow rate and pressure, it is conceivable that the work amount of the compressor built in the oxidizing gas supply means 102 of FIG. 1 increases and the power consumption of the compressor increases. However, in a mobile body equipped with a fuel cell, there are few cases where electric power is supplied from the outside, that is, it is necessary to set an upper limit for the electric power that can be consumed by the compressor.
[0044]
Therefore, the upper limit power calculation unit 130 requests the stack output (Pst) that is the power that can be generated by the fuel cell calculated by the power generation possible power calculation unit 129 or the load of the fuel cell calculated by the load required power calculation unit 133. In the case where a power storage unit 131 such as a secondary battery or a capacitor is also provided, depending on the state of the dischargeable power (Psec) that can be discharged from the power storage unit 131, The upper limit (Plim) of the power that can be consumed by the compressor is calculated by the equation (1) shown.
[0045]
[Expression 1]
Plim = Pst−Pld + Psec (1)
In this calculation, instead of the electric power (Pst) that can be generated by the fuel cell, a stack actual output that is an electric power actually output by the fuel cell may be used.
[0046]
As another calculation method, the remainder obtained by subtracting the required power (Pld) of the load from the power that can be generated (Pst) may be the power that can be consumed by the compressor, or the dischargeable power that the power storage unit 131 can discharge. (Psec) may be the power that can be consumed by the compressor.
[0047]
In this way, the upper limit of the gas operation point correction is limited, the operation point of the gas to be targeted is corrected by the target correction calculation unit 123, and is sent as a command value to the gas control system.
[0048]
As described above, even when the fuel cell is at a low temperature and the generated power tends to decrease, it is possible to appropriately correct the operating point of the gas and prevent the generated power from decreasing.
[0049]
FIG. 7 is a principal block diagram illustrating a second embodiment of the control device for the fuel cell system according to the present invention. The difference from the first embodiment is that the correction of the target of the gas operation point in the second embodiment is performed in addition to the voltage variation, the temperature of the fuel cell, the elapsed time after the start of the fuel cell system, or This is done by considering both.
[0050]
Therefore, FIG. 7 is different from FIG. 2 showing the first embodiment in that the temperature detector 143 detects the temperature of the fuel cell, and the post-startup elapsed time measurer 144 that measures the elapsed time since the start of the fuel cell. And the correction amount calculation unit 142 performs correction based on the temperature detected by the temperature detection unit 143 and the time measured by the elapsed time measurement after activation 144 in addition to the amount of variation from the variation degree determination unit 125. The amount has been changed to calculate. Since the functions of the other blocks are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 2, the same reference numerals are given to the blocks having the same functions, and description thereof is omitted.
[0051]
The post-startup elapsed time measuring unit 144 measures the time since the fuel cell system started up, and outputs the elapsed time to the correction amount calculating unit 142.
[0052]
The correction amount calculation unit 142 inputs the temperature of the fuel cell from the temperature detection unit 143 in addition to the variation degree from the variation degree determination unit 125, the elapsed time after starting the fuel cell system from the post-startup elapsed time measurement unit 144, In accordance with these, a target gas flow rate and / or pressure correction amount is calculated.
[0053]
The correction is performed in such a direction that the target values of the flow rate and pressure increase as the start-up time of the fuel cell system is shorter, the fuel cell temperature is lower, or the cell voltage variation is larger.
[0054]
As the temperature of the fuel cell, the temperature detection unit 143 may be provided in the fuel cell main body 103, and the detected value may be used. Alternatively, the cooling water is circulated as the fuel cell temperature control means 105 in FIG. Alternatively, the temperature of the cooling water may be detected by the temperature detection unit 143 to represent the fuel cell temperature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a principal block diagram showing the configuration of the first embodiment of the control apparatus for the fuel cell system according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a standard target gas flow rate characteristic in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing standard target gas pressure characteristics in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing correction of a target gas flow rate in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing correction of a target gas pressure in the first embodiment.
FIG. 7 is a principal block diagram showing a configuration of a second embodiment of the control apparatus for the fuel cell system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Fuel gas supply means 102 Oxidation gas supply means 103 Fuel cell main body 104 Load 105 Fuel cell temperature control means 106 Control apparatus 121 Target correction | amendment part 122 Standard target operating point 123 Target correction | amendment calculation part 124 Voltage detection part 125 Variation condition determination part 126 Correction Amount calculation unit 127 operating point correction amount upper limit calculation unit 128 gas state detection unit 129 power generation possible power calculation unit 130 upper limit power calculation unit 131 power storage unit 132 dischargeable power calculation unit 133 load required power detection unit

Claims

電解質膜の一方の側に燃料ガス、他方の側に酸化ガスを供給され、電力を負荷に供給する燃料電池本体と、該燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の流量、あるいは両方の燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体へ所望の圧力あるいは所望の流量、あるいは両方の酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池本体の温度を制御する燃料電池温度制御手段と、を有する燃料電池システムにおいて、
燃料電池本体を構成する各セルの電圧または直列接続された複数セルからなるセル群の電圧を検出する電圧検出手段と、
該電圧検出手段が検出した各電圧のバラツキ具合を判定するバラツキ具合判定手段と、
燃料電池本体の温度に関連する値を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段が検出した温度に関連する値と、前記バラツキ具合判定手段が判定した電圧のバラツキ具合とに応じて、前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその両方を補正する目標補正手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システムの制御装置。A fuel cell body that is supplied with fuel gas on one side of the electrolyte membrane and oxidant gas on the other side and supplies electric power to a load, and a fuel gas of a desired pressure or a desired flow rate, or both are supplied to the fuel cell body Fuel gas supply means for supplying, oxidizing gas supply means for supplying a desired pressure or a desired flow rate, or both oxidizing gases to the fuel cell main body, and a fuel cell temperature control means for controlling the temperature of the fuel cell main body In a fuel cell system having
Voltage detection means for detecting the voltage of each cell constituting the fuel cell main body or the voltage of a cell group consisting of a plurality of cells connected in series;
A variation degree determination means for determining a variation degree of each voltage detected by the voltage detection means;
Temperature detecting means for detecting a value related to the temperature of the fuel cell body;
The target flow rate and / or the target pressure of the fuel gas and the oxidant gas are corrected according to the value related to the temperature detected by the temperature detection unit and the voltage variation level determined by the variation level determination unit. Target correction means for
A control apparatus for a fuel cell system, comprising:

前記目標補正手段は、前記温度検出手段が検出した温度に関連する値が所定値より小さい時、あるいは、前記バラツキ具合判定手段が判定した電圧のバラツキ具合が所定値より大きい時に前記目標圧力及び目標流量を増加するように補正するものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。The target correction unit is configured to detect the target pressure and the target when the value related to the temperature detected by the temperature detection unit is smaller than a predetermined value or when the voltage variation determined by the variation determination unit is larger than a predetermined value. control apparatus for a fuel cell system according to claim 1, wherein a is corrected so as to increase the flow rate.

燃料電池システムの起動開始からの経過時間である起動後経過時間を計測する起動後経過時間計測手段を備え、
前記目標補正手段は、前記起動後経過時間に応じて、前記燃料ガス及び酸化ガスの目標流量、あるいは目標圧力、あるいはその両方を補正することを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。A post-startup elapsed time measuring means for measuring a post-startup elapsed time that is an elapsed time from the start of start of the fuel cell system,
3. The fuel according to claim 1, wherein the target correction means corrects a target flow rate and / or a target pressure of the fuel gas and the oxidizing gas according to the elapsed time after the start-up. Battery system control device.

前記目標補正手段は、前記起動後経過時間が所定値より短い時に、前記目標圧力及び目標流量を増加するように補正するものであることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システムの制御装置。4. The control device for a fuel cell system according to claim 3 , wherein the target correction means corrects the target pressure and the target flow rate to increase when the elapsed time after startup is shorter than a predetermined value. .

燃料電池本体の発電する電力を検出する発電電力検出手段を備え、
前記目標補正手段は、前記発電電力検出手段が検出した電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置。Provided with generated power detection means for detecting the power generated by the fuel cell body,
The said target correction | amendment means restrict | limits the correction amount of the said target pressure and a target flow according to the electric power which the said generated electric power detection means detected, The any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. Control device for fuel cell system.

燃料電池本体に供給される燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力を検出するガス状態検出手段と、
検出された燃料ガス及び酸化ガスの流量及び圧力から、燃料電池本体が発電可能な電力を演算する発電可能電力演算手段とを備え、
前記目標補正手段は、前記演算された発電可能電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置。Gas state detection means for detecting the flow rate and pressure of fuel gas and oxidizing gas supplied to the fuel cell body;
From the detected flow rates and pressures of the fuel gas and the oxidant gas, the power generation unit calculates electric power that can be generated by the fuel cell main body, and
The target correction means, in response to said computed power generation electric power, the fuel cell according to any one of claims 1 to 5, characterized in that to limit the amount of correction of the target pressure and target flow rate System control unit.

燃料電池または負荷との電力の授受が可能な電力貯蔵手段と、該電力貯蔵手段の放電可能電力を演算する放電可能電力演算手段とを備え、
前記目標補正手段は、前記演算された放電可能電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置。Power storage means capable of transferring power to and from the fuel cell or load, and dischargeable power calculation means for calculating the dischargeable power of the power storage means,
The target correction means, in response to said computed dischargeable power, the fuel cell according to any one of claims 1 to 6, characterized in that to limit the amount of correction of the target pressure and target flow rate System control unit.

前記燃料電池の発電電力が供給される負荷の要求する電力を検出する負荷要求電力検出手段を備え、
前記目標補正手段は、前記検出された負荷の要求する電力に応じて、前記目標圧力及び目標流量の補正量を制限することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置。Load demand power detection means for detecting the power required by the load supplied with the power generated by the fuel cell,
The target correction means, according to the power required by the detected load, according to any one of claims 1 to 7, characterized in that to limit the amount of correction of the target pressure and target flow rate Control device for fuel cell system.

前記バラツキ具合判定手段は、前記検出された電圧の平均値を演算し、該平均値から所定値以上離れた電圧が検出されたセルまたはセル群の数と、所定数との比較により前記判定を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置。The variation degree determination means calculates an average value of the detected voltages, and performs the determination by comparing the predetermined number with the number of cells or cell groups in which a voltage separated from the average value by a predetermined value or more is detected. The control device for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 8 , wherein the control device is performed.

前記バラツキ具合判定手段は、前記検出された電圧の標準偏差を演算し、該標準偏差と所定値との比較により前記判定を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載の燃料電池システムの制御装置。The dispersion degree determining means calculates the standard deviation of the detected voltage, any one of claims 1 to 9, characterized in that the determination by comparison with the standard deviation and a predetermined value The control apparatus of the fuel cell system described.