JP4180998B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池とキャパシタとを並列に接続して構成され、燃料電池による電気負荷に対する電力供給が不足するときに、キャパシタの放電電流により電力供給をアシストする燃料電池発電システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation system that is configured by connecting a fuel cell and a capacitor in parallel, and assists power supply by a discharge current of the capacitor when power supply to an electric load by the fuel cell is insufficient.

従来より、燃料電池とキャパシタとを並列に接続して構成されたハイブリッド型の燃料電池発電システムが知られている。かかる燃料電池発電システムは、例えば電動車両の動力源として使用され、走行用モータ等の電気負荷からの要求電力に応じて、燃料電池に供給される反応ガス（燃料となる水素等の還元性ガス及び／又は該還元性ガスと反応させて電子を取出すための空気等の酸化性ガス）の供給量が制御される。   Conventionally, a hybrid fuel cell power generation system configured by connecting a fuel cell and a capacitor in parallel is known. Such a fuel cell power generation system is used as, for example, a power source of an electric vehicle, and a reactive gas (reducing gas such as hydrogen serving as a fuel) supplied to the fuel cell in accordance with required power from an electric load such as a traveling motor. And / or the supply amount of oxidizing gas such as air for reacting with the reducing gas to extract electrons) is controlled.

ここで、燃料電池の単位発電量に対する燃料消費率は、低負荷では（燃料電池の発電量に対する電気負荷の消費電力の割合が相対的に高く、）燃料電池の発電量増大とともに増加する傾向がある。そのため、例えば車両のアイドリング停止時のように、電気負荷からの要求電力が小さく、それに応じて燃料電池の発電量も少なくなるときには、燃料電池の燃料消費率が低下して発電効率が悪化する。   Here, the fuel consumption rate relative to the unit power generation amount of the fuel cell tends to increase as the power generation amount of the fuel cell increases at a low load (the ratio of the power consumption of the electric load to the power generation amount of the fuel cell is relatively high). is there. Therefore, for example, when the required power from the electrical load is small and the amount of power generated by the fuel cell is reduced accordingly, such as when the vehicle is idling, the fuel consumption rate of the fuel cell is lowered and the power generation efficiency is deteriorated.

そこで、電気負荷からの要求電力が所定レベル以下となったときに、燃料電池の発電を停止してキャパシタからの放電電流のみを電気負荷に供給するようにし、これにより発電効率が低い状態で燃料電池の発電が実行されることを禁止して、燃料電池の発電効率の向上を図った燃料電池発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, when the required power from the electric load falls below a predetermined level, the fuel cell power generation is stopped and only the discharge current from the capacitor is supplied to the electric load. There has been proposed a fuel cell power generation system that prohibits the power generation of a battery and improves the power generation efficiency of the fuel cell (see, for example, Patent Document 1).

そして、このように燃料電池の発電を停止したアイドリング状態から、運転者がアクセルペダルを踏み込んで車両を発進させる操作をしたときは、走行用モータに電力供給をするために要求電力が増大して燃料電池の発電が再開される。しかし、燃料電池の発電が速やかに再開されないときには、使用者のアクセルペダルの操作に対して車両の発進動作が遅れ、ドライバビリィティが悪化するという不都合がある。
特開２００１−３５９２０４号公報 When the driver depresses the accelerator pedal and starts the vehicle from the idling state in which the fuel cell power generation is stopped in this way, the required power increases to supply power to the traveling motor. Fuel cell power generation is resumed. However, when the power generation of the fuel cell is not resumed promptly, the start operation of the vehicle is delayed with respect to the user's operation of the accelerator pedal, and the drivability is deteriorated.
JP 2001-359204 A

本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、電気負荷からの要求電力の低下に応じて燃料電池の発電が停止された状態において、電気負荷に対する要求出力又は電気負荷からの要求電力が増大したときに、燃料電池の発電を速やかに再開させることができる燃料電池発電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above background, and in a state where power generation of the fuel cell is stopped in response to a decrease in required power from the electric load, a required output for the electric load or a required power from the electric load increases. An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system capable of quickly restarting the power generation of the fuel cell.

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、燃料電池と、該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、電気負荷からの要求電力に基づいて前記燃料電池の目標出力電流値を決定する目標出力電流決定手段と、該目標出力電流値に応じて前記燃料電池の発電量を制御する燃料電池制御手段と、該目標出力電流値が所定の下限電流値未満となったときに、前記燃料電池の発電を停止して前記キャパシタのみにより電気負荷に電力を供給する低負荷停止状態とすると共に、該低負荷停止状態において所定の発電再開条件が成立したときに前記燃料電池の発電を再開させる発電停止制御手段とを備えた燃料電池発電システムの改良に関する。 The present invention has been made in order to achieve the above-described object. The target output current value of the fuel cell is determined based on the required power from a fuel cell, a capacitor connected in parallel with the fuel cell, and an electric load. and the target output current determining means determining a fuel cell control means for controlling the power generation amount of the fuel cell in accordance with the target output current value, when the target output current value is less than Jo Tokoro lower limit current value The fuel cell power generation is stopped and a low load stop state in which power is supplied to the electric load only by the capacitor is set, and when the predetermined power generation restart condition is satisfied in the low load stop state, the fuel cell power generation is performed. The present invention relates to an improvement of a fuel cell power generation system including a power generation stop control means for resuming power generation.

そして、本発明の第１の態様においては、前記目標出力電流決定手段は前記目標出力電流値の増加率が前記上限電流増加率を超えないように前記目標出力電流値を決定し、前記発電停止制御手段は、前記目標出力電流値が所定の下限電流値未満となったときに前記燃料電池の発電を停止して前記低負荷停止状態とすると共に、該低負荷停止状態において前記目標出力電流値が前記下限電流値を超えたときに前記燃料電池の発電を再開させる。そして、前記低負荷停止状態において、前記要求値の大きさが所定の上限要求値を超えたとき又は前記要求値の増加率が所定の上限要求値増加率を超えたときに、前記上限電流増加率を高くする上限電流増加率変更手段を備えたことを特徴とする。 In the first aspect of the present invention, the target output current determination means determines the target output current value so that the increase rate of the target output current value does not exceed the upper limit current increase rate, and stops the power generation. The control means stops the power generation of the fuel cell when the target output current value becomes less than a predetermined lower limit current value to enter the low load stop state, and the target output current value in the low load stop state. When the value exceeds the lower limit current value, the power generation of the fuel cell is resumed. In the low load stop state, the upper limit current increases when the magnitude of the required value exceeds a predetermined upper limit required value or when the increase rate of the required value exceeds a predetermined upper limit required value increase rate. An upper limit current increase rate changing means for increasing the rate is provided.

かかる本発明において、前記目標出力電流決定手段は、前記上限電流増加率を超えないように前記目標出力電流値を決定することにより、前記燃料電池の応答遅れによって、前記燃料電池への反応ガスの供給量に対して前記燃料電池の発電量が過剰となり、前記燃料電池の劣化が生じることを防止している。しかし、このように、前記燃料電池の前記目標出力電流の増加率を制限すると、前記低負荷停止状態において前記要求値が増加したときに、それに応じて前記目標出力電流値が増加して前記下限電流値を超えるまでの時間が長くなる。その結果、前記前記燃料電池の発電の再開が遅れ、前記要求値の増加に対して電力供給の不足が生じてしまう。   In the present invention, the target output current determining means determines the target output current value so as not to exceed the upper limit current increase rate, so that the reaction gas to the fuel cell is caused by a delay in response of the fuel cell. The fuel cell is prevented from being deteriorated due to an excessive amount of power generated by the fuel cell relative to the supply amount. However, as described above, when the increase rate of the target output current of the fuel cell is limited, when the required value increases in the low-load stop state, the target output current value increases accordingly and the lower limit The time until the current value is exceeded becomes longer. As a result, the restart of power generation of the fuel cell is delayed, resulting in a shortage of power supply as the required value increases.

そこで、前記上限電流増加率変更手段は、前記低負荷停止状態において、前記要求値の大きさが所定の上限要求値を超えたとき又は前記要求値の増加率が所定の上限要求値電力率を超えたときに、前記上限電流増加率を高くする。これにより、前記目標出力電流値の増加率の制限が緩和され、前記低負荷停止状態において前記要求値が増加したときに、それに応じて前記目標出力電流値が前記下限電流値を超えるまで増加する時間が短縮される。そのため、前記要求値の増加に応じて速やかに前記燃料電池の発電を再開させることができる。   Therefore, the upper limit current increase rate changing means, in the low load stop state, when the magnitude of the required value exceeds a predetermined upper limit required value or the increase rate of the required value is a predetermined upper limit required value power rate. When exceeded, the upper limit current increase rate is increased. Thereby, the restriction on the increase rate of the target output current value is relaxed, and when the required value increases in the low load stop state, the target output current value increases correspondingly until the lower limit current value is exceeded. Time is shortened. Therefore, the power generation of the fuel cell can be restarted promptly as the required value increases.

また、本発明の第２の態様においては、前記目標出力電流決定手段は前記目標出力電流値の変化を抑制するフィルタリング処理を行って前記目標出力電流値を決定し、前記発電停止制御手段は、前記目標出力電流値が所定の下限電流値未満となったときに前記燃料電池の発電を停止して前記低負荷停止状態とすると共に、該低負荷停止状態において前記目標出力電流値が前記下限電流値を超えたときに前記燃料電池の発電を再開させる。そして、前記低負荷停止状態において、前記要求値の大きさが所定の上限電力値を超えたとき又は前記要求値の増加率が所定の上限要求値増加率を超えたときに、前記フィルタリング処理における前記目標出力電流値の変化の抑制度合を緩和するフィルタリング条件変更手段を備えたことを特徴とする。 Further, in the second aspect of the present invention, the target output current determination means determines a target output current value by performing a filtering process for suppressing a change in the target output current value, and the power generation stop control means includes: When the target output current value becomes less than a predetermined lower limit current value, the power generation of the fuel cell is stopped to enter the low load stop state, and the target output current value is the lower limit current in the low load stop state. When the value is exceeded, the power generation of the fuel cell is resumed. In the low-load stop state, when the magnitude of the required value exceeds a predetermined upper limit power value or when the increase rate of the required value exceeds a predetermined upper limit required value increase rate, Filtering condition changing means for reducing the degree of suppression of the change in the target output current value is provided.

かかる本発明において、前記目標出力電流決定手段は、前記フィルタリング処理を行って前記目標出力電流値を決定することにより、前記目標出力電流値が前記下限電流値付近で変動して、前記燃料電池の発電停止と発電再開とが頻繁に繰り返されることを防止することができる。しかし、このように、前記目標出力電流値の変化を制限すると、前記低負荷停止状態において前記要求値が増加したときに、それに応じた前記目標出力電流値の増加が抑制される。その結果、前記目標出力電流値が前記下限電流値を超えるまで増加することが抑制されて前記燃料電池の発電再開が遅れ、前記要求値の増加に対して電力供給の不足が生じてしまう。   In the present invention, the target output current determining means performs the filtering process to determine the target output current value, whereby the target output current value fluctuates in the vicinity of the lower limit current value, and It is possible to prevent frequent stoppage of power generation and resumption of power generation. However, when the change in the target output current value is limited in this way, when the required value increases in the low load stop state, an increase in the target output current value corresponding thereto is suppressed. As a result, the target output current value is prevented from increasing until it exceeds the lower limit current value, and the restart of power generation of the fuel cell is delayed, resulting in insufficient power supply with respect to the increase in the required value.

そこで、前記フィルタリング条件変更手段は、前記低負荷停止状態において、前記要求値の大きさが所定の上限要求値を越えたとき又は前記要求値の増加率が所定の上限要求値増加率を越えたときに、前記フィルタリング処理における前記目標出力電流の変化の抑制度合を緩和する。これにより、前記目標出力電流の増加に対する制限が緩和されて前記目標出力電流値が前記下限電流値を超え易くなる。そのため、前記要求値の増加に応じて速やかに前記燃料電池の発電を再開させることができる。   Therefore, the filtering condition changing means, when in the low load stop state, when the magnitude of the required value exceeds a predetermined upper limit required value, or the increase rate of the required value exceeds a predetermined upper limit required value increase rate Sometimes, the degree of suppression of the change in the target output current in the filtering process is alleviated. Thereby, the restriction | limiting with respect to the increase in the said target output current is eased, and the said target output current value becomes easy to exceed the said minimum electric current value. Therefore, the power generation of the fuel cell can be restarted promptly as the required value increases.

本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の燃料電池発電システムの全体構成図、図２は図１に示した電源管理制御部及び燃料電池制御部の制御ブロック図、図３は燃料電池発電システムの効率と燃料電池の低負荷停止処理を説明するためのグラフ、図４は燃料電池の発電再開条件の変更処理を説明するためのグラフ、図５は燃料電池の発電停止／再開処理のフローチャートである。   Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generation system according to the present invention, FIG. 2 is a control block diagram of a power management control unit and a fuel cell control unit shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a graph for explaining the low load stop process, FIG. 4 is a graph for explaining the process for changing the power generation restart condition of the fuel cell, and FIG. 5 is a flowchart of the power generation stop / restart process of the fuel cell.

図１を参照して、本発明の燃料電池発電システム１は、車両に搭載されて該車両の駆動用電源として機能する。燃料電池発電システム１は、水素と空気を反応ガスとした電気化学反応を生じさせて電流を出力する燃料電池２と、電気二重層キャパシタ３（以下、単にキャパシタ３という）とを並列に接続して構成されたハイブリッド型の燃料電池発電システムであり、その出力電力が、マイクロコンピュータ、メモリ等により構成されたコントローラ４によって制御される。   Referring to FIG. 1, a fuel cell power generation system 1 according to the present invention is mounted on a vehicle and functions as a power source for driving the vehicle. The fuel cell power generation system 1 includes a fuel cell 2 that generates an electrochemical reaction using hydrogen and air as reaction gases and outputs a current, and an electric double layer capacitor 3 (hereinafter simply referred to as a capacitor 3) connected in parallel. A hybrid fuel cell power generation system configured as described above, and its output power is controlled by a controller 4 including a microcomputer, a memory, and the like.

燃料電池発電システム１の出力電力は、モータ駆動装置５、空調機器６、１２Ｖ出力のＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して接続された１２Ｖ系の車載負荷８等の電気負荷に供給される。モータ駆動装置５は、コントローラ４に備えられた駆動制御部９から出力されるトルク指令値（TRQ_CMD）に応じて、モータ１０の電機子に流れる電流を制御する。そして、モータ１０の駆動力はトランスミッション１１を介して駆動輪１２に伝達される。   Output power of the fuel cell power generation system 1 is supplied to an electric load such as a motor drive device 5, an air conditioner 6, and a 12V output on-vehicle load 8 connected via a 12V output DC / DC converter 7. The motor drive device 5 controls the current flowing through the armature of the motor 10 according to the torque command value (TRQ_CMD) output from the drive control unit 9 provided in the controller 4. The driving force of the motor 10 is transmitted to the drive wheels 12 via the transmission 11.

駆動制御部９は、アクセルペダル１３の踏込み量（Ap)とモータ１０の回転数（Nm)に基づいて、モータ駆動装置５で必要となる電力であるモータ要求電力（PD_REQ）の指示信号を電源管理制御部１４に出力する。   The drive control unit 9 supplies an instruction signal for motor required power (PD_REQ), which is power required by the motor drive device 5, based on the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 and the rotation speed (Nm) of the motor 10. Output to the management control unit 14.

また、電源管理制御部１４には、モータ１０以外の電装補機で消費される電力を把握するために、負荷センサ１５により検出される負荷電流（I_load）と負荷電圧（V_load）の検出信号が入力され、これらの検出信号により、電源管理制御１４は、モータ１０以外の電装補機で消費される電力を把握する。   In addition, the power management control unit 14 receives detection signals of the load current (I_load) and the load voltage (V_load) detected by the load sensor 15 in order to grasp the power consumed by the electrical auxiliary equipment other than the motor 10. Based on these detection signals, the power management control 14 grasps the power consumed by the electrical auxiliary equipment other than the motor 10.

そして、電源管理制御部１４は、燃料電池制御部１６から出力される燃料電池２から供給可能な電流の上限値である出力上限電流（Ifc_LMT）と、キャパシタ３を構成するキャパシタセル（図示しない）の個々の状態（出力電圧や温度）等を考慮した上で、モータ要求電力（PD_REQ）とモータ１０以外の電装補機で消費される電力との合計電力に応じて、燃料電池２から出力される電流の目標値である目標出力電流（Ifc_CMD）を決定し、該目標出力電流（Ifc_CMD）を指示する信号を燃料電池制御部１６に出力する。また、電源管理制御部１４は、駆動制御部９に対して、燃料電池２から供給可能な電量の上限値である出力制限電力（PLD）を通知する信号を出力する。   Then, the power management control unit 14 outputs the upper limit current (Ifc_LMT) that is the upper limit value of the current that can be supplied from the fuel cell 2 output from the fuel cell control unit 16 and the capacitor cell (not shown) that constitutes the capacitor 3. Is output from the fuel cell 2 in accordance with the total power of the motor required power (PD_REQ) and the power consumed by the electrical auxiliary equipment other than the motor 10 in consideration of the individual states (output voltage and temperature) of the motor A target output current (Ifc_CMD) which is a target value of the current to be determined is determined, and a signal indicating the target output current (Ifc_CMD) is output to the fuel cell control unit 16. Further, the power management control unit 14 outputs a signal for notifying the drive control unit 9 of an output power limit (PLD) that is an upper limit value of the amount of power that can be supplied from the fuel cell 2.

なお、燃料電池制御部１６には、反応ガスセンサ２０から出力される燃料電池２に供給される反応ガス（水素及び空気）の圧力（Pgas）、流量（Qgas）、及び温度（Tgas）の各検出信号と、燃料電池２のスタック（図示しない）の個々の状態（Vcell_indiv）の検出信号とが入力され、燃料電池制御部１６は、これらの検出信号から把握される燃料電池２の状態を考慮して出力上限電流（Ifc_CMD）を決定する。   The fuel cell control unit 16 detects each of pressure (Pgas), flow rate (Qgas), and temperature (Tgas) of the reaction gas (hydrogen and air) supplied from the reaction gas sensor 20 to the fuel cell 2. The signal and the detection signal of each state (Vcell_indiv) of the stack (not shown) of the fuel cell 2 are input, and the fuel cell control unit 16 considers the state of the fuel cell 2 grasped from these detection signals. To determine the output upper limit current (Ifc_CMD).

また、駆動制御部９は、電源管理制御部１４から通知された出力制限電力（PLD）を超えないように、モータ駆動装置５に対してトルク指令（TEQ_CND)の指示信号を出力し、モータ駆動装置５は、モータ１０が該トルク指令（TRQ_CMD）に応じたトルクを発生するように、モータ１０の電機子電流を制御する。   In addition, the drive control unit 9 outputs an instruction signal of a torque command (TEQ_CND) to the motor drive device 5 so as not to exceed the output limit power (PLD) notified from the power management control unit 14 to drive the motor. The device 5 controls the armature current of the motor 10 so that the motor 10 generates torque according to the torque command (TRQ_CMD).

また、燃料電池制御部１６は、燃料電池２から目標出力電流（Ifc_CMD）の電流が出力されるように、反応ガス供給装置２１に対して、燃料電池２に供給する反応ガスの目標供給量（CMP_CMD)を指示する信号を出力する。これにより、目標出力電流（Ifc_CMD）に応じた流量の空気と水素が燃料電池２に供給される。   Further, the fuel cell control unit 16 supplies a target supply amount of the reaction gas supplied to the fuel cell 2 to the reaction gas supply device 21 so that a current of the target output current (Ifc_CMD) is output from the fuel cell 2. (CMP_CMD) is output. Thereby, air and hydrogen at a flow rate corresponding to the target output current (Ifc_CMD) are supplied to the fuel cell 2.

そして、反応ガス供給装置２１から供給される水素は、イジェクタ（図示しない）及び加湿器（図示しない）を経由して燃料電池２の水素極に供給され、空気極に供給される空気中の酸素と電気化学反応を生じて水となり、排出弁２２を介して排出される。ここで、排出弁２２の開度は、空気及び水素の供給圧に応じて燃料電池２内部の圧力勾配が一定に保たれるように、燃料電池制御部１６からの制御信号（VLV_CMD）により制御される。   Then, hydrogen supplied from the reaction gas supply device 21 is supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 2 via an ejector (not shown) and a humidifier (not shown), and oxygen in the air supplied to the air electrode. An electrochemical reaction occurs and becomes water, which is discharged through the discharge valve 22. Here, the opening degree of the discharge valve 22 is controlled by a control signal (VLV_CMD) from the fuel cell control unit 16 so that the pressure gradient inside the fuel cell 2 is kept constant according to the supply pressure of air and hydrogen. Is done.

また、燃料電池２には、水冷式の冷却器（図示しない）が備えられ、燃料電池制御部１６は、該冷却器の入水温度と出水温度に応じて該冷却器に供給される冷却水の流量と温度を制御する。   In addition, the fuel cell 2 is provided with a water-cooled cooler (not shown), and the fuel cell control unit 16 supplies the cooling water supplied to the cooler according to the incoming water temperature and the outgoing water temperature of the cooler. Control flow and temperature.

また、燃料電池電源装置１には、キャパシタ３の充放電電流（Ｉcap）と端子電圧（Ｖcap）を検出するキャパシタセンサ３１が備えられ、該キャパシタセンサ３１の検出信号も電源管理制御部１４に入力される。   Further, the fuel cell power supply device 1 is provided with a capacitor sensor 31 for detecting the charge / discharge current (Icap) and the terminal voltage (Vcap) of the capacitor 3, and the detection signal of the capacitor sensor 31 is also input to the power management control unit 14. Is done.

さらに、燃料電池電源装置１には、入力側が燃料電池２の出力端子と接続され、出力側がキャパシタ３の出力端子と接続された電圧変換ユニット３０が備えられている。電圧変換ユニット３０は、燃料電池２の出力電圧を所定電圧に変換して出力する出力電圧可変型のＤＣ／ＤＣコンバータ（図示しない）の機能と、燃料電池２の出力電流（Ｉfc）と出力電圧（Ｖfc）を検出する機能とを有している。そして、電圧変換ユニット３０は、電源管理制御部１４から出力される電圧設定信号（VCU_CMD）に応じた電圧を出力する。   Furthermore, the fuel cell power supply device 1 includes a voltage conversion unit 30 whose input side is connected to the output terminal of the fuel cell 2 and whose output side is connected to the output terminal of the capacitor 3. The voltage conversion unit 30 converts the output voltage of the fuel cell 2 into a predetermined voltage and outputs a variable output voltage DC / DC converter (not shown), the output current (Ifc) of the fuel cell 2 and the output voltage. And a function of detecting (Vfc). Then, the voltage conversion unit 30 outputs a voltage corresponding to the voltage setting signal (VCU_CMD) output from the power management control unit 14.

以上説明した構成により、モータ要求電力（PD_REQ）と負荷電流（Ｉload）及び負荷電圧（Ｖload）により算出される電装補機の消費電力とに応じて決定される目標出力電流（Ｉfc_CMD）に応じた電流が燃料電池２から出力されるように、燃料電池２に対する反応ガスの目標供給量（CMP_CMD）が制御される。   According to the configuration described above, the target output current (Ifc_CMD) determined according to the motor power requirement (PD_REQ), the load current (Iload), and the power consumption of the electrical accessory calculated from the load voltage (Vload) is determined. The target supply amount (CMP_CMD) of the reaction gas to the fuel cell 2 is controlled so that the current is output from the fuel cell 2.

次に、図２を参照して、電源管理制御部１４には、モータ要求電力（PD_REQ)と負荷電流（Ｉload）及び負荷電圧（Ｖload）により算出される電装補機の消費電力とにより算出される要求電力（Ｌreq）に応じた、燃料電池２の要求出力電流（Ｉfc_cal）を算出する目標出力電流算出手段４０、該要求出力電流（Ｉfc_cal）の変化を抑制するフィルタリング処理を施すフィルタ４１、及び該フィルタリング処理が施された要求出力電流（Ｉfc_cal）から増加率が所定の上限電流増加率（dＩfc_LMT）を超えないように制限して目標出力電流（Ｉfc_CMD）を出力する電流増加率リミッタ４２が備えられている。なお、目標出力電流算出手段４０と、フィルタ４１と、電流増加率リミッタ４２とにより、本発明の目標出力電流決定手段が構成される。   Next, referring to FIG. 2, the power management control unit 14 calculates the power consumption of the electrical accessory calculated from the motor required power (PD_REQ), the load current (Iload), and the load voltage (Vload). Target output current calculation means 40 for calculating the required output current (Ifc_cal) of the fuel cell 2 in accordance with the required power (Lreq), a filter 41 for performing a filtering process for suppressing a change in the required output current (Ifc_cal), and A current increase rate limiter 42 is provided that outputs a target output current (Ifc_CMD) by limiting the increase rate so as not to exceed a predetermined upper limit current increase rate (dIfc_LMT) from the required output current (Ifc_cal) subjected to the filtering process. It has been. The target output current calculation means 40, the filter 41, and the current increase rate limiter 42 constitute the target output current determination means of the present invention.

さらに、電源管理制御部１４には、要求電力（Ｌreq）及びアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）に応じて、フィルタ４１における要求出力電流（Ｉfc_cal）の変化の抑制度合を決定する時定数（τ）を変更するフィルタリング条件変更手段４３と、要求電力（Ｌreq）及びアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）に応じて、電流増加率リミッタ４２における上限電流増加率（dＩfc_LMT）を変更する上限電流増加率変更手段４４とが備えられている。なお、要求電力（Ｌreq）は本発明の電気負荷からの要求電力に基づく要求値に相当する。また、アクセルペダル１３の踏込み操作は本発明の電気負荷に対する出力要求に相当し、アクセルペダル１３の踏込み量（Ap)は本発明の電気負荷に対する出力要求に基づく要求値に相当する。   Furthermore, the power management control unit 14 determines a time constant (τ) that determines the degree of suppression of the change in the required output current (Ifc_cal) in the filter 41 according to the required power (Lreq) and the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13. ) And the upper limit current increase rate for changing the upper limit current increase rate (dIfc_LMT) in the current increase rate limiter 42 in accordance with the required power (Lreq) and the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13. Changing means 44 is provided. The required power (Lreq) corresponds to a required value based on the required power from the electric load of the present invention. Further, the depression operation of the accelerator pedal 13 corresponds to an output request for the electric load of the present invention, and the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 corresponds to a required value based on the output request for the electric load of the present invention.

また、燃料電池制御部１６には、キャパシタ３の開回路電圧（Ｖco）を把握する開回路電圧把握手段５０、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が所定の第１の下限電流値未満となったときに燃料電池２の発電を停止して、キャパシタ３の放電電流のみにより電気負荷に電力供給する低負荷停止状態とする電停止制御手段５１、該第１の下限電流値を変更して燃料電池２の発電停止条件を変更する発電停止条件変更手段５３、及び低負荷停止状態から燃料電池２の発電を再開させる条件を変更する発電再開条件変更手段５２が備えられている。   Further, the fuel cell control unit 16 has an open circuit voltage grasping means 50 for grasping the open circuit voltage (Vco) of the capacitor 3, and when the target output current (Ifc_CMD) becomes less than a predetermined first lower limit current value. The power stop control means 51 for stopping the power generation of the fuel cell 2 and supplying a power to the electrical load only by the discharge current of the capacitor 3, and changing the first lower limit current value of the fuel cell 2 A power generation stop condition changing unit 53 for changing the power generation stop condition and a power generation restart condition changing unit 52 for changing a condition for restarting the power generation of the fuel cell 2 from the low load stop state are provided.

次に、図３（ａ）は燃料電池発電システム１と燃料電池２の効率の変動を示したグラフであり、縦軸が効率に設定され横軸が燃料電池２の出力電力に設定されている。また、図中ａは燃料電池２の効率の推移を示し、ｂは燃料電池発電システム１の効率の推移を示し、ｃは燃料電池発電システム１の効率が良好な高効率領域を示している。   Next, FIG. 3A is a graph showing fluctuations in the efficiency of the fuel cell power generation system 1 and the fuel cell 2, where the vertical axis is set to the efficiency and the horizontal axis is set to the output power of the fuel cell 2. . Further, in the figure, a represents the transition of the efficiency of the fuel cell 2, b represents the transition of the efficiency of the fuel cell power generation system 1, and c represents the high efficiency region where the efficiency of the fuel cell power generation system 1 is good.

ここで、燃料電池発電システム１の効率は、以下の式（１）で算出され、図３（ａ）に示したように、燃料電池２の出力電力が小さい領域では燃料電池発電システム１の効率が低下する。   Here, the efficiency of the fuel cell power generation system 1 is calculated by the following equation (1). As shown in FIG. 3A, the efficiency of the fuel cell power generation system 1 is obtained in a region where the output power of the fuel cell 2 is small. Decreases.

システム効率＝（燃料電池の出力電力−電気負荷の消費電力）／消費Ｈ2の発熱量
・・・・・（１）
そこで、発電停止制御手段５１は、燃料電池２の出力電力が高効率領域（ｃ）よりも低い領域に設定した低負荷領域にあるときに、燃料電池２の発電を停止してキャパシタ３の放電電流のみにより電気負荷に電力供給する低負荷停止状態とする。そして、これにより、燃料電池発電システム１の効率の向上を図っている。 System efficiency = (output power of fuel cell-power consumption of electric load) / calorific value of consumption H 2
(1)
Therefore, the power generation stop control means 51 stops the power generation of the fuel cell 2 and discharges the capacitor 3 when the output power of the fuel cell 2 is in the low load region set to a region lower than the high efficiency region (c). A low load stop state in which power is supplied to the electric load only by the current is set. Thus, the efficiency of the fuel cell power generation system 1 is improved.

また、図３（ｂ）は低負荷停止状態に移行する条件及び低負荷停止状態から燃料電池２の発電を再開する条件と、フィルタ４１によるフィルタリング処理の効果を説明するためのグラフであり、縦軸が燃料電池の目標出力電流（Ｉfc_CMD）に設定され横軸が時間（ｔ）に設定されている。   FIG. 3B is a graph for explaining the condition for shifting to the low-load stop state, the condition for restarting the power generation of the fuel cell 2 from the low-load stop state, and the effect of the filtering process by the filter 41. The axis is set to the target output current (Ifc_CMD) of the fuel cell, and the horizontal axis is set to time (t).

図３（ｂ）において、ｄは目標出力電流算出手段４０により算出された要求出力電流（Ｉfc_cal）の推移を示し、ｅはノイズ除去フィルタ４１により変化を抑制して生成された目標出力電流（Ｉfc_CMD）の推移を示している。そして、発電停止制御手段５１は、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が基準閾値（Ｉstp，本発明の下限電流値に相当する）に対して負のヒステリシスを持たせた第１の下限電流値（−hys）以下となったとき（図中ｔ10）に燃料電池２の発電を停止し（低負荷停止状態）、低負荷停止状態において目標出力電流（Ｉfc_CMD）が基準閾値（Ｉstp）に対して正のヒステリシスを持たせた第２の下限電流値（＋hys）以上となったとき（図中ｔ12）に、燃料電池２の発電を再開させる。 In FIG. 3 (b), d indicates the transition of the required output current (Ifc_cal) calculated by the target output current calculation means 40, and e indicates the target output current (Ifc_CMD) generated by suppressing the change by the noise removal filter 41. ). Then, the power generation stop control means 51 has a first lower limit current value (−hys) in which the target output current (Ifc_CMD) has a negative hysteresis with respect to the reference threshold value (Istp, which corresponds to the lower limit current value of the present invention). ) When the following condition is reached (t 10 in the figure), the power generation of the fuel cell 2 is stopped (low load stop state), and the target output current (Ifc_CMD) is positive with respect to the reference threshold value (Istp) in the low load stop state. When it becomes equal to or higher than the second lower limit current value (+ hys) with hysteresis (t 12 in the figure), the power generation of the fuel cell 2 is resumed.

図３（ｂ）に示したように、基準閾値（Ｉstp）に対してヒステリシスを設けて第２の下限電流値（＋hys）と第１の下限電流値（−hys）を設定することにより、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が基準閾値（Ｉstp）付近で変動したときに、それに応じて燃料電池２の発電停止と発電再開とが頻繁に繰り返されることを防止することができる。   As shown in FIG. 3B, a target is obtained by setting a second lower limit current value (+ hys) and a first lower limit current value (−hys) by providing a hysteresis with respect to the reference threshold value (Istp). When the output current (Ifc_CMD) fluctuates in the vicinity of the reference threshold value (Istp), it is possible to prevent frequent stoppage and restart of power generation of the fuel cell 2 accordingly.

また、フィルタ４１によるフィルタリング処理を行うことによって、図３（ｂ）に示したように、要求出力電流（Ｉfc_cal，図中ｄ）の変動を抑制した目標出力電流（Ｉfc_CMD，図中ｅ）を生成することができる。これにより、ノイズ等の影響により要求出力電流（Ｉfc_cal）が基準閾値（Ｉstp）付近で急激に増減したときに、それに応じて燃料電池２の発電停止と発電再開とが頻繁に繰り返されることを防止することができる。   Further, by performing the filtering process by the filter 41, as shown in FIG. 3B, the target output current (Ifc_CMD, e in the figure) in which the fluctuation of the requested output current (Ifc_cal, d in the figure) is suppressed is generated. can do. As a result, when the required output current (Ifc_cal) suddenly increases or decreases near the reference threshold value (Istp) due to the influence of noise or the like, the fuel cell 2 is prevented from being repeatedly stopped and restarted accordingly. can do.

また、発電再開条件変更手段５２は、基準閾値（Ｉstp）に対する第２の下限電流値（＋hys）のヒステリシスの幅を変更することにより、低負荷停止状態から燃料電池２の発電を再開させる条件を変更する。また、発電停止条件変更手段５３は、基準閾値（Ｉstp）に対する第１の下限電流値（−hys）のヒステリシスの幅を変更することにより、燃料電池２の発電を停止させる条件を変更する。   Further, the power generation resumption condition changing means 52 changes the hysteresis width of the second lower limit current value (+ hys) with respect to the reference threshold value (Istp), thereby changing the condition for resuming the power generation of the fuel cell 2 from the low load stop state. change. Further, the power generation stop condition changing unit 53 changes the condition for stopping the power generation of the fuel cell 2 by changing the hysteresis width of the first lower limit current value (−hys) with respect to the reference threshold value (Istp).

次に、図５に示したフローチャートに従って、電源管理制御部１４と燃料電池制御部１６による燃料電池２の発電停止と発電再開の処理について説明する。先ず、ＳＴＥＰ１で、電源管理制御部１４と燃料電池制御部１６は、モータ要求電力（PD_REQ）と負荷電流（Ｉload）及び負荷電圧（Ｖload）により算出される電装補機の消費電力とにより、要求電力（Ｌreq）を算出する。   Next, according to the flowchart shown in FIG. 5, processing for stopping and restarting power generation of the fuel cell 2 by the power management control unit 14 and the fuel cell control unit 16 will be described. First, in STEP 1, the power management control unit 14 and the fuel cell control unit 16 make a request based on the motor required power (PD_REQ), the power consumption of the electrical accessory calculated by the load current (Iload) and the load voltage (Vload). The power (Lreq) is calculated.

次のＳＴＥＰ２は発電停止制御手段５１による処理であり、開回路電圧把握手段５０により把握されるキャパシタ３の開回路電圧（Ｖco）が所定の下限開回路電圧（Ｖco_LMT）よりも低く、低負荷停止状態とするにはキャパシタ３の充電電荷量が不十分であると判断できるときは、ＳＴＥＰ１２に分岐して処理を終了し、発電停止制御手段５１は燃料電池２の発電停止は行わない。   The next STEP 2 is processing by the power generation stop control means 51, and the open circuit voltage (Vco) of the capacitor 3 grasped by the open circuit voltage grasping means 50 is lower than a predetermined lower limit open circuit voltage (Vco_LMT), and the low load stop is performed. If it can be determined that the amount of charge on the capacitor 3 is insufficient to enter the state, the process branches to STEP 12 and the power generation stop control means 51 does not stop the power generation of the fuel cell 2.

続くＳＴＥＰ３で既に燃料電池２が低負荷停止状態にあるときはＳＴＥＰ４に進む。ＳＴＥＰ４、ＳＴＥＰ５、及びＳＴＥＰ６の判断は、フィルタリング条件変更手段４３と上限電流増加率変更手段４４と発電再開条件変更手段５２とによりそれぞれ行われる。   If the fuel cell 2 is already in the low load stop state in the subsequent STEP 3, the process proceeds to STEP 4. The determination of STEP4, STEP5, and STEP6 is performed by the filtering condition changing unit 43, the upper limit current increase rate changing unit 44, and the power generation resumption condition changing unit 52, respectively.

そして、ＳＴＥＰ４でアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）が所定の上限踏込み量（Ap_LMU)を超えたとき、ＳＴＥＰ５でアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）の増加率（dAp/dt）が所定の上限踏込み量増加率（dAp_LMT）を超えたとき、及びＳＴＥＰ６で要求電力（Ｌreq）の増加率（Ｌreq/dt）が所定の上限電力増加率（dＬreq_LMT）を超えたときに、ＳＴＥＰ４０に分岐する。   When the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 exceeds the predetermined upper limit depression amount (Ap_LMU) in STEP 4, the increase rate (dAp / dt) of the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 is determined to be the predetermined upper limit in STEP 5. When the stepping amount increase rate (dAp_LMT) is exceeded and when the request power (Lreq) increase rate (Lreq / dt) exceeds a predetermined upper limit power increase rate (dLreq_LMT) in STEP6, the process branches to STEP40.

ここで、ＳＴＥＰ４でアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）が所定の上限踏込み量（Ap_LMU，本発明の上限要求値に相当する)を超えたときは、車両の運転者が走行モータ１０の出力の大幅な増加を要求していると判断でき、ＳＴＥＰ５でアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）の増加率（dAp/dt）が所定の上限踏込み量増加率（dAp_LMT，本発明の上限要求値増加率に相当する）を超えたときは、車両の運転者が走行モータ１０の出力の速やかな増加を要求していると判断できる。また、ＳＴＥＰ６で要求電力（Ｌreq）の増加率（Ｌreq/dt）が所定の上限電力増加率（dＬreq_LMT，本発明の上限要求値に相当する）を超えるのは、例えば空調機器６が作動を開始して電装補機での消費電力が増加したような場合である。   Here, when the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 exceeds the predetermined upper limit depression amount (Ap_LMU, which corresponds to the upper limit required value of the present invention) in STEP 4, the driver of the vehicle outputs the output of the travel motor 10. It can be determined that a significant increase is required, and the increase rate (dAp / dt) of the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 in STEP 5 is a predetermined upper limit depression amount increase rate (dAp_LMT, the upper limit required value increase rate of the present invention) It is determined that the vehicle driver is requesting a rapid increase in the output of the travel motor 10. In STEP 6, the increase rate (Lreq / dt) of the required power (Lreq) exceeds a predetermined upper limit power increase rate (dLreq_LMT, which corresponds to the upper limit request value of the present invention), for example, the air conditioner 6 starts operating. This is a case where the power consumption of the electrical accessory increases.

そして、このようにＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ６の要件のいずれかが成立したときに、燃料電池２の発電を速やかに再開させることによって、アクセルペダル１３の操作に応じて速やかに走行モータ１０に対する電力供給を増加させ、ドライバビリティの向上を図ることができる。また、電気負荷からの要求電力に対して、電力供給が不足する状態となることを抑制することができる。   Then, when any of the requirements of STEP4 to STEP6 is satisfied in this way, the power supply to the traveling motor 10 is quickly increased according to the operation of the accelerator pedal 13 by promptly restarting the power generation of the fuel cell 2. And drivability can be improved. Moreover, it can suppress that it will be in the state where power supply is insufficient with respect to the request | requirement electric power from an electric load.

そこで、ＳＴＥＰ４０において、発電再開条件変更手段５２は、図４に示したように、基準閾値（Ｌstp）に対してヒステリシスの幅を通常値（hys_P1）よりも小さくして第２の下限電流値（＋hys）を設定する（＋hys＝Ｉstp＋hys_P2，hys_P2＜hys_P1）。図４は縦軸を目標出力電流（Ｉfc_CMD）を設定し横軸を時間（ｔ）に設定して、目標出力電流（Ｉfc_CMD）の変化をｆで示したグラフである。図４において、ヒステリシスの幅を通常値（hys_P1）よりも小さい値（hys_P2）に変更することにより、燃料電池２の目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第２の下限電流値（＋hys）を超える時点を早めることができる（ｔ22→ｔ21）。 Therefore, in STEP 40, as shown in FIG. 4, the power generation resumption condition changing means 52 makes the width of hysteresis smaller than the normal value (hys_P1) with respect to the reference threshold value (Lstp) and sets the second lower limit current value ( + Hys) is set (+ hys = Istp + hys_P2, hys_P2 <hys_P1). FIG. 4 is a graph in which the target output current (Ifc_CMD) is set on the vertical axis, the time (t) is set on the horizontal axis, and the change in the target output current (Ifc_CMD) is indicated by f. In FIG. 4, by changing the hysteresis width to a value (hys_P2) smaller than the normal value (hys_P1), the time point when the target output current (Ifc_CMD) of the fuel cell 2 exceeds the second lower limit current value (+ hys). It can be accelerated (t 22 → t 21 ).

また、次のＳＴＥＰ４１において、フィルタリング条件変更手段４３は、フィルタ４１の時定数（τ）を通常値（τl）よりも小さい値（τs）に設定する。これにより、目標出力電流（Ｉfc_CMD）の変動の抑制度合が緩和されるため、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第２の下限電流値（＋hys）を超えるまで増加し易くなる。例えば、図３（ｂ）を参照して、フィルタ４１によるフィルタリング処理を中止すると、目標出力電流（Ｉfc_CMD）の推移は図中ｅからｄに変化する。そして、これにより、低負荷停止状態において目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第２の下限電流値（＋hys）を超える時点を、フィルタリング処理を行った場合よりも早めることができる（ｔ12→ｔ11）。 In the next STEP 41, the filtering condition changing unit 43 sets the time constant (τ) of the filter 41 to a value (τs) smaller than the normal value (τl). As a result, the degree of suppression of fluctuations in the target output current (Ifc_CMD) is alleviated, so that the target output current (Ifc_CMD) is likely to increase until it exceeds the second lower limit current value (+ hys). For example, referring to FIG. 3B, when the filtering process by the filter 41 is stopped, the transition of the target output current (Ifc_CMD) changes from e to d in the figure. Thus, the time point when the target output current (Ifc_CMD) exceeds the second lower limit current value (+ hys) in the low load stop state can be made earlier than when the filtering process is performed (t 12 → t 11 ). .

また、ＳＴＥＰ４２は上限電流増加率変更手段４４による処理であり、上限電流増加率変更手段４４は、電流増加率リミッタ４２における上限電流増加率（dＩfc_LMT）を、通常値（dＩfc_ｏ）よりも大きい値（dＩfc_l）に設定する。これにより、目標出力電流（Ｉfc_CMD）の増加に対する抑制度合が緩和されて、低負荷停止状態において目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第２の下限電流値（＋hys）を超える時点を早めることができる。   STEP 42 is processing by the upper limit current increase rate changing means 44. The upper limit current increase rate changing means 44 sets the upper limit current increase rate (dIfc_LMT) in the current increase rate limiter 42 to a value larger than the normal value (dIfc_o) ( dIfc_l). As a result, the degree of suppression of the increase in the target output current (Ifc_CMD) is alleviated, and the time when the target output current (Ifc_CMD) exceeds the second lower limit current value (+ hys) in the low load stop state can be advanced.

一方、ＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ６のいずれの条件も成立しなかったときには、ＳＴＥＰ７に進む。ＳＴＥＰ７は発電再開条件変更手段５２による処理であり、発電再開条件変更手段５２は、基準閾値（Ｉstp）に対する第２の下限電流値（＋hys）の幅を通常値（hys_P1）とする。   On the other hand, when none of the conditions of STEP4 to STEP6 is satisfied, the process proceeds to STEP7. STEP 7 is a process by the power generation resumption condition changing unit 52, and the power generation resumption condition changing unit 52 sets the width of the second lower limit current value (+ hys) with respect to the reference threshold value (Istp) to the normal value (hys_P1).

また、ＳＴＥＰ８はフィルタリング条件変更手段４３による処理であり、フィルタリング条件変更手段４３は、ノイズ防止フィルタ４１の時定数（τ）を通常値（τl）に設定する。また、ＳＴＥＰ９は上限電流増加率変更手段４４による処理であり、上限電流増加率変更手段４４は、電流増加率リミッタ４２における上限電流増加率（dＩfc_LMT）を、通常値（dＩfc_ｏ）に設定する。   STEP 8 is processing by the filtering condition changing unit 43, and the filtering condition changing unit 43 sets the time constant (τ) of the noise prevention filter 41 to a normal value (τl). STEP 9 is processing by the upper limit current increase rate changing means 44, and the upper limit current increase rate changing means 44 sets the upper limit current increase rate (dIfc_LMT) in the current increase rate limiter 42 to the normal value (dIfc_o).

このように、ＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ６のいずれの条件も成立しなかったときには、燃料電池２の発電を再開させる必要性が少ないと判断できるため、第２の下限電流値（＋hys）、ノイズ防止フィルタ４１における時定数（τ）、及び電流増加率リミッタ４２における上限電流増加率（dＩfc_LMT）は、燃料電池２の安定作動のために設定された通常値に設定される。   As described above, when none of the conditions of STEP 4 to STEP 6 is satisfied, it can be determined that there is little need to restart the power generation of the fuel cell 2, so the second lower limit current value (+ hys) and the noise prevention filter 41 The time constant (τ) and the upper limit current increase rate (dIfc_LMT) in the current increase rate limiter 42 are set to normal values set for stable operation of the fuel cell 2.

次のＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１１は発電停止制御手段５１による処理であり、ＳＴＥＰ１０で目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第２の下限電流値（＋hys）を超えたときに、ＳＴＥＰ１１に進んで、発電停止制御手段５１は燃料電池２の発電を再開させる。一方、ＳＴＥＰ１０で目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第２の下限電流値（＋hys）以下であったときには、ＳＴＥＰ１２に進み、発電停止制御手段５１は低負荷停止状態を維持して処理を終了する。   The next STEP 10 to STEP 11 are processes by the power generation stop control means 51. When the target output current (Ifc_CMD) exceeds the second lower limit current value (+ hys) in STEP 10, the process proceeds to STEP 11 to generate power generation stop control means 51. Resumes the power generation of the fuel cell 2. On the other hand, when the target output current (Ifc_CMD) is equal to or smaller than the second lower limit current value (+ hys) in STEP 10, the process proceeds to STEP 12, and the power generation stop control means 51 maintains the low load stop state and ends the process.

また、ＳＴＥＰ３で燃料電池２が低負荷停止状態でなかったときには、ＳＴＥＰ２０に分岐する。ＳＴＥＰ２０〜ＳＴＥＰ２１、及びＳＴＥＰ３０は発電停止条件変更手段５３による処理であり、ＳＴＥＰ２０でアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）が所定の下限踏込み量（Ap_LML）以上であったときは、ＳＴＥＰ２１に進んで、発電停止条件変更手段５３は、図４を参照して、基準閾値（Ｉstp）に対してヒステリシスの幅を通常値（hys_M1）として第１の下限電流値（−hys）を設定する（−hys＝Ｉstp−hys_M1）。   Further, when the fuel cell 2 is not in the low load stop state in STEP 3, the process branches to STEP 20. STEP20 to STEP21 and STEP30 are processes by the power generation stop condition changing means 53. When the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 is equal to or larger than the predetermined lower limit depression amount (Ap_LML) in STEP20, the process proceeds to STEP21. With reference to FIG. 4, the power generation stop condition changing means 53 sets the first lower limit current value (−hys) with the hysteresis width as a normal value (hys_M1) with respect to the reference threshold value (Istp) (−hys = Istp-hys_M1).

一方、ＳＴＥＰ２０でアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）が下限踏込み量（Ap_LML）未満であったときには、ＳＴＥＰ３０に分岐し、発電停止条件変更手段５３は、図４を参照して、基準閾値（Ｉstp）に対してヒステリシスの幅を通常値（hys_M1）よりも小さくして第１の下限電流値（−hys）を設定する（−hys＝Ｉstp−hys_M2，hys_M2＜hys_M1）。これにより、アクセルペダル１３の操作量が少なく、走行モータ１０に対する出力要求のレベルが低いと判断されるときに、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第１の下限電流値（−hys）以下となり易くしている。   On the other hand, when the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 is less than the lower limit depression amount (Ap_LML) in STEP 20, the process branches to STEP 30, and the power generation stop condition changing means 53 refers to the reference threshold value (Istp) with reference to FIG. ) Is set smaller than the normal value (hys_M1) and the first lower limit current value (−hys) is set (−hys = Istp−hys_M2, hys_M2 <hys_M1). As a result, when it is determined that the amount of operation of the accelerator pedal 13 is small and the level of the output request to the traveling motor 10 is low, the target output current (Ifc_CMD) is likely to be less than or equal to the first lower limit current value (−hys). ing.

続くＳＴＥＰ２２はフィルタリング条件変更手段４３による処理であり、フィルタリング条件変更手段４３は、ノイズ除去フィルタ４１における時定数（τ）を通常値（τl）に設定する。また、ＳＴＥＰ２３は上限電流増加率変更手段４４による処理であり、上限電流増加率変更手段４４は、電流増加率リミッタ４２における上限電流増加率（dＩfc_LMT）を通常値（dＩfc_o）に設定する。   The subsequent STEP 22 is processing by the filtering condition changing means 43, and the filtering condition changing means 43 sets the time constant (τ) in the noise removal filter 41 to a normal value (τl). STEP 23 is processing by the upper limit current increase rate changing means 44, and the upper limit current increase rate changing means 44 sets the upper limit current increase rate (dIfc_LMT) in the current increase rate limiter 42 to the normal value (dIfc_o).

続くＳＴＥＰ２４，ＳＴＥＰ２５は発電停止制御手段５１による処理であり、ＳＴＥＰ２４で目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第１の下限電流値（−hys）未満となったときに、ＳＴＥＰ２５に進んで、発電停止制御手段５１は燃料電池２の発電を停止する（低負荷停止状態）。また、ＳＴＥＰ２４で目標出力電流（Ｉfc_CMD）が第１の下限電流値（−hys）以上であるときは、ＳＴＥＰ１２に分岐し、発電停止制御手段５１は燃料電池２の発電を継続して処理を終了する。   The following STEP24 and STEP25 are processes by the power generation stop control means 51. When the target output current (Ifc_CMD) becomes less than the first lower limit current value (−hys) in STEP24, the process proceeds to STEP25, where the power generation stop control means. 51 stops the power generation of the fuel cell 2 (low load stop state). If the target output current (Ifc_CMD) is greater than or equal to the first lower limit current value (−hys) in STEP 24, the process branches to STEP 12, and the power generation stop control means 51 continues the power generation of the fuel cell 2 and ends the process. To do.

なお、本実施の形態においては、ＳＴＥＰ４でアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）が所定の上限踏込み量（Ap_LMU)を超えたとき、ＳＴＥＰ５でアクセルペダル１３の踏込み量（Ap）の増加率（dAp/dt）が所定の上限踏込み量増加率（dAp_LMT）を超えたとき、及びＳＴＥＰ６で要求電力（Ｌreq）の増加率（Ｌreq/dt）が所定の上限電力増加率（dＬreq_LMT）を超えたときに、ＳＴＥＰ４０に分岐して、ＳＴＥＰ４０〜ＳＴＥＰ４２の処理を実行したが、ＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ６のうちのいずれか１つの条件のみ、或いはいずれか２つの条件のみを判断して、ＳＴＥＰ４０〜ＳＴＥＰ４２の処理を実行するか否かを決定するようにしてもよい。   In this embodiment, when the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 exceeds the predetermined upper limit depression amount (Ap_LMU) in STEP 4, the increase rate (dAp) of the depression amount (Ap) of the accelerator pedal 13 in STEP 5 / dt) exceeds a predetermined upper limit depression amount increase rate (dAp_LMT), and when an increase rate (Lreq / dt) of required power (Lreq) exceeds a predetermined upper limit power increase rate (dLreq_LMT) in STEP 6 Branching to STEP 40, the processing of STEP 40 to STEP 42 is executed. However, only one of the conditions of STEP 4 to STEP 6 or only two of the conditions are judged, and the processing of STEP 40 to STEP 42 is executed. It may be determined whether or not.

また、ＳＴＥＰ４０における第２の下限電流値（＋hys）の変更処理、ＳＴＥＰ４１におけるノイズ防止フィルタ４１の時定数（τ）の変更処理、及びＳＴＥＰ４２における上限電流増加率（dＩfc_LMT）の変更処理とのうちのいずれか１つの処理のみ、或いはいずれか２つの処理のみを行うようにしてもよい。   Further, a change process of the second lower limit current value (+ hys) in STEP 40, a change process of the time constant (τ) of the noise prevention filter 41 in STEP 41, and a change process of the upper limit current increase rate (dIfc_LMT) in STEP 42 Only one of the processes or only two of the processes may be performed.

また、本実施の形態では、基準閾値（Ｉstp）に対してヒステリシスを設けて第２の下限電流値（＋hys）と第１の下限電流値（−hys）とを設定したが、該ヒステリシスを設けずに、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が基準閾値（Ｉstp）未満となったときに燃料電池２の発電を停止し、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が基準閾値（Ｉstp）を超えたときに燃料電池２の発電を再開する仕様として、上述した図５のＳＴＥＰ４１におけるノイズ防止フィルタ４１の時定数（τ）の変更処理とＳＴＥＰ４２における上限電流増加率（dＩfc_LMT）の変更処理とのうちの少なくともいずれか一方の処理を行う場合にも、本発明の効果を得ることができる。   In this embodiment, the second lower limit current value (+ hys) and the first lower limit current value (−hys) are set by providing hysteresis with respect to the reference threshold value (Istp). Without stopping, power generation of the fuel cell 2 is stopped when the target output current (Ifc_CMD) becomes less than the reference threshold value (Istp), and when the target output current (Ifc_CMD) exceeds the reference threshold value (Istp), the fuel cell 2 is stopped. As a specification for restarting the power generation, at least one of the process for changing the time constant (τ) of the noise prevention filter 41 in STEP 41 of FIG. 5 and the process for changing the upper limit current increase rate (dIfc_LMT) in STEP 42 described above. The effect of the present invention can also be obtained when processing is performed.

また、本実施の形態では、走行モータ１０を備えた車両に搭載された燃料電池発電システムを示したが、本発明の実施形態はこれに限られず、燃料電池に対する目標出力電流に応じて燃料電池の発電停止と発電再開とを制御するシステムであれば、本発明の適用が可能である。   Further, in the present embodiment, the fuel cell power generation system mounted on the vehicle provided with the travel motor 10 is shown. However, the embodiment of the present invention is not limited to this, and the fuel cell according to the target output current for the fuel cell. The present invention can be applied to any system that controls the stoppage of power generation and the restart of power generation.

本発明の燃料電池発電システムの全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generation system of the present invention. 電源管理制御部及び燃料電池制御部の制御ブロック図。The control block diagram of a power management control part and a fuel cell control part. 燃料電池発電システムの効率と燃料電池の低負荷停止処理を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the efficiency of a fuel cell power generation system, and the low load stop process of a fuel cell. 燃料電池の発電再開条件の変更処理を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the change process of the electric power generation resumption conditions of a fuel cell. 燃料電池の発電停止／再開処理のフローチャート。The flowchart of the electric power generation stop / resume process of a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池発電システム、２…燃料電池、３…電気二重層キャパシタ、４…コントローラ、５…モータ駆動装置、９…駆動制御部、１４…電源管理制御部、１６…燃料電池制御部、２１…反応ガス供給装置、３０…電圧変換ユニット、４０…目標出力電流算出手段、４１…ノイズ除去フィルタ、４２…電流増加率リミッタ、４３…フィルタリング条件変更手段、４４…上限電流増加率変更手段、５０…開回路電圧把握手段、５１…発電停止制御手段、５２…発電再開条件変更手段、５３…発電停止条件変更手段   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell power generation system, 2 ... Fuel cell, 3 ... Electric double layer capacitor, 4 ... Controller, 5 ... Motor drive device, 9 ... Drive control part, 14 ... Power supply management control part, 16 ... Fuel cell control part, 21 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Reactive gas supply device, 30 ... Voltage conversion unit, 40 ... Target output current calculation means, 41 ... Noise removal filter, 42 ... Current increase rate limiter, 43 ... Filtering condition change means, 44 ... Upper limit current increase rate change means, 50 ... open circuit voltage grasping means, 51 ... power generation stop control means, 52 ... power generation restart condition changing means, 53 ... power generation stop condition changing means

Claims (2)

燃料電池と、該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、電気負荷からの要求電力に基づいて、前記燃料電池の出力電流の増加率が所定の上限電流増加率を超えないように前記燃料電池の目標出力電流値を決定する目標出力電流決定手段と、該目標出力電流値に応じて前記燃料電池の発電量を制御する燃料電池制御手段と、該目標出力電流値が所定の下限電流値未満となったときに、前記燃料電池の発電を停止して前記キャパシタのみにより電気負荷に電力を供給する低負荷停止状態とすると共に、該低負荷停止状態において該目標出力電流値が前記下限電流値を超えたときに前記燃料電池の発電を再開する発電停止制御手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記低負荷停止状態において、電気負荷に対する要求出力又は電気負荷からの要求電力に基づく要求値の大きさが所定の上限要求値を超えたとき又は該要求値の増加率が所定の上限要求値増加率を超えたときに、前記上限電流増加率を高くする上限電流増加率変更手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。 Based on a fuel cell, a capacitor connected in parallel with the fuel cell, and a required power from an electric load, the fuel cell is configured such that the increase rate of the output current of the fuel cell does not exceed a predetermined upper limit current increase rate. Target output current determining means for determining the target output current value, fuel cell control means for controlling the power generation amount of the fuel cell in accordance with the target output current value, and the target output current value being less than a predetermined lower limit current value The power generation of the fuel cell is stopped, and the low load stop state in which power is supplied to the electric load only by the capacitor, and the target output current value is the lower limit current value in the low load stop state. In a fuel cell power generation system comprising a power generation stop control means for restarting power generation of the fuel cell when exceeding
In the low-load stop state, when the required value based on the required output for the electrical load or the required power from the electrical load exceeds the predetermined upper limit required value, or the increase rate of the required value increases by the predetermined upper limit required value A fuel cell power generation system comprising upper limit current increase rate changing means for increasing the upper limit current increase rate when the rate is exceeded . 燃料電池と、該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、電気負荷からの要求電力に基づく前記燃料電池の目標出力電流値を、該目標出力電流値の変化を抑制するフィルタリング処理を行って決定する目標出力電流決定手段と、該目標出力電流値に応じて前記燃料電池の発電量を制御する燃料電池制御手段と、該目標出力電流値が所定の下限電流値未満となったときに、前記燃料電池の発電を停止して前記キャパシタのみにより電気負荷に電力を供給する低負荷停止状態とすると共に、該低負荷停止状態において該目標出力電流値が前記下限電流値を超えたときに前記燃料電池の発電を再開する発電停止制御手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記低負荷停止状態において、電気負荷に対する要求出力又は電気負荷からの要求電力に基づく要求値の大きさが所定の上限要求値を越えたとき又は該要求値の増加率が所定の上限要求値増加率を越えたときに、前記フィルタリング処理における前記目標出力電流値の変化の抑制度合を緩和するフィルタリング条件変更手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。 A fuel cell, a capacitor connected in parallel with the fuel cell, and a target output current value of the fuel cell based on a required power from an electric load are determined by performing a filtering process for suppressing a change in the target output current value Target output current determining means, fuel cell control means for controlling the power generation amount of the fuel cell in accordance with the target output current value, and when the target output current value is less than a predetermined lower limit current value, The power generation of the fuel cell is stopped to enter a low load stop state in which power is supplied to the electric load only by the capacitor, and the fuel is output when the target output current value exceeds the lower limit current value in the low load stop state. In a fuel cell power generation system comprising a power generation stop control means for restarting power generation of a battery,
In the low-load stop state, when the required value based on the required output from the electric load or the required power from the electric load exceeds a predetermined upper limit required value, or the increase rate of the required value increases by the predetermined upper limit required value A fuel cell power generation system comprising: filtering condition changing means for relaxing a degree of suppression of a change in the target output current value in the filtering process when the rate is exceeded .
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