JP4576790B2

JP4576790B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4576790B2
Application number: JP2002361909A
Authority: JP
Inventors: 一秀島田; 浩昭橋ケ谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: JP2004193042A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は燃料電池システム及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１が開示する燃料電池制御システムでは、燃料電池の冷却あるいは加湿を担う液体の流路にポンプと圧力調整弁を設けている。そして、燃料電池に供給する液体の圧力を変化させたいときは圧力調整弁を調整し、流量を変化させたいときはポンプを調整する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１６５９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記構成の燃料電池システムでは、燃料電池の運転状態を急激に変化させた際に、燃料ガスあるいは酸化ガスに対して冷却あるいは加湿を担う液体の応答が遅いために、その差圧が過渡的に大きくなり、燃料電池に損傷を与える可能性がある。
【０００５】
そのため、差圧を一定範囲内に抑える必要があるが、差圧を一定範囲内に抑えるためには燃料ガスと酸化ガスの圧力変動を抑制しなければならず、燃料電池は要求発電電力の変動に対して速やかに対応することができなくなる。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の技術的課題を鑑みてなされたものであり、燃料電池内に発生する差圧を高い応答性で所定範囲内に抑え、また、燃料電池の発電応答性を高めることである。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
発電用ガス及び冷却あるいは加湿用の液体の供給を受けて電力を生成し、空気極あるいは燃料極と冷却、加湿用の液体の流路との間に、それらの差圧が一定範囲を越えると損傷する隔壁が配置された燃料電池への液体の供給流量を制御する流体流量制御手段と、燃料電池への液体の供給圧力を調整する液体圧力調整手段とを備え、検出された液体の供給圧力と発電用ガスの供給圧力の差圧が小さくなるように、液体圧力調整手段に加え液体流量制御手段をも制御する。
【０００８】
【作用及び効果】
加湿、冷却用の液体の供給圧力と発電用ガスの供給圧力の差圧が小さくなるように液体圧力調整手段に加えて液体流量制御手段をも制御することで、差圧を速やかに下げることができ、差圧が上昇することによる燃料電池の損傷を防止することができる。また、過渡状態においても、従来技術のように燃料ガスと酸化ガスの圧力変動を抑制する必要がないので、燃料電池の高い発電応答性を確保することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【００１０】
燃料電池１の空気極１ａには空気配管２を介して酸化ガスとしての空気が供給され、図示しない燃料極には図示しない燃料配管を介して水素リッチな燃料ガスが供給される。空気配管３内を流れる空気の圧力、すなわち、燃料電池１に供給される空気の圧力は空気圧力計３により検出される。この空気圧力計３がガス圧力検出手段を構成する。
【００１１】
純水タンク４には、燃料電池１の加湿、冷却用の純水が蓄えられており、純水循環ポンプ５を駆動すると純水タンク４に蓄えられている純水が純水配管６を介して燃料電池１内の純水流路１ｂに供給される。燃料電池１の加湿、冷却を行った純水は純水配管６を通って再び純水タンク４に戻される。
【００１２】
純水循環ポンプ５の回転速度を制御することにより燃料電池１に供給される純水の流量を制御することができ、純水配管６に設けられている純水圧力調整弁７を制御することにより燃料電池１に供給される純水の圧力を制御することができる。これら純水循環ポンプ５、流体圧力調整弁７がそれぞれ流体流量制御手段、流体圧力調整手段を構成する。また、純水配管６を流れる純水の圧力、すなわち燃料電池１に供給される純水の圧力は純水圧力計８により検出される。純水圧力計８が液体圧力検出手段を構成する。
【００１３】
空気圧力計３、純水圧力計８により検出された空気圧力、純水圧力はコントローラ１０に入力される。コントローラ１０には、この他、バッテリ２０の充電状態を検出する充電状態センサ２１の出力が入力される。バッテリ２０は、燃料電池１の目標発電電力が急変して燃料電池１の発電応答性では目標発電電力に追従できない場合に補助的に電力を供給できるように設けられている。また、充電状態センサ２１は、例えば、端子間電圧を検出すること、あるいはバッテリ２０の入出力電力を積算することによってバッテリ２０の充電状態を検出する。バッテリ２０が電力貯蔵手段、充電状態センサ２１が電力貯蔵量検出手段を構成する。
【００１４】
コントローラ１０は、入力された各種信号に基づき、所定の圧力、流量の純水が燃料電池１に供給されるように純水循環ポンプ５、純水圧力調整弁７を制御する。特に、検出された空気圧力と純水圧力との差圧が所定範囲よりも大きくなると燃料電池１に損傷を与える可能性があるので、コントローラ１０は空気圧力と純水圧力の差圧が所定範囲内に収まるように純水循環ポンプ５、純水圧力調整弁７をして純水の供給流量、供給圧力を制御する。
【００１５】
図２はコントローラ１０の制御ブロック線図である。コントローラ１０における制御が差圧制御手段を構成する。
【００１６】
基準目標回転速度演算部Ｂ１では燃料電池１の目標発電電力に基づいて純水循環ポンプ５の基準目標回転速度Rtpwtrを、目標純水圧力演算部Ｂ２では同じく燃料電池１の目標発電電力に基づいて目標純水圧力を算出する。目標発電電力はアクセル操作量、車速、バッテリ充電状態等の車両運転状態に基づき図示しないルーチンにより演算される値である。目標開口度演算部Ｂ３では目標純水圧力と検出された純水圧力に基づいて純水圧力調整弁７の目標開口度を演算する。
【００１７】
一方、補正量演算部Ｂ４では空気圧力と純水圧力の差圧を所定範囲内に抑えるための純水循環ポンプ５の回転速度の補正量を演算し、純水循環ポンプ５の基準目標回転速度Rtpwtrを補正する。
【００１８】
過渡回転速度補正量演算部Ｂ４１では、空気圧力計３、純水圧力計８で検出された空気圧力、純水圧力に基づき過渡回転速度補正量Rtdef1を演算する。過渡回転速度補正量Rtdef1は現在生じている空気圧力と純水圧力の差圧を小さくするための純水循環ポンプ５の回転速度の補正量である。具体的には、純水圧力よりも空気圧力の方が大きいときは純水循環ポンプ５の回転速度を増大させ、純水圧力よりも空気圧力の方が小さいときは純水循環ポンプ５の回転速度を減少させるように過渡回転速度補正量Rtdefを演算する。
【００１９】
圧力変動推定部Ｂ４２では目標発電電力とバッテリ充電状態SOCに基づき今後の空気圧力の変動を推定する。この圧力変動推定部Ｂ４２における処理が変動予測手段を構成する。定常回転速度補正量演算部Ｂ４３では圧力変動推定部Ｂ４２の出力に基づき定常回転速度補正量Rtdef2を演算する。定常回転速度補正量Rtdef2は今後生じうる空気圧力と純水圧力の差圧を小さくするための純水循環ポンプ５の回転速度の補正量である。具体的には、今後空気圧力が上昇することが予測される場合には純水循環ポンプ５の回転速度を増大させ、下降することが予測される場合には純水循環ポンプ５の回転速度を減少させるように定常補正回転速度補正量Rtdef2を演算する。
【００２０】
そして、目標回転速度演算部Ｂ４４では、基準目標回転速度演算部Ｂ１からの基準目標回転速度Rtpwtrに過渡回転速度補正量演算部Ｂ４１からの過渡回転速度補正量Rtdef1と定常回転速度補正量演算部Ｂ４３からの過渡回転速度補正量Rtdef2を加算し、純水循環ポンプ５の目標回転速度Rfpwtrを演算する。
【００２１】
圧力調整弁制御部Ｂ６は、演算された純水圧力調整弁７の目標開口度が実現されるように純水圧力調整弁７の開口度を制御し、流量制御部Ｂ７は演算された純水循環ポンプ５の目標回転速度Rfpwtrが実現されるように純水循環ポンプ５を制御する。
【００２２】
上記コントローラ１０が行う差圧制御の内容を図３に示す。図３に示すフローチャートは、コントローラ１０において繰り返し実行され、例えば１０[msec]ごとに実行される。
【００２３】
これによると、まず、ステップＳ１で燃料電池１の目標発電電力を読み込む。
目標発電電力は上記した通り車両の運転状態に応じて設定される値であり、コントローラ１０において図示しないルーチンにより演算される。
【００２４】
ステップＳ２では、目標発電電力と純水循環ポンプ回転速度との関係を規定する図示しないテーブルを参照して、目標発電電力から純水循環ポンプ５の基準目標回転速度Rtpwtrを演算する。目標発電電力が大きくなるほど燃料電池１に供給する純水の量も増えることから、目標発電電力が大きくなるほど基準回転速度Rtpwtrは高く演算される。
【００２５】
ステップＳ３では、空気圧力と目標純水圧力の関係を規定する図示しないテーブルを参照して、空気圧力計３で検出した空気圧力に基づき目標純水圧力Ptwtrを演算する。空気圧力と純水圧力の差圧は所定範囲内に抑える必要があるので、空気圧力が高くなれば目標純水圧力Ptwtrも高く演算される。
【００２６】
ステップＳ４では、純水圧力計８で検出した純水圧力Pwtrを読み込む。
【００２７】
ステップＳ５では、目標純水圧力Ptwtrと検出した純水圧力Pwtrから純水圧力調整弁７の目標開口度を演算する。検出した純水圧力Pwtrが目標純水圧力Ptwtrよりも高い場合は純水圧力調整弁７の開口度が現在の開口度よりも増大するように目標開口度を演算し、目標純水圧力よりも低い場合は純水圧力調整弁７の開口度が現在の開口度よりも減少するように目標開口度を演算する。
【００２８】
ステップＳ６では、空気圧力計３で検出した空気圧力Pairを読み込む
ステップＳ７では、検出した空気圧力Pairと検出した純水圧力Pwtrの差圧Pdefを次式（１）、
Pdef＝Pair−Pwtr・・・（１）
により求める。空気圧力Pair、純水圧力Pwtr、差圧Pdefの単位はそれぞれ[kPa]である。
【００２９】
ステップＳ８では、純水循環ポンプ５の過渡回転速度補正量Rtdef1を演算する。具体的には、図４に示す空気圧力と純水圧力の差圧Pdefと過渡回転速度補正量Rtdef1の関係を規定するテーブルを参照して、ステップＳ７で演算した差圧Pdefに基づき過渡回転速度補正量Rtdef1を演算する。差圧Pdefが大きくなるほど過渡回転速度補正量Rtdef1の絶対値は大きく演算される。
【００３０】
ステップＳ９では、充電状態センサ２１で検出したバッテリ充電状態SOCを読み込む。
【００３１】
ステップＳ１０では、目標発電電力とバッテリ充電状態SOCに基づき今後の空気圧力の変動を推定する。ここでは、図５に示すテーブルを参照して目標発電電力から算出した値と、同様に図６に示すテーブルを参照してバッテリ充電状態SOCから算出した値を足し合わせて今後の圧力変動を表す圧力変動推定係数を演算する。
【００３２】
図５に示す特性は、目標発電電力が低いときには近い将来に目標発電電力が高くなり、その結果空気圧力が増大する可能性が高く、逆に、目標発電電力が高いときには近い将来に目標発電電力が低くなり、その結果空気圧力が減少する可能性が高いという事実から導かれる。また、図６に示す特性に関しても同様である。
【００３３】
ステップＳ１１では、純水循環ポンプ５の定常回転速度補正量Rtdef2を演算する。これは図７に示すような圧力変動推定係数と純水循環ポンプ５の回転速度との関係を規定するテーブルを参照して、ステップＳ１０で演算した圧力変動推定係数から算出する。
【００３４】
定常回転速度補正量Rtdef2は、純水圧力調整弁７の応答性の低さを補償する働きがある。すなわち、空気圧力が将来変動する場合、空気圧力と純水圧力の差圧を所定範囲内に抑えるために、空気圧力の変動に合わせて純水圧力調整弁７の開度が調整され純水圧力が調整されるのであるが、純水圧力調整弁７は応答性が低いため、純水圧力調整弁７の調整のみでは将来の空気圧力の変動の大きさによっては差圧を所定範囲内に抑えることができない可能性がある。しかしながら、空気圧力が将来変動する場合に定常回転速度補正量Rtdef2により純水流量を予め調整しておけば、これによって純水圧力も調整され、純水圧力調整弁７で負担しなければならない純水圧力の調整量を少なくすることができる。
【００３５】
例えば、将来、空気圧力が増大することが予測される場合は、予め純水循環ポンプ５の回転速度を増大補正して純水の流量を増大させ、純水圧力を増大させておけば、それだけ差圧を抑えるために純水圧力調整弁７が調整しなければならない量が減り、純水圧力調整弁７の応答性の低さを補うことができる。
【００３６】
ステップＳ１２では、最終的な純水循環ポンプ５の目標回転速度Rfpwtrを次式（２）、
Rfpwtr＝Rtpwtr＋Rtdef1＋Rtdef2・・・（２）
により演算する。
【００３７】
なお、ステップＳ８では、図４に示すような線形の特性を有するテーブルを参照して過渡回転速度補正量Rtdef1を演算しているが、差圧が小さく、燃料電池１に対して悪影響を与えない領域では過渡回転速度補正量Rtdef1をゼロとするような特性のテーブルとしてもよい。
【００３８】
また、ステップＳ１０では圧力変動推定係数を目標発電電力とバッテリ充電状態SOCに基づき演算しているが、いずれか一方のみに基づき圧力変動推定係数を演算するようにしてもよい。
【００３９】
また、コントローラ１０は、図２には図示しない目標空気圧力演算部が存在し、ここで演算された目標空気圧力が実現されるように空気圧力を制御しており、空気圧力の応答は早く、目標空気圧力と実際の空気圧力はほぼ一致する。このことから、この実施形態ではステップＳ６で空気圧力計３で検出した値を読み込んでいるが、検出値に代えて目標空気圧力を読み込むようにしてもよい。
【００４０】
さらに、この実施形態では、空気圧力と純水圧力の差圧を制御しているが、空気圧力ではなく燃料ガス圧力と純水圧力との差圧を制御するように構成してもよく、この場合も同じ効果を得ることができる。この場合、空気極１ａが燃料極、空気配管２が燃料ガス配管、空気圧力計３が燃料ガス圧力計にそれぞれ置き換わり、制御内容は図２ないし図７に示したものと略同じである。もちろん、空気圧力と純水圧力の差圧、水素圧力と純水圧力の差圧の両方を制御する構成としてもよい。
【００４１】
さらに、この実施形態では純水が燃料電池１に供給される構成であるが、純水ではなくロングライフクーラント等の冷却液が燃料電池１に供給される構成であってもよい。純水を冷却液に置き換えれば同様の差圧制御が可能である（後述する実施形態についても同様）。
【００４２】
次に、本発明の作用効果について説明する。
【００４３】
本発明によれば、燃料電池システムは、発電用ガス及び冷却あるいは加湿用の液体の供給を受けて電力を生成する燃料電池と、液体の供給圧力を検出する液体圧力検出手段と、発電用ガスの供給圧力を検出するガス圧力検出手段と、液体の供給流量を制御する液体流量制御手段と、液体の供給圧力を調整する液体圧力調整手段と、検出された液体の供給圧力と発電用ガスの供給圧力の差圧を抑えるように液体圧力調整手段に加えて液体流量制御手段をも制御する差圧制御手段とを備える。
【００４４】
加湿、冷却用の液体の供給圧力（純水、冷却水）と発電用ガス（空気、燃料ガス）の供給圧力の差圧を抑えるように、液体圧力調整手段と液体流量制御手段の両方を制御するようにしたことで、液体圧力調整手段のみを用いて差圧を制御するものに比べて燃料電池内の差圧を速やかに下げることができ、差圧が大きくなることによる燃料電池の損傷を防止することができる。また、差圧を速やかに下げることができることから、発電用ガスの供給圧力が変化する過渡状態においても、従来技術のように圧力変動を抑制する必要がなく、燃料電池の高い発電応答性を確保することができる。
【００４５】
具体的には、上記差圧制御手段は、発電ガスの供給圧力よりも液体の供給圧力の方が低いときは上記液体流量制御手段をして液体の供給流量を増大させ、発電ガスの供給圧力よりも液体の供給圧力の方が高いときは液体流量制御手段をして液体の供給流量を減少させるように機能する。
【００４６】
また、発電用ガスの供給圧力の変動を予測する変動予測手段を備え、上記差圧制御手段は、発電用ガスの供給圧力が上昇することが予測されるときには流体流量制御手段をして液体の供給流量を増加させ、発電用ガスの供給圧力が下降することが予測されるときには流体流量制御手段をして液体の供給流量を減少させる。これにより、空気圧力が将来変動する場合には液体の流量が予め調整されて純水圧力が調整されるので、純水圧力調整弁７で負担しなければならない純水圧力の調整量を少なくすることができ、純水圧力調整弁７の応答性の低さを補い、差圧を速やかに所定範囲内に抑えることができる。
【００４７】
変動予測手段は、例えば、燃料電池の目標発電電力あるいは電力貯蔵手段の電力貯蔵量、あるいはその両方に基づき発電用ガスの供給圧力の変動を予測する。
燃料電池の目標発電電力に基づき予測するようにすれば、特に装置を追加することなく供給圧力の変動を予測することができ、また、電力貯蔵手段の電力貯蔵量に基づき予測するようにすれば、目標発電電力の急変時に電力貯蔵手段からも電力を供給し、その分燃料電池へのガス供給量が減少するようなシステムにおいて発電用ガスの供給圧力の変動をより正確に予測することができる。
【００４８】
また、上記液体圧力検出手段を圧力センサで構成すれば、汎用の圧力センサを用いることができ、安価にシステムを構成することができる。
【００４９】
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。以下の説明では第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５０】
図８は第２の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す。図１に示した第１の実施形態の構成と略同じであるが、純水圧力調整弁７に代えてメカ式の純水圧力調整弁７ｍが設けられている。メカ式純水圧力調整弁７ｍは、空気圧力計３で検出される空気圧力と純水圧力計８で検出される純水圧力を入力とし、空気圧力と純水圧力の差圧が所定の圧力となるように自動的に開口度を調整する弁である。
【００５１】
図９は、第２の実施形態におけるコントローラ１０のブロック線図である。第１実施例と違う点は、純水の圧力調整弁７が差圧を自動調整するメカ式純水圧力調整弁７ｍに置き換わっているために、図２における、空気圧力に応じて目標純水圧力を算出する目標純水圧力演算部Ｂ２と、目標純水圧力と純水圧力に応じて純水圧力調整弁７の目標開口度を演算する目標開口度演算部Ｂ３がない点である。他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００５２】
図１０は第２の実施形態においてコントローラ１０が行う差圧制御の内容を示したフローチャートであり、コントローラ１０において、例えば、１０[msec]ごとに繰り返し実行される。このフローチャートは図３に示した第１の実施形態のフローチャートに対し、目標開口度演算部Ｂ３に対応するステップＳ３、Ｓ５がない点で相違する。他のステップは第１の実施形態と同じである。この第２の実施形態の構成によっても第１の実施形態と同様の作用効果が期待できる。
【００５３】
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。以下の説明では第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５４】
図１１は第３の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す。図１に示した第１の実施形態の構成と略同じであるが、純水配管６に純水圧力計８が設けられていない点が第１の実施形態と相違する。他の構成に関しては第１の実施形態と同じである。
【００５５】
図１２は第３の実施形態におけるコントローラ１０ブロック線図である。純水圧力計８が設けられていないので、純水循環ポンプ５の回転速度と圧力調整弁７の開口度に基づいて純水圧力演算部Ｂ４５で純水圧力を演算するように構成される点が第１の実施形態と相違する。他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００５６】
図１３は第３の実施形態においてコントローラ１０が行う制御の内容を示したフローチャートであり、コントローラ１０において、例えば、１０[msec]ごとに繰り返し実行される。第1の実施形態ではステップＳ４で純水圧力計８で検出した純水圧力を読み込んでいたのに対し、第３の実施形態では、ステップＳ４に代えて純水圧力を演算するステップＳ１４が追加されている。また、純水圧力の演算に使用するためのデータを保存するステップＳ１５が追加されている。
【００５７】
ステップＳ１４では純水圧力を演算する。具体的には、図１４に示すような純水圧力調整弁７の開口度と、純水循環ポンプ５の回転速度と、純水圧力の関係を規定するマップを参照して、純水循環ポンプ５の回転速度の前回値と純水圧力調整弁７の開口度の前回値に基づき演算する。また、ステップＳ１５ではステップＳ５で演算した純水圧力調整弁７の開口度とステップＳ１２で演算した純水循環ポンプ５の回転速度を次回の純水圧力演算用に保存する。これ以外の処理は第1の実施形態と同じである。
【００５８】
この第３の実施形態によれば、液体流量制御手段の動作量と流体圧力調整手段の動作量から純水圧力が推定される。これにより、液体圧力を検出するためのセンサ等を設ける必要がなく、安価にシステムを構成することができる。
【００５９】
なお、図１５に示すように純水流路６に純水の流量を検出する流量センサ２２を設け、純水圧力調整弁７の開口度に代えて検出した純水流量と、純水ポンプ回転速度とに基づき純水圧力を推定するようにしてもよい。この構成は、純水圧力調整手段の動作量などにより純水流量が変化してしまうような構成において純水圧力を正確に推定するのに有効である。
【００６０】
また、圧力調整弁の開口度を検出するセンサの検出値を用いて、ステップＳ５の演算結果と置き換えれば、メカ式純水圧力調整弁７ｍでも同じ結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】コントローラのブロック線図である。
【図３】コントローラが行う差圧制御の内容を示したフローチャートである。
【図４】空気圧力と純水圧力の差圧と過渡回転速度補正量の関係を規定したテーブルである。
【図５】目標発電電力と圧力変動推定係数の関係を規定したテーブルである。
【図６】バッテリ充電状態と圧力変動推定係数の関係を規定したテーブルである。
【図７】圧力変動推定係数と定常回転速度補正量の関係を規定したテーブルである。
【図８】本発明の第２の実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。
【図９】第２の実施形態におけるコントローラのブロック線図である。
【図１０】第２の実施形態においてコントローラが行う差圧制御の内容を示したフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。
【図１２】第３の実施形態におけるコントローラのブロック線図である。
【図１３】第３の実施形態においてコントローラが行う差圧制御の内容を示したフローチャートである。
【図１４】純水循環ポンプ回転速度と純水圧力調整弁開口度と純水圧力との関係を規定したマップである。
【図１５】本発明の第３の実施形態の燃料電池システムの一部変更例である。
【符号の説明】
１燃料電池
１ａ空気極
１ｂ純水流路
２空気配管
３空気圧力計（ガス圧力検出手段）
５純水循環ポンプ（流体流量制御手段）
６純水配管
７純水圧力調整弁（流体圧力調整手段）
８純水圧力計（流体圧力検出手段）
１０コントローラ（差圧制御手段）
２１充電状態センサ
２２流量センサ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
In the fuel cell control system disclosed in Patent Document 1, a pump and a pressure regulating valve are provided in a liquid flow path responsible for cooling or humidifying the fuel cell. When the pressure of the liquid supplied to the fuel cell is to be changed, the pressure adjustment valve is adjusted, and when the flow rate is to be changed, the pump is adjusted.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-16591
[Problems to be solved by the invention]
However, in the fuel cell system configured as described above, when the operating state of the fuel cell is suddenly changed, the response of the liquid responsible for cooling or humidification to the fuel gas or the oxidizing gas is slow, so that the differential pressure becomes transient. May become large and damage the fuel cell.
[0005]
For this reason, it is necessary to keep the differential pressure within a certain range, but in order to keep the differential pressure within a certain range, the pressure fluctuations of the fuel gas and the oxidant gas must be suppressed, and the fuel cell has a fluctuation in the required generated power. Will not be able to respond promptly.
[0006]
The present invention has been made in view of the above technical problems of the prior art, and suppresses the differential pressure generated in the fuel cell within a predetermined range with high responsiveness, and improves the power generation responsiveness of the fuel cell. It is.
[0007]
[Means for solving problems]
When the power generation gas and the liquid for cooling or humidification are supplied to generate electric power, and the differential pressure between the air electrode or fuel electrode and the flow path of the liquid for cooling and humidification exceeds a certain range A fluid flow control means for controlling a liquid supply flow rate to the fuel cell in which the damaged partition wall is disposed; and a liquid pressure adjusting means for adjusting a liquid supply pressure to the fuel cell, and the detected liquid supply pressure. In addition to the liquid pressure adjusting means, the liquid flow rate control means is also controlled so that the differential pressure between the power supply gas and the supply pressure of the power generation gas becomes small.
[0008]
[Action and effect]
By controlling the liquid flow rate control means in addition to the liquid pressure adjusting means so that the differential pressure between the supply pressure of the humidifying and cooling liquid and the supply pressure of the power generation gas is reduced, the differential pressure can be quickly reduced. This can prevent damage to the fuel cell due to an increase in differential pressure. Even in the transient state, it is not necessary to suppress the pressure fluctuation of the fuel gas and the oxidizing gas as in the prior art, so that high power generation response of the fuel cell can be ensured.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the present invention.
[0010]
Air as an oxidizing gas is supplied to the air electrode 1a of the fuel cell 1 through the air pipe 2, and hydrogen-rich fuel gas is supplied to the fuel electrode (not shown) through the fuel pipe (not shown). The pressure of the air flowing through the air pipe 3, that is, the pressure of the air supplied to the fuel cell 1 is detected by the air pressure gauge 3. This air pressure gauge 3 constitutes a gas pressure detecting means.
[0011]
Pure water for humidification and cooling of the fuel cell 1 is stored in the pure water tank 4. When the pure water circulation pump 5 is driven, the pure water stored in the pure water tank 4 passes through the pure water pipe 6. To the pure water passage 1b in the fuel cell 1. The pure water that has been humidified and cooled in the fuel cell 1 is returned to the pure water tank 4 through the pure water pipe 6 again.
[0012]
By controlling the rotational speed of the pure water circulation pump 5, the flow rate of pure water supplied to the fuel cell 1 can be controlled, and the pure water pressure adjustment valve 7 provided in the pure water pipe 6 is controlled. Thus, the pressure of pure water supplied to the fuel cell 1 can be controlled. The pure water circulation pump 5 and the fluid pressure adjusting valve 7 constitute fluid flow control means and fluid pressure adjusting means, respectively. The pressure of pure water flowing through the pure water pipe 6, that is, the pressure of pure water supplied to the fuel cell 1 is detected by a pure water pressure gauge 8. The pure water pressure gauge 8 constitutes a liquid pressure detecting means.
[0013]
The air pressure and pure water pressure detected by the air pressure gauge 3 and pure water pressure gauge 8 are input to the controller 10. In addition to this, the output of the charging state sensor 21 that detects the charging state of the battery 20 is input to the controller 10. The battery 20 is provided so that power can be supplementarily supplied when the target generated power of the fuel cell 1 changes suddenly and the power generation response of the fuel cell 1 cannot follow the target generated power. Further, the charging state sensor 21 detects the charging state of the battery 20 by, for example, detecting the voltage between terminals or integrating the input / output power of the battery 20. The battery 20 constitutes power storage means, and the charge state sensor 21 constitutes power storage amount detection means.
[0014]
The controller 10 controls the pure water circulation pump 5 and the pure water pressure adjusting valve 7 so that pure water having a predetermined pressure and flow rate is supplied to the fuel cell 1 based on the various signals inputted. In particular, if the detected differential pressure between the air pressure and the pure water pressure is greater than a predetermined range, the fuel cell 1 may be damaged. Therefore, the controller 10 determines that the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure is within the predetermined range. The pure water circulation pump 5 and the pure water pressure regulating valve 7 are controlled so that the supply flow rate and supply pressure of pure water are controlled so that they are contained within the inside.
[0015]
FIG. 2 is a control block diagram of the controller 10. Control in the controller 10 constitutes a differential pressure control means.
[0016]
In the reference target rotation speed calculation unit B1, the reference target rotation speed Rtpwtr of the pure water circulation pump 5 is based on the target generated power of the fuel cell 1, and in the target pure water pressure calculation unit B2, it is also based on the target generation power of the fuel cell 1. Calculate the target pure water pressure. The target generated power is a value calculated by a routine (not shown) based on the vehicle operation state such as the accelerator operation amount, the vehicle speed, and the battery charge state. The target opening degree calculation unit B3 calculates the target opening degree of the pure water pressure adjusting valve 7 based on the target pure water pressure and the detected pure water pressure.
[0017]
On the other hand, the correction amount calculation unit B4 calculates the correction amount of the rotational speed of the pure water circulation pump 5 for keeping the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure within a predetermined range, and the reference target rotational speed of the pure water circulation pump 5 is calculated. Correct Rtpwtr.
[0018]
The transient rotational speed correction amount calculation unit B41 calculates a transient rotational speed correction amount Rtdef1 based on the air pressure and pure water pressure detected by the air pressure gauge 3 and the pure water pressure gauge 8. The transient rotational speed correction amount Rtdef1 is a rotational speed correction amount of the pure water circulation pump 5 for reducing the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure that is currently generated. Specifically, when the air pressure is larger than the pure water pressure, the rotational speed of the pure water circulation pump 5 is increased, and when the air pressure is smaller than the pure water pressure, the rotation of the pure water circulation pump 5 is increased. The transient rotational speed correction amount Rtdef is calculated so as to reduce the speed.
[0019]
The pressure fluctuation estimation unit B42 estimates future air pressure fluctuations based on the target generated power and the battery charge state SOC. The processing in the pressure fluctuation estimation unit B42 constitutes a fluctuation prediction unit. The steady rotation speed correction amount calculation unit B43 calculates a steady rotation speed correction amount Rtdef2 based on the output of the pressure fluctuation estimation unit B42. The steady rotational speed correction amount Rtdef2 is a rotational speed correction amount of the pure water circulation pump 5 for reducing the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure that may occur in the future. Specifically, when the air pressure is predicted to increase in the future, the rotational speed of the pure water circulation pump 5 is increased, and when the air pressure is predicted to decrease, the rotational speed of the pure water circulation pump 5 is increased. The steady correction rotational speed correction amount Rtdef2 is calculated so as to decrease.
[0020]
Then, in the target rotation speed calculation unit B44, the transient rotation speed correction amount Rtdef1 from the transient rotation speed correction amount calculation unit B41 and the steady rotation speed correction amount calculation unit B43 are added to the reference target rotation speed Rtpwtr from the reference target rotation speed calculation unit B1. Is added to the transient rotational speed correction amount Rtdef2, and the target rotational speed Rfpwtr of the pure water circulation pump 5 is calculated.
[0021]
The pressure adjustment valve control unit B6 controls the opening degree of the pure water pressure adjustment valve 7 so that the calculated target opening degree of the pure water pressure adjustment valve 7 is realized, and the flow rate control part B7 calculates the calculated pure water. The pure water circulation pump 5 is controlled so that the target rotational speed Rfpwtr of the circulation pump 5 is realized.
[0022]
The contents of the differential pressure control performed by the controller 10 are shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 3 is repeatedly executed by the controller 10, and is executed, for example, every 10 [msec].
[0023]
According to this, first, the target generated power of the fuel cell 1 is read in step S1.
The target generated power is a value set according to the driving state of the vehicle as described above, and is calculated by the controller 10 by a routine (not shown).
[0024]
In step S2, the reference target rotational speed Rtpwtr of the pure water circulation pump 5 is calculated from the target generated power with reference to a table (not shown) that defines the relationship between the target generated power and the pure water circulation pump rotational speed. Since the amount of pure water supplied to the fuel cell 1 increases as the target generated power increases, the reference rotational speed Rtpwtr is calculated higher as the target generated power increases.
[0025]
In step S3, the target pure water pressure Ptwtr is calculated based on the air pressure detected by the air pressure gauge 3 with reference to a table (not shown) that defines the relationship between the air pressure and the target pure water pressure. Since the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure needs to be kept within a predetermined range, the target pure water pressure Ptwtr is calculated to be high as the air pressure increases.
[0026]
In step S4, the pure water pressure Pwtr detected by the pure water pressure gauge 8 is read.
[0027]
In step S5, the target opening degree of the pure water pressure regulating valve 7 is calculated from the target pure water pressure Ptwtr and the detected pure water pressure Pwtr. When the detected pure water pressure Pwtr is higher than the target pure water pressure Ptwtr, the target opening degree is calculated so that the opening degree of the pure water pressure adjusting valve 7 is larger than the current opening degree. When the opening degree is low, the target opening degree is calculated so that the opening degree of the pure water pressure regulating valve 7 is smaller than the current opening degree.
[0028]
In step S6, the air pressure Pair detected by the air pressure gauge 3 is read. In step S7, the differential pressure Pdef between the detected air pressure Pair and the detected pure water pressure Pwtr is expressed by the following equation (1):
Pdef = Pair-Pwtr (1)
Ask for. The unit of air pressure Pair, pure water pressure Pwtr, and differential pressure Pdef is [kPa].
[0029]
In step S8, the transient rotational speed correction amount Rtdef1 of the pure water circulation pump 5 is calculated. Specifically, referring to a table that defines the relationship between the differential pressure Pdef between the air pressure and the pure water pressure and the transient rotational speed correction amount Rtdef1 shown in FIG. 4, the transient rotational speed based on the differential pressure Pdef calculated in step S7. The correction amount Rtdef1 is calculated. As the differential pressure Pdef increases, the absolute value of the transient rotational speed correction amount Rtdef1 is calculated to be larger.
[0030]
In step S9, the battery charge state SOC detected by the charge state sensor 21 is read.
[0031]
In step S10, future fluctuations in air pressure are estimated based on the target generated power and the battery charge state SOC. Here, the value calculated from the target generated power with reference to the table shown in FIG. 5 and the value calculated from the battery charge state SOC with reference to the table shown in FIG. 6 are added together to represent future pressure fluctuations. Calculate the pressure fluctuation estimation coefficient.
[0032]
The characteristic shown in FIG. 5 is that when the target generated power is low, the target generated power becomes high in the near future, and as a result, the air pressure is likely to increase. Conversely, when the target generated power is high, the target generated power is near in the near future. Is derived from the fact that the air pressure is likely to decrease and consequently the air pressure is reduced. The same applies to the characteristics shown in FIG.
[0033]
In step S11, the steady rotational speed correction amount Rtdef2 of the pure water circulation pump 5 is calculated. This is calculated from the pressure fluctuation estimation coefficient calculated in step S10 with reference to a table that defines the relationship between the pressure fluctuation estimation coefficient and the rotational speed of the pure water circulation pump 5 as shown in FIG.
[0034]
The steady rotational speed correction amount Rtdef2 serves to compensate for the low response of the pure water pressure regulating valve 7. That is, when the air pressure fluctuates in the future, the opening of the pure water pressure adjustment valve 7 is adjusted in accordance with the fluctuation of the air pressure in order to keep the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure within a predetermined range. However, since the pure water pressure adjustment valve 7 has low responsiveness, the adjustment of the pure water pressure adjustment valve 7 only suppresses the differential pressure within a predetermined range depending on the magnitude of future fluctuations in air pressure. It may not be possible. However, if the flow rate of pure water is adjusted in advance with the steady rotational speed correction amount Rtdef2 when the air pressure fluctuates in the future, the pure water pressure is also adjusted thereby, and the pure water pressure regulating valve 7 must bear the pure water flow. The amount of water pressure adjustment can be reduced.
[0035]
For example, if it is predicted that the air pressure will increase in the future, the flow rate of pure water is increased by correcting the rotational speed of the pure water circulation pump 5 in advance, and the pure water pressure is increased accordingly. The amount that the pure water pressure adjusting valve 7 has to adjust to suppress the differential pressure is reduced, and the low response of the pure water pressure adjusting valve 7 can be compensated.
[0036]
In step S12, the final target rotational speed Rfpwtr of the pure water circulation pump 5 is expressed by the following equation (2),
Rfpwtr = Rtpwtr + Rtdef1 + Rtdef2 (2)
Calculate by
[0037]
In step S8, the transient rotational speed correction amount Rtdef1 is calculated with reference to a table having linear characteristics as shown in FIG. 4, but the differential pressure is small and does not adversely affect the fuel cell 1. In the region, a table having characteristics such that the transient rotational speed correction amount Rtdef1 is zero may be used.
[0038]
In step S10, the pressure fluctuation estimation coefficient is calculated based on the target generated power and the battery charge state SOC. However, the pressure fluctuation estimation coefficient may be calculated based on only one of them.
[0039]
Further, the controller 10 has a target air pressure calculation unit (not shown in FIG. 2), and controls the air pressure so that the target air pressure calculated here is realized. The response of the air pressure is fast, The target air pressure and the actual air pressure are almost the same. Therefore, in this embodiment, the value detected by the air pressure gauge 3 is read in step S6, but the target air pressure may be read instead of the detected value.
[0040]
Further, in this embodiment, the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure is controlled. However, the differential pressure between the fuel gas pressure and the pure water pressure may be controlled instead of the air pressure. In this case, the same effect can be obtained. In this case, the air electrode 1a is replaced with a fuel electrode, the air pipe 2 is replaced with a fuel gas pipe, and the air pressure gauge 3 is replaced with a fuel gas pressure gauge, and the control contents are substantially the same as those shown in FIGS. Of course, it may be configured to control both the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure, and the differential pressure between the hydrogen pressure and the pure water pressure.
[0041]
Further, in this embodiment, pure water is supplied to the fuel cell 1, but a configuration in which a coolant such as a long life coolant is supplied to the fuel cell 1 instead of pure water may be used. If the pure water is replaced with the cooling liquid, the same differential pressure control is possible (the same applies to the embodiments described later).
[0042]
Next, the function and effect of the present invention will be described.
[0043]
According to the present invention, a fuel cell system includes a fuel cell that generates power by receiving a supply of power generation gas and a cooling or humidification liquid, a liquid pressure detection means that detects a supply pressure of the liquid, and a power generation gas. Gas pressure detection means for detecting the supply pressure of the liquid, liquid flow rate control means for controlling the supply flow rate of the liquid, liquid pressure adjustment means for adjusting the supply pressure of the liquid, the detected supply pressure of the liquid and the power generation gas Differential pressure control means for controlling the liquid flow rate control means in addition to the liquid pressure adjustment means so as to suppress the differential pressure of the supply pressure.
[0044]
Controls both the liquid pressure adjustment means and the liquid flow rate control means to suppress the differential pressure between the supply pressure of liquid for humidification and cooling (pure water, cooling water) and the supply pressure of power generation gas (air, fuel gas) By doing so, the differential pressure in the fuel cell can be quickly reduced compared to the case where the differential pressure is controlled using only the liquid pressure adjusting means, and damage to the fuel cell due to the increased differential pressure is prevented. Can be prevented. In addition, since the differential pressure can be quickly reduced, it is not necessary to suppress pressure fluctuations as in the prior art even in a transient state where the supply pressure of power generation gas changes, ensuring high power generation response of the fuel cell. can do.
[0045]
Specifically, when the liquid supply pressure is lower than the power generation gas supply pressure, the differential pressure control means increases the liquid supply flow rate by using the liquid flow rate control means. When the liquid supply pressure is higher than that, the liquid flow rate control means functions to reduce the liquid supply flow rate.
[0046]
Further, a fluctuation predicting means for predicting a fluctuation in the supply pressure of the power generation gas is provided, and the differential pressure control means functions as a fluid flow rate control means when the supply pressure of the power generation gas is predicted to increase. When the supply flow rate is increased and the supply pressure of the power generation gas is predicted to drop, the fluid flow rate control means is used to reduce the liquid supply flow rate. As a result, when the air pressure changes in the future, the flow rate of the liquid is adjusted in advance to adjust the pure water pressure, so that the amount of adjustment of the pure water pressure that must be borne by the pure water pressure adjustment valve 7 is reduced. It is possible to compensate for the low responsiveness of the pure water pressure regulating valve 7 and to quickly suppress the differential pressure within a predetermined range.
[0047]
The fluctuation prediction means predicts fluctuations in the supply pressure of the power generation gas based on, for example, the target generated power of the fuel cell and / or the power storage amount of the power storage means.
If the prediction is based on the target generated power of the fuel cell, the fluctuation of the supply pressure can be predicted without any additional equipment, and if the prediction is based on the power storage amount of the power storage means. In a system in which power is also supplied from the power storage means when the target generated power changes suddenly, and the amount of gas supplied to the fuel cell decreases accordingly, fluctuations in the supply pressure of the power generation gas can be predicted more accurately .
[0048]
Further, if the liquid pressure detecting means is constituted by a pressure sensor, a general-purpose pressure sensor can be used, and the system can be constituted at low cost.
[0049]
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.
[0050]
FIG. 8 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to the second embodiment. Although it is substantially the same as the structure of 1st Embodiment shown in FIG. 1, it replaces with the pure water pressure adjustment valve 7, and the mechanical type pure water pressure adjustment valve 7m is provided. The mechanical pure water pressure regulating valve 7m receives the air pressure detected by the air pressure gauge 3 and the pure water pressure detected by the pure water pressure gauge 8, and the differential pressure between the air pressure and the pure water pressure is a predetermined pressure. It is a valve that automatically adjusts the opening degree so that
[0051]
FIG. 9 is a block diagram of the controller 10 in the second embodiment. The difference from the first embodiment is that the pure water pressure adjusting valve 7 is replaced with a mechanical pure water pressure adjusting valve 7m that automatically adjusts the differential pressure, so that the target pure water according to the air pressure in FIG. There is no target pure water pressure calculation unit B2 for calculating the pressure and a target opening degree calculation unit B3 for calculating the target opening degree of the pure water pressure regulating valve 7 according to the target pure water pressure and the pure water pressure. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0052]
FIG. 10 is a flowchart showing the contents of the differential pressure control performed by the controller 10 in the second embodiment, and is repeatedly executed by the controller 10 every 10 [msec], for example. This flowchart differs from the flowchart of the first embodiment shown in FIG. 3 in that there are no steps S3 and S5 corresponding to the target opening degree calculation unit B3. Other steps are the same as those in the first embodiment. The same effect as the first embodiment can be expected by the configuration of the second embodiment.
[0053]
Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.
[0054]
FIG. 11 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to the third embodiment. Although it is substantially the same as the structure of 1st Embodiment shown in FIG. 1, the points from which the pure water pressure gauge 8 is not provided in the pure water piping 6 are different from 1st Embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0055]
FIG. 12 is a block diagram of the controller 10 in the third embodiment. Since the pure water pressure gauge 8 is not provided, the pure water pressure calculation unit B45 is configured to calculate the pure water pressure based on the rotational speed of the pure water circulation pump 5 and the opening degree of the pressure regulating valve 7. Is different from the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0056]
FIG. 13 is a flowchart showing the contents of control performed by the controller 10 in the third embodiment, and is repeatedly executed by the controller 10 every 10 [msec], for example. In the first embodiment, the pure water pressure detected by the pure water pressure gauge 8 in step S4 is read. In the third embodiment, instead of step S4, step S14 for calculating the pure water pressure is added. Has been. Further, step S15 for storing data for use in the calculation of pure water pressure is added.
[0057]
In step S14, the pure water pressure is calculated. Specifically, referring to a map that defines the relationship between the degree of opening of the pure water pressure adjusting valve 7, the rotational speed of the pure water circulation pump 5, and the pure water pressure as shown in FIG. 14, the pure water circulation pump 5 is calculated based on the previous value of the rotational speed 5 and the previous value of the opening degree of the pure water pressure regulating valve 7. In step S15, the opening degree of the pure water pressure adjusting valve 7 calculated in step S5 and the rotational speed of the pure water circulation pump 5 calculated in step S12 are stored for the next pure water pressure calculation. The other processes are the same as those in the first embodiment.
[0058]
According to the third embodiment, the pure water pressure is estimated from the operation amount of the liquid flow rate control means and the operation amount of the fluid pressure adjustment means. Thereby, it is not necessary to provide a sensor or the like for detecting the liquid pressure, and the system can be configured at low cost.
[0059]
As shown in FIG. 15, a flow rate sensor 22 for detecting the flow rate of pure water is provided in the pure water flow path 6, and the pure water flow rate detected instead of the opening degree of the pure water pressure regulating valve 7 and the pure water pump rotation speed are provided. Based on the above, the pure water pressure may be estimated. This configuration is effective for accurately estimating the pure water pressure in a configuration in which the pure water flow rate varies depending on the operation amount of the pure water pressure adjusting means.
[0060]
If the detection value of the sensor that detects the opening degree of the pressure regulating valve is used to replace the calculation result in step S5, the same result can be obtained with the mechanical pure water pressure regulating valve 7m.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a controller.
FIG. 3 is a flowchart showing the content of differential pressure control performed by a controller.
FIG. 4 is a table defining the relationship between the differential pressure between air pressure and pure water pressure and the amount of transient rotational speed correction.
FIG. 5 is a table defining the relationship between target generated power and pressure fluctuation estimation coefficient.
FIG. 6 is a table defining the relationship between the battery charge state and the pressure fluctuation estimation coefficient.
FIG. 7 is a table defining a relationship between a pressure fluctuation estimation coefficient and a steady rotational speed correction amount.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of a controller in the second embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing the content of differential pressure control performed by a controller in the second embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram of a controller in the third embodiment.
FIG. 13 is a flowchart showing the content of differential pressure control performed by a controller in the third embodiment.
FIG. 14 is a map that defines the relationship among the pure water circulation pump rotation speed, the pure water pressure regulating valve opening degree, and the pure water pressure.
FIG. 15 is a partial modification of the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 1a Air electrode 1b Pure water flow path 2 Air piping 3 Air pressure gauge (gas pressure detection means)
5 Pure water circulation pump (fluid flow control means)
6 Pure water piping 7 Pure water pressure regulating valve (fluid pressure regulating means)
8 Pure water pressure gauge (fluid pressure detection means)
10 Controller (Differential pressure control means)
21 Charging state sensor 22 Flow rate sensor

Claims

発電用ガス及び冷却あるいは加湿用の液体の供給を受けて電力を生成し、空気極あるいは燃料極と冷却、加湿用の液体の流路との間に、それらの差圧が一定範囲を越えると損傷する隔壁が配置された燃料電池と、
前記液体の供給圧力を検出する液体圧力検出手段と、
前記発電用ガスの供給圧力を検出するガス圧力検出手段と、
前記液体の供給流量を制御する液体流量制御手段と、
前記液体の供給圧力を調整する液体圧力調整手段と、
検出された前記液体の供給圧力と前記発電用ガスの供給圧力の差圧を抑えるように前記液体圧力調整手段に加えて前記液体流量制御手段をも制御する差圧制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。When the power generation gas and the liquid for cooling or humidification are supplied to generate electric power, and the differential pressure between the air electrode or fuel electrode and the flow path of the liquid for cooling and humidification exceeds a certain range A fuel cell with a damaged bulkhead , and
Liquid pressure detecting means for detecting the supply pressure of the liquid;
Gas pressure detecting means for detecting a supply pressure of the power generation gas;
Liquid flow rate control means for controlling the supply flow rate of the liquid;
Liquid pressure adjusting means for adjusting the supply pressure of the liquid;
Differential pressure control means for controlling the liquid flow rate control means in addition to the liquid pressure adjusting means so as to suppress the detected differential pressure between the liquid supply pressure and the power generation gas supply pressure;
A fuel cell system comprising:

前記差圧制御手段が、前記発電ガスの供給圧力よりも前記液体の供給圧力の方が低いときは前記液体流量制御手段をして前記液体の供給流量を増大させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 2. The differential pressure control means, when the supply pressure of the liquid is lower than the supply pressure of the power generation gas, the liquid flow rate control means is used to increase the supply flow rate of the liquid. The fuel cell system described in 1.

前記差圧制御手段が、前記発電ガスの供給圧力よりも前記液体の供給圧力の方が高いときは前記液体流量制御手段をして前記液体の供給流量を減少させることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。 2. The differential pressure control means, when the supply pressure of the liquid is higher than the supply pressure of the power generation gas, reduces the supply flow rate of the liquid by using the liquid flow rate control means. Or the fuel cell system of 2.

前記発電用ガスの供給圧力の変動を予測する変動予測手段を備え、
前記差圧制御手段が、前記発電用ガスの供給圧力が上昇することが予測されるときには前記流体流量制御手段をして前記液体の供給流量を増加させることを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載の燃料電池システム。Fluctuation prediction means for predicting fluctuations in the supply pressure of the power generation gas,
4. The differential pressure control unit according to claim 1, wherein when the supply pressure of the power generation gas is predicted to increase, the fluid flow rate control unit increases the supply flow rate of the liquid. The fuel cell system according to any one of the above.

前記発電用ガスの供給圧力の変動を予測する変動予測手段を備え、
前記差圧制御手段が、前記発電用ガスの供給圧力が下降することが予測されるときには前記流体流量制御手段をして前記液体の供給流量を減少させることを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに燃料電池システム。Fluctuation prediction means for predicting fluctuations in the supply pressure of the power generation gas,
5. The differential pressure control unit according to claim 1, wherein when the supply pressure of the power generation gas is predicted to decrease, the fluid flow rate control unit reduces the supply flow rate of the liquid. One of them is a fuel cell system.

前記変動予測手段が、前記燃料電池の目標発電電力に基づき前記発電用ガスの供給圧力の変動を予測することを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池システム。 6. The fuel cell system according to claim 4, wherein the fluctuation prediction unit predicts a fluctuation in a supply pressure of the power generation gas based on a target generated power of the fuel cell.

電力貯蔵手段と、前記電力貯蔵手段の電力貯蔵量を検出する電力貯蔵量検出手段とを備え、
前記変動予測手段が、検出された電力貯蔵量に基づき前記発電用ガスの変動を予測することを特徴とする請求項４から６のいずれかひとつに記載の燃料電池システム。Power storage means, and power storage amount detection means for detecting the power storage amount of the power storage means,
The fuel cell system according to any one of claims 4 to 6, wherein the fluctuation prediction means predicts fluctuations of the power generation gas based on the detected power storage amount.

前記液体圧力検出手段が圧力センサであることを特徴とする請求項１から７のいずれかひとつに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the liquid pressure detecting means is a pressure sensor.

前記液体圧力検出手段が、前記液体流量制御手段の動作量と前記流体圧力調整手段の動作量から前記液体の圧力を推定する手段であることを特徴とする請求項１から７のいずれかひとつに記載の燃料電池システム。 The liquid pressure detection means is means for estimating the pressure of the liquid from the operation amount of the liquid flow rate control means and the operation amount of the fluid pressure adjustment means. The fuel cell system described.

前記液体圧力検出手段が、前記液体の流量と前記流体圧力調整手段の動作量から前記液体の圧力を推定する手段であることを特徴とする請求項１から７のいずれかひとつに記載の燃料電池システム。 8. The fuel cell according to claim 1, wherein the liquid pressure detecting means is means for estimating the pressure of the liquid from the flow rate of the liquid and an operation amount of the fluid pressure adjusting means. system.

前記液体の流量を流量センサで検出することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 10, wherein the flow rate of the liquid is detected by a flow rate sensor.