JPH09306531A - Fuel cell system - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system, which can deal with the sudden increase of a load, small, and easy in constitution. SOLUTION: An ECU 20, in accordance with the shortage situation of hydrogen needed on the side of a fuel cell main body 30, opens an open/close valve 53 to use hydrogen in a buffering tank 50, or switches a three-way valve 43 to actruate a booster 61 to make the reflux of unconverted hydrogen, or to actuate boosters 62 and 63 to increase introducing pressure. When the temporary increase of necessary hydrogen quantity is needed, practical power generation quantity can be obtained to the temprorary sudden increase of a load, regardless of a small buffer tank 50, by utilizing hydrogen in the tank 50 and the in a pipe.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、特に、急激な負荷変動に対応するために緩衝用
タンクを備えた燃料電池システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system having a buffer tank to cope with a sudden load change.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、改質器等の燃料ガス製造手段を用
い、改質器にて燃料ガスとしての水素を発生させ、この
水素を用いて燃料電池により発電を行なう燃料電池シス
テムが知られている。こうした燃料電池システムでは、
改質器による水素の発生能力にはタイムラグがあり、燃
料電池の負荷が要求する電力量の急増に対して、十分に
対応することができない。例えばこの燃料電池システム
を利用した電気自動の場合、車輌が急な上り坂にさしか
かったりアクセルが急に踏み込まれると、負荷であるモ
ータが必要とする電力、即ち燃料電池に対する要求電力
は急増し、燃料電池での燃料ガスである水素の消費量も
急増する。他方、改質器での水素の改質反応を高めるに
は、少なくとも数十秒の時間を必要とするため、燃料電
池での水素の消費に対してその供給が追いつかないとい
う状態が現出する。2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a fuel cell system in which hydrogen is used as a fuel gas in a reformer by using a fuel gas producing means such as a reformer and the hydrogen is used to generate electricity by a fuel cell. ing. In such a fuel cell system,
There is a time lag in the hydrogen generation capacity of the reformer, and it is not possible to sufficiently cope with the sudden increase in the amount of electric power required by the load of the fuel cell. For example, in the case of electric automatic using this fuel cell system, when the vehicle is approaching a steep uphill or the accelerator is suddenly stepped on, the electric power required by the motor that is the load, that is, the electric power required for the fuel cell, increases sharply, The consumption of hydrogen, which is the fuel gas in fuel cells, also increases sharply. On the other hand, it takes at least several tens of seconds to enhance the hydrogen reforming reaction in the reformer, so that the supply of hydrogen in the fuel cell cannot keep up with the hydrogen consumption. .

【０００３】かかる問題を解決するために、水素の配管
路に緩衝用タンクを設けたもの（例えば特開昭５８−１
６６６７４号）や、水素の配管路に水素吸蔵合金充填し
た緩衝用タンクを設けたもの（例えば実開平６−８２７
５６号）が知られている。これらは、水素を予め緩衝用
タンクに充填しておき、負荷が急増して燃料電池におけ
る水素の消費量が急増した場合、タンクに蓄積しておい
た水素を出力させることによって負荷の変動に対応しよ
うとするものである。In order to solve such a problem, a buffer tank is provided in the hydrogen piping (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-1).
66674), or a buffer tank filled with a hydrogen storage alloy in a hydrogen pipeline (eg, Kaikaihei 6-827).
No. 56) is known. These are filled with hydrogen in a buffer tank in advance, and when the load increases rapidly and the consumption of hydrogen in the fuel cell increases rapidly, the hydrogen accumulated in the tank is output to respond to load changes. Is what you are trying to do.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の燃料電池システムでは、緩衝用タンクの大きさ
が極めて大きくなってしまうという問題があった。この
点を電気自動車を例にとって説明する。電気自動車が上
り坂にさしかかるなどして負荷が増大した場合、改質器
を制御して水素の発生能力を増大させようとしても、要
求される量の水素を発生できるようになるまでには数十
秒のタイムラグが存在するから、緩衝用タンクに必要と
される貯留能力は、このタイムラグを解消できる程度の
貯留量ということになる。実験により、現状での通常能
力の改質器におけるタイムラグは３０秒程度であること
が分かっている。他方、３０ｋＷ級の燃料電池で最大能
力を発電させようとすると、４００リットル／分の水素
が必要となる。従って、この改質器と燃料電池とを組み
合わせた燃料電池システムの場合、３０秒間のタイムラ
グを解消するのに、２００リットルの貯留能力を有する
水素タンクを車載しなければならない。例え、貯留能力
の高い水素吸蔵合金を利用したタンクを用いても、これ
だけの貯留能力を有する緩衝用タンクを搭載することは
極めて困難であった。However, in such a conventional fuel cell system, there is a problem that the size of the buffer tank becomes extremely large. This point will be described by taking an electric vehicle as an example. If the load increases due to an electric vehicle approaching an uphill road, etc., even if you try to increase the hydrogen generation capacity by controlling the reformer, it will take several seconds before the required amount of hydrogen can be generated. Since there is a time lag of 10 seconds, the storage capacity required for the buffer tank is a storage amount that can eliminate this time lag. Through experiments, it is known that the time lag in the current reformer having a normal capacity is about 30 seconds. On the other hand, in order to generate maximum capacity with a 30 kW class fuel cell, 400 liters / minute of hydrogen is required. Therefore, in the case of the fuel cell system in which the reformer and the fuel cell are combined, a hydrogen tank having a storage capacity of 200 liters must be mounted on the vehicle in order to eliminate the time lag of 30 seconds. For example, even if a tank using a hydrogen storage alloy having a high storage capacity is used, it is extremely difficult to mount a buffer tank having such a storage capacity.

【０００５】また、水素吸蔵合金の場合、水素の吸蔵お
よび放出には放熱もしくは吸熱の反応を伴うから、負荷
の急増に応答して水素を放出させるには多量の熱量を加
えることが必要となる。したがって、水素吸蔵合金を利
用した緩衝用タンクを用いる場合には、かかる熱量を供
給するための機構や熱量の供給を制御する手段を設けな
ければならないという問題も指摘されていた。Further, in the case of a hydrogen storage alloy, the storage and release of hydrogen involves the reaction of heat release or endotherm, so that a large amount of heat must be added to release hydrogen in response to a sudden increase in load. . Therefore, when a buffer tank using a hydrogen storage alloy is used, it has been pointed out that a mechanism for supplying the heat amount and a means for controlling the supply of the heat amount must be provided.

【０００６】本発明は、上述した燃料電池システムの問
題を解決するものであり、負荷の急増に対応可能な小型
で構成が容易な燃料電池システムを提供することを目的
としてなされた。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the fuel cell system, and an object thereof is to provide a small-sized fuel cell system which can cope with a sudden increase in load and which can be easily constructed.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】か
かる目的を達成する本発明の第１の燃料電池システム
は、燃料電池を備え、この燃料電池を用いて電力を外部
に供給する燃料電池システムであって、前記燃料電池用
の燃料ガスを生成する燃料ガス製造手段と、この燃料ガ
ス製造手段から前記燃料電池に至るガス供給用通路およ
びこの燃料電池からの排気通路を含む配管路と、この配
管路の該供給用通路に介在され、前記燃料ガスを貯留可
能な緩衝用タンクと、前記燃料電池に対する外部からの
電力要求の一時的な増加を検出する要求量検出手段と、
該要求量検出手段により電力要求の一時的な増加が検出
されたとき、前記配管路内および前記緩衝用タンクの燃
料ガスを利用して、前記燃料電池に供給するガス量を一
時的に増加させる反応ガス量増加手段とを備えたことを
要旨とする。A first fuel cell system of the present invention which achieves the above object comprises a fuel cell, and a fuel cell system for supplying electric power to the outside by using the fuel cell. A fuel gas producing means for producing a fuel gas for the fuel cell, a gas supply passage from the fuel gas producing means to the fuel cell, and a pipe passage including an exhaust passage from the fuel cell, A buffer tank interposed in the supply passage of the pipeline and capable of storing the fuel gas, and a demand amount detecting means for detecting a temporary increase in the power demand from the outside to the fuel cell,
When a temporary increase in the power demand is detected by the demand amount detecting means, the amount of gas supplied to the fuel cell is temporarily increased by using the fuel gas in the pipeline and the buffer tank. The gist of the present invention is to have means for increasing the amount of reaction gas.

【０００８】この燃料電池システムでは、要求量検出手
段により、燃料電池に対する外部からの電力要求の一時
的な増加が検出されると、反応ガス量増加手段が、配管
路内および緩衝用タンクの燃料ガスを利用して、燃料電
池に供給するガス量を一時的に増加させる。配管路内お
よび緩衝用タンクの燃料ガスの利用の形態としては、単
に緩衝用タンクの燃料ガスを供給するだけでなく、燃料
ガスの圧力を高めて、燃料電池における発電効率を一時
的に高めるといった利用も可能である。また、配管路内
の燃料ガスの利用としては、こうした圧力の上昇による
利用のみならず、排気通路に存在する未反応の燃料ガス
を還流して利用するといった対応も可能である。この結
果、要求電力量の一時的な増加に対して、燃料ガス製造
手段による燃料ガスの製造が追従しない場合でも、要求
電力量の増加に対応して、燃料電池に供給する燃料ガス
量を増加することができる。In this fuel cell system, when the demand amount detecting means detects a temporary increase in the power demand from the outside to the fuel cell, the reaction gas amount increasing means causes the fuel gas in the pipeline and the buffer tank to be fueled. The gas is used to temporarily increase the amount of gas supplied to the fuel cell. The fuel gas in the pipeline and the buffer tank is used not only by simply supplying the fuel gas in the buffer tank, but also by increasing the pressure of the fuel gas to temporarily increase the power generation efficiency in the fuel cell. It is also available. Further, as the use of the fuel gas in the pipeline, not only the use due to the increase in the pressure as described above, but also the unreacted fuel gas existing in the exhaust passage may be recirculated and used. As a result, even if the production of fuel gas by the fuel gas production means does not follow the temporary increase in the required power amount, the amount of fuel gas supplied to the fuel cell is increased in response to the increase in the required power amount. can do.

【０００９】こうした燃料電池システムを、車輌の駆動
エネルギを供給するシステムとして用いた場合、要求量
検出手段を、車輌が走行する地形の情報を入力して電力
要求の一時的な増加を検出する手段とすることができ
る。車輌が走行する地形の情報を入力する構成として
は、車輌に設けた勾配センサなどから、上り坂などの情
報を入力するものや、運転者が「登坂」などのボタンを
押す構成なども採用可能である。When such a fuel cell system is used as a system for supplying driving energy to a vehicle, the required amount detecting means is means for inputting information on the topography of the vehicle and detecting a temporary increase in power demand. Can be As a configuration for inputting information about the terrain on which the vehicle is traveling, it is possible to adopt a configuration in which information such as an uphill is input from a gradient sensor provided on the vehicle, or a configuration in which the driver pushes a button such as "uphill". Is.

【００１０】また、こうした車輌の駆動エネルギを供給
する燃料電池システムにおいて、要求量検出手段に、車
輌の走行範囲の地形情報を予め記憶した地形情報記憶手
段と、少なくとも車輌の走行位置および走行方向を含む
走行情報を検出する走行情報検出手段と、該検出された
走行位置と走行方向とに基づいて、前記地形情報記憶手
段に記憶され地形情報を参照し、将来の電力要求の一時
的な変動を推定する推定手段とを備えることも可能であ
る。Further, in such a fuel cell system for supplying driving energy of a vehicle, the required amount detecting means is a terrain information storing means for preliminarily storing terrain information of a traveling range of the vehicle, and at least a traveling position and a traveling direction of the vehicle. On the basis of the traveling information detection means for detecting traveling information including the traveling information and the traveling direction and traveling direction detected, the geographical information stored in the geographical information storage means is referred to refer to the temporary fluctuation of future power demand. It is also possible to provide an estimating means for estimating.

【００１１】かかる燃料電池システムでは、車輌が近い
将来さしかかるであろう地形を推定して電力要求の一時
的な変動を推定することができる。最近の車輌では、Ｇ
ＰＳなどを利用したナビゲーションシステムを搭載して
いる場合があり、こうしたナビゲーションシステムを利
用して、将来の走行位置から、電力要求の一時的な変動
を推定し、燃料ガスの消費量の変動に備えることも可能
である。なお、地形情報には、単に勾配だけでなく、高
速道路などの情報も含めることができる。こうした場合
には、車輌が近い将来高速道路に進入することを予測
し、ランプから高速道路に進入し加速する際の要求電力
の一時的な増加を推定することも可能である。In such a fuel cell system, it is possible to estimate the terrain that the vehicle is likely to reach in the near future and to estimate the temporary fluctuation of the power demand. In recent vehicles, G
There is a case where a navigation system using PS or the like is installed, and by using such a navigation system, a temporary fluctuation of the electric power demand is estimated from the future traveling position to prepare for the fluctuation of the fuel gas consumption. It is also possible. It should be noted that the terrain information can include not only the gradient but also information about expressways. In such a case, it is possible to predict that the vehicle will enter the highway in the near future and to estimate a temporary increase in the required power when the vehicle enters the highway from the ramp and accelerates.

【００１２】本発明の燃料電池システムにおいて、その
緩衝用タンクを、要求量検出手段により検出された要求
電力の一時的な増加に対応して燃料電池が必要とする燃
料ガス量の１／２以下を貯留するタンクとすることがで
きる。反応ガス量増加手段が、配管路内および緩衝用タ
ンクの燃料ガスを上述した種々の手法により利用すれ
ば、要求電力の一時的な増加に対応して燃料電池が必要
とする燃料ガス量の１／２ないし１／７程度まで緩衝用
タンクの貯留量を低減できる。In the fuel cell system of the present invention, the buffer tank has half or less of the fuel gas amount required by the fuel cell in response to the temporary increase in the required electric power detected by the required amount detecting means. Can be used as a tank. If the reaction gas amount increasing means uses the fuel gas in the pipeline and the buffer tank by the above-mentioned various methods, the fuel gas amount required by the fuel cell can be reduced to 1 The amount of storage in the buffer tank can be reduced to about 1/2 to 1/7.

【００１３】更に本発明の燃料電池システムでは、緩衝
用タンク内の燃料ガスは、反応ガス増加手段により利用
されることがあるから、電力要求の一時的な増加が終了
した後の所定のタイミングで、反応ガス量増加手段が利
用したことにより失われた緩衝用タンク内の燃料ガス
を、燃料ガス製造手段により製造された燃料ガスにより
補充する補充手段を備えることも好適である。かかる燃
料ガスの補充は、燃料ガス製造手段による燃料ガスの製
造量を増加して行なっても良いし、燃料電池が必要とす
る燃料ガス量が低減することを検出し、燃料電池が必要
とする燃料ガスの量が低減しているタイミングを利用し
て行なっても良い。Further, in the fuel cell system of the present invention, the fuel gas in the buffer tank may be used by the reaction gas increasing means, so at a predetermined timing after the temporary increase in the power demand ends. It is also preferable to provide a replenishing means for replenishing the fuel gas in the buffer tank lost by the use of the reaction gas amount increasing means with the fuel gas produced by the fuel gas producing means. The replenishment of the fuel gas may be performed by increasing the production amount of the fuel gas by the fuel gas producing means, or by detecting that the fuel gas amount required by the fuel cell is reduced, the fuel gas is required by the fuel cell. You may perform it using the timing when the amount of fuel gas is reducing.

【００１４】また、車輌の駆動エネルギを供給する燃料
電池システムにおいて、燃料電池に対する外部からの電
力要求の所定期間を越える増加を検出する要求量継続増
加検出手段と、この要求量継続増加検出手段により電力
要求の所定期間を越える増加が検出されたとき、燃料ガ
ス製造手段による燃料ガスの製造量を増加させる製造量
増加手段とを備えることも可能である。この場合には、
一時的な増加に対しては反応ガス量増加手段による対応
がなされ、継続的な増加に対しては、製造量増加手段に
よる対応がなされることになる。Further, in the fuel cell system for supplying the driving energy of the vehicle, the request amount continuous increase detecting means for detecting an increase in the power request from the outside to the fuel cell over a predetermined period, and the request amount continuous increase detecting means. It is also possible to provide a production amount increasing means for increasing the production amount of the fuel gas by the fuel gas producing means when an increase in the power demand over a predetermined period is detected. In this case,
The temporary increase is dealt with by the reaction gas amount increasing means, and the continuous increase is dealt with by the production amount increasing means.

【００１５】[0015]

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例
について説明する。図１は本発明の一実施例としての燃
料電池システムの概略構成を示すブロック図、図２は制
御入力としての地形情報を出力するナビゲーションシス
テムの概略構成を示すブロック図、図３は第１実施例に
おける制御内容を示すフローチャート、である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, a preferred embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a navigation system that outputs topographical information as a control input, and FIG. 3 is a first embodiment. It is a flowchart which shows the control content in an example.

【００１６】本実施例の燃料電池システムは、燃料電池
の燃料ガスである水素を製造する改質器１０、水素と酸
素とから発電を行なう燃料電池本体３０、改質器１０と
燃料電池本体３０とを接続する配管路４０、配管路４０
に介装された緩衝用タンク５０、配管路４０に設けられ
たバルブ，昇圧器および改質器１０等を制御する電子制
御装置（以下、ＥＣＵと言う）２０から構成されてい
る。The fuel cell system of this embodiment comprises a reformer 10 for producing hydrogen which is a fuel gas for the fuel cell, a fuel cell main body 30 for generating electric power from hydrogen and oxygen, a reformer 10 and a fuel cell main body 30. Pipeline 40 connecting to and
It is composed of a buffer tank 50 installed in the fuel cell, a valve provided in the pipe line 40, an electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU) 20 for controlling the booster, the reformer 10, and the like.

【００１７】改質器１０は、燃料タンク１１から供給さ
れるメタノールなどの炭化水素化合物と、水タンク１２
から供給される水とを反応させて水素を発生させるもの
である。この改質器１０には、改質反応に必要な熱エネ
ルギを得るためのバーナが内蔵され、その燃料として燃
料タンク１１からメタノールを供給する燃焼燃料ライン
１３と、燃焼用の空気を大気から取り込む燃焼空気ライ
ン１４とを備えている。これらのメタノールや空気の供
給量は制御可能となっており、改質器１０は、後述する
ＥＣＵ２０から入力される制御信号に基づいて、改質反
応の温度などの諸条件を変化させ、水素の発生量を増減
することができる。The reformer 10 includes a hydrocarbon compound such as methanol supplied from a fuel tank 11 and a water tank 12.
Hydrogen is generated by reacting with water supplied from. The reformer 10 has a burner for obtaining heat energy required for the reforming reaction, and a combustion fuel line 13 for supplying methanol from a fuel tank 11 as its fuel and intake air for combustion from the atmosphere. And a combustion air line 14. The supply amounts of these methanol and air are controllable, and the reformer 10 changes various conditions such as the temperature of the reforming reaction based on a control signal input from the ECU 20 described later to generate hydrogen. The amount generated can be increased or decreased.

【００１８】この改質器１０が燃料ガス製造手段に該当
する。本実施例においては燃料ガス製造手段として、メ
タノールから水素を発生するものを一例として説明して
いるが、後述する燃料電池本体３０が必要とする燃料ガ
スを生成するものであれば良く、その原料及び生成物に
ついては周知の種々の構成が採用可能である。また、本
実施例では、内蔵したバーナにより燃料を燃焼させて、
改質器１０の改質反応が行なわれる部位の温度を所定の
温度としているが、加熱方法、反応方法などについても
適宜変更可能である。なお、本実施例においては、バー
ナへ燃料を供給するにあたって燃料電池本体３０から排
出される未反応水素を供給する未反応水素燃焼ライン１
５も備えられており、燃料電池本体３０の定常的に運転
される状態となれば、この未反応水素をバーナに供給し
て燃焼に供することも可能となっている。未反応水素の
利用については後で詳述する。The reformer 10 corresponds to a fuel gas producing means. In the present embodiment, as the fuel gas producing means, the one that produces hydrogen from methanol is described as an example, but any means that produces the fuel gas required by the fuel cell main body 30 described later may be used, and the raw material thereof. Various well-known configurations can be adopted for the product and the product. In addition, in the present embodiment, the burner built in burns the fuel,
Although the temperature of the portion of the reformer 10 where the reforming reaction is performed is set to a predetermined temperature, the heating method, the reaction method, and the like can be appropriately changed. In this embodiment, the unreacted hydrogen combustion line 1 for supplying unreacted hydrogen discharged from the fuel cell body 30 when supplying fuel to the burner.
5 is also provided, and it becomes possible to supply the unreacted hydrogen to the burner for combustion when the fuel cell main body 30 is in a steady operation state. The utilization of unreacted hydrogen will be described in detail later.

【００１９】燃料電池本体３０は、固体高分子電解質膜
を用いた公知の燃料電池であり、配管路４０を介して改
質器１０に連結されており、所定温度環境下で、同配管
路４０中に介在された加湿器３１にて加湿された水素を
含む改質ガスと水蒸気との混合ガスと、空気ライン３２
から供給される空気中の酸素とを使用して発電を行な
う。発電のための反応は公知のものを利用しており、一
対の電極３３，３４より外部に電力を供給する。燃料電
池本体３０での発電は基本的に供給される燃料ガスの量
によって制限されるため、供給する燃料ガスの量を適宜
制御して発電能力を制御することができる。また、上述
したように燃料電池本体３０は反応過程で残った未反応
水素を排出しており、配管路４０の一部を利用して改質
器１０における未反応水素燃焼ライン１５へと供給して
いる。なお、本実施例の燃料電池本体３０は発電容量が
３０ｋＷ級のものである。The fuel cell main body 30 is a well-known fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane, is connected to the reformer 10 via a pipe 40, and under the predetermined temperature environment, the pipe 40. A mixed gas of reformed gas containing hydrogen and steam, which has been humidified by a humidifier 31 interposed therein, and an air line 32.
Electricity is generated by using oxygen in the air supplied from. A known reaction is used for power generation, and electric power is supplied to the outside from the pair of electrodes 33 and 34. Since power generation in the fuel cell main body 30 is basically limited by the amount of fuel gas supplied, the power generation capacity can be controlled by appropriately controlling the amount of fuel gas supplied. Further, as described above, the fuel cell main body 30 discharges the unreacted hydrogen remaining in the reaction process, and supplies the unreacted hydrogen to the unreacted hydrogen combustion line 15 in the reformer 10 using a part of the pipe line 40. ing. The fuel cell body 30 of this embodiment has a power generation capacity of 30 kW.

【００２０】燃料電池としては、一般に水素を燃料ガス
とするものが多いが、改質器１０などから供給される燃
料ガスを利用して発電可能なものであれば良く、その原
料、反応については特に限定されるものではない。固体
高分子電解質膜を用いたものの他、アルカリ性電解質型
燃料電池、酸性電解質型燃料電池、溶融塩（例えば溶融
炭酸塩）電解質型燃料電池、固体電解質型燃料電池、リ
ン酸型燃料電池など、種々の形式の燃料電池を用いるこ
とができる。Although many fuel cells generally use hydrogen as a fuel gas, any fuel cell can be used as long as it can generate electricity using the fuel gas supplied from the reformer 10 or the like. It is not particularly limited. In addition to those using solid polymer electrolyte membranes, alkaline electrolyte fuel cells, acidic electrolyte fuel cells, molten salt (eg molten carbonate) electrolyte fuel cells, solid electrolyte fuel cells, phosphoric acid fuel cells, etc. Fuel cells of this type can be used.

【００２１】改質器１０と燃料電池本体３０とを繋ぐ配
管路４０は、少なくとも改質器１０から前記加湿器３１
へ水素を供給する往路部４１と、燃料電池本体３０から
改質器１０の側へ未反応水素を戻す復路部４２とを備え
る。これらの往路部４１と復路部４２とは、ＥＣＵ２０
にて開閉を切り換え制御される三方バルブ４３を介して
連結されている。この三方バルブ４３は、通常は往路部
４１と復路部４２との間を閉じており、未反応ガスが復
路部４２から未反応水素燃焼ライン１５へと戻されるよ
うにしている。The pipe 40 connecting the reformer 10 and the fuel cell main body 30 has at least the reformer 10 and the humidifier 31.
A forward path portion 41 that supplies hydrogen to the fuel cell body and a return path portion 42 that returns unreacted hydrogen from the fuel cell main body 30 to the reformer 10 side. The forward path 41 and the return path 42 are connected to the ECU 20.
It is connected via a three-way valve 43 whose opening and closing are controlled by. The three-way valve 43 normally closes the space between the forward path portion 41 and the return path portion 42 so that the unreacted gas is returned from the return path portion 42 to the unreacted hydrogen combustion line 15.

【００２２】この配管路４０における往路部４１には緩
衝用タンク５０が、並列に接続されている。緩衝用タン
ク５０は、約３０リットルの水素を貯留可能な容積を有
し、吸気側にはコンプレッサからなる昇圧器５１と開閉
バルブ５２とが接続され、排気側には開閉バルブ５３が
接続されている。この緩衝用タンク５０は前記改質器１
０から放出される水素量に、前記燃料電池本体３０へ供
給すべき水素量よりも余剰分があるときに一時的に蓄積
しておくものであり、その給排はＥＣＵ２０から、昇圧
器５１，開閉バルブ５２および開閉バルブ５３へ出力さ
れる制御信号により制御される。A buffer tank 50 is connected in parallel to the forward path 41 of the pipe 40. The buffer tank 50 has a volume capable of storing approximately 30 liters of hydrogen, and has a booster 51 composed of a compressor and an opening / closing valve 52 connected to the intake side, and an opening / closing valve 53 connected to the exhaust side. There is. This buffer tank 50 is the reformer 1
The amount of hydrogen released from 0 is temporarily stored when there is a surplus of the amount of hydrogen to be supplied to the fuel cell main body 30, and the supply / discharge of the hydrogen is performed from the ECU 20 by the booster 51, It is controlled by a control signal output to the open / close valve 52 and the open / close valve 53.

【００２３】本実施例で用いた緩衝用タンク５０は水素
を貯留可能な通常のタンクであるが、水素の一時的な貯
留を可能とするものでその構成は問わない。例えば、タ
ンク内に水素吸蔵合金を充填しておき、温度差を与えて
水素の吸着、放出を行なうようにしても良い。いずれの
構成を採用した場合でも、本実施例にいう緩衝用タンク
５０は、燃料電池本体３０の負荷が大きくなったときに
必要な燃料ガスを十分にまかなうことができるほどの大
容量なものは想定していない。電気自動車の駆動用モー
タに電力を供給する本実施例の燃料電池本体３０では、
アクセルの踏み込みなどに伴い、その要求電力が急増す
る場合が考えられる。こうした要求電力の急増に対し
て、改質器１０の能力の向上が追いつくには、本実施例
では約３０秒が必要である。この３０秒間のタイムラグ
を解消するためには、約２００リットルの水素を貯留す
る容量が必要となるが、本実施例で採用した緩衝用タン
ク５０の場合は３０リットルほどの容量となっている。
水素吸蔵合金を用いた場合でも、同等の水素が吸蔵でき
る程度の容量のものを用いる。本来必要とされる水素量
よりも数分の１の容量の緩衝用タンク５０で足りる理由
については、ＥＣＵ２０による制御と共に後述する。The buffer tank 50 used in this embodiment is an ordinary tank capable of storing hydrogen, but it is capable of temporarily storing hydrogen and may have any configuration. For example, the tank may be filled with a hydrogen storage alloy, and a temperature difference may be given to adsorb and release hydrogen. Whichever configuration is adopted, the buffer tank 50 according to the present embodiment has a large capacity enough to supply the required fuel gas when the load of the fuel cell main body 30 becomes large. I do not assume. In the fuel cell main body 30 of this embodiment that supplies electric power to the drive motor of the electric vehicle,
It is conceivable that the required power may increase rapidly as the accelerator is depressed. It takes about 30 seconds in this embodiment for the improvement in the capacity of the reformer 10 to catch up with the sudden increase in the required power. In order to eliminate this time lag of 30 seconds, a capacity of storing about 200 liters of hydrogen is required, but the buffer tank 50 adopted in this embodiment has a capacity of about 30 liters.
Even if a hydrogen storage alloy is used, it should have a capacity capable of storing hydrogen equivalently. The reason why the buffer tank 50 having a capacity of a fraction of the originally required hydrogen amount is sufficient will be described later together with the control by the ECU 20.

【００２４】上述した配管路４０の三方バルブ４３は通
常時は往路部４１と復路部４２との間を閉じていること
は既に説明したが、ＥＣＵ２０からの制御信号に基づい
て同往路部４１と復路部４２との間を開くとともに、復
路部４２と未反応水素燃焼ライン１５へとの間を閉じる
ことができる。このときに同往路部４１と復路部４２と
の間に直列に介在されている昇圧器６１を、ＥＣＵ２０
からの制御信号に基づいて駆動すれば、燃料電池本体３
０から排気されて配管路４０中に流されている未反応水
素を往路部４１に還流させることができる。未反応水素
の還流により、燃料電池本体３０へ供給される水素量を
一時的に増やして発電量を増加させることができる。It has already been described that the above-mentioned three-way valve 43 of the pipe 40 normally closes the space between the forward path portion 41 and the return path portion 42, but the forward path portion 41 and the forward path portion 41 are connected to each other based on the control signal from the ECU 20. It is possible to open a space between the return path portion 42 and the return path portion 42 and the unreacted hydrogen combustion line 15. At this time, the booster 61 interposed in series between the forward path portion 41 and the return path portion 42 is connected to the ECU 20.
If driven based on the control signal from the fuel cell main body 3,
The unreacted hydrogen exhausted from 0 and flowing in the pipeline 40 can be returned to the outward path 41. By returning unreacted hydrogen, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell main body 30 can be temporarily increased to increase the amount of power generation.

【００２５】すなわち、本実施例においては、かかる配
管路４０の構成と三方バルブ４３と昇圧器６１、および
これらを制御するＥＣＵ２０とによって還流手段を構成
する。本実施例においては還流経路をこのように設定し
ているが、燃料電池本体３０から排気される未反応水素
が再び燃料電池本体３０へ供給される構成をとるのであ
れば、バルブのタイプや配置などは適宜変更可能であ
る。また、後述するＥＣＵ２０における制御例について
も、実質的に未反応水素の還流を実現できれば良いこと
はいうまでもない。That is, in the present embodiment, the recirculation means is constituted by the structure of the pipe 40, the three-way valve 43, the booster 61, and the ECU 20 for controlling them. Although the reflux path is set in this way in this embodiment, if the unreacted hydrogen exhausted from the fuel cell main body 30 is supplied to the fuel cell main body 30 again, the valve type and arrangement are set. Can be changed as appropriate. Further, it goes without saying that the control example in the ECU 20, which will be described later, need only substantially realize the reflux of unreacted hydrogen.

【００２６】一方、配管路４０の往路部４１には、加湿
器３１の手前に昇圧器６２が介装されるとともに、燃料
電池本体３０に酸素を含んだ空気を送り込む空気ライン
３２にも昇圧器６３が介在されている。これらの昇圧器
６２，６３は、ＥＣＵ２０からの制御信号に基づいて、
その動作が制御されている。これらの昇圧器６２，６３
を駆動すると、燃料電池本体３０へ供給される水素の圧
力と空気の圧力とが上昇する。この導入圧力が高まる
と、燃料電池本体３０内における水素ならびに空気中に
含まれる酸素の利用率が増加し、発生する電力も増加す
る。On the other hand, in the forward path 41 of the pipe 40, a booster 62 is provided in front of the humidifier 31, and the booster is also provided in the air line 32 for sending air containing oxygen to the fuel cell body 30. 63 is interposed. These boosters 62 and 63 are based on a control signal from the ECU 20,
Its operation is controlled. These boosters 62, 63
When is driven, the pressure of hydrogen and the pressure of air supplied to the fuel cell main body 30 rise. When the introduction pressure increases, the utilization rate of hydrogen in the fuel cell main body 30 and oxygen contained in the air increases, and the generated electric power also increases.

【００２７】従って、本実施例においては、これらの昇
圧器６２，６３とＥＣＵ２０とによって導入圧力増加手
段を構成している。導入圧力を増加させるにはこのよう
なコンプレッサなどからなる昇圧器６２，６３を使用す
る以外の各種方法が適用可能である。例えば、配管路４
０の往路部４１にシリンダ−ピストンタイプのポンプを
配設するとともに、アクセルワイヤに連結してピストン
を押し込み可能にしておく。このようにすれば、アクセ
ルを踏み込んだときに配管路４０内の圧力が高まり、同
じ効果が得られる。Therefore, in the present embodiment, the booster 62, 63 and the ECU 20 constitute the introduction pressure increasing means. In order to increase the introduction pressure, various methods other than using the boosters 62 and 63 composed of such compressors can be applied. For example, pipeline 4
A cylinder-piston type pump is provided in the forward path 41 of 0 and is connected to an accelerator wire so that the piston can be pushed. By doing so, the pressure in the pipeline 40 increases when the accelerator is depressed, and the same effect can be obtained.

【００２８】上述した各種制御を行うＥＣＵ２０は、各
種演算処理を行う中央演算処理ユニットのＣＰＵ２１
と、プログラムや各種データなどを記憶する読み出し専
用メモリのＲＯＭ２２と、演算処理で利用するデータな
どを一時的に記憶するＲＡＭ２３と、外部機器との信号
のやりとりを実行するＩ／Ｏ２４などを備えており、図
３に示すフローチャートに対応したプログラムを実行し
ている。この意味で当該ＥＣＵ２０は燃料ガス量制御手
段を構成する。The ECU 20 for performing the above-mentioned various controls is the CPU 21 of the central processing unit for performing various arithmetic processes.
A read-only memory ROM 22 for storing programs and various data; a RAM 23 for temporarily storing data used in arithmetic processing; and an I / O 24 for exchanging signals with external devices. The program corresponding to the flowchart shown in FIG. 3 is being executed. In this sense, the ECU 20 constitutes a fuel gas amount control means.

【００２９】一方、このＥＣＵ２０には、データ入力手
段としての、アクセル開度センサ７１と、地形情報を出
力するためのナビゲーションシステム７２と、改質器１
０に内蔵されて発生した水素量をフィードバックするた
めの流量計１６が接続されている。On the other hand, the ECU 20 has an accelerator opening sensor 71 as data input means, a navigation system 72 for outputting topographical information, and the reformer 1.
A flow meter 16 built in 0 for feeding back the generated hydrogen amount is connected.

【００３０】アクセル開度センサ７１は、アクセルペダ
ル７５に連結されて同ペダルの踏み込み量を検出するポ
ジションセンサであり、ＥＣＵ２０に対してアクセルペ
ダル７５の踏み込み量に対応した信号を出力する。アク
セルペダルの踏み込み量は、概ね燃料電池本体３０に対
する要求電力に対応しており、この踏み込み量だけから
燃料電池本体３０の負荷を推定することもできる。The accelerator opening sensor 71 is a position sensor that is connected to the accelerator pedal 75 to detect the amount of depression of the pedal, and outputs a signal corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal 75 to the ECU 20. The amount of depression of the accelerator pedal generally corresponds to the required power for the fuel cell main body 30, and the load on the fuel cell main body 30 can be estimated only from this amount of depression.

【００３１】本実施例では、更に、地形情報を入力する
ためのナビゲーションシステム７２も備えている。同ナ
ビゲーションシステム７２は、図２に示すように、ＧＰ
Ｓユニットと自立航法ユニットとマップとマップマッチ
ングユニットとを備えており、ＧＰＳユニットと自立航
法ユニットとによって位置情報を求めつつ、マップマッ
チングユニットにて予め記憶したマップの地図データと
照らし合わせて正確な位置を求める。そして、同地図デ
ータから走行中の道路およびこれから走行しようとして
いる道路の傾斜を求めるようにしている。In this embodiment, a navigation system 72 for inputting topographical information is further provided. The navigation system 72, as shown in FIG.
The S unit, the self-contained navigation unit, the map, and the map matching unit are provided, and the position information is obtained by the GPS unit and the self-contained navigation unit, and the map matching unit accurately compares the position information with the map data of the map stored in advance. Find the position. Then, the slopes of the road on which the vehicle is traveling and the road on which the vehicle is about to travel are obtained from the map data.

【００３２】本実施例においては、地形情報としてナビ
ゲーションシステム７２にて道路の傾斜情報を得ている
が、負荷に影響を及ぼすような地形データであればよ
い。従って、高速道路の入口のように大きな負荷がかか
る前提情報であっても同様に地形データとして処理可能
である。一方、傾斜として考えた場合、重力式の傾斜セ
ンサ７３で検出するようにしても良い。In this embodiment, the inclination information of the road is obtained by the navigation system 72 as the terrain information, but any terrain data that affects the load may be used. Therefore, even precondition information that requires a large load, such as an entrance to a highway, can be processed as topographical data. On the other hand, when the inclination is considered, it may be detected by the gravity type inclination sensor 73.

【００３３】流量計１６は、改質器１０により供給され
る水素の流量を計測するものであり、可動羽根を有する
周知の気体用の流量計を用いることができる。なお、流
量計１６は、必ずしも水素の流量を直接計測する必要は
なく、発生する水素の量が判断できれば圧力計を用いる
ことも可能である。The flow meter 16 measures the flow rate of hydrogen supplied by the reformer 10, and a known gas flow meter having movable blades can be used. The flow meter 16 does not necessarily have to directly measure the flow rate of hydrogen, and a pressure gauge can be used if the amount of hydrogen generated can be determined.

【００３４】次に、ＥＣＵ２０の制御プログラムを参照
しつつ本実施例の燃料電池システムの動作を説明する。
ＥＣＵ２０は、燃料電池システムが使用状態になると、
図３に示す燃料電池制御処理を実行する。この処理が起
動されると、まず、ステップＳ１１０にて基礎データを
入力する。基礎データはアクセル開度センサ７１にて計
測されるアクセルペダルの踏み込み量や、ナビゲーショ
ンシステム７２から入力される地形情報としての傾斜量
である。Next, the operation of the fuel cell system of this embodiment will be described with reference to the control program of the ECU 20.
When the fuel cell system is in use, the ECU 20
The fuel cell control process shown in FIG. 3 is executed. When this process is activated, first, basic data is input in step S110. The basic data is the accelerator pedal depression amount measured by the accelerator opening sensor 71 and the inclination amount as topographical information input from the navigation system 72.

【００３５】基礎データを入力すると、ステップＳ１２
０にて必要な燃料ガス（水素）の量を算出する。本実施
例の場合、アクセルペダルの踏み込み量だけではなく、
その地形の情報をも含めて将来的な水素の必要量を算出
する。例えば、傾斜が上り坂を示している場合には、大
きな負荷が継続するものと計算できるし、同じアクセル
ペダルの踏み込み量でも、傾斜が下り坂を示している場
合には負荷もさほど大きくならないものと計算できる。
必要とされる発電量から水素量を正確に計算しても良い
し、例えば、必要な水素量を三段階とか四段階に大まか
に区分して求めても良い。When basic data is input, step S12
At 0, the required amount of fuel gas (hydrogen) is calculated. In the case of this embodiment, not only the amount of depression of the accelerator pedal,
Calculate the future hydrogen requirement including the topographical information. For example, if the slope indicates an uphill slope, it can be calculated that a large load will continue, and even if the same accelerator pedal depression amount indicates that the slope indicates a downhill slope, the load will not increase significantly. Can be calculated.
The amount of hydrogen may be accurately calculated from the required amount of power generation, or, for example, the required amount of hydrogen may be roughly divided into three or four stages.

【００３６】このようにして水素の必要量を計算した
ら、その必要量に応じて、現在の燃料電池本体３０での
水素の使用量と、改質器１０で発生している水素の量と
を比較し、不足分や余剰分に応じて以下のような制御を
実行する。なお、改質器１０に対する水素の発生量の指
示としては、原料のメタノールなどの流量を指示しつ
つ、同時に供給するスチームの流量を指示する。また、
これと並行し、これらを原材料とする改質反応に必要な
改質器１０内の熱量を計算し、必要な加熱量を求めて、
燃焼燃料ライン１３と未反応水素燃焼ライン１５から供
給する燃料量（メタノールまたは未反応水素量）を指示
する。燃料電池本体３０における発電量は、基本的に改
質器１０などから供給される水素の量に応じて増大す
る。When the required amount of hydrogen is calculated in this way, the current amount of hydrogen used in the fuel cell body 30 and the amount of hydrogen generated in the reformer 10 are calculated according to the required amount. By comparison, the following control is executed according to the shortage and surplus. As the instruction of the hydrogen generation amount to the reformer 10, the flow rate of the raw material such as methanol is instructed, and at the same time, the flow rate of the steam to be supplied is instructed. Also,
In parallel with this, the amount of heat in the reformer 10 required for the reforming reaction using these as raw materials is calculated, and the required amount of heat is calculated,
The amount of fuel supplied from the combustion fuel line 13 and the unreacted hydrogen combustion line 15 (the amount of methanol or unreacted hydrogen) is indicated. The power generation amount in the fuel cell main body 30 basically increases in accordance with the amount of hydrogen supplied from the reformer 10 and the like.

【００３７】必要な水素量を計算した後（ステップＳ１
２０）、ステップＳ１３０では現在発生している水素量
が十分であるか否かを判断する。改質器１０で発生して
いる水素量が必要な水素量に対して十分であれぱ、水素
量を増加する特別な指示を行なうことなく、ステップＳ
１４０にて改質器１０に対して必要な水素量を継続して
発生させるように指示を出す。これにより、ステップＳ
１１０にて入力した基礎データに基づく制御を終了す
る。After calculating the required amount of hydrogen (step S1
20) In step S130, it is determined whether or not the amount of hydrogen currently generated is sufficient. If the amount of hydrogen generated in the reformer 10 is sufficient for the required amount of hydrogen, step S is performed without giving a special instruction to increase the amount of hydrogen.
At 140, the reformer 10 is instructed to continuously generate the required amount of hydrogen. Thereby, step S
The control based on the basic data input at 110 is terminated.

【００３８】これに対し、ステップＳ１４０で、水素量
が不足すると判断した場合は、まず、ステップＳ１５０
にて未反応水素の還流の指示を行なう。すなわち、三方
バルブ４３に制御信号を出力し、配管路４０における復
路部４２と未反応水素燃焼ライン１５との接続を遮断す
ると共に、同復路部４２を往路部４１に接続させ、か
つ、未反応水素が往路部４１を介して燃料電池本体３０
へ供給されるように昇圧器６１を作動させる。続くステ
ップＳ１６０で未反応水素の還流で不足分が足りるもの
であるか判断し、足りる状況であれば、ステップＳ１４
０にてこの不足分を補うことができる程度の水素を発生
させるべく改質器１０に能力の指示を与え、燃料制御処
理ルーチンを一旦終了する。On the other hand, when it is determined in step S140 that the amount of hydrogen is insufficient, first, step S150.
Instruct to reflux unreacted hydrogen. That is, a control signal is output to the three-way valve 43 to cut off the connection between the return line portion 42 and the unreacted hydrogen combustion line 15 in the pipe line 40, connect the return line portion 42 to the forward line portion 41, and unreacted. Hydrogen passes through the outflow portion 41, and the fuel cell main body 30
The booster 61 is operated so as to be supplied to. In the subsequent step S160, it is determined whether or not the unreacted hydrogen is sufficiently refluxed, and if sufficient, the step S14 is performed.
At 0, an instruction of capacity is given to the reformer 10 in order to generate hydrogen to the extent that this shortage can be compensated, and the fuel control processing routine is once ended.

【００３９】未反応水素の還流だけで足りない場合に
は、緩衝用タンク５０に蓄積してある水素を放出すべく
緩衝用タンクを開く指示を与える（ステップＳ１７
０）。すなわち、開閉バルブ５３に対して弁を開くよう
に制御信号を出力する。これにより、緩衝用タンク５０
から水素が放出され始める。この後、不足分が緩衝用タ
ンク５０内の水素だけで足りるか否かを判断する。そし
て、足りるようであればステップＳ１４０にて、水素の
不足分を補うことができる程度の水素を発生させるよう
改質器１０に能力の指示を与える。When the unreacted hydrogen is simply recirculated, it is instructed to open the buffer tank to release the hydrogen accumulated in the buffer tank 50 (step S17).
0). That is, the control signal is output to the opening / closing valve 53 so as to open the valve. Thereby, the buffer tank 50
Begins to release hydrogen. After this, it is determined whether the shortage is sufficient with hydrogen in the buffer tank 50. Then, if it is sufficient, in step S140, an instruction of the capacity is given to the reformer 10 so as to generate hydrogen to the extent that the shortage of hydrogen can be compensated.

【００４０】上述したように、緩衝用タンク５０の容量
は３０リットル程度である。アクセルペダル７５が踏み
込まれ、電気自動車のモータに最大トルクの発生が要求
された状況では、燃料電池本体３０をその最大能力で運
転する必要が生じる。この場合、燃料電池本体３０では
４００リットル／分の水素を使用することになるが、改
質器１０の水素製造能力をこのレベルまで上昇させるに
は、本実施例では、約３０秒程度の時間を要する。この
結果、約２００リットルの水素が必要となる。したがっ
て、上述した未反応水素の還流や緩衝用タンク５０内の
水素の放出では、必要な発電を行なうための水素が不足
する状況が生じる。As described above, the buffer tank 50 has a capacity of about 30 liters. In a situation where the accelerator pedal 75 is depressed and the motor of the electric vehicle is required to generate the maximum torque, it becomes necessary to operate the fuel cell main body 30 at its maximum capacity. In this case, 400 liters / minute of hydrogen is used in the fuel cell main body 30, but in order to raise the hydrogen production capacity of the reformer 10 to this level, in this embodiment, it takes about 30 seconds. Requires. As a result, about 200 liters of hydrogen are required. Therefore, when the unreacted hydrogen is recirculated or the hydrogen in the buffer tank 50 is released, there is a situation in which the hydrogen required for power generation is insufficient.

【００４１】このような場合、ＥＣＵ２０は、昇圧器６
２と昇圧器６３とを駆動し、燃料電池本体３０への水素
と大気の導入圧力を上昇させる（ステップＳ１９０）。
その上で、改質器１０に対して水素発生量を所定量増や
すように指示する（ステップＳ２００）。なお、昇圧器
６１については未反応水素を還流させたステップＳ１５
０の時点で昇圧運転を開始している。In such a case, the ECU 20 uses the booster 6
2 and the booster 63 are driven to raise the introduction pressure of hydrogen and the atmosphere into the fuel cell main body 30 (step S190).
Then, the reformer 10 is instructed to increase the hydrogen generation amount by a predetermined amount (step S200). Regarding the booster 61, the unreacted hydrogen was refluxed in step S15.
At time 0, boosting operation is started.

【００４２】その後、ＥＣＵ２０は、流量計１６からの
入力データに基づいて改質器１０での水素発生量をモニ
タし（ステップＳ２１０）、改質器１０の発生する水素
量が必要量となるまでその能力が上昇したかをチェック
し（ステップＳ２２０）、能力が必要量に達するまで、
ステップＳ２００に戻って、水素発生量の増加を繰り返
し指示する。改質器１０による水素の発生量が、必要量
となるまで上昇したときには改質器１０に対してそれ以
上は能力を上昇させないように指示して、改質能力を維
持する（ステップＳ２３０）。また、改質器１０から発
生する水素量が必要量に達した後は、昇圧器６２，６３
による昇圧を停止する（ステップＳ２４０）。After that, the ECU 20 monitors the hydrogen generation amount in the reformer 10 based on the input data from the flow meter 16 (step S210) until the hydrogen amount generated in the reformer 10 becomes the required amount. Check whether the ability has increased (step S220), until the ability reaches the required amount,
Returning to step S200, the increase of the hydrogen generation amount is repeatedly instructed. When the amount of hydrogen generated by the reformer 10 has increased to the required amount, the reformer 10 is instructed not to further increase the capacity, and the reforming capacity is maintained (step S230). Further, after the amount of hydrogen generated from the reformer 10 reaches the required amount, the boosters 62, 63
The boosting due to is stopped (step S240).

【００４３】以上説明したように、本実施例では、水素
の不足状況に応じて、適宜、緩衝用タンク５０内の水素
を使用したり、未反応水素を還流したり、導入圧力を上
昇することにより、小さな緩衝用タンク５０を搭載する
だけで、発電の要求が過渡的に上昇しても、実用的な発
電量を得ることができる。この結果、燃料電池システム
の形状を小型にでき、車載が容易になると言う利点が得
られる。As described above, in the present embodiment, hydrogen in the buffer tank 50 is used, unreacted hydrogen is recirculated, or the introduction pressure is increased, depending on the shortage of hydrogen. Therefore, even if the demand for power generation is transiently increased, a practical amount of power generation can be obtained only by mounting the small buffer tank 50. As a result, the shape of the fuel cell system can be made small, and there is an advantage that the vehicle can be easily mounted.

【００４４】次に本発明の第２実施例について説明す
る。第２実施例の燃料電池システムは、第１実施例と同
一のハードウェア構成を有し、ＥＣＵ２０による制御の
み異なる。即ち、第２実施例の燃料電池システムは、図
４に示す燃料制御処理ルーチンを実行する。この処理ル
ーチンが起動されると、ＥＣＵ２０は、まずアクセル開
度センサ７１からのアクセル開度やナビゲーションシス
テム７２からの地形情報など、発電量の予測演算に必要
な基礎データを読み込む処理を行なう（ステップＳ３０
０）。次に、これらのデータに基づいて、燃料電池本体
３０が発電すべき発電量の予測値を演算する処理を行な
う（ステップＳ３１０）。Next, a second embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system of the second embodiment has the same hardware configuration as that of the first embodiment, and is different only in the control by the ECU 20. That is, the fuel cell system of the second embodiment executes the fuel control processing routine shown in FIG. When this processing routine is activated, the ECU 20 first performs processing for reading basic data necessary for predictive calculation of power generation amount, such as accelerator opening from the accelerator opening sensor 71 and topographical information from the navigation system 72 (step). S30
0). Next, based on these data, a process of calculating the predicted value of the power generation amount that the fuel cell main body 30 should generate is performed (step S310).

【００４５】こうした求めた予測値から、必要とされる
水素量が増加するか否かを判断し（ステップＳ３２
０）、必要な水素量が所定期間以上増加する判断した場
合には、改質器１０に対してその能力を上昇させるよう
指示を行なう（ステップＳ３３０）。他方、必要水素量
の増加が一時的なものであると判断された場合には、改
質器１０に対しては特に指示を行なわず、三方バルブ４
３の切り替えや昇圧器６１の作動による未反応水素の還
流や、開閉バルブ５３の開弁や昇圧器６２，６３の作動
による緩衝用タンク５０内水素の利用および燃料圧力の
上昇による発電効率の上昇などを行なう（ステップＳ３
４０）。なお、必要水素量の増加が所定期間に亘ると判
断した場合も、これらの未反応水素の還流等の処理は行
なわれる。From the thus obtained predicted value, it is judged whether or not the required hydrogen amount increases (step S32).
0) If it is determined that the required amount of hydrogen increases for a predetermined period or more, the reformer 10 is instructed to increase its capacity (step S330). On the other hand, when it is determined that the increase in the required amount of hydrogen is temporary, the reformer 10 is not instructed and the three-way valve 4
3 and switching of the booster 61 to recirculate unreacted hydrogen, opening of the on-off valve 53 and operation of the boosters 62 and 63 to use hydrogen in the buffer tank 50, and increase in fuel pressure to increase power generation efficiency. And so on (step S3
40). Even when it is determined that the increase in the required amount of hydrogen is over the predetermined period, the process such as the reflux of the unreacted hydrogen is performed.

【００４６】必要となる水素量の増加があると判断され
た場合の処理は以上の通りであるが、増加がないと判断
された場合や上記の処理を行なった後は、必要となる水
素量の低減があるかを判断する（ステップＳ３６０）。
必要水素量が所定期間に亘って低減すると判断された場
合には、改質器１０に対してその能力を低下させるよう
指示を行ない（ステップＳ３７０）、その後、緩衝用タ
ンク５０への水素の充填処理を行なう（ステップＳ３８
０）。水素の充填処理は、必要水素量の低減が一時的な
ものである場合も行なわれる。実際の処理は、緩衝用タ
ンク５０の下流の開閉バルブ５３を閉弁し、緩衝用タン
ク５０の上流に設けられた開閉バルブ５２を開弁し、昇
圧器５１を作動して、高圧の水素を緩衝用タンク５０に
送り込むことにより行なわれる。以上の処理の後、「Ｅ
ＮＤ」に抜けて、本処理ルーチンを終了する。The processing when it is determined that the required amount of hydrogen has increased is as described above. However, when it is determined that the amount of hydrogen has not increased, or after the above-mentioned processing has been performed, the required amount of hydrogen is required. Is determined (step S360).
When it is determined that the required amount of hydrogen is reduced over a predetermined period, the reformer 10 is instructed to reduce its capacity (step S370), and then the buffer tank 50 is filled with hydrogen. Perform processing (step S38)
0). The hydrogen filling process is also performed when the reduction of the required amount of hydrogen is temporary. In actual processing, the opening / closing valve 53 downstream of the buffer tank 50 is closed, the opening / closing valve 52 provided upstream of the buffer tank 50 is opened, and the booster 51 is operated to release high-pressure hydrogen. It is carried out by sending it into the buffer tank 50. After the above processing, "E
"ND" and ends this processing routine.

【００４７】この実施例の燃料電池システムによれば、
アクセルペダル７５の踏み込み量や車輌が走行している
地形の情報から、今後必要とされる発電量に応じて必要
される水素量を予測し、その変化が一時的なものである
場合には、未反応水素の還流や小規模な緩衝用タンク５
０内の水素の利用、更には燃料電池本体３０の燃料圧力
の上昇などの対応により、必要な水素量を確保して発電
を行なうことができる。また、必要とされる水素量の増
加が所定期間、例えば３０秒以上に亘ると判断した場合
には、これらの処置と共に改質器１０の能力の上昇を指
示し、必要な電力の発電を継続することができる。更
に、必要な水素量が低減すると判断した場合には、余剰
の水素を緩衝用タンク５０に充填するから、水素の無駄
を生じることがない。According to the fuel cell system of this embodiment,
From the information on the amount of depression of the accelerator pedal 75 and the terrain on which the vehicle is traveling, predict the amount of hydrogen required according to the amount of power generation required in the future, and if the change is temporary, Reflux of unreacted hydrogen and small-scale buffer tank 5
By utilizing the hydrogen in 0 and further increasing the fuel pressure of the fuel cell body 30, it is possible to secure the required amount of hydrogen and generate electricity. Further, when it is determined that the required increase in the hydrogen amount is over a predetermined period, for example, 30 seconds or more, along with these measures, the increase in the capacity of the reformer 10 is instructed, and the generation of the necessary electric power is continued. can do. Further, when it is determined that the required amount of hydrogen is reduced, excess hydrogen is filled in the buffer tank 50, so that no waste of hydrogen occurs.

【００４８】以上、本発明のいくつかの実施例について
説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるも
のではなく、種々の態様で実施することができ、例えば
次の変形が可能である。上述した実施例では、未反応水
素を還流させる指示を与えてから未反応水素だけで足り
るか否かを判断したり、緩衝用タンク５０を開く指示を
与えてからそれで足りるか否かを判断しているが、水素
の不足分が未反応水素の還流や緩衝用タンク５０の開放
や導入圧力で足りるか否かを先に判断し、それぞれで足
りる場合と足りない場合とに分岐しておいて必要なだけ
の水素を燃料電池本体３０に供給するような制御を行な
うことができる。Although some embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various modes. For example, the following modifications are possible. Is. In the above-described embodiment, it is determined whether unreacted hydrogen is sufficient after giving an instruction to recirculate unreacted hydrogen, or whether it is sufficient after giving an instruction to open the buffer tank 50. However, it is first judged whether or not the shortage of hydrogen is sufficient for the reflux of unreacted hydrogen, the opening of the buffer tank 50, and the introduction pressure, and the branch is made depending on whether each is sufficient or not. It is possible to perform control so that as much hydrogen as necessary is supplied to the fuel cell main body 30.

【００４９】また、最初に、未反応水素を還流させ、次
に、緩衝用タンク５０を開き、最後に導入圧力を上昇す
るようにしているが、必要に応じて適宜その順番を変更
することも可能であり、上述した順番に限定されるもの
ではない。例えば、通常時は緩衝用タンク５０を開閉し
て水素の不足分を補っておき、それで足りない場合に未
反応水素を還流させたり、導入圧力を上昇させるように
してもよい。もとより、これらの総ての対応が必須では
なく、未反応水素の還流、小規模な緩衝用タンク５０内
の水素の利用、水素圧力の上昇の何れか一つのみ採用す
ることも何等差し支えない。Further, first, the unreacted hydrogen is refluxed, then the buffer tank 50 is opened, and finally the introduction pressure is increased. However, the order may be appropriately changed as necessary. It is possible and is not limited to the above order. For example, under normal conditions, the buffer tank 50 may be opened and closed to make up for the shortage of hydrogen, and if this is not sufficient, unreacted hydrogen may be refluxed or the introduction pressure may be increased. Of course, all of these measures are not essential, and it is no problem to employ only one of the unreacted hydrogen reflux, the use of hydrogen in the small-scale buffer tank 50, and the increase of hydrogen pressure.

【００５０】さらに、地形情報から将来的な燃料ガスの
必要量を算出するようにしているが、必ずしも将来的な
燃料ガスの必要量まで計算する必要はなく、その時点で
の燃料ガスの必要量だけをアクセルペダルの踏み込み量
から計算するようにしても良い。また、燃料ガスの必要
量は、例えば燃料電池本体３０と駆動用モータとの間に
バッテリを設け、このバッテリへの充放電の電流の状態
から過負荷気味か余裕のある状態であるかを計算するよ
うにしても良い。地形情報については各種の変更が可能
であることは上述したとおりである。Further, although the future required amount of fuel gas is calculated from the topographical information, it is not always necessary to calculate up to the required amount of future fuel gas, and the required amount of fuel gas at that time is required. It is also possible to calculate only from the amount of depression of the accelerator pedal. In addition, the required amount of fuel gas is calculated, for example, by providing a battery between the fuel cell main body 30 and the drive motor, and determining whether the battery is overloaded or has a margin from the state of current for charging and discharging the battery. It may be done. As described above, various changes can be made to the terrain information.

【００５１】このように、燃料電池本体３０の側で必要
とする水素の不足状況に応じて、ＥＣＵ２０は、開閉バ
ルブ５２，５３と昇圧器５１を制御して緩衝用タンク５
０内の水素を使用したり、三方バルブ４３と昇圧器６１
を制御して未反応水素を還流させたり、昇圧器６２，６
３を制御して燃料電池本体３０の燃料ガスの圧力を上昇
させることにより、小さな緩衝用タンク５０であっても
過渡的な負荷急増を克服して実用的な発電量を得ること
ができる。As described above, the ECU 20 controls the open / close valves 52 and 53 and the booster 51 to respond to the shortage of hydrogen required on the fuel cell main body 30 side, and thereby the buffer tank 5
Use hydrogen in 0, three-way valve 43 and booster 61
Of the unreacted hydrogen by controlling the
By controlling 3 to increase the pressure of the fuel gas in the fuel cell main body 30, even a small buffer tank 50 can overcome a transient sudden load increase and obtain a practical power generation amount.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システム
の概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

【図２】制御入力としての地形情報を出力するナビゲー
ションシステムの概略構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a navigation system that outputs topographical information as a control input.

【図３】第１実施例における制御内容を示すフローチャ
ートである。FIG. 3 is a flowchart showing control contents in the first embodiment.

【図４】第２実施例における制御内容に示すフローチャ
ートである。FIG. 4 is a flowchart showing control contents in the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…改質器 １６…流量計 ２０…ＥＣＵ ３０…燃料電池本体 ４０…配管路 ４１…往路部 ４２…復路部 ４３…三方バルブ ５０…緩衝用タンク ５１…昇圧器 ５２…開閉バルブ ５３…開閉バルブ ６１〜６３…昇圧器 ７１…アクセル開度センサ ７２…ナビゲーションシステム ７３…傾斜センサ ７５…アクセルペダル 10 ... Reformer 16 ... Flowmeter 20 ... ECU 30 ... Fuel cell main body 40 ... Piping path 41 ... Forward path 42 ... Return path 43 ... Three-way valve 50 ... Buffer tank 51 ... Booster 52 ... Open / close valve 53 ... Open / close valve 61-63 ... Booster 71 ... Accelerator opening sensor 72 ... Navigation system 73 ... Inclination sensor 75 ... Accelerator pedal

フロントページの続き (72)発明者 遠畑 良和 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小滝 正宏 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Yoshikazu Tobata 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Kotaki 1 Ochiai, Nagachibata, Kasuga Town, Nishikasugai District, Aichi Toyoda Gosei Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 燃料電池を備え、この燃料電池を用いて
電力を外部に供給する燃料電池システムであって、 燃料電池用の燃料ガスを生成する燃料ガス製造手段と、 この燃料ガス製造手段から前記燃料電池に至るガス供給
用通路およびこの燃料電池からの排気通路を含む配管路
と、 この配管路の該供給用通路に介在され、前記燃料ガスを
貯留可能な緩衝用タンクと、 前記燃料電池に対する外部からの電力要求の一時的な増
加を検出する要求量検出手段と、 該要求量検出手段により電力要求の一時的な増加が検出
されたとき、前記配管路内および前記緩衝用タンクの燃
料ガスを利用して、前記燃料電池に供給するガス量を一
時的に増加させる反応ガス量増加手段とを備えた燃料電
池システム。1. A fuel cell system comprising a fuel cell and supplying electric power to the outside by using the fuel cell, the fuel gas producing means producing fuel gas for the fuel cell, and the fuel gas producing means. A pipe passage including a gas supply passage leading to the fuel cell and an exhaust passage from the fuel cell; a buffer tank interposed in the supply passage of the pipe passage and capable of storing the fuel gas; Demand amount detection means for detecting a temporary increase in the power demand from the outside to the fuel cell, and when the demand amount detection means detects a temporary increase in the power demand, the fuel in the pipeline and the buffer tank A fuel cell system comprising: a reaction gas amount increasing means for temporarily increasing the amount of gas supplied to the fuel cell by using gas. 【請求項２】 請求項１に記載の燃料電池システムであ
って、 この燃料電池システムは、車輌の駆動エネルギを供給す
るシステムであり、 前記要求量検出手段は、車輌が走行する地形の情報を入
力して電力要求の一時的な増加を検出する手段である燃
料電池システム。2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is a system for supplying driving energy to a vehicle, and the required amount detecting means is provided with information on a terrain on which the vehicle travels. A fuel cell system that is a means for inputting and detecting a temporary increase in power demand. 【請求項３】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
て、 この燃料電池システムは、車輌の駆動エネルギを供給す
るシステムであり、前記要求量検出手段は、 車輌の走行範囲の地形情報を予め記憶した地形情報記憶
手段と、 少なくとも車輌の走行位置および走行方向を含む走行情
報を検出する走行情報検出手段と、 該検出された走行位置と走行方向とに基づいて、前記地
形情報記憶手段に記憶され地形情報を参照し、将来の電
力要求の一時的な変動を推定する推定手段とを備えた燃
料電池システム。3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is a system for supplying drive energy of a vehicle, and the required amount detecting means preliminarily obtains topographical information of a traveling range of the vehicle. The stored topographical information storage means, the traveling information detection means for detecting traveling information including at least the traveling position and traveling direction of the vehicle, and the storage in the topographical information storage means based on the detected traveling position and traveling direction. A fuel cell system including an estimation unit that refers to the topographical information and estimates a temporary fluctuation in future power demand. 【請求項４】 請求項１ないし３の何れかに記載の燃料
電池システムであって、前記反応ガス量増加手段は、前
記燃料電池からの排気通路に存在する未反応燃料ガスを
再び当該燃料電池に供給させる還流手段を備えた燃料電
池システム。4. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the reaction gas amount increasing unit re-converts unreacted fuel gas existing in an exhaust passage from the fuel cell. A fuel cell system including a recirculation means for supplying the fuel to the fuel cell. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかに記載の燃料
電池システムにおいて、前記反応ガス量増加手段は、前
記燃料電池へ供給する燃料ガスの圧力を増加させる導入
圧力増加手段を備えた燃料電池システム。5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the reaction gas amount increasing means includes an introduction pressure increasing means for increasing the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell. Battery system. 【請求項６】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
て、 前記緩衝用タンクは、前記要求量検出手段により検出さ
れた要求電力の一時的な増加に対応して前記燃料電池が
必要とする燃料ガス量の１／２以下を貯留するタンクで
ある燃料電池システム。6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the buffer tank is required by the fuel cell in response to a temporary increase in the required power detected by the required amount detecting means. A fuel cell system that is a tank that stores half or less of the amount of fuel gas. 【請求項７】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
て、 前記電力要求の一時的な増加が終了した後の所定のタイ
ミングで、前記反応ガス量増加手段が利用したことによ
り失われた前記緩衝用タンク内の燃料ガスを、前記燃料
ガス製造手段により製造された燃料ガスにより補充する
補充手段を備えた燃料電池システム。7. The fuel cell system according to claim 1, wherein the reaction gas amount increasing means has lost the use at a predetermined timing after the temporary increase in the power demand is finished. A fuel cell system comprising a replenishing means for replenishing the fuel gas in the buffer tank with the fuel gas produced by the fuel gas producing means. 【請求項８】 請求項２または３記載の燃料電池システ
ムであって、 前記燃料電池に対する外部からの電力要求の所定期間を
越える増加を検出する要求量継続増加検出手段と、 該要求量継続増加検出手段により電力要求の所定期間を
越える増加が検出されたとき、前記燃料ガス製造手段に
よる燃料ガスの製造量を増加させる製造量増加手段とを
備えた燃料電池システム。8. The fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein demand amount continuous increase detecting means for detecting an increase in power demand from the outside to the fuel cell over a predetermined period, and the demand amount continuous increase. A fuel cell system comprising: a production amount increasing means for increasing the production amount of the fuel gas by the fuel gas producing means when the detection means detects an increase in the power demand over a predetermined period.