JP2001229943A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【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、燃料電池スタックを主電源とし、この燃
料電池スタックの起動時、別電源を用いて空気の供給等
を行うことによって燃料電池スタックの起動を行う燃料
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 using a fuel cell stack as a main power source and supplying air using a separate power source when starting up the fuel cell stack. The present invention relates to a fuel cell system for starting the fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の燃料電池システムとしては、例え
ば、図7に示すシステムが知られている。この燃料電池
システムにおいては、燃料電池スタック1を発電させる
ために、燃料ガス供給手段3及びエアコンプレッサ7か
ら、それぞれ、水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む
空気とを燃料電池スタック1に供給する。このとき、例
えば、空気については、エアコンプレッサ7を駆動する
ことによって燃料電池スタック1に圧送される。エアコ
ンプレッサ7の駆動電力は、システムによって異なる
が、数kW程度以上になる場合には、一般に車両補機に
電力を供給するために使用される12V程度の低電圧の
二次電池を電源とするよりも、車両駆動モータ(負荷3
1)に電力を供給するための例えば350V程度の高電
圧の電源を用いて供給するほうが、電流値を低くするこ
とができる。これは、エアコンプレッサ7に電力を供給
するハーネスの直径や、その他付随する装置のサイズを
小さくすることができる点で好ましい。2. Description of the Related Art As a conventional fuel cell system, for example, a system shown in FIG. 7 is known. In this fuel cell system, the fuel gas supply means 3 and the air compressor 7 supply a fuel gas containing a large amount of hydrogen and an air containing oxygen to the fuel cell stack 1 from the fuel gas supply means 3 and the air compressor 7, respectively. I do. At this time, for example, air is pumped to the fuel cell stack 1 by driving the air compressor 7. The drive power of the air compressor 7 varies depending on the system, but when it is about several kW or more, a low-voltage secondary battery of about 12 V, which is generally used for supplying power to vehicle auxiliary equipment, is used as a power supply. Than the vehicle drive motor (load 3
The current value can be reduced by using a high-voltage power supply of, for example, about 350 V to supply power in 1). This is preferable in that the diameter of a harness for supplying electric power to the air compressor 7 and the size of other associated devices can be reduced.
【0003】そこで、燃料電池スタック1が高電圧な電
力を発生できる状態になる前の燃料電池スタック1起動
時においては、車両補機15用の二次電池13の出力電
圧をDC/DCコンバータ25によって昇圧して得られ
る高電圧の電力をエアコンプレッサ7に供給し、燃料電
池スタック1の起動完了後に、電力供給系統を切り替
え、燃料電池スタック1からの電力によってエアコンプ
レッサ7を駆動するようにしている。Therefore, when the fuel cell stack 1 is started before the fuel cell stack 1 can generate high-voltage power, the output voltage of the secondary battery 13 for the vehicle accessory 15 is converted to the DC / DC converter 25. High-voltage power obtained by boosting is supplied to the air compressor 7, and after the start of the fuel cell stack 1, the power supply system is switched so that the air compressor 7 is driven by the power from the fuel cell stack 1. I have.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の燃料電池システムにあっては、燃料電池スタ
ック1の起動完了後にエアコンプレッサ7の電源を二次
電池13の昇圧電力から燃料電池スタック1の電力に切
り替える際に、燃料電池スタック1の起動状態を検出
し、その結果をDC/DCコンバータ25に通知するま
でに、当該燃料電池システムの各サブユニット間で情報
のやり取りを密に行う必要があり、制御系の構成、ひい
ては燃料電池システムの全体構成が複雑であった。例え
ば、図7に示す例では、燃料ガス供給手段3の制御装置
5、エアコンプレッサ7の制御装置11、負荷31(車
両駆動モータ等)の制御装置33、DC/DCコンバー
タ25の制御装置101、及びリレー等の切替手段10
3がすべてコントロールユニット105に接続されてい
る。However, in such a conventional fuel cell system, after the start of the fuel cell stack 1 is completed, the power supply of the air compressor 7 is changed from the boosted power of the secondary battery 13 to the fuel cell stack 1. It is necessary to exchange information densely between the sub-units of the fuel cell system before detecting the start-up state of the fuel cell stack 1 and notifying the result to the DC / DC converter 25 when switching to the above-mentioned power. Therefore, the configuration of the control system and, consequently, the overall configuration of the fuel cell system are complicated. For example, in the example shown in FIG. 7, the control device 5 of the fuel gas supply means 3, the control device 11 of the air compressor 7, the control device 33 of the load 31 (vehicle drive motor or the like), the control device 101 of the DC / DC converter 25, And switching means 10 such as a relay
3 are all connected to the control unit 105.
【0005】また、燃料電池スタック1の起動完了後に
リレー等の機械的な切替手段103によって電力供給系
統を切り替える場合において、燃料電池スタック1の出
力電圧と切替直前のエアコンプレッサ7の電圧とが大き
く異なるときは、切替手段103に過電流が流れるおそ
れがあるといった問題があった。When the power supply system is switched by the mechanical switching means 103 such as a relay after the start of the fuel cell stack 1 is completed, the output voltage of the fuel cell stack 1 and the voltage of the air compressor 7 immediately before switching are large. If they are different, there is a problem that an overcurrent may flow through the switching means 103.
【0006】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、システムの全体構成を簡単化するこ
とができ、かつ、電力供給系統切替時における過電流の
発生を防止することができる燃料電池システムを提供す
ることにある。[0006] The present invention has been made in view of the above,
An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of simplifying the overall configuration of the system and preventing occurrence of overcurrent when switching the power supply system.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記課題を解決するため、燃料ガスと空気とを用いて電
力を発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタッ
クが発生する電力の電圧よりも低い電圧の電力を発生す
る二次電池と、前記燃料電池スタックの電力供給先に電
力を供給するために前記二次電池が発生する電力の電圧
を前記燃料電池スタックが発生する電力の電圧に昇圧
し、又は、前記二次電池を充電するために前記燃料電池
スタックが発生する電力の電圧を前記二次電池が発生す
る電力の電圧に降圧する電圧変換手段と、前記電圧変換
手段における昇圧動作と降圧動作との切替えを制御する
制御手段とを備え、前記燃料電池スタックの起動時、前
記電圧変換手段を昇圧動作に切り替え、前記二次電池を
用いて前記燃料電池スタックの起動に必要な電力を供給
する燃料電池システムであって、前記燃料電池スタック
と前記電圧変換手段とをダイオードを介して接続し、前
記電圧変換手段の昇圧動作時の出力電圧の目標値を、前
記燃料電池スタックの開放電圧の値から前記ダイオード
のオン電圧の値を引いた値よりも小さく、かつ、前記燃
料電池スタックの起動に必要な電力をすべて前記燃料電
池スタックから供給した場合の平衡時の前記燃料電池ス
タックの出力電圧の値よりも大きい値に設定したことを
要旨とする。According to the first aspect of the present invention,
In order to solve the above problems, a fuel cell stack that generates power using fuel gas and air, a secondary battery that generates power at a voltage lower than the voltage of power generated by the fuel cell stack, Boosting the voltage of the power generated by the secondary battery to supply power to the power supply destination of the battery stack to the voltage of the power generated by the fuel cell stack, or charging the secondary battery A voltage conversion unit that steps down a voltage of the power generated by the fuel cell stack to a voltage of the power generated by the secondary battery, and a control unit that controls switching between a step-up operation and a step-down operation in the voltage conversion unit. When the fuel cell stack is started, the voltage conversion means is switched to a step-up operation, and the fuel cell system supplies power required for starting the fuel cell stack using the secondary battery. Wherein the fuel cell stack and the voltage conversion means are connected via a diode, and a target value of an output voltage at the time of a boosting operation of the voltage conversion means is calculated based on an open voltage value of the fuel cell stack. Is smaller than the value obtained by subtracting the value of the ON voltage of the fuel cell stack, and is smaller than the value of the output voltage of the fuel cell stack at the time of equilibrium when all the power required for starting the fuel cell stack is supplied from the fuel cell stack. The gist is that a large value is set.
【0008】請求項2記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記燃料電池スタックの出力電圧を検出する電
圧検出手段を有し、前記制御手段は、前記燃料電池スタ
ックの出力電圧が所定時間以上所定の基準値以上である
とき、前記電圧変換手段を昇圧動作から降圧動作に切り
替えることを要旨とする。According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, there is provided a voltage detecting means for detecting an output voltage of the fuel cell stack, and the control means controls the output voltage of the fuel cell stack for a predetermined time. When the voltage is equal to or more than the predetermined reference value, the gist of the present invention is to switch the voltage conversion means from a boosting operation to a step-down operation.
【0009】請求項3記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記電圧変換手段の出力電流を検出する電流検
出手段を有し、前記制御手段は、前記電圧変換手段の出
力電流が所定時間以上所定の基準値以下であるとき、前
記電圧変換手段を昇圧動作から降圧動作に切り替えるこ
とを要旨とする。According to a third aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, there is provided a current detecting means for detecting an output current of the voltage converting means, and the control means controls the output current of the voltage converting means for a predetermined time. When the voltage is equal to or less than the predetermined reference value, the gist of the present invention is to switch the voltage conversion means from a boosting operation to a step-down operation.
【0010】請求項4記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記燃料電池スタックの出力電圧を検出する電
圧検出手段と、前記電圧変換手段の出力電流を検出する
電流検出手段とを有し、前記制御手段は、前記燃料電池
スタックの出力電圧が所定時間以上所定の基準値以上で
あり、かつ、前記電圧変換手段の出力電流が所定時間以
上所定の基準値以下であるとき、前記電圧変換手段を昇
圧動作から降圧動作に切り替えることを要旨とする。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 4 includes voltage detecting means for detecting an output voltage of the fuel cell stack, and current detecting means for detecting an output current of the voltage converting means. The control means is configured to perform the voltage conversion when the output voltage of the fuel cell stack is equal to or more than a predetermined reference value for a predetermined time or more and the output current of the voltage conversion means is equal to or less than a predetermined reference value for a predetermined time or more. The gist is to switch the means from the step-up operation to the step-down operation.
【0011】請求項5記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検
出手段を有し、前記制御手段は、前記二次電池の充電状
態が電力を供給するのに適していない状態にあるとき、
前記電圧変換手段を昇圧動作から降圧動作に切り替える
ことを要旨とする。According to a fifth aspect of the present invention, to solve the above-mentioned problem, there is provided a charge state detecting means for detecting a charge state of the secondary battery, and the control means is adapted to determine whether the charge state of the secondary battery is electric power. When it is not suitable for supplying
The gist of the present invention is to switch the voltage conversion means from a step-up operation to a step-down operation.
【0012】[0012]
【発明の効果】請求項1記載の本発明によれば、燃料電
池スタックと電圧変換手段とをダイオードを介して接続
し、電圧変換手段の昇圧動作時の出力電圧の目標値を、
燃料電池スタックの開放電圧の値からダイオードのオン
電圧の値を引いた値よりも小さく、かつ、燃料電池スタ
ックの起動に必要な電力をすべて燃料電池スタックから
供給した場合の平衡時の燃料電池スタックの出力電圧の
値よりも大きい値に設定したことで、燃料電池スタック
の起動が完了したか否かを、電圧変換手段を含む単一の
サブユニット内の情報のみで判定することが可能とな
り、従来のようにサブユニット間での情報のやり取りが
不要となるので、システムの全体構成を簡単化すること
ができる。また、同時に、燃料電池スタックと該燃料電
池スタックの電力供給先とがダイオードを介して既に電
気的に接続されており、従来のようにリレー等の機械的
な切替手段が不要となるので、燃料電池スタックの起動
完了後に電力供給系統を切り替える際に、過電流の発生
を防止することができる。According to the first aspect of the present invention, the fuel cell stack and the voltage converting means are connected via the diode, and the target value of the output voltage at the time of the boosting operation of the voltage converting means is set as follows.
The fuel cell stack at equilibrium when the power required to start the fuel cell stack is all supplied from the fuel cell stack, which is smaller than the value obtained by subtracting the diode on-voltage value from the value of the open circuit voltage of the fuel cell stack By setting the output voltage to a value larger than the value of the output voltage, it is possible to determine whether or not the activation of the fuel cell stack has been completed, using only information in a single subunit including the voltage conversion means, Since there is no need to exchange information between sub-units as in the related art, the overall configuration of the system can be simplified. At the same time, the fuel cell stack and the power supply destination of the fuel cell stack are already electrically connected via a diode, and mechanical switching means such as a relay is not required as in the related art. When the power supply system is switched after the start of the battery stack is completed, occurrence of an overcurrent can be prevented.
【0013】請求項2記載の本発明によれば、燃料電池
スタックの出力電圧を検出する電圧検出手段を設けてお
き、燃料電池スタックの出力電圧が所定時間以上所定の
基準値以上であるとき、電圧変換手段を昇圧動作から降
圧動作に切り替えることで、非常に簡単な構成によって
燃料電池スタックの起動が完了したか否かを判定するこ
とができる。According to the second aspect of the present invention, voltage detecting means for detecting the output voltage of the fuel cell stack is provided, and when the output voltage of the fuel cell stack is higher than a predetermined reference value for a predetermined time or more. By switching the voltage converting means from the step-up operation to the step-down operation, it is possible to determine with a very simple configuration whether or not the activation of the fuel cell stack has been completed.
【0014】請求項3記載の本発明によれば、電圧変換
手段の出力電流を検出する電流検出手段を設けておき、
電圧変換手段の出力電流が所定時間以上所定の基準値以
下であるとき、電圧変換手段を昇圧動作から降圧動作に
切り替えることで、非常に簡単な構成によって燃料電池
スタックの起動が完了したか否かを判定することができ
る。According to the third aspect of the present invention, current detecting means for detecting the output current of the voltage converting means is provided,
When the output current of the voltage conversion means is equal to or more than a predetermined time and equal to or less than a predetermined reference value, by switching the voltage conversion means from the step-up operation to the step-down operation, the start-up of the fuel cell stack is completed with a very simple configuration. Can be determined.
【0015】請求項4記載の本発明によれば、燃料電池
スタックの出力電圧を検出する電圧検出手段と、電圧変
換手段の出力電流を検出する電流検出手段とを設けてお
き、燃料電池スタックの出力電圧が所定時間以上所定の
基準値以上であり、かつ、電圧変換手段の出力電流が所
定時間以上所定の基準値以下であるとき、電圧変換手段
を昇圧動作から降圧動作に切り替えることで、電圧検出
手段と電流検出手段のいずれか一方を用いる場合と比較
して、燃料電池スタックの起動完了の判定精度の向上を
図ることができる。According to the present invention, a voltage detecting means for detecting an output voltage of the fuel cell stack and a current detecting means for detecting an output current of the voltage converting means are provided. When the output voltage is equal to or more than a predetermined reference value for a predetermined time or more, and the output current of the voltage conversion means is equal to or less than a predetermined reference value for a predetermined time or more, the voltage conversion means is switched from a step-up operation to a step-down operation, thereby Compared with the case where either one of the detection means and the current detection means is used, the accuracy of the determination of the completion of the startup of the fuel cell stack can be improved.
【0016】請求項5記載の本発明によれば、二次電池
の充電状態を検出する充電状態検出手段を設けておき、
二次電池の充電状態が電力を供給するのに適していない
状態にあるとき、電圧変換手段を昇圧動作から降圧動作
に切り替えることで、二次電池に貯蔵されている電力の
消費が禁止され、二次電池の電力供給先の動作を停止せ
ざるを得ないといった事態を防止することができる。According to the present invention, there is provided a charging state detecting means for detecting a charging state of the secondary battery,
When the state of charge of the secondary battery is in a state that is not suitable for supplying power, by switching the voltage conversion means from the step-up operation to the step-down operation, consumption of the power stored in the secondary battery is prohibited, It is possible to prevent a situation where the operation of the power supply destination of the secondary battery must be stopped.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。な
お、ここでは、燃料電池自動車に搭載される燃料電池シ
ステムを例にとって説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. Here, a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle will be described as an example.
【0018】図1において、燃料電池スタック1は、当
該燃料電池システムの主電源であって、水素を多量に含
む燃料ガスと酸素を含む空気とを用いて高電圧の電力を
発生する。ここで、燃料ガスは、燃料ガス供給手段3か
ら燃料電池スタック1に供給される。燃料ガス供給手段
3は、水素を多量に含む燃料ガスを貯蔵し、燃料ガスの
温度と圧力を調整することができる。この燃料ガス供給
手段3は、制御装置5によって制御される。これら燃料
ガス供給手段3及び制御装置5によって、燃料電池スタ
ック1に最適な温度と圧力の燃料ガスが供給される。In FIG. 1, a fuel cell stack 1 is a main power supply of the fuel cell system, and generates high-voltage power using a fuel gas containing a large amount of hydrogen and air containing oxygen. Here, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply means 3 to the fuel cell stack 1. The fuel gas supply means 3 stores a fuel gas containing a large amount of hydrogen and can adjust the temperature and pressure of the fuel gas. The fuel gas supply means 3 is controlled by the control device 5. By the fuel gas supply means 3 and the control device 5, the fuel gas having the optimum temperature and pressure is supplied to the fuel cell stack 1.
【0019】また、空気は、エアコンプレッサ7から空
気配管9を通じて燃料電池スタック1に供給(圧送)さ
れる。このエアコンプレッサ7は、制御装置11によっ
て制御される。なお、図示しないが、空気配管9には、
空気の温度を調節する熱交換器を設けてもよい。Air is supplied (pressurized) from the air compressor 7 to the fuel cell stack 1 through the air pipe 9. The air compressor 7 is controlled by the control device 11. Although not shown, the air pipe 9 includes:
A heat exchanger for adjusting the temperature of the air may be provided.
【0020】二次電池13は、充放電可能で、放電時は
燃料電池スタック1が発生する電力の電圧よりも低い電
圧の電力を発生する。二次電池13は、燃料電池スタッ
ク1によって発電された余剰電力や燃料電池自動車が減
速する際の車両駆動モータによる回生電力を貯蔵すると
ともに、高電圧で駆動される強電系のユニット、例え
ば、車両駆動モータやエアコンプレッサ7等で消費され
る電力を賄うのに十分な発電が燃料電池スタック1によ
って行われなかったときは放電して不足電力を補う。ま
た、特に燃料電池自動車においては、二次電池13は、
好ましくは、低電圧で駆動される弱電系のユニット、例
えば、各種制御装置や、車両電装品等の車両補機15に
も電力を供給する。二次電池13には、二次電池13の
充電率(SOC)を検出するバッテリセンサ17が設け
られている。The secondary battery 13 is chargeable and dischargeable, and at the time of discharging, generates a power having a voltage lower than that of the power generated by the fuel cell stack 1. The secondary battery 13 stores the surplus power generated by the fuel cell stack 1 and the regenerative power generated by the vehicle drive motor when the fuel cell vehicle decelerates, and a high-voltage unit driven by a high voltage, for example, a vehicle. When the fuel cell stack 1 does not generate enough power to cover the power consumed by the drive motor, the air compressor 7, and the like, the fuel cell stack 1 discharges to make up for the insufficient power. In particular, in a fuel cell vehicle, the secondary battery 13
Preferably, the power is also supplied to a low-electricity unit driven at a low voltage, for example, various control devices, and vehicle accessories 15 such as vehicle electric components. The secondary battery 13 is provided with a battery sensor 17 for detecting a state of charge (SOC) of the secondary battery 13.
【0021】燃料電池スタック1と二次電池13は、い
ずれも、電力配分手段19に接続されている。電力配分
手段19は、燃料電池スタック1に電流が流入するのを
防止するためのダイオード21と、燃料電池スタック1
の出力電圧を検出する電圧計23と、ある電圧の直流電
力を選択に応じてより高い又はより低い電圧の直流電力
に変換するDC/DCコンバータ25とから構成されて
いる。この電力配分手段19は、制御装置27によって
制御される。この制御装置27には電圧計23及びバッ
テリセンサ17が接続されており、それぞれの検出信号
を制御装置27へ出力する。なお、ここでは、電圧計2
3は、ダイオード21のアノード側に設けられている。The fuel cell stack 1 and the secondary battery 13 are both connected to the power distribution means 19. The power distribution unit 19 includes a diode 21 for preventing a current from flowing into the fuel cell stack 1,
And a DC / DC converter 25 for converting DC power of a certain voltage into DC power of a higher or lower voltage according to selection. The power distribution means 19 is controlled by the control device 27. The voltmeter 23 and the battery sensor 17 are connected to the control device 27, and output respective detection signals to the control device 27. Here, the voltmeter 2
3 is provided on the anode side of the diode 21.
【0022】この場合、DC/DCコンバータ25は、
二次電池13が発生する電力の電圧(二次電池の出力電
圧)を起動完了後の燃料電池スタック1が発生する電力
の電圧(燃料電池スタックの出力電圧)のレベルに昇圧
して(昇圧動作)、ダイオード21のカソード側に接続
されている燃料電池スタック1の電力供給先への電力供
給を可能にするとともに、ダイオード21を通過した燃
料電池スタック1の出力電圧を二次電池13の出力電圧
のレベルに降圧して(降圧動作)、二次電池13を充電
することができる。DC/DCコンバータ25における
昇圧動作と降圧動作は、任意に選択することができ、上
記の制御装置27からの指令によって切り替えられる。In this case, the DC / DC converter 25
The power voltage (output voltage of the secondary battery) generated by the secondary battery 13 is boosted to the level of the power voltage (output voltage of the fuel cell stack) generated by the fuel cell stack 1 after the start-up is completed (boosting operation). ), The power supply to the power supply destination of the fuel cell stack 1 connected to the cathode side of the diode 21 is enabled, and the output voltage of the fuel cell stack 1 passing through the diode 21 is output from the secondary battery 13 (Step-down operation), and the secondary battery 13 can be charged. The step-up operation and the step-down operation in the DC / DC converter 25 can be arbitrarily selected, and are switched by a command from the control device 27 described above.
【0023】ここで、DC/DCコンバータ25の昇圧
動作時の出力電圧の目標値は、燃料電池スタック1の開
放電圧の値からダイオード21のオン電圧の値を引いた
値よりも小さく、かつ、燃料電池スタック1の起動に必
要な電力をすべて燃料電池スタック1から供給した場合
の平衡時の燃料電池スタック1の出力電圧の値よりも大
きい値に設定されている。Here, the target value of the output voltage during the step-up operation of the DC / DC converter 25 is smaller than the value obtained by subtracting the value of the on-voltage of the diode 21 from the value of the open voltage of the fuel cell stack 1 and The value is set to a value larger than the value of the output voltage of the fuel cell stack 1 at the time of equilibrium when all the electric power required for starting the fuel cell stack 1 is supplied from the fuel cell stack 1.
【0024】また、電力配分手段19には、電力遮断手
段29を介して、燃料電池スタック1の電力供給先であ
るエアコンプレッサ7及び負荷31が接続されている。
電力遮断手段29は、異常時等に電力の供給を遮断する
ためのものであって、例えば、適当なスイッチで構成さ
れている。また、負荷31としては、例えば、車両の場
合、上記の車両駆動モータが挙げられる。ここで、燃料
電池スタック1の電力供給先とされているエアコンプレ
ッサ7及び負荷31は、いずれも、高電圧で駆動される
強電系のユニットである。The power distribution means 19 is connected to the air compressor 7 and the load 31 to which the fuel cell stack 1 is supplied with power via the power cutoff means 29.
The power cutoff means 29 is for cutting off the supply of power in the event of an abnormality or the like, and is composed of, for example, a suitable switch. In the case of a vehicle, the load 31 is, for example, the above-described vehicle drive motor. Here, the air compressor 7 and the load 31 which are the power supply destinations of the fuel cell stack 1 are both high-power units driven by high voltage.
【0025】燃料電池スタック1を起動する場合は、D
C/DCコンバータ25を昇圧動作に切り替え、二次電
池13の出力電圧を昇圧して得られる高電圧の電力を、
エアコンプレッサ7等の駆動電力(燃料電池スタック1
の起動に必要な電力)として供給する。そして、燃料電
池スタック1の起動完了後に、DC/DCコンバータ2
5を降圧動作に切り替え、燃料電池スタック1からの電
力によってエアコンプレッサ7等を駆動する。When starting the fuel cell stack 1, D
The high voltage power obtained by switching the C / DC converter 25 to the boosting operation and boosting the output voltage of the secondary battery 13 is
Drive power for the air compressor 7 and the like (fuel cell stack 1
Power required to start up). After the startup of the fuel cell stack 1 is completed, the DC / DC converter 2
5 is switched to a step-down operation, and the air compressor 7 and the like are driven by the electric power from the fuel cell stack 1.
【0026】制御装置27は、内部に制御プログラムを
記憶した制御ROMと、制御時のワークエリアとなるR
AMとを有しており、電圧計23からの信号値(燃料電
池スタック1の出力電圧)とバッテリセンサ17からの
信号値(二次電池13の充電率)とに基づいて、DC/
DCコンバータ25における昇圧動作と降圧動作との切
替えを制御する。The control device 27 has a control ROM in which a control program is stored, and an R which is a work area for control.
And a DC / DC based on a signal value from the voltmeter 23 (output voltage of the fuel cell stack 1) and a signal value from the battery sensor 17 (charging rate of the secondary battery 13).
The switching between the step-up operation and the step-down operation in the DC converter 25 is controlled.
【0027】次に、図2に示す制御フローチャートに従
って燃料電池システムの電力系統切替えの制御動作を説
明する。なお、図2に示す制御フローチャートは、制御
装置27の内部ROMに制御プログラムとして記憶され
ている。また、この制御フローチャートは、所定の短い
時間間隔を置いて繰り返し実行される。Next, the control operation for switching the power system of the fuel cell system will be described with reference to the control flowchart shown in FIG. Note that the control flowchart shown in FIG. 2 is stored as a control program in the internal ROM of the control device 27. Further, this control flowchart is repeatedly executed at predetermined short time intervals.
【0028】まず、ステップS100では、制御装置2
7は、燃料電池スタック1の起動が完了していることを
示すフラグ(以下「起動完了フラグ」という)の値を調
べ、この起動完了フラグがセットされているか否かを判
断する。燃料電池スタック1の起動が完了している場
合、起動完了フラグは「1」の値にセットされており、
燃料電池スタック1の起動が完了していない場合、起動
完了フラグは「0」の値にクリアされている。なお、こ
の起動完了フラグは、初期設定では「0」であり、その
後、ステップS180でセットされ、ステップS150
でクリアされる。よって、起動完了フラグのセット条件
については、後で説明する この判断の結果、起動完了フラグがセットされている場
合は(S100:YES)、燃料電池スタック1の起動
が完了しているものと判断して、ステップS190に進
む。このステップS190では、後述する出力制限フラ
グを「0」にクリアし、この旨を負荷31の制御装置3
3に通知して、ステップS220に進む。出力制限フラ
グをクリアした旨の通知を受けた制御装置33は、負荷
31の消費電力の制限を解除する。First, in step S100, the control device 2
7 checks the value of a flag indicating that the activation of the fuel cell stack 1 has been completed (hereinafter referred to as “activation completion flag”), and determines whether or not this activation completion flag has been set. When the activation of the fuel cell stack 1 has been completed, the activation completion flag is set to a value of “1”, and
If the activation of the fuel cell stack 1 has not been completed, the activation completion flag has been cleared to a value of “0”. This startup completion flag is “0” in the initial setting, and is thereafter set in step S180 and step S150.
Is cleared. Therefore, the setting condition of the startup completion flag will be described later. As a result of this determination, if the startup completion flag is set (S100: YES), it is determined that the startup of the fuel cell stack 1 has been completed. Then, the process proceeds to step S190. In this step S190, an output restriction flag, which will be described later, is cleared to “0”, and this is indicated by the control device 3 of the load 31.
3 and the process proceeds to step S220. The control device 33 that has received the notification that the output restriction flag has been cleared releases the restriction on the power consumption of the load 31.
【0029】これに対し、起動完了フラグがセットされ
ていない場合は(S100:NO)、燃料電池スタック
1の起動が完了していないものと判断して、ステップS
110に進む。ステップS110では、二次電池13に
設けられたバッテリセンサ17からの信号値(二次電池
13の充電率)を読み込んで、二次電池13の充電状態
を取得する。On the other hand, if the startup completion flag has not been set (S100: NO), it is determined that the startup of the fuel cell stack 1 has not been completed, and step S is executed.
Proceed to 110. In step S110, a signal value (charge rate of the secondary battery 13) from the battery sensor 17 provided in the secondary battery 13 is read, and the charge state of the secondary battery 13 is acquired.
【0030】詳しくは、燃料電池スタック1の起動が完
了していない場合は、前述のように、DC/DCコンバ
ータ25を昇圧動作に切り替え、二次電池13の出力電
圧を昇圧して得られる高電圧の電力をエアコンプレッサ
7等の駆動電力として供給することになるが、二次電池
17の充電率が低くなっている等、二次電池17の充電
状態が電力を供給するのに適していない状態にある場合
も考えられ、このような状態で二次電池13からの電力
を消費し続けると、システムの制御を司る各種制御装置
や車両補機15の動作を停止せざるを得なくなるおそれ
がある。そこで、このような事態を防止するために、ス
テップS110では、二次電池13の充電状態を取得し
て、二次電池13の昇圧を許可するか否かを判断し、こ
の判断結果に応じて昇圧禁止フラグを操作する。すなわ
ち、例えば、二次電池17の充電率が予め設定されたし
きい値よりも低いために二次電池17の充電状態が電力
を供給するのに適していない状態にあると判断される場
合は、二次電池13の昇圧による電力供給を禁止するた
め、昇圧禁止フラグを「1」の値にセットする。一方、
二次電池17の充電率が上記しきい値以上であるために
二次電池17の充電状態が電力を供給するのに適してい
る状態にあると判断される場合は、二次電池13の昇圧
による電力供給を許可するため、昇圧禁止フラグを
「0」の値にクリアする。More specifically, when the startup of the fuel cell stack 1 is not completed, as described above, the DC / DC converter 25 is switched to the boosting operation, and the high voltage obtained by boosting the output voltage of the secondary battery 13 is obtained. Voltage power is supplied as driving power for the air compressor 7 and the like, but the charging state of the secondary battery 17 is not suitable for supplying power, for example, the charging rate of the secondary battery 17 is low. If the power from the secondary battery 13 continues to be consumed in such a state, there is a possibility that the operation of the various control devices for controlling the system and the operation of the vehicle auxiliary equipment 15 must be stopped. is there. Thus, in order to prevent such a situation, in step S110, the state of charge of the secondary battery 13 is acquired, and it is determined whether or not to allow the boosting of the secondary battery 13 to be permitted. Operate the boost prohibition flag. That is, for example, when it is determined that the state of charge of the secondary battery 17 is not suitable for supplying power because the charge rate of the secondary battery 17 is lower than a preset threshold value, In order to prohibit power supply by boosting of the secondary battery 13, the boosting prohibition flag is set to a value of "1". on the other hand,
When it is determined that the state of charge of the secondary battery 17 is in a state suitable for supplying power because the charging rate of the secondary battery 17 is equal to or higher than the threshold value, the boosting of the secondary battery 13 is performed. In order to permit the power supply by the power supply, the boosting prohibition flag is cleared to a value of “0”.
【0031】そして、ステップS120では、その昇圧
禁止フラグの値を調べ、この昇圧禁止フラグがセットさ
れているか否かを判断する。この判断の結果、昇圧禁止
フラグがセットされている場合は(S120:YE
S)、二次電池13の昇圧による電力供給が禁止されて
いるものと判断して、ステップS200に進む。このス
テップS200では、負荷31の消費電力を制限すべき
ことを示す出力制限フラグを「1」にセットし、この旨
を負荷31の制御装置33に通知して、ステップS22
0に進む。出力制限フラグをセットした旨の通知を受け
た制御装置33は、負荷31の消費電力を制限する。こ
こで負荷31の消費電力を制限するのは、この場合、燃
料電池スタック1の起動が完了していない段階で燃料電
池スタック1によって二次電池13の充電が行われるこ
とになるので(ステップS220参照)、電力の消費を
できるだけ必要なもの(エアコンプレッサ7等の駆動電
力と二次電池13の充電電力)のみに抑えるためであ
る。Then, in step S120, the value of the boost prohibition flag is checked to determine whether or not this boost prohibition flag is set. If the result of this determination is that the boost prohibition flag has been set (S120: YE
S), it is determined that power supply by boosting of the secondary battery 13 is prohibited, and the process proceeds to step S200. In this step S200, an output restriction flag indicating that the power consumption of the load 31 should be restricted is set to "1", and the fact is notified to the control device 33 of the load 31 and the step S22 is performed.
Go to 0. The control device 33 that has received the notification that the output restriction flag has been set restricts the power consumption of the load 31. Here, the reason why the power consumption of the load 31 is limited is that the secondary battery 13 is charged by the fuel cell stack 1 at a stage where the activation of the fuel cell stack 1 is not completed in this case (step S220). This is because power consumption is limited to only necessary ones (driving power of the air compressor 7 and the like and charging power of the secondary battery 13) as much as possible.
【0032】これに対し、昇圧禁止フラグがセットされ
ていない場合は(S120:NO)、二次電池13の昇
圧による電力供給が許可されているものと判断して、ス
テップS130に進む。このステップS130では、電
力配分手段19内のダイオード21のアノード側に設け
られた電圧計23からの信号値(燃料電池スタック1の
出力電圧)を読み込む。On the other hand, if the boosting prohibition flag is not set (S120: NO), it is determined that power supply by boosting of the secondary battery 13 is permitted, and the process proceeds to step S130. In step S130, a signal value (output voltage of the fuel cell stack 1) from the voltmeter 23 provided on the anode side of the diode 21 in the power distribution unit 19 is read.
【0033】そして、ステップS140では、電圧計2
3から読み込まれた燃料電池スタック1の出力電圧が予
め設定された基準値よりも大きいか否かを判断する。こ
こにおける基準値は、燃料電池スタック1の起動が完了
しているか否かを判定するためのしきい値であり、起動
完了後はダイオード21がオンされて順方向につまり燃
料電池スタック1から電流が流れることになるため、D
C/DCコンバータ25の昇圧動作時の出力電圧の上記
目標値にダイオード21のオン電圧の値を加えた値に設
定されることが望ましい。In step S140, the voltmeter 2
It is determined whether or not the output voltage of the fuel cell stack 1 read from the fuel cell stack 3 is higher than a preset reference value. The reference value here is a threshold value for determining whether or not the start-up of the fuel cell stack 1 is completed. After the start-up is completed, the diode 21 is turned on, and the current flows from the fuel cell stack 1 in the forward direction, that is, from the fuel cell stack 1. Will flow, so D
It is desirable that the output voltage is set to a value obtained by adding the value of the ON voltage of the diode 21 to the target value of the output voltage at the time of the boosting operation of the C / DC converter 25.
【0034】この判断の結果、燃料電池スタック1の出
力電圧が基準値以下の場合は(S140:NO)は、燃
料電池スタック1の起動はまだ完了していないものと判
定して、ステップS150に進む。このステップS15
0では、起動完了フラグをリセットして、ステップS2
10に進む。If the result of this determination is that the output voltage of the fuel cell stack 1 is equal to or lower than the reference value (S140: NO), it is determined that the activation of the fuel cell stack 1 has not yet been completed, and the process proceeds to step S150. move on. This step S15
In step S2, the activation completion flag is reset, and step S2
Go to 10.
【0035】これに対し、燃料電池スタック1の出力電
圧が基準値よりも大きい場合は(S140:YES)、
ステップS160に進む。このステップS160では、
制御装置27の内蔵タイマによって燃料電池スタック1
の出力電圧が基準値を超えてからの経過時間をカウント
し、ステップS170に進む。On the other hand, when the output voltage of the fuel cell stack 1 is higher than the reference value (S140: YES),
Proceed to step S160. In this step S160,
The fuel cell stack 1 is controlled by a built-in timer of the control device 27.
, The elapsed time from when the output voltage exceeds the reference value is counted, and the process proceeds to step S170.
【0036】このステップS170では、タイマのカウ
ント値が所定時間以上か否かを判断する。ここにおける
所定時間は、燃料ガスと空気とを燃料電池スタック1に
供給し始めてから、すなわち、燃料電池スタック1の電
圧が立ち上がり始めてから、燃料電池スタック1の本体
の昇温と加湿が発電に十分な状態になるまでの時間を、
予め実験等によって求めておき、この結果を考慮して、
燃料電池スタック1の出力電圧が基準値を超えてから、
燃料電池スタック1の起動が完了したと判定しうるだけ
の経過時間に設定されている。なお、この所定時間は、
当該燃料電池システムの雰囲気温度を検出する手段を設
けておき、検出された雰囲気温度に応じて変更するよう
にしてもよい。In step S170, it is determined whether or not the count value of the timer is equal to or longer than a predetermined time. The predetermined time here is after the supply of the fuel gas and the air to the fuel cell stack 1 is started, that is, after the voltage of the fuel cell stack 1 starts rising, the temperature rise and the humidification of the main body of the fuel cell stack 1 are sufficient for the power generation. Time until it becomes
Obtained in advance by experiments, etc., and taking this result into account,
After the output voltage of the fuel cell stack 1 exceeds the reference value,
The elapsed time is set such that it can be determined that the activation of the fuel cell stack 1 has been completed. In addition, this predetermined time is
Means for detecting the ambient temperature of the fuel cell system may be provided, and the temperature may be changed according to the detected ambient temperature.
【0037】この判断の結果、タイマのカウント値が所
定時間以上の場合は(S170:YES)、燃料電池ス
タック1の出力電圧が基準値を超えてから所定時間以上
が経過しているため、燃料電池スタック1の起動が完了
したものと判定して、ステップS180に進む。このス
テップS180では、起動完了フラグをセットして、ス
テップS220に進む。If the result of this determination is that the count value of the timer is equal to or greater than the predetermined time (S170: YES), the fuel cell stack 1 has exceeded the predetermined time since the output voltage exceeded the reference value. It is determined that the activation of the battery stack 1 has been completed, and the process proceeds to step S180. In step S180, a start completion flag is set, and the process proceeds to step S220.
【0038】これに対し、タイマのカウント値が所定時
間未満の場合は(S170:NO)、燃料電池スタック
1の出力電圧が基準値を超えてから所定時間以上が経過
していないため、燃料電池スタック1の起動が完了して
いないものと判定して、直ちにステップS210に進
む。ステップS210では、要するに、燃料電池スタッ
ク1の起動が完了していない場合であるため、DC/D
Cコンバータ25を昇圧動作させる。すなわち、二次電
池13の出力電圧を上記目標値のレベルに昇圧して、燃
料電池スタック1の電力供給先(エアコンプレッサ7や
負荷31等)に二次電池13の電力を供給し、燃料電池
スタック1を起動するための動作を行う。On the other hand, if the count value of the timer is less than the predetermined time (S170: NO), since the predetermined time has not elapsed since the output voltage of the fuel cell stack 1 exceeded the reference value, the fuel cell It is determined that the activation of the stack 1 has not been completed, and the process immediately proceeds to step S210. In step S210, in short, since the activation of the fuel cell stack 1 has not been completed, the DC / D
The C converter 25 is boosted. That is, the output voltage of the secondary battery 13 is boosted to the target value level, and the power of the secondary battery 13 is supplied to the power supply destination (the air compressor 7, the load 31, etc.) of the fuel cell stack 1. An operation for activating the stack 1 is performed.
【0039】また、ステップS220では、要するに、
燃料電池スタック1の起動が完了している場合、又は、
燃料電池スタック1の起動は完了していないが二次電池
13の充電状態が電力供給に適していない場合であるた
め、DC/DCコンバータ25を降圧動作させる。すな
わち、燃料電池スタック1が発生する電力を、燃料電池
スタック1の電力供給先(エアコンプレッサ7や負荷3
1等)に供給するとともに、その電圧を二次電池13の
出力電圧のレベルに降圧して二次電池13に供給し、二
次電池13を充電する。In step S220, in short,
When the activation of the fuel cell stack 1 is completed, or
Since the activation of the fuel cell stack 1 has not been completed, but the state of charge of the secondary battery 13 is not suitable for power supply, the DC / DC converter 25 is stepped down. That is, the electric power generated by the fuel cell stack 1 is transferred to the electric power supply destination (the air compressor 7 and the load 3) of the fuel cell stack 1.
1), the voltage is reduced to the level of the output voltage of the secondary battery 13 and supplied to the secondary battery 13 to charge the secondary battery 13.
【0040】次に、図3に示す特性図を参照して、図2
に示す制御フローチャート実行中の燃料電池スタック1
及びDC/DCコンバータ25での電流−電圧の関係を
説明する。図3は、燃料電池スタック1の電流−電圧特
性の一例を示す図であり、燃料電池スタック1から電流
を取り出すと同図中のような電圧特性が得られる。Next, referring to the characteristic diagram shown in FIG.
Fuel cell stack 1 during execution of the control flowchart shown in FIG.
And the relationship between current and voltage in the DC / DC converter 25 will be described. FIG. 3 is a diagram showing an example of the current-voltage characteristics of the fuel cell stack 1. When a current is taken out from the fuel cell stack 1, the voltage characteristics shown in FIG. 3 are obtained.
【0041】ここで、点M0 は、燃料電池スタック1に
何も接続されていない状態での動作点であり、この動作
点での電圧と電流をそれぞれV0 、I0 とする。このと
き、I0 =0なので、両者の積である出力(電力)P0
も0となる。また、V0 が、上記の開放電圧値となる。Here, the point M0 is an operating point when nothing is connected to the fuel cell stack 1, and the voltage and current at this operating point are V0 and I0, respectively. At this time, since I0 = 0, the output (power) P0 which is the product of the two is obtained.
Is also 0. V0 is the above open voltage value.
【0042】図3には2つの特性曲線AとBが示されて
いる。特性Aと特性Bは、燃料電池スタック1の状態が
異なっている。すなわち、特性Aは、燃料電池スタック
1の温度と湿度が最適な状態にあり、かつ、燃料ガスと
空気も所望の圧力と流量で燃料電池スタック1に供給さ
れている場合である。また、特性Bは、燃料電池スタッ
ク1を起動している最中の一例であって、燃料電池スタ
ック1の温度と湿度が最適な状態にないため、電流を取
り出すと電圧降下が大きく、出力を取ることができない
状態を示している。FIG. 3 shows two characteristic curves A and B. The state of the fuel cell stack 1 differs between the characteristic A and the characteristic B. That is, the characteristic A is a case where the temperature and the humidity of the fuel cell stack 1 are in an optimum state, and the fuel gas and the air are also supplied to the fuel cell stack 1 at a desired pressure and flow rate. The characteristic B is an example during the operation of the fuel cell stack 1, and since the temperature and the humidity of the fuel cell stack 1 are not in an optimum state, when a current is taken out, the voltage drop is large and the output is reduced. The state which cannot be taken is shown.
【0043】また、点M2 は、燃料電池スタック1の起
動時にエアコンプレッサ7の駆動に必要な電力を示す動
作点であり、この電力のすべてを燃料電池スタック1か
ら供給するとすれば、このときの電圧と電流はそれぞれ
V2 、I2 となる。The point M2 is an operating point indicating the electric power required to drive the air compressor 7 when the fuel cell stack 1 is started. If all of this electric power is supplied from the fuel cell stack 1, The voltage and current are V2 and I2, respectively.
【0044】本実施の形態においては、DC/DCコン
バータ25の昇圧動作時の出力電圧の目標値をV1 に設
定している。このとき、DC/DCコンバータ25の電
力容量が燃料電池スタック1起動時のエアコンプレッサ
7の消費電力以上であれば、燃料電池スタック1の電圧
を上記目標値V1 と同じ値に保つことが可能となる。す
なわち、燃料電池スタック1に接続されたダイオード2
1のアノード側を上記目標値V1 と同じ値をもってクラ
ンプすることが可能となる。このため、燃料電池スタッ
ク1はこの値V1 よりも小さい電圧で電流を流すことは
ない。従って、燃料電池スタック1が起動中で特性Bの
状態にあったとしても、燃料電池スタック1の電圧がV
1 でクランプされているため、電流はI1aだけ流れるこ
とになる。また、燃料電池スタック1の起動が完了して
特性Aの状態になった場合でも、電流はI1bだけ流れる
ことになり、この値が起動時の燃料電池スタック1から
流れる電流の最大値となる。In this embodiment, the target value of the output voltage during the step-up operation of the DC / DC converter 25 is set to V1. At this time, if the power capacity of the DC / DC converter 25 is equal to or greater than the power consumption of the air compressor 7 at the time of starting the fuel cell stack 1, the voltage of the fuel cell stack 1 can be maintained at the same value as the target value V1. Become. That is, the diode 2 connected to the fuel cell stack 1
1 can be clamped with the same value as the target value V1. Therefore, the fuel cell stack 1 does not flow a current at a voltage smaller than the value V1. Therefore, even if the fuel cell stack 1 is in the state of the characteristic B during startup, the voltage of the fuel cell stack 1 becomes V
Since it is clamped at 1, the current will flow by I1a. Further, even when the startup of the fuel cell stack 1 is completed and the state of the characteristic A is reached, the current flows by I1b, and this value becomes the maximum value of the current flowing from the fuel cell stack 1 at the time of startup.
【0045】なお、DC/DCコンバータ25の昇圧動
作時の出力電圧の目標値をV2 以下に設定した場合は、
燃料電池スタック1から電流がI2 だけ流れることにな
る一方で、DC/DCコンバータ25からは電流が流れ
ず、そのため、燃料電池スタック1の状態によっては、
十分な電力をエアコンプレッサ7に供給できないおそれ
がある。When the target value of the output voltage during the step-up operation of the DC / DC converter 25 is set to V2 or less,
While current flows from the fuel cell stack 1 by I2, no current flows from the DC / DC converter 25, and therefore, depending on the state of the fuel cell stack 1,
There is a possibility that sufficient electric power cannot be supplied to the air compressor 7.
【0046】従って、DC/DCコンバータ25の昇圧
動作時の出力電圧の目標値を、燃料電池スタック1の開
放電圧の値V0 からダイオード21のオン電圧の値を引
いた値よりも小さく、かつ、燃料電池スタック1の起動
時にエアコンプレッサ7の駆動に必要な電力のすべてを
燃料電池スタック1から供給した場合の平衡時の燃料電
池スタック1の出力電圧の値V2 よりもできるだけ大き
い値に設定することで、燃料電池スタック1の起動時に
も燃料電池スタック1とエアコンプレッサ7及び負荷3
1とを電気的に接続したままで、燃料電池スタック1か
ら流れる電流を低く抑えることが可能となる。Therefore, the target value of the output voltage during the step-up operation of the DC / DC converter 25 is smaller than the value obtained by subtracting the value of the on-voltage of the diode 21 from the value of the open voltage V0 of the fuel cell stack 1, and When the power required for driving the air compressor 7 at the start of the fuel cell stack 1 is supplied from the fuel cell stack 1, the output voltage V2 of the fuel cell stack 1 at equilibrium is set to a value as large as possible. Thus, even when the fuel cell stack 1 is started, the fuel cell stack 1, the air compressor 7, and the load 3
It is possible to keep the current flowing from the fuel cell stack 1 low while keeping the electrical connection with the fuel cell stack 1.
【0047】また、燃料電池スタック1の起動完了後に
エアコンプレッサ7等に供給する電力を二次電池13の
電力から燃料電池スタック1の電力に切り替える際に、
リレー等の機械的な切替手段が不要であり、燃料電池ス
タック1と該燃料電池スタック1の電力供給先(エアコ
ンプレッサ7や負荷31等)とがダイオード21を介し
て既に電気的に接続されている状態であるため、過電流
の発生を防止することが可能となる。When the power supplied to the air compressor 7 and the like after the start of the fuel cell stack 1 is completed is switched from the power of the secondary battery 13 to the power of the fuel cell stack 1,
No mechanical switching means such as a relay is required, and the fuel cell stack 1 and the power supply destination (such as the air compressor 7 and the load 31) of the fuel cell stack 1 are already electrically connected via the diode 21. In this state, the occurrence of overcurrent can be prevented.
【0048】この結果、第1の実施の形態に関する効果
としては、燃料電池スタック1とDC/DCコンバータ
25とをダイオード21を介して接続し、DC/DCコ
ンバータ25の昇圧動作時の出力電圧の目標値を、燃料
電池スタック1の開放電圧の値からダイオード21のオ
ン電圧の値を引いた値よりも小さく、かつ、燃料電池ス
タック1の起動に必要な電力をすべて燃料電池スタック
1から供給した場合の平衡時の燃料電池スタック1の出
力電圧の値よりも大きい値に設定したことで、燃料電池
スタック1の起動が完了したか否かを、DC/DCコン
バータ25を含む単一のサブユニット19内の情報のみ
で判定することが可能となり、従来のようにサブユニッ
ト間での情報のやり取りが不要となるので、システムの
全体構成を簡単化することができる。同時に、燃料電池
スタック1と該燃料電池スタック1の電力供給先(エア
コンプレッサ7や負荷31等)とがダイオード21を介
して既に電気的に接続されており、従来のようにリレー
等の機械的な切替手段が不要となるので、燃料電池スタ
ック1の起動完了後に電力供給系統を切り替える際に、
過電流の発生を防止することができる。As a result, the effect of the first embodiment is that the fuel cell stack 1 is connected to the DC / DC converter 25 via the diode 21 so that the output voltage of the DC / DC converter 25 during the boost operation is increased. The target value was smaller than the value obtained by subtracting the value of the on-voltage of the diode 21 from the value of the open-circuit voltage of the fuel cell stack 1, and all the power required for starting the fuel cell stack 1 was supplied from the fuel cell stack 1. By setting the output voltage of the fuel cell stack 1 to a value larger than the value of the output voltage of the fuel cell stack 1 at the time of equilibrium, whether the activation of the fuel cell stack 1 is completed is determined by a single subunit including the DC / DC converter 25 Since it is possible to make a determination only with the information in the area 19, it is not necessary to exchange information between sub-units as in the prior art, so that the overall configuration of the system is simplified. Rukoto can. At the same time, the fuel cell stack 1 and the power supply destination (such as the air compressor 7 and the load 31) of the fuel cell stack 1 are already electrically connected via the diode 21. When the power supply system is switched after the start-up of the fuel cell stack 1 is completed,
The occurrence of overcurrent can be prevented.
【0049】(第2の実施の形態)図4は、本発明の第
2の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図
である。なお、第2の実施の形態は、図1に示す第1の
実施の形態に対応する燃料電池システムと同様の基本的
構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付
し、その説明を省略することとする。(Second Embodiment) FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. Note that the second embodiment has the same basic configuration as the fuel cell system corresponding to the first embodiment shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals. , The description of which will be omitted.
【0050】第2の実施の形態の特徴は、図4に示すよ
うに、燃料電池スタック1に電流が流入するのを防止す
るためのダイオード21を電力分配手段19a外の燃料
電池スタック1近傍に配置するとともに、図1に示す電
圧計23に代えて、電力分配手段19a内にDC/DC
コンバータ25の出力電流を検出する電流計35を設け
たことにある。この電流計35は、電力分配手段19a
を制御するための制御装置27に接続されており、制御
装置27にその検出信号(DC/DCコンバータ25の
出力電流)を送り込む。なお、本実施の形態は、例え
ば、サブシステムの搭載方法等の都合により、ダイオー
ド21を燃料電池スタック1の近傍に配置し、そのた
め、燃料電池スタック1の出力電圧を検出する電圧計2
3を電力分配手段19a内に設けることができない場合
等に有効である。The feature of the second embodiment is that, as shown in FIG. 4, a diode 21 for preventing a current from flowing into the fuel cell stack 1 is provided near the fuel cell stack 1 outside the power distribution means 19a. 1. In addition to the voltmeter 23 shown in FIG.
That is, an ammeter 35 for detecting the output current of the converter 25 is provided. The ammeter 35 is connected to the power distribution unit 19a.
, And sends a detection signal (output current of the DC / DC converter 25) to the control device 27. In the present embodiment, for example, the diode 21 is arranged near the fuel cell stack 1 due to the mounting method of the subsystem, and therefore, the voltmeter 2 for detecting the output voltage of the fuel cell stack 1 is used.
3 is effective when the power distribution unit 3 cannot be provided in the power distribution unit 19a.
【0051】次に、図5に示す制御フローチャートに従
って燃料電池システムの電力系統切替えの制御動作を説
明する。なお、図5に示す制御フローチャートは、制御
装置27の内部ROMに制御プログラムとして記憶され
ている。本実施の形態では、図5に示すように、ステッ
プS230、ステップS240及びステップS250を
図2に示すフローチャートに挿入し、ステップS130
及びステップS140を削除している。すなわち、図2
に示す第1の実施の形態に対応する制御フローチャート
において、ステップS130(燃料電池スタック1の出
力電圧を読み込むステップ)及びステップS140(読
み込まれた燃料電池スタック1の出力電圧を基準値と比
較するステップ)に代えて、ステップS230〜ステッ
プS250を実行することで、燃料電池スタック1の起
動が完了しているか否かの判定を、DC/DCコンバー
タ25の出力電流を読み込むことによって可能としてい
る。Next, the control operation for switching the power system of the fuel cell system will be described with reference to the control flowchart shown in FIG. The control flowchart shown in FIG. 5 is stored as a control program in the internal ROM of the control device 27. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, steps S230, S240, and S250 are inserted into the flowchart shown in FIG.
And step S140 are deleted. That is, FIG.
In the control flowchart corresponding to the first embodiment shown in FIG. 5, steps S130 (step of reading the output voltage of the fuel cell stack 1) and step S140 (step of comparing the read output voltage of the fuel cell stack 1 with a reference value) ), The determination of whether the activation of the fuel cell stack 1 has been completed can be made by reading the output current of the DC / DC converter 25.
【0052】ステップS100〜ステップS120は、
図2に示すフローチャートの各ステップと同様であるの
で、その説明を省略する。そして、ステップS230で
は、電力分配手段19a内に設けられた電流計35から
の信号値(DC/DCコンバータ25の出力電流)を読
み込む。Steps S100 to S120 are:
Since each step is the same as that in the flowchart shown in FIG. 2, the description thereof is omitted. Then, in step S230, a signal value (output current of the DC / DC converter 25) from the ammeter 35 provided in the power distribution means 19a is read.
【0053】そして、ステップS240では、燃料電池
スタック1の起動を開始した時点でのDC/DCコンバ
ータ25の出力電流の値から、今回ステップS230で
読み込まれたDC/DCコンバータ25の出力電流の値
を減算して、出力電流の変化量を算出する。In step S240, the value of the output current of the DC / DC converter 25 read this time in step S230 from the value of the output current of the DC / DC converter 25 at the time when the start of the fuel cell stack 1 is started. Is subtracted to calculate the amount of change in the output current.
【0054】そして、ステップS250では、算出され
たDC/DCコンバータ25の出力電流の変化量が予め
設定された基準値よりも大きいか否かを判断する。これ
は、DC/DCコンバータ25の出力電流が所定のしき
い値を下回っているか否かを判断するのと等価である。
この判断の結果、DC/DCコンバータ25の出力電流
の変化量が基準値以下の場合は(S250:NO)は、
燃料電池スタック1の起動はまだ完了していないものと
判定して、ステップS150に進む。一方、DC/DC
コンバータ25の出力電流の変化量が基準値よりも大き
い場合は(S250:YES)は、ステップS160に
進む。Then, in step S250, it is determined whether or not the calculated amount of change in the output current of DC / DC converter 25 is greater than a preset reference value. This is equivalent to determining whether the output current of the DC / DC converter 25 is below a predetermined threshold.
If the result of this determination is that the amount of change in the output current of the DC / DC converter 25 is less than or equal to the reference value (S250: NO),
It is determined that the activation of the fuel cell stack 1 has not been completed yet, and the process proceeds to step S150. On the other hand, DC / DC
If the amount of change in the output current of converter 25 is larger than the reference value (S250: YES), the process proceeds to step S160.
【0055】これは、本実施の形態の構成によれば、燃
料電池スタック1の起動状態が進行するに従ってDC/
DCコンバータ25の出力電流が減少することを利用し
ている。すなわち、図3を参照して、燃料電池スタック
1の電流―電圧特性は、起動状態の進行に伴って特性B
から特性Aに向かって変化するため、燃料電池スタック
1起動時にエアコンプレッサ7が消費する電流値I2 の
うち、燃料電池スタック1からの電流が、起動状態の進
行に伴って、電流値I1aから電流値I1bに向かって増加
する。その結果、DC/DCコンバータ25が分担すべ
き電流値が減少する。このときのDC/DCコンバータ
25の出力電流の減少を検出することによって、燃料電
池スタック1の起動が完了しているか否かを判定するこ
とが可能となる。According to the configuration of the present embodiment, the DC / DC power increases as the starting state of the fuel cell stack 1 progresses.
The fact that the output current of the DC converter 25 decreases is used. That is, referring to FIG. 3, the current-voltage characteristic of fuel cell stack 1 has characteristic B with the progress of the starting state.
From the current value I1a to the characteristic A, the current from the fuel cell stack 1 of the current value I2 consumed by the air compressor 7 when the fuel cell stack 1 starts It increases toward the value I1b. As a result, the current value to be shared by the DC / DC converter 25 decreases. By detecting a decrease in the output current of the DC / DC converter 25 at this time, it is possible to determine whether or not the activation of the fuel cell stack 1 has been completed.
【0056】ステップS150〜ステップS220は、
図2に示すフローチャートの各ステップと同様であるの
で、その説明を省略する。なお、本実施の形態では、ス
テップS160〜ステップS170は廃止してもよい。Steps S150 to S220 are
Since each step is the same as that in the flowchart shown in FIG. 2, the description thereof is omitted. In this embodiment, steps S160 to S170 may be omitted.
【0057】この結果、第2の実施の形態に関する効果
は、上述した第1の実施の形態に関する効果に加えて、
DC/DCコンバータ25の出力電流を検出する電流計
35を電力分配手段19a内に設けておき、DC/DC
コンバータ25の出力電流に基づいて、燃料電池スタッ
ク1の起動が完了しているか否かの判定を行うことで、
例えば、サブシステムの搭載方法等の都合により、ダイ
オード21を燃料電池スタック1の近傍に配置し、その
ため、燃料電池スタック1の出力電圧を検出する電圧計
23を電力分配手段19a内に設けることができない場
合等にも対応することができる。As a result, the effect of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
An ammeter 35 for detecting the output current of the DC / DC converter 25 is provided in the power distribution means 19a.
By determining whether the activation of the fuel cell stack 1 has been completed based on the output current of the converter 25,
For example, the diode 21 may be arranged near the fuel cell stack 1 due to the mounting method of the subsystem, and the voltmeter 23 for detecting the output voltage of the fuel cell stack 1 may be provided in the power distribution means 19a. It is possible to cope with cases where it is not possible.
【0058】(第3の実施の形態)図6は、本発明の第
3の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図
である。なお、第3の実施の形態は、図1に示す第1の
実施の形態に対応する燃料電池システムと同様の基本的
構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付
し、その説明を省略することとする。(Third Embodiment) FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment has the same basic configuration as the fuel cell system corresponding to the first embodiment shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals. , The description of which will be omitted.
【0059】第3の実施の形態の特徴は、図6に示すよ
うに、図1に示す電力分配手段19内にDC/DCコン
バータ25の出力電流を検出する電流計35を設けたこ
とにある。すなわち、本実施の形態では、電力分配手段
19b内にダイオード21、電圧計23及び電流計35
が設けられている。つまりは、本実施の形態は、第1の
実施の形態における燃料電池スタック1の出力電圧によ
る起動完了判定と、第2の実施の形態におけるDC/D
Cコンバータ25の出力電流の減少による起動完了判定
とを同時に行うようにしたものである。The feature of the third embodiment is that, as shown in FIG. 6, an ammeter 35 for detecting the output current of the DC / DC converter 25 is provided in the power distribution means 19 shown in FIG. . That is, in the present embodiment, the diode 21, the voltmeter 23 and the ammeter 35 are provided in the power distribution means 19b.
Is provided. That is, the present embodiment is different from the first embodiment in that the start-up completion determination based on the output voltage of the fuel cell stack 1 and the DC / D in the second embodiment are performed.
The start completion determination based on the decrease in the output current of the C converter 25 is performed simultaneously.
【0060】なお、燃料電池システムの電力系統切替え
の制御動作は、図2及び図5に示す制御フローチャート
の各ステップを適宜組み合わせて得られるフローチャー
トに従って説明することができるが、その各ステップの
内容は第1及び第2の実施の形態において説明した内容
と同様であるので、その説明を省略する。The control operation for switching the power system of the fuel cell system can be described according to a flowchart obtained by appropriately combining the steps of the control flowcharts shown in FIGS. 2 and 5, and the contents of each step are as follows. Since the contents are the same as those described in the first and second embodiments, description thereof will be omitted.
【0061】この結果、第3の実施の形態に関する効果
は、上述した第1の実施の形態に関する効果に加えて、
燃料電池スタック1の出力電圧による起動完了判定と、
DC/DCコンバータ25の出力電流の減少による起動
完了判定とを同時に行うことで、これら両方の条件を同
時に満たした場合に燃料電池スタック1の起動が完了し
たものと判定され、燃料電池スタック1の起動完了の判
定精度の向上を図ることができる。As a result, the effect of the third embodiment is the same as that of the first embodiment.
Start completion judgment based on the output voltage of the fuel cell stack 1;
By simultaneously performing the activation completion determination based on the decrease in the output current of the DC / DC converter 25, it is determined that the activation of the fuel cell stack 1 has been completed when both of these conditions are simultaneously satisfied. It is possible to improve the determination accuracy of the start-up completion.
【0062】なお、以上の各実施の形態の説明では、燃
料電池スタック1起動時の消費電力として、エアコンプ
レッサ7の消費電力を例にとって説明したが、これ以外
に高電圧で駆動されるサブシステムが設けられている場
合には、これらサブシステムの消費電力も考慮する必要
があることは当然である。In the above embodiments, the power consumption of the air compressor 7 has been described as an example of the power consumption when the fuel cell stack 1 is started. Is provided, the power consumption of these subsystems must be considered.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施の形態の燃料電池システムの電力系
統切替えの制御動作を説明するための制御フローチャー
トである。FIG. 2 is a control flowchart for explaining a control operation of power system switching of the fuel cell system according to the first embodiment.
【図3】燃料電池スタックの電流―電圧特性の一例を示
す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a current-voltage characteristic of a fuel cell stack.
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
【図5】第2の実施の形態の燃料電池システムの電力系
統切替えの制御動作を説明するための制御フローチャー
トである。FIG. 5 is a control flowchart for explaining a control operation of power system switching of the fuel cell system according to the second embodiment.
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.
【図7】従来の燃料電池システムの一例の構成を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an example of a conventional fuel cell system.
1 燃料電池スタック 3 燃料ガス供給手段 7 エアコンプレッサ 13 二次電池 17 バッテリセンサ 19,19a,19b 電力分配手段 21 ダイオード 23 電圧計 25 DC/DCコンバータ 27 制御装置 35 電流計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 3 Fuel gas supply means 7 Air compressor 13 Secondary battery 17 Battery sensor 19, 19a, 19b Power distribution means 21 Diode 23 Voltmeter 25 DC / DC converter 27 Control device 35 Ammeter
Claims (5)
る燃料電池スタックと、 前記燃料電池スタックが発生する電力の電圧よりも低い
電圧の電力を発生する二次電池と、 前記燃料電池スタックの電力供給先に電力を供給するた
めに前記二次電池が発生する電力の電圧を前記燃料電池
スタックが発生する電力の電圧に昇圧し、又は、前記二
次電池を充電するために前記燃料電池スタックが発生す
る電力の電圧を前記二次電池が発生する電力の電圧に降
圧する電圧変換手段と、 前記電圧変換手段における昇圧動作と降圧動作との切替
えを制御する制御手段とを備え、 前記燃料電池スタックの起動時、前記電圧変換手段を昇
圧動作に切り替え、前記二次電池を用いて前記燃料電池
スタックの起動に必要な電力を供給する燃料電池システ
ムであって、 前記燃料電池スタックと前記電圧変換手段とをダイオー
ドを介して接続し、前記電圧変換手段の昇圧動作時の出
力電圧の目標値を、前記燃料電池スタックの開放電圧の
値から前記ダイオードのオン電圧の値を引いた値よりも
小さく、かつ、前記燃料電池スタックの起動に必要な電
力をすべて前記燃料電池スタックから供給した場合の平
衡時の前記燃料電池スタックの出力電圧の値よりも大き
い値に設定したことを特徴とする燃料電池システム。1. A fuel cell stack for generating electric power using fuel gas and air; a secondary battery for generating electric power having a voltage lower than a voltage of electric power generated by the fuel cell stack; and the fuel cell stack. Boosting the voltage of the power generated by the secondary battery to supply power to the power supply destination to the voltage of the power generated by the fuel cell stack, or charging the fuel cell to charge the secondary battery A voltage conversion unit that steps down a voltage of power generated by the stack to a voltage of power generated by the secondary battery; anda control unit that controls switching between a step-up operation and a step-down operation in the voltage conversion unit. A fuel cell system that switches the voltage converting means to a boosting operation at the time of starting the battery stack and supplies electric power required for starting the fuel cell stack using the secondary battery; Connecting the fuel cell stack and the voltage conversion means via a diode, and setting the target value of the output voltage during the boosting operation of the voltage conversion means from the value of the open-circuit voltage of the fuel cell stack to the ON voltage of the diode. And a value larger than the value of the output voltage of the fuel cell stack at the time of equilibrium when all the power required for starting the fuel cell stack is supplied from the fuel cell stack. A fuel cell system, wherein the fuel cell system is set.
する電圧検出手段を有し、 前記制御手段は、 前記燃料電池スタックの出力電圧が所定時間以上所定の
基準値以上であるとき、前記電圧変換手段を昇圧動作か
ら降圧動作に切り替えることを特徴とする請求項1記載
の燃料電池システム。2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a voltage detecting unit configured to detect an output voltage of the fuel cell stack, wherein the control unit performs the voltage conversion when the output voltage of the fuel cell stack is equal to or more than a predetermined reference value for a predetermined time or more. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the means is switched from a step-up operation to a step-down operation.
電流検出手段を有し、 前記制御手段は、 前記電圧変換手段の出力電流が所定時間以上所定の基準
値以下であるとき、前記電圧変換手段を昇圧動作から降
圧動作に切り替えることを特徴とする請求項1記載の燃
料電池システム。A current detection unit for detecting an output current of the voltage conversion unit, wherein the control unit detects the voltage conversion when an output current of the voltage conversion unit is equal to or less than a predetermined reference value for a predetermined time or more. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the means is switched from a step-up operation to a step-down operation.
する電圧検出手段と、 前記電圧変換手段の出力電流を検出する電流検出手段と
を有し、 前記制御手段は、 前記燃料電池スタックの出力電圧が所定時間以上所定の
基準値以上であり、かつ、前記電圧変換手段の出力電流
が所定時間以上所定の基準値以下であるとき、前記電圧
変換手段を昇圧動作から降圧動作に切り替えることを特
徴とする請求項1記載の燃料電池システム。4. A fuel cell system comprising: a voltage detection means for detecting an output voltage of the fuel cell stack; and a current detection means for detecting an output current of the voltage conversion means. The control means includes an output voltage of the fuel cell stack. Is greater than or equal to a predetermined reference value for a predetermined time or more, and when the output current of the voltage conversion means is equal to or less than a predetermined reference value for a predetermined time or more, switching the voltage conversion means from a step-up operation to a step-down operation. The fuel cell system according to claim 1, wherein
状態検出手段を有し、 前記制御手段は、 前記二次電池の充電状態が電力を供給するのに適してい
ない状態にあるとき、前記電圧変換手段を昇圧動作から
降圧動作に切り替えることを特徴とする請求項1記載の
燃料電池システム。5. The battery according to claim 1, further comprising: a charging state detecting unit configured to detect a charging state of the secondary battery, wherein the control unit determines that a charging state of the secondary battery is not suitable for supplying power. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the voltage conversion unit switches from a step-up operation to a step-down operation.
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