JP2002231295A - 燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定方法、燃料電池システムおよびこれを搭載する車両、燃料電池出力制御方法並びに記憶媒体 - Google Patents
燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定方法、燃料電池システムおよびこれを搭載する車両、燃料電池出力制御方法並びに記憶媒体Info
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- B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Abstract
をより正確に推定する。 【解決手段】 燃料電池への水素供給圧Phから基本内
部抵抗R0を導出すると共に水素供給圧Phから理論出
力特性を導出し(S102)、燃料電池の基本出力特性
(V1,I)をV1=V0−R0・Iの関係から計算す
る(S104)。この基本出力特性を用いて燃料電池を
運転し(S106,S108)、実際の燃料電池の出力
電流Ifcに対する基本出力特性上の出力電圧Vfc0
と実際の燃料電池の出力電圧Vfcとから基本内部抵抗
R0を計算する(S110〜S114)。そして、燃料
電池の内部抵抗R1を計算し(S116)、燃料電池の
出力特性(V2,I)をV2=V0−R1・Iの関係か
ら計算する(S118)。基本出力特性と実際の燃料電
池の出力電流Ifcおよび出力電圧Vfcとを用いて出
力特性を推定するから、より適正なものとすることがで
きる。
Description
性推定装置および出力特性推定方法、燃料電池システム
およびこれを搭載する車両、燃料電池出力制御方法並び
に記憶媒体に関し、詳しくは、燃料電池の出力特性を推
定する出力特性推定装置および出力特性推定方法、燃料
電池を有する燃料電池システムおよびこれを搭載する車
両、燃料電池の出力を制御する燃料電池出力制御方法並
びにコンピュータを燃料電池の出力特性演算装置や燃料
電池システムの制御装置として機能させるコンピュータ
読みとり可能なプログラムを記憶した記憶媒体に関す
る。
は、燃料電池の出力の過不足を商用電源や他の発電源を
整流して得られる電力により賄うものが提案されている
(例えば、特開平3−80316号公報など)。このシ
ステムでは、負荷の消費電力が燃料電池の供給可能な電
力範囲内のときには負荷の消費電力のすべてを燃料電池
による発電で賄い、負荷の消費電力が燃料電池の供給可
能な電力範囲を超えるときには超える分だけ商用電源や
他の発電源を整流して得られる直流電力により賄うこと
により燃料電池を有効に利用するものとしている。
た燃料電池システムでは、燃料電池の経年使用によりそ
の出力特性が変化したときには、負荷の消費電力が燃料
電池の供給可能な電力範囲と判定されても、負荷の消費
電力のすべてを賄うことができない場合が生じる。ま
た、燃料電池は、その出力特性により運転ポイントが異
なるとエネルギ効率も異なるものとなり、システム全体
のエネルギ効率を考慮すれば、燃料電池の出力特性を考
慮する必要がある。
び出力特性推定方法は、経年使用により変化する燃料電
池の出力特性をより正確に推定することを目的とする。
また、本発明の燃料電池システムおよび燃料電池出力制
御方法は、燃料電池をより適正に運転して全体としての
エネルギ効率を向上させることを目的とする。本発明の
車両は、よりエネルギ効率のよい車両を提供することを
目的とする。さらに、本発明の記憶媒体は、コンピュー
タを経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより
正確に演算する燃料電池の出力特性演算装置としてや燃
料電池をより適正に運転して全体としてのエネルギ効率
を向上させる燃料電池システムの制御装置として機能さ
せることを目的とする。
ルギ効率を向上させる目的で燃料電池の出力特性を考慮
して燃料電池出力を決めるシステムを提案している(特
願平10−196763号)。
発明の燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定
方法、燃料電池システムおよびこれを搭載する車両、燃
料電池出力制御方法並びに記憶媒体は、上述の目的を達
成するために以下の手段を採った。
燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定装置であっ
て、前記燃料電池の出力電流と該燃料電池の端子間電圧
とを検出する電流電圧検出手段と、該検出された出力電
流と端子間電圧と前記燃料電池の基本出力特性とに基づ
いて前記燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定手
段とを備えることを要旨とする。
では、経年使用される燃料電池のその時の出力特性を出
力電流と端子間電圧と燃料電池の基本出力特性とに基づ
いて推定することができる。ここで、燃料電池の出力特
性は、燃料電池の出力電流と燃料電池の出力電圧との関
係をいう。
装置において、前記出力特性推定手段は、前記燃料電池
への燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度に基
づいて前記基本出力特性を導出する基本出力特性導出手
段を備えるものとすることもできる。この態様の本発明
の燃料電池の出力特性推定装置において、前記基本出力
特性導出手段は、前記燃料電池への燃料供給圧および/
または前記燃料電池の温度に対応する出力特性と前記燃
料電池の温度に対応する該燃料電池の内部抵抗とを用い
て前記基本出力特性を導出する手段であるものとするこ
ともできる。こうすれば、より適正に基本出力特性を導
出することができる。この結果、より適正な燃料電池の
出力特性を推定することができる。
置において、前記出力特性推定手段は、前記検出された
出力電流と端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて
前記燃料電池の内部抵抗を推定し、該推定した内部抵抗
を用いて前記燃料電池の出力特性を推定する手段である
ものとすることもできる。こうすれば、より適正な燃料
電池の出力特性を推定することができる。この態様であ
って燃料電池への燃料供給圧および/または燃料電池の
温度に対応する出力特性と燃料電池の温度に対応する燃
料電池の内部抵抗とを用いて基本出力特性を導出する態
様の本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前
記出力特性推定手段は、前記燃料電池への燃料供給圧お
よび/または前記燃料電池の温度に対応する出力特性と
前記推定した内部抵抗とを用いて該燃料電池の出力特性
を推定する手段であるものとすることもできる。
有する燃料電池システムであって、各態様のいずれかの
本発明の燃料電池の出力特性推定装置と、該出力特性推
定装置により推定された前記燃料電池の出力特性を用い
て該燃料電池の目標出力を設定する目標出力設定手段
と、該設定された目標出力が前記燃料電池から出力され
るよう該燃料電池の出力を調整する出力調整手段とを備
えることを要旨とする。
適正な燃料電池の出力特性を用いて燃料電池からの出力
を調整するから、燃料電池を効率よく運転することがで
きる。この結果、システム全体のエネルギ効率を向上さ
せることができる。
て、電力のやり取りが可能な電力受給手段を備え、前記
目標出力設定手段はシステムへの要求出力に基づいて前
記目標出力を設定する手段であり、前記出力調整手段は
前記目標出力設定手段により設定された目標出力では前
記システムへの要求出力に過不足が生じるときには該過
不足を前記電力受給手段の電力受給により調整する手段
であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池
を効率よく運転しながらシステムへの要求出力に見合う
出力をシステムから出力することができる。この態様の
本発明の燃料電池システムにおいて、前記出力調整手段
は、前記電力受給手段の端子に接続され該電力受給手段
の端子間電圧を変圧して前記燃料電池の出力端子に接続
する変圧手段を備えるものとすることもできる。
て、前記出力調整手段は、前記燃料電池の端子間電圧が
前記目標出力に相当する電圧となるよう調整する手段で
あるものとすることもできる。より適正な燃料電池の出
力特性を用いているから、燃料電池の端子間電圧を目標
出力に相当する電圧に調整することにより燃料電池から
目標出力を出力させることができる。
明の燃料電池システムを搭載することを要旨とする。本
発明の燃料電池システムはより適正な燃料電池の出力特
性を用いて燃料電池からの出力を調整することにより燃
料電池を効率よく運転するから、これを搭載する本発明
の車両は、エネルギ効率の高いものとなる。
燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定方法であっ
て、(a)前記燃料電池への燃料供給圧および/または
前記燃料電池の温度に基づいて前記燃料電池の基本出力
特性を推定し、(b)該推定した基本出力特性と前記燃
料電池の出力電流と該燃料電池の端子間電圧とに基づい
て前記燃料電池の出力特性を推定することを要旨とす
る。
れば、経年使用される燃料電池のその時の出力特性を燃
料電池への燃料供給圧および該燃料電池の温度、または
燃料電池の温度に基づいて得られる基本出力特性と燃料
電池の出力電流と端子間電圧とに基づいて推定すること
ができる。
方法において、前記ステップ(a)は、前記燃料電池へ
の燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度に対応
する出力特性と前記燃料電池の温度に対応する該燃料電
池の内部抵抗とを用いて前記基本出力特性を推定するス
テップであるものとすることもできる。こうすれば、よ
り適正な燃料電池の出力特性を推定することができる。
法において、前記ステップ(b)は、前記出力電流と前
記端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前記燃料
電池の内部抵抗を推定し、該推定した内部抵抗を用いて
該燃料電池の出力特性を推定するステップであるものと
することもできる。こうすれば、より適正な燃料電池の
出力特性を推定することができる。この態様の本発明の
燃料電池の出力特性推定方法において、前記ステップ
(b)は、前記燃料電池への燃料供給圧および/または
前記燃料電池の温度に対応する出力特性と前記推定した
内部抵抗とを用いて該燃料電池の出力特性を推定するス
テップであるものとすることもできる。
池の出力を制御する燃料電池出力制御方法であって、
(c)各態様のいずれかの本発明の燃料電池の出力特性
推定方法により推定された前記燃料電池の出力特性を用
いて前記燃料電池の目標出力を設定し、(d)該設定さ
れた目標出力が前記燃料電池から出力されるよう該燃料
電池の出力を制御することを要旨とする。
ば、より適正な燃料電池の出力特性を推定し、これを用
いて燃料電池の出力を制御するから、燃料電池を効率よ
く運転することができる。
おいて、前記ステップ(c)は前記燃料電池と電力のや
り取りが可能な電力受給手段とを含む燃料電池システム
への要求出力に基づいて前記目標出力を設定するステッ
プであり、前記ステップ(d)は前記設定された目標出
力では前記燃料電池システムへの要求出力に過不足が生
じるときには該過不足を前記電力受給手段の電力受給に
より調整するステップであるものとすることもできる。
こうすれば、燃料電池を効率よく運転しながら燃料電池
システムへの要求出力に見合う出力を燃料電池システム
から出力することができる。この態様の本発明の燃料電
池出力制御方法において、前記ステップ(d)は、前記
燃料電池の端子間電圧が前記目標出力に相当する電圧と
なるよう該燃料電池の出力端子に接続される前記電力受
給手段の端子間電圧を変圧するステップであるものとす
ることもできる。
を、燃料電池への燃料供給圧および/または燃料電池の
温度に基づいて該燃料電池の基本出力特性を演算する基
本特性演算手段と、該推定した基本出力特性と前記燃料
電池の出力電流と該燃料電池の端子間電圧とに基づいて
前記燃料電池の出力特性を演算する出力特性演算手段と
を備える燃料電池の出力特性演算装置として機能させる
コンピュータ読みとり可能なプログラムを記憶したこと
を要旨とする。
ンピュータを、経年使用される燃料電池のその時の出力
特性を出力電流と端子間電圧と燃料電池の基本出力特性
とに基づいて演算することができる燃料電池の出力特性
演算装置として機能させることができる。
記プログラムは、前記基本特性演算手段が前記燃料電池
への燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度に対
応する出力特性と前記燃料電池の温度に対応する該燃料
電池の内部抵抗とを用いて前記基本出力特性を演算する
手段として機能するようプログラムされてなるものとす
ることもできる。
前記プログラムは、前記出力特性演算手段が前記出力電
流と前記端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前
記燃料電池の内部抵抗を推定すると共に該推定した内部
抵抗を用いて該燃料電池の出力特性を演算する手段とし
て機能するようプログラムされてなるものとすることも
できる。この態様の本発明の第1の記憶媒体において、
前記プログラムは、前記出力特性演算手段が前記燃料電
池への燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度に
対応する出力特性と前記推定した内部抵抗とを用いて該
燃料電池の出力特性を演算する手段として機能するよう
プログラムされてなるものとすることもできる。
を、各態様のいずれかの本発明の第1の記憶媒体に係る
燃料電池の出力特性演算装置における基本特性演算手段
と、各態様のいずれかの本発明の第1の記憶媒体に係る
燃料電池の出力特性演算装置における出力特性演算手段
と、該演算された前記燃料電池の出力特性を用いて前記
燃料電池の目標出力を設定する目標出力設定手段と、該
設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるよう
該燃料電池の出力を制御する出力制御手段とを備える燃
料電池システムの制御装置として機能させるコンピュー
タ読みとり可能なプログラムを記憶したことを要旨とす
る。
ンピュータを、より適正な燃料電池の出力特性を用いて
燃料電池からの出力を調整することにより燃料電池を効
率よく運転することができる燃料電池システムの制御装
置として機能させることができる。
て、前記プログラムは、前記目標出力設定手段が前記燃
料電池と電力のやり取りが可能な電力受給手段とを含む
燃料電池システムへの要求出力に基づいて前記目標出力
を設定する手段として機能し、前記出力制御手段が前記
設定された目標出力では前記燃料電池システムへの要求
出力に過不足が生じるときには該過不足を前記電力受給
手段の電力受給により調整する手段として機能するよう
プログラムされてなるものとすることもできる。この態
様の本発明の第2の記憶媒体において、前記プログラム
は、前記出力制御手段が前記燃料電池の端子間電圧を前
記目標出力に相当する電圧にするよう該燃料電池の出力
端子に接続される前記電力受給手段の端子間電圧を変圧
する手段として機能するようプログラムされてなるもの
とすることもできる。
例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である
車載された燃料電池システム20の構成の概略を示す構
成図である。実施例の燃料電池システム20は、図示す
るように、水素タンク22からの水素とブロア24から
の空気中の酸素とにより発電する例えば固体高分子型燃
料電池として構成された燃料電池26と、燃料電池26
の出力端子に接続された電力ライン28の電圧を調整す
ると共に補機33に電力を供給するバッテリ30の充放
電を行なうDC/DCコンバータ32と、電力ライン2
8に接続されたインバータ34と、インバータ34のス
イッチング素子のスイッチングにより駆動制御され駆動
軸38と動力のやり取りを行なうモータ36と、システ
ム全体をコントロールする電子制御ユニット40とを備
える。なお、駆動軸38は、減速ギヤ12を介して駆動
輪14に接続されており、モータ36から駆動軸38に
出力された動力は最終的には、駆動輪14に出力される
ようになっている。
心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処
理プログラムを記憶したROM44と、一時的にデータ
を記憶するRAM46と、入出力ポート(図示せず)と
を備える。この電子制御ユニット40には、水素タンク
22から燃料電池26への供給管に取り付けられた圧力
センサ50からの水素供給圧Phや燃料電池26に取り
付けられた温度センサ52からの燃料電池温度Tfc,
燃料電池26の出力端子間に取り付けられた電圧センサ
54からの燃料電池26の出力電圧Vfc,燃料電池2
6の出力端子に取り付けられた電流センサ56からの燃
料電池26の出力電流Ifc,インバータ34内に取り
付けられた図示しない電流センサからのモータ36に印
加している各相の電流,モータ36に取り付けられた図
示しない角度センサからのモータ36の回転子の回転
角,車速センサ58からの車速V,シフトレバー60の
位置を検出するシフトポジションセンサ61からのシフ
トポジションSP,アクセルペダル62の踏み込み量を
検出するアクセルペダルポジションセンサ63からのア
クセルペダルポジションAP,ブレーキペダル64の踏
み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ6
5からのブレーキペダルポジションBPなどが入力ポー
トを介して入力されている。また、電子制御ユニット4
0からは、ブロア24への駆動信号やDC/DCコンバ
ータ32への制御信号,インバータ34への制御信号,
減速ギヤ12への制御信号などが出力ポートを介して出
力されている。
池システム20の動作、特に燃料電池26の出力特性を
推定する動作と出力制御の際の動作について説明する。
まず、燃料電池26の出力特性を推定する動作について
説明する。図2は燃料電池26の出力特性の推定処理の
原理を説明する出力特性推定処理ルーチンの一例を示す
フローチャートであり、図3は実施例の燃料電池システ
ム20の電子制御ユニット40により実行される出力特
性補正処理ルーチンの一例を示すフローチャートであ
る。なお、図2の出力特性推定処理ルーチンは、単に出
力特性を説明するためのものではなく、燃料電池温度T
fcが変化したときや水素供給圧Phが変化したときに
実施例の燃料電池システム20の電子制御ユニット40
により実行される。
れると、電子制御ユニット40のCPU42は、まず、
圧力センサ50からの水素供給圧Phと温度センサ52
からの燃料電池温度Tfcとを読み込み(ステップS1
00)、燃料電池26の基本内部抵抗R0と理論出力特
性とを導出する処理を実行する(ステップS102)。
基本内部抵抗R0の導出は、実施例では、燃料電池温度
Tfcと基本内部抵抗R0との関係を実験などにより求
めて予めマップとしてROM44に記憶しておき、燃料
電池温度Tfcが与えられると、マップから対応する基
本内部抵抗R0を導出するものとした。図4に燃料電池
温度Tfcと基本内部抵抗R0との関係を示すマップの
一例を示す。また、理論出力特性の導出は、実施例で
は、内部抵抗のない燃料電池26に対して水素供給圧P
h毎の燃料電池26の出力電流Ifcと出力電圧Vfc
との関係を求めて予めマップとしてROM44に記憶し
ておき、水素供給圧Phが与えられると、マップから対
応する出力電流Ifcと出力電圧Vfcとの関係を理論
出力特性として導出するものとした。図5に内部抵抗の
ない燃料電池26に対する水素供給圧Phと燃料電池2
6の出力電流Ifcと出力電圧Vfcとの関係を示すマ
ップの一例を示す。
とを導出すると、基本内部抵抗R0と理論出力特性とを
用いて基本出力特性を計算する(ステップS104)。
基本出力特性は、理論出力特性に基本内部抵抗R0を考
慮したものとして計算され、具体的には、次式(1)に
より計算される。ここで、V0は出力電流Iに対応する
理論出力特性の出力電圧であり、V1は出力電流Iに対
応する基本出力特性の出力電圧である。
イントVs0,Is0を燃料電池26の運転ポイントV
fc*,Ifc*として設定し(ステップS106)、
その運転ポイントで燃料電池26が運転されるようDC
/DCコンバータ32を制御する(ステップS10
8)。DC/DCコンバータ32の制御は、具体的に
は、電力ライン28の電圧が設定された運転ポイント電
圧Vfc*となるように行なわれる。
力電圧Vfcと電流センサ56により検出される出力電
流Ifcとを読み込み(ステップS110)、読み込ん
だ出力電流IfcとステップS104により計算した基
本出力特性とを用いて出力電流Ifcに対応する基本出
力特性上の出力電圧Vfc0を導出する(ステップS1
12)。続いて、基本出力特性上の出力電圧Vfc0と
電圧センサ54により検出された出力電圧Vfcとの偏
差を出力電流Ifcで割って内部抵抗偏差ΔRを計算し
(ステップS114)、この内部抵抗偏差ΔRを基本内
部抵抗R0に加えて燃料電池26の内部抵抗R1を求め
る(ステップS116)。そして、求めた内部抵抗R1
を用いて次式(2)により燃料電池26の出力特性を計
算して(ステップS118)、本ルーチンを終了する。
ここで、V2は出力電流Iに対応する燃料電池26の出
力特性の出力電圧である。図6に、基本出力特性から燃
料電池26の出力特性を求める様子の一例を示す。
電池温度Tfcや水素供給圧Phに変更がないときに
は、上述の出力特性推定処理ルーチンを実行した後に図
3に例示する出力特性補正処理ルーチンを繰り返し実行
して燃料電池26の出力特性を補正する。この出力特性
補正処理ルーチンは、基本的には、図2の出力特性推定
処理ルーチンのステップS110〜S118に相当する
処理であるが、基本出力特性に代えて前回の出力特性を
用いている点および内部抵抗R1を比例項と積分項とを
用いて求めている点が異なる。
れると、電子制御ユニット40のCPU42は、電圧セ
ンサ54からの出力電圧Vfcと電流センサ56からの
出力電流Ifcとを読み込み(ステップS200)、読
み込んだ出力電流Ifcと前回このルーチンが実行され
たときに計算された燃料電池26の出力特性とを用いて
出力電流Ifcに対応する出力特性上の出力電圧Vfc
1を導出する(ステップS202)。そして、出力特性
上の出力電圧Vfc1と出力電圧Vfcとの偏差を出力
電流Ifcで割って内部抵抗偏差ΔRを計算し(ステッ
プS204)、次式(3)を用いて燃料電池26の内部
抵抗R1を計算する(ステップS206)。ここで、K
pは比例項におけるゲインであり、Kiは積分項におけ
るゲインである。
の式(2)により燃料電池26の出力特性を計算し(ス
テップS208)、本ルーチンを終了する。図7に、燃
料電池26の出力特性を補正している様子の一例を示
す。
0によれば、電子制御ユニット40が実行する出力特性
推定処理や出力特性補正処理を行なうことにより、経年
使用される燃料電池26のより適正な出力特性を得るこ
とができる。
して得られた燃料電池26の出力特性を用いてシステム
の出力制御を行なっている。図8は、実施例の燃料電池
システム20の電子制御ユニット40により実行される
出力制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
このルーチンは、所定時間毎(例えば、8msec毎)
に繰り返し実行される。
御ユニット40のCPU42は、まず、車速センサ58
により検出される車速Vやアクセルペダルポジションセ
ンサ63により検出されるアクセルペダルポジションA
P,ブレーキペダルポジションセンサ65により検出さ
れるブレーキペダルポジションBPなどの各種データを
読み込む処理を実行する(ステップS300)。続い
て、読み込んだアクセルペダルポジションAPやブレー
キペダルポジションBP,車速Vに基づいて駆動軸38
に出力すべき出力、即ちシステムへの要求出力P0を計
算する(ステップS302)。要求出力P0の計算は、
実施例では、アクセルペダルポジションAPとブレーキ
ペダルポジションBPと車速Vと要求出力P0との関係
を予め定めたマップをROM44に記憶しておき、アク
セルペダルポジションAPやブレーキペダルポジション
BP,車速Vが与えられると、マップから対応する要求
出力P0を導出するものとした。
0を、燃料電池26から出力する燃料電池出力Pfcと
バッテリ30から出力するバッテリ出力Pbとに分配す
る(ステップS304)。要求出力P0の分配は、具体
的には、図2の出力特性推定処理ルーチンや図3の出力
特性補正処理ルーチンにより推定または補正された燃料
電池26の出力特性を用いて出力可能な範囲から燃料電
池26を効率よく運転できる出力として燃料電池出力P
fcを設定し、要求出力P0に対して設定した燃料電池
出力Pfcでは過不足する出力をバッテリ出力Pbに割
り当てることにより行なわれる。
と、燃料電池出力Pfcに基づいて燃料電池26の運転
ポイントVfc*,Ifc*を設定し(ステップS30
6)、電力ライン28の電圧が設定した運転ポイント電
圧Vfc*となるようDC/DCコンバータ32を制御
すると共に(ステップS308)、要求出力P0がモー
タ36から駆動軸38に出力されるようインバータ34
を制御して(ステップS310)、本ルーチンを終了す
る。なお、インバータ34の制御については通常の制御
であり、本発明の中核をなさないから、これ以上の詳細
な説明は省略する。
0によれば、より適正な燃料電池26の出力特性を用い
て燃料電池出力Pfcを配分するから、燃料電池26を
効率よく運転することができる。この結果、システム全
体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、
燃料電池出力Pfcでは要求出力P0に対して過不足す
る分はバッテリ30からの出力Pbにより賄うから、駆
動軸38に要求出力P0を出力することができる。
供給圧Phから理論出力特性を導出するものとしたが、
燃料電池温度Tfcから理論出力特性を導出するものと
してもよい。このときの理論出力特性は、この変形例で
は、図2のルーチンのステップS102における理論出
力特性の導出に代えて、燃料電池26の燃料電池温度T
fc毎の内部抵抗のない燃料電池26の出力電流Ifc
と出力電圧Vfcとの関係を予め求めてマップとしてR
OM44に記憶しておき、燃料電池温度Tfcが与えら
れるとマップから対応する出力電流Ifcと出力電圧V
fcとの関係を理論出力特性として導出するものとし
た。図9に燃料電池温度Tfcと内部抵抗のない燃料電
池26の出力電流Ifcと出力電圧Vfcとの関係を示
すマップの一例を示す。
fcから導出するのは、燃料電池温度Tfcを利用すれ
ば低出力域(高出力電圧低出力電流域)における誤差が
特に小さい理論出力特性、即ち低出力域においても高精
度な理論出力特性が得られることに基づいている。例え
ば、図10に示すように、水素供給圧Phから導出され
た理論出力特性に基づいて推定等された出力特性(図1
0の破線で示した前回の出力特性)と、燃料電池26を
その出力特性上の低出力域(図10の設定ポイント)で
運転させたときに電圧センサ54および電流センサ56
により検出された出力電圧Vfcおよび出力電流Ifc
(図10の測定ポイント)とに基づいて図2のルーチン
や図3のルーチンを用いて燃料電池26の出力特性を計
算すると、図10の破線で示す補正された出力特性とな
る。この補正された出力特性は、図10の実線で示した
真の出力特性に対して大きくずれていることが分かる。
このように、水素供給圧Phから導出された理論出力特
性を用いて燃料電池26を低出力域で運転させたときの
出力電圧Vfcおよび出力電流Ifcから燃料電池26
の出力特性を計算すると、真の出力特性に対して大きな
ずれが生じることがある。これに対してこの変形例で
は、燃料電池温度Tfcを利用して低出力域においても
高精度な理論出力特性を導出することができるので、燃
料電池26を低出力域で運転させたときでも、真の出力
特性により近い出力特性を計算することができるのであ
る。なお、燃料電池温度Tfcから理論出力特性を導出
する場合、図2のルーチンのステップS100において
水素供給圧Phを入力しないものとしても差し支えな
い。
理論出力特性を導出するものとしたが、水素供給圧Ph
と燃料電池温度Tfcの両方を用いて理論出力特性を導
出するものとしてもよい。このときの理論出力特性の導
出は、この変形例では、図2のルーチンのステップS1
02における理論出力特性の導出に代えて、燃料電池2
6の燃料電池温度Tfc毎および燃料電池26に対する
水素供給圧Ph毎の内部抵抗のない燃料電池26の出力
電流Ifcと出力電圧Vfcとの関係を予め実験などに
より求めてマップとしてROM44に記憶しておき、燃
料電池温度Tfcと水素供給圧Phとが与えられるとマ
ップから対応する出力電流Ifcと出力電圧Vfcとの
関係を理論出力特性として導出するものとした。図11
に燃料電池26の燃料電池温度Tfcと燃料電池26に
対する水素供給圧Phと内部抵抗のない燃料電池26の
出力電流Ifcと出力電圧Vcfとの関係を示すマップ
の一例を示す。
電池温度Tfcから基本内部抵抗R0を導出すると共に
水素供給圧Phから内部抵抗のない理論出力特性を導出
するものとしたが、水素供給圧Phから所定の内部抵抗
を考慮した理論出力特性を導出するものとしてもよい。
同様に、燃料電池システム20の変形例では、燃料電池
温度Tfcから基本内部抵抗R0を導出すると共に燃料
電池温度Tfcから内部抵抗のない理論出力特性を導出
したり、燃料電池温度Tfcから基本内部抵抗R0を導
出すると共に燃料電池温度Tfcおよび水素供給圧Ph
から内部抵抗のない理論出力特性を導出するものとした
が、それぞれ燃料電池温度Tfcから予め所定の内部抵
抗を考慮した理論出力特性を導出するものとしてもよい
し、水素供給圧Phおよび燃料電池温度Tfcから予め
所定の内部抵抗を考慮した理論出力特性を導出するもの
としても構わない。
は、燃料電池温度Tfcや水素供給圧Phが変更された
ときに図2の出力特性推定処理ルーチンを実行し、その
後、図3の出力特性補正処理ルーチンを繰り返し実行す
るものとしたが、燃料電池温度Tfcや水素供給圧Ph
の変更に拘わらず、図2の出力推定処理ルーチンを繰り
返し実行するものとしてもよい。この場合、図3の出力
特性補正処理ルーチンは実行してもしなくても差し支え
ない。
されるものとして説明したが、車両以外の船舶や航空機
などの移動体あるいは移動しない据え置き型の動力装置
などに燃料電池システム20を用いるものとしても差し
支えない。
タ36の駆動源としての燃料電池26の出力特性を推定
したり補正するものとしたが、電力を消費する一般的な
負荷に電力を供給する電源としての燃料電池の出力特性
を推定したり補正するものに適用するものとしてもよ
い。また、燃料電池の出力特性推定処理や出力特性補正
処理を行なう出力特性推定装置や出力特性補正装置とし
てコンピュータを機能させるプログラムを記載したコン
ピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばCD−ROM
やフレキシブルディスクなどの種々の記憶媒体とする態
様も好適である。このような記憶媒体を用いることで、
本発明の実施の形態に関わるプログラムを燃料電池シス
テムにインストールし、本発明の効果を得ることも可能
となる。
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
システム20の構成の概略を示す構成図である。
説明する出力特性推定処理ルーチンの一例を示すフロー
チャートである。
ニット40により実行される出力特性補正処理ルーチン
の一例を示すフローチャートである。
関係の一例を示すマップである。
給圧Phと燃料電池26の出力電流Ifcと出力電圧V
fcとの関係の一例を示すマップである。
求める様子の一例を示す説明図である。
の一例を示す説明図である。
ニット40により実行される出力制御ルーチンの一例を
示すフローチャートである。
池26の出力電流Ifcと出力電圧Vfcとの関係の一
例を示すマップである。
燃料電池26の出力特性を補正している様子の一例を示
す説明図である。
抵抗のない燃料電池26に対する水素供給圧Phと燃料
電池26の出力電流Ifcと出力電圧Vfcとの関係の
一例を示すマップである。
ム、22 水素タンク、24 ブロア、26 燃料電
池、28 電力ライン、30 バッテリ、32DC/D
Cコンバータ、33 補機、34 インバータ、36
モータ、38駆動軸、40 電子制御ユニット、42
CPU、44 ROM、46 RAM、50 圧力セン
サ、52 温度センサ、54 電圧センサ、56 電流
センサ、58 車速センサ、60 シフトレバー、61
シフトポジションセンサ、62 アクセルペダル、6
3 アクセルペダルポジションセンサ、64 ブレーキ
ペダル、65 ブレーキペダルポジションセンサ。
Claims (24)
- 【請求項1】 燃料電池の出力特性を推定する出力特性
推定装置であって、 前記燃料電池の出力電流と該燃料電池の端子間電圧とを
検出する電流電圧検出手段と、 該検出された出力電流と端子間電圧と前記燃料電池の基
本出力特性とに基づいて前記燃料電池の出力特性を推定
する出力特性推定手段とを備える燃料電池の出力特性推
定装置。 - 【請求項2】 前記出力特性推定手段は、前記燃料電池
への燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度に基
づいて前記基本出力特性を導出する基本出力特性導出手
段を備える請求項1記載の燃料電池の出力特性推定装
置。 - 【請求項3】 前記基本出力特性導出手段は、前記燃料
電池への燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度
に対応する出力特性と前記燃料電池の温度に対応する該
燃料電池の内部抵抗とを用いて前記基本出力特性を導出
する手段である請求項2記載の燃料電池の出力特性推定
装置。 - 【請求項4】 前記出力特性推定手段は、前記検出され
た出力電流と端子間電圧と前記基本出力特性とに基づい
て前記燃料電池の内部抵抗を推定し、該推定した内部抵
抗を用いて前記燃料電池の出力特性を推定する手段であ
る請求項1ないし3いずれか記載の燃料電池の出力特性
推定装置。 - 【請求項5】 前記出力特性推定手段は、前記燃料電池
への燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度に対
応する出力特性と前記推定した内部抵抗とを用いて該燃
料電池の出力特性を推定する手段である請求項3に係る
請求項4記載の燃料電池の出力特性推定装置。 - 【請求項6】 燃料電池を有する燃料電池システムであ
って、 請求項1ないし5いずれか記載の燃料電池の出力特性推
定装置と、 該出力特性推定装置により推定された前記燃料電池の出
力特性を用いて該燃料電池の目標出力を設定する目標出
力設定手段と、 該設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるよ
う該燃料電池の出力を調整する出力調整手段とを備える
燃料電池システム。 - 【請求項7】 請求項6記載の燃料電池システムであっ
て、 電力のやり取りが可能な電力受給手段を備え、 前記目標出力設定手段は、システムへの要求出力に基づ
いて前記目標出力を設定する手段であり、 前記出力調整手段は、前記目標出力設定手段により設定
された目標出力では前記システムへの要求出力に過不足
が生じるときには該過不足を前記電力受給手段の電力受
給により調整する手段である燃料電池システム。 - 【請求項8】 前記出力調整手段は、前記電力受給手段
の端子に接続され該電力受給手段の端子間電圧を変圧し
て前記燃料電池の出力端子に接続する変圧手段を備える
請求項7記載の燃料電池システム。 - 【請求項9】 前記出力調整手段は、前記燃料電池の端
子間電圧が前記目標出力に相当する電圧となるよう調整
する手段である請求項6ないし8いずれか記載の燃料電
池システム。 - 【請求項10】 請求項6ないし9いずれか記載の燃料
電池システムを搭載する車両。 - 【請求項11】 燃料電池の出力特性を推定する出力特
性推定方法であって、(a)前記燃料電池への燃料供給
圧および/または前記燃料電池の温度に基づいて前記燃
料電池の基本出力特性を推定し、(b)該推定した基本
出力特性と前記燃料電池の出力電流と該燃料電池の端子
間電圧とに基づいて前記燃料電池の出力特性を推定する
燃料電池の出力特性推定方法。 - 【請求項12】 前記ステップ(a)は、前記燃料電池
への燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度に対
応する出力特性と前記燃料電池の温度に対応する該燃料
電池の内部抵抗とを用いて前記基本出力特性を推定する
ステップである請求項11記載の燃料電池の出力特性推
定方法。 - 【請求項13】 前記ステップ(b)は、前記出力電流
と前記端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前記
燃料電池の内部抵抗を推定し、該推定した内部抵抗を用
いて該燃料電池の出力特性を推定するステップである請
求項11または12記載の燃料電池の出力特性推定方
法。 - 【請求項14】 前記ステップ(b)は、前記燃料電池
への燃料供給圧および/または前記燃料電池の温度に対
応する出力特性と前記推定した内部抵抗とを用いて該燃
料電池の出力特性を推定するステップである請求項13
記載の燃料電池の出力特性推定方法。 - 【請求項15】 燃料電池の出力を制御する燃料電池出
力制御方法であって、(c)請求項11ないし14いず
れか記載の燃料電池の出力特性推定方法により推定され
た前記燃料電池の出力特性を用いて前記燃料電池の目標
出力を設定し、(d)該設定された目標出力が前記燃料
電池から出力されるよう該燃料電池の出力を制御する燃
料電池出力制御方法。 - 【請求項16】 請求項15記載の燃料電池出力制御方
法であって、 前記ステップ(c)は、前記燃料電池と電力のやり取り
が可能な電力受給手段とを含む燃料電池システムへの要
求出力に基づいて前記目標出力を設定するステップであ
り、 前記ステップ(d)は、前記設定された目標出力では前
記燃料電池システムへの要求出力に過不足が生じるとき
には該過不足を前記電力受給手段の電力受給により調整
するステップである燃料電池出力制御方法。 - 【請求項17】 前記ステップ(d)は、前記燃料電池
の端子間電圧が前記目標出力に相当する電圧となるよう
該燃料電池の出力端子に接続される前記電力受給手段の
端子間電圧を変圧するステップである請求項16記載の
燃料電池出力制御方法。 - 【請求項18】 コンピュータを、 燃料電池への燃料供給圧および/または燃料電池の温度
に基づいて該燃料電池の基本出力特性を演算する基本特
性演算手段と、 該推定した基本出力特性と前記燃料電池の出力電流と該
燃料電池の端子間電圧とに基づいて前記燃料電池の出力
特性を演算する出力特性演算手段とを備える燃料電池の
出力特性演算装置として機能させるコンピュータ読みと
り可能なプログラムを記憶した記憶媒体。 - 【請求項19】 前記プログラムは、前記基本特性演算
手段が前記燃料電池への燃料供給圧および/または前記
燃料電池の温度に対応する出力特性と前記燃料電池の温
度に対応する該燃料電池の内部抵抗とを用いて前記基本
出力特性を演算する手段として機能するようプログラム
されてなる請求項18記載の記憶媒体。 - 【請求項20】 前記プログラムは、前記出力特性演算
手段が前記出力電流と前記端子間電圧と前記基本出力特
性とに基づいて前記燃料電池の内部抵抗を推定すると共
に該推定した内部抵抗を用いて該燃料電池の出力特性を
演算する手段として機能するようプログラムされてなる
請求項18または19記載の記憶媒体。 - 【請求項21】 前記プログラムは、前記出力特性演算
手段が前記燃料電池への燃料供給圧および/または前記
燃料電池の温度に対応する出力特性と前記推定した内部
抵抗とを用いて該燃料電池の出力特性を演算する手段と
して機能するようプログラムされてなる請求項20記載
の記憶媒体。 - 【請求項22】 コンピュータを、 請求項18ないし21いずれか記載の基本特性演算手段
と、 請求項18ないし21いずれか記載の出力特性演算手段
と、 該演算された前記燃料電池の出力特性を用いて前記燃料
電池の目標出力を設定する目標出力設定手段と、 該設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるよ
う該燃料電池の出力を制御する出力制御手段とを備える
燃料電池システムの制御装置として機能させるコンピュ
ータ読みとり可能なプログラムを記憶した記憶媒体。 - 【請求項23】 前記プログラムは、 前記目標出力設定手段が、前記燃料電池と電力のやり取
りが可能な電力受給手段とを含む燃料電池システムへの
要求出力に基づいて前記目標出力を設定する手段として
機能し、 前記出力制御手段が、前記設定された目標出力では前記
燃料電池システムへの要求出力に過不足が生じるときに
は該過不足を前記電力受給手段の電力受給により調整す
る手段として機能するようプログラムされてなる請求項
22記載の記憶媒体。 - 【請求項24】 前記プログラムは、前記出力制御手段
が、前記燃料電池の端子間電圧を前記目標出力に相当す
る電圧にするよう該燃料電池の出力端子に接続される前
記電力受給手段の端子間電圧を変圧する手段として機能
するようプログラムされてなる請求項23記載の記憶媒
体。
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