JP2003187816A - 電源装置 - Google Patents
電源装置Info
- Publication number
- JP2003187816A JP2003187816A JP2001385690A JP2001385690A JP2003187816A JP 2003187816 A JP2003187816 A JP 2003187816A JP 2001385690 A JP2001385690 A JP 2001385690A JP 2001385690 A JP2001385690 A JP 2001385690A JP 2003187816 A JP2003187816 A JP 2003187816A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- voltage
- capacitor
- operation mode
- wiring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 157
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 94
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000011017 operating method Methods 0.000 claims 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 15
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 17
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 10
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001125854 Homo sapiens Peptidase inhibitor 16 Proteins 0.000 description 1
- 101000701902 Homo sapiens Serpin B4 Proteins 0.000 description 1
- 101000711237 Homo sapiens Serpin I2 Proteins 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100029324 Peptidase inhibitor 16 Human genes 0.000 description 1
- 101100219325 Phaseolus vulgaris BA13 gene Proteins 0.000 description 1
- 102100030326 Serpin B4 Human genes 0.000 description 1
- 102100034076 Serpin I2 Human genes 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
おいて、燃料電池システムのエネルギ効率が低下するの
に起因して電源装置全体のエネルギ効率が低下するのを
防止する。 【解決手段】 電源装置15は、配線50に対して並列
に接続される燃料電池システム22とキャパシタ24と
2次電池26とを備える。負荷に電力を供給する配線5
0と燃料電池との間の接続を入り切りするスイッチ20
が開状態のときに、キャパシタ24の電圧が第1の基準
電圧よりも小さいときには、スイッチ20を閉状態とす
る。スイッチ20が閉状態のときに、キャパシタ24の
電圧が、第1の基準電圧よりも高い第2の基準電圧以上
のときには、スイッチ20を開状態とする。
Description
パシタとを備える電源装置に関する。
しては、例えば、電気自動車の駆動用電源として用いる
方法が提案されている。燃料電池が発電する電力を、電
気自動車の駆動モータに供給することで、車両の駆動力
を得ることができる。特開平9−298806号公報で
は、このような電源装置として、燃料電池に加えてキャ
パシタを備えるものが開示されている。キャパシタは、
通常の2次電池に比べてパワー密度の高い蓄電手段であ
り、充放電効率も高い蓄電手段である。したがって、キ
ャパシタを備える電源装置を用いると、上記電気自動車
の制動時にモータを回生させることで得られるエネルギ
を効率よく回収することによって、システム全体のエネ
ルギ効率を向上させることが可能となる。
備える燃料電池システムは、燃料電池の出力特性によっ
て、低出力時には燃料電池システム全体のエネルギ効率
が大きく低下するという性質を有している。すなわち、
燃料電池システムは、燃料電池に対する燃料供給に関わ
る各種ポンプなどの補機類を備えるが、燃料電池が発電
を行なう際には、その発電量が小さいときほど、発電量
に対する上記補機類の電力消費量の割合が大きくなる。
そのため、低出力時には燃料電池システムのエネルギ効
率が低下する。そこで、上記のようにキャパシタを備え
る電源装置においては、燃料電池システムの効率が低下
する低出力時においても、システム全体のエネルギ効率
を充分に確保する構成が望まれていたが、そのような動
作については、充分な検討がなされていなかった。
ためになされたものであり、燃料電池とキャパシタとを
備える電源装置において、燃料電池システムのエネルギ
効率が低下するのに起因して電源装置全体のエネルギ効
率が低下するのを防止する技術を提供することを目的と
する。
記目的を達成するために、本発明は、所定の負荷に電力
を供給する電源装置であって、前記負荷に電力を供給す
る配線に対して並列に接続された燃料電池およびキャパ
シタと、前記燃料電池と前記配線との間の接続を入り切
りするスイッチと、前記キャパシタの電圧を検出する電
圧計と、前記スイッチが開状態のときに、前記キャパシ
タの電圧が第1の基準電圧よりも小さいときには、前記
スイッチを閉状態とする指示を出力し、前記スイッチが
閉状態のときに、前記キャパシタの電圧が、前記第1の
基準電圧よりも高い第2の基準電圧以上のときには、前
記スイッチを開状態とする指示を出力する制御部とを備
えることを要旨とする。
並列に接続された燃料電池が発電を行なう際には、負荷
要求が小さくなるほど、上記キャパシタ電圧が上昇す
る。キャパシタ電圧が上昇して第2の基準電圧よりも高
くなると、所定の負荷に電力を供給する配線と燃料電池
との間の接続を入り切りするスイッチが開状態となる。
これによって、燃料電池は発電を停止し、キャパシタが
負荷に電力を供給するようになる。キャパシタは、放電
によって電圧が低下する。キャパシタが負荷に電力供給
して、その電圧が、第2の基準電圧よりも低い第1の基
準電圧よりも低くなると、上記スイッチが閉状態とな
る。これによって、燃料電池は再び負荷に対して電力供
給を行なうようになる。
きにはそのシステム効率が低下するという性質を有す
る。そのため、上記基準電圧を、燃料電池システムのシ
ステム効率に応じて設定することによって、効率が低下
する状態では燃料電池の発電を停止することができ、装
置全体のエネルギ効率を向上させることができる。この
ような制御をキャパシタ電圧に基づいて行なう際に、上
記第2の基準電圧を第1の基準電圧よりも高く設定する
ことで、スイッチの入り切りの動作においてハンチング
を防止することができる。
記配線に対して、前記燃料電池および前記キャパシタと
並列に接続され、前記燃料電池の出力電圧を制御するコ
ンバータと前記コンバータを介して前記配線に接続され
た2次電池と、をさらに備えることとしても良い。
能であり、例えば、電源装置の運転方法や、電源装置を
備える電気自動車などの形態で実現することが可能であ
る。
例に基づいて以下の順序で説明する。 A.装置の全体構成: B.定常運転モードにおける動作: C.回生運転モードにおける動作: D.間欠運転モードにおける動作: E.第2実施例の電気自動車110: F.変形例:
1実施例である電気自動車10の構成の概略を表わすブ
ロック図である。電気自動車10は、電源装置15を備
えており、電源装置15から電力を供給される負荷とし
て、高圧補機40と、駆動インバータ30を介して電源
装置15に接続される駆動モータ32とを備えている。
これら電源装置15と負荷との間には、配線50が設け
られており、この配線50を介して、電源装置15と負
荷との間で電力がやり取りされる。
と、キャパシタ24と、2次電池26とを備えている。
燃料電池システム22は、後述するように発電の本体で
ある燃料電池を備えている。この燃料電池システム22
が備える燃料電池とキャパシタ24とは、上記配線50
に対して並列に接続されている。この配線50には、燃
料電池へ電流が逆流するのを防止するためのダイオード
42がさらに設けられている。さらに、配線50には、
この配線50に対する燃料電池の接続状態を入り切りす
るスイッチ20が設けられている。また、配線50は、
DC/DCコンバータ28に接続しており、このDC/
DCコンバータ28を介して、2次電池26は配線50
に接続している。また、このような電源装置15におけ
る電圧を測定するために、配線50には、電圧計52が
さらに設けられている。
略を表わす説明図である。燃料電池システム22は、燃
料電池60と、燃料ガス供給部61と、ブロワ64とを
備えている。本実施例では、燃料電池60として、固体
高分子型燃料電池を用いた。燃料ガス供給部61は、内
部に水素を貯蔵し、水素ガスを燃料ガスとして燃料電池
60に供給する装置である。燃料ガス供給部61は、例
えば、水素ボンベを備えることとすればよい。あるい
は、水素吸蔵合金を内部に有する水素タンクを備えるこ
ととし、上記水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることによ
って水素を貯蔵することとしても良い。このような燃料
ガス供給部61が貯蔵する水素ガスは、水素ガス供給路
62を介して燃料電池60のアノードに供給され、電気
化学反応に供される。電気化学反応で利用されなかった
残りの水素ガスは、水素ガス排出路63に排出される。
水素ガス排出路63は、水素ガス供給路62に接続して
おり、残余の水素ガスは再び電気化学反応に供される。
また、ブロワ64が取り込んだ圧縮空気は、酸化ガス供
給路65によって、酸化ガスとして燃料電池60のカソ
ードに供給される。燃料電池60から排出されるカソー
ド排ガスは、カソード排ガス路66に導かれて外部に排
出される。なお、燃料電池システム22において、水素
ガスあるいは空気を加湿する加湿器を、水素ガス供給路
62や酸化ガス供給路65にさらに設けることとしても
良い。
ケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチ
ウム2次電池など種々の2次電池を用いることができ
る。この2次電池26は、燃料電池システム22の始動
時に、燃料電池システム22の各部を駆動するための電
力を供給したり、燃料電池システム22の暖機運転が完
了するまでの間、各負荷に対して電力を供給する。ま
た、燃料電池60が定常状態で発電を行なうときにも、
負荷が所定の値よりも大きくなる場合には、2次電池2
6によって電力を補う。
残存容量(SOC)を検出するための残存容量モニタ2
7が併設されている。本実施例では、残存容量モニタ2
7は、2次電池26における充電・放電の電流値と時間
とを積算するSOCメータとして構成されている。ある
いは、残存容量モニタ27は、SOCメータの代わりに
電圧センサによって構成することとしてもよい。2次電
池26は、その残存容量が少なくなるにつれて電圧値が
低下するという性質を有しているため、電圧を測定する
ことによって2次電池26の残存容量を検出することが
できる。
を設定することによって、燃料電池60からの出力電圧
を調節し、燃料電池60の発電量を制御する。また、D
C/DCコンバータ28は、2次電池26と配線50と
の接続状態を制御するスイッチとしての役割も果たして
おり、2次電池26において充放電を行なう必要のない
ときには、2次電池26と配線50との接続を切断す
る。
の一つである駆動モータ32は、同期モータであって、
回転磁界を形成するための三相コイルを備えている。こ
の駆動モータ32は、駆動インバータ30を介して配線
50に接続し、電源装置15から電力の供給を受ける。
駆動インバータ30は、上記モータの各相に対応してス
イッチング素子としてのトランジスタを備えるトランジ
スタインバータである。駆動モータ32の出力軸36
は、減速ギヤ34を介して車両駆動軸38に接続してい
る。減速ギヤ34は、駆動モータ32が出力する動力
を、その回転数を調節した上で車両駆動軸38に伝え
る。
源装置15から供給される電力を、300V以上の電圧
のまま利用する装置である。高圧補機40としては、例
えば、燃料電池60に空気を供給するためのブロワ64
(図2参照)や、水素ガス排出路63と水素ガス供給路
62との間で水素ガスを循環させるための水素ポンプ
(図示せず)が挙げられる。さらに、燃料電池60を冷
却するために、燃料電池60内部に冷却水を循環させる
ための冷却ポンプ(図示せず)も、高圧補機40に含ま
れる。これらの装置は、燃料電池システム22に含まれ
る装置であるが、図1においては、電源装置15の外側
に、高圧補機40として示した。さらに、高圧補機40
としては、燃料電池システム22に含まれるものの他
に、例えば電気自動車10が備える空調装置(エアコ
ン)が含まれる。
らに備えている。制御部48は、マイクロコンピュータ
を中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め
設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実
行するCPUと、CPUで各種演算処理を実行するのに
必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納された
ROMと、同じくCPUで各種演算処理をするのに必要
な各種データが一時的に読み書きされるRAMと、各種
の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御
部48は、既述した電圧計52による検出信号や、残存
容量モニタ27が出力する信号、あるいは、車両の運転
に関して入力される指示信号を取得する。また、DC/
DCコンバータ28,スイッチ20,燃料電池システム
22、駆動インバータ30、高圧補機40などに駆動信
号を出力する。
例の電気自動車10では、車両の駆動に要するエネルギ
は主として燃料電池システム22によって供給される。
ここでは、燃料電池システム22の暖機運転が完了した
後に、燃料電池60が、負荷の大きさに応じた電力を発
電するような運転状態を、定常運転モードと呼ぶことと
する。電気自動車10の運転時には、制御部48が、車
両における車速やアクセル開度に基づいて、所望の走行
状態を実現するために必要な電力を算出する。電気自動
車10が定常運転モードとなっているときには、制御部
48は、上記必要な電力に加えて、高圧補機40が要求
する電力や、2次電池26の残存容量にさらに基づい
て、燃料電池60が出力すべき電力を算出する。図3
に、燃料電池60における出力電流と、出力電圧あるい
は出力電力との関係を示す。図3に示すように、燃料電
池60から出力すべき電力PFCが定まれば、そのときの
燃料電池60の出力電流の大きさIFCが定まる。燃料電
池60の出力特性より、出力電流IFCが定まれば、その
ときの燃料電池60の出力電圧VFCが定まる。制御部4
8が、DC/DCコンバータ28に対して、このように
して求めた出力電圧VFCを目標電圧として指令すること
によって、燃料電池60の発電量が所望量となるように
制御する。なお、図3に示したような、燃料電池60の
出力電流に対する出力電圧の値、あるいは出力電力の値
は、燃料電池60の内部温度によって変化する。したが
って、上記のように燃料電池60の出力電圧(目標電
圧)VFCを定めるときには、燃料電池60の内部温度を
さらに考慮することが望ましい。
きさが所定の値以上であって、2次電池26の残存容量
が充分に大きい場合には、2次電池26からも負荷に対
して電力が供給される。このような場合には、制御部4
8は、2次電池26からも電力が供給されることを考慮
して、燃料電池60が出力すべき電力を決定し、DC/
DCコンバータ28における目標電圧を設定する。図3
に示すように、燃料電池60の出力電圧は、負荷が大き
く出力電流が大きいほど低くなる。また、2次電池26
は、残存容量が大きいほど、その出力電圧が高くなると
いう性質を有している。そのため、このような場合に
は、DC/DCコンバータ28における目標電圧は、2
次電池26の出力電圧よりも低い値となる。これによっ
て、2次電池26からも、高圧補機40あるいは駆動モ
ータ32に対して電力が供給されるようになる。
所定の値以下になると、2次電池26を充電する必要が
生じる。このとき、負荷の大きさがある程度小さく、燃
料電池60の出力に余裕がある場合には、燃料電池60
によって2次電池26の充電が行なわれる。2次電池2
6の充電を行なう場合には、負荷に対して供給すべき電
力に加えて、この2次電池26を充電するための電力が
得られるように、燃料電池60が出力すべき電力が決定
される。すなわち、このような場合には、電源装置15
を構成する2次電池26もまた、負荷として働く。2次
電池26は、残存容量が少ないほど、その出力電圧が低
くなるという性質を有している。そのため、このような
場合には、DC/DCコンバータ28において設定され
る目標電圧は、2次電池26の出力電圧よりも高い値と
なる。これによって、燃料電池60は、高圧補機40あ
るいは駆動モータ32に対して電力が供給するほかに、
2次電池26の充電を行なうようになる。
常運転モードとなっているときには、キャパシタ24も
充放電を繰り返す。既述したように、キャパシタ24
は、これに残存する電荷量と出力電圧とが1対1に対応
しており、残存する電荷量が多いときほど出力電圧が高
く、少ないときほど出力電圧が低くなる。このようなキ
ャパシタ24は、図1に示すように、配線50に対して
燃料電池60と並列に接続されている。そのため、燃料
電池60の発電時に負荷の大きさが変動して配線50に
おける電圧が変動すると、キャパシタ電圧は、配線50
の電圧と等しくなろうとして充放電を行なう。すなわ
ち、配線50の電圧が上昇するときには、キャパシタ2
4が燃料電池60から電力の供給を受けることによっ
て、キャパシタ電圧は配線50の電圧に等しくなる。ま
た、配線50の電圧が低下するときには、キャパシタ2
4が燃料電池60と共に負荷に対して電力を供給するこ
とによって、キャパシタ電圧は配線50の電圧に等しく
なる。
動車10では、制動時(車両の走行時に運転者がブレー
キを踏み込む動作を行なったとき)には、駆動モータ3
2を発電機として用いることによって、車軸の有する運
動エネルギを電気エネルギに変換し、これを回収する。
このように、制動時にエネルギを回収する運転状態を、
回生運転モードと呼ぶ。本実施例では、このような回生
運転モードにおいて電力として回収されるエネルギは、
キャパシタ24によって吸収する。キャパシタ24は、
上記2次電池26に比べてパワー密度の高い蓄電手段で
あり、充放電効率も高い蓄電手段である。すなわち、短
時間のうちに充放電可能な電力量が多い。したがって、
車両の運転者がブレーキを踏み込むような短い制動時間
に回生運転モードを実行する際に、キャパシタ24を用
いることで、回生によって生じた電力を効率よく回収す
ることができる。
となって駆動モータ32が発電する際には、駆動モータ
32側から駆動インバータ30を介して配線50に対し
て電力が供給される。本実施例では、このような回生運
転モード時に駆動モータ32から配線50に対して電力
が供給されるときの電圧は、定常運転モード時に燃料電
池60から電力が供給される際の配線50の電圧の上限
よりも高くなるように設定されている。そのため、回生
運転モード時には、駆動モータ32側から配線50に電
力が供給される際の電圧は、キャパシタ24の電圧より
も高くなるため、上記電力が供給されることで、キャパ
シタ24に電荷が蓄積される。このように電荷が蓄積さ
れることによって、キャパシタ24の電圧は上昇する。
車10において、加速の指示が入力されると、再び燃料
電池60から駆動モータ32への電力の供給が開始され
る。このように回生運転モードが終了したときには、回
生時に電荷が蓄積されて定常運転モード時における配線
50の電圧以上に昇圧しているキャパシタ24から、駆
動モータ32に対して直ちに電力が供給される。パワー
密度が高いキャパシタ24を用いることによって、加速
時における要求の負荷の増加率が高いときにも、駆動モ
ータ32への供給電力量の増加の反応性を充分に高く確
保することができる。このように、キャパシタ24が放
電することでその残存電荷量が低下し、キャパシタ24
の電圧が低下して、キャパシタ24は、次の回生運転モ
ード時には再び電荷を蓄積可能な状態に戻る。
例の電気自動車10では、定常運転モードによる電力供
給を行なうと、燃料電池システム22のエネルギ効率が
望ましくない程度に低下してしまう場合には、燃料電池
60による発電を停止する制御を行なう。このような、
負荷に電力を供給する際に燃料電池60の発電を停止す
る運転状態を、以下、間欠運転モードと呼ぶ。
エネルギ効率との関係を表わす説明図である。図4
(A)は、燃料電池60の効率および燃料電池補機が要
する動力と、燃料電池60の出力との関係を示す。燃料
電池補機とは、燃料電池60による発電を行なうために
用いる補機類のことである。例えば、既述したブロワ6
4や水素ポンプあるいは冷却水ポンプなどがこれに相当
する。図4(B)は、燃料電池60の出力と、燃料電池
システム22全体の効率との関係を示す。図4(A)に
示すように、燃料電池60の出力が大きくなるほど、燃
料電池60の効率は次第に低下する。また、燃料電池6
0の出力が大きくなるほど、補機動力、すなわち補機を
駆動するために消費するエネルギが大きくなる。図4
(A)に示した燃料電池60の効率と補機動力に基づい
て、燃料電池システム22全体の効率を求めると、図4
(B)に示すように、システム効率は、燃料電池60の
出力が所定の値のときに最も高くなる。
モータ32の消費電力の大きさに比べてはるかに小さ
い。しかしながら、燃料電池60の出力が小さいときに
は、発電によって得られる電力量に比べて、発電のため
に燃料電池補機が消費する電力量の割合が大きくなる。
そのため、図4(B)に示すように、燃料電池60の出
力が小さいときには、燃料電池システム22全体のエネ
ルギ効率が低くなる。本実施例の電気自動車10では、
燃料電池システム22全体の効率が悪くなる低負荷時に
は燃料電池60を停止するという間欠運転モードを採用
することによって、エネルギ効率が低下するのを防止し
ている。
に制御部48で実行される間欠運転判断処理ルーチンを
表わすフローチャートである。本ルーチンが実行される
と、制御部48は、まず、電気自動車10の運転モード
を判断する(ステップS110)。このステップS11
0において定常運転モードと判断すると、次に、電圧計
52が検出する配線50の電圧値VC を読み込む(ステ
ップS110)。そして、この電圧値VC と、予め定め
た所定の基準電圧値V2 とを比較する(ステップS12
0)。なお、基準電圧値V2 とは、上記間欠運転モード
に切り替えるか否かの判断を行なうための基準として、
予め制御部48内に記憶したものである。
圧値VC が基準電圧値V2 よりも小さいと判断されると
きには、燃料電池システム22全体のエネルギ効率が許
容できる程度であると判断され、ステップS110に戻
る。その後、配線50の電圧値VC が基準電圧値V2 以
上となるまで、ステップS110およびステップS12
0の動作を繰り返す。このとき、電気自動車10は、定
常運転モードを維持する。
圧値VC が基準電圧値V2 以上であると判断されると、
制御部48は、スイッチ20に駆動信号を出力してこれ
を開状態とする(ステップS130)。このようにスイ
ッチ20を開状態とすると、燃料電池60の負荷に対す
る接続が切断されるため、燃料電池60は、発電を停止
する。また、このとき、負荷に対しては、キャパシタ2
4から電力が供給されるようになり、間欠運転モードが
開始される。キャパシタ24は、既述したようにパワー
密度が高く、充放電効率も高いため、スイッチ20が切
断されたときには、速やかに負荷が要求する電力を出力
することができる。
2が検出する配線50の電圧値VCの読み込みを行なう
(ステップS140)。次に、ステップS140で読み
込んだ電圧値VC と、基準電圧値V1 とを比較する(ス
テップS150)。ここで、基準電圧値V1 とは、間欠
運転モードから通常運転モードに切り替えるか否かの判
断を行なうための基準として、予め制御部48内に記憶
したものであり、既述した基準電圧値V2 よりも低い値
として設定されている。ステップS150において、配
線50の電圧値VC が基準電圧値V1 よりも大きいとき
には、ステップS140に戻る。そして、配線50の電
圧値VC が基準電圧値V1 以下になるまで、ステップS
140およびステップS150の動作を繰り返す。
圧値VC が基準電圧値V1 以下であると判断されると、
制御部48は、スイッチ20に駆動信号を出力してこれ
を閉状態とし(ステップS160)、本ルーチンを終了
する。このようにスイッチ20を閉状態とすると、燃料
電池60は負荷に対して再び接続され、燃料電池60
は、発電を再開する。これによって、電気自動車10
は、間欠運転モードから定常運転モードに切り替わる。
なお、このような切り替えが行なわれるときには、DC
/DCコンバータ28において、目標電圧が上記基準電
圧値V1 に設定される。そのため、上記切り替え時に
は、燃料電池60の出力電圧値はV1 となり、その後、
負荷要求に応じた電力を出力するように、通常の電圧制
御が行なわれる。
は、定常運転モードと間欠運転モードとの間の切り替え
動作について示したが、このような制御を行なっている
ときに制動要求があると(車両ブレーキが踏まれる
と)、回生運転モードになる。このように回生運転モー
ドとなるときには、通常は駆動モータの出力要求はない
ため、負荷要求は極めて小さい状態となっている。した
がって、回生運転モードは、通常は間欠運転モード(ス
イッチ20が開状態となっているとき)において出現す
る運転状態である。
とが交互に切り替わるときの、燃料電池60の出力電圧
およびキャパシタ24の電圧を示す説明図である。ステ
ップS130においてスイッチ20を切断し、定常運転
モードから間欠運転モードに切り替わるときを、図6に
「OFF」と記載して示す。また、ステップS160に
おいてスイッチ20を接続し、間欠運転モードから定常
運転モードに切り替わるときを、図6に「ON」と記載
して示した。
50に対して並列に接続されているため、定常運転モー
ドにおいては、両者の電圧は一致する。したがって、定
常運転モードでは、電圧計52が検出する電圧は、これ
ら燃料電池60およびキャパシタ24の出力電圧であ
る。これに対して、燃料電池60の発電が停止する間欠
運転モードにおいては、電圧計52が検出する電圧は、
キャパシタ24の出力電圧となる。図6に示すように、
間欠運転モード時には燃料電池60の出力電圧は、定常
運転モード時に比べて高い一定値となるが、この値は、
燃料電池60の開放電圧である。
キャパシタ24の出力電圧は、負荷要求に従って変動す
る。すなわち、負荷要求が大きくなると、燃料電池60
からの出力がより大きくなるため、出力電圧は低下す
る。また、負荷要求が小さくなると、燃料電池60から
の出力がより小さくなるため、出力電圧は上昇する。負
荷要求が小さくなって、出力電圧がV1 になると、スイ
ッチ20が開状態となって、定常運転モードから間欠運
転モードに切り替わる。間欠運転モードに切り替わる
と、上記したように、燃料電池60とキャパシタ24と
で異なる電圧値を示すようになる。
転モードに切り替わった後に、キャパシタ電圧が上昇し
ている状態は、回生運転モードであることを示す。すな
わち、このときには、回生された電力によってキャパシ
タ24が充電されている。図6に示すように、回生運転
時には、定常運転モードに比べてキャパシタ電圧がより
高い値にまで上昇する。
は、キャパシタ24から負荷に対して電力供給が行なわ
れ、このような放電と共に、キャパシタ電圧は低下す
る。キャパシタ電圧が低下してキャパシタ電圧がV2 に
なると、スイッチ20が閉状態となって、間欠運転モー
ドから定常運転モードに切り替わる。定常運転モードに
切り替わると、燃料電池60の出力電圧とキャパシタ2
4の電圧とは、再び一致するようになる。そして、負荷
要求に応じて、出力電圧は変動する。
にキャパシタ24から負荷に対して電力を供給するだけ
でなく、さらに2次電池26からも負荷に対して電力を
供給することとしても良い。間欠運転モードとすべき低
負荷状態が長く続くときや、2次電池26の残存容量が
充分に多いときには、キャパシタ24に加えて、さらに
2次電池26を用いることとしてもよい。
燃料電池とキャパシタとを配線に対して並列に接続した
電源装置15において、配線50の電圧(キャパシタ電
圧)に基づいてスイッチ20の入り切りを行なう際に、
切断時の基準とする電圧を接続時の基準とする電圧より
も高く設定している。したがって、通常運転モードと間
欠運転モードとを切り替えてエネルギ効率を向上させる
動作を、効果的に実行することができる。
替えたときに、キャパシタ24が放電を始めると、キャ
パシタ電圧は放電によって直ちに低下する。そのため、
スイッチ20の切断の基準にする電圧と接続の基準にす
る電圧とを等しく設定したときには、いわゆるハンチン
グが起こり、定常運転モードと間欠運転モードとを切り
替える動作が不安定となるおそれがある。すなわち、キ
ャパシタ電圧が基準電圧を超えて、定常運転モードから
間欠運転モードに切り替えても、その後直ちにキャパシ
タが放電すると、運転モードの切り替え直後にキャパシ
タ電圧が基準電圧よりも低下して、再び運転モードの切
り替えを行なう必要が生じてしまう。
0の切断時の基準とする電圧を、接続時の基準とする電
圧よりも高く設定しているため、上記ハンチングが生じ
るのを防止することができる。図7は、キャパシタ電圧
と運転モードとの関係を示す説明図である。このよう
に、スイッチ20の入り切りの基準においてヒステリシ
スを設けることで、ハンチングを起こすことなく、運転
モードの切り替えの動作を安定して行なうことができ
る。
転モードへの切り替えを行ないたいときの燃料電池60
の出力電圧や、間欠運転モードにおいて確保したいキャ
パシタ24からの出力などに応じて適宜設定すればよ
い。以下に一例を示す。
効率がE0 よりも低下するときには間欠運転モードを採
用したいとすると、図4(B)より、このときの燃料電
池60の出力P0 が求められる。また、図3に基づい
て、このときの燃料電池60の出力電流I0 および出力
電圧V0 が求められる。(1)式に示すように、この電
圧V0 を、基準電圧V1とする。 V1 =V0 …(1)
パシタ単独でP0 の出力をT秒間維持したときのキャパ
シタ電圧VC は、以下に示す(2)式より求めることが
できる。 (1/2)CV1 2−(1/2)CVC 2=P0×T …(2) ただし、Cは、キャパシタ容量。
シタ電圧VC を、基準電圧V2 とする。 V2 =VC …(3)
転モードに切り替えた後、約T秒間は、キャパシタ24
によって間欠運転時に要する出力を確保することができ
る。
第1実施例の電気自動車10は、2次電池26を備える
こととしたが、燃料電池とキャパシタを備えるが2次電
池を備えない電源装置においても、本発明を適用するこ
とができる。図8は、第2実施例の電気自動車110の
構成を表わす説明図である。図8において、図1の電気
自動車10と共通する部分には同じ参照番号を付して説
明を省略する。
えている。電源装置115は、燃料電池システム22
と、キャパシタ24とを備え、2次電池は備えない。ま
た、電気自動車110は、電源装置115から電力供給
を受ける負荷として、駆動モータ32と、高圧補機40
と、低圧補機46を備える。低圧補機46とは、例え
ば、燃料電池60に燃料ガスや酸化ガスや冷却水を給排
する流路に設けた流量調節バルブ等であって、降圧DC
/DCコンバータ44を介して、配線50に接続してい
る。このような低圧補機46は、駆動モータ32や高圧
補機とは異なり駆動電圧が低いため、電源装置115か
ら電力を供給する際には、降圧DC/DCコンバータ4
4が、電圧を12V程度に下げる。負荷が変動して配線
50の電圧が変動するときには、電圧計52の検出信号
に基づいて制御部48が降圧DC/DCコンバータ44
を駆動して、低圧補機46に電力供給する際の電圧は略
一定に保たれる。なお、低圧補機46および降圧DC/
DCコンバータ44は、既述した第1実施例の電気自動
車10では、記載を省略した。
シタ24と配線50との間の接続を入り切りするスイッ
チ23が設けられている。このスイッチ23は、電源装
置115の停止時に切断され、電源装置115の起動時
に接続される。これによって、電源装置115が停止し
ている間は、キャパシタ24に所定の電荷が蓄積された
状態が保たれる。そして、電源装置115の起動時に
は、スイッチ23が接続され、燃料電池60から所望量
の電力が得られるようになるまで、キャパシタ24から
各負荷に対して電力が供給される。スイッチ23は、電
源装置115の稼働中は、通常は閉状態となっている。
間欠運転モード時に、キャパシタ24の電圧が第1の基
準電圧よりも小さいときには定常運転モードに切り替
え、定常運転モード時に、キャパシタ24の電圧が第1
の基準電圧よりも高い第2の基準電圧以上のときには、
間欠運転モードに切り替えることで、同様の効果を得る
ことができる。
例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様において実施することが
可能であり、例えば次のような変形も可能である。
は、配線50に対する燃料電池60の接続を入り切りす
るスイッチ20は、燃料電池60の2つの端子のそれぞ
れに対して設けたが、どちらか一方だけにスイッチを設
けることとしても良い。間欠運転モードにおいて、燃料
電池60からの出力を、停止させることができればよ
い。
料電池システム22は、燃料ガスとして水素ガスを用い
ることとした。これに対して、燃料ガスとして、改質ガ
スを用いる構成も可能である。このような場合には、図
2に示した燃料電池システム22において、燃料ガス供
給部61として、水素を貯蔵する装置に代えて、改質ガ
スを生成する装置を備えることとすればよい。具体的に
は、改質反応に供する改質燃料および水を貯蔵するタン
クや、改質触媒を備える改質器、さらに、改質ガス中の
一酸化炭素濃度を低減するための反応を促進する触媒を
備える反応部などを備えることとすればよい。
成の概略を表わすブロック図である。
明図である。
るいは出力電力との関係を示す説明図である。
との関係を表わす説明図である。
ートである。
り替わるときの、燃料電池60の出力電圧およびキャパ
シタ24の電圧を示す説明図である。
明図である。
説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 所定の負荷に電力を供給する電源装置で
あって、 前記負荷に電力を供給する配線に対して並列に接続され
た燃料電池およびキャパシタと、 前記燃料電池と前記配線との間の接続を入り切りするス
イッチと、 前記キャパシタの電圧を検出する電圧計と、 前記スイッチが開状態のときに、前記キャパシタの電圧
が第1の基準電圧よりも小さいときには、前記スイッチ
を閉状態とする指示を出力し、前記スイッチが閉状態の
ときに、前記キャパシタの電圧が、前記第1の基準電圧
よりも高い第2の基準電圧以上のときには、前記スイッ
チを開状態とする指示を出力する制御部とを備える電源
装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の電源装置であって、 前記配線に対して、前記燃料電池および前記キャパシタ
と並列に接続され、前記燃料電池の出力電圧を制御する
コンバータと前記コンバータを介して前記配線に接続さ
れた2次電池と、 をさらに備える電源装置。 - 【請求項3】 所定の負荷に電力を供給する配線に対し
て並列に接続された燃料電池およびキャパシタを備える
電源装置の運転方法であって、 (a)前記キャパシタの電圧を検出する工程と、 (b)前記負荷に対して前記燃料電池および前記キャパ
シタが接続されているときに、前記(a)工程で検出し
た電圧値が、第1の基準電圧以上となるときには、前記
配線に対する前記燃料電池の接続を切断する工程と、 (c)前記負荷に対する前記燃料電池の接続が切断され
ているときに、前記電圧値が、前記第1の基準電圧より
も低い第2の基準電圧以下となるときには、前記配線に
対して前記燃料電池を接続する工程とを備える電源装置
の運転方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001385690A JP3719205B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | 電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001385690A JP3719205B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | 電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003187816A true JP2003187816A (ja) | 2003-07-04 |
JP3719205B2 JP3719205B2 (ja) | 2005-11-24 |
Family
ID=27595040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001385690A Expired - Lifetime JP3719205B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | 電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3719205B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003187841A (ja) * | 2001-12-20 | 2003-07-04 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2005050586A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Ricoh Co Ltd | 電池装置、画像形成装置及び電子装置 |
JP2006059685A (ja) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池電源装置及び燃料電池電源装置の制御方法 |
US7083017B2 (en) | 2002-11-28 | 2006-08-01 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell vehicle |
JP2006310327A (ja) * | 2006-08-01 | 2006-11-09 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2008017576A (ja) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Suzuki Motor Corp | 車両用制御装置 |
WO2009116392A1 (ja) * | 2008-03-21 | 2009-09-24 | トヨタ自動車株式会社 | 電源制御装置 |
-
2001
- 2001-12-19 JP JP2001385690A patent/JP3719205B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003187841A (ja) * | 2001-12-20 | 2003-07-04 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
US7083017B2 (en) | 2002-11-28 | 2006-08-01 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell vehicle |
JP2005050586A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Ricoh Co Ltd | 電池装置、画像形成装置及び電子装置 |
JP4495928B2 (ja) * | 2003-07-30 | 2010-07-07 | 株式会社リコー | 燃料電池装置 |
JP2006059685A (ja) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池電源装置及び燃料電池電源装置の制御方法 |
JP2008017576A (ja) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Suzuki Motor Corp | 車両用制御装置 |
JP4502985B2 (ja) * | 2006-08-01 | 2010-07-14 | 株式会社エクォス・リサーチ | 燃料電池システム |
JP2006310327A (ja) * | 2006-08-01 | 2006-11-09 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
WO2009116392A1 (ja) * | 2008-03-21 | 2009-09-24 | トヨタ自動車株式会社 | 電源制御装置 |
DE112009000599T5 (de) | 2008-03-21 | 2011-02-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | Leistungszuführsteuerungsvorrichtung |
CN101977790B (zh) * | 2008-03-21 | 2013-04-03 | 丰田自动车株式会社 | 电源控制装置 |
US8476862B2 (en) | 2008-03-21 | 2013-07-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Power supply controller |
DE112009000599B4 (de) | 2008-03-21 | 2018-07-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Leistungszuführsteuerungsvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3719205B2 (ja) | 2005-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3719229B2 (ja) | 電源装置 | |
JP3911435B2 (ja) | 電源システムおよびその制御方法 | |
JP4811626B2 (ja) | 車両用の燃料電池システム及び電気自動車 | |
KR101000703B1 (ko) | 연료전지 하이브리드 차량의 아이들 스탑/해제 제어 방법 | |
US8216734B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4774430B2 (ja) | 電気自動車及び蓄電装置の制御方法 | |
KR101109713B1 (ko) | 연료전지시스템 및 연료전지시스템의 기동방법 | |
JP2007236197A (ja) | 電源装置 | |
CN105609836A (zh) | 燃料电池系统及燃料电池系统的运转控制方法 | |
JP2009026736A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2003079007A (ja) | 燃料電池自動車の制御装置 | |
JP4379922B2 (ja) | 移動体 | |
JP2002034171A (ja) | 電動車両の電力制御方法 | |
CN111697256A (zh) | 燃料电池系统 | |
JP2007149450A (ja) | 燃料電池システム、並びに移動体及びその始動方法 | |
JP3719205B2 (ja) | 電源装置 | |
JP3729792B2 (ja) | 動力装置と動力装置の運転方法 | |
JP2016095985A (ja) | 燃料電池システム及びその制御方法 | |
JP2019170022A (ja) | 車両 | |
JP2006331775A (ja) | 燃料電池システム、その制御方法及びそれを搭載した車両 | |
JP6167864B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池車両、燃料電池システムの制御方法 | |
WO2013150619A1 (ja) | 燃料電池システム | |
JP7156194B2 (ja) | ハイブリッド車両 | |
JP3876763B2 (ja) | 燃料電池システムの制御装置 | |
JP2020178401A (ja) | 燃料電池車両 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040616 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050502 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050531 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050719 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050816 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050829 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3719205 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080916 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090916 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100916 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100916 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110916 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110916 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120916 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120916 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130916 Year of fee payment: 8 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |