JP2004014159A - Power supply device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for preventing a decrease in energy efficiency of an overall power supply device having a fuel cell. <P>SOLUTION: The power supply device 15 stops an auxiliary machine 40 of the fuel cell 60, such as a fuel gas supply unit, an oxygen containing gas supply unit or the like of a fuel cell system 22 when a capacitor voltage is larger than a first reference voltage. When the capacitor voltage becomes lower than a second reference voltage, the fuel cell system 22 is operated to obtain a power from the fuel cell 60. The operating state of the auxiliary machine 40 may be transferred from a normal operation to a standby operation at a stage of a lower capacitor voltage before the capacitor voltage exceeds the first reference voltage. The operating state of the auxiliary machine 40 may be transferred from a normal operation to a standby operation at a stage of a lower capacitor voltage after the capacitor voltage is lower than a the second reference voltage. Thereafter, the auxiliary machine 40 is normally operated. When the auxiliary machine 40 is stopped or standby operated, electric power is obtained from the capacitor 24. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池とキャパシタとを備える電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池を備える電源装置の利用方法としては、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８−１９１１５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。この電源装置は、大負荷時には、キャパシタから、または燃料電池とキャパシタの両方からエネルギーを供給する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池を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、燃料電池を運転する際には、燃料供給に関わる各種ポンプなどが所定の電力を消費するが、発電量が小さいときほど、発電量に対するこのような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、燃料電池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。
【０００４】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池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。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上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以下のような電源装置において、所定の処理を行う。この電源装置は、負荷に電力を供給する配線に対して並列に接続される燃料電池システムおよびキャパシタと、キャパシタの電圧を検出する電圧計と、燃料電池システムの運転を制御する制御部と、を備える。燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池による発電のために運転される補助装置と、備える。
【０００６】
上記のような電源装置において、キャパシタの電圧を検出する。燃料電池による発電のために運転される補助装置が運転されている状態において、キャパシタの電圧が第１の基準電圧に達したときに、補助装置の運転を停止する。このような態様とすれば、燃料電池による発電の効率が低い領域において、燃料電池に代えてキャパシタから電力を供給して、燃料電池の補助装置による電力消費を低減することができる。
【０００７】
また、補助装置の運転が停止されている状態において、キャパシタの電圧が第１の基準電圧よりも小さな値を有する第２の基準電圧まで下降したときに、補助装置の運転を開始することが好ましい。このような態様とすれば、負荷の大きさが変動する場合にも、効率的に電力を供給することができる。なお、第２の基準電圧の値を第１の基準電圧の値と等しくすることもできる。
【０００８】
なお、第１および第２の基準電圧は、燃料電池の開放電圧近傍の所定の電圧であることが好ましい。このような態様とすれば、キャパシタに十分に電荷が蓄積されているときに、燃料電池による発電を停止してキャパシタから電力を供給することができる。
【０００９】
また、燃料電池が配線に接続されている状態において、キャパシタの電圧が、第１の基準電圧以下の値を有する第３の基準電圧に達したときに、燃料電池の配線に対する接続を開放することが好ましい。そして、燃料電池の配線に対する接続が開放されている状態において、キャパシタの電圧が、第２の基準電圧以下の値を有する第４の基準電圧まで下降したときに、燃料電池を配線に対して再接続することが好ましい。このような態様とすれば、燃料電池による発電の効率が悪い領域では、燃料電池を回路から切り離して、キャパシタから電力を供給することができる。なお、第３の基準電圧の値は第１の基準電圧の値と等しくすることもできる。そして、第４の基準電圧の値は第２の基準電圧の値と等しくすることもできる。
【００１０】
なお、第３の基準電圧を、第１の基準電圧よりも低く第４の基準電圧以上の値とし、以下のような処理を行うこともできる。すなわち、キャパシタの電圧が、第３の基準電圧を上回った後、第１の基準電圧を上回るか、または第４の基準電圧を下回るまでは、補助装置の運転状態を、キャパシタの電圧が第３の基準電圧より低いときの補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする。このような態様とすれば、キャパシタ電圧が第３の基準電圧を上回った後、下降に転じて、燃料電池が再び配線に接続された場合にも、速やかに燃料電池から必要なだけの電力を供給することができる。なお、第３の基準電圧の値は第４の基準電圧の値と等しくすることもできる。
【００１１】
また、第４の基準電圧を、第２の基準電圧よりも低く第３の基準電圧以下の値とし、以下のような処理を行うこともできる。すなわち、キャパシタの電圧が第２の基準電圧を下回った後、第４の基準電圧を下回るかまたは第１の基準電圧を上回るまでは、補助装置の運転状態を、第４の基準電圧を下回った後の補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする。このような態様とすれば、燃料電池が再び配線に接続された場合にも、速やかに燃料電池から必要なだけの電力を供給することができる。なお、第４の基準電圧の値は第３の基準電圧の値と等しくすることもできる。
【００１２】
補助装置は、たとえば、燃料電池に燃料ガスを供給するための装置とすることができる。また、補助装置は、燃料電池に酸素含有ガスを供給するための装置であってもよい。
【００１３】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施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．燃料電池、二次電池、キャパシタの動作：
Ｂ１．燃料電池の運転：
Ｂ２．二次電池の充放電：
Ｂ３．キャパシタの充放電：
Ｃ．定常運転モードと間欠運転モード：
Ｃ１．定常運転モードと間欠運転モードの切り換え：
Ｃ２．補機の停止：
Ｄ．変形例：
Ｄ１．変形例１：
Ｄ２．変形例２：
Ｄ３．変形例３：
Ｄ４．変形例４：
Ｄ５．変形例５：
Ｄ６．変形例６：
【００１５】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の第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。
【００１６】
電源装置１５は、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。
【００１７】
図２は、燃料電池システム２２の構成の概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、水素循環ポンプ６７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、バルブ６１ｂを備える水素ボンベとすることができる。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よい。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に接続している。水素ガス排出路６３には水素循環ポンプ６７が設けられている。残余の水素ガスは水素循環ポンプ６７によって水素ガス供給路６２に送られ、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。
【００１８】
図１の２次電池２６としては、鉛蓄電池や、ニッケル−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２６によって電力を補う。
【００１９】
また、２次電池２６には、２次電池２６の残存容量（ＳＯＣ）を検出するための残存容量モニタ２７が併設されている。本実施例では、残存容量モニタ２７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。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、目標電圧値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、ＤＣ／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との接続を開放する。
【００２１】
電源装置１５から電力の供給を受ける負荷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。
【００２２】
また、他の負荷である高圧補機４０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。これらの高圧補機４０は、電源装置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循環ポンプ６７が挙げられる（図２参照）。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。
【００２３】
また、電気自動車１０は、制御部４８をさらに備えている。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。
【００２４】
Ｂ．燃料電池、二次電池、キャパシタの動作：
Ｂ１．燃料電池の運転：
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、燃料電池によって必要なエネルギーを得る「定常運転モード」にあるときには、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。以下で、燃料電池、二次電池、キャパシタの動作について説明する。
【００２５】
図３は、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グラフである。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、燃料電池６０の出力電力の特性を表す曲線より、そのときの燃料電池６０の出力電流の大きさＩＦＣが定まる。出力電流ＩＦＣが定まれば、燃料電池６０の電流−電圧の特性を表す曲線（以下、この曲線を燃料電池の「特性曲線」と呼ぶことがある。）より、そのときの燃料電池６０の出力電圧ＶＦＣが定まる。このようにして求めた出力電圧ＶＦＣを、制御部４８が目標電圧としてＤＣ／ＤＣコンバータ２８に対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される。
【００２６】
図４は、燃料電池のブロワの運転状態を定めるフローチャートである。燃料電池システム２２には、図２に示すように、ブロワ６４や水素循環ポンプ６７などの高圧補機４０が含まれる。制御部４８は、上述のようにして燃料電池６０の出力電流、出力電圧を定め、それらの値に基づいて、ブロワ６４や水素循環ポンプ６７などの、燃料電池による発電のために運転される高圧補機４０の運転状態を定める。たとえば、ブロワ６４に対する指示は、以下のように行われる。まず、図４のステップＳ１０で、制御部４８は、出力電流ＩＦＣを流すのに燃料電池６０が必要とする空気量を計算する。そして、ステップＳ２０で、燃料電池６０が必要とする空気量を供給するのに必要な、ブロワ６４の回転数を計算する。そして、ステップＳ３０で、ブロワ６４の回転数指令値をブロワ６４に対して出力する。水素循環ポンプ６７などの他の補機類に対する指令値も、同様に、燃料電池６０の出力電流ＩＦＣ、出力電圧ＶＦＣに基づいて計算され、出力される。
【００２７】
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。
【００２８】
Ｂ２．二次電池の充放電：
本実施例の電気自動車１０では、負荷の大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４８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、負荷の大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、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８における目標電圧、すなわち、燃料電池６０の出力電圧は、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、燃料電池６０からだけでなく、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。
【００２９】
これに対して、２次電池２６の残存容量が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２６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、すなわち燃料電池６０の運転状態が決定される（図３参照）。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、２次電池２６の残存容量が所定の値以下の場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８において設定される目標電圧、すなわち燃料電池６０の出力電圧は、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だけでなく、２次電池２６の充電を行なうようになる。
【００３０】
Ｂ３．キャパシタの充放電：
また、本実施例の電気自動車１０では、キャパシタ２４も充放電を繰り返す。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。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（電圧計５２によって測定可能である）が変動すると、キャパシタ２４の電荷量は、配線５０の電圧に応じて変化する。配線５０の電圧が上昇するときには、キャパシタ２４は、燃料電池６０から電力の供給を受け、キャパシタ電圧が配線５０の電圧に等しくなるまで残存電荷量を増す。また、配線５０の電圧が低下するときには、キャパシタ２４は、燃料電池６０と共に負荷に対して電力を供給し、キャパシタ電圧が配線５０の電圧に等しくなるまで残存電荷量を減らす。すなわち、キャパシタ２４は、配線５０の電圧に応じて充放電を行なう。
【００３１】
電気自動車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３２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。本実施例では、このような回生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によって吸収される。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、キャパシタ２４を用いることで、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、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。
【００３２】
電気自動車１０において、駆動モータ３２が発電し回生が行われると、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（以下、説明を簡単にするために「駆動モータ３２からの出力電圧Ｖｇ」という）は、駆動モータの回転数や加速度の大きさによって変動するが、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りうるように設定されている。
【００３３】
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。よって、燃料電池６０から電力が供給される際の配線５０の電圧の上限は、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶである。燃料電池６０の「開放電圧」とは、燃料電池６０を回路から切り離した状態での、燃料電池６０の端子間電圧である。スイッチ２０がＯＮであり、燃料電池６０とキャパシタ２４が並列に接続されているときには、キャパシタ２４の端子間電圧は燃料電池６０の出力電圧と等しくなっている。よって、燃料電池６０から電力が供給される際には、キャパシタ２４の端子間電圧は、最大でも開放電圧ＯＣＶである。
【００３４】
これに対して、駆動モータ３２からの出力電圧Ｖｇは、前述のように燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶよりも高い値を取りうる。よって、制御部４８が、駆動モータ３２からの出力電圧Ｖｇを、キャパシタ２４の端子間電圧よりも高く設定することで、駆動モータ３２が発電した回生エネルギーはキャパシタ２４に蓄えられる。その結果、キャパシタ２４の端子間電圧が燃料電池の開放電圧ＯＣＶを上回ることもある。回路５０には、ダイオード４２が設けられているので、キャパシタ２４の端子間電圧が燃料電池の開放電圧ＯＣＶを上回っても、キャパシタ２４から燃料電池システム２２に向けて電流が流れることはない。
【００３５】
Ｃ．定常運転モードと間欠運転モード：
Ｃ１．定常運転モードと間欠運転モードの切り換え：
図５は、燃料電池６０の出力の大きさと、エネルギ効率との関係を表わす説明図である。図５（Ａ）は、燃料電池６０の効率および燃料電池の補機類が要する動力と、燃料電池６０の出力との関係を示す。図５（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単体での発電効率は次第に低下する。一方で、燃料電池６０の出力が小さくなっても、燃料電池の補機類を駆動するために消費する動力は、それに比例して小さくなるわけではない。したがって、燃料電池６０の出力が小さくなると、燃料電池６０の出力に対する燃料電池の補機類が消費する動力は相対的に大きくなる。
【００３６】
図５（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５（Ａ）に示した燃料電池６０単体の効率と燃料電池の補機類の消費する動力に基づいて、燃料電池システム２２全体の効率を求めると、図５（Ｂ）に示すようになる。すなわち、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り、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。例えば出力がＰ０以下の領域では、図５に示すように、システム効率Ｅ０は、最大効率の６割程度と極端に低くなる。
【００３７】
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、燃料電池システム２２を回路５０から切り離し、燃料電池６０によるモータ３２への電力の供給を停止する。これにより、システム全体のエネルギ効率が低下するのを防止する。燃料電池システム２２が回路に接続され、燃料電池６０が負荷の大きさに応じた電力をモータ３２に供給するような運転状態を、「定常運転モード」と呼ぶ。これに対して、キャパシタ２４によってモータ３２に電力が供給され、燃料電池６０は負荷の大きさに応じた電力をモータ３２に供給しない運転状態を「間欠運転モード」と呼ぶ。
【００３８】
図６は、電気自動車１０の運転モードの切換え手順を表わすフローチャートである。本ルーチンは、定常運転モードにおいて開始される。定常運転モードにおいては、燃料電池６０の高圧補機４０は、負荷に応じて燃料電池６０がモータ３２に電力を供給できるように、運転される。このような運転を、高圧補機４０の「定常運転」と呼ぶ。本ルーチンが実行されると、制御部４８は、まず、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、あらかじめ定めた所定の基準電圧値Ｖ２とを比較する（ステップＳ１２０）。
【００３９】
基準電圧値Ｖ２とは、定常運転モードから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内に記憶されているものである。配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ２よりも小さい場合に、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となるように、基準電圧値Ｖ２は定められる。基準電圧値Ｖ２は燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶよりもある程度低い値に設定される。図３に示すように、燃料電池６０の電圧は、開放電圧ＯＣＶより低い値しかとりえず、また、図３および図５（Ａ），図５（Ｂ）に示すように、燃料電池６０の電圧が高く出力電力が低い状態では、燃料電池システム２２全体のエネルギ効率が低くなるためである。基準電圧値Ｖ２が、特許請求の範囲にいう「第３の基準電圧」である。基準電圧値Ｖ２は、たとえば、燃料電池の開放電圧の８０〜９０％の値とすることができる。
【００４０】
ステップＳ１２０において、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ２よりも小さいと判断され、ステップＳ１２０の判定結果がＮｏとなるときには、ステップＳ１１０に戻る。すなわち、定常運転モードが維持される。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Ｓ１２０の動作が繰り返される。この間、電気自動車１０は、定常運転モードを維持する。
【００４１】
ステップＳ１２０において、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ２以上であると判断され、ステップＳ１２０の判定結果がＹｅｓとされると、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の回路５０に対する接続が開放されるため（図１参照）、燃料電池６０からモータ３２への電力の供給は停止される。モータ３２へは、キャパシタ２４から電力が供給されるようになり、電気自動車１０は、間欠運転モードに移行する。燃料電池６０の高圧補機４０は、ステップＳ１３０以降では、一定の低出力で運転される。この間欠運転モードにおける一定の低出力での高圧補機４０の運転を「待機運転」と呼ぶ。「待機運転」とは、各補機の単位時間当たりの消費電力が「定常運転」における最低の単位時間当たりの消費電力よりも小さくなるような、補機の運転状態である。一方、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。このため、キャパシタ２４は、スイッチ２０が開状態とされたときに、速やかに負荷が要求する電力を出力することができる。
【００４２】
間欠運転モードに移行すると、制御部４８は、再び電圧計５２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、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内に記憶されているものである。基準電圧値Ｖ１は、既述した基準電圧値Ｖ２の近傍の値であるが基準電圧値Ｖ２よりも低い値として設定されている。基準電圧値Ｖ１は、基準電圧値Ｖ２の近傍の値であるため、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１以下である場合には、燃料電池システム２２全体のエネルギ効率は許容できる程度となる。なお、基準電圧値Ｖ２は、基準電圧値Ｖ２の８０％以上１００％未満の値とすることができる。この基準電圧値Ｖ１は、基準電圧値Ｖ２の９０％以上であることが好ましく、さらに、基準電圧値Ｖ２の９５％以上であることが好ましい。基準電圧値Ｖ１が、特許請求の範囲にいう「第４の基準電圧」である。
【００４３】
ステップＳ１５０において、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１よりも大きいと判断され、ステップＳ１５０の判定結果がＮｏとなるときには、処理は、燃料電池の補機停止ルーチンであるステップＳ１６０を経て、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Ｓ１４０〜Ｓ１６０の動作が繰り返される。すなわち、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、「間欠運転モード」が維持される。その間、制御部４８は、燃料電池６０の高圧補機４０について待機運転を行うか、または後述するように高圧補機４０の運転を停止する。
【００４４】
配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１よりも大きいときに燃料電池システム２２で電力の供給を行うこととすると、前述のように、出力電力に対する高圧補機４０の消費電力の割合が大きくなるので、電気自動車１０全体として効率が低くなる。このため、本実施例においては、ＶＣが基準電圧値Ｖ１よりも大きいときには、燃料電池６０を回路５０から切り離し、キャパシタ２４からモータ３２に電力を供給する。そして、燃料電池６０の高圧補機４０については、待機運転するかまたは運転を停止することとして、電気自動車１０全体の効率を高く維持するものである。
【００４５】
ステップＳ１５０において、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１以下であると判断され、ステップＳ１５０の判定結果がＹｅｓとなると、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Ｓ１７０）、燃料電池システム２２を、負荷に応じてモータ３２に電力を供給するように運転する。すなわち、燃料電池６０の高圧補機４０の運転を定常運転に切り換える。ステップＳ１７０の処理によって、燃料電池６０によるモータ３２への電力の供給が再開される。そして、電気自動車１０は定常運転モードに移行する。その後、制御部４８は、処理を終了する。
【００４６】
図７は、定常運転モードと間欠運転モード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を開状態とし、定常運転モードから間欠運転モードに切り替わったときを、図７に「ＯＦＦ」と記載して示す。そして、ステップＳ１７０においてスイッチ２０を閉状態とし、間欠運転モードから定常運転モードに切り替わったときを、図７に「ＯＮ」と記載して示す。
【００４７】
たとえば、グラフ中の状態ｐ１において、電気自動車１０は間欠運転モードから定常運転モードに移行している。定常運転モードにおいては、燃料電池システム２２とキャパシタ２４は並列に接続されるので、図７においても、キャパシタ電圧と燃料電池の電圧とは一致している。その後、状態ｐ２を経て、状態ｐ３において電気自動車１０は定常運転モードから間欠運転モードに移行している。
【００４８】
間欠運転モードにおいては、燃料電池システム２２が回路５０から切り離される。そして、制御部４８は、燃料電池システム２２を待機運転する。このため、間欠運転モードにおいては、キャパシタ電圧が電気自動車の運転状態に応じて変化するのに対して、燃料電池６０の電圧は、待機運転による一定電圧となる。待機運転は低出力の運転であるため、間欠運転モードにおいては、燃料電池６０の端子間電圧はＯＣＶ近辺の値となる。図７において、燃料電池６０の端子間電圧を一点鎖線で示す。状態ｐ３以降、間欠運転モードで運転された電気自動車１０は、その後、状態ｐ４を経て、状態ｐ５で再び定常運転モードに移行している。
【００４９】
間欠運転モードにおいては、キャパシタ２４がモータ３２に電力を供給するので、時間の経過とともにキャパシタ電圧は低下するはずである。しかし、図７中、間欠運転モードにおいてもキャパシタ電圧が上昇している場合がある。これは、そのときに回生が行われているためである。回生が行われる結果、状態ｐ４近傍において、キャパシタ電圧は、燃料電池の開放電圧ＯＣＶを超える値となっている。
【００５０】
一方、定常運転モードにおいては、燃料電池６０が電力を供給しているため、燃料電池６０の出力電圧の指令値が燃料電池６０およびキャパシタ２４の電圧となる。よって、図３に示した燃料電池の特性より、燃料電池６０が比較的多くの電力を供給する場合は、燃料電池６０およびキャパシタ２４の電圧は低くなり、燃料電池６０が比較的少ない電力を供給する場合は、燃料電池６０およびキャパシタ２４の電圧は高くなる。ただし、定常運転モードにおいても回生が行われるため、電圧計５２によって測定されるキャパシタ２４の電圧は、回生によって上昇することがある。
【００５１】
なお、間欠運転モード時には、上記のようにキャパシタ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。
【００５２】
Ｃ２．補機の停止：
図８は、補機停止ルーチンＳ１６０の内容を示すフローチャートである。補機停止ルーチンＳ１６０では、状況に応じて、燃料電池６０による発電を行なうために用いる高圧補機４０の運転を停止する処理が行われる。補機停止ルーチンにおいては、制御部４８は、まず、ステップＳ２１０で、高圧補機４０が待機運転されているか否かを判定する。高圧補機４０が待機運転中であり、ステップＳ２１０の判定結果がＹｅｓとなった場合は、次に、ステップＳ２２０で、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１よりも大きいか否かが判定される。
【００５３】
基準電圧値Ｖ０１は、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶの近傍の値である。基準電圧値Ｖ０１は、燃料電池６０の高圧補機４０を停止す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内に記憶されている。基準電圧値Ｖ０１は、以下のような条件を満たすように設定される。すなわち、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１よりも大きく燃料電池６０の高圧補機４０が停止されている状態から、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を下回り、電気自動車１０が定常運転モードに移行しても、燃料電池６０の高圧補機４０が定常状態に移行し指定された電力を供給できる状態になるまでの間、電気自動車１０の運転に支障が出ないようにキャパシタ２４が電力を供給できるだけの値に、基準電圧値Ｖ０１は設定される。基準電圧値Ｖ０１が、特許請求の範囲にいう「第１の基準電圧」である。
【００５４】
基準電圧値Ｖ０１は、たとえば燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値とすることができる。「燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値」とは、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値の８０％以上１２０％未満の値を意味する。この基準電圧値Ｖ０１は、基準電圧値Ｖ２の９０％以上１１０％未満であることが好ましく、さらに、基準電圧値Ｖ２の９５％以上１０５％未満であることが好ましい。
【００５５】
ステップＳ２２０において、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１よりも大きく、ステップＳ２２０の判定結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ２３０で高圧補機４０の運転が停止される。電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１以下であり、ステップＳ２２０の判定結果がＮｏである場合には、ステップＳ２４０で高圧補機４０の待機運転が継続される。
【００５６】
一方、ステップＳ２１０において高圧補機４０が待機運転されておらず、ステップＳ２１０の判定結果がＮｏとなった場合は、次に、ステップＳ２５０で、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２未満であるか否かが判定される。
【００５７】
基準電圧値Ｖ０２は、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶの近傍の値である。基準電圧値Ｖ０２は、燃料電池６０の高圧補機４０の運転を再開す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内に記憶されている。基準電圧値Ｖ０２は、以下の条件を満たすように設定される。すなわち、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２よりも大きく燃料電池６０の高圧補機４０が停止されている状態から、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２を下回り、電気自動車１０が定常運転モードに移行しても、燃料電池６０の高圧補機４０が定常状態に移行し指定された電力を供給できる状態になるまでの間、電気自動車１０の運転に支障が出ないようにキャパシタ２４が電力を供給できるだけの値に、基準電圧値Ｖ０２は設定される。基準電圧値Ｖ０２は、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値であって、基準電圧値Ｖ０１以下の値とすることが好ましい。基準電圧値Ｖ０２が、特許請求の範囲にいう「第２の基準電圧」である。
【００５８】
電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２以上であり、ステップＳ２５０の判定結果がＮｏである場合には、ステップＳ２６０で高圧補機４０の停止が維持される。電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２より低く、ステップＳ２５０の判定結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ２７０で高圧補機４０の待機運転が再開される。
【００５９】
キャパシタ２４の端子間電圧がＯＣＶより高いときには、キャパシタ２４の端子間電圧は燃料電池６０の電圧よりも高くなる（図３参照）。よって、キャパシタ２４の端子間電圧がＯＣＶより高いときには、スイッチ２０の状態によらず、燃料電池６０からモータ３２には電力は供給されない。よって、燃料電池６０の高圧補機４０を停止するか否か、高圧補機４０の待機運転を再開するか否かの判断を行なうための基準である基準電圧値Ｖ０１、Ｖ０２を、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値とすれば、燃料電池６０がモータ３２に電力を供給しない状態のときに、高圧補機４０を停止するという制御を行うことができる。
【００６０】
図９は、図７における状態ｐ３から状態ｐ５までの間欠運転モードの区間を拡大して示した図である。図９の状態ｐ３においては、電気自動車１０は間欠運転モードに移行した直後である。基準電圧値Ｖ２は、ＯＣＶよりも低い値に設定されているので、このとき、燃料電池６０の高圧補機４０は、定常運転から待機運転に移行して、待機運転を行っている（図６のステップＳ１３０参照）。したがって、ステップＳ２１０の判定結果は、Ｙｅｓとなる。また、図９の状態ｐ３においては、電圧はＶ０１よりも低いため、ステップＳ２２０における判定結果はＮｏとなり、ステップＳ２４０において高圧補機４０の待機運転は継続される。
【００６１】
図９においては、状態ｐ３から時間の経過とともに電圧ＶＣが上昇しているが、状態ｐ６に至るまでは、電圧ＶＣはＶ０１を超えていない。したがって、運転状態が状態ｐ３から状態ｐ６にある間の区間Ｐｒ１においては、補機停止ルーチンＳ１６０内においては、ステップＳ２１０，Ｓ２２０，Ｓ２４０の処理が行われ、高圧補機４０は待機運転される。電気自動車１０の運転状態が図９の状態ｐ６を超えると、電圧ＶＣがＶ０１を超えるので、ステップＳ２２０の判定結果はＹｅｓとなる。その結果、ステップＳ２３０において高圧補機４０の運転が停止される。
【００６２】
図９においては、状態ｐ３から時間の経過とともにキャパシタ電圧ＶＣが上昇しているが、電圧ＶＣが減少していった場合には、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ１を下回った時点でステップＳ１５０（図６参照）の判定結果がＹｅｓとなる。そして、ステップＳ１７０で、高圧補機４０は定常運転を開始される。すなわち、ステップＳ１３０で開始された高圧補機４０の待機運転は、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ１を下回り、ステップＳ１７０で定常運転が開始されることで終了するか（図６参照）、または、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を上回り、ステップＳ２３０（図８参照）で運転を停止されることで終了する。
【００６３】
ステップＳ２３０で高圧補機４０の運転が停止されると、その後は、ステップＳ２１０の判定結果はＮｏとなり、ステップＳ２５０で、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２未満であるか否かが判定される。状態ｐ６以降、電圧ＶＣの値は上昇したり下降したりしているが、状態ｐ７に至るまでは、Ｖ０２よりも高い値を保っている。したがって、運転状態が状態ｐ６から状態ｐ７にある間の区間Ｐｒ２においては、高圧補機４０の運転は停止される。電気自動車１０の運転状態が図９の状態ｐ７を超えると、電圧ＶＣがＶ０２を下回るので、ステップＳ２５０の判定結果はＹｅｓとなる。その結果、ステップＳ２７０において高圧補機４０の待機運転が再開される。その後、運転状態が状態ｐ５に至ると、電気自動車１０は、定常運転モードに移行する（図７参照）。その結果、燃料電池６０の高圧補機４０も、定常運転される。すなわち、運転状態が状態ｐ７から状態ｐ５にある間の区間Ｐｒ３においては、区間Ｐｒ１と同様、間欠運転モード中にあって燃料電池６０の高圧補機４０は待機運転される。
【００６４】
図９においては、状態ｐ７から時間の経過とともにキャパシタ電圧ＶＣが下降しているが、電圧ＶＣが上昇していった場合には、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を上回った時点でステップＳ２２０（図８参照）の判定結果がＹｅｓとなる。そして、ステップＳ２３０で、高圧補機４０の運転が停止される。すなわち、ステップＳ２７０で開始された高圧補機４０の待機運転は、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ１を下回り、ステップＳ１７０で定常運転が開始されることで終了するか（図６参照）、または、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を上回り、ステップＳ２３０（図８参照）で運転を停止されることで終了する。
【００６５】
第１実施例においては、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ２を超えてから基準電圧値Ｖ１を下回るまでの間、間欠運転モードによる運転が行われ、燃料電池６０によるモータ３２への負荷に応じた電力の供給は行われない。そして、間欠運転モード中は、燃料電池６０の高圧補機４０が待機運転され（図９の区間Ｐｒ１，Ｐｒ３）、または高圧補機４０の運転が停止される（図９の区間Ｐｒ２）。したがって、モータ３２が低出力で運転されるときにも燃料電池６０によって負荷に応じた発電が行われる場合に比べて、電気自動車１０全体の効率を高くすることができる。
【００６６】
また、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０２を下回ると定常運転モードへの以降に先立って高圧補機４０が待機運転されるので（図９の区間Ｐｒ３）、定常運転モードに移行した直後も、燃料電池システム２２の発電量の時間遅れが少ない。さらに、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を上回るまでは、間欠運転モードにおいても高圧補機４０が待機運転される（図９の区間Ｐｒ１）。このため、電気自動車１０が間欠運転モードに移行した後、すぐにキャパシタ電圧が下がって再度、定常運転モードに移行しても、燃料電池システム２２の発電量の時間遅れが少ない。
【００６７】
また、第１実施例においては、高圧補機４０の運転再開の判定基準となる基準電圧値Ｖ０２が、高圧補機４０の運転停止の判定基準となる基準電圧値Ｖ０１よりも低い値に設定されている。このため、キャパシタ電圧ＶＣが微小変動を繰り返しても、その変動範囲がＶ０１とＶ０２の間にある限り、高圧補機４０の運転停止と再開が頻繁に繰り返されることがない。
【００６８】
また、第１実施例においては、間欠運転モードへの移行の判定基準となる基準電圧値Ｖ１が、定常運転モードへの移行の判定基準となる基準電圧値Ｖ２よりも低い値に設定されている。このため、キャパシタ電圧ＶＣが微小変動を繰り返しても、その変動範囲がＶ１とＶ２の間にある限り、定常運転モードと間欠運転モードとが頻繁に繰り返されることがない。
【００６９】
また、第１実施例においては、Ｖ０１＞Ｖ２、Ｖ０２＞Ｖ１の関係が成立している。このため、高圧補機４０を停止している状態の前後に、待機運転を行うことができる。
【００７０】
さらに、第１実施例においては、基準電圧値Ｖ０１とＶ０２が、燃料電池の開放電圧ＯＣＶ近傍の値に設定されている。このため、高圧補機４０の運転を再開してから、電気自動車１０が燃料電池６０から電力を得る定常運転モードに移行するまでの間、キャパシタ２４に蓄えられたエネルギーで、十分、電気自動車１０を運転することができる。
【００７１】
Ｄ．変形例：
この発明は上記の実施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。
【００７２】
Ｄ１．変形例１：
図１０は、間欠運転モード中のキャパシタ電圧ＶＣの変化を示した図である。図１０に示す態様は、図８に示す処理において、基準電圧値Ｖ０１と基準電圧値Ｖ０２をともに同じ値Ｖ０１２とした場合の態様である。図１０に示す態様においては、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１２よりも大きいときに、燃料電池６０の高圧補機４０の運転を停止し、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１２よりも低くなったときに、燃料電池６０の高圧補機４０の待機運転を再開する。その結果、間欠運転モード中において、区間Ｐｒ４と区間Ｐｒ６においては高圧補機４０は待機運転され、区間Ｐｒ５においては、高圧補機４０は停止される。このような態様としても、電気自動車１０全体の効率を高くすることができる。
【００７３】
上記実施例では、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１よりも大きいときに、燃料電池６０の高圧補機４０の運転を停止し、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２よりも低くなったときに、燃料電池６０の高圧補機４０の待機運転を再開していた。しかし、これら二つの基準電圧値は、図１０に示す態様のように、同じ値Ｖ０１２であってもよい。また、基準電圧値Ｖ０１、Ｖ０２は、いずれも燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶよりも高い値であったが、高圧補機４０の待機運転を行うか、高圧補機４０を停止するかの判断の基準となる電圧は、図１０に示す態様のように、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶよりも低い値であってもよい。
【００７４】
Ｄ２．変形例２：
図１１は、間欠運転モード中のキャパシタ電圧ＶＣの変化を示した図である。図１１に示す態様においては、高圧補機４０の運転を停止すべきか否かを判断するための電圧値Ｖ０１（図８のステップＳ２２０参照）が、定常運転モードから間欠運転モードに移行すべきか否かの判断の基準値である基準電圧値Ｖ２（図６のステップＳ１２０参照）と等しい。そして、高圧補機４０の運転を再開すべきか否かを判断するための電圧値Ｖ０２（図８のステップＳ２５０参照）が、間欠運転モードから定常運転モードに移行すべきか否かの判断の基準値である基準電圧値Ｖ１（図６のステップＳ１５０参照）と等しい。その結果、高圧補機４０の運転を停止する前の待機運転、および運転再開時の待機運転は行われない。
【００７５】
上記のような態様とする結果、区間Ｐｒ７で示す間欠運転モード中において、高圧補機４０は停止される。このような態様としても、電気自動車１０全体の効率を高くすることができる。なお、間欠運転モードから定常運転モード平行した直後は、水素ガスや圧縮空気が制御部４８が計算した量だけ燃料電池６０に送られない可能性もある（図２参照）。しかし、キャパシタ２４の容量を十分に大きく取っておけば、その間の電力は、キャパシタ２４から供給されうる。
【００７６】
Ｄ３．変形例３：
上記の実施例では、所定の条件下で高圧補機４０を停止し、または待機運転することで、電気自動車１０全体としての効率を高めていた。そして、高圧補機４０の例として、酸素含有ガスである圧縮空気を燃料電池６０に送るブロワ６４（図２参照）、燃料ガスである水素を燃料電池６０に送る水素循環ポンプ６７（図２参照）、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）などを示した。しかし、所定の条件下で運転を停止し、または待機運転を行う補助装置はこれらに限られるものではない。たとえば、燃料電池を運転する際に使用される各バルブやセンサなど、高圧機器以外の機器について、運転を停止等することとしてもよい。すなわち、燃料電池による発電のために運転される補助装置を、所定の条件下で停止したり、待機運転することで、電気自動車１０全体としての効率を高めることができる。
【００７７】
Ｄ４．変形例４：
図６に示した間欠運転判断処理ルーチンにおいては、運転状態を、定常運転モードから間欠運転モードに変更するかどうかの判断は、配線５０の電圧に基づいて行なったが、異なる値に基づくこととても良い。既述したように、配線５０の電圧に基づくこととすれば、所望のタイミングで正確に切り替えを行なうことができるが、燃料電池６０の出力は、負荷要求に応じて増減するため、負荷の大きさに基づいて判断しても良い。あるいは、燃料電池６０の出力電流値に基づいて、定常運転モードから間欠運転モードへの切り替えの判断をしても良い。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する状態となるときに、間欠運転モードが実行されればよい。
【００７８】
Ｄ５．変形例５：
また、第１実施例では、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。
【００７９】
Ｄ６．変形例６：
既述した実施例では、燃料電池システム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。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図である。
【図２】燃料電池システム２２の構成の概略を表わす説明図である。
【図３】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説明図である。
【図４】燃料電池のブロワの運転状態を定めるフローチャートである。
【図５】燃料電池６０の出力の大きさと、エネルギ効率との関係を表わす説明図である。
【図６】運転モードの切り換えルーチンを表わすフローチャートである。
【図７】定常運転モードと間欠運転モード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。
【図８】補機停止ルーチンＳ１６０の内容を示すフローチャートである。
【図９】図７における状態ｐ３から状態ｐ５までの間欠運転モードの区間を拡大して示した図である。
【図１０】間欠運転モード中のキャパシタ電圧ＶＣの変化を示した図である。
【図１１】間欠運転モード中のキャパシタ電圧ＶＣの変化を示した図である。
【符号の説明】
１０…電気自動車
１５…電源装置
２０…スイッチ
２２…燃料電池システム
２４…キャパシタ
２７…残存容量モニタ
２８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０…駆動インバータ
３２…駆動モータ
３４…減速ギヤ
３６…出力軸
３８…車両駆動軸
４０…高圧補機
４２…ダイオード
４８…制御部
５０…回路（配線）
５２…電圧計
６０…燃料電池
６１…燃料ガス供給部
６１ｂ…バルブ
６２…水素ガス供給路
６３…水素ガス排出路
６４…ブロワ
６５…酸化ガス供給路
６６…カソード排ガス路
６７…水素循環ポンプ
Ｅ０…出力がＰ０のときの燃料電池のシステム効率
Ｖ０…出力がＰ０のときの燃料電池の電流
ＩＦＣ…出力電流
ＯＣＶ…開放電圧
Ｐ０…燃料電池の出力
ＰＦＣ…電力
Ｐｒ１〜Ｐｒ７…区間
Ｓ１６０…補機停止ルーチン
Ｖ０…出力がＰ０のときの燃料電池の電圧
ＶＣ…キャパシタ電圧
ＶＦＣ…出力電圧
ｐ１〜ｐ７…キャパシタの状態[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device including a fuel cell and a capacitor.
[0002]
[Prior art]
As a method of using a power supply device including a fuel cell, for example, a method of using the power supply device as a power supply for driving an electric vehicle has been proposed. By supplying the electric power generated by the fuel cell to the drive motor of the electric vehicle, the driving force of the vehicle can be obtained. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-19115 discloses such a power supply device having a capacitor in addition to a fuel cell. This power supply supplies energy from a capacitor or from both a fuel cell and a capacitor during a heavy load.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
A fuel cell system including a fuel cell has a property that the energy efficiency of the entire fuel cell system is greatly reduced at low output due to the output characteristics of the fuel cell. That is, when operating the fuel cell, various pumps and the like related to the fuel supply consume predetermined power. However, the smaller the power generation amount, the larger the ratio of such power consumption amount to the power generation amount. Therefore, at the time of low output, the energy efficiency of the fuel cell system decreases. Therefore, in a power supply device including a fuel cell, a configuration that sufficiently secures the energy efficiency of the entire system even at a low output when the efficiency of the fuel cell system is reduced has been desired.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described conventional problem. In a power supply device including a fuel cell, the energy efficiency of the entire power supply device is reduced due to a decrease in the energy efficiency of the fuel cell system. The purpose of the present invention is to provide a technology for preventing such a situation.
[0005]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to achieve the above object, the present invention performs a predetermined process in the following power supply device that supplies power to a predetermined load. This power supply device includes: a fuel cell system and a capacitor connected in parallel to a wiring for supplying power to a load; a voltmeter for detecting a voltage of the capacitor; and a control unit for controlling operation of the fuel cell system. Prepare. The fuel cell system includes a fuel cell and an auxiliary device operated for power generation by the fuel cell.
[0006]
In the power supply device as described above, the voltage of the capacitor is detected. The operation of the auxiliary device is stopped when the voltage of the capacitor reaches the first reference voltage while the auxiliary device operated for power generation by the fuel cell is operating. According to this aspect, in a region where the efficiency of power generation by the fuel cell is low, power can be supplied from the capacitor instead of the fuel cell, and power consumption by the auxiliary device of the fuel cell can be reduced.
[0007]
In addition, in a state where the operation of the auxiliary device is stopped, it is preferable that the operation of the auxiliary device be started when the voltage of the capacitor drops to a second reference voltage having a value smaller than the first reference voltage. . With such an embodiment, power can be efficiently supplied even when the size of the load fluctuates. Note that the value of the second reference voltage may be equal to the value of the first reference voltage.
[0008]
Note that the first and second reference voltages are preferably predetermined voltages near the open voltage of the fuel cell. According to such an embodiment, when the electric charge is sufficiently accumulated in the capacitor, the power generation by the fuel cell can be stopped and the electric power can be supplied from the capacitor.
[0009]
Further, when the voltage of the capacitor reaches a third reference voltage having a value equal to or less than the first reference voltage while the fuel cell is connected to the wiring, the connection to the wiring of the fuel cell is released. Is preferred. When the voltage of the capacitor drops to a fourth reference voltage having a value equal to or less than the second reference voltage in a state where the connection to the wiring of the fuel cell is open, the fuel cell is reconnected to the wiring. It is preferable to connect. According to such an embodiment, in a region where the efficiency of power generation by the fuel cell is poor, the fuel cell can be disconnected from the circuit and power can be supplied from the capacitor. Note that the value of the third reference voltage can be equal to the value of the first reference voltage. Then, the value of the fourth reference voltage may be equal to the value of the second reference voltage.
[0010]
Note that the following processing can be performed by setting the third reference voltage to a value lower than the first reference voltage and equal to or higher than the fourth reference voltage. In other words, after the voltage of the capacitor exceeds the third reference voltage, until the voltage of the capacitor exceeds the first reference voltage or falls below the fourth reference voltage, the operation state of the auxiliary device is changed to the third voltage. Is lower than the reference voltage of the auxiliary device. According to such an embodiment, even when the capacitor voltage exceeds the third reference voltage and then starts to decrease and the fuel cell is connected to the wiring again, the necessary amount of power is immediately supplied from the fuel cell. Can be supplied. Note that the value of the third reference voltage can be made equal to the value of the fourth reference voltage.
[0011]
Further, the following processing can be performed by setting the fourth reference voltage to a value lower than the second reference voltage and equal to or lower than the third reference voltage. That is, after the voltage of the capacitor falls below the second reference voltage, the operation state of the auxiliary device falls below the fourth reference voltage until the voltage falls below the fourth reference voltage or exceeds the first reference voltage. An operation state in which power consumption is lower than an operation state of a later auxiliary device is set. With such an embodiment, even when the fuel cell is connected to the wiring again, it is possible to quickly supply necessary electric power from the fuel cell. Note that the value of the fourth reference voltage may be equal to the value of the third reference voltage.
[0012]
The auxiliary device may be, for example, a device for supplying fuel gas to the fuel cell. Further, the auxiliary device may be a device for supplying an oxygen-containing gas to the fuel cell.
[0013]
The present invention can be realized in various forms other than the above, and for example, can be realized in a form of an operation method of a power supply device, an electric vehicle including the power supply device, or the like.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Overall configuration of the device:
B. Operation of fuel cell, secondary battery, capacitor:
B1. Fuel cell operation:
B2. Charge / discharge of secondary battery:
B3. Charge / discharge of capacitor:
C. Normal operation mode and intermittent operation mode:
C1. Switching between steady operation mode and intermittent operation mode:
C2. Suspension of auxiliary equipment:
D. Modification:
D1. Modification 1
D2. Modified example 2:
D3. Modification 3:
D4. Modification 4:
D5. Modification 5:
D6. Modification 6:
[0015]
A. Overall configuration of the device:
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an electric vehicle 10 according to a first embodiment of the present invention. The electric vehicle 10 includes a power supply device 15, and includes, as loads to be supplied with power from the power supply device 15, a high-voltage auxiliary device 40 and a drive motor 32 connected to the power supply device 15 via a drive inverter 30. ing. A wiring 50 is provided between the power supply device 15 and the load, and power is exchanged between the power supply device 15 and the load via the wiring 50.
[0016]
The power supply device 15 includes a fuel cell system 22, a capacitor 24, and a secondary battery 26. The fuel cell system 22 includes a fuel cell that is a main body of power generation as described later. The fuel cell and the capacitor 24 included in the fuel cell system 22 are connected in parallel to the wiring 50. The wiring 50 is further provided with a diode 42 for preventing a current from flowing back to the fuel cell. Further, the wiring 50 is provided with a switch 20 for turning on / off the connection state of the fuel cell to the wiring 50. The wiring 50 is connected to the DC / DC converter 28, and the secondary battery 26 is connected to the wiring 50 via the DC / DC converter 28. Further, a voltmeter 52 is further provided on the wiring 50 in order to measure the voltage in the power supply device 15.
[0017]
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system 22. As shown in FIG. The fuel cell system 22 includes a fuel cell 60, a fuel gas supply unit 61, a blower 64, and a hydrogen circulation pump 67. In this embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 60. The fuel gas supply unit 61 is a device that stores hydrogen therein and supplies hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 60. The fuel gas supply unit 61 can be, for example, a hydrogen cylinder provided with a valve 61b. Alternatively, a hydrogen tank having a hydrogen storage alloy therein may be provided, and hydrogen may be stored by causing the hydrogen storage alloy to store hydrogen. The hydrogen gas stored in the fuel gas supply unit 61 is supplied to the anode of the fuel cell 60 via the hydrogen gas supply path 62, and is subjected to an electrochemical reaction. The remaining hydrogen gas not used in the electrochemical reaction is discharged to the hydrogen gas discharge path 63. The hydrogen gas discharge path 63 is connected to the hydrogen gas supply path 62. A hydrogen circulation pump 67 is provided in the hydrogen gas discharge path 63. The remaining hydrogen gas is sent to the hydrogen gas supply path 62 by the hydrogen circulation pump 67 and is again provided for the electrochemical reaction. The compressed air taken in by the blower 64 is supplied as an oxidizing gas to the cathode of the fuel cell 60 through an oxidizing gas supply path 65. The cathode exhaust gas discharged from the fuel cell 60 is guided to the cathode exhaust gas passage 66 and discharged to the outside. In the fuel cell system 22, a humidifier for humidifying hydrogen gas or air may be further provided in the hydrogen gas supply path 62 and the oxidizing gas supply path 65.
[0018]
As the secondary battery 26 in FIG. 1, various secondary batteries such as a lead storage battery, a nickel-cadmium storage battery, a nickel-hydrogen storage battery, and a lithium secondary battery can be used. The secondary battery 26 supplies electric power for driving each unit of the fuel cell system 22 when the fuel cell system 22 is started, and supplies each load to the load until the warm-up operation of the fuel cell system 22 is completed. Supply power to Further, even when the fuel cell 60 performs power generation in a steady state, if the load becomes larger than a predetermined value, the power is supplemented by the secondary battery 26.
[0019]
The secondary battery 26 is provided with a remaining capacity monitor 27 for detecting the remaining capacity (SOC) of the secondary battery 26. In the present embodiment, the remaining capacity monitor 27 is configured as an SOC meter that integrates the current value of charging / discharging in the secondary battery 26 and time. Alternatively, the remaining capacity monitor 27 may be configured by a voltage sensor instead of the SOC meter. Since the voltage of the secondary battery 26 decreases as its remaining capacity decreases, the remaining capacity of the secondary battery 26 can be detected by measuring the voltage.
[0020]
The DC / DC converter 28 adjusts the output voltage from the fuel cell 60 by setting the target voltage value, and controls the power generation amount of the fuel cell 60. The DC / DC converter 28 also serves as a switch for controlling the connection between the secondary battery 26 and the wiring 50. When the secondary battery 26 does not need to be charged and discharged, the DC / DC converter 28 The connection with the wiring 50 is released.
[0021]
The drive motor 32, which is one of the loads that receive power supply from the power supply device 15, is a synchronous motor and includes a three-phase coil for forming a rotating magnetic field. The drive motor 32 is connected to the wiring 50 via the drive inverter 30 and receives power supply from the power supply device 15. The drive inverter 30 is a transistor inverter including a transistor as a switching element corresponding to each phase of the motor. An output shaft 36 of the drive motor 32 is connected to a vehicle drive shaft 38 via a reduction gear 34. The reduction gear 34 transmits the power output from the drive motor 32 to the vehicle drive shaft 38 after adjusting the rotation speed.
[0022]
Further, the high-pressure auxiliary device 40 as another load is an auxiliary device used for performing power generation by the fuel cell 60. These high-voltage auxiliary devices 40 are devices that use the electric power supplied from the power supply device 15 at a voltage of 300 V or more. The high-pressure auxiliary device 40 includes, for example, a blower 64 for supplying air to the fuel cell 60 and a hydrogen circulation pump 67 for circulating hydrogen gas between the hydrogen gas discharge passage 63 and the hydrogen gas supply passage 62. (See FIG. 2). Further, the high-pressure auxiliary device 40 includes a cooling pump (not shown) for circulating cooling water inside the fuel cell 60 in order to cool the fuel cell 60. These devices are devices included in the fuel cell system 22, but are shown as high-pressure accessories 40 outside the power supply device 15 in FIG. 1.
[0023]
The electric vehicle 10 further includes a control unit 48. The control unit 48 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer. Specifically, the control unit 48 executes a predetermined operation or the like in accordance with a preset control program, and controls necessary for the CPU to execute various operation processes. It has a ROM in which programs and control data are stored in advance, a RAM in which various data necessary for performing various arithmetic processing by the CPU are temporarily read and written, and an input / output port for inputting / outputting various signals. . The control unit 48 obtains a detection signal from the voltmeter 52 described above, a signal output from the remaining capacity monitor 27, or an instruction signal input for driving the vehicle. Further, it outputs a drive signal to the DC / DC converter 28, the switch 20, the fuel cell system 22, the drive inverter 30, the high-voltage auxiliary device 40, and the like.
[0024]
B. Operation of fuel cell, secondary battery, capacitor:
B1. Fuel cell operation:
At the time of driving the electric vehicle 10, the control unit 48 calculates electric power required to realize a desired traveling state based on the vehicle speed and the accelerator opening of the vehicle. When the electric vehicle 10 is in the “steady operation mode” in which the required energy is obtained by the fuel cell, the control unit 48 controls the power required by the high-voltage auxiliary 40 and the power of the secondary battery 26 in addition to the required power. The power to be output by the fuel cell 60 is calculated based on the remaining capacity. Hereinafter, the operation of the fuel cell, the secondary battery, and the capacitor will be described.
[0025]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output current and the output voltage or output power of the fuel cell 60. As shown in FIG. 3, the power P to be output from the fuel cell 60 FC Is determined from the curve representing the characteristic of the output power of the fuel cell 60, the magnitude I of the output current of the fuel cell 60 at that time is obtained. FC Is determined. Output current I FC Is determined, a curve representing the current-voltage characteristics of the fuel cell 60 (hereinafter, this curve may be referred to as a “characteristic curve” of the fuel cell) is used to determine the output voltage V of the fuel cell 60 at that time. FC Is determined. The output voltage V thus obtained FC Is instructed to the DC / DC converter 28 as a target voltage by the control unit 48, so that the power generation amount of the fuel cell 60 is controlled to a desired amount.
[0026]
FIG. 4 is a flowchart for determining the operating state of the blower of the fuel cell. As shown in FIG. 2, the fuel cell system 22 includes high-pressure accessories 40 such as a blower 64 and a hydrogen circulation pump 67. The control unit 48 determines the output current and the output voltage of the fuel cell 60 as described above, and, based on these values, the high-pressure operated by the fuel cell, such as the blower 64 and the hydrogen circulation pump 67, for power generation. The operation state of the accessory 40 is determined. For example, the instruction to the blower 64 is performed as follows. First, in step S10 of FIG. 4, the control unit 48 outputs the output current I FC Then, the amount of air required by the fuel cell 60 to flow the air is calculated. Then, in step S20, the number of rotations of the blower 64 required to supply the amount of air required by the fuel cell 60 is calculated. Then, in step S30, the rotation speed command value of the blower 64 is output to the blower 64. Similarly, the command value for the other auxiliary devices such as the hydrogen circulation pump 67 also depends on the output current I of the fuel cell 60. FC , Output voltage V FC Is calculated and output.
[0027]
The value of the output voltage or the value of the output power with respect to the output current of the fuel cell 60 as shown in FIG. 3 changes depending on the internal temperature of the fuel cell 60. Therefore, as described above, the output voltage (target voltage) V of the fuel cell 60 is FC It is desirable to further consider the internal temperature of the fuel cell 60 when determining.
[0028]
B2. Charge / discharge of secondary battery:
In the electric vehicle 10 of the present embodiment, when the magnitude of the load is equal to or more than the predetermined value and the remaining capacity of the secondary battery 26 is sufficiently large, power is also supplied from the secondary battery 26 to the load. Is done. In such a case, the control unit 48 determines the power to be output from the fuel cell 60 in consideration of the fact that power is also supplied from the secondary battery 26, and determines the target voltage in the DC / DC converter 28. Set. As shown in FIG. 3, the output voltage of the fuel cell 60 decreases as the load increases and the output current increases. The secondary battery 26 has such a property that the output voltage increases as the remaining capacity increases. Therefore, when the magnitude of the load is equal to or larger than the predetermined value and the remaining capacity of the secondary battery 26 is sufficiently large, the target voltage in the DC / DC converter 28, that is, the output voltage of the fuel cell 60 becomes 2 The value is lower than the output voltage of the secondary battery 26. As a result, electric power is supplied not only from the fuel cell 60 but also from the secondary battery 26 to the high-voltage accessory 40 or the drive motor 32.
[0029]
On the other hand, when the remaining capacity of the secondary battery 26 becomes equal to or less than a predetermined value, the secondary battery 26 needs to be charged. At this time, if the magnitude of the load is somewhat small and the output of the fuel cell 60 has a margin, the fuel cell 60 charges the secondary battery 26. When charging the secondary battery 26, the power to be output by the fuel cell 60 so that the power for charging the secondary battery 26 is obtained in addition to the power to be supplied to the load. That is, the operating state of the fuel cell 60 is determined (see FIG. 3). The secondary battery 26 has such a property that the output voltage decreases as the remaining capacity decreases. Therefore, when the remaining capacity of the secondary battery 26 is equal to or less than a predetermined value, the target voltage set in the DC / DC converter 28, that is, the output voltage of the fuel cell 60 is higher than the output voltage of the secondary battery 26. Value. As a result, the fuel cell 60 not only supplies power to the high-voltage auxiliary device 40 or the drive motor 32, but also charges the secondary battery 26.
[0030]
B3. Charge / discharge of capacitor:
In the electric vehicle 10 of the present embodiment, the capacitor 24 also repeats charging and discharging. The capacitor 24 has a one-to-one correspondence between the amount of remaining charge and the output voltage. The output voltage increases as the amount of remaining charge increases, and the output voltage decreases as the amount of remaining charge decreases. The capacitor 24 is connected to the wiring 50 in parallel with the fuel cell 60 as shown in FIG. Therefore, when the magnitude of the load fluctuates when the fuel cell 60 generates power and the voltage on the wiring 50 (which can be measured by the voltmeter 52) fluctuates, the charge amount of the capacitor 24 changes according to the voltage on the wiring 50. . When the voltage of the wiring 50 rises, the capacitor 24 receives power supply from the fuel cell 60 and increases the amount of remaining charge until the capacitor voltage becomes equal to the voltage of the wiring 50. When the voltage of the wiring 50 decreases, the capacitor 24 supplies power to the load together with the fuel cell 60, and reduces the amount of remaining charge until the capacitor voltage becomes equal to the voltage of the wiring 50. That is, capacitor 24 performs charging and discharging according to the voltage of wiring 50.
[0031]
In the electric vehicle 10, during braking (when the driver steps on the brake while the vehicle is running), the kinetic energy of the axle is converted into electric energy by using the drive motor 32 as a generator, Collect this. In the present embodiment, the energy recovered as electric power in such regeneration is absorbed by the capacitor 24. The capacitor 24 is a power storage means having a higher power density than the secondary battery 26 and a power storage means having a high charge / discharge efficiency. That is, the amount of power that can be charged and discharged in a short time is large. Therefore, by using the capacitor 24, when the regenerative operation mode is executed in a short braking time in which the driver of the vehicle depresses the brake, the power generated by the regeneration can be efficiently collected.
[0032]
In the electric vehicle 10, when the drive motor 32 generates power and performs regeneration, power is supplied from the drive motor 32 to the wiring 50 via the drive inverter 30. In the present embodiment, the voltage when power is supplied from the drive motor 32 to the wiring 50 during such regeneration (hereinafter, the output voltage V from the drive motor 32 for the sake of simplicity). g ) Varies depending on the number of revolutions and acceleration of the drive motor, but is set to be higher than the upper limit of the voltage of the wiring 50 when power is supplied from the fuel cell 60 in the steady operation mode. ing.
[0033]
As shown in FIG. 3, the output voltage of the fuel cell 60 decreases as the load increases and the output current increases. Therefore, the upper limit of the voltage of wiring 50 when power is supplied from fuel cell 60 is open circuit voltage OCV of fuel cell 60. The “open voltage” of the fuel cell 60 is a voltage between terminals of the fuel cell 60 in a state where the fuel cell 60 is disconnected from a circuit. When the switch 20 is ON and the fuel cell 60 and the capacitor 24 are connected in parallel, the voltage between the terminals of the capacitor 24 is equal to the output voltage of the fuel cell 60. Therefore, when electric power is supplied from the fuel cell 60, the voltage between the terminals of the capacitor 24 is the open circuit voltage OCV at the maximum.
[0034]
On the other hand, the output voltage V from the drive motor 32 g Can take a value higher than the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60 as described above. Therefore, the control unit 48 controls the output voltage V g Is set higher than the inter-terminal voltage of the capacitor 24, the regenerative energy generated by the drive motor 32 is stored in the capacitor 24. As a result, the voltage between the terminals of the capacitor 24 may exceed the open circuit voltage OCV of the fuel cell. Since the diode 50 is provided in the circuit 50, no current flows from the capacitor 24 to the fuel cell system 22 even if the voltage between the terminals of the capacitor 24 exceeds the open-circuit voltage OCV of the fuel cell.
[0035]
C. Normal operation mode and intermittent operation mode:
C1. Switching between steady operation mode and intermittent operation mode:
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnitude of the output of the fuel cell 60 and the energy efficiency. FIG. 5A shows the relationship between the efficiency of the fuel cell 60, the power required by the auxiliary equipment of the fuel cell, and the output of the fuel cell 60. As shown in FIG. 5A, as the output of the fuel cell 60 increases, the power generation efficiency of the fuel cell 60 alone gradually decreases. On the other hand, even if the output of the fuel cell 60 decreases, the power consumed to drive the accessories of the fuel cell does not necessarily decrease proportionally. Therefore, when the output of the fuel cell 60 decreases, the power consumed by the auxiliary components of the fuel cell relative to the output of the fuel cell 60 relatively increases.
[0036]
FIG. 5B shows the relationship between the output of the fuel cell 60 and the efficiency of the fuel cell system 22 as a whole. When the efficiency of the entire fuel cell system 22 is obtained based on the efficiency of the fuel cell 60 alone and the power consumed by the auxiliary equipment of the fuel cell shown in FIG. 5A, the result is as shown in FIG. 5B. . That is, the system efficiency is highest when the output of the fuel cell 60 is a predetermined value, and when the output of the fuel cell 60 is low, the energy efficiency of the entire fuel cell system 22 is low. For example, if the output is P 0 In the following areas, as shown in FIG. 0 Is extremely low at about 60% of the maximum efficiency.
[0037]
In the electric vehicle 10 according to the present embodiment, when the load of the fuel cell system 22 is low and the efficiency of the entire fuel cell system 22 is low, the fuel cell system 22 is disconnected from the circuit 50 and the supply of power to the motor 32 by the fuel cell 60 is stopped. This prevents the energy efficiency of the entire system from being reduced. An operation state in which the fuel cell system 22 is connected to a circuit and the fuel cell 60 supplies electric power to the motor 32 according to the magnitude of the load is referred to as a “steady operation mode”. On the other hand, an operation state in which electric power is supplied to the motor 32 by the capacitor 24 and the fuel cell 60 does not supply electric power corresponding to the magnitude of the load to the motor 32 is called an “intermittent operation mode”.
[0038]
FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure for switching the operation mode of electric vehicle 10. This routine is started in the steady operation mode. In the steady operation mode, the high-voltage auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is operated such that the fuel cell 60 can supply power to the motor 32 according to the load. Such an operation is referred to as “steady operation” of the high-pressure auxiliary device 40. When this routine is executed, the control unit 48 first determines the voltage value V of the wiring 50 detected by the voltmeter 52. C Is read (step S110). And this voltage value V C And a predetermined reference voltage value V 2 Are compared (step S120).
[0039]
Reference voltage value V 2 Is stored in the control unit 48 in advance as a criterion for determining whether to switch from the steady operation mode to the intermittent operation mode. Voltage value V of wiring 50 C Is the reference voltage value V 2 Is smaller than the reference voltage value V so that the energy efficiency of the entire fuel cell system 22 is acceptable. 2 Is determined. Reference voltage value V 2 Is set to a value somewhat lower than the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60. As shown in FIG. 3, the voltage of the fuel cell 60 can take only a value lower than the open-circuit voltage OCV, and as shown in FIG. 3, FIG. 5A and FIG. This is because the energy efficiency of the entire fuel cell system 22 decreases when the voltage is high and the output power is low. Reference voltage value V 2 Is the “third reference voltage” in the claims. Reference voltage value V 2 Can be, for example, a value of 80 to 90% of the open circuit voltage of the fuel cell.
[0040]
In step S120, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 2 If it is determined that the value is smaller than the threshold value and the determination result of step S120 is No, the process returns to step S110. That is, the steady operation mode is maintained. Then, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 2 Until the above, the operations of step S110 and step S120 are repeated. During this time, the electric vehicle 10 maintains the steady operation mode.
[0041]
In step S120, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 2 If it is determined that the above is the case, and the result of the determination in step S120 is Yes, the control unit 48 outputs a drive signal to the switch 20 to open it (step S130). When the switch 20 is opened as described above, the connection of the fuel cell 60 to the circuit 50 is released (see FIG. 1), so that the supply of power from the fuel cell 60 to the motor 32 is stopped. Electric power is supplied from the capacitor 24 to the motor 32, and the electric vehicle 10 shifts to the intermittent operation mode. The high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is operated at a constant low output after step S130. The operation of the high-pressure auxiliary device 40 at a constant low output in the intermittent operation mode is called “standby operation”. “Standby operation” is an operating state of the auxiliary equipment in which the power consumption per unit time of each auxiliary equipment is smaller than the minimum power consumption per unit time in the “steady operation”. On the other hand, the capacitor 24 has a high power density and a high charge / discharge efficiency as described above. Therefore, when the switch 20 is opened, the capacitor 24 can quickly output the power required by the load.
[0042]
When the operation mode is shifted to the intermittent operation mode, the control unit 48 sets the voltage value V C Is read (step S140). Next, the read voltage value V C And the reference voltage value V 1 Are compared (step S150). Here, the reference voltage value V 1 Is stored in the control unit 48 in advance as a criterion for determining whether to switch from the intermittent operation mode to the normal operation mode. Reference voltage value V 1 Is the reference voltage value V 2 Of the reference voltage value V 2 It is set as a lower value. Reference voltage value V 1 Is the reference voltage value V 2 , The voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 1 In the following cases, the energy efficiency of the entire fuel cell system 22 is acceptable. Note that the reference voltage value V 2 Is the reference voltage value V 2 80% or more and less than 100%. This reference voltage value V 1 Is the reference voltage value V 2 Of the reference voltage value V 2 Is preferably 95% or more. Reference voltage value V 1 Is the “fourth reference voltage” in the claims.
[0043]
In step S150, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 1 When it is determined that the value is larger than the threshold value and the determination result of step S150 is No, the process returns to step S140 via step S160 which is a fuel cell auxiliary device stop routine. Then, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 1 The operations of steps S140 to S160 are repeated until the following is achieved. That is, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 1 When it is larger than the above, the "intermittent operation mode" is maintained. In the meantime, the control unit 48 performs a standby operation on the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 or stops the operation of the high-pressure auxiliary device 40 as described later.
[0044]
Voltage value V of wiring 50 C Is the reference voltage value V 1 If the power is supplied by the fuel cell system 22 when the power is larger than the above, the ratio of the power consumption of the high-voltage auxiliary device 40 to the output power increases as described above, so that the efficiency of the electric vehicle 10 as a whole decreases. . Therefore, in this embodiment, V C Is the reference voltage value V 1 If so, the fuel cell 60 is disconnected from the circuit 50 and power is supplied to the motor 32 from the capacitor 24. Then, the high-voltage auxiliary device 40 of the fuel cell 60 performs standby operation or stops operation to maintain the efficiency of the entire electric vehicle 10 at a high level.
[0045]
In step S150, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 1 If it is determined to be the following, and the determination result of step S150 is Yes, the control unit 48 outputs a drive signal to the switch 20 to close it (step S170), and sets the fuel cell system 22 according to the load. The motor 32 is operated to supply electric power to the motor 32. That is, the operation of the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is switched to the steady operation. By the processing in step S170, the supply of electric power to the motor 32 by the fuel cell 60 is restarted. Then, the electric vehicle 10 shifts to the steady operation mode. Thereafter, the control unit 48 ends the processing.
[0046]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the output voltage of the fuel cell 60 and the voltage of the capacitor 24 when the steady operation mode and the intermittent operation mode are alternately switched. When the switch 20 is opened in step S130 and the operation mode is switched from the steady operation mode to the intermittent operation mode, it is shown as "OFF" in FIG. Then, when the switch 20 is closed in step S170 and the mode is switched from the intermittent operation mode to the steady operation mode, "ON" is shown in FIG.
[0047]
For example, in the state p1 in the graph, the electric vehicle 10 has shifted from the intermittent operation mode to the steady operation mode. In the steady operation mode, since the fuel cell system 22 and the capacitor 24 are connected in parallel, the capacitor voltage and the fuel cell voltage also match in FIG. After that, the electric vehicle 10 has shifted from the steady operation mode to the intermittent operation mode in the state p3 via the state p2.
[0048]
In the intermittent operation mode, the fuel cell system 22 is disconnected from the circuit 50. Then, the control unit 48 performs the standby operation of the fuel cell system 22. Therefore, in the intermittent operation mode, while the capacitor voltage changes according to the operation state of the electric vehicle, the voltage of the fuel cell 60 becomes a constant voltage during the standby operation. Since the standby operation is a low output operation, in the intermittent operation mode, the terminal voltage of the fuel cell 60 takes a value near the OCV. In FIG. 7, the inter-terminal voltage of the fuel cell 60 is indicated by a chain line. After the state p3, the electric vehicle 10 driven in the intermittent operation mode is again shifted to the steady operation mode in the state p5 via the state p4.
[0049]
In the intermittent operation mode, the capacitor voltage should drop over time as the capacitor 24 supplies power to the motor 32. However, in FIG. 7, the capacitor voltage may increase even in the intermittent operation mode. This is because regeneration is being performed at that time. As a result of the regeneration, the capacitor voltage has a value exceeding the open-circuit voltage OCV of the fuel cell near the state p4.
[0050]
On the other hand, in the steady operation mode, since the fuel cell 60 supplies power, the command value of the output voltage of the fuel cell 60 is the voltage of the fuel cell 60 and the capacitor 24. Therefore, according to the characteristics of the fuel cell shown in FIG. 3, when the fuel cell 60 supplies a relatively large amount of power, the voltages of the fuel cell 60 and the capacitor 24 become low, and the fuel cell 60 supplies a relatively small amount of power. In this case, the voltages of the fuel cell 60 and the capacitor 24 increase. However, since the regeneration is performed even in the steady operation mode, the voltage of the capacitor 24 measured by the voltmeter 52 may increase due to the regeneration.
[0051]
In the intermittent operation mode, not only the power is supplied from the capacitor 24 to the load as described above, but also the power is supplied from the secondary battery to the load. When the low load state to be set to the intermittent operation mode continues for a long time or when the remaining capacity of the secondary battery 26 is sufficiently large, the secondary battery 26 may be used in addition to the capacitor 24.
[0052]
C2. Suspension of auxiliary equipment:
FIG. 8 is a flowchart showing the contents of the auxiliary machine stop routine S160. In the accessory stop routine S160, a process of stopping the operation of the high-pressure accessory 40 used for generating power by the fuel cell 60 is performed according to the situation. In the accessory stop routine, the control unit 48 first determines in step S210 whether the high-pressure accessory 40 is in standby operation. If the high-voltage auxiliary device 40 is in standby operation and the result of the determination in step S210 is Yes, then in step S220, the voltage value V C Is the reference voltage value V 01 It is determined whether it is greater than or equal to.
[0053]
Reference voltage value V 01 Is a value near the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60. Reference voltage value V 01 Is stored in the control unit 48 in advance as a reference for determining whether to stop the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60. Reference voltage value V 01 Is set to satisfy the following conditions. That is, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 01 From a state in which the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is stopped, the voltage value V C Is the reference voltage value V 01 , The operation of the electric vehicle 10 continues until the high-voltage auxiliary device 40 of the fuel cell 60 shifts to the steady state and becomes capable of supplying the specified power even if the electric vehicle 10 shifts to the steady operation mode. The reference voltage value V is set to a value that allows the capacitor 24 to supply power so as not to cause any trouble. 01 Is set. Reference voltage value V 01 Is the “first reference voltage” in the claims.
[0054]
Reference voltage value V 01 Can be set to a value near the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60, for example. The “value near the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60” means a value of 80% or more and less than 120% of the value near the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60. This reference voltage value V 01 Is the reference voltage value V 2 Is preferably 90% or more and less than 110% of the reference voltage V. 2 Is preferably 95% or more and less than 105%.
[0055]
In step S220, the voltage value V C Is the reference voltage value V 01 If it is larger than the threshold value and the determination result in step S220 is Yes, the operation of the high-pressure auxiliary device 40 is stopped in step S230. Voltage value V C Is the reference voltage value V 01 In the following, if the determination result in step S220 is No, the standby operation of the high-pressure auxiliary device 40 is continued in step S240.
[0056]
On the other hand, if the high-voltage auxiliary device 40 is not in the standby operation in step S210 and the determination result in step S210 is No, then in step S250, the voltage value V C Is the reference voltage value V 02 It is determined whether it is less than.
[0057]
Reference voltage value V 02 Is a value near the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60. Reference voltage value V 02 Is stored in the control unit 48 in advance as a criterion for determining whether or not to restart the operation of the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60. Reference voltage value V 02 Is set to satisfy the following conditions. That is, the voltage value V of the wiring 50 C Is the reference voltage value V 02 From a state in which the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is stopped, the voltage value V C Is the reference voltage value V 02 , The operation of the electric vehicle 10 continues until the high-voltage auxiliary device 40 of the fuel cell 60 shifts to the steady state and becomes capable of supplying the specified power even if the electric vehicle 10 shifts to the steady operation mode. The reference voltage value V is set to a value that allows the capacitor 24 to supply power so as not to cause any trouble. 02 Is set. Reference voltage value V 02 Is a value near the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60, and the reference voltage value V 01 The following values are preferred. Reference voltage value V 02 Is the “second reference voltage” in the claims.
[0058]
Voltage value V C Is the reference voltage value V 02 As described above, when the result of the determination in step S250 is No, the stop of the high-pressure auxiliary machine 40 is maintained in step S260. Voltage value V C Is the reference voltage value V 02 If it is lower and the determination result in step S250 is Yes, the standby operation of the high-pressure auxiliary device 40 is restarted in step S270.
[0059]
When the voltage between the terminals of the capacitor 24 is higher than the OCV, the voltage between the terminals of the capacitor 24 becomes higher than the voltage of the fuel cell 60 (see FIG. 3). Therefore, when the terminal voltage of the capacitor 24 is higher than the OCV, power is not supplied from the fuel cell 60 to the motor 32 regardless of the state of the switch 20. Therefore, the reference voltage value V, which is a reference for determining whether to stop the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 or to restart the standby operation of the high-pressure auxiliary device 40, is determined. 01 , V 02 Is set to a value in the vicinity of the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60, the control of stopping the high-pressure auxiliary device 40 can be performed when the fuel cell 60 is not supplying power to the motor 32.
[0060]
FIG. 9 is an enlarged view of a section of the intermittent operation mode from the state p3 to the state p5 in FIG. In the state p3 of FIG. 9, the electric vehicle 10 is immediately after shifting to the intermittent operation mode. Reference voltage value V 2 Is set to a value lower than the OCV. At this time, the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 shifts from the steady operation to the standby operation and performs the standby operation (see step S130 in FIG. 6). ). Therefore, the result of the determination in step S210 is Yes. In the state p3 of FIG. 9, the voltage is V 01 Therefore, the determination result in step S220 is No, and the standby operation of the high-pressure auxiliary device 40 is continued in step S240.
[0061]
In FIG. 9, as time elapses from state p3, voltage V C Rises, but until the state p6 is reached, the voltage V C Is V 01 Not exceeded. Therefore, in the section Pr1 during the operation state from the state p3 to the state p6, in the accessory stop routine S160, the processing of steps S210, S220, and S240 is performed, and the high-pressure accessory 40 is in standby operation. When the operating state of the electric vehicle 10 exceeds the state p6 in FIG. C Is V 01 , The result of the determination in step S220 is Yes. As a result, the operation of the high-pressure accessory 40 is stopped in step S230.
[0062]
In FIG. 9, the capacitor voltage V C Rises, but the voltage V C Decreases, the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 1 At this point, the determination result of step S150 (see FIG. 6) becomes Yes. Then, in step S170, the high-pressure auxiliary device 40 starts a steady operation. That is, the standby operation of the high-voltage auxiliary device 40 started in step S130 is performed when the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 1 , The operation ends when the steady operation starts in step S170 (see FIG. 6), or the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 01 And the operation is stopped in step S230 (see FIG. 8) to end the operation.
[0063]
After the operation of the high-voltage auxiliary device 40 is stopped in step S230, the determination result in step S210 is No, and in step S250, the voltage value V C Is the reference voltage value V 02 It is determined whether it is less than. After the state p6, the voltage V C Is rising or falling, but until the state p7 is reached, V 02 It keeps higher value than that. Therefore, the operation of the high-pressure auxiliary device 40 is stopped in the section Pr2 during the operation state from the state p6 to the state p7. When the operating state of the electric vehicle 10 exceeds the state p7 in FIG. C Is V 02 , The result of the determination in step S250 is Yes. As a result, the standby operation of the high-pressure auxiliary device 40 is restarted in step S270. Thereafter, when the driving state reaches the state p5, the electric vehicle 10 shifts to the steady operation mode (see FIG. 7). As a result, the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is also operated in a steady state. That is, in the section Pr3 during the operation state from the state p7 to the state p5, similarly to the section Pr1, the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is in standby operation in the intermittent operation mode.
[0064]
In FIG. 9, as time elapses from state p7, capacitor voltage V C Is falling, but the voltage V C Rises, the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 01 Is exceeded, the determination result of step S220 (see FIG. 8) is Yes. Then, in step S230, the operation of the high-pressure auxiliary machine 40 is stopped. That is, the standby operation of the high-voltage auxiliary device 40 started in step S270 is performed when the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 1 , The operation ends when the steady operation starts in step S170 (see FIG. 6), or the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 01 And the operation is stopped in step S230 (see FIG. 8) to end the operation.
[0065]
In the first embodiment, the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 2 Exceeds the reference voltage value V 1 Until the load falls below, the operation in the intermittent operation mode is performed, and the fuel cell 60 does not supply electric power according to the load on the motor 32. During the intermittent operation mode, the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is operated in a standby mode (sections Pr1 and Pr3 in FIG. 9) or the operation of the high-pressure auxiliary device 40 is stopped (section Pr2 in FIG. 9). Therefore, even when the motor 32 is operated at a low output, the efficiency of the entire electric vehicle 10 can be increased as compared with the case where the fuel cell 60 generates power according to the load.
[0066]
Also, the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 02 When the pressure falls below the predetermined value, the high-pressure auxiliary device 40 is put on standby before entering the steady operation mode (section Pr3 in FIG. 9). Few. Further, the capacitor voltage V C Is the reference voltage value V 01 , The high-pressure auxiliary device 40 is in standby operation even in the intermittent operation mode (section Pr1 in FIG. 9). Therefore, even if the capacitor voltage immediately drops after the electric vehicle 10 shifts to the intermittent operation mode and shifts again to the steady operation mode, the time delay of the power generation amount of the fuel cell system 22 is small.
[0067]
Further, in the first embodiment, the reference voltage value V serving as a criterion for determining the restart of the operation of the high-voltage 02 Is a reference voltage value V which is a criterion for stopping the operation of the high-voltage auxiliary device 40. 01 It is set to a lower value. Therefore, the capacitor voltage V C Repeats minute fluctuations, the fluctuation range is V 01 And V 02 The operation stop and restart of the high-pressure auxiliary device 40 are not frequently repeated.
[0068]
Further, in the first embodiment, the reference voltage value V serving as a criterion for determining transition to the intermittent operation mode is set. 1 Is a reference voltage value V which is a criterion for determining transition to the steady operation mode. 2 It is set to a lower value. Therefore, the capacitor voltage V C Repeats minute fluctuations, the fluctuation range is V 1 And V 2 , The steady operation mode and the intermittent operation mode are not frequently repeated.
[0069]
In the first embodiment, V 01 > V 2 , V 02 > V 1 Is established. Therefore, the standby operation can be performed before and after the high-pressure auxiliary device 40 is stopped.
[0070]
Further, in the first embodiment, the reference voltage value V 01 And V 02 Is set to a value near the open circuit voltage OCV of the fuel cell. For this reason, the energy stored in the capacitor 24 is sufficient for the electric vehicle 10 until the operation of the high-voltage auxiliary device 40 is resumed and before the electric vehicle 10 shifts to the steady operation mode in which electric power is obtained from the fuel cell 60. Can be driven.
[0071]
D. Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0072]
D1. Modification 1
FIG. 10 shows the capacitor voltage V during the intermittent operation mode. C It is a figure showing a change of. The mode shown in FIG. 10 is different from the mode shown in FIG. 01 And reference voltage value V 02 Are the same value V 012 It is an aspect in the case of having set it as. In the embodiment shown in FIG. C Is the reference voltage value V 012 If the voltage value is larger than the voltage value V, the operation of the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is stopped. C Is the reference voltage value V 012 When it becomes lower, the standby operation of the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is restarted. As a result, in the intermittent operation mode, the high-pressure accessory 40 is in standby operation in the section Pr4 and the section Pr6, and is stopped in the section Pr5. Even in such an embodiment, the efficiency of the entire electric vehicle 10 can be increased.
[0073]
In the above embodiment, the voltage value V C Is the reference voltage value V 01 If the voltage value is larger than the voltage value V, the operation of the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 is stopped. C Is the reference voltage value V 02 When it became lower than that, the standby operation of the high-pressure auxiliary device 40 of the fuel cell 60 was restarted. However, these two reference voltage values have the same value V, as shown in FIG. 012 It may be. Also, the reference voltage value V 01 , V 02 Are higher than the open-circuit voltage OCV of the fuel cell 60, but the reference voltage for determining whether to perform the standby operation of the high-pressure auxiliary device 40 or to stop the high-pressure auxiliary device 40 is as shown in FIG. May be lower than the open circuit voltage OCV of the fuel cell 60.
[0074]
D2. Modified example 2:
FIG. 11 shows the capacitor voltage V during the intermittent operation mode. C It is a figure showing a change of. In the embodiment shown in FIG. 11, voltage value V for determining whether or not operation of high-pressure auxiliary 01 (See step S220 in FIG. 8) is a reference voltage value V which is a reference value for determining whether to shift from the steady operation mode to the intermittent operation mode. 2 (See step S120 in FIG. 6). Then, the voltage value V for determining whether or not the operation of the high-pressure auxiliary device 40 should be restarted. 02 (See step S250 in FIG. 8) is a reference voltage value V which is a reference value for determining whether to shift from the intermittent operation mode to the steady operation mode. 1 (See step S150 in FIG. 6). As a result, the standby operation before stopping the operation of the high-pressure auxiliary device 40 and the standby operation when restarting the operation are not performed.
[0075]
As a result, the high-pressure auxiliary device 40 is stopped during the intermittent operation mode indicated by the section Pr7. Even in such an embodiment, the efficiency of the entire electric vehicle 10 can be increased. Immediately after the parallel operation from the intermittent operation mode to the steady operation mode, the hydrogen gas or the compressed air may not be sent to the fuel cell 60 by the amount calculated by the control unit 48 (see FIG. 2). However, if the capacity of the capacitor 24 is set to be sufficiently large, power during that time can be supplied from the capacitor 24.
[0076]
D3. Modification 3:
In the above-described embodiment, the efficiency of the electric vehicle 10 as a whole is increased by stopping the high-pressure auxiliary device 40 or performing standby operation under predetermined conditions. As examples of the high-pressure auxiliary device 40, a blower 64 (see FIG. 2) that sends compressed air that is an oxygen-containing gas to the fuel cell 60, and a hydrogen circulation pump 67 (see FIG. 2) that sends hydrogen that is a fuel gas to the fuel cell 60. ), A cooling pump (not shown) for circulating cooling water inside the fuel cell 60, and the like. However, the auxiliary device that stops the operation or performs the standby operation under the predetermined condition is not limited to these. For example, the operation of devices other than the high-pressure device, such as valves and sensors used when operating the fuel cell, may be stopped. That is, the efficiency of the electric vehicle 10 as a whole can be increased by stopping the auxiliary device operated for power generation by the fuel cell under predetermined conditions or performing standby operation.
[0077]
D4. Modification 4:
In the intermittent operation determination processing routine shown in FIG. 6, the determination as to whether to change the operating state from the steady operation mode to the intermittent operation mode is made based on the voltage of the wiring 50. good. As described above, if the switching is performed based on the voltage of the wiring 50, the switching can be performed accurately at a desired timing. However, since the output of the fuel cell 60 increases and decreases according to the load request, the load of the fuel cell 60 increases. It may be determined based on the degree. Alternatively, a determination of switching from the steady operation mode to the intermittent operation mode may be made based on the output current value of the fuel cell 60. The intermittent operation mode may be executed when the energy efficiency of the fuel cell system 22 becomes undesirably low.
[0078]
D5. Modification 5:
Further, in the first embodiment, the switch 20 for turning on / off the connection of the fuel cell 60 to the wiring 50 is provided for each of the two terminals of the fuel cell 60. However, the switch may be provided for only one of the two terminals. good. In the intermittent operation mode, it is sufficient that the output from the fuel cell 60 can be stopped.
[0079]
D6. Modification 6:
In the embodiment described above, the fuel cell system 22 uses hydrogen gas as the fuel gas. On the other hand, a configuration using a reformed gas as the fuel gas is also possible. In such a case, in the fuel cell system 22 shown in FIG. 2, a device for generating reformed gas may be provided as the fuel gas supply unit 61 instead of the device for storing hydrogen. Specifically, a tank for storing reformed fuel and water to be used for the reforming reaction, a reformer equipped with a reforming catalyst, and a reaction for reducing the concentration of carbon monoxide in the reformed gas are promoted. What is necessary is just to provide the reaction part etc. which are provided with a catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electric vehicle 10.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 22.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between an output current and an output voltage or output power in a fuel cell 60.
FIG. 4 is a flowchart for determining an operating state of a blower of a fuel cell.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnitude of the output of the fuel cell 60 and energy efficiency.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation mode switching routine.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the output voltage of the fuel cell 60 and the voltage of the capacitor 24 when the steady operation mode and the intermittent operation mode are alternately switched.
FIG. 8 is a flowchart showing the contents of an auxiliary machine stop routine S160.
FIG. 9 is an enlarged view showing a section of the intermittent operation mode from a state p3 to a state p5 in FIG. 7;
FIG. 10 shows the capacitor voltage V during the intermittent operation mode. C It is a figure showing a change of.
FIG. 11 shows a capacitor voltage V during an intermittent operation mode. C It is a figure showing a change of.
[Explanation of symbols]
10 ... Electric car
15 Power supply unit
20 ... Switch
22 ... Fuel cell system
24 ... Capacitor
27… Remaining capacity monitor
28 DC / DC converter
30 ... Drive inverter
32 Drive motor
34 ... reduction gear
36 ... Output shaft
38 ... Vehicle drive shaft
40 ... High pressure auxiliary machine
42 ... Diode
48 ... Control unit
50 Circuit (wiring)
52 ... Voltmeter
60 ... Fuel cell
61 ... Fuel gas supply unit
61b… Valve
62: hydrogen gas supply path
63… Hydrogen gas discharge path
64 ... Blower
65 oxidizing gas supply path
66 ... Cathode exhaust gas passage
67… hydrogen circulation pump
E 0 … The output is P 0 Cell system efficiency at low temperatures
V 0 … The output is P 0 Fuel cell current when
I FC … Output current
OCV: open circuit voltage
P 0 ... the output of the fuel cell
P FC … Electric power
Pr1 to Pr7 ... section
S160: auxiliary machine stop routine
V 0 … The output is P 0 Fuel cell voltage when
V C … Capacitor voltage
V FC … Output voltage
p1 to p7: State of capacitor

Claims (14)

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）前記燃料電池による発電のために運転される補助装置が運転されている状態において、前記キャパシタの電圧が第１の基準電圧に達したときに、前記補助装置の運転を停止する工程と、を備える電源装置の運転方法。A method of operating a power supply device including a fuel cell and a capacitor connected in parallel to a wiring that supplies power to a predetermined load,
(A) detecting a voltage of the capacitor;
(B) stopping the operation of the auxiliary device when the voltage of the capacitor reaches a first reference voltage while the auxiliary device operated for power generation by the fuel cell is operating; The operation method of the power supply device comprising: 請求項１記載の電源装置の運転方法であって、さらに、
（ｃ）前記補助装置の運転が停止されている状態において、前記キャパシタの電圧が前記第１の基準電圧よりも小さな値を有する第２の基準電圧まで下降したときに、前記補助装置の運転を開始する工程を備える、電源装置の運転方法。The method for operating a power supply device according to claim 1, further comprising:
(C) in a state where the operation of the auxiliary device is stopped, when the voltage of the capacitor drops to a second reference voltage having a value smaller than the first reference voltage, the operation of the auxiliary device is stopped. A method for operating a power supply device, comprising a step of starting. 請求項２記載の電源装置の運転方法であって、
前記第１および第２の基準電圧は、前記燃料電池の開放電圧近傍の所定の電圧である、運転方法。An operation method of the power supply device according to claim 2, wherein
The operation method, wherein the first and second reference voltages are predetermined voltages near an open circuit voltage of the fuel cell. 請求項２記載の電源装置の運転方法であって、さらに、
（ｄ）前記燃料電池が前記配線に接続されている状態において、前記キャパシタの電圧が、前記第１の基準電圧以下の値を有する第３の基準電圧に達したときに、前記燃料電池の前記配線に対する接続を開放する工程と、
（ｅ）前記燃料電池の前記配線に対する接続が開放されている状態において、前記キャパシタの電圧が、前記第２の基準電圧以下の値を有する第４の基準電圧まで下降したときに、前記燃料電池を前記配線に対して再接続する工程と、を備える電源装置の運転方法。The method for operating a power supply device according to claim 2, further comprising:
(D) in a state where the fuel cell is connected to the wiring, when the voltage of the capacitor reaches a third reference voltage having a value equal to or less than the first reference voltage, Releasing the connection to the wiring;
(E) when the voltage of the capacitor drops to a fourth reference voltage having a value equal to or less than the second reference voltage while the connection of the fuel cell to the wiring is open, Reconnecting the power supply to the wiring. 請求項４記載の電源装置の運転方法であって、
前記第３の基準電圧は、前記第１の基準電圧よりも低く前記第４の基準電圧以上の値を有し、
前記運転方法は、さらに、
（ｆ）前記キャパシタの電圧が、前記第３の基準電圧を上回った後、前記第１の基準電圧を上回るか、または第４の基準電圧を下回るまでは、前記補助装置の運転状態を、前記キャパシタの電圧が前記第３の基準電圧より低いときの前記補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする工程を備える、電源装置の運転方法。An operation method of the power supply device according to claim 4, wherein
The third reference voltage has a value lower than the first reference voltage and equal to or higher than the fourth reference voltage,
The driving method further includes:
(F) after the voltage of the capacitor is higher than the third reference voltage, is higher than the first reference voltage or is lower than a fourth reference voltage; A method for operating a power supply device, comprising a step of setting an operation state in which power consumption is lower than an operation state of the auxiliary device when a voltage of a capacitor is lower than the third reference voltage. 請求項４記載の電源装置の運転方法であって、
前記第４の基準電圧は、前記第２の基準電圧よりも低い値を有し、
前記運転方法は、さらに、
（ｆ）前記キャパシタの電圧が前記第２の基準電圧を下回った後、前記第４の基準電圧を下回るかまたは前記第１の基準電圧を上回るまでは、前記補助装置の運転状態を、前記第４の基準電圧を下回った後の前記補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする工程と、を備える電源装置の運転方法。An operation method of the power supply device according to claim 4, wherein
The fourth reference voltage has a lower value than the second reference voltage,
The driving method further includes:
(F) after the voltage of the capacitor falls below the second reference voltage, until the voltage of the capacitor falls below the fourth reference voltage or exceeds the first reference voltage, Setting the power consumption to an operation state lower in power consumption than the operation state of the auxiliary device after the voltage falls below the reference voltage. 請求項１記載の電源装置の運転方法であって、
前記補助装置は、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための装置を含む、運転方法。An operation method of the power supply device according to claim 1,
The operating method, wherein the auxiliary device includes a device for supplying a fuel gas to the fuel cell. 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る燃料電池システムおよびキャパシタと、
前記キャパシタの電圧を検出する電圧計と、
前記燃料電池システムの運転を制御する制御部と、を備える電源装置であって、
前記燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池による発電のために運転される補助装置と、を備え、
前記制御部は、前記補助装置が運転されている状態において、前記キャパシタの電圧が第１の基準電圧に達したときに、前記補助装置の運転を停止する指示を出力する、電源装置。A power supply device for supplying power to a predetermined load,
A fuel cell system and a capacitor that are connected in parallel to wiring that supplies power to the load,
A voltmeter for detecting the voltage of the capacitor;
A control unit that controls the operation of the fuel cell system,
The fuel cell system includes a fuel cell, and an auxiliary device that is operated for power generation by the fuel cell.
The power supply device, wherein the control unit outputs an instruction to stop the operation of the auxiliary device when the voltage of the capacitor reaches a first reference voltage while the auxiliary device is operating. 請求項８記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記補助装置の運転が停止されている状態において、前記キャパシタの電圧が前記第１の基準電圧よりも小さな値を有する第２の基準電圧まで下降したときに、前記補助装置の運転を開始する電源装置。The power supply device according to claim 8, wherein
The control unit, in a state where the operation of the auxiliary device is stopped, when the voltage of the capacitor drops to a second reference voltage having a value smaller than the first reference voltage, Power supply to start operation. 請求項９記載の電源装置であって、
前記第１および第２の基準電圧は、前記燃料電池の開放電圧近傍の所定の電圧である、電源装置。The power supply device according to claim 9,
The power supply device, wherein the first and second reference voltages are predetermined voltages near an open voltage of the fuel cell. 請求項９記載の電源装置であって、さらに、
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を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池が前記配線に接続されている状態において、前記キャパシタの電圧が、前記第１の基準電圧以下の値を有する第３の基準電圧に達したときに、前記スイッチを開状態とする指示を出力し、
前記燃料電池の前記配線に対する接続が開放されている状態において、前記キャパシタの電圧が、前記第２の基準電圧以下の値を有する第４の基準電圧まで下降したときに、前記スイッチを閉状態とする指示を出力する、電源装置。The power supply device according to claim 9, further comprising:
A switch for turning on and off the connection between the fuel cell and the wiring,
The control unit includes:
An instruction to open the switch when the voltage of the capacitor reaches a third reference voltage having a value equal to or less than the first reference voltage while the fuel cell is connected to the wiring; And output
In a state where the connection of the fuel cell to the wiring is open, when the voltage of the capacitor drops to a fourth reference voltage having a value equal to or less than the second reference voltage, the switch is closed. A power supply that outputs instructions to do so. 請求項１１記載の電源装置であって、
前記第３の基準電圧は、前記第１の基準電圧よりも低く前記第４の基準電圧以上の値を有し、
前記制御部は、前記キャパシタの電圧が、前記第３の基準電圧を上回った後、前記第１の基準電圧を上回るか、または第４の基準電圧を下回るまでは、前記補助装置の運転状態を、前記キャパシタの電圧が前記第３の基準電圧より低いときの前記補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする、電源装置。The power supply device according to claim 11, wherein
The third reference voltage has a value lower than the first reference voltage and equal to or higher than the fourth reference voltage,
After the voltage of the capacitor exceeds the third reference voltage, the control unit may change the operation state of the auxiliary device until the voltage exceeds the first reference voltage or falls below a fourth reference voltage. A power supply device configured to have an operation state in which power consumption is lower than an operation state of the auxiliary device when the voltage of the capacitor is lower than the third reference voltage. 請求項１１記載の電源装置であって、
前記第４の基準電圧は、前記第２の基準電圧よりも低い値を有し、
前記制御部は、前記キャパシタの電圧が前記第２の基準電圧を下回った後、前記第４の基準電圧を下回るかまたは前記第１の基準電圧を上回るまでは、前記補助装置の運転状態を、前記第４の基準電圧を下回った後の前記補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする、電源装置。The power supply device according to claim 11, wherein
The fourth reference voltage has a lower value than the second reference voltage,
The control unit, after the voltage of the capacitor falls below the second reference voltage, until the voltage falls below the fourth reference voltage or exceeds the first reference voltage, the operating state of the auxiliary device, A power supply device, which has an operation state in which power consumption is lower than an operation state of the auxiliary device after the voltage falls below the fourth reference voltage. 請求項８記載の電源装置であって、
前記補助装置は、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための装置を含む、運転方法。The power supply device according to claim 8, wherein
The operating method, wherein the auxiliary device includes a device for supplying a fuel gas to the fuel cell.
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