JP2007053854A

JP2007053854A - Fuel cell vehicle

Info

Publication number: JP2007053854A
Application number: JP2005237492A
Authority: JP
Inventors: Takuboku Tezuka; 卓睦手塚
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2025-08-18
Also published as: JP4725239B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the deterioration of drivability caused by the power consumption by a heater for warm-up, in a fuel cell vehicle. <P>SOLUTION: A controller 128 controls a fuel cell 102 to increase the power generated therein in case that it receives the request for operation of the heater 124 for warm-up, and controls it to charge a secondary battery 104 with power obtained by increase. The controller 128 switches on a relay switch 116 so as to supply the heater 124 for warm-up with the power from the fuel cell 102 in case that the charge current to the secondary battery 104 is over the estimated power consumption of the heater 124 for warm-up. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池及び二次電池を搭載した燃料電池車両に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell and a secondary battery.

燃料電池及び二次バッテリを搭載した燃料電池車両においては、燃料電池は、二次バッテリと並列に接続されており、この二次バッテリと共に、車両の動力源であるトラクションモータに対し電力を供給をしている。すなわち、トラクションモータに供給される電力は、通常、燃料電池から出力された電力によって賄われるが、動力の増加要求が出されて、燃料電池から出力された電力だけでは足りない場合は、二次バッテリから出力される電力によって不足分を補うようしている。 In a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell and a secondary battery, the fuel cell is connected in parallel with the secondary battery, and supplies power to the traction motor that is the power source of the vehicle together with the secondary battery. is doing. In other words, the power supplied to the traction motor is usually covered by the power output from the fuel cell, but when a request for increasing power is issued and the power output from the fuel cell is not sufficient, The shortage is compensated by the power output from the battery.

また、このような燃料電池車両においては、暖機用ヒータが搭載される場合がある。かかる暖機用ヒータは、燃料電池の温度が低温である場合に、燃料電池に供給される冷却水を加熱して、燃料電池の暖機を行う。このような暖機用ヒータは、リレースイッチを介して、上記のごとく互いに並列に接続された燃料電池及び二次バッテリに接続されている。低温時において、暖機要求に基づきリレースイッチがオンされると、燃料電池の発電電力が増加するまでの間は、二次バッテリから暖機用ヒータに電力が供給されることになる。通常、燃料電池では、発電電力を増加させる際、燃料ガス（例えば、水素）の供給量や酸化ガス（例えば、エア）の供給量を増加させて、発電電力を増やそうとするが、エアコンプレッサなどの動作遅れに起因して、応答性が悪いため、要求される発電電力まで増加するのに時間を要する。 In such a fuel cell vehicle, a warm-up heater may be mounted. Such a warm-up heater heats the cooling water supplied to the fuel cell when the temperature of the fuel cell is low, thereby warming up the fuel cell. Such a warm-up heater is connected via a relay switch to the fuel cell and the secondary battery connected in parallel as described above. When the relay switch is turned on based on a warm-up request at low temperatures, power is supplied from the secondary battery to the warm-up heater until the power generated by the fuel cell increases. Normally, in a fuel cell, when generating power is increased, the amount of fuel gas (for example, hydrogen) or the amount of oxidizing gas (for example, air) is increased to increase the generated power. Since the response is poor due to the operation delay, it takes time to increase to the required generated power.

なお、このような、燃料電池から外部負荷に対して電力を供給するシステムとして、例えば、下記の特許文献１に記載の技術が知られている。 As a system for supplying power from a fuel cell to an external load, for example, a technique described in Patent Document 1 below is known.

特開２００２−９３４４４号公報JP 2002-93444 A

しかしながら、このような燃料電池車両においては、暖機用ヒータによる電力消費に起因して、以下のような問題があった。 However, such a fuel cell vehicle has the following problems due to power consumption by the warm-up heater.

例えば、車両停止時において、燃料電池の温度が低温である場合、暖機要求に基づき、リレースイッチがオンされると、すぐさま、二次バッテリから暖機用ヒータに電力が供給され、暖機用ヒータでは、一定の電力消費が開始される。その後、車両が停止状態から発進し、さらに、運転者がアクセル操作を行って加速を要求すると、通常、トラクションモータには、燃料電池の発電電力が増加するまで、二次バッテリから電力が供給されることになる。しかしながら、今回の場合、既に、二次バッテリから暖機用ヒータに対し電力が供給され、暖機用ヒータにおいて一定の電力消費がなされているため、二次バッテリは、トラクションモータに対して、十分な電力を供給することができない。この結果、運転者がアクセル操作を行って加速を要求したにも関わらず、電力の不足により、トラクションモータの動力が増加されず、車両が加速されないため、ドライバビリティが悪化するという問題があった。 For example, when the temperature of the fuel cell is low when the vehicle is stopped, when the relay switch is turned on based on the warm-up request, power is immediately supplied from the secondary battery to the warm-up heater. In the heater, constant power consumption is started. After that, when the vehicle starts from a stop state and the driver performs an accelerator operation to request acceleration, normally, the traction motor is supplied with power from the secondary battery until the power generated by the fuel cell increases. Will be. However, in this case, since power is already supplied from the secondary battery to the warming-up heater, and a certain amount of power is consumed in the warming-up heater, the secondary battery is sufficient for the traction motor. Power cannot be supplied. As a result, there is a problem that drivability deteriorates because the power of the traction motor is not increased and the vehicle is not accelerated due to the lack of electric power, even though the driver performs an accelerator operation and requests acceleration. .

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、燃料電池車両において、暖機用ヒータによる電力消費に起因したドライバビリティの悪化を防ぐことができる技術を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and provide a technique capable of preventing deterioration of drivability due to power consumption by a warm-up heater in a fuel cell vehicle. .

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池車両は、燃料電池と二次電池とを備えた燃料電池車両であって、
前記燃料電池及び二次電池からの電力の供給を受けて、前記燃料電池車両に推進力を与える駆動モータと、
前記燃料電池を暖機するための暖機用ヒータと、
制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記暖機用ヒータに対する運転要求を受けた場合に、前記燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られた電力を前記二次電池に充電させると共に、増加により得られた前記電力が、前記暖機用ヒータの予想消費電力を上回った場合に、前記燃料電池から電力を前記暖機用ヒータに供給させることを要旨とする。 In order to achieve at least a part of the above object, a fuel cell vehicle of the present invention is a fuel cell vehicle including a fuel cell and a secondary battery,
A drive motor that receives a supply of electric power from the fuel cell and the secondary battery and applies a propulsive force to the fuel cell vehicle;
A warm-up heater for warming up the fuel cell;
A control unit;
Further comprising
When the control unit receives an operation request for the warm-up heater, the control unit increases the generated power in the fuel cell, charges the secondary battery with the power obtained by the increase, and is obtained by the increase. The gist is to supply power from the fuel cell to the warm-up heater when the power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater.

このように、本発明の燃料電池車両では、制御部が、暖機用ヒータに対する運転要求を受けても、直ちに、暖機用ヒータへ電力供給を開始するのではなく、燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られる電力が暖機用ヒータの予想消費電力を上回るまで待機し、その後、上回った場合に、燃料電池から暖機用ヒータへの電力供給を開始するようにしている。従って、例えば、暖機用ヒータに対する運転要求の前または後において、運転者がアクセル操作を行って加速を要求したとしても、燃料電池において、増加により得られる電力が十分でない間は、暖機用ヒータへの電力供給がなされないため、駆動モータには、二次電池から十分な電力が供給されることになる。この結果、加速要求がなされた後、直ちに、駆動モータの動力が増加し、車両が加速されることになるため、ドライバビリティが悪化することがない。 Thus, in the fuel cell vehicle of the present invention, even when the control unit receives an operation request for the warm-up heater, the controller does not immediately start supplying power to the warm-up heater, but generates power generated in the fuel cell. The power supply is increased and waits until the electric power obtained by the increase exceeds the expected power consumption of the warm-up heater, and thereafter, when it exceeds, the power supply from the fuel cell to the warm-up heater is started. Therefore, for example, even if the driver performs an accelerator operation and requests acceleration before or after an operation request for the warm-up heater, while the fuel cell does not have enough power obtained by the increase, Since power is not supplied to the heater, sufficient power is supplied from the secondary battery to the drive motor. As a result, immediately after the acceleration request is made, the power of the drive motor increases and the vehicle is accelerated, so that drivability does not deteriorate.

従って、本発明の燃料電池車両によれば、暖機用ヒータによる電力消費に起因したドライバビリティの悪化を防ぐことができる。 Therefore, according to the fuel cell vehicle of the present invention, it is possible to prevent deterioration in drivability due to power consumption by the warm-up heater.

本発明の燃料電池車両において、前記制御部は、前記二次電池への充電電力を監視して、その充電電力が前記暖機用ヒータの消費電力を上回った場合に、前記燃料電池から電力を前記暖機用ヒータに供給させることが好ましい。 In the fuel cell vehicle of the present invention, the control unit monitors the charging power to the secondary battery, and when the charging power exceeds the power consumption of the warm-up heater, power is supplied from the fuel cell. It is preferable to supply the warm-up heater.

このように、二次電池への充電電力を監視して、その充電電力が暖機用ヒータの消費電力を上回った否かを判定することにより、燃料電池において、増加により得られた電力が、暖機用ヒータの予想消費電力を上回るようになったタイミングを正確に捉えることができる。 Thus, by monitoring the charging power to the secondary battery and determining whether or not the charging power exceeds the power consumption of the warm-up heater, the power obtained by the increase in the fuel cell is It is possible to accurately grasp the timing when the expected power consumption of the warm-up heater is exceeded.

本発明の燃料電池車両において、前記制御部は、前記暖機用ヒータに対する運転要求を受けた場合に、前記燃料電池の温度に基づいて前記燃料電池の最大出力を導き出し、導き出した前記最大出力に基づいて、前記燃料電池から前記暖機用ヒータへ供給することが可能な電力を求め、求めた前記供給可能電力が前記暖機用ヒータの予想消費電力を上回っている場合に、前記燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られた電力を前記二次電池に充電させることが好ましい。 In the fuel cell vehicle of the present invention, when the control unit receives an operation request for the warm-up heater, the control unit derives the maximum output of the fuel cell based on the temperature of the fuel cell, and the derived maximum output is obtained. Based on the electric power that can be supplied from the fuel cell to the warm-up heater, and when the calculated available electric power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater, It is preferable to increase the generated power and charge the secondary battery with the power obtained by the increase.

このように、燃料電池の最大出力に基づいて供給可能電力を求め、その供給可能電力が暖機用ヒータの予想消費電力を上回っているか否かを判定することにより、燃料電池の動作状態によって、燃料電池が最大出力で発電を行っても、暖機用ヒータの消費電力を賄うことができない場合を排除することができる。 In this way, by obtaining the suppliable power based on the maximum output of the fuel cell and determining whether the suppliable power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater, depending on the operating state of the fuel cell, Even when the fuel cell generates power at the maximum output, the case where the power consumption of the warm-up heater cannot be covered can be eliminated.

本発明の燃料電池車両において、前記制御部は、前記燃料電池の温度を、前記燃料電池の電流−電圧特性に基づいて推定するようにしてもよい。
燃料電池の電流−電圧特性には、温度依存性があるため、これを利用することにより、燃料電池の温度を推定することができる。 In the fuel cell vehicle of the present invention, the control unit may estimate the temperature of the fuel cell based on a current-voltage characteristic of the fuel cell.
Since the current-voltage characteristic of the fuel cell has temperature dependence, the temperature of the fuel cell can be estimated by using this.

本発明の燃料電池車両において、前記制御部は、前記燃料電池の温度を、前記燃料電池の交流インピーダンスに基づいて推定するようにしてもよい。
燃料電池の交流インピーダンスには、温度依存性があるため、これを利用することにより、燃料電池の温度を推定することができる。 In the fuel cell vehicle of the present invention, the control unit may estimate the temperature of the fuel cell based on an AC impedance of the fuel cell.
Since the AC impedance of the fuel cell has temperature dependency, the temperature of the fuel cell can be estimated by using this.

なお、本発明は、上記した燃料電池車両などの装置発明の態様に限ることなく、燃料電池車両における暖機用ヒータの運転方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described aspects of the device invention of the fuel cell vehicle or the like, but can be realized in the form of a method invention such as a method for operating the warm-up heater in the fuel cell vehicle.

以下、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．実施例の構成：
Ｂ．実施例の動作：
Ｃ．実施例の効果：
Ｄ．変形例： Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Example configuration:
B. Example operation:
C. Effects of the embodiment:
D. Variation:

Ａ．実施例の構成：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池車両に搭載される主要構成要素を示すブロック図である。図１に示す車両１００は、主として、燃料電池１０２と、二次バッテリ１０４と、トラクションモータ１１８と、暖機用ヒータ１２４と、制御部１２８と、を搭載している。 A. Example configuration:
FIG. 1 is a block diagram showing main components mounted on a fuel cell vehicle as one embodiment of the present invention. A vehicle 100 shown in FIG. 1 mainly includes a fuel cell 102, a secondary battery 104, a traction motor 118, a warm-up heater 124, and a control unit 128.

このうち、二次バッテリ１０４は、コンバータ１０８を介して、燃料電池１０２と並列に接続されている。燃料電池１０２には、電流／電圧センサ１２６が、二次バッテリ１０４にも電流／電圧センサ１０６が、それぞれ接続されている。一方、トラクションモータ１１８，エアコンプレッサ１２０，水素ポンプ１２２は、それぞれ、インバータ１１０，１１２，１１４を介して、互いに並列に接続されており、さらに、暖機用ヒータ１２４が、リレースイッチ１１６を介して、それらに並列に接続されている。燃料電池１０２，二次バッテリ１０４と、トラクションモータ１１８，エアコンプレッサ１２０，水素ポンプ１２２，暖機用ヒータ１２４と、は直列に接続されている。 Among these, the secondary battery 104 is connected in parallel with the fuel cell 102 via the converter 108. A current / voltage sensor 126 is connected to the fuel cell 102, and a current / voltage sensor 106 is also connected to the secondary battery 104. On the other hand, the traction motor 118, the air compressor 120, and the hydrogen pump 122 are connected in parallel to each other via inverters 110, 112, and 114, respectively, and a warm-up heater 124 is connected via a relay switch 116. Connected to them in parallel. The fuel cell 102, the secondary battery 104, the traction motor 118, the air compressor 120, the hydrogen pump 122, and the warm-up heater 124 are connected in series.

なお、図１において、各構成要素の配置は、図を見やすくするために、車両１００内における実際の配置場所とは無関係な配置となっている。 In FIG. 1, the arrangement of each component is an arrangement that is unrelated to the actual arrangement location in the vehicle 100 in order to make the drawing easier to see.

燃料電池１０２は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。燃料電池１０２としては、種々のタイプを適用可能であるが、本実施例では、固体高分子型を用いている。燃料電池１０２の水素極（図示せず）には、燃料ガスとしての水素が、車両内に設置された水素タンク（図示せず）から水素供給流路（図示せず）を介して供給される。燃料電池１０２から排出された水素オフガス（図示せず）は、水素ポンプ１２２の駆動により、水槽循環流路（図示せず）を介して水素供給流路に戻され、水素の循環に供される。また、燃料電池１０２の酸素極（図示せず）には、酸化ガスとしてのエアが、エアコンプレッサ１２０の駆動によって外部から取り入れられて、エア供給流路（図示せず）を介して供給される。 The fuel cell 102 generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. As the fuel cell 102, various types can be applied. In this embodiment, a solid polymer type is used. Hydrogen as a fuel gas is supplied to a hydrogen electrode (not shown) of the fuel cell 102 from a hydrogen tank (not shown) installed in the vehicle via a hydrogen supply channel (not shown). . The hydrogen off-gas (not shown) discharged from the fuel cell 102 is returned to the hydrogen supply flow path via the water tank circulation flow path (not shown) by driving the hydrogen pump 122, and used for hydrogen circulation. . Air as an oxidizing gas is taken into the oxygen electrode (not shown) of the fuel cell 102 from the outside by driving the air compressor 120 and supplied via an air supply channel (not shown). .

一方、二次バッテリ１０４は、コンバータ１０８によって、燃料電池１０２で発電された電力やトラクションモータ１１８で回生された電力を充電したり、充電された電力を放電したりする。 On the other hand, the secondary battery 104 charges the power generated by the fuel cell 102 and the power regenerated by the traction motor 118 by the converter 108, or discharges the charged power.

燃料電池１０２で発電された電力や二次バッテリ１０４から放電された電力は、インバータ１１０，１１２，１１４によって、トラクションモータ１１８，エアコンプレッサ１２０，水素ポンプ１２２に供給され、それらの駆動に用いられる。トラクションモータ１１８は、その回転軸（図示せず）がギヤ，シャフトなど（図示せず）を介して車輪（図示せず）に結合されており、トラクションモータ１１８の駆動によって、車両１００に推進力を与える。 The electric power generated by the fuel cell 102 and the electric power discharged from the secondary battery 104 are supplied to the traction motor 118, the air compressor 120, and the hydrogen pump 122 by the inverters 110, 112, and 114, and used for driving them. The traction motor 118 has a rotating shaft (not shown) coupled to wheels (not shown) via gears, shafts and the like (not shown), and the traction motor 118 drives the vehicle 100 to provide a propulsive force. give.

また、燃料電池１０２，二次バッテリ１０４からの電力は、リレースイッチ１１６がオンすることにより、暖機用ヒータ１２４にも供給されて、その駆動に供される。暖機用ヒータ１２４は、燃料電池１０２の近傍に配置されており、暖機用ヒータ１２４の駆動によって燃料電池１０２の暖機を行う。
電流／電圧センサ１０６は、二次バッテリ１０４の、電流／電圧センサ１２６は、燃料電池１０２の、それぞれ、電流及び電圧を測定する。 Further, the electric power from the fuel cell 102 and the secondary battery 104 is also supplied to the warm-up heater 124 when the relay switch 116 is turned on to be driven. The warm-up heater 124 is disposed in the vicinity of the fuel cell 102, and warms up the fuel cell 102 by driving the warm-up heater 124.
The current / voltage sensor 106 measures the current and voltage of the secondary battery 104, and the current / voltage sensor 126 measures the current and voltage of the fuel cell 102, respectively.

制御部１２８は、電流／電圧センサ１０６，１２６からの測定値などを取得し、種々の処理を行い、燃料電池１０２、コンバータ１０８、インバータ１１０，１１２，１１４及びリレースイッチ１１６などの制御を行う。 The control unit 128 acquires measurement values from the current / voltage sensors 106 and 126, performs various processes, and controls the fuel cell 102, the converter 108, the inverters 110, 112, 114, the relay switch 116, and the like.

Ｂ．実施例の動作：
図２及び図３は図１の制御部１２８による暖機用ヒータ１２４の運転処理ルーチンを示すフローチャートである。運転者が車両１００の運転開始を指示すると、制御部１２８は、燃料電池１０２等を起動する。その後、図２及び図３に示す処理ルーチンが開始され、制御部１２８は、暖機用ヒータ１２４に対する運転要求を受けるまで待機する（ステップＳ１０２）。燃料電池１０２の温度が低温であって、制御部１２８が、暖機用ヒータ１２４に対する運転要求を受けると、制御部１２８は、電流／電圧センサ１２６から、燃料電池１０２の電流，電圧の測定値を取得する（ステップＳ１０４）。 B. Example operation:
2 and 3 are flowcharts showing an operation processing routine of the warm-up heater 124 by the control unit 128 of FIG. When the driver instructs the vehicle 100 to start driving, the control unit 128 activates the fuel cell 102 and the like. Thereafter, the processing routines shown in FIGS. 2 and 3 are started, and the control unit 128 waits until an operation request for the warm-up heater 124 is received (step S102). When the temperature of the fuel cell 102 is low and the control unit 128 receives an operation request for the warm-up heater 124, the control unit 128 receives measured values of the current and voltage of the fuel cell 102 from the current / voltage sensor 126. Is acquired (step S104).

制御部１２８は、予めメモリ（図示せず）に格納されている、暖機用ヒータ１２４の抵抗値の情報に基づき、取得した燃料電池１０２の電圧の測定値から、暖機用ヒータ１２４の予想消費電力を算出する（ステップＳ１０６）。 The control unit 128 predicts the warm-up heater 124 from the measured voltage value of the fuel cell 102 based on the resistance value information of the warm-up heater 124 stored in advance in a memory (not shown). Power consumption is calculated (step S106).

また、制御部１２８は、取得した燃料電池１０２の電流，電圧の測定値から、その時点での燃料電池１０２の温度を推定する（ステップＳ１０８）。ここで、電流，電圧の測定値から温度を推定する方法について、図４及び図５を用いて説明する。 Further, the control unit 128 estimates the temperature of the fuel cell 102 at that time from the acquired measured values of the current and voltage of the fuel cell 102 (step S108). Here, a method for estimating the temperature from the measured values of current and voltage will be described with reference to FIGS.

一般に、燃料電池の内部で発生する損失としては、活性化分極、抵抗分極、拡散分極が挙げられる。このうち、触媒活性に起因する活性化分極と、プロトン導電性に起因する抵抗分極（内部抵抗）については、温度依存性があり、両者とも、温度上昇に伴って小さくなる。 In general, loss generated inside the fuel cell includes activation polarization, resistance polarization, and diffusion polarization. Among these, activation polarization due to catalytic activity and resistance polarization (internal resistance) due to proton conductivity are temperature-dependent, and both become smaller as the temperature rises.

図４は燃料電池において標準起電力に対する各損失の寄与分を示す説明図である。図４において、縦軸は電圧を、横軸は電流をそれぞれ示している。燃料電池では、図４に示すように、標準起電力に対して、活性化分極と内部抵抗の寄与分だけ、発電の効率は落ちるが、温度が上昇すれば、これら損失は小さくなるため、発電の効率は改善する。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the contribution of each loss to the standard electromotive force in the fuel cell. In FIG. 4, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents current. In the fuel cell, as shown in FIG. 4, the efficiency of power generation is reduced by the contribution of activation polarization and internal resistance with respect to the standard electromotive force, but as the temperature rises, these losses become smaller. Efficiency is improved.

図５は燃料電池における電流−電圧特性の温度に対する変化を示す説明図である。図５において、縦軸は電圧を、横軸は電流をそれぞれ示している。図５に示すように、低温状態では、上記した活性化分極と内部抵抗の寄与分に起因して発電の効率が悪く、電流−電圧特性は斜めに傾斜した状態となっているが、高温状態になると、発電の効率が改善され、電流−電圧特性は横軸に平行な状態に近づく。従って、このような電流−電圧特性の温度に対する変化を利用すれば、燃料電池の温度を容易に推定することができる。 FIG. 5 is an explanatory view showing a change of current-voltage characteristics with respect to temperature in the fuel cell. In FIG. 5, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents current. As shown in FIG. 5, in the low temperature state, the power generation efficiency is poor due to the contribution of the activation polarization and the internal resistance described above, and the current-voltage characteristics are inclined obliquely. Then, the efficiency of power generation is improved, and the current-voltage characteristic approaches a state parallel to the horizontal axis. Therefore, the temperature of the fuel cell can be easily estimated by utilizing such a change of the current-voltage characteristic with respect to the temperature.

具体的には、各温度ごとの電流−電圧特性のマップを予めメモり（図示せず）に用意しておき、制御部１２８が、これらマップを参照して、取得した燃料電池の電流，電圧の測定値に基づき、何れの電流−電圧特性に近いかを求めて、燃料電池の温度を推定するのである。 Specifically, a current-voltage characteristic map for each temperature is prepared in advance in a memory (not shown), and the control unit 128 refers to these maps to obtain the current and voltage of the fuel cell. The temperature of the fuel cell is estimated by determining which current-voltage characteristic is close based on the measured value.

さて、図２に戻って、次に、制御部１２８は、推定した燃料電池１０２の温度や、別途燃料電池１０２から取得した燃料電池１０２の状態（湿潤状態等）などに基づいて、その時点での燃料電池１０２の最大出力を導き出す（ステップＳ１１０）。そして、制御部１２８は、その時点でインバータ１１０，１１２，１１４に与えている、トラクションモータ１１８，エアコンプレッサ１２０，水素ポンプ１２２に対する電力指令値から、トラクションモータ１１８等に対する供給電力を算出し（ステップＳ１１２）、導き出した燃料電池１０２の最大出力から、算出したトラクションモータ１１８等に対する供給電力を減算することにより、燃料電池１０２から新たな負荷である暖機用ヒータ１２４へ供給することが可能な電力を求める（ステップＳ１１４）。そして、制御部１２８は、算出した供給可能電力と、ステップＳ１０６で算出した暖機用ヒータ１２４の予想消費電力と、を比較し、前者が後者を上回っているか否かを判定する（ステップＳ１１６）。 Now, referring back to FIG. 2, the control unit 128 then determines the current time based on the estimated temperature of the fuel cell 102, the state of the fuel cell 102 (wet state, etc.) obtained from the fuel cell 102 separately. The maximum output of the fuel cell 102 is derived (step S110). Then, the control unit 128 calculates the power supplied to the traction motor 118 and the like from the power command values for the traction motor 118, the air compressor 120, and the hydrogen pump 122 that are given to the inverters 110, 112, and 114 at that time (step). S 112) Electric power that can be supplied from the fuel cell 102 to the warm-up heater 124, which is a new load, by subtracting the calculated electric power supplied to the traction motor 118 and the like from the derived maximum output of the fuel cell 102. Is obtained (step S114). Then, the control unit 128 compares the calculated suppliable power with the predicted power consumption of the warm-up heater 124 calculated in step S106, and determines whether the former exceeds the latter (step S116). .

判定の結果、燃料電池１０２から暖機用ヒータ１２４への供給可能電力が、暖機用ヒータ１２４の予想消費電力を上回っている場合には、図３のＺに処理を進める。逆に、上回っていない場合には、その時点で、燃料電池１０２が例え、最大出力で発電を行ったとしても、暖機用ヒータ１２４の消費電力を賄うことができないため、処理をリターンする。 As a result of the determination, when the power that can be supplied from the fuel cell 102 to the warm-up heater 124 exceeds the expected power consumption of the warm-up heater 124, the process proceeds to Z in FIG. On the other hand, if it does not exceed, even if the fuel cell 102 generates power at the maximum output at that time, power consumption of the warm-up heater 124 cannot be covered, and the process is returned.

図３のＺに処理が進むと、次に、制御部１２８は、燃料電池１０２の発電電力が増加するよう制御する（ステップＳ２０２）。具体的には、制御部１２８は、燃料電池１０２に対する水素やエアの供給量を上げるよう、インバータ１１２，１１４や、供給流路に設けられたバルブ（図示せず）などを制御する。これにより、燃料電池１０２の発電電力は徐々に増加する。また、制御部１２８は、こうして燃料電池１０２の発電電力を増加することにより得られた電力を、二次バッテリ１０４に充電させるよう、コンバータ１０８を制御する（ステップＳ２０４）。この結果、燃料電池１０２において発電電力の増加により得られた電力は、コンバータ１０８を介して、二次バッテリ１０４に充電される。 When the process proceeds to Z in FIG. 3, the control unit 128 then controls the generated power of the fuel cell 102 to increase (step S202). Specifically, the control unit 128 controls the inverters 112 and 114 and valves (not shown) provided in the supply flow path so as to increase the supply amount of hydrogen and air to the fuel cell 102. Thereby, the electric power generated by the fuel cell 102 gradually increases. Further, control unit 128 controls converter 108 so that secondary battery 104 is charged with the electric power obtained by increasing the power generated by fuel cell 102 in this way (step S204). As a result, the power obtained by increasing the generated power in the fuel cell 102 is charged to the secondary battery 104 via the converter 108.

次に、制御部１２８は、電流／電圧センサ１０６から、二次バッテリ１０４の電流，電圧の測定値を取得し（ステップＳ２０６）、それら測定値から、その時点において二次バッテリ１０４に充電される電力を算出する（ステップＳ２０８）。そして、制御部１２８は、その二次バッテリ１０４への充電電力が、ステップＳ１０６で算出した暖機用ヒータ１２４の予想消費電力を上回ったか否かを判定する（ステップＳ２１０）。 Next, the control unit 128 acquires measured values of the current and voltage of the secondary battery 104 from the current / voltage sensor 106 (step S206), and the secondary battery 104 is charged at that time from these measured values. Electric power is calculated (step S208). Then, the control unit 128 determines whether or not the charging power to the secondary battery 104 exceeds the expected power consumption of the warm-up heater 124 calculated in step S106 (step S210).

判定の結果、上回っていない場合には、再度、ステップＳ２０２に戻って同様の処理を繰り返す。すなわち、制御部１２８は、燃料電池１０２の発電電力を増加させながら、二次バッテリ１０４の電流，電圧の測定値に基づいて、二次バッテリ１０４への充電電力を監視する。 As a result of the determination, if not exceeded, the process returns to step S202 again and the same processing is repeated. That is, the control unit 128 monitors the charging power to the secondary battery 104 based on the measured values of the current and voltage of the secondary battery 104 while increasing the generated power of the fuel cell 102.

逆に、二次バッテリ１０４への充電電力が暖機用ヒータ１２４の予想消費電力を上回っている場合には、燃料電池１０２において、暖機用ヒータ１２４の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得ることができたとして、二次バッテリ１０４への充電を停止するよう、コンバータ１０８を制御する（ステップＳ２１１）と共に、リレースイッチ１１６をオンして、燃料電池１０２で発電された電力をリレースイッチ１１６を介して暖機用ヒータ１２４に供給する。これにより、暖機用ヒータ１２４が駆動して、燃料電池１０２の暖機を開始する。その後、この一連の処理をリターンする。 On the other hand, when the charging power to the secondary battery 104 exceeds the expected power consumption of the warm-up heater 124, the generated electric power sufficient to cover the power consumption of the warm-up heater 124 in the fuel cell 102. As a result, the converter 108 is controlled to stop the charging of the secondary battery 104 (step S211), and the relay switch 116 is turned on, and the power generated by the fuel cell 102 is switched to the relay switch. The warm-up heater 124 is supplied via 116. As a result, the warm-up heater 124 is driven and the warm-up of the fuel cell 102 is started. Thereafter, this series of processing is returned.

Ｃ．実施例の効果：
以上説明したように、本実施例では、制御部１２８は、暖機用ヒータ１２４に対する運転要求を受けても、直ちにリレースイッチ１１６をオンして、暖機用ヒータ１２４へ電力を供給するのではなく、燃料電池１０２において、暖機用ヒータ１２４の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得ることができるまで待機し、その発電電力を得ることができるようになってから、リレースイッチ１１６をオンして、暖機用ヒータ１２４へ電力を供給するようにしている。従って、例えば、暖機用ヒータ１２４に対する運転要求の前または後において、運転者がアクセル操作を行って加速を要求したとしても、燃料電池１０２の発電電力が十分でない間は、暖機用ヒータ１２４への電力供給がなされないため、トラクションモータ１１８には、二次バッテリ１０４から十分な電力が供給されることになる。よって、運転者がアクセル操作を行って加速を要求すると、直ちに、トラクションモータ１１８の動力が増加し、車両１００が加速されるため、ドライバビリティが向上するという効果を奏する。 C. Effects of the embodiment:
As described above, in this embodiment, even if the control unit 128 receives an operation request for the warm-up heater 124, the control unit 128 immediately turns on the relay switch 116 to supply power to the warm-up heater 124. The fuel cell 102 waits until it can obtain enough generated power to cover the power consumption of the warm-up heater 124, and when the generated power can be obtained, the relay switch 116 is turned on. The power is turned on to supply power to the warm-up heater 124. Therefore, for example, before or after the operation request for the warm-up heater 124, even if the driver performs an accelerator operation and requests acceleration, the warm-up heater 124 is used as long as the generated power of the fuel cell 102 is not sufficient. Therefore, sufficient power is supplied from the secondary battery 104 to the traction motor 118. Therefore, when the driver performs an accelerator operation and requests acceleration, the power of the traction motor 118 immediately increases, and the vehicle 100 is accelerated, so that the drivability is improved.

また、本実施例では、燃料電池１０２において、暖機用ヒータ１２４の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得ることができるようになるまでの間、その発電電力の増加によりその間に得られる余剰電力を捨てることなく、全て、二次バッテリ１０４に充電しているため、発電した電力が無駄になることはない。 Further, in the present embodiment, in the fuel cell 102, until the generation power sufficient to cover the power consumption of the warm-up heater 124 can be obtained, the increase in the generation power is obtained in the meantime. Since all the secondary battery 104 is charged without throwing away the surplus power, the generated power is not wasted.

さらに、本実施例では、二次バッテリ１０４に充電される電力を監視して、その充電電力が暖機用ヒータ１２４の消費電力を上回った場合に、リレースイッチ１１６をオンして、暖機用ヒータ１２４への電力を供給するようにしている。このように、二次バッテリ１０４への充電電力を監視することにより、燃料電池１０２において、暖機用ヒータ１２４の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得ることができるようになったタイミングを正確に捉えることができる。従って、リレースイッチ１１６をオンして、暖機用ヒータ１２４への電力供給を開始した場合に、暖機用ヒータ１２４での電力消費に、二次バッテリ１０４に充電されている電力が用いられることなく、暖機用ヒータ１２４での消費電力は燃料電池１０２で発電された電力によって賄われることになる。 Furthermore, in this embodiment, the power charged in the secondary battery 104 is monitored, and when the charged power exceeds the power consumption of the warm-up heater 124, the relay switch 116 is turned on to Electric power is supplied to the heater 124. In this way, by monitoring the charging power to the secondary battery 104, the fuel cell 102 is able to obtain the timing at which sufficient generated power can be obtained to cover the power consumption of the warm-up heater 124. It can be accurately captured. Therefore, when the relay switch 116 is turned on and power supply to the warm-up heater 124 is started, the power charged in the secondary battery 104 is used for power consumption in the warm-up heater 124. In other words, the power consumed by the warm-up heater 124 is covered by the power generated by the fuel cell 102.

Ｄ．変形例：
なお、本発明は上記した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て実施することが可能である。
Ｄ−１．変形例１：
上記した実施例においては、燃料電池１０２の温度は、燃料電池１０２の電流，電圧の測定値から、燃料電池１０２の温度を推定していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、燃料電池１０２の交流インピーダンスの測定値から、燃料電池１０２の温度を推定するようにしてもよい。 D. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
D-1. Modification 1:
In the above embodiment, the temperature of the fuel cell 102 is estimated from the measured values of the current and voltage of the fuel cell 102. However, the present invention is not limited to this. For example, the temperature of the fuel cell 102 may be estimated from the measured value of the AC impedance of the fuel cell 102.

一般に、燃料電池の交流インピーダンスに含まれる情報としては、主として、活性化分極、内部抵抗、パルク抵抗がある。それらのうち、活性化分極及び内部抵抗については、前述したとおり温度依存性があるため、交流インピーダンスの測定値から、燃料電池の温度を推定することができる。 In general, information included in the AC impedance of the fuel cell mainly includes activation polarization, internal resistance, and parc resistance. Among them, the activation polarization and the internal resistance have temperature dependency as described above, and therefore the temperature of the fuel cell can be estimated from the measured value of the AC impedance.

燃料電池のコール・コールプロットで交流インピーダンスの温度依存性を示すと、図６に示すごとくになる。図６において、縦軸は交流インピーダンス測定値の虚部を示し、横軸はその実部を示す。前述したとおり、活性化分極及び内部抵抗は、温度上昇に伴って小さくなるため、交流インピーダンスの測定値も、温度上昇に伴って小さくなり、図６に示すように、プロットされた半円も小さくなる。
従って、或る周波数での交流インピーダンス測定値の実部の値に着目し、その値の変化から燃料電池の温度を推定することができる。 FIG. 6 shows the temperature dependence of the AC impedance in the Cole-Cole plot of the fuel cell. In FIG. 6, the vertical axis represents the imaginary part of the AC impedance measurement value, and the horizontal axis represents the real part. As described above, since the activation polarization and the internal resistance decrease with increasing temperature, the measured value of AC impedance also decreases with increasing temperature, and the plotted semicircle also decreases as shown in FIG. Become.
Therefore, paying attention to the value of the real part of the AC impedance measurement value at a certain frequency, the temperature of the fuel cell can be estimated from the change in the value.

Ｄ−２．変形例２：
上記した実施例では、二次バッテリ１０４に充電される電力を監視して、その充電電力が暖機用ヒータ１２４の消費電力を上回った場合に、リレースイッチ１１６をオンして、暖機用ヒータ１２４への電力供給を開始するようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようにして、暖機用ヒータ１２４への電力供給を開始するようにしてもよい。 D-2. Modification 2:
In the embodiment described above, the power charged in the secondary battery 104 is monitored, and when the charged power exceeds the power consumption of the warm-up heater 124, the relay switch 116 is turned on and the warm-up heater is turned on. Although the power supply to 124 is started, the present invention is not limited to this, and the power supply to the warm-up heater 124 may be started as follows.

一般に、燃料電池における発電電力の増加遅れは、前述したとおり、エアコンプレッサなどの動作遅れに起因している。そこで、図３のＺに処理が進んだ際に、まず、制御部１２８は、燃料電池１０２において、暖機用ヒータ１２４の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得るのに必要なエア流量（以下、必要エア流量という）を求める。次に、制御部１２８は、燃料電池１０２の発電電力が増加するよう制御する。具体的には、例えば、制御部１２８は、インバータ１１２を制御して、エアコンプレッサ１２０の回転数を上げてゆき、燃料電池１０２へ供給されるエア供給量を増加させる。また、制御部１２８は、燃料電池１０２の発電電力を増加することにより得られた電力を、二次バッテリ１０４に充電させるよう、コンバータ１０８を制御する。 In general, the increase delay of the generated power in the fuel cell is caused by the operation delay of the air compressor or the like as described above. Therefore, when the process proceeds to Z in FIG. 3, first, the control unit 128 causes the air flow rate necessary for obtaining sufficient generated power to cover the power consumption of the warm-up heater 124 in the fuel cell 102. (Hereinafter referred to as “required air flow rate”). Next, the control unit 128 controls the power generated by the fuel cell 102 to increase. Specifically, for example, the control unit 128 controls the inverter 112 to increase the rotation speed of the air compressor 120 and increase the amount of air supplied to the fuel cell 102. Further, the control unit 128 controls the converter 108 so that the secondary battery 104 is charged with the power obtained by increasing the power generated by the fuel cell 102.

続いて、制御部１２８は、エアコンプレッサ１２０から、その回転数を取得し、その値から、燃料電池１０２に供給されるエア流量を算出する。制御部１２８は、算出したエア流量が、先に求めた必要エア流量を上回ったか否かを判定し、上回っている場合には、二次バッテリ１０４への充電を停止するよう、コンバータ１０８を制御すると共に、リレースイッチ１１６をオンして、燃料電池１０２で発電された電力をリレースイッチ１１６を介して暖機用ヒータ１２４に供給するようにする。 Subsequently, the control unit 128 acquires the rotational speed from the air compressor 120 and calculates the air flow rate supplied to the fuel cell 102 from the value. The control unit 128 determines whether or not the calculated air flow rate exceeds the previously obtained required air flow rate, and if so, controls the converter 108 to stop charging the secondary battery 104. At the same time, the relay switch 116 is turned on so that the electric power generated by the fuel cell 102 is supplied to the warm-up heater 124 via the relay switch 116.

なお、エアコンプレッサ１２０の回転数から、燃料電池１０２へ供給されるエア流量を求める代わりに、エア供給流路中にエアフロメータを設けて、燃料電池１０２へ供給されるエア流量を直接測定するようにしてもよい。 Instead of obtaining the air flow rate supplied to the fuel cell 102 from the number of revolutions of the air compressor 120, an air flow meter is provided in the air supply flow path to directly measure the air flow rate supplied to the fuel cell 102. It may be.

また、燃料電池１０２へ供給される水素流量を直接または間接的に測定できるのであれば、エア流量に代えて、水素流量に基づいて、暖機用ヒータ１２４への電力供給開始タイミングを得るようにしてもよい。 If the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell 102 can be measured directly or indirectly, the power supply start timing to the warm-up heater 124 is obtained based on the hydrogen flow rate instead of the air flow rate. May be.

本発明の一実施例としての燃料電池車両に搭載される主要構成要素を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main components mounted in the fuel cell vehicle as one Example of this invention. 図１の制御部１２８による暖機用ヒータ１２４の運転処理ルーチンを示すフローチャートである。2 is a flowchart showing an operation processing routine of a warm-up heater 124 by a control unit 128 of FIG. 図１の制御部１２８による暖機用ヒータ１２４の駆動処理ルーチンを示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a drive processing routine of a warm-up heater 124 by a control unit 128 of FIG. 燃料電池において標準起電力に対する各損失の寄与分を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the contribution of each loss with respect to standard electromotive force in a fuel cell. 燃料電池における電流−電圧特性の温度に対する変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change with respect to the temperature of the current-voltage characteristic in a fuel cell. 燃料電池のコール・コールプロットで交流インピーダンスの温度依存性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the temperature dependence of alternating current impedance by the Cole-Cole plot of a fuel cell.

Explanation of symbols

１００...燃料電池車両
１０２...燃料電池
１０４...二次バッテリ
１０６，１２６...電流／電圧センサ
１０８...コンバータ
１１０，１１２，１１４...インバータ
１１６...リレースイッチ
１１８...トラクションモータ
１２０...エアコンプレッサ
１２２...水素ポンプ
１２４...暖機用ヒータ
１２８...制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell vehicle 102 ... Fuel cell 104 ... Secondary battery 106, 126 ... Current / voltage sensor 108 ... Converter 110, 112, 114 ... Inverter 116 ... Relay switch 118 ... Traction motor 120 ... Air compressor 122 ... Hydrogen pump 124 ... Warm-up heater 128 ... Control unit

Claims

A fuel cell vehicle comprising a fuel cell and a secondary battery,
A drive motor that receives a supply of electric power from the fuel cell and the secondary battery and applies a propulsive force to the fuel cell vehicle;
A warm-up heater for warming up the fuel cell;
A control unit;
Further comprising
When the control unit receives an operation request for the warm-up heater, the control unit increases the generated power in the fuel cell, charges the secondary battery with the power obtained by the increase, and is obtained by the increase. A fuel cell vehicle, wherein power is supplied from the fuel cell to the warm-up heater when the power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater.

The fuel cell vehicle according to claim 1,
The controller monitors charging power to the secondary battery, and supplies power from the fuel cell to the warming heater when the charging power exceeds expected power consumption of the warming heater. A fuel cell vehicle characterized by being made to cause.

In the fuel cell vehicle according to claim 1 or 2,
The control unit derives a maximum output of the fuel cell based on the temperature of the fuel cell when receiving an operation request for the warm-up heater, and based on the derived maximum output of the fuel cell, the fuel Obtain electric power that can be supplied from the battery to the warm-up heater, and increase the generated power in the fuel cell when the obtained supply power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater. A fuel cell vehicle characterized in that the secondary battery is charged with electric power obtained by the increase.

The fuel cell vehicle according to claim 3, wherein
The fuel cell vehicle, wherein the controller estimates the temperature of the fuel cell based on a current-voltage characteristic of the fuel cell.

The fuel cell vehicle according to claim 3, wherein
The said control part estimates the temperature of the said fuel cell based on the alternating current impedance of the said fuel cell, The fuel cell vehicle characterized by the above-mentioned.

A fuel cell, a secondary battery, a drive motor that receives a supply of electric power from the fuel cell and the secondary battery, and gives a propulsive force to the fuel cell vehicle, and a warm-up device for warming up the fuel cell In a fuel cell vehicle equipped with a heater, a warm-up heater operation method for operating the warm-up heater,
(A) when there is an operation request for the warm-up heater, a step of increasing the generated power in the fuel cell and charging the secondary battery with the electric power obtained by the increase;
(B) determining whether the power obtained by the increase exceeds the expected power consumption of the warm-up heater;
(C) a step of supplying electric power from the fuel cell to the warm-up heater when it is determined that the electric power is exceeded in the step (c);
A heater operation method for warm-up comprising: