JP2009129639A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池の出力電圧をその開放端電圧よりも低い高電位回避電圧を上限として高電位回避制御するコントローラとを備える。コントローラは、負荷要求から算出されるシステム要求パワーPAと、高電位回避電圧から算出されるシステム要求パワーPBとのうち大きい方のシステム要求パワーを燃料電池に対するシステム要求パワーとして演算する。燃料電池に対するシステム要求パワーを演算するために、負荷要求から算出されるシステム要求パワーPAだけでなく、高電位回避電圧から算出されるシステム要求パワーPBを加味しているので、燃料不足に陥ることなく安定した発電を実施できる。また、発電量を適切に制御できるので、バッテリの過充電を防止できる。
【選択図】図3
Description
図1は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム10のシステム構成を示す。
(1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2)
H2+(1/2)O2 → H2O …(3)
セル21は、高分子電解質膜22と、アノード極23と、カソード極24と、セパレータ26,27とから構成されている。アノード極23及びカソード極24は、高分子電解質膜22を両側から挟んでサンドイッチ構造を成す拡散電極である。ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータ26,27は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード極23及びカソード極24との間にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成する。セパレータ26には、断面凹状のリブ26aが形成されている。リブ26aにアノード極23が当接することで、リブ26aの開口部は閉塞され、燃料ガス流路が形成される。セパレータ27には、断面凹状のリブ27aが形成されている。リブ27aにカソード極24が当接することで、リブ27aの開口部は閉塞され、酸化ガス流路が形成される。
高電位回避制御の実行条件として、例えば、(A1)バッテリ52のSOCがSOC1(例えば70%)以下であること、(B1)車両が回生制動中でないこと、(C1)燃料ガス供給系30の配管圧力(圧力センサ74の検出値)に基づくガス漏れ検出の判定中でないことの条件が全て満たされていることを挙げることができる。一方、高電位回避制御の禁止条件として、例えば、(A2)バッテリ52のSOCがSOC2(例えば75%)以上であること、(B2)車両が回生制動中であること、(C2)燃料ガス供給系30の配管圧力に基づくガス漏れ検出の判定中であることの何れかの条件が満たされていることを挙げることができる。
図3は、システム要求パワー演算機能80を示すブロック図である。コントローラ60は、システム要求パワー演算手段として機能し、システム要求パワー演算機能80は、コントローラ60内のCPU演算機能により実現される。システム要求パワー演算機能80は、車両の走行電力要求値(トラクションモータ54の駆動電力)、補機類55の消費電力値、及びバッテリの52の充放電要求値を加算器81に入力し、その合計値であるシステム要求パワーPAを算出する。システム要求パワーPAは、負荷要求から算出される電力指令値である。システム要求パワー演算機能80は、V−P特性マップ82を参照し、高電位回避目標電圧からシステム要求パワーPBを算出する。システム要求パワーPBは、高電位回避電圧から算出される電力指令値である。ここで、V−P特性マップ82は、燃料電池スタック20の電圧対電力特性を推定する手段であり、コントローラ60内のROMにマップデータとして格納されている。最大値関数83は、PA及びPBを比較し、両者のうち大きい方を燃料電池スタック20に対するシステム要求パワーとして出力する。コントローラ60は、このようにして最終的に算出されたシステム要求パワーを基に、実動作点(動作電流、動作電圧)を決定し、更に、実動作点に対応する発電指令値を求め、酸化ガス供給系30、燃料ガス供給系40、及び電力系50を制御する。
コントローラ60は、バッテリ52に蓄電されているバッテリパワーが充放電目標値に追従できるようにフィードバック制御によって、バッテリパワーの充放電を制御する充放電制御手段として機能する。より詳細には、コントローラ60は、SOCセンサ73によって検出されるバッテリパワーと充放電目標値との偏差(e)に比例ゲイン(KP)を乗じることにより比例型フィードバック補正値(比例項:P=KP×e)を算出するとともに、偏差(e)の時間積分値(∫(e)dt)に積分ゲイン(KI)を乗じることにより積分型フィードバック補正値(積分項:I=KI×∫(e)dt)を算出し、上記の比例項と積分項とを加算した値をフィードバック補正値として算出する。コントローラ60は、このようにして算出したフィードバック補正値を基に、バッテリパワーと充放電目標値とが一致するように、バッテリ52の充放電を制御する。コントローラ60は、偏差(e)に基づいて、所定の演算周期毎に比例項と積分項とを更新演算し、フィードバック補正値を逐次更新する。
Claims (4)
- 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧をその開放端電圧よりも低い高電位回避電圧を上限として高電位回避制御する制御手段と、
負荷要求から算出されるシステム要求パワーと、前記高電位回避電圧から算出されるシステム要求パワーとのうち大きい方のシステム要求パワーを前記燃料電池に対するシステム要求パワーとして演算するシステム要求パワー演算手段と、
を備える燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記高電位回避電圧から算出されるシステム要求パワーは、前記燃料電池の電圧対電力特性と前記高電位回避電圧との関係に基づいて算出される、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記負荷要求から算出されるシステム要求パワーは、車両の走行電力要求値、補機類の消費電力値及び蓄電装置の充放電要求値の加算値として算出される、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池が発電した電力の一部を蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電量が目標値に一致するように前記蓄電装置の充放電をフィードバック制御する充放電制御手段と、を更に備え、
前記充放電制御手段は、前記高電位回避制御が許可されていることを条件として、前記フィードバック制御を禁止する、燃料電池システム。
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