JP2010288326A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
下記特許文献1には、燃料電池とバッテリで負荷を駆動させる燃料電池システムであって、燃料電池用とバッテリ用の二つのコンバータを備えたものが開示されている。この燃料電池システムでは、負荷に安定して電力を供給するために、燃料電池用のコンバータと、バッテリ用のコンバータとを協調して動作させている。また、バッテリと負荷とを接続する電力供給経路上に接続部であるリレーを設け、システムの停止時にはリレーをOFF状態にするとともに、システムを起動して燃料電池から負荷に供給される電圧がバッテリ電圧を上回ったときにリレーをON状態にし、バッテリと負荷とを接続している。これにより、システム停止時のバッテリ電力の浪費を防止するとともに、リレー接続時にバッテリ側から負荷側に電流が突入することを防止している。
ところで、上記特許文献1では、燃料電池側の電圧がバッテリ側の電圧を上回った時点でリレーをオン状態にしている。したがって、例えば、燃料電池用のコンバータの出力電圧が燃料電池の開放電圧よりも高い状態で燃料システムが異常終了した場合には、その直後に燃料電池システムを起動させると、燃料電池側の電圧がバッテリ側の電圧よりも高い状態、すなわち、リレー両端に電位差がある状態でリレーがオンされることとなる。このような場合には、過電流によりリレーが溶着してしまうおそれがある。
By the way, in
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、電力供給経路上に設けられた接続部の溶着を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing welding of a connecting portion provided on a power supply path. To do.
上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化ガスの供給を受けて当該燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を充電可能な畜電部と、前記燃料電池および前記畜電部からの電力を消費する電力消費装置と、前記燃料電池と前記電力消費装置との間に配置される第一の電圧変換部と、前記畜電部と前記電力消費装置との間に配置される第二の電圧変換部と、前記第一の電圧変換部から前記電力消費装置に電力を供給する経路であって、前記第一の電圧変換部と前記第二の電圧変換部とを結合する前記経路を接続または遮断する接続部と、前記第一の電圧変換部と前記接続部との間にある前記経路の一部と並列に配置される電流制限抵抗と、前記第一の電圧変換部と前記接続部とを前記電流制限抵抗を介して接続するか否かを切り替える接続切替部と、前記接続部による前記経路の接続または遮断を制御するとともに、前記接続切替部による前記切り替えを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、システム起動時に、前記第一の電圧変換部の出力電圧から前記第二の電圧変換部の出力電圧を減算した値が所定値よりも大きい場合に、前記接続切替部を制御して前記第一の電圧変換部と前記接続部とを前記電流制限抵抗を介して接続させてから、前記接続部を制御して前記経路を接続させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that receives supply of a fuel gas and an oxidant gas and generates power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and a power generated by the fuel cell. An electric power unit that can charge the battery, an electric power consuming device that consumes electric power from the fuel cell and the electric power unit, and a first voltage conversion unit that is disposed between the fuel cell and the electric power consuming device A second voltage converter disposed between the livestock power unit and the power consuming device, and a path for supplying power from the first voltage converter to the power consuming device, A connection part for connecting or disconnecting the path connecting the voltage conversion part and the second voltage conversion part, and a part of the path between the first voltage conversion part and the connection part in parallel. A current limiting resistor disposed on the first A connection switching unit that switches whether or not to connect the voltage conversion unit and the connection unit via the current limiting resistor, and the connection switching unit that controls connection or disconnection of the path by the connection unit, and the switching by the connection switching unit. Control means for controlling the output voltage, and the control means subtracts the output voltage of the second voltage converter from the output voltage of the first voltage converter when the system is started up. In this case, the connection switching unit is controlled to connect the first voltage conversion unit and the connection unit via the current limiting resistor, and then the connection unit is controlled to connect the path. Features.
この発明によれば、システム起動時に電力供給経路を接続する際に、第一の電圧変換部と第二の電圧変換部との間に所定値よりも大きな出力電圧差が生じていても、接続部に流入する電流を電流制限抵抗で低減させることができる。また、第一の電圧変換部の出力を電流制限抵抗で消費することができるため、第一の電圧変換部と第二の電圧変換部との間の出力電圧差を減少させることができる。 According to this invention, even when an output voltage difference larger than a predetermined value occurs between the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit when connecting the power supply path at the time of system startup, the connection The current flowing into the part can be reduced by the current limiting resistor. In addition, since the output of the first voltage conversion unit can be consumed by the current limiting resistor, the output voltage difference between the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit can be reduced.
上記燃料電池システムにおいて、上記制御手段は、前記接続部を制御して前記経路を接続させた後に、前記第一の電圧変換部の出力電圧から前記第二の電圧変換部の出力電圧を減算した値が所定値以下に減少した場合に、前記接続切替部を制御して前記第一の電圧変換部と前記接続部とを前記電流制限抵抗を介さずに接続させることとしてもよい。 In the fuel cell system, the control unit subtracts the output voltage of the second voltage conversion unit from the output voltage of the first voltage conversion unit after controlling the connection unit to connect the path. When the value decreases below a predetermined value, the connection switching unit may be controlled to connect the first voltage conversion unit and the connection unit without going through the current limiting resistor.
このようにすることで、第一の電圧変換部と第二の電圧変換部との間の出力電圧差が解消された後は、電流制限抵抗で電力を消費させることなくシステムを稼働させることが可能となる。 In this way, after the output voltage difference between the first voltage converter and the second voltage converter is eliminated, the system can be operated without consuming power with the current limiting resistor. It becomes possible.
上記燃料電池システムにおいて、上記制御手段は、システム起動時に、前記第一の電圧変換部の出力電圧から前記第二の電圧変換部の出力電圧を減算した値が所定値以下である場合に、前記接続切替部を制御して前記第一の電圧変換部と前記接続部とを前記電流制限抵抗を介さずに接続させてから、前記接続部を制御して前記経路を接続させることとしてもよい。 In the fuel cell system, when the system is activated, when the value obtained by subtracting the output voltage of the second voltage converter from the output voltage of the first voltage converter is equal to or less than a predetermined value, The connection switching unit may be controlled to connect the first voltage conversion unit and the connection unit without passing through the current limiting resistor, and then the connection unit may be controlled to connect the path.
このようにすることで、システム起動時に電力供給経路を接続する際に、第一の電圧変換部と第二の電圧変換部との間の出力電圧差が所定値以下である場合には、電流制限抵抗で電力を消費させることなくシステムを起動させることが可能となる。 In this way, when the power supply path is connected at the time of system startup, if the output voltage difference between the first voltage converter and the second voltage converter is less than or equal to a predetermined value, the current The system can be started up without consuming electric power by the limiting resistor.
上記燃料電池システムにおいて、上記接続切替部は、前記第一の電圧変換部と前記接続部との間に前記電流制限抵抗が配置されている回路と、前記第一の電圧変換部と前記接続部との間に前記電流制限抵抗が配置されていない回路とを切り替えるスイッチであることとしてもよい。 In the fuel cell system, the connection switching unit includes a circuit in which the current limiting resistor is disposed between the first voltage conversion unit and the connection unit, and the first voltage conversion unit and the connection unit. It is good also as a switch which switches the circuit in which the said current limiting resistance is not arrange | positioned between.
上記燃料電池システムにおいて、上記接続切替部は、前記第一の電圧変換部と前記接続部との間に前記電流制限抵抗が配置されている回路を接続または遮断する第一のスイッチと、前記第一の電圧変換部と前記接続部との間に前記電流制限抵抗が配置されていない回路を接続または遮断する第二のスイッチと、を有し、前記第一のスイッチと前記第二のスイッチとが前記第一の電圧変換部と前記接続部との間で並列に接続されていることとしてもよい。 In the fuel cell system, the connection switching unit includes a first switch that connects or disconnects a circuit in which the current limiting resistor is disposed between the first voltage conversion unit and the connection unit; A second switch that connects or disconnects a circuit in which the current limiting resistor is not disposed between one voltage conversion unit and the connection unit, and the first switch and the second switch, May be connected in parallel between the first voltage conversion unit and the connection unit.
本発明によれば、電力供給経路上に設けられた接続部の溶着を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, welding of the connection part provided on the electric power supply path | route can be suppressed.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について説明する。実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして用いた場合について説明する。なお、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池車両以外の各種移動体(ロボット、船舶、航空機等)にも適用することができ、さらに、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムにも適用することができる。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell system according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiment, a case will be described in which the fuel cell system according to the present invention is used as an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV). The fuel cell system according to the present invention can also be applied to various mobile bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than fuel cell vehicles, and further used as power generation equipment for buildings (housing, buildings, etc.). It can be applied to a stationary power generation system.
まず、図1を参照して、実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。図1は、実施形態における燃料電池システムを模式的に示した図である。 First, with reference to FIG. 1, the structure of the fuel cell system in embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a fuel cell system according to an embodiment.
同図に示すように、燃料電池システム1は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池2と、燃料電池用のDC/DCコンバータであるFCコンバータ3と、二次電池としてのバッテリ4(蓄電部)と、バッテリ用のDC/DCコンバータであるBatコンバータ5(第二の電圧変換部)と、負荷としてのトラクションインバータ6、トラクションモータ7(電力消費装置)および補機インバータ8a、8bと、システム全体を統括制御する制御部9(制御手段)とを有する。燃料電池2およびFCコンバータ3と、バッテリ4およびBatコンバータ5とは、トラクションインバータ6およびトラクションモータ7に対して並列に接続されている。
As shown in FIG. 1, a
燃料電池2は、例えば、高分子電解質型燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス通路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス通路に酸化ガスが供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。燃料電池2には、燃料電池2の出力電圧を検出する電圧センサV1が設けられている。
The
FCコンバータ3は、直流の電圧変換器であり、燃料電池2から入力された直流電圧を昇圧してトラクションインバータ6およびトラクションモータ7に出力する機能を有する。FCコンバータ3によって燃料電池2の出力電圧が制御される。
The FC converter 3 is a DC voltage converter and has a function of boosting the DC voltage input from the
FCコンバータ3は、例えば、燃料電池2から入力された直流電圧を平滑化するコンデンサC1と、直流電圧を昇圧するためのコイルL1およびメインスイッチS1と、共振回路を構成するコンデンサC2およびコイルL2と、共振回路をON/OFFする共振スイッチS2と、FCコンバータ3の出力電圧を平滑化するコンデンサC3と、を含んで構成される。これらの各構成要素により、燃料電池2から入力された直流電圧を昇圧してトラクションインバータ6およびトラクションモータ7に出力する第一の電圧変換部が構成される。
The FC converter 3 includes, for example, a capacitor C1 for smoothing the DC voltage input from the
FCコンバータ3は、FCコンバータ3の出力電圧を検出する電圧センサV2と、トラクションインバータ6およびトラクションモータ7に電力を供給する電力供給経路を接続または遮断するFCリレーR1、R2(接続部)と、をさらに有する。なお、FCリレーR1、R2は、FCコンバータ3とBatコンバータ5とを結合する経路を接続または遮断する接続部でもある。
The FC converter 3 includes a voltage sensor V2 that detects an output voltage of the FC converter 3, FC relays R1 and R2 (connection portions) that connect or cut off a power supply path that supplies power to the
FCコンバータ3は、第一の電圧変換部に含まれるコンデンサC3の一端とFCリレーR1の一端との間にある電力供給経路の一部と並列に配置される電流制限抵抗LRと、第一の電圧変換部とFCリレーR1とを電流制限抵抗LRを介して接続するか否かを切り替えるスイッチSW(接続切替部)と、をさらに有する。 The FC converter 3 includes a current limiting resistor LR disposed in parallel with a part of the power supply path between one end of the capacitor C3 and one end of the FC relay R1 included in the first voltage conversion unit, It further has a switch SW (connection switching unit) for switching whether or not to connect the voltage conversion unit and the FC relay R1 via the current limiting resistor LR.
スイッチSWは、二つの回路を切り替えるスイッチである。本実施形態におけるスイッチSWは、上記第一の電圧変換部とFCリレーR1との間に電流制限抵抗LRが配置されている回路(以下、「制限抵抗有回路」という。)と、上記第一の電圧変換部とFCリレーR1との間に電流制限抵抗LRが配置されていない回路(以下、「制限抵抗無回路」という。)とを切り替える。 The switch SW is a switch that switches between two circuits. In the present embodiment, the switch SW includes a circuit in which a current limiting resistor LR is disposed between the first voltage conversion unit and the FC relay R1 (hereinafter referred to as “circuit having a limiting resistor”) and the first. The circuit in which the current limiting resistor LR is not disposed between the voltage converter and the FC relay R1 (hereinafter referred to as “circuit without limiting resistor”) is switched.
電流制限抵抗LRには、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間に出力電圧差があるときにFCリレーR1、R2をONさせた場合であっても、FCリレーR1、R2が過電流により溶着しない範囲に電流値を低減させることができる抵抗値が設定される。この抵抗値は、実験等により求めることができる。
Even if the FC relays R1 and R2 are turned ON when there is an output voltage difference between the FC converter 3 and the
バッテリ4は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって燃料電池2の余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。バッテリ4には、バッテリ4の出力電圧を検出する電圧センサV3と、バッテリ電力をトラクションインバータ6およびトラクションモータ7に供給する経路を接続または遮断するBatリレーR3、R4とが設けられている。BatリレーR3、R4は、燃料電池システム1の起動時にONされ、停止時にOFFされる。
The
Batコンバータ5は、直流の電圧変換器であり、バッテリ4から出力された直流電圧を調整(昇圧)してトラクションインバータ6およびトラクションモータ7に出力する機能と、燃料電池2またはトラクションモータ7から出力された直流電圧を調整(降圧)してバッテリ4に出力する機能と、を有する。このようなBatコンバータ5の機能により、バッテリ4の充放電が実現される。Batコンバータ5には、Batコンバータ5の出力電圧を検出する電圧センサV4が設けられている。
The
トラクションインバータ6は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ7やコンプレッサCPのモータに供給する。トラクションモータ7は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム1が搭載される燃料電池車両の主動力源を構成する。補機インバータ8a、8bは、水素ポンプHPや冷却水ポンプWP等の補機装置に含まれるモータの駆動を制御する電動機制御部であり、直流電流を三相交流に変換して各モータに供給する。補機インバータ8a、8bは、例えばパルス幅変調方式のPWMインバータであり、制御部9からの制御指令に従ってバッテリ4から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータで発生する回転トルクを制御する。
The
制御部9は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材(例えば、アクセル)の操作量を検出し、加速要求値(例えば、トラクションモータ7等の電力消費装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータ7の他に、例えば、燃料電池2を作動させるために必要な補機装置(例えばコンプレッサCPや水素ポンプHP、冷却水ポンプWPのモータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等が含まれる。
The
制御部9は、物理的には、例えば、CPUと、メモリと、入出力インターフェースとを有する。メモリは、CPUで処理される制御プログラムや制御データを記憶するROMと、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるRAMとを有する。これらの要素は、互いにバスを介して接続されている。入出力インターフェースには、電圧センサ等の各種センサが接続されているとともに、トラクションモータ7等を駆動させるための各種ドライバが接続されている。
The
CPUは、ROMに記憶された制御プログラムに従って、入出力インターフェースを介して各種センサでの検出結果を受信し、RAM内の各種データ等を用いて処理することで、燃料電池システム1における各種制御処理を実行する。また、CPUは、入出力インターフェースを介して各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池システム1全体を制御する。
The CPU receives the detection results of the various sensors via the input / output interface according to the control program stored in the ROM, and processes them using various data in the RAM, whereby various control processes in the
制御部9は、例えば、スイッチSWの切り替えや、FCリレーR1、R2のON/OFFを制御する。具体的には、以下のように制御する。
For example, the
制御部9は、燃料電池システム1の起動時に、Batコンバータ5の出力電圧をバッテリ4の開放電圧(Open Circuit Voltage)にし、FCコンバータ3の出力電圧を燃料電池2の開放電圧にする。続いて、制御部9は、FCコンバータ3の出力電圧からBatコンバータ5の出力電圧を減算してFCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差を求める。制御部9は、求めた出力電圧差が所定値以下であるか否かを判定する。
The
所定値としては、例えば、FCリレーR1、R2をONするときに、FCリレーR1、R2が溶着することなくONすることが可能な電位差の範囲内に設定することができ、この電位差の範囲内のうちの上限に設定することが望ましい。この電位差の範囲は、実験等により求めることができる。 As the predetermined value, for example, when the FC relays R1 and R2 are turned on, the FC relays R1 and R2 can be set within a range of potential differences that can be turned on without welding. Of these, it is desirable to set the upper limit. The range of this potential difference can be obtained by experiments or the like.
上記出力電圧差が所定値以下である場合に、制御部9は、スイッチSWを制限抵抗無回路側に接続させてから、FCリレーR1、R2をONさせる。これにより、システム起動時に電力供給経路を接続する際に、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差が所定値以下である場合には、電流制限抵抗LRで電力を消費させることなく燃料電池システムを起動させることができるため、運転効率を向上させることができる。
When the output voltage difference is equal to or smaller than the predetermined value, the
一方、上記出力電圧差が所定値よりも大きい場合に、制御部9は、スイッチSWを制限抵抗有回路側に接続させてから、FCリレーR1、R2をONさせる。これにより、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間に所定値よりも大きい出力電圧差が生じていても、FCリレーR1に流入する電流を電流制限抵抗LRで低減させることができる。また、FCコンバータ3の出力電力を電流制限抵抗LRで消費することができるため、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差を減少させることができる。
On the other hand, when the output voltage difference is larger than the predetermined value, the
制御部9は、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差が所定値以下に減少したときに、スイッチSWを制限抵抗無回路側に接続させる。これにより、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差が解消された後は、電流制限抵抗LRで電力を消費させずに燃料電池システムを稼働させることができるため、運転効率を向上させることができる。
When the output voltage difference between the FC converter 3 and the
次に、図2に示すフローチャートを用いて、実施形態におけるFCリレー制御処理について説明する。このFCリレー制御処理は、例えば、イグニッションキーがONされたときに開始される。また、FCリレーR1、R2およびスイッチSWは、イグニッションキーON時にはそれぞれOFFとなっている。 Next, the FC relay control process in the embodiment will be described using the flowchart shown in FIG. This FC relay control process is started, for example, when an ignition key is turned on. Further, the FC relays R1, R2 and the switch SW are respectively OFF when the ignition key is ON.
最初に、制御部9は、Batコンバータ5を駆動させ(ステップS101)、Batコンバータ5の出力電圧をバッテリ4の開放電圧に設定する(ステップS102)。
First, the
続いて、制御部9は、FCコンバータ3を駆動させ(ステップS103)、FCコンバータ3の出力電圧を燃料電池2の開放電圧に設定する(ステップS104)。
Subsequently, the
続いて、制御部9は、FCコンバータ3の出力電圧からBatコンバータ5の出力電圧を減算して求めたFCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差が、所定値以下であるか否かを判定する(ステップS105)。この判定がYESである場合(ステップS105;YES)に、制御部9は、スイッチSWを制限抵抗無回路側に接続させ(ステップS110)、FCリレーR1、R2をONさせる(ステップS111)。そして、FCリレー制御処理を終了する。
Subsequently, the
一方、上記ステップS105の判定で上記出力電圧差が所定値よりも大きいと判定された場合(ステップS105;NO)に、制御部9は、スイッチSWを制限抵抗有回路側に接続させ(ステップS106)、FCリレーR1、R2をONさせる(ステップS107)。
On the other hand, when it is determined in step S105 that the output voltage difference is larger than the predetermined value (step S105; NO), the
続いて、制御部9は、FCコンバータ3の出力電圧からBatコンバータ5の出力電圧を減算して求めたFCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差が、所定値以下であるか否かを判定する(ステップS108)。この判定がNOである場合(ステップS108;NO)に、制御部9は、上記ステップS108の判定を繰り返し実行する。
Subsequently, the
一方、上記ステップS108の判定で上記出力電圧差が所定値以下であると判定された場合(ステップS108;YES)に、制御部9は、スイッチSWを制限抵抗無回路側に接続させる(ステップS109)。そして、FCリレー制御処理を終了する。
On the other hand, when it is determined in step S108 that the output voltage difference is equal to or smaller than the predetermined value (step S108; YES), the
上述してきたように、本実施形態における燃料電池システム1によれば、システム起動時に電力供給経路を接続する際に、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間に所定値よりも大きな出力電圧差が生じている場合であっても、FCリレーR1、R2に流入する電流を電流制限抵抗LRで低減させることができる。それゆえに、FCリレーR1、R2を溶着させることなくONさせることが可能となる。
As described above, according to the
また、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間に所定値よりも大きな出力電圧差が生じていても、FCコンバータ3の出力電力を電流制限抵抗LRで消費することができるため、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差を短時間で減少させることができる。
Even if an output voltage difference larger than a predetermined value is generated between the FC converter 3 and the
なお、上述した実施形態では、第一の電圧変換部とFCリレーR1とを電流制限抵抗LRを介して接続するか否かを切り替えるスイッチとして、二つの回路を切り替えるスイッチSWを用いているが、これに限定されない。例えば、図3に示すように、第一の電圧変換部とFCリレーR1との間に電流制限抵抗LRが配置されていない回路を接続または遮断する第一のスイッチSW1と、第一の電圧変換部とFCリレーR1との間に電流制限抵抗LRが配置されている回路を接続または遮断する第二のスイッチSW2と、を用いることとしてもよい。第一のスイッチSW1と第二のスイッチSW2は、図1に示す第一の電圧変換部を構成するコンデンサC3の一端とFCリレーR1の一端との間で並列に接続される。このように構成した場合には、例えば、以下のように制御することができる。 In the above-described embodiment, the switch SW for switching between the two circuits is used as a switch for switching whether or not the first voltage conversion unit and the FC relay R1 are connected via the current limiting resistor LR. It is not limited to this. For example, as shown in FIG. 3, a first switch SW1 that connects or disconnects a circuit in which the current limiting resistor LR is not disposed between the first voltage converter and the FC relay R1, and the first voltage converter A second switch SW2 that connects or cuts off a circuit in which the current limiting resistor LR is disposed between the switch and the FC relay R1 may be used. The first switch SW1 and the second switch SW2 are connected in parallel between one end of the capacitor C3 and one end of the FC relay R1 constituting the first voltage converter shown in FIG. In the case of such a configuration, for example, the following control can be performed.
制御部9は、燃料電池システム1の起動時に、Batコンバータ5の出力電圧をバッテリ4の開放電圧にし、FCコンバータ3の出力電圧を燃料電池2の開放電圧にする。続いて、制御部9は、FCコンバータ3の出力電圧からBatコンバータ5の出力電圧を減算してFCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差を求める。制御部9は、上記出力電圧差が所定値以下であるか否かを判定する。
The
上記出力電圧差が所定値以下である場合に、制御部9は、第一のスイッチSW1をONさせてから、FCリレーR1、R2をONさせる。一方、上記出力電圧差が所定値よりも大きい場合に、制御部9は、第二のスイッチSW2をONさせてから、FCリレーR1、R2をONさせる。これにより、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間に所定値よりも大きい出力電圧差が生じていても、FCリレーR1に流入する電流を電流制限抵抗LRで低減させることができる。また、FCコンバータ3の出力電力を電流制限抵抗LRで消費することができるため、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差を短時間で減少させることができる。制御部9は、FCコンバータ3とBatコンバータ5との間の出力電圧差が所定値以下に減少したときに、第一のスイッチSW1をONさせるとともに、第二のスイッチSW2をOFFさせる。
When the output voltage difference is equal to or smaller than the predetermined value, the
ここで、上記出力電圧差が所定値よりも大きい場合には、第一のスイッチSW2と第二のスイッチSW2の双方をONさせることとしてもよい。第二のスイッチSW2をONさせることができれば、FCリレーR1に流入する電流を電流制限抵抗LRで低減させることができるためである。この場合には、その後、上記出力電圧差が所定値以下に減少したときに、第二のスイッチSW2をOFFさせればよい。 Here, when the output voltage difference is larger than a predetermined value, both the first switch SW2 and the second switch SW2 may be turned on. This is because if the second switch SW2 can be turned on, the current flowing into the FC relay R1 can be reduced by the current limiting resistor LR. In this case, after that, when the output voltage difference decreases below a predetermined value, the second switch SW2 may be turned off.
また、上述した実施形態におけるFCコンバータ3は、電圧センサV2、スイッチSW、電流制限抵抗LRおよびFCリレーR1、R2の各要素を、FCコンバータ3の構成要素として内部に組み込んでいるが、これらの各要素を、FCコンバータ3とは別に構成することとしてもよい。 Further, the FC converter 3 in the above-described embodiment incorporates the elements of the voltage sensor V2, the switch SW, the current limiting resistor LR, and the FC relays R1 and R2 as constituent elements of the FC converter 3, Each element may be configured separately from the FC converter 3.
1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…FCコンバータ、4…バッテリ、5…Batコンバータ、6…トラクションインバータ、7…トラクションモータ、8a、8b…補機インバータ、9…制御部、C3、C4…コンデンサ、R1、R2…FCリレー、LR…電流制限抵抗、SW…スイッチ、SW1…第一のスイッチ、SW2…第二のスイッチ、V1、V2、V3、V4…電圧センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料電池の発電電力を充電可能な畜電部と、
前記燃料電池および前記畜電部からの電力を消費する電力消費装置と、
前記燃料電池と前記電力消費装置との間に配置される第一の電圧変換部と、
前記畜電部と前記電力消費装置との間に配置される第二の電圧変換部と、
前記第一の電圧変換部から前記電力消費装置に電力を供給する経路であって、前記第一の電圧変換部と前記第二の電圧変換部とを結合する前記経路を接続または遮断する接続部と、
前記第一の電圧変換部と前記接続部との間にある前記経路の一部と並列に配置される電流制限抵抗と、
前記第一の電圧変換部と前記接続部とを前記電流制限抵抗を介して接続するか否かを切り替える接続切替部と、
前記接続部による前記経路の接続または遮断を制御するとともに、前記接続切替部による前記切り替えを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、システム起動時に、前記第一の電圧変換部の出力電圧から前記第二の電圧変換部の出力電圧を減算した値が所定値よりも大きい場合に、前記接続切替部を制御して前記第一の電圧変換部と前記接続部とを前記電流制限抵抗を介して接続させてから、前記接続部を制御して前記経路を接続させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that receives supply of the fuel gas and the oxidizing gas and generates power by an electrochemical reaction of the fuel gas and the oxidizing gas;
An animal power unit capable of charging the power generated by the fuel cell;
A power consuming device that consumes power from the fuel cell and the livestock power unit;
A first voltage converter disposed between the fuel cell and the power consuming device;
A second voltage conversion unit disposed between the livestock power unit and the power consuming device;
A path for supplying power from the first voltage conversion unit to the power consuming device, wherein the connection unit connects or blocks the path that couples the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit. When,
A current limiting resistor disposed in parallel with a portion of the path between the first voltage converter and the connection;
A connection switching unit for switching whether to connect the first voltage conversion unit and the connection unit via the current limiting resistor;
Control means for controlling connection or disconnection of the path by the connection unit, and controlling the switching by the connection switching unit,
The control means controls the connection switching unit when a value obtained by subtracting the output voltage of the second voltage conversion unit from the output voltage of the first voltage conversion unit is greater than a predetermined value at system startup. Then, the first voltage conversion unit and the connection unit are connected via the current limiting resistor, and then the connection unit is controlled to connect the path.
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