JP2011008988A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise the temperature of a secondary battery, using a simpler configuration in a fuel cell system.SOLUTION: The fuel cell system 10 is provided with the secondary battery 11 having an internal resistance; a step-up/down converter 12 connected in between the secondary battery 11 and a negative circuit; a fuel cell 13 that is connected in parallel to the negative circuit; and a control section 16 for controlling an action of the step-up/down converter 12. Here, the control section 16 has a charging/discharging means that allows charging and discharging to be repeated between the fuel cell 13 and the secondary battery 11, by raising/lowering the output voltage of the step-up/down converter 12.

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、内部抵抗を有する二次電池を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system including a secondary battery having an internal resistance.

近年、ハイブリッド車両等に燃料電池システムが搭載されている。燃料電池システムを作動させていると燃料電池システムを構成する二次電池の温度が下がることがあるため、必要に応じて、二次電池の温度を上昇させることが望まれる。   In recent years, fuel cell systems are mounted on hybrid vehicles and the like. When the fuel cell system is operated, the temperature of the secondary battery constituting the fuel cell system may be lowered. Therefore, it is desirable to raise the temperature of the secondary battery as necessary.

本発明に関連する技術として、特許文献1には、燃料電池システムとして、燃料電池と、燃料電池により充電される蓄電手段と、常時は一定出力となるように燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、蓄電手段の温度を検知する温度検知手段とを備える構成が開示されている。そして、温度検知手段が検知した蓄電手段の温度が所定温度を上回った場合に、負荷に応じた発電量を発電するように発電制御手段が制御を行うことが述べられている。   As a technology related to the present invention, Patent Document 1 discloses, as a fuel cell system, a fuel cell, a power storage unit charged by the fuel cell, and a power generation control for controlling the power generation of the fuel cell so as to always have a constant output. The structure provided with a means and the temperature detection means which detects the temperature of an electrical storage means is disclosed. Then, it is described that the power generation control means performs control so as to generate a power generation amount corresponding to the load when the temperature of the power storage means detected by the temperature detection means exceeds a predetermined temperature.

また、特許文献2には、燃料電池システムとして、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、電力の充放電をする二次電池と、燃料電池で発電した発電電力を負荷に供給して消費させると共に二次電池に供給して充電させ、二次電池を放電させて負荷に供給する電力分配手段とを備える構成が開示されている。そして、システムの起動時に、燃料電池の発電電力を、負荷及び二次電池に供給するように電力分配手段を制御する処理と、燃料電池の発電電力及び二次電池の放電電力を、負荷に供給するように電力分配手段を制御する処理とを繰り返して、燃料電池及び二次電池を暖機させる制御手段とを有する構成が開示されている。さらに、制御手段は、システム起動完了後の運転状態に基づいて、燃料電池の暖機が完了したことを判定するための燃料電池の発電可能電力の判定値を変更することが述べられている。   Patent Document 2 discloses, as a fuel cell system, a fuel cell that generates power by being supplied with fuel gas and oxidant gas, an oxidant gas supply unit that supplies oxidant gas to the fuel cell, and a fuel gas to the fuel cell. The fuel gas supply means for supplying the electric power, the secondary battery for charging and discharging the electric power, the generated electric power generated by the fuel cell is supplied to the load and consumed, and the secondary battery is supplied and charged. A configuration including a power distribution unit that discharges and supplies the load to a load is disclosed. Then, at the time of starting the system, the power distribution means is controlled so that the generated power of the fuel cell is supplied to the load and the secondary battery, and the generated power of the fuel cell and the discharged power of the secondary battery are supplied to the load. Thus, there is disclosed a configuration having control means for warming up the fuel cell and the secondary battery by repeating the process of controlling the power distribution means. Further, it is stated that the control means changes the determination value of the electric power that can be generated by the fuel cell for determining that the warm-up of the fuel cell is completed based on the operation state after the system startup is completed.

そして、特許文献3には、燃料電池システムとして、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、電力の充放電をする二次電池と、燃料電池で発電した発電電力を燃料電池の発電に必要な補機に供給して消費させると共に二次電池に供給して充電させ、二次電池を放電させて補機に供給する電力分配手段とを備える構成が開示されている。そして、システムの起動時に、燃料電池の発電電力を、補機及び二次電池に供給するように電力分配手段を制御する処理と、燃料電池の発電電力及び二次電池の放電電力を、補機に供給するように電力分配手段を制御する処理とを繰り返して、燃料電池及び二次電池を暖機させる制御手段とを備える構成が開示されている。   Patent Document 3 discloses, as a fuel cell system, a fuel cell that is supplied with fuel gas and an oxidant gas to generate power, an oxidant gas supply unit that supplies an oxidant gas to the fuel cell, and a fuel gas to the fuel cell. The fuel gas supply means for supplying the power, the secondary battery for charging / discharging the power, the generated power generated by the fuel cell is supplied to the auxiliary equipment necessary for power generation of the fuel cell and consumed and supplied to the secondary battery. And a power distribution means for discharging the secondary battery and supplying it to the auxiliary machine. Then, at the time of starting the system, the power distribution means is controlled so that the generated power of the fuel cell is supplied to the auxiliary machine and the secondary battery, and the generated power of the fuel cell and the discharged power of the secondary battery are changed to the auxiliary machine. And a control means for warming up the fuel cell and the secondary battery by repeating the process of controlling the power distribution means so as to be supplied to the battery.

さらに、特許文献4には、昇温制御装置として、2次電池と当該2次電池に対して充電可能な動力源が搭載されるハイブリット型車両において、2次電池の温度が低いときに、該2次電池を放電させ、温度を上昇させる構成が開示されている。そして、放電の時間経過に対する2次電池の放電可能出力の増加率を演算する増加率演算手段と、モード切り替え手段とを有し、モード切り替え手段は、演算された放電可能出力の増加率に応じて、2次電池を放電から充電に切り替える構成が開示されている。   Further, in Patent Document 4, in a hybrid vehicle equipped with a secondary battery and a power source capable of charging the secondary battery as a temperature increase control device, when the temperature of the secondary battery is low, The structure which discharges a secondary battery and raises temperature is disclosed. And it has the increase rate calculating means which calculates the increase rate of the dischargeable output of a secondary battery with respect to time passage of discharge, and a mode switching means, and the mode switching means responds to the calculated increase rate of the dischargeable output. And the structure which switches a secondary battery from discharge to charge is disclosed.

特開2005−019033号公報JP 2005-019033 A 特開2004−288530号公報JP 2004-288530 A 特開2004−281219号公報JP 2004-281219 A 特開2003−032804号公報JP 2003-032804 A

上記特許文献1の構成は、燃料電池と蓄電手段とを組み合わせ、燃料電池は一定出力で発電を間欠的に行い、電力の過不足を蓄電手段からの充放電で補うことが開示されているのみで、二次電池の昇温を行うための具体的な構成は開示されていない。   The configuration of Patent Document 1 only discloses that a fuel cell and a power storage unit are combined, the fuel cell intermittently generates power at a constant output, and the excess or deficiency of power is compensated by charging / discharging from the power storage unit. Thus, a specific configuration for raising the temperature of the secondary battery is not disclosed.

上記特許文献2の構成は、燃料電池スタックの発電電力を負荷及び二次電池に供給するように電力分配部を制御する処理と、燃料電池スタックの発電電力及び二次電池の放電電力を負荷に供給するように電力分配部を制御する処理とを繰り返して、燃料電池スタック及び二次電池を暖機させることができる。しかし、上記特許文献2の構成では、燃料電池スタックの発電電力を常に利用する必要がある。   The configuration of Patent Document 2 described above includes a process for controlling the power distribution unit to supply the generated power of the fuel cell stack to the load and the secondary battery, and the generated power of the fuel cell stack and the discharged power of the secondary battery as the load. The fuel cell stack and the secondary battery can be warmed up by repeating the process of controlling the power distribution unit so as to be supplied. However, in the configuration of Patent Document 2, it is necessary to always use the power generated by the fuel cell stack.

上記特許文献3も上記特許文献2の構成と同様の処理を繰り返して、燃料電池スタック及び二次電池を暖機させることができる。しかし、上記特許文献3の構成を用いても、燃料電池スタックの発電電力を常に利用する必要がある。   Patent Document 3 can also warm up the fuel cell stack and the secondary battery by repeating the same process as in Patent Document 2 above. However, even if the configuration of Patent Document 3 is used, it is necessary to always use the power generated by the fuel cell stack.

上記特許文献4の構成は、車両を駆動するときに、2次電池の放電可能出力をチェックし、所定値Aより小さい場合は、2次電池を最大放電可能出力で放電させ、電池温度を上昇させることができる。しかし、上記特許文献4の構成では、電池温度の上昇に伴って上昇する放電可能出力の増加率をチェックし、増加率がゼロとなった場合には、エンジンによる充電を行う必要がある。   The configuration of Patent Document 4 checks the dischargeable output of the secondary battery when driving the vehicle. If the output is smaller than the predetermined value A, the secondary battery is discharged at the maximum dischargeable output to increase the battery temperature. Can be made. However, in the configuration of Patent Document 4, it is necessary to check the increase rate of the dischargeable output that rises as the battery temperature rises, and when the increase rate becomes zero, it is necessary to perform charging by the engine.

本発明の目的は、より簡単な構成で二次電池の温度を上昇させることが可能な燃料電池システムを提供することである。   The objective of this invention is providing the fuel cell system which can raise the temperature of a secondary battery by simpler structure.

本発明に係る燃料電池システムは、内部抵抗を有する二次電池と、二次電池と負荷回路との間に接続される昇降圧コンバータと、負荷回路に並列に接続される燃料電池と、昇降圧コンバータの作動を制御する制御部と、を備え、制御部は、昇降圧コンバータの出力電圧を上下させて、燃料電池と二次電池との間で充放電を繰り返させる充放電手段を有することを特徴とする。   A fuel cell system according to the present invention includes a secondary battery having an internal resistance, a buck-boost converter connected between the secondary battery and the load circuit, a fuel cell connected in parallel to the load circuit, and a buck-boost A control unit that controls the operation of the converter, and the control unit includes charging / discharging means that raises and lowers the output voltage of the buck-boost converter and repeats charging and discharging between the fuel cell and the secondary battery. Features.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、充放電手段は、昇降圧コンバータの出力電圧を上げることで二次電池から放電された電荷を燃料電池のキャパシタ成分に充電させ、昇降圧コンバータの出力電圧を下げることで燃料電池のキャパシタ成分から放電された電荷を二次電池に充電させる工程を繰り返すことが好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the charging / discharging means increases the output voltage of the step-up / step-down converter so that the electric charge discharged from the secondary battery is charged to the capacitor component of the fuel cell, and the output voltage of the step-up / down converter It is preferable to repeat the step of charging the secondary battery with the electric charge discharged from the capacitor component of the fuel cell by lowering the value.

上記構成の燃料電池システムによれば、昇降圧コンバータの出力電圧を上下させて、燃料電池と二次電池との間で充放電を繰り返させることができる。これにより、二次電池の内部抵抗を用いて昇温させることができる。したがって、より簡単な構成で二次電池の温度を上昇させることができる。   According to the fuel cell system having the above configuration, the output voltage of the buck-boost converter can be raised and lowered to repeat charging / discharging between the fuel cell and the secondary battery. Thereby, it can heat up using the internal resistance of a secondary battery. Therefore, the temperature of the secondary battery can be raised with a simpler configuration.

本発明の実施の形態において、燃料電池システムを示す図である。1 is a diagram showing a fuel cell system in an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態において、制御部の各要素を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows each element of a control part. 本発明の実施の形態において、燃料電池システムの二次電池を昇温させるための手順を示すフローチャートである。In embodiment of this invention, it is a flowchart which shows the procedure for heating up the secondary battery of a fuel cell system. 本発明の実施の形態において、二次電池の昇温を行う際の昇降圧コンバータの出力電圧の変化と二次電池に流れる電流値の変化とを示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the change of the output voltage of a buck-boost converter at the time of heating up a secondary battery, and the change of the electric current value which flows into a secondary battery.

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same elements are denoted by the same reference symbols in all the drawings, and redundant description is omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.

図1は、燃料電池システム10を示す図である。燃料電池システム10は、二次電池11と、昇降圧コンバータ12と、燃料電池13と、インバータ14と、モータ15と、制御部16とを含んで構成される。なお、燃料電池システム10は、内燃機関(図示しないエンジン)と回転電機(モータ15)を用いて走行するハイブリッド車両に搭載されている。   FIG. 1 is a diagram showing a fuel cell system 10. The fuel cell system 10 includes a secondary battery 11, a buck-boost converter 12, a fuel cell 13, an inverter 14, a motor 15, and a control unit 16. The fuel cell system 10 is mounted on a hybrid vehicle that travels using an internal combustion engine (an engine not shown) and a rotating electrical machine (a motor 15).

二次電池11は、インバータ14やモータ15といった負荷回路に電力を供給するためのバッテリである。また、二次電池11は、充放電可能な直流電源であって、例えば、炭素物質で構成された負極と、リチウムイオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可逆的に出し入れできる正極活物質とを有するリチウムイオン二次電池を用いることができる。また、二次電池11は、図示しない内部抵抗を有し、さらに、二次電池11には図示しない温度センサが取り付けられている。   The secondary battery 11 is a battery for supplying power to a load circuit such as the inverter 14 and the motor 15. The secondary battery 11 is a DC power source that can be charged and discharged, and includes, for example, a negative electrode made of a carbon material, an electrolytic solution for moving lithium ions, and a positive electrode active that can reversibly take in and out lithium ions. A lithium ion secondary battery having a substance can be used. The secondary battery 11 has an internal resistance (not shown), and a temperature sensor (not shown) is attached to the secondary battery 11.

昇降圧コンバータ12は、図示しないコイル、トランジスタ、コンデンサを用いて構成される。また、昇降圧コンバータ12は、二次電池11から受け取る直流電圧についてコイル等を用いて昇圧する機能を有する。具体的には、昇降圧コンバータ12は、トランジスタのスイッチング動作に応じて流れる電流をコイルに電磁エネルギとして蓄積し、さらに、その電磁エネルギをコンデンサに電荷を蓄積することで昇圧を行う。   The step-up / down converter 12 is configured using a coil, a transistor, and a capacitor (not shown). The buck-boost converter 12 has a function of boosting the DC voltage received from the secondary battery 11 using a coil or the like. Specifically, the step-up / step-down converter 12 stores a current flowing according to the switching operation of the transistor as electromagnetic energy, and further boosts the electromagnetic energy by storing electric charge in a capacitor.

また、昇降圧コンバータ12は、モータ15から受ける直流電圧、あるいは燃料電池13から受ける直流電圧を降圧し、二次電池11を充電する。   Further, the step-up / down converter 12 steps down the DC voltage received from the motor 15 or the DC voltage received from the fuel cell 13 and charges the secondary battery 11.

燃料電池13は、インバータ14とモータ15を含む負荷回路に並列に接続され、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生させる燃料電池である。また、燃料電池13は、図示しない空気供給装置及び水素供給装置のそれぞれから空気及び水素の供給を受けて電力を発生し、発生した電力をインバータ14とモータ15とを含んだ負荷回路に供給する。そして、燃料電池13の電解質の両端には、白金触媒を介して、それぞれ水素側電極と酸素側電極が設けられている。ここで、燃料電池13としては、固体高分子電解質型の燃料電池が望ましい。固体高分子電解質型の燃料電池は、常温で起動できるために起動時間が短く、常温で高い電流密度が得られるといったメリットがある。また、固体高分子電解質型の燃料電池は、低負荷運転が可能で、さらに小型軽量化が可能といったメリットがあり、ハイブリッド車両搭載用の燃料電池として優れた特性を備えている。なお、燃料電池13は、固定高分子電解質型燃料電池に限らず、アルカリ性電解質型燃料電池、酸性電解質型燃料電池、溶融塩電解質型燃料電池、固体電解質型燃料電池、リン酸型燃料電池なども利用することができる。   The fuel cell 13 is a fuel cell that is connected in parallel to a load circuit including an inverter 14 and a motor 15 and generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Further, the fuel cell 13 generates power by receiving supply of air and hydrogen from an air supply device and a hydrogen supply device (not shown), and supplies the generated power to a load circuit including the inverter 14 and the motor 15. . And the hydrogen side electrode and the oxygen side electrode are each provided in the both ends of the electrolyte of the fuel cell 13 via the platinum catalyst. Here, the fuel cell 13 is preferably a solid polymer electrolyte fuel cell. A solid polymer electrolyte type fuel cell has advantages that it can be started at room temperature and therefore has a short start-up time and a high current density at room temperature. In addition, the solid polymer electrolyte type fuel cell has the advantages that it can be operated at a low load and can be reduced in size and weight, and has excellent characteristics as a fuel cell for a hybrid vehicle. The fuel cell 13 is not limited to a fixed polymer electrolyte fuel cell, but may be an alkaline electrolyte fuel cell, an acidic electrolyte fuel cell, a molten salt electrolyte fuel cell, a solid electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, or the like. Can be used.

ここで、燃料電池13は、二次電池11から放電された電荷を蓄積する静電容量成分を有している。燃料電池13は、例えば、水素側電極と電解質との間により形成される静電容量成分(換言すれば、キャパシタ成分)、あるいは、電解質と酸素側電極との間により形成される静電容量成分(換言すれば、キャパシタ成分)、あるいは、白金触媒が酸化あるいは還元する際に電荷を取り入れたり放出したりする静電容量成分(換言すれば、キャパシタ成分)を有している。   Here, the fuel cell 13 has a capacitance component that accumulates the electric charge discharged from the secondary battery 11. The fuel cell 13 includes, for example, a capacitance component formed between the hydrogen side electrode and the electrolyte (in other words, a capacitor component) or a capacitance component formed between the electrolyte and the oxygen side electrode. (In other words, a capacitor component) or a capacitance component (in other words, a capacitor component) that takes in and releases charges when the platinum catalyst is oxidized or reduced.

インバータ14は、ハイブリッド車両の力行時には昇降圧コンバータ12からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ15に供給し、これによりモータ15が回転駆動される。また、インバータ14は、ハイブリッド車両の回生時にはモータ15で発電された交流電圧を直流電圧に変換して二次電池11に供給し、これにより二次電池11が充電される。   The inverter 14 converts the DC voltage from the step-up / down converter 12 into an AC voltage and supplies it to the motor 15 during powering of the hybrid vehicle, whereby the motor 15 is rotationally driven. Further, the inverter 14 converts the AC voltage generated by the motor 15 into a DC voltage during regeneration of the hybrid vehicle and supplies the DC voltage to the secondary battery 11, whereby the secondary battery 11 is charged.

モータ15は、ハイブリッド車両の力行時には、回転駆動して駆動力を出力する電動機として機能し、ハイブリッド車両の回生時には、回転駆動されて発電される発電機として機能する回転電機である。   The motor 15 is a rotating electrical machine that functions as an electric motor that rotates and outputs a driving force when the hybrid vehicle is powered, and functions as a generator that is driven to rotate and generate electric power when the hybrid vehicle is regenerated.

図2は、制御部16の各要素を示す図である。制御部16は、燃料電池システム10全体を制御する制御装置である。制御部16は、記憶部108と、温度判断処理部I/F110と、スイッチング制御処理部I/F112と、CPU100とを含んで構成される。各要素は、内部バスを通じて相互に接続される。かかる制御部16は、燃料電池システム10に適したコンピュータを用いることができる。   FIG. 2 is a diagram illustrating each element of the control unit 16. The control unit 16 is a control device that controls the entire fuel cell system 10. The control unit 16 includes a storage unit 108, a temperature determination processing unit I / F 110, a switching control processing unit I / F 112, and a CPU 100. Each element is connected to each other through an internal bus. The control unit 16 can use a computer suitable for the fuel cell system 10.

温度判断処理部I/F110は、二次電池11の温度センサと接続されるインターフェース回路である。スイッチング制御処理部I/F112は、昇降圧コンバータ12およびインバータ14と接続されるインターフェース回路である。   The temperature determination processing unit I / F 110 is an interface circuit connected to the temperature sensor of the secondary battery 11. The switching control processing unit I / F 112 is an interface circuit connected to the buck-boost converter 12 and the inverter 14.

CPU100は、温度判断処理部102と、デューティー比決定処理部104と、スイッチング制御処理部106とを含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には記憶部108に記憶された二次電池昇温プログラムを実行することにより実現できる。また、これらの各機能の一部をハードウェアとして実現するものとしてもよい。   The CPU 100 includes a temperature determination processing unit 102, a duty ratio determination processing unit 104, and a switching control processing unit 106. Each of these functions can be realized by executing software, specifically, by executing a secondary battery temperature increase program stored in the storage unit 108. Further, some of these functions may be realized as hardware.

温度判断処理部102は、二次電池11の温度センサによって検出された二次電池11の温度情報を温度判断処理部I/F110を介して取得し、二次電池11の温度が閾値温度以下であるか否かを判断する機能を有する。   The temperature determination processing unit 102 acquires the temperature information of the secondary battery 11 detected by the temperature sensor of the secondary battery 11 via the temperature determination processing unit I / F 110, and the temperature of the secondary battery 11 is equal to or lower than the threshold temperature. It has a function of determining whether or not there is.

デューティー比決定処理部104は、温度判断処理部102によって二次電池11の温度が閾値温度以下であると判断された場合には、二次電池11の温度に応じて、昇降圧コンバータ12のトランジスタのスイッチング動作をさせる際のデューティー比を決定する機能を有する。   When the temperature determination processing unit 102 determines that the temperature of the secondary battery 11 is equal to or lower than the threshold temperature, the duty ratio determination processing unit 104 determines the transistor of the buck-boost converter 12 according to the temperature of the secondary battery 11. Has a function of determining the duty ratio when performing the switching operation.

スイッチング制御処理部106は、デューティー比決定処理部104によって決定されたデューティー比に基づいて、昇降圧コンバータ12のトランジスタをスイッチングさせる機能を有する。また、スイッチング制御処理部106は、温度判断処理部102によって二次電池11の温度が閾値温度以下であると判断された場合に、インバータ14のスイッチング動作を停止するための制御を行う機能を有する。   The switching control processing unit 106 has a function of switching the transistors of the buck-boost converter 12 based on the duty ratio determined by the duty ratio determination processing unit 104. The switching control processing unit 106 has a function of performing control for stopping the switching operation of the inverter 14 when the temperature determination processing unit 102 determines that the temperature of the secondary battery 11 is equal to or lower than the threshold temperature. .

続いて、上記構成の燃料電池システム10の動作について図1〜図4を参照して説明する。図3は、燃料電池システム10において、二次電池11を昇温させるための手順を示すフローチャートである。図4は、燃料電池システム10において、二次電池11を昇温させる場合の燃料電池13の出力電圧と二次電池11に流れる電流値との関係を示す図である。まず、制御部16において記憶部108に記憶された二次電池昇温プログラムを実行する。   Next, the operation of the fuel cell system 10 having the above configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for raising the temperature of the secondary battery 11 in the fuel cell system 10. FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the output voltage of the fuel cell 13 and the current value flowing through the secondary battery 11 when the temperature of the secondary battery 11 is raised in the fuel cell system 10. First, the secondary battery temperature increase program stored in the storage unit 108 is executed in the control unit 16.

二次電池11の温度が閾値より小さいか否かを判断する(S10)。具体的には、制御部16は、二次電池11の温度センサによって検出された二次電池11の温度を温度判断処理部I/F110を介して取得し、二次電池11の温度が予め定められた閾値温度よりも小さいか否かを判断する。この工程は、CPU100の温度判断処理部102の機能によって実行される。二次電池11の温度が閾値温度よりも大きいと判断されたときは、リターン処理へと進む。   It is determined whether or not the temperature of the secondary battery 11 is lower than a threshold value (S10). Specifically, the control unit 16 acquires the temperature of the secondary battery 11 detected by the temperature sensor of the secondary battery 11 via the temperature determination processing unit I / F 110, and the temperature of the secondary battery 11 is determined in advance. It is determined whether the temperature is lower than the given threshold temperature. This process is executed by the function of the temperature determination processing unit 102 of the CPU 100. When it is determined that the temperature of the secondary battery 11 is higher than the threshold temperature, the process proceeds to return processing.

二次電池11の温度が閾値温度よりも小さいと判断されたときは、昇降圧コンバータ12のデューティー比を決定する(S12)。具体的には、二次電池11の温度に応じ、昇降圧コンバータ12のトランジスタをスイッチング動作させる際のデューティー比を算出して決定する。この工程は、CPU100のデューティー比決定処理部104の機能によって実行される。   When it is determined that the temperature of the secondary battery 11 is lower than the threshold temperature, the duty ratio of the buck-boost converter 12 is determined (S12). Specifically, according to the temperature of the secondary battery 11, the duty ratio for switching the transistor of the buck-boost converter 12 is calculated and determined. This step is executed by the function of the duty ratio determination processing unit 104 of the CPU 100.

S12の後は、予め定められた回数分だけスイッチング制御を行う(S14)。具体的には、S12の工程において決定されたデューティー比で昇降圧コンバータ12のトランジスタをスイッチング動作させる。これにより図4(a)に示されるように昇降圧コンバータ12の出力電圧(換言すれば、燃料電池13の出力電圧)を予め定められた回数分だけ上下させることができる。この工程は、CPU100のスイッチング制御処理部106の機能によって実行される。S14の後は、再びS10へと戻る。   After S12, switching control is performed for a predetermined number of times (S14). Specifically, the transistor of the buck-boost converter 12 is switched at the duty ratio determined in the step S12. As a result, as shown in FIG. 4A, the output voltage of the buck-boost converter 12 (in other words, the output voltage of the fuel cell 13) can be raised or lowered by a predetermined number of times. This process is executed by the function of the switching control processing unit 106 of the CPU 100. After S14, the process returns to S10 again.

このように、燃料電池システム10の構成によれば、二次電池11の温度が閾値温度よりも小さくなった場合には、図4(a)に示されるように昇降圧コンバータ12の出力電圧を上下させることができる。このとき、二次電池11に流れる電流値は、図4(b)に示されるように、時間t0から時間t1の間は、マイナス値となり、時間t1から時間t2の間は、プラス値となり、時間t2から時間t3の間は、マイナス値となり、時間t3から時間t4の間は、プラス値と繰り返される。ここで、二次電池11の電流値がマイナス値を示すときは、二次電池11から放電された電荷が燃料電池13の静電容量成分に充電され、二次電池11の電流値がプラス値を示すときは、燃料電池13の静電容量成分から放電された電荷が二次電池11に充電され、つまり二次電池11と燃料電池13との間で充放電が繰り返される。これにより、二次電池11の内部抵抗によって放熱されるため、二次電池11の温度を上昇させることができる。 Thus, according to the configuration of the fuel cell system 10, when the temperature of the secondary battery 11 becomes lower than the threshold temperature, the output voltage of the buck-boost converter 12 is set as shown in FIG. Can be moved up and down. At this time, as shown in FIG. 4B, the value of the current flowing through the secondary battery 11 is a negative value from time t 0 to time t 1 and from time t 1 to time t 2 . It becomes a positive value, becomes a negative value from time t 2 to time t 3 , and is repeated as a positive value from time t 3 to time t 4 . Here, when the current value of the secondary battery 11 shows a negative value, the electric charge discharged from the secondary battery 11 is charged to the electrostatic capacity component of the fuel cell 13, and the current value of the secondary battery 11 becomes a positive value. Is charged in the secondary battery 11, that is, charging / discharging is repeated between the secondary battery 11 and the fuel cell 13. Thereby, since heat is radiated by the internal resistance of the secondary battery 11, the temperature of the secondary battery 11 can be raised.

10 燃料電池システム、11 二次電池、12 昇降圧コンバータ、13 燃料電池、14 インバータ、15 モータ、16 制御部、100 CPU、102 温度判断処理部、104 デューティー比決定処理部、106 スイッチング制御処理部、108 記憶部、110 温度判断処理部I/F、112 スイッチング制御処理部I/F。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system, 11 Secondary battery, 12 Buck-boost converter, 13 Fuel cell, 14 Inverter, 15 Motor, 16 Control part, 100 CPU, 102 Temperature judgment processing part, 104 Duty ratio determination processing part, 106 Switching control processing part , 108 Storage unit, 110 Temperature determination processing unit I / F, 112 Switching control processing unit I / F.

Claims (2)

内部抵抗を有する二次電池と、
二次電池と負荷回路との間に接続される昇降圧コンバータと、
負荷回路に並列に接続される燃料電池と、
昇降圧コンバータの作動を制御する制御部と、
を備え、
制御部は、昇降圧コンバータの出力電圧を上下させて、燃料電池と二次電池との間で充放電を繰り返させる充放電手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
A secondary battery having an internal resistance;
A buck-boost converter connected between the secondary battery and the load circuit;
A fuel cell connected in parallel to the load circuit;
A control unit for controlling the operation of the buck-boost converter;
With
The control unit includes a charging / discharging unit that increases / decreases the output voltage of the step-up / down converter and repeats charging / discharging between the fuel cell and the secondary battery.
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
充放電手段は、
昇降圧コンバータの出力電圧を上げることで二次電池から放電された電荷を燃料電池のキャパシタ成分に充電させ、
昇降圧コンバータの出力電圧を下げることで燃料電池のキャパシタ成分から放電された電荷を二次電池に充電させる工程を繰り返すことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
Charging / discharging means
By increasing the output voltage of the buck-boost converter, the electric charge discharged from the secondary battery is charged to the capacitor component of the fuel cell,
A fuel cell system characterized by repeating a step of charging a secondary battery with electric charges discharged from a capacitor component of the fuel cell by lowering an output voltage of the buck-boost converter.
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