JP2011171010A - Fuel battery system and method for controlling fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell control method.
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。 A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of the environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system.
一方、家庭用電源を用いて、車両の蓄電装置を充電するシステムが開発されている。この蓄電装置への電力供給手段として、燃料電池を用いる試みがなされている。例えば、特許文献1は、定置型の燃料電池が発生する電力を利用して車両の蓄電装置を充電する技術を開示している。
On the other hand, a system for charging a power storage device of a vehicle using a household power source has been developed. Attempts have been made to use a fuel cell as means for supplying power to the power storage device. For example,
しかしながら、特許文献1の技術では、燃料電池の過剰な発電電力の成り行きで蓄電装置を充電しているため、蓄電装置を十分に充電できない場合がある。また、燃料電池の発電効率が高い状態で蓄電装置を充電できるとは限らない。
However, in the technique of
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電効率が高い状態で蓄電装置を充電可能な燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell control method capable of charging a power storage device in a state where the power generation efficiency of the fuel cell is high.
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池による蓄電装置に対する充電履歴を記憶する記憶部と、蓄電装置の充電要求電力量と充電履歴とに基づいて、蓄電装置に対する充電時の燃料電池の運転条件を決定する運転条件決定部と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の発電効率が高い状態で蓄電装置を充電することができる。 The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a storage unit that stores a charging history of the power storage device by the fuel cell, and a fuel at the time of charging the power storage device based on a required charge amount and a charging history of the power storage device. And an operating condition determining unit that determines operating conditions of the battery. According to the fuel cell system of the present invention, the power storage device can be charged in a state where the power generation efficiency of the fuel cell is high.
充電履歴は、燃料電池のユーザが蓄電装置の充電に許容する充電可能時間の学習値を含んでいてもよい。充電可能時間とは、蓄電装置の充電プラグオンから充電プラグオフまでの時間であってもよい。運転条件決定部は、蓄電装置の充電要求電力量と充電可能時間の学習値とに基づいて、蓄電装置への目標充電電力を決定してもよい。目標充電電力は、蓄電装置の充電要求電力量を充電可能時間の学習値で除することによって得られる電力であってもよい。目標充電電力は、蓄電装置の充電要求電力量を充電可能時間の学習値で除することによって得られる電力と補正値との積であってもよい。 The charge history may include a learning value of a chargeable time allowed for the user of the fuel cell to charge the power storage device. The chargeable time may be a time from charging plug-on to charging plug-off of the power storage device. The operating condition determination unit may determine the target charging power for the power storage device based on the charge required power amount of the power storage device and the learned value of the chargeable time. The target charging power may be power obtained by dividing the charging required power amount of the power storage device by the learning value of the chargeable time. The target charging power may be a product of a correction value and the power obtained by dividing the amount of power required for charging the power storage device by the learning value of the chargeable time.
運転条件決定部は、目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和が燃料電池の定格出力以上の場合、燃料電池の発電電力を定格出力としてもよい。運転条件決定部は、目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和が燃料電池の定格出力未満である場合に、燃料電池の発電電力を、目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和に設定してもよい。運転条件決定部は、目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和が燃料電池に設定された最少発電電力未満である場合に、燃料電池の発電電力を、最小発電電力に設定してもよい。 The operating condition determining unit may use the generated power of the fuel cell as the rated output when the sum of the target charging power and the required power of the electric load other than the power storage device is equal to or higher than the rated output of the fuel cell. When the sum of the target charging power and the required power of the electric load other than the power storage device is less than the rated output of the fuel cell, the operating condition determination unit determines the generated power of the fuel cell as the electric power other than the target charging power and the power storage device. You may set to the sum with the request | requirement electric power of load. The operating condition determination unit sets the generated power of the fuel cell to the minimum generated power when the sum of the target charging power and the required power of the electrical load other than the power storage device is less than the minimum generated power set for the fuel cell. May be.
充電履歴は、充電可能時間において蓄電装置以外の電気負荷から燃料電池に要求される要求電力量を含み、最小発電電力は、目標充電電力と、要求電力量の学習値を充電可能時間の学習値で除することによって得られる電力との和であってもよい。目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和が燃料電池の定格発電電力以上の場合に、系統電源から蓄電装置および/または蓄電装置以外の電力負荷に電力供給する系統連携装置を備えていてもよい。蓄電装置は、車両駆動電源として車両に搭載された蓄電装置であってもよい。 The charge history includes the required power amount required for the fuel cell from the electrical load other than the power storage device in the chargeable time, and the minimum generated power is the target charge power and the learned value of the required power amount as the learned value of the chargeable time. It may be the sum of the power obtained by dividing by. A grid linkage device that supplies power from a grid power source to a power storage device and / or a power load other than the power storage device when the sum of the target charging power and the required power of the electric load other than the power storage device is equal to or greater than the rated power generation of the fuel cell You may have. The power storage device may be a power storage device mounted on a vehicle as a vehicle driving power source.
本発明に係る燃料電池の制御方法は、燃料電池による蓄電装置に対する充電履歴を記憶する記憶ステップと、蓄電装置の充電要求電力量と充電履歴とに基づいて、蓄電装置に対する充電時の燃料電池の運転条件を決定する運転条件決定ステップと、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池の制御方法によれば、燃料電池の発電効率が高い状態で蓄電装置を充電することができる。 A fuel cell control method according to the present invention includes a storage step of storing a charging history of a power storage device by a fuel cell, a charging required power amount of the power storage device, and a charging history. An operation condition determining step for determining an operation condition. According to the fuel cell control method of the present invention, the power storage device can be charged in a state where the power generation efficiency of the fuel cell is high.
充電履歴は、燃料電池のユーザが蓄電装置の充電に許容する充電可能時間の学習値を含んでいてもよい。充電可能時間とは、蓄電装置の充電プラグオンから充電プラグオフまでの時間であってもよい。運転条件決定ステップにおいて、蓄電装置の充電要求電力量と充電可能時間の学習値とに基づいて、蓄電装置への目標充電電力を決定してもよい。目標充電電力は、蓄電装置の充電要求電力量を充電可能時間の学習値で除することによって得られる電力であってもよい。目標充電電力は、蓄電装置の充電要求電力量を充電可能時間の学習値で除することによって得られる電力と補正値との積であってもよい。 The charge history may include a learning value of a chargeable time allowed for the user of the fuel cell to charge the power storage device. The chargeable time may be a time from charging plug-on to charging plug-off of the power storage device. In the operating condition determination step, the target charging power for the power storage device may be determined based on the charge required power amount of the power storage device and the learned value of the chargeable time. The target charging power may be power obtained by dividing the charging required power amount of the power storage device by the learning value of the chargeable time. The target charging power may be a product of a correction value and the power obtained by dividing the amount of power required for charging the power storage device by the learning value of the chargeable time.
運転条件決定ステップにおいて、目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和が燃料電池の定格出力以上の場合、燃料電池の発電電力を定格出力としてもよい。運転条件決定ステップにおいて、目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和が燃料電池の定格出力未満である場合に、燃料電池の発電電力を、目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和に設定してもよい。運転条件決定ステップにおいて、目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和が燃料電池に設定された最少発電電力未満である場合に、燃料電池の発電電力を、最小発電電力に設定してもよい。 In the operation condition determination step, when the sum of the target charging power and the required power of the electric load other than the power storage device is equal to or higher than the rated output of the fuel cell, the generated power of the fuel cell may be set as the rated output. In the operating condition determination step, when the sum of the target charging power and the required power of the electric load other than the power storage device is less than the rated output of the fuel cell, the generated power of the fuel cell is converted into the electric power other than the target charging power and the power storage device. You may set to the sum with the request | requirement electric power of load. In the operating condition determination step, when the sum of the target charging power and the required power of the electrical load other than the power storage device is less than the minimum generated power set for the fuel cell, the generated power of the fuel cell is set to the minimum generated power May be.
充電履歴は、充電可能時間において蓄電装置以外の電気負荷から燃料電池に要求される要求電力量を含み、最小発電電力は、目標充電電力と、要求電力量の学習値を充電可能時間の学習値で除することによって得られる電力との和であってもよい。目標充電電力と蓄電装置以外の電気負荷の要求電力との和が燃料電池の定格発電電力以上の場合に、系統電源から蓄電装置および/または蓄電装置以外の電力負荷に電力供給する系統連携ステップを含んでいてもよい。蓄電装置は、車両駆動電源として車両に搭載された蓄電装置であってもよい。 The charge history includes the required power amount required for the fuel cell from the electrical load other than the power storage device in the chargeable time, and the minimum generated power is the target charge power and the learned value of the required power amount as the learned value of the chargeable time. It may be the sum of the power obtained by dividing by. When the sum of the target charging power and the required power of the electrical load other than the power storage device is equal to or greater than the rated power generation power of the fuel cell, the system linkage step of supplying power from the power supply to the power storage device and / or a power load other than the power storage device May be included. The power storage device may be a power storage device mounted on a vehicle as a vehicle driving power source.
本発明によれば、燃料電池の発電効率が高い状態で蓄電装置を十分に充電可能な燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can fully charge an electrical storage apparatus in the state with the high electric power generation efficiency of a fuel cell, and the control method of a fuel cell can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
図1は、実施例1に係る燃料電池システム100を含む充電システムの全体構成を示すブロック図である。図1に示すように、燃料電池システム100は、系統連携装置110、燃料電池装置120、および充電装置130を備える。燃料電池装置120は、制御部10、燃料電池70等を備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a charging system including a
系統連携装置110は、燃料電池70と一般電気負荷200と系統電源との間の電気的接続および切断を切り替える装置である。系統電源は、各家庭に供給される家庭用電源等であり、店舗、工場等に供給される業務用電源等であってもよい。一般電気負荷200は、各家庭、店舗、工場等における後述する蓄電装置330以外の電気負荷である。充電装置130は、充電プラグ400を介した燃料電池70と車両300との間の電気的接続および切断を切り替える装置である。
The
車両300は、車両駆動電源として蓄電装置を搭載する自動車等であり、プラグ差込口310、通信装置320、蓄電装置330、蓄電残量センサ340等を備えている。プラグ差込口310は、充電プラグ400を差し込むための差込口であり、通信装置320を介して蓄電装置330と電気的に接続されている。蓄電残量センサ340は、蓄電装置330の蓄電残量率を検出するセンサである。
The
以下の説明では、充電プラグ400がプラグ差込口310に差し込まれた(充電プラグ400がオンされた)状態をオン状態であるとし、充電プラグ400がプラグ差込口310から取り外された(充電プラグ400がオフされた)状態をオフ状態であるとする。
In the following description, it is assumed that the state in which the charging
図1を参照しつつ、燃料電池システム100の動作の概要を説明する。制御部10は、一般電気負荷200の要求電力を系統連携装置110を介して取得する。次に、制御部10は、燃料電池70から一般電気負荷200に、上記要求電力に相当する電力が供給されるように、燃料電池70の運転条件を決定する。充電プラグ400がオン状態の場合には、蓄電残量センサ340の検出結果が通信装置320から充電プラグ400を介して制御部10に送信される。それにより、制御部10は、蓄電装置330の充電要求電力量を取得する。充電要求電力量とは、例えば、蓄電装置330の最大容量から現状の充電量を差し引いた電力量、車両300のユーザが設定した充電量等である。
An outline of the operation of the
制御部10は、蓄電装置330の充電要求電力量に基づいて、燃料電池装置120から車両300の蓄電装置330に電力が供給されるように、充電装置130を制御する。一般電気負荷200が要求する電力および/または蓄電装置330への充電電力が大きい場合には、制御部10は、燃料電池70および系統電源から一般電気負荷200および/または蓄電装置330に電力が供給されるように、系統連携装置110を制御する。
図2は、燃料電池装置120の全体構成を示すブロック図である。図2に示すように、燃料電池装置120は、制御部10、原燃料供給部20、改質水供給部30、酸化剤ガス供給部40、改質器50、燃焼室60、燃料電池70、および熱交換器80を備える。
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the
制御部10は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等から構成され、CPU11、タイマ12、記憶部13等を含む。タイマ12は、時刻および時刻に関する情報をCPU11に与える。記憶部13は、CPU11が演算に用いる変数、学習値等を記憶する。なお、タイマ12は、CPU11が所定のプログラムを実行することによって実現された機能であってもよい。
The
原燃料供給部20は、炭化水素等の原燃料を改質器50に供給するための燃料ポンプ等を含む。改質水供給部30は、改質器50における水蒸気改質反応に必要な改質水を貯蔵する改質水タンク31、改質水タンク31に貯蔵された改質水を改質器50に供給するための改質水ポンプ32等を含む。酸化剤ガス供給部40は、燃料電池70のカソード71にエア等の酸化剤ガスを供給するためのエアポンプ等を含む。改質器50は、改質水を気化させるための気化部51、および、水蒸気改質反応によって燃料ガスを生成するための改質部52を含む。燃料電池70は、カソード71とアノード72とによって電解質73が挟持された構造を有する。
The raw
図3は、燃料電池70の断面を含む部分斜視図である。図3に示すように、燃料電池70は、平板柱状の全体形状を有する。ガス透過性を有する導電性支持体21の内部に、軸方向(長手方向)に沿って貫通する複数の燃料ガス通路22が形成されている。導電性支持体21の外周面における一方の平面上に、燃料極23、固体電解質24、および酸素極25がこの順に積層されている。酸素極25に対向する他方の平面上には、接合層26を介してインターコネクタ27が設けられ、その上に接触抵抗低減用のP型半導体層28が設けられている。燃料極23が図2のアノード72として機能し、酸素極25が図2のカソード71として機能し、固体電解質24が図2の電解質73として機能する。なお、燃料電池70は、図3に示す単セルが複数積層されたスタック構造を有していてもよい。
FIG. 3 is a partial perspective view including a cross section of the
燃料ガス通路22に水素を含む改質ガスが供給されることによって、燃料極23に水素が供給される。一方、燃料電池70の周囲に酸素を含む酸化剤ガスが供給されることによって、酸素極25に酸素が供給される。それにより、酸素極25及び燃料極23において下記の電極反応が生じることによって発電が行われる。発電反応は、例えば、600℃〜1000℃で行われる。
酸素極:1/2O2+2e−→O2−(固体電解質)
燃料極:O2−(固体電解質)+H2→H2O+2e−
By supplying the reformed gas containing hydrogen to the
Oxygen electrode: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (solid electrolyte)
Fuel electrode: O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e −
酸素極25の材料は、耐酸化性を有し、気体の酸素が固体電解質24との界面に到達できるように多孔質である。固体電解質24は、酸素極25から燃料極23へ酸素イオンO2−を移動させる機能を有する。固体電解質24は、酸素イオン導電性酸化物によって構成される。また、固体電解質24は、燃料ガスと酸化剤ガスとを物理的に隔離するため、酸化/還元雰囲気中において安定でありかつ緻密質である。燃料極23は、還元雰囲気中で安定でありかつ水素との親和性を有する材料によって構成される。インターコネクタ27は、燃料電池70同士を電気的に直列に接続するために設けられており、燃料ガスと酸化剤ガスとを物理的に隔離するために緻密質である。
The material of the
例えば、酸素極25は、電子およびイオンの双方の導電性が高いランタンコバルタイト系のペロブスカイト型複合酸化物等から形成される。固体電解質24は、イオン導電性の高いY2O3を含有するZrO2(YSZ)等によって形成される。燃料極23は、電子導電性の高いNiとY2O3を含有するZrO2(YSZ)との混合物等によって形成される。インターコネクタ27は、電子導電性の高い、アルカリ土類酸化物を固溶したLaCrO3等によって形成される。これらの材料は、熱膨張率が近いものが好適である。
For example, the
続いて、図2を参照しつつ、燃料電池装置120の発電時の動作の概要を説明する。原燃料供給部20は、制御部10の指示に従って必要量の原燃料ガスを改質器50に供給する。改質水ポンプ32は、制御部10の指示に従って必要量の改質水を改質器50に供給する。改質器50において生成された燃料ガスは、燃料電池70のアノード72に供給される。
Next, an outline of the operation of the
酸化剤ガス供給部40は、制御部10の指示に従って必要量の酸化剤ガスを燃料電池70のカソード71に供給する。それにより、燃料電池70において発電が行われる。カソード71から排出された酸化剤オフガスおよびアノード72から排出された燃料オフガスは、燃焼室60に流入する。燃焼室60においては、燃料オフガスが酸化剤オフガス中の酸素によって燃焼する。燃焼によって得られた熱は、改質器50および燃料電池70に与えられる。このように、燃料電池装置120においては、燃料オフガス中に含まれる水素、一酸化炭素等の可燃成分を燃焼室60において燃焼させることができる。熱交換器80は、燃焼室60から排出された排気ガスと熱交換器80内を流れる水道水との間で熱交換する。熱交換によって排気ガスから得られた凝縮水は、改質水タンク31に貯蔵される。
The oxidant
ここで、燃料電池70の発電効率について説明する。図4は、燃料電池70の負荷と発電効率との関係を示す図である。図4において、横軸は燃料電池70の負荷を示し、縦軸は燃料電池70の発電効率を示す。図4に示すように、燃料電池70は、定格負荷から所定の負荷(例えば定格負荷の半分程度)までは高い発電効率を維持する。しかしながら、上記所定の負荷以下になると、発電効率が急激に低下する。したがって、発電効率の観点からすれば、燃料電池70は、高負荷運転を維持することが好ましい。
Here, the power generation efficiency of the
ここで、燃料電池70から系統電源への逆潮流が禁止されている場合においては、燃料電池70に電力需要を上回る発電をさせることができない。したがって、燃料電池70に要求される電力が小さい場合には、燃料電池70は、低い発電効率で発電せざるを得なくなる。
Here, in the case where reverse power flow from the
図5は、家庭内の一般電気負荷200の要求電力の推移の一例を示す図である。図5において、横軸は時刻を示し、縦軸は要求電力を示す。図5に示すように、例えば、要求電力は、夕刻以降のしばらくの間に大きくなり、深夜から翌朝にかけて小さくなり、起床時刻あたりで大きくなる。このように、要求電力は一定ではなく、時刻の変化とともに変化する。燃料電池装置120は、一般電気負荷200の要求電力に追従するように燃料電池70に発電させる。したがって、一般電気負荷200の要求電力の推移に応じて、燃料電池70の発電効率も変化する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the transition of the required power of the general
図6は、一般電気負荷200の要求電力と燃料電池70の定格出力(定格発電電力)との関係を示す図である。図6において、横軸は時刻を示し、縦軸は一般電気負荷200の要求電力を示す。図6に示すように、一般電気負荷200の要求電力が一時的に燃料電池70の定格出力を上回る場合がある。この場合、一般電気負荷200に供給される電力が不足する。そこで、制御部10は、系統電源から一般電気負荷200に電力が供給されるように系統連携装置110を制御する。それにより、一般電気負荷200における電力不足が抑制される。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the required power of the general
続いて、燃料電池70の発電電力を利用して車両300の蓄電装置330を充電する場合について説明する。図7(a)〜図7(c)は、比較例として、蓄電装置330に対する充電履歴を考慮せずに蓄電装置330を充電する場合について説明する図である。図7(a)の縦軸は、燃料電池70の発電効率を示す。図7(b)の縦軸は、一般電気負荷200の要求電力および燃料電池70の発電電力を示す。図7(c)縦軸は、蓄電装置330の充電量を示す。図7(a)〜図7(c)の横軸は、時刻を示す。
Next, a case where the
図7(b)に示すように、燃料電池70の発電電力は、一般電気負荷200の要求電力に応じて変化するため、時刻とともに変化する。燃料電池70は、一般電気負荷200の要求電力に追従するように発電する。一般電気負荷200が比較的大きい時間帯において充電プラグ400がオン状態になると、一般電気負荷200の要求電力と蓄電装置330の要求電力との和が燃料電池70の定格出力を上回る。それにより、燃料電池70は定格運転を行う。それにより、燃料電池70は高い発電効率で発電を行う。しかしながら、蓄電装置330の充電が完了すると燃料電池70に要求される電力は一般電気負荷200の要求電力だけになるので、燃料電池70の発電電力は低下し、それに伴って燃料電池70の発電効率が低下する。
As shown in FIG. 7B, the generated power of the
このように、図7(a)〜図7(c)の制御では、充電プラグ400のオン状態が継続される期間が予測されていないため、充電プラグ400のオン状態の最初の期間に集中して蓄電装置330が充電される。この場合、蓄電装置330の充電が完了した後に一般電気負荷200の要求電力が低下すれば、燃料電池70の発電効率が非常に低くなってしまう。それにより、燃料電池70が低い発電効率で発電を行う期間が長くなってしまう。
As described above, in the control of FIGS. 7A to 7C, since the period during which the on state of the charging
そこで、本実施例においては、蓄電装置330の充電要求電力量と蓄電装置330への充電履歴とに基づいて、蓄電装置330の充電時の燃料電池70の運転条件を決定する。本実施例においては、制御部10が運転条件決定部として機能する。
Therefore, in the present embodiment, the operating condition of the
充電履歴は、例えば、燃料電池70のユーザが蓄電装置330の充電に許容する充電可能時間の学習値を含む。ユーザが許容する充電可能時間は、例えば、ユーザが充電プラグ400をプラグ差込口310に差し込んでから取り外すまでの期間のことである。すなわち、ユーザが許容する充電可能時間は、ユーザが蓄電装置330に充電完了して欲しいと希望する期間である。例えば、ユーザが車両300を自宅で駐車させておく期間などが該当する。以下、制御部10による具体的な制御について説明する。以下の制御は、例えば制御部10のCPU11が所定のプログラムを実行することによって実現される。
The charge history includes, for example, a learning value of a chargeable time allowed for the user of the
まず、充電プラグ400がオン状態となった場合、制御部10は、燃料電池装置120から蓄電装置330への充電を待機させるように充電装置130を制御する。次に、制御部10は、蓄電残量センサ340の検出結果に基づいて、蓄電装置330の充電要求電力量PHV_reqを取得する。制御部10は、記憶部13から、蓄電装置330の充電可能時間の学習値T_fbを取得する。ここで、充電可能時間の学習値T_fbとは、充電プラグ400がオン状態になった時刻からオフ状態になった時刻までの時間の、過去の履歴に基づく学習値である。次に、制御部10は、記憶部13から、一般電気負荷200の要求電力量の学習値P_eを取得する。ここで、一般電気負荷200の要求電力量の学習値P_eとは、蓄電装置330の充電可能時間内における一般電気負荷200の要求電力量の、過去の履歴に基づく学習値である。
First, when the charging
制御部10は、充電要求電力量PHV_req、学習値T_fbおよび学習値P_eに基づいて、燃料電池70の発電電力P_fcを下記式(1)に従って算出する。なお、式中の「k」は学習結果と現実との差分調整用の補正係数であり、例えば「1.1」程度とすることができる。
P_fc = k×((PHV_req+P_e)/T_fb) (1)
The
P_fc = k × ((PHV_req + P_e) / T_fb) (1)
制御部10は、上記式(1)で求めた発電電力P_fcと燃料電池70の最小発電電力P_fc_lmtとのうち、いずれか大きい方を、燃料電池70の出力として採用する。それにより、燃料電池70の発電効率が過剰に低下することが抑制される。ここで、最小発電電力P_fc_lmtは、燃料電池70が所定の発電効率を維持可能な最小出力のことである。例えば、最小発電電力P_fc_lmtは、燃料電池70の定格発電電力P_fc_max×0.7程度とすることができる。
The
また、制御部10は、上記式(1)で求めた発電電力P_fcと燃料電池70の定格発電電力P_fc_maxとのうち、いずれか小さい方を燃料電池70の出力として採用する。それにより、燃料電池70が過剰に発電することが抑制される。ただし、制御部10は、一般電気負荷200および蓄電装置330の需要電力が発電電力P_fcを上回った場合には、燃料電池70の出力を定格発電電力P_fc_max以下で制御する。
Further, the
図8(a)〜図8(c)は、上記制御に従って蓄電装置330を充電する場合について説明する図である。図8(a)の縦軸は、燃料電池70の発電効率を示す。図8(b)の縦軸は、一般電気負荷200の要求電力および燃料電池70の発電電力を示す。図8(c)縦軸は、蓄電装置330の充電量を示す。図8(a)〜図8(c)の横軸は、時刻を示す。
FIG. 8A to FIG. 8C are diagrams illustrating a case where the
図8(b)に示すように、充電プラグ400がオン状態になっても、燃料電池70は定格運転を行わない。また、図8(c)に示すように、学習値として得た蓄電装置330の充電可能時間に近い時間をかけて蓄電装置330が徐々に充電される。それにより、燃料電池70は、長時間にわたって比較的高い発電効率で発電を継続する。それにより、低い発電効率での発電期間を短くすることができる。以上のことから、蓄電装置330を十分に充電可能であり、燃料電池70の発電効率が高い状態で蓄電装置330を充電することができる。また、図8(b)に示すように、一般電気負荷200の要求電力が大きい場合には、燃料電池70はその要求電力に追従して発電を行う。したがって、電力不足が抑制される。
As shown in FIG. 8B, even when the charging
図9は、上記制御のより詳細なフローチャートを示す図である。図9のフローチャートでは、充電可能時間の学習、および、充電可能時間において一般電気負荷200から要求される要求電力量について表されている。また、蓄電装置330への目標充電電力について表されている。以下、図9のフローチャートに従って、より詳細な制御について説明する。
FIG. 9 is a diagram showing a more detailed flowchart of the control. In the flowchart of FIG. 9, learning of the chargeable time and the required power amount required from the general
まず、CPU11は、充電プラグ400がオン状態からオフ状態になったか否かを判定する(ステップS1)。ステップS1で「Yes」と判定された場合、CPU11は、タイマ12から充電終了時刻T_stpを読み込む(ステップS2)。次に、CPU11は、充電終了時刻T_stpから充電開始時刻T_strを差し引くことによって、充電可能時間T_itvを得る(ステップS3)。なお、充電開始時刻T_strは、後述するステップS11において読み込まれたものである。
First, the
次に、CPU11は、記憶部13に記憶されている充電可能時間の学習値T_fbが充電可能時間T_itvと学習値更新判定時間T_errとの和よりも大きいか否かを判定する(ステップS4)。なお、ステップS4〜ステップS8は、学習値T_fbを実際の充電可能時間T_itvで補正するための処理である。学習値更新判定時間T_errは、例えば1分程度とすることができる。
Next, the
ステップS4において「Yes」と判定された場合、CPU11は、学習値T_fbを更新ゲインdT_fbだけ小さくする(ステップS5)。更新ゲインdT_fbは、例えば1分程度とすることができる。ステップS4において「No」と判定された場合、CPU11は、学習値T_fbが充電可能時間T_itvから学習値更新判定時間T_errを差し引いた値よりも小さいか否かを判定する(ステップS6)。
When it is determined as “Yes” in step S4, the
ステップS6において「No」と判定された場合、CPU11は、フローチャートの実行を終了する。この場合、学習値T_fbは更新されず、現在の値で維持される。ステップS6において「Yes」と判定された場合、CPU11は、学習値T_fbを更新ゲインdT_fbだけ大きくする(ステップS7)。ステップS5またはステップS7が実行された後、CPU11は、学習値T_fbにスリップ率SLPを掛けることによって、最終的な学習値T_fbを得て、記憶部13に記憶させる(ステップS8)。なお、スリップ率SLPとは、更新された学習値T_fbと次回の実際の充電可能時間T_itvとの間に生じる可能性があるスリップ率のことであり、例えば0.9程度である。
When it is determined “No” in step S6, the
以上のステップS4〜S8の実行により、充電可能時間の学習値を得ることができる。なお、充電可能時間の学習値を得る過程は、上記に限られない。例えば、ステップS4,S6において学習値更新判定時間T_errを用いなくてもよい。また、ステップS3で得られた時間を充電可能時間の学習値としてもよい。 By performing the above steps S4 to S8, a learning value of the chargeable time can be obtained. Note that the process of obtaining the learning value of the chargeable time is not limited to the above. For example, the learning value update determination time T_err may not be used in steps S4 and S6. Moreover, it is good also considering the time obtained by step S3 as a learning value of chargeable time.
次に、CPU11は、先回得られた充電可能時間T_itvにおける一般電気負荷200の要求電力量P_eを学習値T_fbで除することによって、充電可能時間における一般電気負荷200の要求電力の学習値P_e_oldを得て、記憶部13に記憶させる(ステップS9)。その後、CPU11は、フローチャートの実行を終了する。
Next, the
ステップS1において「No」と判定された場合、CPU11は、充電プラグ400がオフ状態からオン状態になったか否かを判定する(ステップS10)。ステップS10で「Yes」と判定された場合、CPU11は、タイマ12から充電開始時刻T_strを読み込む(ステップS11)。次に、CPU11は、前回のフローチャート実行時に得られた一般電気負荷200の要求電力の積算値P_eと今回の一般電気負荷200の要求電力P_eとを足し合わせた値を、要求電力量P_eとして得る(ステップS12)このステップS12を繰り返すことによって、充電可能時間T_itvに該当する期間中の一般電気負荷200の要求電力量P_eを得ることができる。ステップS10において「No」と判定された場合、CPUは、ステップS11を実行せずにステップS12を実行する。
When it is determined as “No” in Step S1, the
次に、CPU11は、蓄電残量センサ340から蓄電装置330の蓄電残量率SOCを読み込む(ステップS13)。次に、CPU11は、蓄電装置330の最大容量P_v_maxと蓄電残量率SOCと学習値T_fbとから、下記式(2)に従って単位時間あたりの目標充電電力P_vを得る(ステップS14)。下記式(2)の(P_v_max×(1−SOC))が、蓄電装置330の充電要求電力量に相当する。なお、下記式(2)で得られる結果に補正値(例えば、「0.9」、「1.1」等)をかけて得られる電力を目標充電電力としてもよい。
P_v=(P_v_max×(1−SOC))/T_fb (2)
Next, the
P_v = (P_v_max × (1-SOC)) / T_fb (2)
次に、CPU11は、下記式(3)が成立する場合には燃料電池70の適正発電電力P_fc_setを定格発電電力P_fc_maxに設定し、下記式(4)が成立する場合には適正発電電力P_fc_setを学習値P_e_oldと目標充電電力P_vとの和に設定し、下記式(5)が成立する場合には適正発電電力P_fc_setを燃料電池70の最小適正発電電力P_fc_lmtに設定する(ステップS15)。その後、CPU11は、フローチャートの実行を終了する。なお、最小適正発電電力P_fc_lmtは、定格発電電力P_fc_maxの3割減程度の値とすることができる。
P_fc_max≦P_e_old+P_v (3)
P_fc_max>P_e_old+P_v>P_fc_lmt (4)
P_fc_lmt≦P_e_old+P_v (5)
Next, the
P_fc_max ≦ P_e_old + P_v (3)
P_fc_max> P_e_old + P_v> P_fc_lmt (4)
P_fc_lmt ≦ P_e_old + P_v (5)
CPU11は、図9のフローチャートと並行して図10のフローチャートを実行する。まず、CPU11は、充電プラグ400がオン状態であるか否かを判定する(ステップS21)。ステップS21の実行によって、蓄電装置330への充電が要求されているか否かを判定することができる。ステップS21において「Yes」と判定された場合、CPU11は、蓄電残量センサ340から得られた蓄電残量率SOCが1.0未満であるか否かを判定する(ステップS22)。ステップS22の実行によって、蓄電装置330の充電が完了しているか否かを判定することができる。
The
ステップS22において「Yes」と判定された場合、CPU11は、下記式(6)が成立する場合には燃料電池70の発電電力P_fcを定格発電電力P_fc_maxに設定し、下記式(7)が成立する場合には発電電力P_fcを今回の一般電気負荷200の要求電力P_eと目標充電電力P_vとの和に設定し、下記式(8)が成立する場合には発電電力P_fcを図9のフローチャートで求めた適正発電電力P_fc_setに設定する(ステップS23)。その後、CPU11は、フローチャートの実行を終了する。
P_fc_max≦([今回のP_e]+P_v) (6)
P_fc_max>([今回のP_e]+P_v)>P_fc_set (7)
P_fc_set>([今回のP_e]+P_v) (8)
When it is determined as “Yes” in step S22, the
P_fc_max ≦ ([current P_e] + P_v) (6)
P_fc_max> ([current P_e] + P_v)> P_fc_set (7)
P_fc_set> ([current P_e] + P_v) (8)
図9および図10のフローチャートによれば、蓄電装置330の充電可能時間の学習値を得ることができる。また、充電可能時間において一般電気負荷200から要求される要求電力量を得ることができる。また、蓄電装置330への目標充電電力を得ることができる。得られた目標充電電力に基づいて、燃料電池70の適正発電電力を得ることができる。それにより、蓄電装置330を十分に充電可能であるとともに、燃料電池70の発電効率が高い状態で蓄電装置330を充電することができる。
According to the flowcharts of FIGS. 9 and 10, the learning value of the chargeable time of the
なお、上記実施例は、固体高分子型、固体酸化物型、炭酸溶融塩型等の他のいずれのタイプの燃料電池にも適用可能である。ただし、固体酸化物型燃料電池は、熱自律型の燃料電池であるため、低発電負荷において一定量の熱量供給を必要としている点で、本実施例に係る燃料電池システム100を用いる効果が大きくなる。
The above embodiment can be applied to any other type of fuel cell such as a solid polymer type, a solid oxide type, and a carbonated molten salt type. However, since the solid oxide fuel cell is a thermoautonomous fuel cell, the effect of using the
10 制御部
70 燃料電池
100 燃料電池システム
110 系統連携装置
120 燃料電池装置
130 充電装置
200 一般電気負荷
300 車両
310 プラグ差込口
320 通信装置
330 蓄電装置
340 蓄電残量センサ
400 充電プラグ
DESCRIPTION OF
Claims (24)
前記燃料電池による蓄電装置に対する充電履歴を記憶する記憶部と、
前記蓄電装置の充電要求電力量と前記充電履歴とに基づいて、前記蓄電装置に対する充電時の前記燃料電池の運転条件を決定する運転条件決定部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell;
A storage unit for storing a charging history of the power storage device by the fuel cell;
A fuel cell system comprising: an operation condition determining unit that determines an operation condition of the fuel cell at the time of charging the power storage device based on a required charging power amount of the power storage device and the charging history.
前記最小発電電力は、前記目標充電電力と、前記要求電力量を前記充電可能時間の学習値で除することによって得られる電力との和であることを特徴とする請求項9記載の燃料電池システム。 The charge history includes a required power amount required for the fuel cell from an electric load other than the power storage device in the chargeable time,
10. The fuel cell system according to claim 9, wherein the minimum generated power is a sum of the target charging power and power obtained by dividing the required power amount by a learning value of the chargeable time. .
前記蓄電装置の充電要求電力量と前記充電履歴とに基づいて、前記蓄電装置に対する充電時の前記燃料電池の運転条件を決定する運転条件決定ステップと、を含むことを特徴とする燃料電池の制御方法。 A storage step of storing a charging history of the power storage device by the fuel cell;
A fuel cell control comprising: an operating condition determining step for determining an operating condition of the fuel cell when charging the power storage device based on a required charging power amount of the power storage device and the charging history. Method.
前記最小発電電力は、前記目標充電電力と、前記要求電力量を前記充電可能時間の学習値で除することによって得られる電力との和であることを特徴とする請求項21記載の燃料電池の制御方法。 The charge history includes a required power amount required for the fuel cell from an electric load other than the power storage device in the chargeable time,
The fuel cell according to claim 21, wherein the minimum generated power is a sum of the target charging power and power obtained by dividing the required power amount by a learning value of the chargeable time. Control method.
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