JP2011192594A - 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ものである。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来から、例えば車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池(以下、単位セルという。)を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタック(以下、燃料電池という。)とするものが知られている。このような燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間にアノードガス(燃料ガス)として水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間にカソードガス(酸化剤ガス)として空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。 Conventionally, for example, in a fuel cell mounted on a vehicle, a membrane electrode structure is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides, and a pair of separators are provided on both sides of the membrane electrode structure. A flat unit fuel cell (hereinafter referred to as a unit cell) is arranged to form a fuel cell stack (hereinafter referred to as a fuel cell) by stacking a plurality of unit cells. In such a fuel cell, hydrogen gas is supplied as an anode gas (fuel gas) between the anode electrode and the separator, and air is supplied as a cathode gas (oxidant gas) between the cathode electrode and the separator. As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, causing an electrochemical reaction with oxygen in the air at the cathode electrode, thereby generating power.
また、燃料電池を搭載した車両においては、燃料電池で発電された電力を蓄電可能な12Vバッテリが併設されている。この12Vバッテリに蓄電された電力は、車内の空調装置やカーナビゲーションシステムなどを駆動させるために用いられる。 In addition, in a vehicle equipped with a fuel cell, a 12V battery capable of storing electric power generated by the fuel cell is additionally provided. The electric power stored in the 12V battery is used to drive an in-vehicle air conditioner, a car navigation system, and the like.
さらに、電源として燃料電池および高電圧バッテリを併設した燃料電池システムを備え、該燃料電池システムにより車両走行用のモータを駆動する燃料電池車両が提案されている。この燃料電池車両では、高電圧バッテリの電力を利用して車両(燃料電池)を起動するとともに、車両走行や補機電力のアシストを行い、あるいは高電圧バッテリのみで所謂EV(Electric Vehicle)走行が行われる。 Furthermore, a fuel cell vehicle is proposed that includes a fuel cell system in which a fuel cell and a high-voltage battery are provided as power sources, and drives a motor for driving the vehicle by the fuel cell system. In this fuel cell vehicle, the vehicle (fuel cell) is activated using the power of the high voltage battery, and the vehicle travels and assists the auxiliary power, or the so-called EV (electric vehicle) travel is performed only with the high voltage battery. Done.
そして、このような燃料電池車両において、車両の再始動を確実に行うために、車両の停止時に高電圧バッテリに必要電力を蓄電するように構成した技術が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。 And in such a fuel cell vehicle, in order to perform restart of a vehicle reliably, the technique comprised so that required electric power might be stored in a high voltage battery at the time of a vehicle stop is proposed (for example, patent document 1). To 3).
特許文献1では、GPS電波による車両位置の測位データと日付データとから最低外気温を予測し、この予測結果に基づいてバッテリの必要電力を予測するようにしている。 In Patent Document 1, the minimum outside air temperature is predicted from the positioning data of the vehicle position by GPS radio waves and the date data, and the required power of the battery is predicted based on the prediction result.
特許文献2では、外気温に基づいて、再始動時のバッテリ温度を予測し、この予測バッテリ温度に基づきバッテリの必要電力を予測するようにしている。 In Patent Document 2, the battery temperature at restart is predicted based on the outside air temperature, and the required power of the battery is predicted based on the predicted battery temperature.
特許文献3では、次回のエンジン(モータ)始動時のバッテリ温度を予測し、バッテリから所定の出力を得るためのバッテリ温度予測値に応じたSOCを設定し、SOC検出値がSOC設定値となるようにバッテリの充放電を制御するようにしている。 In Patent Document 3, the battery temperature at the next engine (motor) start is predicted, the SOC is set according to the predicted battery temperature value for obtaining a predetermined output from the battery, and the SOC detection value becomes the SOC set value. Thus, charging / discharging of the battery is controlled.
しかしながら、上記特許文献1〜3に係る技術では、再始動時のバッテリ温度を予測により求めており、精度よく停止時などのバッテリ充電量を決定することができない。また、特許文献1に係る技術では、GPSなどの測位データ受信機を必須の構成要件としているため、ガレージ内など電波を受信できない環境下では外気温を予測することができない。また、特許文献2に係る技術では、車両起動時に温度センサにより外気温を検出するようにしているが、車両起動時には、温度センサにより検出される外気温が急激に変化するため、温度センサにより検出される検出温度(外気温)の精度が低くなる。さらに、特許文献3に係る技術では、バッテリのSOC設定値を見ながらバッテリの充放電を制御しているが、SOCは精度よく検出・制御することが困難であり、無駄に充電してしまうことがある。結果として、バッテリを適切な状態に蓄電することができず、特に冬季にはバッテリの電圧低下が生じて起動できなくなる虞がある However, in the technologies according to Patent Documents 1 to 3, the battery temperature at the time of restart is obtained by prediction, and the battery charge amount at the time of stop and the like cannot be determined accurately. Further, in the technique according to Patent Document 1, since a positioning data receiver such as GPS is an essential constituent requirement, the outside air temperature cannot be predicted in an environment where radio waves cannot be received such as in a garage. In the technique according to Patent Document 2, the outside air temperature is detected by the temperature sensor when the vehicle is started. However, when the vehicle is started, the outside air temperature detected by the temperature sensor changes abruptly. The accuracy of the detected temperature (outside air temperature) is lowered. Furthermore, in the technology according to Patent Document 3, charging / discharging of the battery is controlled while looking at the SOC setting value of the battery, but it is difficult to accurately detect and control the SOC, and the battery is charged wastefully. There is. As a result, it is not possible to store the battery in an appropriate state, and there is a possibility that the battery may drop and become unable to start up, especially in winter.
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、蓄電装置の電圧を確実に保護することができる燃料電池システムを提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fuel cell system that can reliably protect the voltage of a power storage device.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、アノード電極に燃料ガスを、カソード電極に酸化剤ガスを供給し発電を行う燃料電池(例えば、実施形態における燃料電池11)と、該燃料電池で発電された電力を蓄電可能な蓄電装置(例えば、実施形態における12Vバッテリ60)と、該蓄電装置に前記電力を充電する際に、前記燃料電池と前記蓄電装置との間に配される蓄電装置充電手段(例えば、実施形態におけるダウンバータ63)と、前記燃料電池に関する温度を検出可能な温度センサ(例えば、実施形態における温度センサ42)と、該温度センサによって検出された前記温度が所定温度よりも低いか否かを判定する低温判定手段(例えば、実施形態における低温判定部71)を有する制御部(例えば、実施形態におけるECU45)と、を備えた燃料電池システム(例えば、実施形態における燃料電池システム10)において、前記制御部は、前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置への充電を開始する低温時充電開始電圧閾値(例えば、実施形態における低温時充電開始電圧閾値V1)を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の通常時充電開始電圧閾値(例えば、実施形態における通常時充電開始電圧閾値V3)よりも高く設定する電圧閾値変更手段(例えば、実施形態における12VBATT充電電圧閾値変換部72)を備えていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a fuel cell (for example, the
請求項2に記載した発明は、前記電圧閾値変更手段は、前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置への充電を終了する低温時充電終了電圧閾値(例えば、実施形態における低温時充電終了電圧閾値V2)を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の通常時充電終了電圧閾値(例えば、実施形態における通常時充電終了電圧閾値V4)よりも高く設定することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, the voltage threshold value changing means is a low temperature charge end voltage for ending charging of the power storage device when the low temperature determining means determines that the temperature is lower than the predetermined temperature. A threshold (for example, low temperature charge end voltage threshold V2 in the embodiment) is based on a normal charge end voltage threshold (for example, normal charge end voltage threshold V4 in the embodiment) when the temperature is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature. It is also characterized by being set high.
請求項3に記載した発明は、前記制御部は、前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置充電手段の出力を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の前記蓄電装置充電手段の出力よりも大きくする出力変更手段(例えば、実施形態におけるダウンバータ出力変換部73)を備えていることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, when the control unit determines that the temperature is lower than the predetermined temperature in the low temperature determination unit, the control unit outputs the output of the power storage device charging unit so that the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature. Output changing means (for example, the downverter
請求項4に記載した発明は、前記蓄電装置の電圧を監視する蓄電装置監視手段(例えば、実施形態における電圧センサ65)を備え、前記制御部は、前記蓄電装置の電圧が所定電圧以下になったか否かを判定する電圧判定手段(例えば、実施形態における12VBATT電圧判定部75)を有し、該電圧判定手段において前記電圧が前記所定電圧以下であると判定した場合に、前記出力変更手段は前記蓄電装置充電手段の出力をさらに大きく設定することを特徴としている。 The invention described in claim 4 includes power storage device monitoring means for monitoring the voltage of the power storage device (for example, the voltage sensor 65 in the embodiment), and the control unit has a voltage of the power storage device equal to or lower than a predetermined voltage. Voltage determining means (for example, 12VBATT voltage determining unit 75 in the embodiment) for determining whether the voltage is equal to or lower than the predetermined voltage in the voltage determining means, the output changing means The output of the power storage device charging means is set to be larger.
請求項5に記載した発明は、前記蓄電装置の電圧を監視する蓄電装置監視手段を備え、前記燃料電池の発電停止中に、前記制御部は、前記蓄電装置の電圧が所定電圧以下になったか否かを判定する電圧判定手段を有し、前記蓄電装置監視手段により前記電圧を定期的に監視し、前記電圧判定手段において前記電圧が前記所定電圧以下であると判定した場合に、前記蓄電装置充電手段により前記蓄電装置の充電を開始することを特徴としている。 The invention described in claim 5 is provided with power storage device monitoring means for monitoring the voltage of the power storage device, and during the power generation stop of the fuel cell, the control unit determines whether the voltage of the power storage device has become a predetermined voltage or less. Voltage determination means for determining whether or not the voltage is periodically monitored by the power storage device monitoring means, and when the voltage determination means determines that the voltage is equal to or lower than the predetermined voltage, the power storage device Charging means starts charging the power storage device.
請求項1に記載した発明によれば、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定した場合に、低温時充電開始電圧閾値を通常時充電開始電圧閾値よりも高く設定するように構成したため、蓄電装置の電圧が低下しすぎる前に充電を開始することができる。したがって、蓄電装置の電圧を確実に保護することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the low temperature determination means determines that the low temperature state is lower than the predetermined temperature, the low temperature charge start voltage threshold is set higher than the normal charge start voltage threshold. Since it comprised, charge can be started before the voltage of an electrical storage apparatus falls too much. Therefore, the voltage of the power storage device can be reliably protected.
請求項2に記載した発明によれば、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定した場合に、低温時充電終了電圧閾値を通常時充電終了電圧閾値よりも高く設定するように構成したため、蓄電装置に十分充電させることができる。したがって、蓄電装置の電圧を確実に保護することができるとともに、蓄電装置を有効に利用することができる。 According to the second aspect of the present invention, when the low temperature determination means determines that the low temperature state is lower than the predetermined temperature, the low temperature charge end voltage threshold is set higher than the normal charge end voltage threshold. Since it comprised, the electrical storage apparatus can be fully charged. Therefore, the voltage of the power storage device can be reliably protected and the power storage device can be used effectively.
請求項3に記載した発明によれば、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定した場合に、蓄電装置充電手段の出力を通常時よりも大きくするように構成したため、蓄電装置への充電を促進することができる。したがって、蓄電装置への充電効率を向上することができる。 According to the third aspect of the present invention, when the low temperature determination unit determines that the low temperature state is lower than the predetermined temperature, the output of the power storage device charging unit is configured to be larger than normal. Can facilitate charging. Therefore, the efficiency of charging the power storage device can be improved.
請求項4に記載した発明によれば、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定し、かつ、蓄電装置の電圧が所定電圧以下になった場合に、蓄電装置充電手段の出力をさらに大きくするように構成したため、蓄電装置への充電をさらに促進することができる。したがって、蓄電装置への充電効率を向上することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the low temperature determination unit determines that the low temperature state is lower than the predetermined temperature, and the voltage of the power storage device becomes equal to or lower than the predetermined voltage, the output of the power storage device charging unit Therefore, charging to the power storage device can be further promoted. Therefore, the efficiency of charging the power storage device can be improved.
請求項5に記載した発明によれば、燃料電池の発電停止中で、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定し、かつ、蓄電装置の電圧が所定電圧以下になった場合に、蓄電装置の充電を開始するように構成したため、蓄電装置の電圧が低下しすぎる前に充電を開始することができる。したがって、蓄電装置の電圧を確実に保護することができる。 According to the invention described in claim 5, when the power generation of the fuel cell is stopped, it is determined by the low temperature determination means that the low temperature state is lower than the predetermined temperature, and the voltage of the power storage device becomes equal to or lower than the predetermined voltage. In addition, since the charging of the power storage device is started, charging can be started before the voltage of the power storage device decreases too much. Therefore, the voltage of the power storage device can be reliably protected.
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。 Next, an embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a case where the fuel cell system is mounted on a vehicle will be described.
(燃料電池システム)
図1は燃料電池システムの概略構成図である。
図1に示すように、燃料電池システム10の燃料電池11は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池11に形成されたアノードガス供給用連通孔13(アノードガス流路21の入口側)にはアノードガス供給配管23が連結され、その上流端部には水素タンク30が接続されている。また、燃料電池11に形成されたカソードガス供給用連通孔15(カソードガス流路22の入口側)にはカソードガス供給配管24が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ33が接続されている。さらに、燃料電池11に形成されたアノードオフガス排出用連通孔14(アノードガス流路21の出口側)にはアノードオフガス排出配管35が連結され、カソードオフガス排出用連通孔16(カソードガス流路22の出口側)にはカソードオフガス排出配管38が連結されている。ここで、アノードガス供給配管23とアノードオフガス排出配管35とでアノードガス流通配管46を構成し、カソードガス供給配管24とカソードオフガス排出配管38とでカソードガス流通配管47を構成している。
(Fuel cell system)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system.
As shown in FIG. 1, the
また、水素タンク30からアノードガス供給配管23に供給された水素ガスは、レギュレータ(不図示)により減圧された後、エゼクタ26を通り、燃料電池11のアノードガス流路21に供給される。また、水素タンク30とエゼクタ26との間には、電磁駆動式の電磁弁25が設けられており、水素タンク30からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。
Further, the hydrogen gas supplied from the
また、アノードオフガス排出配管35は、エゼクタ26に接続され、燃料電池11を通過し排出されたアノードオフガスを再度燃料電池11のアノードガスとして再利用できるように構成されている。さらに、アノードオフガス排出配管35には、途中で3本の配管が分岐して設けられており、燃料電池11で生成された生成水(ドレイン)を排出するためのドレイン排出配管36と、アノード配管内の水素濃度を適正に保持するために配管内のガス(オフガス)を排出するためのパージガス排出配管37と、燃料電池11の停止中に掃気処理を行う際に掃気ガス(空気)を排出するための掃気ガス排出配管32と、が設けられている。
The anode off
ドレイン排出配管36、パージガス排出配管37および掃気ガス排出配管32は、それらの下流でともに希釈ボックス31に接続されている。そして、ドレイン排出配管36には電磁駆動式のドレイン弁51が設けられており、パージガス排出配管37には電磁駆動式のパージ弁52が設けられており、掃気ガス排出配管32には電磁駆動式のエア排出弁48が設けられている。なお、アノードオフガス排出配管35とドレイン排出配管36との分岐地点には気液分離器としてキャッチタンク53が設けられている。
The
次に、空気(カソードガス)はエアコンプレッサ33によって加圧され、カソードガス供給配管24を通過した後、燃料電池11のカソードガス流路22に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池11からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管38に排出される。カソードオフガス排出配管38は希釈ボックス31に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管38には背圧弁34が設けられている。なお、カソードガス供給配管24とカソードオフガス排出配管38との間に加湿器(不図示)を架け渡して設け、カソードガスがカソードオフガスに含まれる水分の移動により加湿されるように構成してもよい。
Next, air (cathode gas) is pressurized by the
また、エアコンプレッサ33と燃料電池11との間を繋ぐカソードガス供給配管24において、配管が分岐され掃気ガス導入配管54の一端が接続されている。掃気ガス導入配管54は、アノードガス供給配管23におけるエゼクタ26と燃料電池11との間に他端が接続されている。つまり、エアコンプレッサ33にて加圧された空気を燃料電池11のアノードガス流路21およびアノードガス流通配管46に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管54には電磁駆動式の電磁弁55が設けられており、エアコンプレッサ33からの空気の供給を遮断できるように構成されている。
Further, in the cathode
ここで、燃料電池11には温度センサ42が設けられている。例えば、温度センサ42の検出温度により、燃料電池11の内部の温度と略同一の温度を検知することができるようになっている。温度センサ42からの検出結果(センサ出力)は、制御装置(ECU)45へ伝達され、その検出結果に基づいて、各種制御(後に詳述する。)を実行するか否かを決定するように構成されている。
Here, the
さらに、燃料電池11で発電された電力(電流)はモータなどの電力消費デバイス50へ供給されるように構成されている。
Furthermore, the power (current) generated by the
図2は、燃料電池11と併設されるバッテリとの関係を示すブロック図である。図2に示すように、燃料電池11にはモータなどの電力消費デバイス50が接続されている。また、本実施形態の車両には、燃料電池11から発電された電力を充電可能な高電圧バッテリ59および12Vバッテリ(12VBATT)60が併設されている。燃料電池11と両バッテリ59,60との間には、電圧調整用のボルテージコントロールユニット(以下、VCUという。)62が配されている。また、燃料電池11と12Vバッテリ60との間、かつ、高電圧バッテリ59と12Vバッテリ60との間には、充電手段として機能するダウンバータ(D/V)63が配されている。さらに、12Vバッテリ60には、出力電圧を検出可能なる電圧計(蓄電装置監視手段)65が設けられている。
FIG. 2 is a block diagram showing the relationship between the
このように構成された燃料電池システム10では、燃料電池11により発電された電力を直接電力消費デバイス50に供給することができるとともに、高電圧バッテリ59や12Vバッテリ60に充電することができる。なお、高電圧バッテリ59は、モータなどを駆動するための電力として利用され、12Vバッテリ60は、空調機やカーナビゲーションシステムなど(図示せず)を駆動するための電力として利用される。
In the
ここで、ECU45は、温度センサ42によって検出された燃料電池11の温度Tが予め設定された所定温度T0よりも低いか否かを判定する低温判定部71と、低温判定部71において検出された温度Tが所定温度T0よりも低いと判定した場合に、12Vバッテリ60への充電を開始する低温時充電開始電圧閾値V1を、検出された温度Tが所定温度T0以上と判定した場合の通常時充電開始電圧閾値V3よりも高く設定するとともに、12Vバッテリ60への充電を終了する低温時充電終了電圧閾値V2を、検出された温度Tが所定温度T0以上と判定した場合の通常時充電終了電圧閾値V4よりも高く設定する12VBATT充電電圧閾値変換部72と、低温判定部71において温度Tが所定温度T0よりも低いと判定した場合に、ダウンバータ63の出力を、温度Tが所定温度T0以上と判定した場合のダウンバータ63の出力よりも大きくするダウンバータ出力変換部73と、12Vバッテリ60の電圧Vを監視する12VBATT電圧監視部74と、12Vバッテリ60の電圧Vが所定電圧V0(V1またはV3)以下またはV5(V2またはV4)以上になったか否かを判定する12VBATT電圧判定部75と、を備えている。
Here, the
また、ECU45には、システム停止中の現在時刻カウント機能であるリアルタイムクロック(RTC)制御部76と、タイマ77とがさらに備えられており、車両の停止中においても定期的(一定時間毎)にECU45の各部を駆動させて、各種制御を実行することができるように構成されている。
Further, the
さらに、12VBATT電圧判定部75において電圧Vが所定電圧V0以下であると判定した場合には、ダウンバータ出力変換部73の指示に基づいてダウンバータ63の出力を通常時よりも大きく設定することができるように構成されている。また、燃料電池システム10の停止中に12VBATT電圧監視部74により12Vバッテリ60の電圧Vを定期的に監視し、12VBATT電圧判定部75において電圧Vが所定電圧V0以下であると判定した場合に、ダウンバータ63を起動させて12Vバッテリ60の充電を開始することができるように構成されている。
Furthermore, when the 12VBATT voltage determination unit 75 determines that the voltage V is equal to or lower than the predetermined voltage V0, the output of the
なお、ECU45は、燃料電池11に要求される出力に応じて、電磁弁25を制御して水素タンク30から所定量の水素ガスを燃料電池11に供給することができるようになっている。また、ECU45は、燃料電池11に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ33を駆動して所定量の空気を燃料電池11に供給するとともに、背圧弁34を制御してカソードガス流路22への空気の供給圧力を調整できるように構成されている。
The
次に、上述のように構成された燃料電池システム10における12Vバッテリ60への充電方法について説明する。
図3は燃料電池システム10がシステム停止後放置中の場合における12Vバッテリ60への充電方法を説明するフローチャートであり、車両が停止して燃料電池システム10がシステム停止後放置状態になった時点(イグニションスイッチがオフされた時点)からこのフローチャートがスタートする。
Next, a method for charging the
FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of charging the
図3に示すように、ステップS11では、ECU45の指示により燃料電池11に設けられた温度センサ42の温度Tを検出し、低温判定部71において温度Tが予め設定された所定温度T0(例えば、5℃)よりも低いか否かを判定する。温度Tが所定温度T0よりも低い場合には冬季であると判定しステップS12へ進み、温度Tが所定温度T0以上の場合には冬季でない通常時と判定しステップS13へ進む。
As shown in FIG. 3, in step S <b> 11, the temperature T of the
ステップS12では、冬季の低温環境下にいると判定したため、12Vバッテリ60の充電を開始する電圧閾値を、通常時充電開始電圧閾値V3より高い電圧に設定された低温時充電開始電圧閾値V1に設定するとともに、12Vバッテリ60の充電を終了する電圧閾値を、通常時充電終了電圧閾値V4より高い電圧に設定された低温時充電終了電圧閾値V2に設定し、ステップS14へ進む。
In step S12, since it is determined that the vehicle is in a low-temperature environment in winter, the voltage threshold value for starting charging of the
ステップS13では、冬季以外の通常の温度環境下にいると判定したため、12VBATT充電電圧閾値変換部72において12Vバッテリ60の充電を開始する電圧閾値を通常時充電開始電圧閾値V3に設定するとともに、12Vバッテリ60の充電を終了する電圧閾値を通常時充電終了電圧閾値V4に設定し、ステップS14へ進む。
In step S13, since it is determined that the vehicle is in a normal temperature environment other than winter, the 12VBATT charge
ステップS14では、RTC制御部76が所定のタイミング(例えば10分毎)で起動しているか否かを判定し、RTC制御部76が起動している場合にはステップS15へ進み、RTC制御部76が起動していない場合にはそのまま処理を終了する。
In step S14, it is determined whether or not the
ステップS15では、12VBATT電圧監視部74からの指示により12Vバッテリ60に設けられた電圧センサ65の検出値(電圧V)を読み取り、12VBATT電圧判定部75において電圧Vが予め設定された所定電圧V0以下か否かを判定する。電圧Vが所定電圧V0以下の場合にはステップS16へ進み、電圧Vが所定電圧V0より高い場合はステップS19へ進む。なお、所定電圧V0は、低温時の場合は低温時充電開始電圧閾値V1が適用され、通常時の場合は通常時充電開始電圧閾値V3が適用される。
In step S15, a detection value (voltage V) of the voltage sensor 65 provided in the
ステップS16では、12Vバッテリ60の電圧Vが所定電圧V0(充電開始電圧閾値)以下になったため、充電を開始する。つまり、ダウンバータ63を用いて12Vバッテリ60の充電を開始し、ステップS17へ進む。
In step S16, since the voltage V of the
ステップS17では、12VBATT電圧監視部74からの指示により12Vバッテリ60に設けられた電圧センサ65の検出値(電圧V)を読み取り、12VBATT電圧判定部75において電圧Vが予め設定された所定電圧V5以上か否かを判定する。電圧Vが所定電圧V5以上の場合にはステップS18へ進み、電圧Vが所定電圧V5より低い場合はステップS16へ戻り、引き続き充電を継続する。なお、所定電圧V5は、低温時の場合は低温時充電終了電圧閾値V2が適用され、通常時の場合は通常時充電終了電圧閾値V4が適用される。
In step S17, the detection value (voltage V) of the voltage sensor 65 provided in the
ステップS18では、12Vバッテリ60の電圧Vが所定電圧V5(充電終了電圧閾値)以上になったため、充電を終了する。12Vバッテリ60の充電が終了したらステップS19へ進む。
In step S18, since the voltage V of the
ステップS19では、RTC制御部76の起動を停止して、処理を終了する。
In step S19, the activation of the
図4は図3のフローチャートにおいて、ステップS11で冬季と判定された場合の12Vバッテリ60の充電方法を説明するタイムチャートである。
図4に示すように、燃料電池システム10がシステム停止後放置状態になったときからこのタイムチャートはスタートしている。
FIG. 4 is a time chart for explaining a charging method of the
As shown in FIG. 4, the time chart starts when the
(第1期間:システム停止後放置中)
第1期間は、まだRTC制御部76が起動する前であるため、実際には12Vバッテリ60の電圧値は検出されていない。また、12Vバッテリ60への充電を開始・終了する電圧閾値は、冬季と判定されているため、それぞれ低温時充電開始電圧閾値V1および低温時充電終了電圧閾値V2に設定されている。
(First period: left after system shutdown)
Since the first period is still before the
(第2期間:RTC起動中)
第2期間は、RTC制御部76が起動することにより、12Vバッテリ60の電圧Vを電圧センサ65によって検出する。この電圧Vが低温時充電開始電圧閾値V1と低温時充電終了電圧閾値V2との間である場合には、12Vバッテリ60の充電を行わず、電圧の監視のみを継続する。
(Second period: RTC is running)
In the second period, the voltage V of the
(第3期間:システム停止後放置中)
第2期間の所定時間内に、12Vバッテリ60の電圧Vが低温時充電開始電圧閾値V1と低温時充電終了電圧閾値V2との間から外れなかった場合には、再びシステム停止後放置状態になる。
(3rd period: left after system shutdown)
If the voltage V of the
(第4期間:RTC起動中)
第4期間は、RTC制御部76が再び起動する。また、12Vバッテリ60の電圧Vを電圧センサ65によって検出する。この電圧Vが低温時充電開始電圧閾値V1と低温時充電終了電圧閾値V2との間である場合には、12Vバッテリ60の充電を行わず、電圧の監視のみを継続し、電圧Vが低温時充電開始電圧閾値V1以下になった時点で、12Vバッテリ60の充電を開始する。このとき、ダウンバータ63を介して充電を開始する。そして、12Vバッテリ60の電圧Vが低温時充電終了電圧閾値V2以上になるまで充電を行い、12Vバッテリ60の電圧Vが低温時充電終了電圧閾値V2以上になったら充電を終了するとともに、RTC制御部76の起動を終了させて再びシステム停止後放置状態にする。
(4th period: RTC is running)
In the fourth period, the
(第5期間:システム停止後放置中)
12Vバッテリ60への充電が終了したため、再びシステム停止後放置状態にする。
(5th period: left after system shutdown)
Since the charging to the
図5は燃料電池システム10が発電中の場合における12Vバッテリ60への充電方法を説明するフローチャートであり、車両が起動中で燃料電池システム10が発電状態の時点(イグニションスイッチがオンされた時点)からこのフローチャートがスタートする。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a method of charging the
図5に示すように、ステップS21では、ECU45の指示により燃料電池11に設けられた温度センサ42の温度Tを検出し、低温判定部71において温度Tが予め設定された所定温度T0よりも低いか否かを判定する。温度Tが所定温度T0よりも低い場合には冬季であると判定しステップS22へ進み、温度Tが所定温度T0以上の場合には冬季でない通常時と判定しステップS24へ進む。
As shown in FIG. 5, in step S21, the temperature T of the
ステップS22では、冬季の低温環境下にいると判定したため、12Vバッテリ60の充電を開始する電圧閾値を、通常時充電開始電圧閾値V3より高い電圧に設定された低温時充電開始電圧閾値V1に設定するとともに、12Vバッテリ60の充電を終了する電圧閾値を、通常時充電終了電圧閾値V4より高い電圧に設定された低温時充電終了電圧閾値V2に設定し、ステップS23へ進む。
In step S22, since it is determined that the vehicle is in a low temperature environment in winter, the voltage threshold value for starting charging of the
ステップS23では、ダウンバータ出力変換部73においてダウンバータ63の出力を通常時の出力VT0よりも大きいVT1(出力、中)に設定し、ステップS26へ進む。
In step S23, the
ステップS24では、冬季以外の通常の温度環境下にいると判定したため、12VBATT充電電圧閾値変換部72において12Vバッテリ60の充電を開始する電圧閾値を通常時充電開始電圧閾値V3に設定するとともに、12Vバッテリ60の充電を終了する電圧閾値を通常時充電終了電圧閾値V4に設定し、ステップS25へ進む。
In step S24, since it is determined that the vehicle is in a normal temperature environment other than winter, the 12VBATT charge
ステップS25では、ダウンバータ出力変換部73においてダウンバータ63の出力を通常時の出力VT0(出力、小)のままとして、ステップS26へ進む。
In step S25, the output of the
ステップS26では、12VBATT電圧監視部74からの指示により12Vバッテリ60に設けられた電圧センサ65の検出値(電圧V)を読み取り、12VBATT電圧判定部75において電圧Vが予め設定された所定電圧V0以下か否かを判定する。電圧Vが所定電圧V0以下の場合にはステップS27へ進み、電圧Vが所定電圧V0より高い場合はステップS29へ進む。なお、所定電圧V0は、低温時の場合は低温時充電開始電圧閾値V1が適用され、通常時の場合は通常時充電開始電圧閾値V3が適用される。
In step S26, the detection value (voltage V) of the voltage sensor 65 provided in the
ステップS27では、ダウンバータ出力変換部73においてダウンバータ63の出力をステップS23で設定した出力VT1よりもさらに大きいVT2(出力、大)に設定し、ステップS28へ進む。このようにダウンバータ63の出力を大きくすることにより12Vバッテリ60への充電を促進する。
In step S27, the
ステップS28では、12VBATT電圧監視部74からの指示により12Vバッテリ60に設けられた電圧センサ65の検出値(電圧V)を読み取り、12VBATT電圧判定部75において電圧Vが予め設定された所定電圧V5以上か否かを判定する。電圧Vが所定電圧V5以上の場合にはステップS29へ進み、電圧Vが所定電圧V5より低い場合はそのまま処理を終了する。なお、所定電圧V5は、低温時の場合は低温時充電終了電圧閾値V2が適用され、通常時の場合は通常時充電終了電圧閾値V4が適用される。
In step S28, the detection value (voltage V) of the voltage sensor 65 provided in the
ステップS29では、12Vバッテリ60の電圧が充電開始電圧閾値と充電終了電圧閾値との間の電圧であるため、ダウンバータ63の出力を通常時の出力VT0よりも大きいVT1(出力、中)に設定し、処理を終了する。なお、通常時の場合にはダウンバータ63の出力を通常時の出力VT0に設定してもよい。
In step S29, since the voltage of the
図6は図4のフローチャートにおいて、ステップS11で冬季と判定された場合の12Vバッテリ60の充電方法を説明するタイムチャートである。
図6に示すように、燃料電池システム10が発電状態になったときからこのタイムチャートはスタートしている。なお、ダウンバータ63の出力は通常時の出力VT0よりも大きい出力VT1に設定されている。
FIG. 6 is a time chart for explaining the charging method of the
As shown in FIG. 6, this time chart starts when the
燃料電池11の発電中に、12VBATT電圧監視部74において12Vバッテリ60の電圧Vを電圧センサ65によって検出し、12VBATT電圧判定部75において電圧Vが低温時充電開始電圧閾値V1と低温時充電終了電圧閾値V2との間の電圧値になっているか否かを判定する。
During power generation of the
12Vバッテリ60の電圧Vが低温時充電開始電圧閾値V1以下になると、ダウンバータ63の出力を出力VT1よりもさらに大きい出力VT2に設定して、12Vバッテリ60への充電を促進する。
When the voltage V of the
そして、12Vバッテリ60の電圧Vが低温時充電終了電圧閾値V2以上になると、ダウンバータ63の出力を小さくして、12Vバッテリ60への充電を終了する。
When the voltage V of the
本実施形態によれば、低温判定部71において、温度センサ42によって検出された温度Tが所定温度T0よりも低い低温状態であると判定した場合に、低温時充電開始電圧閾値V1を通常時充電開始電圧閾値V3よりも高く設定するように構成したため、12Vバッテリ60の電圧が低下しすぎる前に充電を開始することができる。したがって、12Vバッテリ60の電圧を確実に保護することができる。
According to the present embodiment, when the low
また、低温判定部71において低温状態であると判定した場合に、低温時充電終了電圧閾値V2を通常時充電終了電圧閾値V4よりも高く設定するように構成したため、12Vバッテリ60に十分充電させることができる。したがって、12Vバッテリ60の電圧を確実に保護することができるとともに、12Vバッテリ60を有効に利用することができる。
In addition, when the low
また、低温判定部71において低温状態であると判定した場合に、ダウンバータ63の出力を通常時よりも大きくするように構成したため、12Vバッテリ60への充電を促進することができる。したがって、12Vバッテリ60への充電効率を向上することができる。
In addition, when the low
さらに、低温判定部71において低温状態であると判定し、かつ、12Vバッテリ60の電圧Vが低温時充電開始電圧閾値V1以下になった場合に、ダウンバータ63の出力をさらに大きくするように構成したため、12Vバッテリ60への充電をさらに促進することができる。したがって、12Vバッテリ60への充電効率を向上することができる。
Further, when the low
そして、燃料電池システム10の発電停止中で、低温判定部71において低温状態であると判定し、かつ、12Vバッテリ60の電圧Vが低温時充電開始電圧閾値V1以下になった場合に、12Vバッテリ60の充電を開始するように構成したため、12Vバッテリ60の電圧が低下しすぎる前に充電を開始することができる。したがって、12Vバッテリ60の電圧を確実に保護することができる。
When the power generation of the
なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific structure and shape described in the embodiment are merely examples, and can be changed as appropriate.
例えば、本実施形態では、燃料電池11に直接温度センサ42を設けた場合の説明をしたが、アノードオフガス排出配管35におけるアノードオフガス排出用連通孔14の直後(下流側)に、温度センサを設け、該温度センサの検出値に基づいて12Vバッテリの充電可否を判定するように構成してもよい。また、温度センサを2箇所以上に設置し、それらの平均値によって12Vバッテリの充電可否を判定するように構成してもよい。
また、本実施形態では、低温時の状況を冬季の低温環境下として例示したが、四季の温度差が少ない地域での利用を考慮するときなどでは、特定の低温状況下にあるか否かの見方でフローチャートを設定してもよい。
For example, in the present embodiment, the case where the
Further, in this embodiment, the situation at low temperature is exemplified as a low temperature environment in winter, but when considering use in an area where the temperature difference between the four seasons is small, whether or not it is under a specific low temperature situation. A flowchart may be set according to the viewpoint.
10…燃料電池システム 11…燃料電池 42…温度センサ 45…ECU(制御部) 60…12Vバッテリ(蓄電装置) 63…ダウンバータ(蓄電装置充電手段) 65…電圧センサ(蓄電装置監視手段) 71…低温判定部(低温判定手段) 72…12VBATT充電電圧閾値変換部(電圧閾値変更手段) 73…ダウンバータ出力変換部(出力変更手段) 75…12VBATT電圧判定部(電圧判定手段) V1…低温時充電開始電圧閾値 V2…低温時充電終了電圧閾値 V3…通常時充電開始電圧閾値 V4…通常時充電終了電圧閾値
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該燃料電池で発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、
該蓄電装置に前記電力を充電する際に、前記燃料電池と前記蓄電装置との間に配される蓄電装置充電手段と、
前記燃料電池に関する温度を検出可能な温度センサと、
該温度センサによって検出された前記温度が所定温度よりも低いか否かを判定する低温判定手段を有する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置への充電を開始する低温時充電開始電圧閾値を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の通常時充電開始電圧閾値よりも高く設定する電圧閾値変更手段を備えていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power by supplying fuel gas to the anode electrode and oxidant gas to the cathode electrode; and
A power storage device capable of storing electric power generated by the fuel cell;
A power storage device charging means disposed between the fuel cell and the power storage device when charging the power to the power storage device;
A temperature sensor capable of detecting a temperature related to the fuel cell;
A fuel cell system comprising: a controller having low temperature determination means for determining whether or not the temperature detected by the temperature sensor is lower than a predetermined temperature;
The controller is
When the low temperature determination means determines that the temperature is lower than the predetermined temperature, the low temperature charge start voltage threshold value for starting charging the power storage device is a normal value when the temperature is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature. A fuel cell system comprising a voltage threshold value changing means for setting a voltage higher than the hourly charging start voltage threshold value.
前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置への充電を終了する低温時充電終了電圧閾値を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の通常時充電終了電圧閾値よりも高く設定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The voltage threshold value changing means includes
When the low temperature determination means determines that the temperature is lower than the predetermined temperature, the low temperature charge end voltage threshold for ending charging of the power storage device is normal when the temperature is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is set to be higher than an hourly charge end voltage threshold value.
前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置充電手段の出力を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の前記蓄電装置充電手段の出力よりも大きくする出力変更手段を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。 The controller is
When the low temperature determination unit determines that the temperature is lower than the predetermined temperature, the output of the power storage device charging unit is greater than the output of the power storage device charging unit when the temperature is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature. The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising output changing means for increasing the output.
前記制御部は、
前記蓄電装置の電圧が所定電圧以下になったか否かを判定する電圧判定手段を有し、
該電圧判定手段において前記電圧が前記所定電圧以下であると判定した場合に、前記出力変更手段は前記蓄電装置充電手段の出力をさらに大きく設定することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。 Power storage device monitoring means for monitoring the voltage of the power storage device,
The controller is
Voltage determining means for determining whether or not the voltage of the power storage device has become equal to or lower than a predetermined voltage;
4. The fuel cell according to claim 3, wherein when the voltage determination unit determines that the voltage is equal to or lower than the predetermined voltage, the output changing unit sets the output of the power storage device charging unit to be larger. system.
前記燃料電池の発電停止中に、
前記制御部は、
前記蓄電装置の電圧が所定電圧以下になったか否かを判定する電圧判定手段を有し、
前記蓄電装置監視手段により前記電圧を定期的に監視し、
前記電圧判定手段において前記電圧が前記所定電圧以下であると判定した場合に、前記蓄電装置充電手段により前記蓄電装置の充電を開始することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。 Power storage device monitoring means for monitoring the voltage of the power storage device,
During the power generation stop of the fuel cell,
The controller is
Voltage determining means for determining whether or not the voltage of the power storage device has become equal to or lower than a predetermined voltage;
The voltage is regularly monitored by the power storage device monitoring means,
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the voltage determination unit determines that the voltage is equal to or lower than the predetermined voltage, charging of the power storage device is started by the power storage device charging unit. .
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2010
- 2010-03-16 JP JP2010059322A patent/JP2011192594A/en active Pending
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