JP2012209257A - 燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】VCU77のコンバータECU76がV2制御モード(2次電圧目標値V2tarに基づいてDC/DCコンバータ74を動作させるモード)で動作していないとき、アシスト出力Pasi(バッテリユニット60の現在の出力)とFC許容最大出力Pfc_max(FC42の許容最大出力)との和から第1補機消費電力Pau1(エアコンプレッサ46の消費電力)を差し引いた値以下になるようにモータ出力制限値Pmot_limを設定する。これにより、バッテリユニット60の出力の不足分をFC42がFC許容最大出力Pfc_maxを超えて補うことを避け、FC42の劣化又は破損を防止することができる。
【選択図】図1
Description
1.燃料電池車両10の構成
(1)全体構成
図1は、この発明の一実施形態に係る燃料電池システム12(以下「FCシステム12」とも称する。)を搭載した燃料電池車両10(以下「FC車両10」とも称する。)の回路図である。FC車両10は、基本的には、モータユニット20と、FCユニット40と、バッテリユニット60と、統括制御部80{以下「統括ECU80」(ECU:Electric Control Unit)とも称する。}とを有する。これらの構成要素のうち、FCユニット40と、バッテリユニット60と、統括ECU80とによりFCシステム12を構成する。
モータユニット20は、モータ22に加え、パワー・ドライブ・ユニット24(以下「PDU24」とも称する。)と、減速機26と、シャフト28と、車輪30と、モータ制御部32{以下「モータECU32」とも称する。}とを備える。
FCユニット40は、FC42に加え、水素タンク44と、エアコンプレッサ46と、FC制御部48(以下「FC ECU48」とも称する。)と、逆流防止用のダイオード50と、電圧センサ52と、電流センサ54とを有する。
バッテリユニット60は、バッテリ62に加え、電圧センサ64、66と、電流センサ68、70と、バッテリ制御部72(以下「バッテリECU72」とも称する。)と、DC/DCコンバータ74及びコンバータ制御部76(以下「コンバータECU76」とも称する。)からなるVCU77(VCU:Voltage Control Unit)と、ダウンバータ78と、補機79とを有する。
統括ECU80は、モータ22の要求出力(モータ要求出力Pmot_req)[W]やFCユニット40(エアコンプレッサ46等)の要求電力に基づいて、モータECU32、FC ECU48、バッテリECU72及びコンバータECU76を制御する。すなわち、FCシステム12がモータユニット20に供給する電力(モータ供給電力Pmot_sup)[W]を算出し、このモータ供給電力Pmot_supを実現するようFCシステム12を動作させる。なお、統括ECU80は、その他のECUを制御してもよい。
車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、上述した電圧センサ52、64、66、電流センサ54、68、70の他、通信線82に接続されるイグニッションスイッチ90、アクセルセンサ92、ブレーキセンサ94、及び車速センサ96等がある。
(1)モータ供給電力Pmot_supの算出処理
図2には、FCシステム12がモータ供給電力Pmot_supを算出するフローチャートが示されている。
図3には、モータ出力制限値Pmot_limの算出処理(図2のS2)のフローチャートが示されている。
図4には、アシスト許容最大出力Pasi_maxの算出処理{図3のS12(及びS20)}のフローチャートが示されている。ステップS31において、統括ECU80は、バッテリ62の現在の許容最大出力であるバッテリ許容最大出力Pbat_max[W]を算出する。バッテリ許容最大出力Pbat_maxは、例えば、バッテリ62の定格出力とすることができる。或いは、モータ22の定格電圧又は最低動作電圧に達する出力と補機79の最低動作電圧に達する出力との和をFC許容最大出力Pfc_maxに設定することもできる。
以上のように、本実施形態によれば、VCU77のコンバータ制御部76がV2制御モードで動作していないとき(図3のS11:No)、すなわち、VCU77がVCU許容最大出力Pvcu_maxを出力しない可能性があるとき、アシスト出力PasiとFC許容最大出力Pfc_maxとの和以下になるようにモータ出力制限値Pmot_limを設定する(S24)。これにより、VCU77の出力の不足分をFC42がFC許容最大出力Pfc_maxを超えて補うことを避け、FC42の劣化又は破損を防止することができる。また、コンバータ制御部76がV2制御モードで動作していない場合でも(図3のS11:No)、FC42とVCU77とから最大限の電力を供給可能となるため、モータ22の電力消費が必要以上に低減されることを回避し、モータ22の動作性能を向上させることができる。特に、モータ22の場合、VCU77がFC42とモータ22の間の電圧(2次電圧V2)を制御していない場合でも、FC42とVCU77とから最大限の電力を供給可能となるため、モータ22のトルクが必要以上に低減されることを回避し、FC車両10のドライバビリティを向上させることができる。さらに、VCU77が2次電圧V2を制御している場合と制御していない場合とで、モータ出力制限値Pmot_limの算出方法を切り替えるため、FC42からの出力とバッテリユニット60からの出力を好適に制御することができる。
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
42…燃料電池 46…エアコンプレッサ(補機)
60…バッテリユニット 62…バッテリ(蓄電装置)
77…VCU(電圧変換部) 79…補機
80…統括ECU(負荷制御部) Pasi…アシスト出力
Pasi_max…アシスト許容最大出力
Pau1…第1補機消費電力 Pau2…第2補機消費電力
Pbat_max…バッテリ許容最大出力
Pfc…FC発電出力 Pfc_max…FC許容最大出力
Pmot_sup…モータ供給電力
Pvcu_max…VCU許容最大出力 Vbat…バッテリ電圧
Vf…FC発電電圧 V1…1次電圧
V2…2次電圧
Claims (6)
- 負荷への電力供給を行う燃料電池と、
前記燃料電池と並列に前記負荷に接続され、前記負荷に電力供給を行う蓄電装置と、
前記負荷と前記蓄電装置との間に配置され、前記蓄電装置の出力電圧を変換することで前記燃料電池と前記負荷の間の電圧を変化させ、前記燃料電池から前記負荷への供給電力を制御する電圧変換部と、
前記負荷の消費電力を制御する負荷制御部と、
を備える燃料電池システムであって、
前記負荷制御部は、
前記電圧変換部が前記燃料電池と前記負荷の間の電圧を制御しているとき、前記燃料電池の実際の出力と前記蓄電装置又は前記電圧変換部の許容最大出力との和以下になるように前記負荷の消費電力を制限し、且つ、
前記電圧変換部が前記燃料電池と前記負荷の間の電圧を制御していないとき、前記燃料電池の許容最大出力と前記蓄電装置又は前記電圧変換部の実際の出力との和以下になるように前記負荷の消費電力を制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムにおいて、
前記負荷は、車両駆動用のモータである
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2記載の燃料電池システムにおいて、
さらに、前記モータと前記燃料電池又は前記蓄電装置との間から電力供給を受ける補機を備え、
前記負荷制御部は、
前記電圧変換部が前記燃料電池と前記モータの間の電圧を制御しているとき、前記燃料電池の実際の出力と前記蓄電装置又は前記電圧変換部の許容最大出力との和から前記補機の消費電力を差し引いた値以下になるように前記負荷の消費電力を制限し、又は、
前記電圧変換部が前記燃料電池と前記モータの間の電圧を制御していないとき、前記燃料電池の許容最大出力と前記蓄電装置又は前記電圧変換部の実際の出力との和から前記補機の消費電力を差し引いた値以下になるように前記負荷の消費電力を制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項3記載の燃料電池システムにおいて、
前記補機は、前記燃料電池にエアを供給するエアコンプレッサを含む
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記負荷制御部は、前記電圧変換部が前記燃料電池と前記負荷の間の電圧を制御しているとき又は前記燃料電池と前記負荷の間の電圧を制御していないとき、前記燃料電池、前記蓄電装置又は前記電圧変換部の実際の出力がその許容最大出力よりも高ければ、前記実際の出力の代わりに前記許容最大出力を用いて前記負荷の消費電力を制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 負荷への電力供給を行う燃料電池と、
前記燃料電池と並列に前記負荷に接続され、前記負荷に電力供給を行う蓄電装置と、
前記負荷の消費電力を制御する負荷制御部と、
を備える燃料電池システムであって、
前記負荷制御部は、前記燃料電池の許容最大出力と前記蓄電装置の実際の出力との和以下になるように前記負荷の消費電力を制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。
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