JP2014056771A - External feeder controller for fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料電池車両の外部給電制御装置に関する。 The present invention relates to an external power supply control device for a fuel cell vehicle.
従来、例えば、燃料電池と蓄電池とを備える燃料電池車両に対して、インバータを備える定置電源システム(外部給電システム)を着脱可能とし、燃料電池と蓄電池とからインバータへと電力を供給する電力供給システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, for example, a power supply system that allows a stationary power supply system (external power supply system) including an inverter to be detachable from a fuel cell vehicle including a fuel cell and a storage battery, and supplies power from the fuel cell and the storage battery to the inverter. Is known (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記従来技術に係る電力供給システムによれば、燃料電池車両の運転中における走行用モータなどへの電力供給時に比べて、燃料電池車両の停止中における外部給電システムへの電力供給時には、より長時間に亘って燃料電池の低負荷の発電状態が維持される場合がある。また、燃料電池車両の運転中の電力供給時に比べて、燃料電池車両の停止中の外部給電システムへの電力供給時には、必要とされる電力が小さく、燃料電池の効率を優先した運転を継続することができずに、より長時間に亘る発電停止状態(いわゆるアイドル停止状態)が設けられる場合がある。
そして、燃料電池の低負荷の発電状態では、燃料電池のカソードにエアポンプから供給される空気の流量が少量になり、燃料電池の発電停止状態では、エアポンプの駆動が停止される。
By the way, according to the power supply system according to the above-described prior art, when power is supplied to the external power feeding system while the fuel cell vehicle is stopped, compared to when power is supplied to the driving motor or the like during operation of the fuel cell vehicle, There is a case where a low-load power generation state of the fuel cell is maintained for a long time. In addition, compared to the power supply during operation of the fuel cell vehicle, when the power is supplied to the external power supply system while the fuel cell vehicle is stopped, the required power is small and the operation with priority given to the efficiency of the fuel cell is continued. In some cases, a power generation stop state (so-called idle stop state) for a longer time is provided.
When the fuel cell is in a low load power generation state, the flow rate of air supplied from the air pump to the cathode of the fuel cell is small, and in the fuel cell power generation stop state, the driving of the air pump is stopped.
ところで、燃料電池車両の運転中に設けられるアイドル停止状態などの燃料電池の一時的な発電停止状態に対しては、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスをエアポンプから供給された空気によって希釈する希釈器においてアノードオフガスの濃度が過大になることは防止されている。
つまり、燃料電池車両の運転中に設けられる燃料電池の一時的な発電停止状態に対しては、希釈器におけるアノードオフガスの濃度が所定の上限値に到達しないようにして、希釈器の大きさなどによる所定の希釈能力が設定されている。
しかしながら、外部給電システムへの電力供給時において低負荷の発電状態および発電停止状態が長時間継続されると、希釈器の所定の希釈能力を超えて空気量が不足してアノードオフガスの濃度が増大する虞がある。
By the way, with respect to a temporary power generation stop state of the fuel cell such as an idling stop state provided during operation of the fuel cell vehicle, the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell is diluted with air supplied from the air pump. In the diluter, the anode off gas concentration is prevented from becoming excessive.
In other words, for the temporary power generation stop state of the fuel cell provided during the operation of the fuel cell vehicle, the concentration of the anode off gas in the diluter does not reach a predetermined upper limit value, the size of the diluter, etc. A predetermined dilution capacity is set.
However, if the low-load power generation state and power generation stop state are continued for a long time when power is supplied to the external power supply system, the concentration of anode off-gas increases due to insufficient air volume exceeding the predetermined dilution capacity of the diluter. There is a risk of doing.
このような問題が生じることに対して、例えば、希釈器におけるアノードオフガスの空気による希釈を優先させるようにして燃料電池を動作させると、電力供給システム全体としてのエネルギー効率が低下してしまうという問題が生じる。
例えば、燃料電池車両から外部給電システムへの電力供給時において、発電電力が余剰になることから、効率を優先した運転を実行することができずにアイドル停止状態になっている燃料電池を、効率が低い発電状態で動作させることによって、エアポンプの駆動および希釈器への空気供給を再開すると、所望のエネルギーマネジメント制御を行なうことが困難になるという問題が生じる。
For example, if the fuel cell is operated so as to prioritize the dilution of the anode off-gas with air in the diluter, the energy efficiency of the entire power supply system is reduced. Occurs.
For example, when power is supplied from the fuel cell vehicle to the external power supply system, the generated power becomes surplus. When the air pump is operated in a low power generation state and the air supply to the diluter is restarted, it becomes difficult to perform desired energy management control.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池スタックから排出されるオフガスを適切に処理しつつ所望の動作効率を確保することが可能な燃料電池車両の外部給電制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an external power supply control device for a fuel cell vehicle capable of ensuring desired operation efficiency while appropriately processing off-gas discharged from a fuel cell stack. It is an object.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第1の発明に係る燃料電池車両の外部給電制御装置(例えば、実施に形態における制御装置34)は、アノード(例えば、実施に形態におけるアノード21A)に供給された燃料(例えば、実施に形態における水素)およびカソード(例えば、実施に形態におけるカソード21C)に供給された空気によって発電する燃料電池スタック(例えば、実施に形態における燃料電池スタック21)と、前記燃料電池スタックに前記燃料を供給する燃料供給手段(例えば、実施に形態における水素タンク107および第1水素供給弁109および第2水素供給弁111)と、前記燃料電池スタックに前記空気を供給するエアポンプ(例えば、実施に形態におけるエアポンプ26)と、前記燃料電池スタックのアノードから排出されたアノードオフガスを前記エアポンプから供給された前記空気によって希釈する希釈器(例えば、実施に形態における希釈器120)と、蓄電装置(例えば、実施に形態におけるバッテリ22)と、前記燃料電池スタックおよび前記蓄電装置の電力により駆動する走行用モータ(例えば、実施に形態における走行用モータ24)と、前記燃料電池スタックおよび前記蓄電装置の電力を車両外部の機器(例えば、実施に形態における外部給電装置12および外部負荷13)に供給可能な給電回路(例えば、実施に形態における給電口11a)と、制御手段(例えば、実施に形態におけるECU61)と、を備え、前記制御手段は、前記給電回路による前記機器への給電時に、前記燃料電池スタックの効率優先運転と出力抑制運転または発電停止とを間欠的に実行し、前記空気の流量が前記希釈器における所定希釈度に要する所定流量以上になるようにして前記エアポンプの駆動を常時継続する。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an external power feeding control device (for example, the
本発明の第1の発明に係る燃料電池車両の外部給電制御装置によれば、給電回路による車両外部の機器への給電時において、燃料電池スタックの状態(つまり、効率優先運転、出力抑制運転、発電停止など)にかかわらずに、空気の流量が希釈器におけるアノードオフガスの所定希釈度に要する所定流量以上になるようにしてエアポンプの極低回転による駆動を常時継続する。
これによって、例えば希釈器におけるアノードオフガスの希釈のために燃料電池スタックの状態を変化させる必要無しに、所望のエネルギーマネジメント制御を制約無しに行なうことができる。
さらに、アノードオフガスを適切に処理しつつ所望の動作効率を確保することができ、システム全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。
According to the external power supply control device for a fuel cell vehicle according to the first aspect of the present invention, the state of the fuel cell stack (that is, efficiency priority operation, output suppression operation, Regardless of whether the power generation is stopped, etc., the air pump is continuously driven at an extremely low speed so that the air flow rate is equal to or higher than the predetermined flow rate required for the predetermined dilution of the anode off gas in the diluter.
This allows the desired energy management control to be performed without restriction without having to change the state of the fuel cell stack, for example, for dilution of the anode off gas in the diluter.
Furthermore, desired operating efficiency can be ensured while appropriately processing the anode off gas, and the energy efficiency of the entire system can be improved.
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池車両の外部給電制御装置について添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an external power supply control device for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施の形態による燃料電池車両の外部給電制御装置1は、例えば図1に示すように、給電システム10を構成する燃料電池車両11に搭載され、この給電システム10は、例えば、燃料電池車両11と、この燃料電池車両11とは別体に設けられた外部給電装置12と、を備えて構成され、外部の交流機器などの外部負荷13に対して電力を供給する。
An external power
燃料電池車両の外部給電制御装置1は、例えば、燃料電池車両11の車両後部のトランクルーム内などに、燃料電池車両11の電源に接続された給電口11aを備え、外部給電装置12をトランクルーム内などに搭載可能である。
外部給電装置12は、例えば、燃料電池車両11に設けられた給電口11aに着脱可能に嵌合される給電コネクタ12aを備えている。
給電コネクタ12aは、例えば、給電口11aに設けられた複数の端子に電気的に接続可能な複数のコネクタピンを備えている。
The external power
The external
The
燃料電池車両11と外部給電装置12とは、燃料電池車両11の給電口11aに外部給電装置12の給電コネクタ12aが嵌合され、この嵌合に伴って給電口11aの複数の端子に給電コネクタ12aの複数のコネクタピンが接続されることによって、電気的に接続される。
In the
また、外部給電装置12は、例えば、外部負荷13を電気的に接続可能な電力出力部12bを備え、給電コネクタ12aから入力された燃料電池車両11の直流電力を交流電力に変換して、この変換後の交流電力を電力出力部12bから外部負荷13に供給可能である。
The external
燃料電池車両の外部給電制御装置1は、例えば、燃料電池スタック21と、バッテリ22と、電圧調整器(VCU)23と、走行用モータ24と、パワードライブユニット(PDU)25と、エアポンプ26と、エアポンプ用インバータ(APINV)27と、ダウンバータ(DV)28と、12Vバッテリ29と、バッテリプリチャージ部30およびバッテリコンタクタ部31と、外部給電プリチャージ部32および外部給電コンタクタ部33と、制御装置34と、を備えて構成されている。
The external power
燃料電池スタック21は、例えば、陽イオン交換膜などからなる固体高分子電解質膜を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極(アノード)21Aと、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極(カソード)21Cとで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成されている。そして、燃料電池セルの積層体は一対のエンドプレートによって積層方向の両側から挟み込まれている。
The
燃料電池スタック21のカソード21Cには酸素を含む酸化剤ガス(反応ガス)である空気がエアポンプ26から供給可能であり、アノード21Aには水素を含む燃料ガス(反応ガス)が高圧の水素タンク(図示略)などから供給可能である。
そして、反応ガスの供給時に、アノード21Aのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソード21Cへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流電力を発生する。このときカソード21Cにおいては、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。
Air, which is an oxidant gas (reaction gas) containing oxygen, can be supplied from the
Then, when the reaction gas is supplied, hydrogen ionized by the catalytic reaction on the anode catalyst of the
バッテリ22は、例えば、高圧系のリチウムイオン型などの2次電池であり、電圧調整器23を介して燃料電池スタック21に接続されている。
The
電圧調整器23は、例えば、DC−DCコンバータなどを備え、燃料電池スタック21とバッテリ22との間での電力の授受に対して電圧調整を行なう。
なお、電圧調整器23は、例えば、バッテリ22側に平滑コンデンサ23aを備えている。
The
The
走行用モータ24は、例えば、U相、V相、W相の3相のDCブラシレスモータであって、パワードライブユニット25による制御に応じて力行運転および発電運転可能である。
例えば、走行用モータ24は、各相のコイルに交流の相電流が通電されることで力行運転を行ない、変速機(T/M)24aを介して駆動輪Wを駆動する。また、燃料電池車両11の減速時などにおいて駆動輪側から駆動力が伝達されることで発電運転(回生運転)を行ない、発電電力(回生電力)を出力する。
The traveling
For example, the traveling
パワードライブユニット25は、例えば、トランジスタなどのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路および平滑コンデンサなどを具備するパルス幅変調(PWM)によるインバータを備えて構成されている。
The
このインバータは、例えば走行用モータ24の力行運転時において、制御装置34から出力されるトルク指令値に基づき、各相毎に対をなす各スイッチング素子のオン(導通)/オフ(遮断)を切り替える。これによって、バッテリ22から電圧調整器23を介して供給される直流電力あるいは燃料電池スタック21から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、走行用モータ24の各相のコイルへの通電を順次転流させることで交流の各相電流を通電する。
This inverter switches on (off) / off (off) each switching element that makes a pair for each phase based on a torque command value output from the
一方、例えば走行用モータ24の発電運転時において、インバータは、走行用モータ24のロータの回転角に基づいて同期がとられたゲート信号に応じて各スイッチング素子をオン(導通)/オフ(遮断)させ、走行用モータ24から出力される交流の発電電力を直流電力に変換する。
On the other hand, for example, during power generation operation of the traveling
エアポンプ26は、例えば、エアポンプ用インバータ27から出力される交流電力によって回転駆動されるポンプ駆動用モータ(図示略)を備える電動コンプレッサであって、外部から空気を取り込んで圧縮し、圧縮後の空気を反応ガスとして燃料電池スタック21のカソードに供給する。
The
エアポンプ用インバータ27は、例えば、パルス幅変調(PWM)によるPWMインバータなどであり、制御装置34から出力される制御信号に基づき、バッテリ22から電圧調整器23を介して供給される直流電力あるいは燃料電池スタック21から供給される直流電力によって、エアポンプ26のポンプ駆動用モータを回転駆動し、ポンプ駆動用モータの回転数を制御する。
The
ダウンバータ28は、例えば、DC−DCコンバータなどを備え、バッテリ22の高圧の端子間電圧あるいは燃料電池スタック21から電圧調整器23を介して印加される高圧の電圧を低圧の所定電圧(12V)まで降圧して、降圧後の所定電圧の電力によって12Vバッテリ29を充電する。
The
12Vバッテリ29は、例えば、制御装置34および各種補機類からなる電気負荷を駆動するための低圧の所定電圧の電力を出力する。
The
バッテリプリチャージ部30およびバッテリコンタクタ部31は、例えば、バッテリ22と、電圧調整器23およびダウンバータ28との間に設けられている。
バッテリプリチャージ部30は、例えば、直列に接続されたプリチャージコンタクタ41およびプリチャージ抵抗42により構成されている。
The
The
バッテリコンタクタ部31は、例えば、燃料電池車両11の正極側の高圧ライン(HV+)においてバッテリ22の正極端子に接続された正極側バッテリコンタクタ43と、負極側の高圧ライン(HV−)においてバッテリ22の負極端子に接続された負極側バッテリコンタクタ44と、により構成されている。
そして、バッテリプリチャージ部30は、正極側バッテリコンタクタ43の両端に(つまり、正極側バッテリコンタクタ43に並列に)接続されている。
The
The
外部給電プリチャージ部32および外部給電コンタクタ部33は、例えば、バッテリプリチャージ部30およびバッテリコンタクタ部31と、給電口11aとの間に設けられている。
外部給電プリチャージ部32は、例えば、直列に接続されたプリチャージコンタクタ51およびプリチャージ抵抗52により構成されている。
The external power
The external power
外部給電コンタクタ部33は、例えば、燃料電池車両11の正極側の高圧ライン(HV+)において正極側バッテリコンタクタ43に接続された正極側外部給電コンタクタ53と、負極側の高圧ライン(HV−)において負極側バッテリコンタクタ44に接続された負極側外部給電コンタクタ54と、により構成されている。
そして、外部給電プリチャージ部32は、正極側外部給電コンタクタ53の両端に(つまり、正極側外部給電コンタクタ53に並列に接続されている。
The external
The external power
そして、各コンタクタ41,43,44,51,53,54は、例えば、制御装置34から出力される制御信号に基づき、導通および遮断を切り替え可能である。
And each contactor 41,43,44,51,53,54 can switch conduction | electrical_connection and interruption | blocking based on the control signal output from the
制御装置34は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などの電子回路により構成されるECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)61を備えている。
The
ECU61は、例えば、パワードライブユニット25の電力変換動作を制御することによって走行用モータ24の力行運転および発電運転を制御する。
例えば、ECU61は、各種のセンサやスイッチなどから出力される信号に基づき、走行用モータ24の目標トルクを算出し、実際に走行用モータ24から出力されるトルクを目標トルクに一致させるようにして、走行用モータ24に通電される電流に対するフィードバック制御などを実行する。
The
For example, the
ECU61は、例えば、エアポンプ用インバータ27の電力変換動作や反応ガスの流路に設けられた各種バルブの開閉や電圧調整器23の電圧調整動作などを制御することによって、燃料電池スタック21への反応ガスの供給および燃料電池スタック21の発電量(発電電力)を制御する。
The
ECU61は、例えば、各種のセンサやスイッチなどから出力される信号、さらに、インバータ制御装置82から出力される信号などに基づき、バッテリ22を含む高圧電装系の監視および保護などの制御を行なう。
The
例えば、ECU61は、イグニッションスイッチ71およびパワースイッチ72などの各指令信号と、速度センサ73およびアクセルペダル開度センサ74およびブレーキペダルスイッチ(図示略)などの各検出信号とに基づき、燃料電池車両11の運転状態を制御する。
For example, the
なお、イグニッションスイッチ71は、運転者の操作に応じて燃料電池車両11の起動および停止を指示する指令信号(IGSW)を出力する。
また、パワースイッチ72は、運転者の操作に応じて燃料電池スタック21の起動(例えば、エアポンプ26の起動など)を指示する指令信号(PSW)を出力する。
The
Further, the
また、速度センサ73は、燃料電池車両11の速度を検出する。
また、アクセルペダル開度センサ74は、運転者によるアクセルペダルの踏み込みに応じたアクセルペダルのストローク量(アクセル開度)を検出する。
また、ブレーキペダルスイッチは、運転者によるブレーキペダルの操作有無を検出する。
The
The accelerator
The brake pedal switch detects whether the driver has operated the brake pedal.
また、例えば、ECU61は、バッテリ22の端子間電圧(バッテリ電圧)VBを検出するバッテリ電圧センサ75および電流IBを検出するバッテリ電流センサ76および温度TBを検出するバッテリ温度センサ77の各検出信号に基づき、残容量SOC(State Of Charge)などの各種の状態量を算出する。
そして、算出した各種の状態量に基づいて、バッテリプリチャージ部30およびバッテリコンタクタ部31の導通および遮断を制御することによって、バッテリ22の充電および放電を制御する。
Further, for example, the
Then, based on the various state quantities calculated, the
さらに、ECU61は、燃料電池車両11に接続された外部給電装置12への給電および外部給電装置12の電力変換動作を制御するとともに、外部給電装置12の異常有無を検知する。
例えば、ECU61は、外部給電プリチャージ部32および外部給電コンタクタ部33の導通および遮断を制御することによって、外部給電装置12への給電を制御する。
Further, the
For example, the
なお、ECU61には、各種のセンサやスイッチなどとともに、燃料電池車両11の各種の状態を表示する計器類からなるメータ78が接続されている。
Note that the
外部給電装置12は、例えば、少なくとも1つ以上のインバータ81と、インバータ制御装置82と、を備えて構成されている。
The external
インバータ81は、例えば、トランジスタなどのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路および平滑コンデンサなどを備え、インバータ制御装置82から出力されるスイッチング指令信号に基づき、各スイッチング素子のオン(導通)/オフ(遮断)を切り替える。これによって、燃料電池車両11に設けられた給電口11aに嵌合された給電コネクタ12aを介して燃料電池車両11の電源(例えば、燃料電池スタック21と、バッテリ22となど)から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を外部負荷13に供給可能である。
なお、インバータ81は、例えば、平滑コンデンサ81aを介して外部給電コンタクタ部33に接続されている。
The
The
インバータ制御装置82は、例えば、燃料電池車両11のECU61から供給される制御用電力によって作動し、ECU61から出力される各種の指令信号に応じて、インバータ81の電力変換動作および給電コネクタ12aの電磁ロック83の動作を制御することによって外部負荷13への給電を制御する。
The
なお、インバータ81の正極側および負極側の入力端子は、燃料電池車両11の給電口11aに外部給電装置12の給電コネクタ12aが嵌合されることによって、電磁ロック83を介して、燃料電池車両11の正極側および負極側の高圧ライン(HV+),(HV−)に接続可能となる。
電磁ロック83は、インバータ制御装置82の制御によって、インバータ81の正極側および負極側の入力端子と、燃料電池車両11の正極側および負極側の高圧ライン(HV+),(HV−)との間の電気的な接続と遮断とを切り替える。
The input terminal on the positive electrode side and the negative electrode side of the
The
また、インバータ制御装置82は、例えば、インバータ81の入力電圧(インバータ電圧VI)を検出するインバータ電圧センサ84の検出信号に基づき、外部給電装置12の状態に係る情報の信号を出力する。
Further, the
インバータ制御装置82は、例えば、給電コネクタ12aに備えられた各コネクタピンに接続されている。
また、燃料電池車両11の給電口11aは、給電コネクタ12aの各コネクタピンに接続される各端子を備え、制御装置34のECU61は、適宜の信号線によって給電口11aの各端子に接続されている。
これらにより、燃料電池車両11のECU61と、インバータ制御装置82とは、燃料電池車両11の給電口11aに外部給電装置12の給電コネクタ12aが嵌合され、この嵌合に伴って給電口11aの複数の端子に給電コネクタ12aの複数のコネクタピンが接続された状態において、相互に各種の信号を送受信可能である。
For example, the
The
As a result, the
なお、燃料電池車両11のECU61とインバータ制御装置82との間で送受信される信号は、例えば、外部給電装置12から外部負荷13への電力の出力要求(外部給電要求)を指示する信号と、外部給電装置12から外部負荷13への電力の出力許可を指示する信号と、燃料電池車両11から外部給電装置12への給電の許可および禁止を指示する信号と、給電口11aと給電コネクタ12aとの嵌合有無を示す信号(例えば、嵌合信号など)と、ECU61からインバータ制御装置82へと供給される制御用電圧の信号と、インバータ電圧センサ84により検出されたインバータ電圧(検出値)VIの検出結果の信号と、などである。
In addition, the signal transmitted / received between ECU61 of the
燃料電池スタック21は、例えば図2に示すように、燃料電池システム100を構成している。
そして、燃料電池車両の外部給電制御装置1は、例えば、燃料電池システム100を備えている。
燃料電池システム100は、例えば、燃料電池スタック(FC)21と、ガス供給系100aと、冷却系100bと、を備えている。
For example, as shown in FIG. 2, the
And the external electric power
The
ガス供給系100aは、例えば、インテイク101と、エアポンプ(AP)26と、空冷式インタークーラ(IC)103と、加湿器104と、圧力制御弁105と、インジェクション106と、水素タンク107と、タンク内水素遮断弁108と、第1水素供給弁109と、水素遮断弁110と、第2水素供給弁111と、エゼクタ112と、気液分離器113と、循環弁114と、空気取入弁115と、パージ弁116と、排気弁117と、ドレイン弁118と、希釈器120と、希釈補助弁121と、第1〜第5温度センサ122a〜122eと、流量センサ123と、第1〜第4圧力センサ124a〜124dと、を備えている。
The
インテイク101は、例えば、燃料電池スタック21のカソード供給口21aに一端が接続されたカソードガス流路100Aの他端(つまり、ガス流通方向の上流端)に設けられている。
エアポンプ26は、例えば、カソードガス流路100Aにおいてインテイク101よりも下流側に設けられ、制御装置34により駆動制御されるエアーコンプレッサーなどを備えている。
エアポンプ26は、例えば、インテイク101を介して外部から空気を取り込んで圧縮し、圧縮後の空気をカソードガス流路100Aに排出する。
The
The
For example, the
なお、例えば、インテイク101とエアポンプ26との間のカソードガス流路100Aには第1温度センサ122aおよび流量センサ123が備えられ、第1温度センサ122aおよび流量センサ123は、エアポンプ26によって外部から取り込まれる空気の温度T1および流量G1を検出し、検出結果の信号を出力する。
For example, the cathode
空冷式インタークーラ103は、例えば、カソードガス流路100Aにおいてエアポンプ26よりも下流側に設けられ、エアポンプ26から排出された空気を冷却し、冷却後の空気をカソードガス流路100Aに排出する。
For example, the air-cooled
加湿器104は、例えば、空冷式インタークーラ103とカソード供給口21aとの間でカソードガス流路100Aに接続されるとともに、燃料電池スタック21のカソード排出口21bに一端(つまり、排出ガス流通方向の上流端)が接続されたカソードガス排出流路100Bに接続され、中空糸膜などの水透過膜を備えて構成されている。
For example, the humidifier 104 is connected to the cathode
加湿器104は、例えば、燃料電池スタック21のカソード21Cから排出された空気などの排出ガス(カソードオフガス)を加湿用のガスとして用いて、カソードガス流路100Aの空気(カソードガス)を加湿する。
加湿器104は、例えば、エアポンプ26から供給された空気と燃料電池スタック21のカソード21Cから排出された湿潤状態の排出ガスとを水透過膜を介して接触させることで、排出ガスに含まれる水分(特に、水蒸気)のうち水透過膜の膜穴を透過した水分を空気(カソードガス)に添加する。
For example, the humidifier 104 humidifies the air (cathode gas) in the cathode
The humidifier 104, for example, brings the moisture contained in the exhaust gas by bringing the air supplied from the
なお、加湿器104を迂回するようにしてカソードガス流路100Aに接続されたカソードガス迂回流路100Cには第1圧力センサ124aが備えられ、第1圧力センサ124aはカソードガス迂回流路100C内の空気の圧力を検出し、検出結果の信号を出力する。
また、カソード排出口21bと加湿器104との間のカソードガス排出流路100Bには第2温度センサ122bが備えられ、第2温度センサ122bは、カソード排出口21bから排出されたカソードオフガスの温度T2を検出し、検出結果の信号を出力する。
The cathode
The cathode gas discharge channel 100B between the cathode discharge port 21b and the humidifier 104 is provided with a
圧力制御弁105は、例えば、カソードガス排出流路100Bにおいて加湿器104の下流側と希釈器120との間に設けられ、制御装置34の制御によって、カソードガス排出流路100B内のカソードオフガスの圧力を制御する。
The
インジェクション106は、例えば、カソードガス流路100Aにおいて空冷式インタークーラ103と加湿器104との間から分岐する信号ガス流路100Dに設けられ、信号ガス流路100D内の空気の圧力を信号圧として第2水素供給弁111に供給する。
The
水素タンク107は、例えば、燃料電池スタック21のアノード供給口21cに一端が接続されたアノードガス流路100Eの他端(つまり、ガス流通方向の上流端)に設けられ、圧縮された水素を貯留し、水素を排出可能である。
タンク内水素遮断弁108は、例えば、水素タンク107に設けられ、水素タンク107からの水素の排出を遮断可能である。
The
The in-tank
なお、水素タンク107とタンク内水素遮断弁108との間のアノードガス流路100Eには第3温度センサ122cが備えられ、第3温度センサ122cは、水素タンク107から排出される水素の温度T3を検出し、検出結果の信号を出力する。
The anode
第1水素供給弁109は、例えば、アノードガス流路100Eにおいてタンク内水素遮断弁108よりも下流側に設けられ、制御装置34の制御などによって、水素タンク107から排出された水素の圧力を減圧し、減圧後の水素をアノードガス流路100Eに排出する。
なお、タンク内水素遮断弁108と第1水素供給弁109との間のアノードガス流路100Eには第2圧力センサ124bが備えられ、第2圧力センサ124bは、第1水素供給弁109よりも上流側におけるアノードガス流路100E内の水素の圧力P2を検出し、検出結果の信号を出力する。
The first
The anode
水素遮断弁110は、例えば、アノードガス流路100Eにおいて第1水素供給弁109よりも下流側に設けられ、制御装置34の制御などによって、アノードガス流路100E内の水素の流通を遮断可能である。
なお、第1水素供給弁109と水素遮断弁110との間のアノードガス流路100Eには第3圧力センサ124cが備えられ、第3圧力センサ124cは、第1水素供給弁109よりも下流側におけるアノードガス流路100E内の水素の圧力P3を検出し、検出結果の信号を出力する。
The
The anode
第2水素供給弁111は、例えば、アノードガス流路100Eにおいて水素遮断弁110の下流側に設けられ、インジェクション106から供給される信号圧に応じた圧力の水素を、アノードガス流路100Eに排出し、燃料電池スタック21のアノード21Aとカソード21Cとの間の極間差圧を所定圧に保持する。
The second
エゼクタ112は、例えば、アノードガス流路100Eにおいて第2水素供給弁111よりも下流側に設けられている。
エゼクタ112は、例えば、アノードガス流路100Eの上流側に接続されたノズル112aと、アノードガス流路100Eの下流側に接続された排出管112bと、燃料電池スタック21のアノード排出口21dに一端(つまり、排出ガス流通方向の上流端)が接続されたアノードガス排出流路100Fから分岐するアノードガス循環流路100Gに接続された副流導入管112cと、を備えている。
For example, the
For example, the
エゼクタ112は、例えば、燃料電池スタック21のアノード21Aを通過してアノード排出口21dから排出された未反応の水素を含む排出ガス(アノードオフガス)の一部を、第2水素供給弁111からアノードガス流路100Eに供給された水素に混合して、燃料電池スタック21のアノード21Aに再び供給する。
For example, the
気液分離器113は、例えば、アノードガス排出流路100Fに設けられ、アノードガス排出流路100F内の排出ガス(アノードオフガス)に含まれる水分を分離し、分離後の排出ガスをガス排出口113aから排出し、分離後の水分を水分排出口113bから排出する。
なお、気液分離器113には第4温度センサ122dが備えられ、第4温度センサ122dは、気液分離器113内の排出ガスの温度T4を検出し、検出結果の信号を出力する。
The gas-
The gas-
循環弁114は、例えば、気液分離器113のガス排出口113aとエゼクタ112の副流導入管112cとを接続するアノードガス循環流路100Gに設けられた逆止弁などである。
循環弁114は、例えば、気液分離器113からエゼクタ112へと向かう方向とされる順方向のガス流通を許容し、エゼクタ112から気液分離器113へと向かう方向とされる逆方向のガス流通を遮断する。
The
The
空気取入弁115は、例えば、カソードガス流路100Aにおいて空冷式インタークーラ103と加湿器104との間から分岐してアノードガス流路100Eにおいてエゼクタ112とアノード供給口21cとの間に接続される空気取入流路100Hに設けられている。
空気取入弁115は、例えば、制御装置34の制御によって、掃気用などの空気をカソードガス流路100Aからアノードガス流路100Eに供給可能である。
For example, the
The
なお、空気取入弁115とアノードガス流路100Eとの間の空気取入流路100Hには第4圧力センサ124dが備えられ、第4圧力センサ124dは、空気取入弁115よりも下流側における空気取入流路100H内の空気の圧力P4を検出し、検出結果の信号を出力する。
The air
パージ弁116は、例えば、アノードガス排出流路100Fにおいて気液分離器113のガス排出口113aと希釈器120との間に設けられ、制御装置34の制御によって、気液分離器113のガス排出口113aから排出された排出ガスを希釈器120に供給可能である。
The
排気弁117は、例えば、アノードガス排出流路100Fにおいて気液分離器113のガス排出口113aとカソードガス排出流路100Bにおいて圧力制御弁105と希釈器120との間とを接続するガス排出流路100Jに設けられている。
排気弁117は、例えば、制御装置34の制御によって、空気取入弁115を介してアノードガス流路100Eに導入された後に気液分離器113から排出された掃気用などの空気を、ガス排出流路100Jおよびカソードガス排出流路100Bを介して希釈器120に供給可能である。
The
The
ドレイン弁118は、例えば、気液分離器113の水分排出口113bとアノードガス排出流路100Fにおいてパージ弁116と希釈器120との間とを接続する水分排出流路100Kに設けられ、制御装置34の制御によって、気液分離器113の水分排出口113bから排出された水分を希釈器120に供給可能である。
The
希釈器120は、例えば、パージ弁116から排出された排出ガスの水素濃度を、圧力制御弁105から排出された空気と希釈補助弁121から排出された空気とにより希釈し、希釈後の水素濃度が所定濃度以下に低減された排出ガスを外部(例えば、大気中など)に排出可能である。
For example, the
希釈補助弁121は、例えば、カソードガス流路100Aにおいて空冷式インタークーラ103と加湿器104との間から分岐する希釈補助流路100Lに設けられ、制御装置34の制御によって、希釈補助流路100L内の空気を希釈器120に供給可能である。
For example, the dilution
冷却系100bは、例えば、ウォーターポンプ(WP)131と、ラジエータ132と、ラジエータファン133と、サーモスタットバルブ134と、熱交換器135と、イオン交換器136と、を備えている。
The
ウォーターポンプ131は、例えば、エアポンプ26と同軸であって、エアポンプ26と同調して回転可能とされ、燃料電池スタック21内に設けられた冷媒流路を経由する冷媒循環流路100Mにおいて冷媒供給口21e側に設けられ、冷媒循環流路100M内の冷却媒体である冷却水を取り込んで昇圧し、昇圧後の冷却水を冷媒供給口21eへと排出する。
For example, the
ラジエータ132は、例えば、冷媒循環流路100Mにおいて冷媒排出口21f側に設けられ、冷媒排出口21fから排出された冷却水を、自然送風あるいはラジエータファン133による強制送風によって冷却し、冷却後の冷却水を冷媒循環流路100Mに排出する。
The
なお、例えば、冷媒循環流路100Mにおいて冷媒排出口21fよりも下流側には第5温度センサ122eが備えられ、第5温度センサ122eは、冷媒排出口21fから排出される冷却水の温度T5を検出し、検出結果の信号を出力する。
For example, a
サーモスタットバルブ134は、例えば、内部を流通する冷却水の温度に応じて、燃料電池スタック21の冷媒排出口21fから排出された冷却水と、ラジエータ132から排出された冷却水と、を切り替えてウォーターポンプ131に供給可能である。
サーモスタットバルブ134は、例えば、冷却水が所定温度以下の場合には、燃料電池スタック21の冷媒排出口21fから排出された冷却水を、ラジエータ132を迂回してウォーターポンプ131に供給する。一方、例えば、冷却水が所定温度よりも高い場合には、燃料電池スタック21の冷媒排出口21fから排出された後にラジエータ132を経由した冷却水をウォーターポンプ131に供給する。
For example, the
For example, when the cooling water is below a predetermined temperature, the
熱交換器135は、例えば、冷媒循環流路100Mにおいてウォーターポンプ131と燃料電池スタック21の冷媒供給口21eとの間から分岐する分岐冷媒流路100Nに設けられ、冷媒循環流路100Mから分岐冷媒流路100Nに流通した一部の冷却水によって、アノードガス流路100Eにおける第2水素供給弁111とエゼクタ112との間で水素を冷却する。
The
なお、分岐冷媒流路100Nにおける冷媒流通方向で熱交換器135よりも下流側には気液分離器113が設けられ、気液分離器113は、分岐冷媒流路100N内の冷却水によって冷却される。
A gas-
イオン交換器136は、例えば、分岐冷媒流路100Nにおいて気液分離器113よりも下流側に設けられ、冷却液中に存在するイオンを除去し、冷却液の導電率を低下させ、イオン除去後の冷却水を、冷媒循環流路100Mにおける燃料電池スタック21の冷媒排出口21fとラジエータ132およびサーモスタットバルブ134との間へと排出する。
The
本実施の形態による給電システム10は上記構成を備えており、次に、燃料電池車両の外部給電制御装置1の動作、特に、ECU61の動作について説明する。
The
ECU61は、例えば、燃料電池車両11およびバッテリ22の状態などに応じて、燃料電池スタック21の発電状態を制御する。
ECU61 controls the electric power generation state of the
ECU61は、例えば、燃料電池車両11に外部給電装置12が接続されていない燃料電池車両11の運転時には、通常発電の運転として、燃料電池車両11の運転に必要とされる発電量などに応じて、燃料電池スタック21の発電量(発電電力)Pをゼロから所定の最大発電量PMまでの間で変更可能として燃料電池スタック21の発電を制御する。
For example, when the
ECU61は、例えば、燃料電池車両11に接続された外部給電装置12から外部負荷13への給電の実行時(外部給電時)には、外部給電および燃料電池車両11の適宜の補機類への給電およびバッテリ22の充電などに必要とされる発電量などに応じて、出力抑制運転またはアイドル停止と効率優先運転とによる間欠運転によって燃料電池スタック21の発電を制御する。
The
なお、出力抑制運転は、例えば、エアポンプ26から燃料電池スタック21への空気の供給の抑制などによって、燃料電池スタック21から出力する電流を所定電流未満(つまり、発電量を所定発電量未満)に規制する運転である。
また、アイドル停止は、例えば、エアポンプ26から燃料電池スタック21への空気の供給の一時的な停止などによって、燃料電池スタック21から出力する電流をゼロ(つまり、発電量をゼロ)にする状態である。
また、効率優先運転は、例えば図3に示すように、燃料電池スタック21の発電量(発電電力)Pを、所定発電量範囲β(第1発電量P1≦P≦第2発電量P2)内に規制する運転である。なお、所定発電量範囲βは、燃料電池システム100全体としての発電時の効率Eが極大値EMを含む所定効率範囲α(下限効率E0≦E≦極大効率EM)内となる発電量の範囲である。
In the output suppression operation, for example, the current output from the
The idle stop is a state in which the current output from the
Further, in the efficiency priority operation, for example, as shown in FIG. 3, the power generation amount (power generation) P of the
ECU61は、例えば、外部給電時に燃料電池スタック21に対して出力抑制運転またはアイドル停止と効率優先運転とによる間欠運転を行なう場合には、空気の流量が希釈器120での所定希釈度に要する所定流量以上になるようにしてエアポンプ26の極低回転による駆動を常時継続する。
なお、所定希釈度は、例えば、希釈器120の出口から外部(例えば、大気中など)に排出される排出ガスの水素濃度が所定濃度未満になるために必要とされる、希釈器120内のアノードオフガスの量に対する空気量の割合などである。
For example, when the
Note that the predetermined dilution level is, for example, required for the hydrogen concentration of the exhaust gas discharged from the outlet of the
以下に、ECU61の動作の一例について説明する。なお、以下に示す一連の処理は、例えば、所定周期などで繰り返し実行される。
先ず、例えば図4に示すステップS01においては、燃料電池車両11の給電口11aと外部給電装置12の給電コネクタ12aとの嵌合を示す嵌合信号を取得したか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、後述するステップS12に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS02に進む。
Below, an example of operation | movement of ECU61 is demonstrated. Note that the following series of processing is repeatedly executed at a predetermined cycle, for example.
First, for example, in step S01 shown in FIG. 4, it is determined whether or not a fitting signal indicating fitting between the
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step
On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 02.
次に、ステップS02においては、燃料電池車両11の速度(車速)が所定値以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS03に進み、このステップS03においては、燃料電池スタック21の通常発電の処理として、燃料電池車両11の運転に必要とされる発電量などに応じて燃料電池スタック21の発電量(発電電力)Pをゼロから所定の最大発電量PMまでの間で変更可能として、燃料電池スタック21の発電を制御し、エンドに進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS04に進む。
Next, in step S02, it is determined whether or not the speed (vehicle speed) of the
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 03, and in this step S 03, the normal power generation processing of the
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 04.
次に、ステップS04においては、アクセル開度が所定開度以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS03に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS05に進む。
そして、ステップS05においては、エアポンプ26から燃料電池スタック21への空気の供給の抑制または一時的な停止などによる出力抑制運転またはアイドル停止を開始する。
Next, in step S04, it is determined whether or not the accelerator opening is equal to or less than a predetermined opening.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 03 described above.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 05.
In step S05, output suppression operation or idle stop is started by suppressing or temporarily stopping the supply of air from the
次に、ステップS06においては、バッテリ22の残容量SOCが所定の第1残容量SOC1以上であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS10に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS07に進む。
Next, in step S06, it is determined whether or not the remaining capacity SOC of the
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S07.
次に、ステップS07においては、出力抑制運転またはアイドル停止の開始から所定時間経過したか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS08に進み、このステップS08においては、出力抑制運転またはアイドル停止の継続に必要とされる電力をバッテリ22から供給し、エンドに進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS09に進み、このステップS09においては、燃料電池スタック21のアイドル発電の処理として、出力抑制運転よりも大きな発電量かつ通常発電よりも小さな発電量を出力するようにして、燃料電池スタック21の発電を制御し、エンドに進む。
Next, in step S07, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the start of the output suppression operation or idle stop.
When the determination result is “NO”, the process proceeds to step S08, and in this step S08, the electric power necessary for the output suppression operation or the idling stop is supplied from the
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 09, and in this step S 09, as the idle power generation processing of the
また、ステップS10においては、バッテリ22の残容量SOCが所定の第1残容量SOC1よりも小さい所定の第2残容量SOC2未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、上述したステップS09に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS11に進む。
In step S10, it is determined whether or not the remaining capacity SOC of the
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 09 described above.
On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S11.
そして、ステップS11においては、出力抑制運転またはアイドル停止の実行中であるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、上述したステップS07に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS09に進む。
In step S11, it is determined whether or not the output suppression operation or the idle stop is being executed.
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 07 described above.
On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 09 described above.
また、例えば図5に示すステップS12においては、バッテリ22の残容量SOCが所定の第1残容量SOC1以上であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS14に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS13に進む。
Further, for example, in step S12 shown in FIG. 5, it is determined whether or not the remaining capacity SOC of the
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 14 described later.
On the other hand, if the determination is “YES”, the flow proceeds to step S13.
次に、ステップS13においては、燃料電池スタック21を出力抑制運転またはアイドル停止の状態としてバッテリ22から外部給電装置12へと給電を行なう。さらに、エアポンプ26から排出される空気の流量が希釈器120でのアノードオフガスに対する空気による所定希釈度に要する所定流量以上になるようにして、エアポンプ26の極低回転による駆動を常時継続する極低回転駆動を実行し、エンドに進む。
Next, in step S13, power is supplied from the
また、ステップS14においては、バッテリ22の残容量SOCが所定の第1残容量SOC1よりも小さい所定の第2残容量SOC2未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS16に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS15に進む。
In step S14, it is determined whether the remaining capacity SOC of the
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 16 described later.
On the other hand, if the determination is “YES”, the flow proceeds to step S15.
そして、ステップS15においては、燃料電池スタック21を効率優先運転の状態として、燃料電池スタック21から外部給電装置12へと給電を行ない、エンドに進む。
また、ステップS16においては、出力抑制運転またはアイドル停止の実行中であるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、上述したステップS13に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS15に進む。
In step S15, the
Moreover, in step S16, it is determined whether the output suppression operation or the idle stop is being executed.
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step
On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 15 described above.
例えば図6に示すように、停止状態の燃料電池車両11に外部給電装置12が接続された状態などにおける時刻t1において、運転者によってイグニッションスイッチ71がONに操作されると、外部給電要求を指示する信号はOFFからONに切り替えられる。
このとき、燃料電池スタック21の所定の発電量Paによって、外部給電および燃料電池車両11の適宜の補機類への給電およびバッテリ22の充電などに必要とされる電力を賄うようにして、燃料電池スタック21の効率優先運転による発電が開始される。そして、エアポンプ26によって外部から取り込まれる空気の流量は、燃料電池スタック21から所定の発電量Paを発電するために必要とされる所定の第1流量Gaになるように制御される。
さらに、バッテリ22は燃料電池スタック21から出力される発電電力によって充電され、残容量SOCは増大傾向に変化する。
For example, as shown in FIG. 6, when the
At this time, the predetermined power generation amount Pa of the
Further, the
そして、例えば時刻t2において、発電に伴う生成水による燃料電池スタック21内部の過加湿を防止するためなどによって、パージ弁116が一時的に開弁されると、希釈器120の内部の水素量および希釈器120の出口の水素濃度はゼロから増大傾向に変化する。
そして、希釈器120の内部の水素量および希釈器120の出口の水素濃度は、例えば、水素の拡散などに要する時間遅れなどに起因して、パージ弁116が閉弁された時刻t3以降の適宜のタイミングで極大となる。そして、パージ弁116の閉弁およびエアポンプ26による継続的な外部からの空気の取り込みに起因して、低下傾向に変化する。
Then, when the
The amount of hydrogen inside the
そして、例えば時刻t4において、バッテリ22の残容量SOCが所定の第1残容量SOC1に到達すると、アイドル停止あるいは出力抑制運転の実行を示す指令信号はOFFからONへと切り替えられ、燃料電池スタック21の状態は効率優先運転からアイドル停止あるいは出力抑制運転へと切り替えられる。
これに伴い、アイドル停止では燃料電池スタック21の発電量はゼロとされ、出力抑制運転では燃料電池スタック21の発電量は所定発電量未満に規制され、例えば時刻t4以降に示すように、バッテリ22の残容量SOCは、所定の第2残容量SOC2に向かい低下傾向に変化する。
For example, when the remaining capacity SOC of the
Accordingly, the power generation amount of the
この時刻t4以降においては、燃料電池スタック21のアイドル停止あるいは出力抑制運転に伴ってパージ弁116の閉弁が維持される。さらに、エアポンプ26によって外部から取り込まれる空気の流量が、希釈器120におけるアノードオフガスに対する空気による所定希釈度に要する所定流量以上(例えば、所定の第2流量Gbなど)になるようにして、エアポンプ26の極低回転による駆動が常時継続される。
これらによって、希釈器120の内部の水素量は低下傾向に変化する。
また、希釈器120の出口の水素濃度は、例えば、先に実行されたパージ弁116の一時的な開弁に起因して、水素の拡散などに要する時間遅れを有して徐々に増大するが、所定の上限濃度Ha未満に維持される。
After this time t4, the
As a result, the amount of hydrogen inside the
Further, the hydrogen concentration at the outlet of the
そして、例えば時刻t10に示すように、運転者によってイグニッションスイッチ71がOFFに操作されると、燃料電池車両11の起動を示す指令信号(IGSW)および外部給電要求を指示する信号はONからOFFに切り替えられる。そして、燃料電池スタック21の発電量はゼロになる。
For example, as shown at time t10, when the
なお、燃料電池車両11の停止後の所定期間に亘っては、例えば、希釈器120の出口の水素濃度をゼロに向かい低下させるためなどによって、エアポンプ26の駆動は継続される。
Note that, for a predetermined period after the
上述したように、本実施の形態による燃料電池車両の外部給電制御装置1によれば、外部給電時においては、エアポンプ26によって外部から取り込まれる空気の流量が希釈器120の所定希釈度に要する所定流量以上になるようにして、エアポンプ26の極低回転による駆動が常時継続される。
これによって、例えば希釈器120におけるアノードオフガスの希釈のために燃料電池スタック21の状態を変化させる必要無しに、所望のエネルギーマネジメント制御を制約無しに行なうことができる。
さらに、アノードオフガスを適切に処理しつつ所望の動作効率を確保することができ、給電システム10全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。
As described above, according to the external power
Thus, for example, the desired energy management control can be performed without restriction without having to change the state of the
Furthermore, desired operating efficiency can be ensured while appropriately processing the anode off gas, and the energy efficiency of the
例えば図7に示す比較例のように、外部給電時における燃料電池スタック21のアイドル停止の状態でエアポンプ26の駆動を停止する場合には、所望のエネルギーマネジメント制御を行なうことが困難になる。
例えば図7に示す時刻t4において、外部給電時のアイドル停止の開始とともにエアポンプ26の駆動が停止されると、先に実行されたパージ弁116の一時的な開弁に起因して希釈器120の出口の水素濃度が増大傾向に変化したときに、この水素濃度の増大は抑制されない。
For example, as in the comparative example shown in FIG. 7, when the drive of the
For example, at time t4 shown in FIG. 7, when the driving of the
このため、例えば時刻t5において、希釈器120の出口の水素濃度が所定の上限濃度Ha以上に到達すると、バッテリ22の残容量SOCが所定の第1残容量SOC1から僅かに低下しただけであっても、希釈器120における水素濃度の希釈を優先させるようにして、燃料電池スタック21の効率優先運転による発電が再開される。
そして、エアポンプ26の駆動が再開され、エアポンプ26によって外部から取り込まれる空気の流量は、燃料電池スタック21から所定の発電量Paを発電するために必要とされる所定の第1流量Gaになるように制御される。
For this reason, for example, at time t5, when the hydrogen concentration at the outlet of the
Then, the driving of the
これによって、例えば時刻t5以降においては、希釈器120の内部の水素量および希釈器120の出口の水素濃度は、エアポンプ26からの継続的な空気の供給によって、ゼロに向かい低下傾向に変化する。
さらに、バッテリ22は燃料電池スタック21から出力される発電電力によって充電され、残容量SOCは、所定の第1残容量SOC1から僅かに低下した値から、再び、第1残容量SOC1に向かい増大傾向に変化する。
Thus, for example, after time t5, the amount of hydrogen inside the
Further, the
そして、例えば時刻t6において、発電に伴う生成水による燃料電池スタック21内部の過加湿を防止するためなどによって、パージ弁116が一時的に開弁されると、希釈器120の内部の水素量および希釈器120の出口の水素濃度はゼロから増大傾向に変化する。
そして、希釈器120の内部の水素量および希釈器120の出口の水素濃度は、例えば、水素の拡散などに要する時間遅れなどに起因して、パージ弁116が閉弁された時刻t7以降の適宜のタイミングで極大となる。そして、パージ弁116の閉弁およびエアポンプ26による継続的な外部からの空気の取り込みに起因して、低下傾向に変化する。
At time t6, when the
The amount of hydrogen in the
そして、例えば時刻t8において、バッテリ22の残容量SOCが所定の第1残容量SOC1に到達すると、アイドル停止の実行を示す指令信号はOFFからONへと切り替えられ、燃料電池スタック21の状態は効率優先運転からアイドル停止へと切り替えられる。
これに伴い、アイドル停止では燃料電池スタック21の発電量はゼロとされ、エアポンプ26の駆動は停止され、例えば時刻t8以降に示すように、バッテリ22の残容量SOCは低下傾向に変化する。
For example, when the remaining capacity SOC of the
Accordingly, in idle stop, the power generation amount of the
この時刻t8以降においては、燃料電池スタック21のアイドル停止に伴ってパージ弁116の閉弁が維持されることから、希釈器120の内部の水素量は、水素の拡散などに要する時間遅れを有して徐々に低下する。
また、希釈器120の出口の水素濃度は、先に実行されたパージ弁116の一時的な開弁に起因して、水素の拡散などに要する時間遅れを有して徐々に増大し、この水素濃度の増大は抑制されない。
After this time t8, the
In addition, the hydrogen concentration at the outlet of the
このため、例えば時刻t9において、希釈器120の出口の水素濃度が所定の上限濃度Ha以上に到達すると、バッテリ22の残容量SOCが所定の第1残容量SOC1から僅かに低下しただけであっても、希釈器120における水素濃度の希釈を優先させるようにして、燃料電池スタック21の効率優先運転による発電が再開される。
そして、エアポンプ26の駆動が再開され、エアポンプ26によって外部から取り込まれる空気の流量は、燃料電池スタック21から所定の発電量Paを発電するために必要とされる所定の第1流量Gaになるように制御される。
For this reason, for example, at time t9, when the hydrogen concentration at the outlet of the
Then, the driving of the
これによって、例えば時刻t9以降においては、希釈器120の内部の水素量および希釈器120の出口の水素濃度は、エアポンプ26からの継続的な空気の供給によって、ゼロに向かい低下傾向に変化する。
さらに、バッテリ22は燃料電池スタック21から出力される発電電力によって充電され、残容量SOCは、所定の第1残容量SOC1から僅かに低下した値から、再び、第1残容量SOC1に向かい増大傾向に変化する。
Thereby, for example, after time t9, the amount of hydrogen inside the
Further, the
そして、例えば時刻t10に示すように、運転者によってイグニッションスイッチ71がOFFに操作されると、燃料電池車両11の起動を示す指令信号(IGSW)および外部給電要求を指示する信号はONからOFFに切り替えられる。そして、燃料電池スタック21の発電量はゼロになる。
For example, as shown at time t10, when the
すなわち、例えば図7に示す比較例においては、外部給電時において発電電力が余剰になったことでアイドル停止になっている燃料電池スタック21において、希釈器120におけるアノードオフガスの希釈を優先させるためだけに発電が再開される。
これにより、比較例においては、例えば、バッテリ22に対する充電が不要な状態であっても、燃料電池スタック21のアイドル停止が頻繁に中断され、エアポンプ26の駆動に伴う騒音および振動が増大するとともに、給電システム10全体としてのエネルギー効率を向上させることができないという問題が生じる。
That is, for example, in the comparative example shown in FIG. 7, in the
Thereby, in the comparative example, for example, even when charging to the
これに対して、例えば図6に示すような本実施の形態によれば、燃料電池スタック21のアイドル停止あるいは出力抑制運転において、エアポンプ26の駆動は常時継続される。
これにより、希釈器120においてアノードオフガスを適切に希釈しつつ、燃料電池スタック21のアイドル停止あるいは出力抑制運転が、希釈器120におけるアノードオフガスの希釈を優先させるためだけに意図しないタイミングで中断されてしまうことを防止することができる。そして、燃料電池スタック21の発電電力による外部給電と、バッテリ22の放電による外部給電とを、バッテリ22の残容量SOCなどに応じて適切に切り替えることができ、所望のエネルギーマネジメント制御を容易に行なうことができ、所望の外部給電可能時間を確保することができる。
しかも、エアポンプ26は極低回転で駆動されるだけであり、エアポンプ26の駆動に伴う騒音および振動の発生を抑制することができる。
On the other hand, according to the present embodiment as shown in FIG. 6, for example, the driving of the
As a result, while the anode off gas is appropriately diluted in the
Moreover, the
以上、説明した本実施形態は、本発明を実施するうえでの一例を示すものであり、本発明が前記した実施形態に限定して解釈されるものではないことは言うまでもない。 The present embodiment described above shows an example in carrying out the present invention, and it goes without saying that the present invention is not construed as being limited to the above-described embodiment.
1 燃料電池車両の外部給電制御装置
10 給電システム
11 燃料電池車両
11a 給電口(給電回路)
12 外部給電装置(機器)
12a 給電コネクタ
13 外部負荷(機器)
21 燃料電池スタック
21A アノード
21C カソード
22 バッテリ(蓄電装置)
23 電圧調整器
24 走行用モータ
26 エアポンプ
34 制御装置(燃料電池車両の外部給電制御装置)
51 プリチャージコンタクタ(給電回路)
53 正極側外部給電コンタクタ(給電回路)
54 負極側外部給電コンタクタ(給電回路)
61 ECU(制御手段)
107 水素タンク(燃料供給手段)
109 第1水素供給弁(燃料供給手段)
111 第2水素供給弁(燃料供給手段)
120 希釈器
DESCRIPTION OF
12 External power supply equipment (equipment)
12a
21
23
51 Precharge contactor (feed circuit)
53 Positive side external feeding contactor (feeding circuit)
54 Negative side external feeding contactor (feeding circuit)
61 ECU (control means)
107 Hydrogen tank (fuel supply means)
109 First hydrogen supply valve (fuel supply means)
111 Second hydrogen supply valve (fuel supply means)
120 diluter
Claims (1)
前記燃料電池スタックに前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池スタックに前記空気を供給するエアポンプと、
前記燃料電池スタックのアノードから排出されたアノードオフガスを前記エアポンプから供給された前記空気によって希釈する希釈器と、
蓄電装置と、
前記燃料電池スタックおよび前記蓄電装置の電力により駆動する走行用モータと、
前記燃料電池スタックおよび前記蓄電装置の電力を車両外部の機器に供給可能な給電回路と、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記給電回路による前記機器への給電時に、前記燃料電池スタックの効率優先運転と出力抑制運転または発電停止とを間欠的に実行し、前記空気の流量が前記希釈器における所定希釈度に要する所定流量以上になるようにして前記エアポンプの駆動を常時継続することを特徴とする燃料電池車両の外部給電制御装置。 A fuel cell stack that generates electricity with the fuel supplied to the anode and the air supplied to the cathode;
Fuel supply means for supplying the fuel to the fuel cell stack;
An air pump for supplying the air to the fuel cell stack;
A diluter for diluting the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell stack with the air supplied from the air pump;
A power storage device;
A traveling motor driven by electric power of the fuel cell stack and the power storage device;
A power feeding circuit capable of supplying power from the fuel cell stack and the power storage device to equipment outside the vehicle;
Control means,
The control means includes
When the power supply circuit supplies power to the device, the fuel cell stack performs an efficiency priority operation and an output suppression operation or power generation stop intermittently, and the air flow rate is a predetermined flow rate required for a predetermined dilution in the diluter. As described above, an external power feeding control device for a fuel cell vehicle, wherein the driving of the air pump is continuously continued.
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