JP2014110118A - 車両用電源システムの停止方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池システムは、パワースイッチが停止操作された後にスタックで発電した電力をバッテリに充電する充電処理と、カソード流路内の酸素濃度を低減させる封止ディスチャージ処理とを実行する。燃料電池システムの停止方法は、パワースイッチが停止操作された後、所定の停止処理許可時間から封止ディスチャージ処理に必要な時間を減算し、充電処理を実行できる時間に相当する残充電時間を算出する工程(S52)と、バッテリへの残目標充電量を算出する工程(S54)と、残充電時間及び残目標充電量に基づいてスタックの出力を制御しながら充電処理を実行する工程(S56)と、充電処理が終了した後、封止ディスチャージ処理を実行する工程と、を備える。
【選択図】図6
Description
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る車両用電源システムとしての燃料電池システム1の構成を示す図である。
燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2に燃料ガスとしての水素を供給するアノード系3と、燃料電池スタック2に酸化剤ガスとしての空気を供給するカソード系4と、燃料電池スタック2から排出されたガスの後処理を行う希釈器37と、燃料電池スタック2を冷却する冷却装置5と、燃料電池スタック2で発電した電力を蓄えるバッテリ6と、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)7と、燃料電池スタック2及びバッテリ6からの電力の供給によって駆動する走行モータ8と、を備える。燃料電池システム1は、走行モータ8で走行する図示しない燃料電池車両に搭載される。
S1では、現在のバッテリのSOC[%]を算出し、S2に移る。なお、バッテリのSOCとは、バッテリの定格容量を1として現在の残容量[kW]を百分率で表したものであり、バッテリ電流センサ及びバッテリ電圧センサの出力に基づいて図示しない処理により算出される。なお以下では、バッテリの残容量や充電量などは、バッテリの定格容量を1として百分率で表したものを単位として説明する。
図4は、バッテリの残容量を、その用途別に模式的に区分けした図である。以下では、図3の停止時必要SOCを算出する手順について図4を参照しながら説明する。
停止時充電処理では、以下の手順に従ってスタックの出力を制御することにより、規定の時間内に規定の量をバッテリに充電する。
ネット効率=(スタックの出力エネルギー−負荷の消費エネルギー)
/スタックへの投入エネルギー (1)
S66の判別がNOの場合、充電時間が長引いてでも、冷却装置による冷却が必要なくなるようにスタックの出力を制限した方が、有利なエネルギー効率で充電できると判断し、S67に移る。S67では、S65で算出した第2充電電流値IFC2を電流指令値として設定し、図6のS57に移る。
上記実施形態では、残充電時間が経過する前に残目標充電量の充電が完了するように充電処理中のスタックの第1充電電流値FC1を設定した(図7のS61参照)。しかしながら、例えば、バッテリからの電力の持ち出しが多くなる登坂中に車両を停止した場合など、システム停止時のバッテリのSOCが極端に少ないと、残目標充電量が過剰に大きくなる場合がある。残目標充電量が過剰に大きくなると、残充電時間内に充電を完了させようとして、第1充電電流値IFC1が過剰に大きな値に設定される場合がある。本変形例では、このような場合を想定して、第1充電電流値IFC1に対し上限値を設定し、スタックの充電電流をこの上限値以下に制限する。
上記実施形態では、図7のS61で説明したように、残充電時間をかけて残目標充電量の充電を完了させようとした場合の充電電流値をスタックの電流指令値の下限値とした。しかしながら、スタックの出力が小さくなり過ぎてしまうと、エアコンプレッサの作動音も小さくなってしまい、利用者は充電処理が行われていることを把握しにくくなってしまう場合がある。充電処理は利用者によるパワースイッチの停止操作後に行われるため、利用者は充電処理が行われていることを特に把握しにくい。これに対し本変形例では、充電処理中におけるエアコンプレッサの作動音が過剰に小さくならないように、充電処理中の電流指令値に対して適切な大きさに下限値を設定する。本変形例によれば、別途装置を設けることなく、充電処理が行われている状態であることを利用者に喚起できる。
上記実施形態では、図6の停止時充電処理の実行中は、常にスタック温度を監視し、スタック温度が所定の冷却開始温度を超えた場合に冷却装置をオンにすることにより(図8のS71−S74参照)、スタックの温度が所定の上限温度を超えないようにしたが、冷却装置による冷却の要否の判断はこれに限るものではない。例えば、停止充電処理を開始した時点において、ネット効率が最大となる充電電流値IFC1で充電し続けた場合に残目標充電時間内にスタックの温度が上限温度まで到達するか否かを推定し、上限温度に到達する場合の冷却装置をオンにするようにしてもよい。
上記実施形態では、システムの停止操作後に行う濃度調整処理として、カソード流路内の酸素濃度を低減させる封止ディスチャージ処理(図2のS5参照)を行う場合について説明したが、本発明はこれに限らない。濃度調整処理には、上述のような封止ディスチャージ処理の他、アノード流路内の水素濃度を低減させる処理(アノード水素濃度低減処理)や、カソード流路の残留水素を希釈する処理(カソード側水素希釈処理)など、様々な処理がある。したがって、システムの停止操作後は、封止ディスチャージ処理に替えて、上記アノード水素濃度低減処理やカソード側水素希釈処理を行ってもよい。また、封止ディスチャージ処理と、上記アノード水素濃度低減処理やカソード側水素希釈処理とを組み合わせた処理を濃度調整処理として行ってもよい。
以下、本発明の第2実施形態について、図面を参照しながら説明する。
上記第1実施形態では、本発明の車両用電源システムの停止方法を、燃料電池車両用の電源システム(すなわち、燃料電池システム)に適用した例について説明したが、本発明はこれに限らない。本実施形態では、本発明の車両用電源システムの停止方法を、内燃機関と、バッテリと、内燃機関で発生した駆動力を利用して発電可能でありかつバッテリから供給された電力で走行可能なモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両用電源システムに適用した例について説明する。この場合、内燃機関及びモータジェネレータが発電手段に相当する。
S92では、停止時必要SOCを算出し、S93に移る。この停止時必要SOCは、次回の電源システムの適切な起動を保証するために、システムを停止する際にバッテリに最低限要求される残容量に相当する。より具体的には、S93では、システムを停止する際に最低限確保しておく電力に相当する下限SOC(図3のS11参照)と、アシスト補正量とを算出し、これらを合算することにより停止時必要SOCを算出する。
2…燃料電池スタック(燃料電池、発電手段)
21…アノード流路
22…カソード流路
3…アノード系
4…カソード系
41…エアコンプレッサ(負荷)
5…冷却装置(負荷)
6…バッテリ(蓄電装置)
7…ECU
8…走行モータ
9…パワースイッチ(停止スイッチ)
Claims (8)
- アノード流路に燃料ガスが供給されカソード流路に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発電した電力を蓄える蓄電装置と、
前記燃料電池による発電を停止させる信号を発生する停止スイッチと、
前記燃料電池又は前記蓄電装置からの電力の供給によって駆動する負荷と、を備え、
前記停止スイッチが操作された後に前記燃料電池で発電した電力を前記蓄電装置に充電する充電処理と、前記アノード流路内及び前記カソード流路内又はこれらの何れかのガスの濃度を調整する濃度調整処理とを実行する車両用電源システムの停止方法であって、
前記停止スイッチが操作された後、所定の停止処理許可時間から前記濃度調整処理に必要な時間を減算し、充電処理を実行できる時間に相当する充電時間を算出する充電処理時間算出工程と、
前記蓄電装置への目標充電量を算出する目標充電量算出工程と、
前記充電時間及び前記目標充電量に基づいて前記燃料電池の出力を制御しながら前記充電処理を実行する停止時充電工程と、
前記充電処理が終了した後、前記濃度調整処理を実行する濃度調整工程と、を備えることを特徴とする車両用電源システムの停止方法。 - 前記目標充電量算出工程では、次回の車両用電源システムの起動以降における前記蓄電装置からの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど目標充電量を大きな値に設定することを特徴とする請求項1に記載の車両用電源システムの停止方法。
- 前記目標充電量算出工程では、前記停止スイッチが操作された時期が冬季であったか否かを判断し、冬季であった場合には、冬季以外であった場合よりも目標充電量を大きな値に設定することを特徴とする請求項1から2の何れかに記載の車両用電源システムの停止方法。
- 前記目標充電量算出工程では、今回の車両用電源システムの起動が低温環境下での起動である低温起動であったか否かを判断し、低温起動であった場合には、前記車両用電源システムが起動されてから前記停止スイッチが操作されるまでの時間に相当する車両起動時間を取得し、当該車両起動時間が所定の時間より短い場合には、長い場合よりも目標充電量を大きな値に設定することを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の車両用電源システムの停止方法。
- 前記燃料電池の出力エネルギーから前記負荷の消費エネルギーを減算して得られる値を、前記燃料電池で発電するために前記燃料電池に投入されるエネルギーで除算したものをネット効率と定義し、
前記負荷は、前記カソード流路に酸化剤ガスとしての空気を供給するコンプレッサを含み、
前記停止時充電工程では、前記充電時間内で前記目標充電量の充電が完了しかつ前記充電処理におけるネット効率が最適になるように前記燃料電池の出力を制御することを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の車両用電源システムの停止方法。 - 前記負荷は、前記燃料電池を冷却する冷却装置を含み、
前記停止時充電工程では、
前記冷却装置によって前記燃料電池を冷却しながら前記燃料電池の出力を所定の第1出力値に制御して充電処理を行った場合のネット効率を第1ネット効率として算出し、
前記冷却装置による前記燃料電池の冷却が必要なくなるように前記燃料電池の出力を前記第1出力値よりも小さな第2出力値に制御して充電処理を行った場合のネット効率を第2ネット効率として算出し、
前記第1ネット効率が前記第2ネット効率より大きい場合には前記燃料電池の出力を前記第1出力値に制御し、前記第1ネット効率が前記第2ネット効率以下である場合には前記燃料電池の出力を前記第2出力値に制御することを特徴とする請求項5に記載の車両用電源システムの停止方法。 - 前記濃度調整処理は、前記カソード流路内の酸素濃度を低減させる濃度低減処理を含むことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の車両用電源システムの停止方法。
- 発電手段と、
前記発電手段で発電した電力を蓄える蓄電装置と、
前記発電手段を停止させる信号を発生する停止スイッチと、を備え、
前記停止スイッチが操作された後に前記発電手段で発電した電力を前記蓄電装置に充電する充電処理を実行する車両用電源システムの停止方法であって、
前記停止スイッチが操作された後、前記蓄電装置への目標充電量を算出する目標充電量算出工程と、
前記目標充電量に基づいて前記発電手段の出力を制御し、前記充電処理を実行する停止時充電工程と、を備え、
前記目標充電量算出工程では、次回の車両用電源システムの起動以降における前記蓄電装置からの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど目標充電量を大きな値に設定することを特徴とする車両用電源システムの停止方法。
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