JP2016095911A - Fuel cell system control method and fuel-cell vehicle - Google Patents

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修一 数野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system control method and fuel-cell vehicle that appropriately control a first and second voltage converters to make it possible to further improve system efficiency.SOLUTION: Direct connection of a SUC 21 (first voltage converter) and SUDC 22 (second voltage converter) in the case that a voltage difference |Vdif| between a FC voltage Vfc and BAT voltage Vbat is within a predetermined range |Vdif|<Vth and small causes reduction in voltage conversion losses of the SUC 21 and SUDC 22 to make it possible to improve efficiency of the whole system.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

この発明は、燃料電池及び蓄電装置からモータ等の負荷に電力を供給する燃料電池システムの制御方法、及び前記制御方法が実施される燃料電池自動車に関する。   The present invention relates to a control method of a fuel cell system that supplies power from a fuel cell and a power storage device to a load such as a motor, and a fuel cell vehicle in which the control method is implemented.

従来から、例えば特許文献1の図1に示されるように、モータと該モータを駆動するインバータとを含む負荷の前記インバータと燃料電池の出力端との間、及び前記インバータと蓄電装置の入出力端との間、にそれぞれ昇圧コンバータを設け、前記負荷(インバータと該インバータによる駆動されるモータ)を駆動するようにした燃料電池システムを搭載する燃料電池自動車が知られている。   Conventionally, for example, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, between the inverter of a load including a motor and an inverter that drives the motor and the output terminal of the fuel cell, and input / output of the inverter and the power storage device 2. Description of the Related Art There is known a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system in which a boost converter is provided between each end and the load (an inverter and a motor driven by the inverter) is driven.

特許文献1に係る技術では、前記負荷に所定の駆動力を発揮させるために該負荷に供給される電力の電圧であるモータ必要電圧と燃料電池の燃料電池電圧(発電電圧、出力電圧)との相関関係に基づいて、燃料電池電圧がモータ必要電圧より高い場合には、燃料電池側の昇圧コンバータによる電圧昇圧を行わないで直結させ、燃料電池側の昇圧コンバータのスイッチング損失を抑制するようにしている(特許文献1の[0011]、[0012])。   In the technique according to Patent Document 1, a motor required voltage that is a voltage of electric power supplied to the load and a fuel cell voltage (power generation voltage, output voltage) of the fuel cell to cause the load to exert a predetermined driving force. Based on the correlation, when the fuel cell voltage is higher than the motor required voltage, the voltage is not directly boosted by the boost converter on the fuel cell side, and the switching loss of the boost converter on the fuel cell side is suppressed. ([0011], [0012] of Patent Document 1).

国際公開第2009/084650号パンフレットInternational Publication No. 2009/084650 Pamphlet

ところで、燃料電池とインバータとの間及び蓄電装置と前記インバータとの間にそれぞれ配される2つのコンバータ(第1及び第2電圧変換装置)を有する燃料電池システムでは、常に、システム効率を向上させることが望まれている。   By the way, in a fuel cell system having two converters (first and second voltage conversion devices) disposed between a fuel cell and an inverter and between a power storage device and the inverter, the system efficiency is always improved. It is hoped that.

しかしながら、特許文献1には、前記燃料電池側のコンバータのスイッチング損失を抑制する技術については開示されているが、前記蓄電装置側のコンバータのスイッチング損失を低減する技術については開示されていなく、改良の余地がある。   However, Patent Document 1 discloses a technique for suppressing the switching loss of the converter on the fuel cell side, but does not disclose a technique for reducing the switching loss of the converter on the power storage apparatus side. There is room for.

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、第1及び第2電圧変換装置を適切に制御し、より一層システム効率を向上させることを可能とする燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and is capable of appropriately controlling the first and second voltage converters and further improving the system efficiency, thereby controlling the fuel cell system. It is an object to provide a method and a fuel cell vehicle.

この発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料電池電圧を出力する燃料電池と、蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、インバータと前記インバータを通じて駆動されるモータとからなる負荷と、前記燃料電池の前記燃料電池電圧を電圧変換し負荷端電圧として前記インバータの直流端側に印加する第1電圧変換装置と、前記蓄電装置の前記蓄電装置電圧を電圧変換し前記負荷端電圧として前記インバータの前記直流端側に印加する第2電圧変換装置と、を備える燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の電圧差を把握する電圧差把握工程と、前記電圧差が前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内にある場合に、前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止して、前記燃料電池及び前記蓄電装置を前記負荷に直結する電圧変換停止工程と、を有する。   A control method of a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that outputs a fuel cell voltage, a power storage device that outputs a power storage device voltage, a load that includes an inverter and a motor driven through the inverter, and the fuel cell A first voltage conversion device that converts the fuel cell voltage of the battery into a DC terminal side of the inverter as a load terminal voltage, and converts the power storage device voltage of the power storage apparatus into the load terminal voltage as the load terminal voltage. In a control method of a fuel cell system, comprising: a second voltage conversion device applied to a DC terminal side; a voltage difference grasping step for grasping a voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage; and When the voltage conversion operation of the first and second voltage converters is within a predetermined range where the voltage conversion operation can be stopped, the voltage conversion operation of the first and second voltage converters is stopped. Te, having a voltage converter stopping step of directly connecting the fuel cell and the power storage device to the load.

この発明によれば、燃料電池電圧と蓄電装置電圧との電圧差が所定範囲内であって小さいときには第1及び第2電圧変換装置の直結を行うので、第1及び第2電圧変換装置の電圧変換損失が低減され、システム全体の効率を向上させることができる。   According to this invention, when the voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage is within a predetermined range and is small, the first and second voltage conversion devices are directly connected. Conversion loss is reduced, and the efficiency of the entire system can be improved.

この場合、前記燃料電池に対する発電電力指令値と実発電電力との差を発電電力乖離幅として把握する発電電力乖離幅把握工程をさらに有し、前記電圧変換停止工程の開始後に、前記発電電力乖離幅が所定幅以上となった場合には、前記電圧変換停止工程を終了し、前記第1及び第2電圧変換装置の少なくとも一方の電圧変換動作を実行させることが好ましい。   In this case, the method further includes a generated power divergence width grasping step for grasping a difference between the generated power command value for the fuel cell and the actual generated power as a generated power divergence width, and after the start of the voltage conversion stop step, When the width is equal to or greater than the predetermined width, it is preferable that the voltage conversion stop process is terminated and at least one voltage conversion operation of the first and second voltage conversion devices is executed.

この発明によれば、燃料電池の制御性が悪化していることを検知して直結を解除するので、狙いの発電電力が得られず商品性が悪化してしまうことを抑制することができる。   According to the present invention, since it is detected that the controllability of the fuel cell is deteriorated and the direct connection is released, it is possible to prevent the target generated power from being obtained and the merchantability from being deteriorated.

なお、前記電圧変換停止工程の開始を判定する電圧差の所定範囲は、前記蓄電装置の温度が低いほど小さくすることが好ましい。また、前記電圧変換停止工程の開始を判定する電圧差の所定範囲を、前記蓄電装置の許容充放電電力範囲が小さくなるほど小さくしてもよい。   In addition, it is preferable that the predetermined range of the voltage difference for determining the start of the voltage conversion stop process is smaller as the temperature of the power storage device is lower. Further, the predetermined range of the voltage difference for determining the start of the voltage conversion stop process may be made smaller as the allowable charge / discharge power range of the power storage device becomes smaller.

このように、蓄電装置のアシストが可能か否かを考慮して直結判定するので直結により狙いの制御性が得られずに商品性が悪化してしまうことを防止することができる。   As described above, since the direct connection determination is performed in consideration of whether or not the power storage device can be assisted, it is possible to prevent the merchantability from being deteriorated without obtaining the target controllability due to the direct connection.

また、前記電圧変換停止工程を終了する際に、前記第1電圧変換装置の電圧変換動作を前記第2電圧変換装置の電圧変換動作に先立って再開することが好ましい。この場合にも、燃料電池の制御性が悪化することを抑制することができ、燃料電池の耐久性が低下することを防止できる。   In addition, when the voltage conversion stop process is ended, it is preferable that the voltage conversion operation of the first voltage conversion device is restarted prior to the voltage conversion operation of the second voltage conversion device. Also in this case, it is possible to suppress deterioration of the controllability of the fuel cell, and it is possible to prevent deterioration of the durability of the fuel cell.

さらに、前記電圧変換停止工程を終了した後、前記蓄電装置の目標SOCを高くすることで蓄電装置電圧を高くできるので、燃料電池電圧を昇圧する第1電圧変換装置の昇圧状態を継続できる可能性が高くなり、両方昇圧状態となってシステム効率が悪化することを防止でき、結果として、蓄電装置電圧を昇圧する第1電圧変換装置の電圧変換動作を実行する頻度を低減することができる。   Furthermore, since the power storage device voltage can be increased by increasing the target SOC of the power storage device after completing the voltage conversion stop step, the boosting state of the first voltage conversion device that boosts the fuel cell voltage may be continued. As a result, the system efficiency can be prevented from deteriorating due to both boosted states, and as a result, the frequency of performing the voltage conversion operation of the first voltage converter that boosts the power storage device voltage can be reduced.

さらにまた、前記電圧変換停止工程を終了した後、前記蓄電装置への充電量を増加させることが好ましい。蓄電装置に強制的に充電することで蓄電装置電圧を高くできるので、蓄電装置電圧を昇圧する第2電圧変換装置の電圧変換動作を実行する頻度を低減することができる。   Furthermore, it is preferable to increase the amount of charge to the power storage device after the voltage conversion stop step is completed. Since the power storage device voltage can be increased by forcibly charging the power storage device, the frequency of executing the voltage conversion operation of the second voltage conversion device that boosts the power storage device voltage can be reduced.

さらにまた、前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の前記電圧差が前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内にある場合に、前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止して、前記燃料電池及び前記蓄電装置を前記負荷に直結する電圧変換停止工程では、前記電圧差が前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲に近づいたとき、第1手法として、前記蓄電装置の目標SOCを可変して前記蓄電装置電圧を増減し、前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、第2手法として、前記燃料電池の目標膜含水率を可変して前記燃料電池電圧を増減し、前記燃料電池電圧と前記蓄電装置電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、第3手法として、前記燃料電池の目標ストイキ比を可変して前記燃料電池電圧を増減し、前記燃料電池電圧と前記蓄電装置電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、のうち、少なくとも一手法にて前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲内まで狭めて、前記第1及び第2電圧変換装置の前記電圧変換動作を停止させることで、両方直結(同時直結)となる頻度をより高めてシステム効率をより向上させることができる。   Furthermore, the first and second voltage conversions when the voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage is within a predetermined range in which the voltage conversion operation of the first and second voltage conversion devices can be stopped. In the voltage conversion stop step of stopping the voltage conversion operation of the device and directly connecting the fuel cell and the power storage device to the load, the voltage difference can stop the voltage conversion operation of the first and second voltage conversion devices. When approaching a predetermined range, as a first method, the target SOC of the power storage device is varied to increase or decrease the power storage device voltage, and the voltage difference between the power storage device voltage and the fuel cell voltage is within the predetermined range. As a second method, the fuel cell voltage is increased / decreased by changing the target membrane moisture content of the fuel cell, and the voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage is within the predetermined range, 3 methods and The fuel cell voltage is varied by varying the target stoichiometric ratio of the fuel cell, and the voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage is within the predetermined range. By narrowing the voltage difference between the power storage device voltage and the fuel cell voltage to the predetermined range and stopping the voltage conversion operation of the first and second voltage conversion devices, both are directly connected (simultaneous direct connection). The system efficiency can be further improved by increasing the frequency of

この場合、前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲まで狭める前記第1、第2、及び第3の手法の適用優先順位は、第1、第2、及び第3の手法の順とすることが好ましい。蓄電装置の目標SOCの可変制御は、燃料電池の目標含水率制御及び目標ストイキ比可変制御に比較して簡便であり、目標含水率可変制御は目標ストイキ比可変制御に比較して燃料電池の発電効率の低下量が少ない。   In this case, the application priority of the first, second, and third methods for narrowing the voltage difference between the power storage device voltage and the fuel cell voltage to the predetermined range is first, second, and third. It is preferable to follow the order of these methods. The variable control of the target SOC of the power storage device is simpler than the target moisture content control and the target stoichiometric ratio variable control of the fuel cell. The target moisture content variable control is the power generation of the fuel cell compared to the target stoichiometric ratio variable control. Little reduction in efficiency.

上記の各発明は、燃料電池自動車で実施して好適である。   Each of the above inventions is suitable for implementation in a fuel cell vehicle.

この発明によれば、燃料電池電圧と蓄電装置電圧との電圧差が所定範囲内であって小さいときには第1及び第2電圧変換装置の直結を行うので、第1及び第2電圧変換装置の電圧変換損失が低減され、システム全体の効率を向上させることができるという効果が達成される。   According to this invention, when the voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage is within a predetermined range and is small, the first and second voltage conversion devices are directly connected. The effect that the conversion loss is reduced and the efficiency of the entire system can be improved is achieved.

この発明の実施形態に係る2電源負荷駆動燃料電池システムとしての燃料電池システムが適用された燃料電池自動車の概略全体構成図である。1 is a schematic overall configuration diagram of a fuel cell vehicle to which a fuel cell system as a dual power load driving fuel cell system according to an embodiment of the present invention is applied. 図1例の燃料電池自動車中、昇圧コンバータと昇降圧コンバータの一例の詳細構成を含む模式的回路図である。FIG. 2 is a schematic circuit diagram including a detailed configuration of an example of a boost converter and a step-up / down converter in the fuel cell automobile of FIG. 1. スイッチング素子の例としての電力素子の説明図である。It is explanatory drawing of the power element as an example of a switching element. 燃料電池のIV特性図である。It is IV characteristic view of a fuel cell. 実施形態の動作説明に供されるタイミングチャートである。It is a timing chart used for operation | movement description of embodiment. 実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。It is a flowchart provided for operation | movement description of embodiment. 蓄電装置の充放電電力制限の温度特性図である。It is a temperature characteristic figure of charge / discharge electric power restriction of an electrical storage device. 変形例の2電圧の差を狭める手法を説明する表図である。It is a table | surface figure explaining the method of narrowing the difference of 2 voltage of a modification. 膜含水率及びストイキ比の増減に対するIV特性の変化を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the change of IV characteristic with respect to increase / decrease in a film | membrane moisture content and a stoichiometric ratio. 変形例の動作説明に供されるタイミングチャートである。It is a timing chart used for operation | movement description of a modification.

以下、この発明に係る燃料電池システムの制御方法について、これを実施する燃料電池自動車との関係において好適な実施形態を挙げ添付の図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a control method for a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings by citing preferred embodiments in relation to a fuel cell vehicle that implements the control method.

図1は、この実施形態に係る燃料電池システム12(以下、「FCシステム12」という。)が適用された燃料電池自動車10(以下、「FC自動車10」又は「車両10」という。)の概略全体構成図である。   FIG. 1 schematically shows a fuel cell vehicle 10 (hereinafter referred to as “FC vehicle 10” or “vehicle 10”) to which a fuel cell system 12 (hereinafter referred to as “FC system 12”) according to this embodiment is applied. FIG.

図2は、1次側1sfと2次側2s側との間に配置される燃料電池側コンバータであり電圧変換装置(昇圧器)としてのチョッパ方式の昇圧コンバータ21(以下、SUC21という。SUC:Step Up Converter)、及び1次側1sbと2次側2s側との間に配置されるチョッパ方式の電圧変換装置(昇降圧器)としての昇降圧コンバータ22(以下、SUDC22という。SUDC:Step Up/Down Converter)の一例の詳細構成を含むFC自動車10の模式的回路図である。   FIG. 2 is a fuel cell side converter disposed between the primary side 1sf and the secondary side 2s, and is a chopper type boost converter 21 (hereinafter referred to as SUC21) as a voltage converter (boost). Step Up Converter) and a step-up / down converter 22 (hereinafter referred to as SUDC 22) as a chopper-type voltage converter (buck-boost) arranged between the primary side 1sb and the secondary side 2s side. SUDC: Step Up / 1 is a schematic circuit diagram of an FC automobile 10 including a detailed configuration of an example of a Down Converter.

図1及び図2に示すように、FC自動車10は、FCシステム12と、車両走行用のモータ・ジェネレータである駆動モータ14と、駆動モータ14を駆動する負荷駆動回路としてのインバータ16(以下、「INV16」という。INV:Inverter)と、を有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the FC automobile 10 includes an FC system 12, a drive motor 14 that is a motor / generator for running a vehicle, and an inverter 16 (hereinafter referred to as a load drive circuit) that drives the drive motor 14. It is referred to as “INV16.” INV: Inverter).

FCシステム12は、一方の1次側1sfに配置される燃料電池18(以下、「FC18」という。)と、他方の1次側1sbに配置される蓄電装置である高電圧バッテリ20(以下「BAT20」という。)と、前記SUC21と、前記SUDC22と、高電圧{蓄電装置電圧(BAT電圧)Vbat}入力の燃料電池補機(以下、「FC補機」という。)31と、高電圧入力の車室内空気調和装置である空調補機32と、降圧器としてのチョッパ方式の降圧コンバータ23(以下、「SDC23」という。SDC:Step Down Converter)と、制御装置としての電子制御装置24(以下、「ECU24」という。ECU:Electronic Control Unit)と、を有する。   The FC system 12 includes a fuel cell 18 (hereinafter referred to as “FC18”) disposed on one primary side 1sf and a high-voltage battery 20 (hereinafter referred to as “power storage device” disposed on the other primary side 1sb). BAT20 "), the SUC21, the SUDC22, a high voltage {power storage device voltage (BAT voltage) Vbat} input fuel cell auxiliary machine (hereinafter referred to as" FC auxiliary machine ") 31, and a high voltage input. Air conditioner 32, which is a vehicle interior air conditioner, a chopper-type step-down converter 23 (hereinafter referred to as “SDC 23”; SDC: Step Down Converter) as a step-down device, and an electronic control device 24 (hereinafter referred to as a control device). And “ECU 24.” ECU: Electronic Control Unit (ECU).

FC18の出力端がSUC21の入力端(1次側1sf)に接続され、SUC21の出力端(2次側2s)がINV16の直流端側とSUDC22の一端(昇圧端側)側に接続される。   The output end of FC18 is connected to the input end (primary side 1sf) of SUC21, and the output end (secondary side 2s) of SUC21 is connected to the DC end side of INV16 and one end (boost end side) side of SUDC22.

BAT20の入出力端がSDC23の入力側(1次側1sb)、SUDC22の他端側(降圧端側)、及び高圧補機35(FC補機31、空調補機32)に接続される。   The input / output end of the BAT 20 is connected to the input side (primary side 1sb) of the SDC 23, the other end side (step-down end side) of the SUDC 22, and the high-pressure auxiliary machine 35 (FC auxiliary machine 31, air conditioning auxiliary machine 32).

SDC23の出力端側(2次側)には、電圧Vbb=+12V等の低圧バッテリ29と、ECU24及びライト等の低圧補機33が接続される。なお、低圧補機33とSDC23とECU24とを併せて低圧補機(低圧負荷)33´という。   A low voltage battery 29 having a voltage Vbb = + 12V and a low voltage auxiliary machine 33 such as a light are connected to the output end side (secondary side) of the SDC 23. The low pressure auxiliary machine 33, the SDC 23, and the ECU 24 are collectively referred to as a low pressure auxiliary machine (low pressure load) 33 '.

駆動モータ14は、FC18から供給されるFC発電電力(FC電力)Pfc(Pfc=Vfc×Ifc)とBAT20から供給される蓄電電力であるBAT放電電力Pbatd(Pbatd=Vbat×Ibd)の合成電力値(Pfc+Pbatd)がINV16を通じて供給されることで駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション26を通じて車輪28を回転させる。   The drive motor 14 is a combined power value of FC generated power (FC power) Pfc (Pfc = Vfc × Ifc) supplied from the FC 18 and BAT discharge power Pbatd (Pbatd = Vbat × Ibd) which is stored power supplied from the BAT 20. (Pfc + Pbatd) is supplied through the INV 16 to generate a driving force, and the wheel 28 is rotated through the transmission 26 by the driving force.

INV16は、例えば3相フルブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、FC18からSUC21を介してFC電圧Vfcが昇圧された直流電圧である負荷端電圧Vinvを3相の交流電圧に変換して駆動モータ14に供給する(力行時)。   The INV 16 has, for example, a three-phase full-bridge configuration, performs DC / AC conversion, and converts the load end voltage Vinv, which is a DC voltage obtained by boosting the FC voltage Vfc from the FC 18 via the SUC 21, into a three-phase AC voltage. Converted and supplied to the drive motor 14 (during power running).

INV16は、また、BAT20からSUDC22を介してBAT電圧Vbatが昇圧された直流電圧である前記負荷端電圧Vinvを3相の交流電圧に変換して駆動モータ14に供給する(力行時)。   The INV 16 also converts the load end voltage Vinv, which is a DC voltage obtained by boosting the BAT voltage Vbat from the BAT 20 via the SUDC 22, into a three-phase AC voltage and supplies it to the drive motor 14 (during power running).

つまり、駆動モータ14は、FC18及び/又はBAT20の電力により駆動される(力行時)。   That is, the drive motor 14 is driven by the power of the FC 18 and / or BAT 20 (during power running).

この実施形態において、INV16と駆動モータ14とを合わせて負荷30という。負荷には、負荷30の他に、FC補機31、空調補機32等の高圧補機35及び前記した低圧補機33´が含まれる。   In this embodiment, the INV 16 and the drive motor 14 are collectively referred to as a load 30. In addition to the load 30, the load includes a high-pressure auxiliary machine 35 such as an FC auxiliary machine 31 and an air conditioning auxiliary machine 32 and the low-pressure auxiliary machine 33 ′ described above.

一方、駆動モータ14の回生動作に伴う交流/直流変換後のINV16の入力端(直流端側)に発生する負荷端電圧(直流端側電圧)Vinvは、降圧コンバータとして動作するSUDC22を通じてBAT電圧Vbatに降圧されてBAT20に供給され、あるいはSUDC22が直結状態(スイッチング素子22b:オフ、スイッチング素子22d:オン)にされてBAT20に供給され、BAT20を充電する。   On the other hand, the load terminal voltage (DC terminal side voltage) Vinv generated at the input terminal (DC terminal side) of the INV 16 after AC / DC conversion accompanying the regenerative operation of the drive motor 14 is BAT voltage Vbat through the SUDC 22 operating as a step-down converter. And the SUDC 22 is directly connected (switching element 22b: off, switching element 22d: on) and supplied to the BAT 20 to charge the BAT 20.

また、BAT20には、FC18による駆動モータ14の駆動用の電力が余剰等になった場合に、その余剰等になった電力(余剰電力)が、昇圧状態のSUC21又は直結状態のSUC21を介し、降圧状態又は直結状態のSUDC22を通じて供給され、BAT20が充電される。前記余剰電力は、余剰の程度に応じて、高圧補機35(FC補機31、空調補機32)、及び低圧補機33´にも供給される。   Further, in the BAT 20, when the power for driving the drive motor 14 by the FC 18 becomes surplus, the surplus power (surplus power) is passed through the boosted SUC 21 or the directly connected SUC 21. It is supplied through the SUDC 22 in the step-down state or the direct connection state, and the BAT 20 is charged. The surplus power is also supplied to the high pressure auxiliary machine 35 (FC auxiliary machine 31, air conditioning auxiliary machine 32) and low pressure auxiliary machine 33 'according to the degree of surplus.

FC補機31は、FC18のカソード流路(不図示)に対して流路入口から酸素を含む圧縮された空気(酸化剤ガス)を加湿器(HUM)39を介して供給するエアポンプ(A/P)31aと、膜含水率計31bと、FC18の冷却流路(不図示)に対して冷却媒体(冷媒)を供給するウォータポンプ(不図示)とを備える。   The FC auxiliary unit 31 supplies an air pump (A / A) that supplies compressed air (oxidant gas) containing oxygen from a channel inlet to a cathode channel (not shown) of the FC 18 via a humidifier (HUM) 39. P) 31a, a membrane moisture meter 31b, and a water pump (not shown) for supplying a cooling medium (refrigerant) to the cooling flow path (not shown) of FC18.

さらに、FC18の外部に、FC18のアノード流路(不図示)に対して水素(燃料ガス)を供給する水素タンク37と、前記加湿器39とを備える。加湿器39は、エアポンプ31aから供給される酸化剤ガスと前記カソード流路の流路出口から排出されるカソードオフガスとの間で水分と温度を交換して前記流路入口から前記カソード流路に供給する前記酸化剤ガスを加湿する中空糸膜部(不図示)を含む。なお、水素と酸化剤ガスをそれぞれ反応ガスという。   Furthermore, a hydrogen tank 37 for supplying hydrogen (fuel gas) to an anode flow path (not shown) of the FC 18 and the humidifier 39 are provided outside the FC 18. The humidifier 39 exchanges moisture and temperature between the oxidant gas supplied from the air pump 31a and the cathode off-gas discharged from the channel outlet of the cathode channel, and passes from the channel inlet to the cathode channel. A hollow fiber membrane part (not shown) for humidifying the supplied oxidant gas is included. Hydrogen and oxidant gas are referred to as reaction gases, respectively.

FC18は、例えば、電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された燃料電池セル(以下、「FCセル」という。)を積層したスタック構造を有し、前記アノード流路を介して前記アノード電極に供給された水素含有ガスが、電極触媒上で水素イオン化され、前記電解質膜を介して前記カソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流電圧(FC電圧Vfc)を発生する電気エネルギとして利用に供される。カソード電極には、前記カソード流路を介して前記酸化剤ガス(酸素含有ガス)が供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。   The FC 18 has, for example, a stack structure in which fuel cell cells (hereinafter referred to as “FC cells”) formed by sandwiching an electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides, and through the anode flow path. The hydrogen-containing gas supplied to the anode electrode is hydrogen ionized on the electrode catalyst, moves to the cathode electrode through the electrolyte membrane, and electrons generated during the movement are taken out to an external circuit, It is used as electrical energy for generating a DC voltage (FC voltage Vfc). Since the oxidant gas (oxygen-containing gas) is supplied to the cathode electrode via the cathode channel, hydrogen ions, electrons, and oxygen gas react to generate water at the cathode electrode. .

水が生成されることで、前記電解質膜を湿潤な状態、すなわち膜含水率(膜湿度)Zmを高い状態に保持することができ、前記反応を円滑に遂行することができる。なお、発電期間中、膜含水率Zmを所定範囲に保持するため、加湿器39は、前記中空糸膜部を通じて前記酸化剤ガスを加湿すると共に、加湿した前記酸化剤ガスと、A/P31aから前記中空糸膜部をバイパスして供給される乾燥された前記酸化剤ガスとを混合して前記カソード電極に供給している。混合比を調整することで膜含水率Zmを調整できる。   By generating water, the electrolyte membrane can be kept in a wet state, that is, the membrane moisture content (membrane humidity) Zm can be kept high, and the reaction can be smoothly performed. In order to maintain the membrane moisture content Zm within a predetermined range during the power generation period, the humidifier 39 humidifies the oxidant gas through the hollow fiber membrane part, and the humidified oxidant gas and the A / P 31a. The dried oxidant gas supplied by bypassing the hollow fiber membrane part is mixed and supplied to the cathode electrode. The membrane water content Zm can be adjusted by adjusting the mixing ratio.

膜含水率Zmは、該膜含水率Zmと一意に対応する前記電解質膜のインピーダンスを測定する膜含水率計31bによって計測される。膜含水率Zmは、前記電解質膜の前記インピーダンスが所定値範囲内になるように前記加湿器39のバイパス量等を制御することで管理・調整される。   The membrane moisture content Zm is measured by a membrane moisture meter 31b that measures the impedance of the electrolyte membrane uniquely corresponding to the membrane moisture content Zm. The membrane moisture content Zm is managed and adjusted by controlling the amount of bypass of the humidifier 39 and the like so that the impedance of the electrolyte membrane is within a predetermined value range.

BAT20は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置(エネルギストレージ)であり、例えば、リチウムイオン2次電池、ニッケル水素2次電池等を利用することができる。蓄電装置としてキャパシタを利用することもできる。本実施形態ではリチウムイオン2次電池を利用している。BAT20は、BAT電圧(バッテリ電圧)Vbat、BAT電流(バッテリ電流)Ib(BAT放電電流Ibd、充電電流Ibc)、BAT温度(バッテリ温度)Tbat、及びBAT20の残容量であるSOC(State Of Charge)がECU24により検出乃至管理される。   The BAT 20 is a power storage device (energy storage) including a plurality of battery cells, and for example, a lithium ion secondary battery, a nickel hydrogen secondary battery, or the like can be used. A capacitor can also be used as the power storage device. In this embodiment, a lithium ion secondary battery is used. The BAT 20 includes a BAT voltage (battery voltage) Vbat, a BAT current (battery current) Ib (BAT discharge current Ibd, charging current Ibc), a BAT temperature (battery temperature) Tbat, and an SOC (State Of Charge) that is the remaining capacity of the BAT 20. Is detected or managed by the ECU 24.

上記したように、FC18のFC電力Pfcは、FC電圧VfcがSUC21を介して負荷端電圧Vinvに昇圧されINV16を通じて駆動モータ14に供給される(力行時)と共に、FCシステム12の電力状況に応じて、FC18からSUC21及びSUDC22を通じて1次側1sbの各機器(高圧補機35、低圧補機33´、BAT20)に分配される。   As described above, the FC power Pfc of the FC 18 is boosted to the load end voltage Vinv via the SUC 21 and supplied to the drive motor 14 via the INV 16 (during power running), and according to the power status of the FC system 12. Then, it is distributed from the FC 18 through the SUC 21 and the SUDC 22 to each device on the primary side 1sb (the high pressure auxiliary machine 35, the low pressure auxiliary machine 33 ′, and the BAT 20).

一方、BAT20のBAT放電電力Pbatdは、BAT電圧VbatがSUDC22を通じて負荷端電圧Vinvに昇圧され、INV16を通じて駆動モータ14に供給される(力行時)と共に、FCシステム12の電力状況に応じて1次側1sbの各機器である高圧補機35(FC補機31、空調補機32)、及び低圧補機33´(SDC23、ECU24、低圧補機33)に供給される。   On the other hand, the BAT discharge power Pbatd of the BAT 20 is boosted to the load end voltage Vinv through the SUDC 22 and supplied to the drive motor 14 through the INV 16 (at the time of power running), and also in accordance with the power status of the FC system 12. It is supplied to the high-pressure auxiliary equipment 35 (FC auxiliary equipment 31, air conditioning auxiliary equipment 32) and low-pressure auxiliary equipment 33 ′ (SDC 23, ECU 24, low-pressure auxiliary equipment 33), which are the devices on the side 1sb.

ここで、SUC21、SUDC22及びSDC23は、種々の構成を採用できるが、公知のように、基本的には、MOSFETやIGBT等のスイッチング素子と、ダイオードと、リアクトルと、コンデンサ(平滑コンデンサも含む)とから構成され、接続される負荷の要求電力に基づきECU24により前記スイッチング素子がオン・オフスイッチング制御(デューティ制御)される。   Here, SUC21, SUDC22, and SDC23 can employ various configurations, but as is well known, basically, switching elements such as MOSFETs and IGBTs, diodes, reactors, and capacitors (including smoothing capacitors). The switching element is on / off-switched (duty controlled) by the ECU 24 based on the required power of the connected load.

具体的には、図2に示すように、SUC21は、リアクトル(インダクタ)21aと、スイッチング素子21bとダイオード21c(単方向電流通過素子、逆方向電流阻止素子)と、1次側1sf間に配置される平滑コンデンサC1fと、2次側2s間に配置される平滑コンデンサC2fとから構成され、コンバータ制御器として機能するECU24を通じてスイッチング素子21bがスイッチング状態(デューティ制御)とされることで、FC電圧Vfcを所定の負荷端電圧Vinvに昇圧する。   Specifically, as shown in FIG. 2, the SUC 21 is disposed between a reactor (inductor) 21a, a switching element 21b, a diode 21c (unidirectional current passing element, reverse current blocking element), and a primary side 1sf. The switching element 21b is switched to the switching state (duty control) through the ECU 24 that functions as a converter controller, and is configured to include the FC voltage. Vfc is boosted to a predetermined load end voltage Vinv.

なお、デューティ(駆動デューティ)が0[%]とされて、スイッチング素子21bがオフ状態(開状態)に維持されると、リアクトル21aとダイオード21cを通じてFC18と負荷30とが直結状態(FC直結状態又はFCVCU直結状態という。)とされ、FC電圧Vfcが負荷端電圧Vinvに直結される(Vinv=Vfc−Vd≒Vfc、Vd<<Vfc、Vd:ダイオード21cの順方向降下電圧)。ダイオード21cは、昇圧用又は直結用且つ逆流防止用として動作する。従って、SUC21は、昇圧動作(力行時等)の他に逆流防止動作、直結動作(力行時等)を行う。   When the duty (drive duty) is set to 0 [%] and the switching element 21b is maintained in the off state (open state), the FC 18 and the load 30 are directly connected (FC directly connected state) through the reactor 21a and the diode 21c. Or the FC voltage Vfc is directly connected to the load end voltage Vinv (Vinv = Vfc−Vd≈Vfc, Vd << Vfc, Vd: forward drop voltage of the diode 21c). The diode 21c operates for boosting or direct coupling and for preventing backflow. Accordingly, the SUC 21 performs a backflow prevention operation and a direct connection operation (such as during power running) in addition to the boost operation (such as during power running).

一方、SUDC22は、図2に示すように、リアクトル22aと、スイッチング素子22b、22dと、これらスイッチング素子22b、22dにそれぞれ並列に接続されるダイオード22c、22eと、1次側1sb間に配置される平滑コンデンサC1bと、2次側2s間に配置される平滑コンデンサC2bとから構成される。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the SUDC 22 is disposed between the reactor 22a, the switching elements 22b and 22d, the diodes 22c and 22e connected in parallel to the switching elements 22b and 22d, respectively, and the primary side 1sb. And a smoothing capacitor C2b disposed between the secondary sides 2s.

昇圧時には、ECU24により、スイッチング素子22dがオフ状態とされ、スイッチング素子22bがスイッチング(デューティ制御)されることでBAT電圧Vbat(蓄電装置電圧)が所定の負荷端電圧Vinvまで昇圧される(力行時)。   At the time of boosting, the ECU 24 turns off the switching element 22d and switches (duty control) the switching element 22b, thereby boosting the BAT voltage Vbat (power storage device voltage) to a predetermined load end voltage Vinv (during power running) ).

降圧時には、ECU24により、スイッチング素子22bがオフ状態とされ、スイッチング素子22dがスイッチング(デューティ制御)されることで、スイッチング素子22dがオフ状態であるときにダイオード22cがフライホイールダイオードとして機能し、負荷端電圧VinvがBAT20のBAT電圧Vbatまで降圧される(回生充電時及び/又はFC18による充電時)。   At the time of step-down, the ECU 24 turns off the switching element 22b and switches (duty control) the switching element 22d, so that the diode 22c functions as a flywheel diode when the switching element 22d is in the off-state. The end voltage Vinv is stepped down to the BAT voltage Vbat of the BAT 20 (during regenerative charging and / or charging by the FC 18).

また、スイッチング素子22bをデューティが0[%]でのオフ状態、スイッチング素子22dをデューティが100[%]でのオン状態とすることで、BAT20と負荷30とが直結状態(BAT直結状態又はBATVCU直結状態という。力行時、充電時、又は補機負荷等の駆動時)とされる。   Further, the BAT 20 and the load 30 are directly connected (the BAT directly connected state or the BATVCU) by setting the switching element 22b to an off state with a duty of 0 [%] and the switching element 22d to an on state with a duty of 100 [%]. It is referred to as a directly connected state (powering, charging, or driving an auxiliary load).

BAT直結状態においては、BAT20のBAT電圧Vbatが負荷端電圧Vinvになる(Vbat≒Vinv)。実際上、BAT直結状態におけるBAT20による力行時の負荷端電圧Vinvは、「Vbat−ダイオード22eの順方向降下電圧」となり、充電時(回生充電時含む)の負荷端電圧Vinvは、「Vbat=Vinv−スイッチング素子22dのオン電圧=Vbat(スイッチング素子22dのオン電圧を0[V]と仮定した場合。)」になる。   In the BAT direct connection state, the BAT voltage Vbat of the BAT 20 becomes the load end voltage Vinv (Vbat≈Vinv). Actually, the load end voltage Vinv at the time of power running by the BAT 20 in the BAT direct connection state is “Vbat−forward drop voltage of the diode 22e”, and the load end voltage Vinv at the time of charging (including during regenerative charging) is “Vbat = Vinv”. −On-voltage of the switching element 22d = Vbat (when the on-voltage of the switching element 22d is assumed to be 0 [V]) ”.

なお、図3に示すように、低電圧側と高電圧側との間に接続されるスイッチング素子21b、22b、22dには、上述したMOSFET又はIGBT等の電力素子が用いられる。   As shown in FIG. 3, the above-described power elements such as MOSFETs or IGBTs are used for the switching elements 21b, 22b, and 22d connected between the low voltage side and the high voltage side.

また、FCシステム12において、それぞれ図示はしないが、SUC21の直結時(FC18の直結時と同意)、又はSUDC22の直結時(力行時)(BAT20の直結時と同意)におけるSUC21又はSUDC22の直流電圧降下を低減するために、SUC21の1次側1sfにアノード端子が接続され2次側2sにカソード端子が接続されたダイオード及び/又はSUDC22の1次側1sbにアノード端子が接続され2次側2sにカソード端子が接続されたダイオードを設けてもよい。   In the FC system 12, although not shown, the DC voltage of the SUC 21 or SUDC 22 when the SUC 21 is directly connected (consent with the direct connection of the FC 18) or when the SUDC 22 is directly connected (during powering) (with the direct connection of the BAT 20). In order to reduce the descent, a diode having an anode terminal connected to the primary side 1sf of the SUC 21 and a cathode terminal connected to the secondary side 2s and / or an anode terminal connected to the primary side 1sb of the SUDC 22 and the secondary side 2s A diode having a cathode terminal connected thereto may be provided.

FC18は、図4のIV(電流電圧)特性70に示すように、FC電圧VfcがFC開回路電圧Vfcocvより低下するに従い、FC電流Ifcが増加する公知の電流電圧(IV)特性70を有する。すなわち、FC電圧Vfcが相対的に高いFC電圧VfchであるときのFC電流Ifclに比較して、FC電圧Vfcが相対的に低いFC電圧VfclであるときのFC電流Ifchが大きな電流になる。なお、FC電力Pfcは、FC電流Ifcが大きくなるほど(FC電圧Vfcが低くなるほど)大きくなる。   The FC 18 has a known current-voltage (IV) characteristic 70 in which the FC current Ifc increases as the FC voltage Vfc decreases from the FC open circuit voltage Vfcocv, as indicated by an IV (current-voltage) characteristic 70 in FIG. That is, the FC current Ifch when the FC voltage Vfc is a relatively low FC voltage Vfcl is larger than the FC current Ifcl when the FC voltage Vfc is a relatively high FC voltage Vfch. The FC power Pfc increases as the FC current Ifc increases (the FC voltage Vfc decreases).

FC18のFC電圧Vfcは、SUC21の直結時においては、昇圧状態(スイッチング状態)にあるSUDC22の昇圧比(Vinv/Vbat)又は降圧状態(スイッチング状態)にあるSUDC22の降圧比(Vbat/Vinv)で決定される負荷端電圧Vinv{SUDC22の指令電圧(目標電圧)になる。}により制御され、FC電圧Vfcが決定されると、IV特性70に沿ってFC電流Ifcが制御(決定)される。   The FC voltage Vfc of the FC 18 is the step-up ratio (Vinv / Vbat) of the SUDC 22 in the step-up state (switching state) or the step-down ratio (Vbat / Vinv) of the SUDC 22 in the step-down state (switching state) when the SUC 21 is directly connected. The determined load end voltage Vinv {the command voltage (target voltage) of SUDC22. } And the FC voltage Vfc is determined, the FC current Ifc is controlled (determined) along the IV characteristic 70.

また、SUC21の昇圧時及びSUDC22の直結時においては、SUC21の1次側1sfの電圧、すなわちFC電圧VfcがSUC21の指令電圧(目標電圧)とされ、IV特性70に沿ってFC電流Ifcが決定され、所望の負荷端電圧VinvとなるようにSUC21の昇圧比(Vinv/Vfc)が決定される。   Further, when the SUC 21 is boosted and when the SUDC 22 is directly connected, the voltage on the primary side 1 sf of the SUC 21, that is, the FC voltage Vfc is set as the command voltage (target voltage) of the SUC 21, and the FC current Ifc is determined along the IV characteristic 70. Then, the step-up ratio (Vinv / Vfc) of the SUC 21 is determined so that the desired load end voltage Vinv is obtained.

なお、この実施形態では、SUC21の昇圧時に、FC電圧Vfcが指令値(設定値、目標値)になるようにコンバータ制御器としてのECU24によりスイッチング素子21bのデューティが調整されるフィードバック(F/B)制御がなされているが、FC電圧VfcとFC電流Ifcとの間にはIV特性70に基づく一意の関係があるのでFC電流Ifcが指令値(設定値、目標値)になるようにECU24によりスイッチング素子21bのデューティを調整するフィードバック(F/B)制御をすることも可能である。   In this embodiment, when the SUC 21 is boosted, feedback (F / B) in which the duty of the switching element 21b is adjusted by the ECU 24 as a converter controller so that the FC voltage Vfc becomes a command value (set value, target value). However, since there is a unique relationship based on the IV characteristic 70 between the FC voltage Vfc and the FC current Ifc, the ECU 24 controls the FC current Ifc to be a command value (set value, target value). It is also possible to perform feedback (F / B) control for adjusting the duty of the switching element 21b.

ECU24は、通信線68(図2参照)を介して、駆動モータ14、INV16、FC18、BAT20、SUC21、SUDC22、SDC23、FC補機31、空調補機32、及び低圧補機33´等の各部を制御する。当該制御に際しては、ECU24のメモリ(ROM)に格納されたプログラムを実行し、また、各種センサ(膜含水率計31bを含む図示しない電圧センサ、電流センサ、BAT20の温度センサ20aを含む温度センサ、圧力センサ、水素濃度センサ、各種回転数センサ、及びアクセルペダルの開度センサ等)の検出値及び各種スイッチ(空調スイッチやイグニッションスイッチ等)のオンオフ情報等を用いる。   The ECU 24 is connected to the drive motor 14, INV 16, FC 18, BAT 20, SUC 21, SUDC 22, SDC 23, FC auxiliary machine 31, air conditioning auxiliary machine 32, low pressure auxiliary machine 33 ′, etc. via the communication line 68 (see FIG. 2). To control. In the control, a program stored in a memory (ROM) of the ECU 24 is executed, and various sensors (a voltage sensor (not shown) including a membrane moisture meter 31b, a current sensor, a temperature sensor including a temperature sensor 20a of the BAT 20, Detection values of pressure sensors, hydrogen concentration sensors, various rotation speed sensors, accelerator pedal opening sensors, etc.) and on / off information of various switches (air conditioning switches, ignition switches, etc.) are used.

ECU24は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、CPU(中央処理装置)、メモリであるROM(EEPROMも含む。)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、その他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、CPUがROMに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部(機能実現手段)、例えば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。なお、ECU24は、1つのECUのみから構成するのではなく、駆動モータ14、FC18とFC補機31、BAT20、SUC21とSUDC22とSDC23毎の複数のECUで構成することもできる。   The ECU 24 is a computer including a microcomputer, a CPU (central processing unit), a ROM (including EEPROM) as a memory, a RAM (random access memory), an A / D converter, a D / A converter, etc. Input / output device, a timer as a time measuring unit, etc., and when the CPU reads and executes a program recorded in the ROM, various function realization units (function realization means), for example, a control unit, a calculation unit, It functions as a processing unit. Note that the ECU 24 can be composed of a plurality of ECUs for each of the drive motor 14, the FC 18 and the FC auxiliary machine 31, the BAT 20, the SUC 21, the SUDC 22, and the SDC 23, instead of being composed of only one ECU.

ECU24は、FC18の状態、BAT20の状態及び駆動モータ14の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力値に基づき決定したFC自動車10全体としてFCシステム12に要求される負荷(負荷電力)から、FC18が負担すべき負荷(負荷電力)と、BAT20が負担すべき負荷(負荷電力)と、回生電源(駆動モータ14)が負担すべき負荷(負荷電力)の配分(分担)を調停しながら決定し、駆動モータ14、INV16、FC18、BAT20、SUC21、SUDC22及びSDC23を制御する。すなわち、ECU24は、FC18、BAT20、負荷30、高圧補機35及び低圧補機33´を含めた燃料電池自動車10全体のエネルギ管理(エネルギマネジメント)制御を行う。   The ECU 24 determines the load (load power) required for the FC system 12 as a whole of the FC vehicle 10 determined based on the input values from various switches and various sensors in addition to the state of the FC 18, the state of the BAT 20, and the state of the drive motor 14. , While arbitrating the load (load power) that the FC 18 should bear, the load (load power) that the BAT 20 should bear, and the load (load power) that the regenerative power source (drive motor 14) should bear The drive motor 14, INV16, FC18, BAT20, SUC21, SUDC22 and SDC23 are controlled. That is, the ECU 24 performs energy management control of the entire fuel cell vehicle 10 including the FC 18, the BAT 20, the load 30, the high pressure auxiliary machine 35, and the low pressure auxiliary machine 33 '.

この実施形態に係る燃料電池システム12が適用されたFC自動車10は、基本的には、以上のように構成される。   The FC automobile 10 to which the fuel cell system 12 according to this embodiment is applied is basically configured as described above.

次に、ECU24による制御処理例について、図5のタイミングチャート及び図6のフローチャートを参照して説明する。なお、図6に示すフローチャートに係るプログラムの実行主体は、ECU24のCPUである。   Next, an example of control processing by the ECU 24 will be described with reference to the timing chart of FIG. 5 and the flowchart of FIG. Note that the execution subject of the program according to the flowchart shown in FIG. 6 is the CPU of the ECU 24.

ステップS1にて、ECU24は、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatの差の絶対値|Vfc−Vbat|(以降、単に、電圧差|Vdif|ともいう。)が、SUC21とSUDC22の同時直結状態を許容する閾値電圧(同時直結設定閾値電圧、又は同時直結許容閾値電圧という。)Vthを下回る電圧値になっている(|Vfc−Vbat|=|Vdif|<Vth)か、否かを判定する。   In step S1, the ECU 24 allows the absolute value | Vfc−Vbat | (hereinafter also simply referred to as the voltage difference | Vdif |) of the difference between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat to allow the SUC21 and the SUDC22 to be connected directly. It is determined whether or not the threshold voltage (simultaneous direct coupling setting threshold voltage or simultaneous direct coupling allowable threshold voltage) is lower than Vth (| Vfc−Vbat | = | Vdif | <Vth).

なお、同時直結時には、FC電圧Vfcが、概ね、BAT電圧Vbatに張り付くので、電圧差|Vdif|=|Vfc−Vbat|が、閾値電圧Vthより大きい場合(ステップS1:NO)には、FC18の制御性が悪化する可能性があることを考慮して同時直結状態にはしないで、ステップS2にて、通常制御{SUC21及びSUDC22の一方が直結状態又は両方が昇圧状態等の電圧変換状態になる制御}を行う。   At the time of simultaneous direct connection, the FC voltage Vfc generally sticks to the BAT voltage Vbat. Therefore, when the voltage difference | Vdif | = | Vfc−Vbat | is larger than the threshold voltage Vth (step S1: NO), the FC18 In consideration of the possibility that the controllability may be deteriorated, the simultaneous direct connection state is not set. In step S2, normal control {one of SUC21 and SUDC22 is in a direct connection state or both are in a voltage conversion state such as a boosted state. Control}.

この実施形態において、ステップS2による通常制御処理では、FC電圧Vfcが以下に説明する目標負荷端電圧Vinvtarより高い電圧になっているので、インバータ16の直流入力端に印加する負荷端電圧Vinvの目標電圧である目標負荷端電圧VinvtarにFC電圧Vfcを直結させている(SUC21:直結、SUDC22:昇圧、時点t0〜時点t1の期間参照)。   In this embodiment, in the normal control process in step S2, the FC voltage Vfc is higher than the target load end voltage Vinvtar described below, so the target of the load end voltage Vinv applied to the DC input end of the inverter 16 is set. The FC voltage Vfc is directly connected to the target load end voltage Vinvtar which is a voltage (SUC21: direct connection, SUDC22: boost, refer to the period from time t0 to time t1).

なお、目標負荷端電圧Vinvtarは、例えば、以下の手順にて設定される。   The target load end voltage Vinvtar is set, for example, according to the following procedure.

まず、ECU24は、各種スイッチ及び各種センサからの入力値[Vfc、Ifc、Vbat、Ib、Vinv、I2(INV16に対する入出力電流であり2次電流。図1、図2参照)、Im(駆動モータ14に流れるモータ電流、通常2相分、図2参照)、Nm(駆動モータ14の回転数)、θp(図示しないアクセルペダルの操作量)、Tbat{BAT20のバッテリ温度(BAT温度)TBat}等]を検出して、駆動モータ14に対するモータ要求電力Pmreq[kW]を算出する。   First, the ECU 24 inputs values from various switches and various sensors [Vfc, Ifc, Vbat, Ib, Vinv, I2 (input / output current with respect to INV16, secondary current; see FIGS. 1 and 2), Im (drive motor). 14 motor current, normally two phases, see FIG. 2), Nm (rotation speed of the drive motor 14), θp (accelerator pedal operation amount not shown), Tbat {BAT20 battery temperature (BAT temperature) TBAT}, etc. ] Is calculated, and the motor required power Pmreq [kW] for the drive motor 14 is calculated.

より具体的には、アクセルペダルの操作量θpに基づくモータ回転数Nm[rpm]と必要トルクTreq[N・m]とに基づき駆動モータ14のモータ要求電力Pmreq[kW]を算出する。   More specifically, the motor required power Pmreq [kW] of the drive motor 14 is calculated based on the motor rotation speed Nm [rpm] based on the accelerator pedal operation amount θp and the necessary torque Treq [N · m].

ここで、モータ要求電力Pmreqを実現するための最低電圧であるインバータ16の負荷端電圧Vinvは、モータ要求電力Pmreqに一意に対応するので、負荷端電圧Vinvを算出することができ、算出した負荷端電圧Vinvを目標負荷端電圧Vinvtarに設定する。   Here, the load end voltage Vinv of the inverter 16, which is the minimum voltage for realizing the motor required power Pmreq, uniquely corresponds to the motor required power Pmreq. Therefore, the load end voltage Vinv can be calculated, and the calculated load The end voltage Vinv is set to the target load end voltage Vinvtar.

このようにして、目標負荷端電圧Vinvtarが、図6のフローチャートを実行する所定の周期毎に算出され設定される。   In this way, the target load end voltage Vinvtar is calculated and set for each predetermined cycle in which the flowchart of FIG. 6 is executed.

再び、図5において、時点t0〜時点t1の間で目標負荷端電圧Vinvtarが徐々に低下し、直結しているFC電圧Vfcが同時に徐々に低下する。FC電圧Vfcが徐々に低下しているので、FC電流Ifcが増加し、目標発電電力Pfctar及び実発電電力である発電電力Pfcは徐々に増加する。   In FIG. 5 again, the target load end voltage Vinvtar gradually decreases between time t0 and time t1, and the directly connected FC voltage Vfc gradually decreases simultaneously. Since the FC voltage Vfc gradually decreases, the FC current Ifc increases, and the target generated power Pfctar and the generated power Pfc that is the actual generated power gradually increase.

時点t1にて、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatとの電圧差|Vdif|=|Vfc−Vbat|が閾値電圧Vthより小さい電圧になったときに、ステップS1の判定が肯定的(ステップS1:YES)になり、ステップS3にて、SUC21及びSUDC22の両方直結状態に遷移させる。すなわち、ステップS3にて、SUC21のスイッチング素子21bのオフ状態を継続しつつ、SUDC22のスイッチング素子22b及びスイッチング素子22dをオフ状態にする同時直結状態に設定する。なお、同時直結時において、BAT20を充電する際には、スイッチング素子22dはオン状態に切り替える。時点t1以降、SUC21及びSUDC22の同時直結状態、すなわち両方直結状態になるので、SUC21及びSUDC22のスイッチング損失がゼロ値となり、システム効率が向上する。   At time t1, when the voltage difference | Vdif | = | Vfc−Vbat | between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat becomes smaller than the threshold voltage Vth, the determination in step S1 is positive (step S1: YES). In step S3, both the SUC 21 and the SUDC 22 are shifted to the direct connection state. That is, in step S3, the switching element 21b of the SUC 21 is kept in the OFF state, and the switching element 22b and the switching element 22d of the SUDC 22 are set to the simultaneous direct connection state that turns off. Note that when the BAT 20 is charged during the simultaneous direct connection, the switching element 22d is switched to the ON state. After the time point t1, the SUC 21 and SUDC 22 are in the directly directly connected state, that is, both are directly connected, so that the switching loss of the SUC 21 and SUDC 22 becomes zero and the system efficiency is improved.

ここで、同時直結時には、FC電圧Vfcが、概ね、BAT電圧Vbatに張り付くので、負荷30の電力の変動による2次電流I2(図2参照)の変動をBAT20が吸収できる(対応できる)範囲で同時直結動作を実施する必要がある。   Here, at the time of the direct connection, the FC voltage Vfc is generally stuck to the BAT voltage Vbat, so that the BAT 20 can absorb (correspond) the fluctuation of the secondary current I2 (see FIG. 2) due to the fluctuation of the power of the load 30. It is necessary to carry out simultaneous direct operation.

図7は、BAT20の充放電電力制限(放電電力制限と充電電力制限)の温度特性を示している。BAT20からBAT放電電流Ibdを出力(放電)する際のバッテリ放電制限特性74と、BAT20が充電電流Ibcを入力(充電)する際のバッテリ充電制限特性76とは、常温Tnorm=25[℃]より低くなると、出力可能なBAT放電電流Ibd及び入力可能な充電電流Ibcの制限がきつくなり、図7の左端側の氷点下数十度の温度では、BAT20が活性化されないために殆どゼロ値となる。また、常温Tnormより高い温度では、出力可能なBAT放電電流Ibd及び入力可能な充電電流Ibcの制限が、許容放電電力Padmax[kW]及び許容充電電力Pacmaxのそれぞれ大きな値で一定になる。   FIG. 7 shows the temperature characteristics of the charge / discharge power limit (discharge power limit and charge power limit) of the BAT 20. A battery discharge limiting characteristic 74 when the BAT discharge current Ibd is output (discharged) from the BAT 20 and a battery charge limiting characteristic 76 when the BAT 20 inputs (charges) the charging current Ibc are from a normal temperature Tnorm = 25 [° C.]. When the temperature is lowered, the output BAT discharge current Ibd and the input charge current Ibc are limited, and at a temperature of several tens of degrees below the freezing point on the left end side in FIG. 7, the BAT 20 is not activated and becomes almost zero. In addition, at temperatures higher than room temperature Tnorm, the output BAT discharge current Ibd and the input charge current Ibc are limited at large values of the allowable discharge power Padmax [kW] and the allowable charge power Pacmax.

このBAT20の電力制限の温度特性であるバッテリ放電制限特性74とバッテリ充電制限特性76とを考慮して、ステップS3にて、同時直結する際には、併せてBAT温度Tbatが、常温Tnormより低い程、同時直結を許容する閾値電圧Vth(電圧幅)の電圧値を小さくし同時直結状態に遷移し難くして、制御性を確保することが好ましい。   In consideration of the battery discharge restriction characteristic 74 and the battery charge restriction characteristic 76 which are the temperature characteristics of the power restriction of the BAT 20, when the direct connection is made at the same time in step S3, the BAT temperature Tbat is lower than the room temperature Tnorm. As a result, it is preferable to reduce the voltage value of the threshold voltage Vth (voltage width) that permits simultaneous direct connection to make it difficult to shift to the simultaneous direct connection state to ensure controllability.

次いで、ステップS4にて、ECU24は、目標FC電力PfctarとFC電力Pfcの差の絶対値|Pfctar−Pfc|(以降、電力乖離幅|Pfcdif|又は電力差|Pfcdif|)が、SUC21とSUDC22の同時直結状態を解除する閾値電力(同時直結解除閾値電力)Pfcthを下回る電力値になっている(|Pfcdif|=|Pfctar−Pfc|<Pfcth)か、否かを判定する。   Next, in step S4, the ECU 24 determines that the absolute value | Pfctar−Pfc | (hereinafter referred to as power deviation width | Pfcdif | or power difference | Pfcdif |) of the difference between the target FC power Pfctar and the FC power Pfc is the difference between the SUC21 and the SUDC22. It is determined whether or not the power value is lower than the threshold power for canceling the simultaneous direct connection state (simultaneous direct connection cancellation threshold power) Pfcth (| Pfcdif | = | Pfctar−Pfc | <Pfcth).

時点t1〜時点t2の間では、ステップS4の判定が否定的である(ステップS4:NO)ので、ステップS5にて同時直結状態を継続する(ステップS1:YES→ステップS3→ステップS4:NO→ステップS5)。   Between time t1 and time t2, the determination in step S4 is negative (step S4: NO), so the simultaneous direct connection state is continued in step S5 (step S1: YES → step S3 → step S4: NO → Step S5).

時点t2にて、目標発電電力Pfctarが増加を開始して、目標発電電力Pfctarと発電電力Pfcとの乖離が開始され、時点t3にて、目標発電電力Pfctarと発電電力Pfcの電力乖離幅|Pfcdif|=|Pfctar−Pfc|が閾値電力(所定幅)Pfcthを上回る(|Pfctar−Pfc|>Pfcth)大きい電力差になったときに、ステップS4の判定が肯定的(ステップS4:YES)になり、ステップS6にて、SUDC22を直結状態に維持したままSUC21を昇圧状態に遷移させることで同時直結状態を解除する。   At time t2, the target generated power Pfctar starts increasing, and the difference between the target generated power Pfctar and the generated power Pfc is started. At time t3, the power divergence width | Pfcdif between the target generated power Pfctar and the generated power Pfc When | = | Pfctar−Pfc | becomes larger than the threshold power (predetermined width) Pfcth (| Pfctar−Pfc |> Pfcth), the determination in step S4 becomes affirmative (step S4: YES). In step S6, the simultaneous direct connection state is canceled by shifting the SUC 21 to the boosting state while maintaining the SUDC 22 in the direct connection state.

なお、同時直結状態を解除するための閾値電力Pfcthも、BAT温度Tbatが常温Tnormより低い温度である程、小さい電力値(電力乖離幅)に設定し、同時直結状態を解除し易くして、制御性を確保することが好ましい。   The threshold power Pfcth for canceling the simultaneous direct connection state is also set to a smaller power value (power deviation width) as the BAT temperature Tbat is lower than the normal temperature Tnorm, so that the simultaneous direct connection state can be easily released. It is preferable to ensure controllability.

時点t3以降、電力乖離幅|Pfcdif|=|Pfctar−Pfc|が閾値電力Pfcthを上回る状態が継続されているか否かを判定するために、ステップS7にて、電力乖離幅|Pfcdif|=|Pfctar−Pfc|が閾値電力Pfcthを上回っていて、且つ前回の制御処理時(前回のプログラム実行時)に、SUC21が昇圧状態であったか否かを判定する。前回の制御処理時(前回のプログラム実行時)には、SUC21が直結状態であったので、ステップS7の判定は否定的(ステップS7:NO)となり、ステップS8にて、SUDC22の直結状態及びSUC21の昇圧状態を維持する。   In order to determine whether or not the power divergence width | Pfcdif | = | Pfctar−Pfc | continues to exceed the threshold power Pfcth after time t3, in step S7, the power divergence width | Pfcdif | = | Pfctar It is determined whether or not -Pfc | is greater than the threshold power Pfcth and the SUC 21 was in the boosted state during the previous control process (when the previous program was executed). At the time of the previous control process (at the time of the previous program execution), since the SUC 21 was in the direct connection state, the determination in step S7 becomes negative (step S7: NO), and in step S8, the direct connection state of the SUDC 22 and the SUC 21 The boosted state is maintained.

次の、制御処理時である時点t4において、電力乖離幅|Pfcdif|=|Pfctar−Pfc|が閾値電力Pfcthを上回る状態になっている場合、前回の制御処理時に、SUC21は昇圧状態であったので、ステップS7の判定が肯定的(ステップS7:YES)となり、この時点t4に対応するステップS9にて、SUC21に加えてSUDC22も昇圧する同時昇圧状態にする。   When the power deviation width | Pfcdif | = | Pfctar−Pfc | is greater than the threshold power Pfcth at time t4 when the next control process is performed, the SUC 21 was in the boosted state during the previous control process. Therefore, the determination in step S7 becomes affirmative (step S7: YES), and in step S9 corresponding to this time point t4, the simultaneous boosting state in which the SUDC 22 is boosted in addition to the SUC 21 is set.

この場合、ステップS9では、モータ要求電力Pmreqが算出されている場合、負荷30の要求に応えるべく、負荷端電圧Vinvを、図5に示すように、目標負荷端電圧Vinvtarに設定するが、例えば、信号待ちでの停止中等、モータ要求電力Pmreqが算出されていない場合には、負荷端電圧Vinvtarを、FC電圧Vfc及びBAT電圧Vbatより高い適当な電圧値に設定する。その場合の負荷端電圧Vinvtarの設定値としては、FC18の制御性を維持できるようFC電圧Vfcにマージン(余裕)を加えた値よりも高くすることが望ましい。   In this case, in step S9, when the motor required power Pmreq is calculated, the load end voltage Vinv is set to the target load end voltage Vinvtar as shown in FIG. When the motor required power Pmreq is not calculated, such as during stoppage while waiting for a signal, the load end voltage Vinvtar is set to an appropriate voltage value higher than the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat. In this case, the setting value of the load end voltage Vinvtar is desirably higher than a value obtained by adding a margin to the FC voltage Vfc so that the controllability of the FC 18 can be maintained.

[変形例]
次に上記実施形態に係る燃料電池システム12のECU24による制御処理の変形例について説明する。
[Modification]
Next, a modified example of the control process by the ECU 24 of the fuel cell system 12 according to the above embodiment will be described.

上述した実施形態では、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatの差の絶対値である電圧差|Vdif|=|Vfc−Vbat|が閾値電圧Vthより小さい電圧になった(|Vfc−Vbat|<Vth)とき(ステップS1:YES)、ステップS3にて、SUC21及びSUDC22の両方直結状態(スイッチング素子21b、22b、22d:オフ。なお、BAT20への充電時は、スイッチング素子22d:オン。)に遷移させ、同時直結状態にすることで、SUC21及びSUDC22のスイッチング損失がゼロ値となり、システム効率が向上する。   In the embodiment described above, the voltage difference | Vdif | = | Vfc−Vbat |, which is the absolute value of the difference between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat, is smaller than the threshold voltage Vth (| Vfc−Vbat | <Vth). When (step S1: YES), in step S3, both the SUC 21 and SUDC 22 are directly connected (switching elements 21b, 22b, 22d: off. When charging the BAT 20, the switching element 22d: on). In the simultaneous direct connection state, the switching loss of the SUC 21 and the SUDC 22 becomes zero, and the system efficiency is improved.

そこで、この変形例では、システム効率をさらに向上させるために、同時直結状態の頻度及び又は同時直結状態の累積時間を上げるべく、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatの差の絶対値である電圧差|Vdif|=|Vfc−Vbat|の時間変化が小さくなる傾向(後述する図10の時点t10〜時点t11の間、あるいは時点t14〜時点t16の間)になっている場合、所定条件下で、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatの電圧差|Vdif|を積極的に狭める手法について説明する。   Therefore, in this modification, in order to further improve the system efficiency, in order to increase the frequency of the simultaneous direct connection state and / or the cumulative time of the simultaneous direct connection state, a voltage difference that is an absolute value of the difference between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat | When the time change of Vdif | = | Vfc−Vbat | tends to be small (between time point t10 and time point t11 in FIG. 10 described later, or between time point t14 and time point t16), FC is determined under a predetermined condition. A method of actively narrowing the voltage difference | Vdif | between the voltage Vfc and the BAT voltage Vbat will be described.

この変形例の処理は、ステップS1の判定処理の前処理として実行される。すなわち、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatの電圧差|Vdif|=|Vfc−Vbat|が、例えば、経時的に徐々に小さくなっている場合に、その電圧差|Vdif|が、閾値電圧Vth(正の値を採る。)より所定電圧ΔVth(正の値を採る。)だけ高い(大きい)電圧になった(|Vdif|=Vth+ΔVth)ときに、BAT電圧Vbat及び又はFC電圧Vfcを変化させて(調整して)、電圧差|Vdif|を強制的に閾値電圧Vthより小さい電圧にする(ステップS1:YES)処理である。なお、BAT電圧Vbat及びFC電圧Vfcのどちらかをもう一方に寄せていく際に、同時直結時の電圧が、モータ14を駆動するのに必要な電圧(モータ駆動要求電圧)以上の高い電圧になっているようにすることが必要条件である。   The process of this modification is executed as a pre-process of the determination process in step S1. That is, when the voltage difference | Vdif | = | Vfc−Vbat | between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat is gradually decreased with time, for example, the voltage difference | Vdif | becomes the threshold voltage Vth (positive When the voltage is higher (larger) by a predetermined voltage ΔVth (takes a positive value) (| Vdif | = Vth + ΔVth) than the BAT voltage Vbat and / or the FC voltage Vfc ( In this process, the voltage difference | Vdif | is forcibly set to a voltage smaller than the threshold voltage Vth (step S1: YES). When either the BAT voltage Vbat or the FC voltage Vfc is brought closer to the other, the voltage at the time of the direct connection is higher than the voltage necessary for driving the motor 14 (motor drive request voltage). It is a necessary condition to make it.

図8は、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatの2電圧(各電圧)の状態と、各状態における2電圧の差を狭める手法、すなわち、電圧差|Vdif|=Vth+ΔVthを強制的に閾値電圧Vthより小さい電圧にする(|Vdif|<Vth)処理(ステップS1:YES)の第1手法、第2手法、及び第3手法を説明する表図である。   FIG. 8 shows a method of narrowing the difference between the two voltages (each voltage) of the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat and the two voltages in each state, that is, forcing the voltage difference | Vdif | = Vth + ΔVth from the threshold voltage Vth. It is a table | surface explaining the 1st method, 2nd method, and 3rd method of a process (step S1: YES) which makes it a small voltage (| Vdif | <Vth).

第1手法のBAT電圧Vbatの可変に関して、目標SOCを増加(減少)させることでBAT20が充電(放電)されSOCが増加(減少)すれば、BAT電圧Vbatが上昇(下降)することは公知である。   Regarding the variation of the BAT voltage Vbat in the first method, it is known that the BAT voltage Vbat increases (decreases) if the SOC is increased (decreased) by increasing (decreasing) the target SOC and the SOC increases (decreases). is there.

第2手法のFC18の電解質膜の膜含水率Zmの可変に関して、図9中、向かって左上側の特性図は、FC18の膜含水率Zmを増加(上げる)したときのIV特性70imと、膜含水率Zmが通常時のIV特性70との関係を示している。膜含水率Zmを上げることによって、反応膜である電解質膜付近に電気を通し易い水分子が沢山できることにより、電気を通し易くなり、結果、余分な抵抗値が減り、FC電圧Vfcが上がる。また、図9中、向かって左下側の特性図は、FC18の膜含水率Zmを減少(下げる)したときのIV特性70dmと、膜含水率Zmが通常時のIV特性70との関係を示している。   Regarding the variation of the membrane water content Zm of the electrolyte membrane of FC18 in the second method, the characteristic diagram on the upper left side in FIG. 9 shows the IV characteristic 70im when the membrane water content Zm of FC18 is increased (increased), and the membrane The water content Zm shows the relationship with the normal IV characteristic 70. By increasing the membrane water content Zm, a large amount of water molecules that can easily conduct electricity can be formed in the vicinity of the electrolyte membrane that is a reaction membrane, thereby facilitating electricity conduction. As a result, an excessive resistance value is reduced and the FC voltage Vfc is increased. In addition, the characteristic diagram on the lower left side in FIG. 9 shows the relationship between the IV characteristic 70 dm when the membrane moisture content Zm of FC18 is reduced (lowered) and the IV property 70 when the membrane moisture content Zm is normal. ing.

これらの関係から、第2手法として、目標膜含水率Zmtarを増加(減少)させることで膜含水率Zmが増加(減少)すれば、同一のFC電流(発電電流)Ifc上でFC電圧Vfcが上昇(下降)することが理解される。   From these relationships, as a second method, if the membrane water content Zm increases (decreases) by increasing (decreasing) the target membrane water content Zmtar, the FC voltage Vfc becomes equal on the same FC current (generated current) Ifc. It is understood that it rises (falls).

第3手法のFC18の目標ストイキ比の可変に関して、図9中、向かって右側の上下の特性図は、水素又は酸化剤ガスのストイキ比(供給量÷消費量)を増加(上げる)したときのIV特性70is又は減少(下げる)したときのIV特性70dsと、ストイキ比が通常時のIV特性70との関係を示している。例えば、ストイキ比を上げることによって、反応ガスが電解質膜の隅々まで十分に行き渡るため、水素と酸素の十分な化学反応ができ、結果、発電時に余分な電圧降下が発生しなくなり、同一のFC電流(発電電流)Ifc上でFC電圧Vfcが上がる。   Regarding the variable of the target stoichiometric ratio of FC18 of the third method, the upper and lower characteristic diagrams on the right side in FIG. 9 are obtained when the stoichiometric ratio (supply amount / consumption amount) of hydrogen or oxidant gas is increased (increased). This shows the relationship between the IV characteristic 70is or the IV characteristic 70ds when it is reduced (decreased) and the IV characteristic 70 when the stoichiometric ratio is normal. For example, by increasing the stoichiometric ratio, the reaction gas is sufficiently distributed to every corner of the electrolyte membrane, so that a sufficient chemical reaction between hydrogen and oxygen is possible, and as a result, no excessive voltage drop occurs during power generation, and the same FC The FC voltage Vfc increases on the current (generated current) Ifc.

これらの関係から、第3手法として、目標ストイキ比を減少(増加)させることでストイキ比が減少(増加)すれば、同一のFC電流(発電電流)Ifc上でFC電圧Vfcが下降(上昇)することが理解される。   From these relationships, as a third method, if the stoichiometric ratio decreases (increases) by decreasing (increasing) the target stoichiometric ratio, the FC voltage Vfc decreases (increases) on the same FC current (generated current) Ifc. To be understood.

ここで、ECU24によるBAT20の目標SOCの可変制御は、負荷要求に対し、BAT20の負担分を増減する制御上の処理をすればよく、FC18の目標膜含水率Zmtar制御及び目標ストイキ比可変制御に比較して簡便であり、目標膜含水率Zmtar可変制御は目標ストイキ比可変制御に比較してFC18の発電効率の低下量が少ないことに留意する。   Here, the variable control of the target SOC of the BAT 20 by the ECU 24 only needs to perform a control process to increase or decrease the share of the BAT 20 in response to the load request. For the target film moisture content Zmtar control and the target stoichiometric ratio variable control of the FC18. Note that the target membrane water content Zmtar variable control is less in comparison with the target stoichiometric ratio variable control, and the amount of decrease in the power generation efficiency of the FC 18 is small.

この留意点に基づき、第1〜第3の手法のうち、どの手法を採用するかの優先順位に関し、第1優先順位を目標SOC可変制御、第2優先順位を目標膜含水率可変制御、第3優先順位を目標ストイキ比制御に設定する。   Based on this consideration, regarding the priority of which one of the first to third methods is adopted, the first priority is the target SOC variable control, the second priority is the target membrane water content variable control, 3. Set priority to target stoichiometric ratio control.

次に上記実施形態に係る燃料電池システム12のECU24による制御処理の変形例の動作について図10のタイミングチャートを参照して説明する。   Next, the operation of a modification of the control process performed by the ECU 24 of the fuel cell system 12 according to the above embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG.

なお、図10のタイミングチャートは、理解の便宜のために、第3手法(目標ストイキ比可変)を例としている。また、SUC21及びSUDC22の少なくとも一方が直結状態になっているとき、及び両方が直結状態(同時直結状態)になっているとき、直結時のBAT電圧Vbat及びFC電圧Vfcは、いずれも目標負荷端電圧Vinvtarより高い電圧になっていることを前提としている。   In the timing chart of FIG. 10, the third method (variable target stoichiometric ratio) is taken as an example for convenience of understanding. Further, when at least one of the SUC 21 and SUDC 22 is in a direct connection state, and when both are in a direct connection state (simultaneous direct connection state), the BAT voltage Vbat and the FC voltage Vfc at the time of direct connection are both the target load terminals. It is assumed that the voltage is higher than the voltage Vinvtar.

図10に示すように、目標SOC[%]が、時点t10〜時点t13の間では増加され、時点t13〜時点t14の間では一定とされ、時点t14〜時点t18の間では減少され、時点t18以降は一定にされている遷移状態にて説明する。実際上、実SOC[%]は、目標SOC[%]に追従する。   As shown in FIG. 10, the target SOC [%] is increased from time t10 to time t13, is constant from time t13 to time t14, is decreased from time t14 to time t18, and time t18. The following description is based on the transition state that is constant. Actually, the actual SOC [%] follows the target SOC [%].

時点t10〜時点t13の間では、BAT電圧Vbatが増加し、目標SOCも増加しているので、BAT電力Pbat(BAT充電電力Pac)が増加する。   Between time t10 and time t13, since the BAT voltage Vbat increases and the target SOC also increases, the BAT power Pbat (BAT charging power Pac) increases.

時点t11において、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatの電圧差|Vdif|=|Vfc−Vbat|が、閾値電圧Vthより所定電圧ΔVthだけ高い(大きい)電圧Vth+ΔVth(これを所定電圧Vpという。)になった(|Vdif|=Vth+ΔVth=Vp)ことを検出したときに、Vfc>Vbatであることを考慮して、目標ストイキ比変化フラグFstarを、通常発電から低ストイキ比発電に切り替える。これにより時点t11からFC電圧Vfcが急に低下して、BAT電圧Vbatに近づく。   At time t11, the voltage difference | Vdif | = | Vfc−Vbat | between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat becomes a voltage Vth + ΔVth (this is referred to as a predetermined voltage Vp) that is higher (larger) by a predetermined voltage ΔVth than the threshold voltage Vth. When it is detected that (| Vdif | = Vth + ΔVth = Vp), considering that Vfc> Vbat, the target stoichiometric ratio change flag Fstar is switched from normal power generation to low stoichiometric power generation. As a result, the FC voltage Vfc suddenly decreases from time t11 and approaches the BAT voltage Vbat.

そして、上述したステップS1の判定(|Vdif|=|Vfc−Vbat|<Vth)が肯定的になった時点t12にて、同時直結判定がOFF状態(非成立状態)からON状態(成立状態)になると、その時点t12にて、SUDC22のスイッチング動作を停止させ同時直結状態(SUC21:直結、SUDC22:直結)にする。   Then, at the time t12 when the determination in step S1 described above (| Vdif | = | Vfc−Vbat | <Vth) becomes affirmative, the simultaneous direct connection determination is changed from the OFF state (non-established state) to the ON state (established state). Then, at the time t12, the switching operation of the SUDC 22 is stopped and the simultaneous direct connection state (SUC21: direct connection, SUDC22: direct connection) is set.

そして、同時直結状態になった時点t12にて、目標ストイキ比変化フラグFstarを、低ストイキ比発電から通常ストイキ比発電(通常発電と同意。)に切り替える。   Then, at the time t12 when the simultaneous direct connection state is established, the target stoichiometric ratio change flag Fstar is switched from the low stoichiometric power generation to the normal stoichiometric power generation (agreement with normal power generation).

時点t13〜時点t14の間では、同時直結状態とされる。この間では、目標SOCが一定で、FC電圧Vfcに張り付いているBAT電圧Vbatが減少しているので、BAT電力Pbat(BAT放電電力Pbatd)が増加する。   Between time t13 and time t14, a simultaneous direct connection state is established. During this period, the target SOC is constant and the BAT voltage Vbat sticking to the FC voltage Vfc is decreasing, so the BAT power Pbat (BAT discharge power Pbatd) increases.

時点t14において、同時直結判定がON状態からOFF状態にされ、同時直結状態が解除されているが、この同時直結状態の解除判定条件は、例えば、図7を参照して説明したBAT20の許容充放電電力範囲(許容放電電力Padmaxもしくは許容充電電力Pacmax)が所定電力範囲以内(許容放電電力Padmaxより小さい所定放電電力もしくは許容充電電力Pacmaxより小さい所定充電電力)となったことが判定された場合に設定すればよい。   At the time point t14, the simultaneous direct connection determination is changed from the ON state to the OFF state, and the simultaneous direct connection state is released. The simultaneous direct connection state release determination condition is, for example, the allowable fulfillment of the BAT 20 described with reference to FIG. When it is determined that the discharge power range (allowable discharge power Padmax or allowable charge power Pacmax) is within the predetermined power range (predetermined discharge power smaller than the allowable discharge power Padmax or predetermined charge power smaller than the allowable charge power Pacmax) You only have to set it.

あるいは、同時直結状態の解除判定条件は、インバータ16へのFC18又はBAT20からの供給電圧である負荷端電圧Vinv、この場合、FC電圧Vfc又はBAT電圧Vbatが、インバータ16(負荷30)の要求電圧(負荷駆動要求電圧)を下回る(あるいは下回りそうになる)ことが判定された場合とすればよい。   Alternatively, the simultaneous direct connection state release determination condition is that the load end voltage Vinv which is a supply voltage from the FC 18 or BAT 20 to the inverter 16, in this case, the FC voltage Vfc or the BAT voltage Vbat is the required voltage of the inverter 16 (load 30). It may be determined that it is determined that the voltage is less than (or is likely to fall below) (the load drive request voltage).

時点t14において、FC電力Pfcが減少を開始し、目標SOCが低下を開始し、目標FC電力PfctarとFC電力Pfcの差の絶対値である電力差|Pfcdif|=|Pfctar−Pfc|が、SUC21とSUDC22の同時直結状態を解除する閾値電力(同時直結解除閾値電力)Pfcthを上回る電力値になると(ステップS4:YES)、SUC21の直結状態が解除されて昇圧状態となり(ステップS6)、時点t15にて、SUDC22も昇圧状態になる両方昇圧状態(ステップS9)になる。   At time t14, the FC power Pfc starts decreasing, the target SOC starts decreasing, and the power difference | Pfcdif | = | Pfctar−Pfc | which is the absolute value of the difference between the target FC power Pfctar and the FC power Pfc is SUC21. When the power value exceeds the threshold power (simultaneous direct connection cancellation threshold power) Pfcth for canceling the simultaneous direct connection state of SUDC22 (step S4: YES), the direct connection state of SUC21 is canceled and the boosted state is set (step S6), and time t15 Thus, the SUDC 22 is also in a boosted state (both boosted state (step S9)).

このため、時点t14において、BAT電圧Vbatが、階段状に増加し、以降、時点t14〜時点t18の間では、目標SOCが減少し、BAT電圧Vbatが一定電圧になっているので、BAT放電電流Ibdが減少する結果、BAT電力Pbat(BAT放電電力Pad)が減少する。   Therefore, at time t14, the BAT voltage Vbat increases stepwise, and thereafter, between time t14 and time t18, the target SOC decreases and the BAT voltage Vbat is a constant voltage. As a result of the decrease in Ibd, the BAT power Pbat (BAT discharge power Pad) decreases.

時点t16において、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatの電圧差|Vdif|=|Vfc−Vbat|が、閾値電圧Vthより所定電圧ΔVthだけ高い(大きい)電圧になった(Vdif=Vth+ΔVth=Vp)ことを検出したときに、Vfc<Vbatであることを考慮して、目標ストイキ比変化フラグFstarを、通常発電から高ストイキ比発電に切り替える。これにより時点t16からFC電圧Vfcの上昇速度が上がり、FC電圧VfcがBAT電圧Vbatに近づき、電圧差|Vdif|=|Vfc−Vbat|が狭まる。   At time t16, the voltage difference | Vdif | = | Vfc−Vbat | between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat has become a voltage that is higher (larger) by a predetermined voltage ΔVth than the threshold voltage Vth (Vdif = Vth + ΔVth = Vp). When detected, considering that Vfc <Vbat, the target stoichiometric ratio change flag Fstar is switched from normal power generation to high stoichiometric power generation. As a result, the rising speed of the FC voltage Vfc increases from time t16, the FC voltage Vfc approaches the BAT voltage Vbat, and the voltage difference | Vdif | = | Vfc−Vbat |

そして、上述したステップS1の判定(|Vdif|=|Vfc−Vbat|<Vth)が肯定的になった時点t17にて、同時直結判定がOFF状態(非成立状態)からON状態(成立状態)になると、その時点t17にて、SUC21及びSUDC22のスイッチング動作を停止させ同時直結状態(SUC21:直結、SUDC22:直結)にする。   Then, at the time t17 when the determination in step S1 described above (| Vdif | = | Vfc−Vbat | <Vth) becomes affirmative, the simultaneous direct connection determination is changed from the OFF state (non-established state) to the ON state (established state). Then, at the time t17, the switching operation of the SUC 21 and the SUDC 22 is stopped, and the simultaneous direct connection state (SUC 21: direct connection, SUDC 22: direct connection) is set.

また、時点t17にて、時点t16から開始した高ストイキ比発電を終了させ、目標ストイキ比変化フラグFstarを、高ストイキ比発電から通常ストイキ比発電(通常発電と同意。)に切り替える。   Further, at time t17, the high stoichiometric ratio power generation started from time t16 is terminated, and the target stoichiometric ratio change flag Fstar is switched from the high stoichiometric power generation to the normal stoichiometric power generation (agreement with normal power generation).

この変形例では、同時直結判定がONの期間の長さが対策前よりも対策後の方が長くなっているので、換言すれば、BAT電圧Vbatを昇圧するSUDC22の電圧変換動作を実行する頻度を低減(図10の対策前のFC電圧Vfcbの波形参照)しているので、その分システム効率が向上する。   In this modification, the length of the period in which the simultaneous direct connection determination is ON is longer after the countermeasure than before the countermeasure, in other words, the frequency of performing the voltage conversion operation of the SUDC 22 that boosts the BAT voltage Vbat. (Refer to the waveform of the FC voltage Vfcb before the countermeasure in FIG. 10), the system efficiency is improved accordingly.

[実施形態のまとめ及びさらなる変形例]
以上説明したように、上述した実施形態に係るFCシステム12は、FC電圧Vfcを出力するFC18と、BAT電圧Vbatを出力するBAT20と、インバータ16とインバータ16を通じて駆動される駆動モータ14とからなる負荷30と、FC18のFC電圧Vfcを電圧変換(昇圧)し負荷端電圧Vinvとしてインバータ16の直流端側に印加する第1電圧変換装置としてのSUC21と、BAT20のBAT電圧Vbatを電圧変換(昇圧)し負荷端電圧Vinvとしてインバータ16の前記直流端側に印加する第2電圧変換装置としてのSUDC22と、を備えるFCシステム12の制御方法において、FC電圧Vfc及びBAT電圧Vbatの電圧差|Vdif|を把握する電圧差把握工程(ステップS1)と、電圧差|Vdif|がSUC11及びSUDC22の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内(|Vdif|=|Vfc−Vbat|<Vth)にある場合に、SUC21及びSUDC22の電圧変換動作を停止して、FC18及びBAT20を負荷30に直結する電圧変換停止工程(ステップS3)と、を有する。
[Summary of embodiments and further modifications]
As described above, the FC system 12 according to the above-described embodiment includes the FC 18 that outputs the FC voltage Vfc, the BAT 20 that outputs the BAT voltage Vbat, and the drive motor 14 driven through the inverter 16 and the inverter 16. Voltage conversion (step-up) is performed on the load 30, the SUC 21 as a first voltage conversion device that converts the FC voltage Vfc of the FC 18 to the DC terminal side of the inverter 16 as a load terminal voltage Vinv, and the BAT voltage Vbat of the BAT 20. In the control method of the FC system 12 including the SUDC 22 as the second voltage converter that is applied to the DC terminal side of the inverter 16 as the load terminal voltage Vinv, the voltage difference | Vdif | of the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat Voltage difference grasping process (step S1) for grasping and voltage difference When Vdif | is within a predetermined range (| Vdif | = | Vfc−Vbat | <Vth) in which the voltage conversion operation of SUC11 and SUDC22 can be stopped, the voltage conversion operation of SUC21 and SUDC22 is stopped, and FC18 and BAT20 And a voltage conversion stop step (step S3) for directly connecting to the load 30.

上述した実施形態によれば、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatとの電圧差|Vdif|が所定範囲内|Vdif|<Vthであって小さいときにはSUC21及びSUDC22の直結(同時直結)を行うので、SUC21及びSUDC22の電圧変換損失が低減され、システム全体の効率を向上させることができる。   According to the above-described embodiment, when the voltage difference | Vdif | between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat is within a predetermined range | Vdif | <Vth and is small, the SUC21 and the SUDC22 are directly coupled (simultaneous direct coupling). And the voltage conversion loss of SUDC22 is reduced, and the efficiency of the whole system can be improved.

この場合、FC18に対する発電電力指令値Pfctarと実発電電力Pfcとの差|Pfctar−Pfc|を発電電力乖離幅として把握する発電電力乖離幅把握工程(ステップS4)をさらに有し、電圧変換停止工程(ステップS3)の開始後に、図5の時点t3に示したように、発電電力乖離幅|Pfctar−Pfc|が所定幅Pfcthより大きくなった場合には、電圧変換停止工程(ステップS3)を終了し、SUC21及びSUDC22の少なくとも一方の電圧変換動作を実行させる(ステップS6)。   In this case, the method further includes a generated power divergence width grasping step (step S4) for grasping a difference | Pfctar−Pfc | between the generated power command value Pfctar for FC 18 and the actual generated power Pfc as a generated power divergence width (step S4). After the start of (Step S3), when the generated power deviation width | Pfctar-Pfc | becomes larger than the predetermined width Pfcth as shown at time t3 in FIG. 5, the voltage conversion stop step (Step S3) is ended. Then, the voltage conversion operation of at least one of the SUC 21 and the SUDC 22 is executed (step S6).

このように、FC18の制御性が悪化していることを検知して直結を解除するので、狙いの発電電力Pfcが得られず商品性が悪化してしまうことを抑制することができる。   Thus, since it detects that the controllability of FC18 is deteriorating and the direct connection is released, it is possible to prevent the target generated power Pfc from being obtained and the merchantability from deteriorating.

なお、SUC21及びSUDC22の電圧変換停止工程(ステップS3)の開始を判定する電圧差|Vdif|の所定範囲としての差電圧閾値電圧Vthは、図7の充放電電力の温度特性図を参照して説明したように、BAT20の温度が低いほど小さくすること、又は、BAT20の許容充放電電力範囲(許容放電電力Padmaxもしくは許容充電電力Pacmax)が小さくなるほど小さくすることが好ましい。これにより、BAT20のアシストが可能か否かを考慮して直結判定するので、直結により狙いの制御性が得られずに商品性が悪化してしまうことを防止することができる。   The difference voltage threshold voltage Vth as a predetermined range of the voltage difference | Vdif | for determining the start of the voltage conversion stop process (step S3) of the SUC 21 and SUDC 22 is referred to the temperature characteristic diagram of charge / discharge power in FIG. As described above, it is preferable that the temperature is decreased as the temperature of the BAT 20 is lower, or is decreased as the allowable charging / discharging power range (allowable discharging power Padmax or allowable charging power Pacmax) of the BAT 20 is decreased. Thus, the direct connection determination is made in consideration of whether or not the assistance of the BAT 20 is possible, so that it is possible to prevent the merchantability from being deteriorated without obtaining the target controllability due to the direct connection.

また、SUC21及びSUDC22の電圧変換停止工程(ステップS3)を終了する際に、SUC21の電圧変換動作をSUDC22の電圧変換動作に先立って再開する(ステップS6、ステップS8)ことが好ましい。FC18の制御性が悪化することを抑制することができ、FC18の耐久性が低下することを防止できる。   Further, when the voltage conversion stop process (step S3) of the SUC 21 and SUDC 22 is terminated, it is preferable to restart the voltage conversion operation of the SUC 21 prior to the voltage conversion operation of the SUDC 22 (step S6, step S8). It can suppress that the controllability of FC18 deteriorates, and can prevent that durability of FC18 falls.

さらなる変形例として、SUC21及びSUDC22の電圧変換停止工程(ステップS3)を終了した後、BAT20の目標SOCを高くすることでBAT電圧Vbatを高くできるので、FC電圧Vfcを昇圧するSUC21の昇圧状態を継続できる可能性が高くなり、SUDC22も昇圧状態になる両方昇圧状態となってシステム効率が悪化することを防止でき、結果として、BAT電圧Vbatを昇圧するSUDC22の電圧変換動作を実行する頻度を低減することができる。   As a further modification, the BAT voltage Vbat can be increased by increasing the target SOC of the BAT 20 after the voltage conversion stop process (step S3) of the SUC 21 and the SUDC 22 is finished, so that the boost state of the SUC 21 that boosts the FC voltage Vfc can be changed. It is possible to continue, the SUDC 22 is also in a boosted state, and it is possible to prevent the system efficiency from being deteriorated, and as a result, the frequency of performing the voltage conversion operation of the SUDC 22 that boosts the BAT voltage Vbat is reduced. can do.

同様に、電圧変換停止工程(ステップS3)を終了した後、BAT20への充電量を強制的に増加させるようにしてもよく、BAT20に強制的に充電することでBAT電圧Vbatを高くできるので、BAT電圧Vbatを昇圧するSUDC22の電圧変換動作を実行する頻度を低減することができる。   Similarly, after completing the voltage conversion stop step (step S3), the amount of charge to the BAT 20 may be forcibly increased, and the BAT voltage Vbat can be increased by forcibly charging the BAT 20, The frequency of performing the voltage conversion operation of the SUDC 22 that boosts the BAT voltage Vbat can be reduced.

また、FC電圧Vfc及びBAT電圧Vbatの電圧差(|Vdif|=|Vfc−Vbat|)がSUC21及びSUDC22の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内(|Vdif|=|Vfc−Vbat|<Vth)にある場合に、SUC21及びSUDC22の電圧変換動作を停止して、FC18及びBAT20を負荷30に直結する電圧変換停止工程(ステップS3)では、電圧差(|Vdif|=|Vfc−Vbat|)がSUC21及びSUDC22の電圧変換動作を停止可能な所定範囲(|Vdif|=|Vfc−Vbat|=Vth+ΔVth)に近づいたとき(図10の時点t11、時点t16)、第1手法として、BAT20の目標SOCを可変してBAT電圧Vbatを増減し、BAT電圧VbatとFC電圧Vfcとの電圧差|Vdif|を所定範囲内(|Vdif|<Vth)にさせる、第2手法として、FC18の目標膜含水率Zmtarを可変してFC電圧Vfcを増減し、FC電圧VfcとBAT電圧Vbatとの電圧差|Vdif|を所定範囲内(|Vdif|<Vth)にさせる、第3手法として、FC18の目標ストイキ比を可変してFC電圧Vfcを増減し、電圧差|Vdif|を所定範囲内(|Vdif|<Vth)にさせる、のうち、少なくとも一手法にてBAT電圧VbatとFC電圧Vfcとの電圧差|Vdif|を所定範囲内(|Vdif|<Vth)まで狭めて、SUC21及びSUDC22の前記電圧変換動作を停止させるようにしてもよい。この場合、両方直結となる頻度をより高めてシステム効率をより向上させることができる。   Further, the voltage difference (| Vdif | = | Vfc−Vbat |) between the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat is within a predetermined range (| Vdif | = | Vfc−Vbat | <Vth) in which the voltage conversion operation of the SUC21 and SUDC22 can be stopped. ), The voltage conversion operation of the SUC 21 and SUDC 22 is stopped, and in the voltage conversion stop step (step S3) in which the FC 18 and the BAT 20 are directly connected to the load 30, the voltage difference (| Vdif | = | Vfc−Vbat |) Is approaching a predetermined range (| Vdif | = | Vfc−Vbat | = Vth + ΔVth) in which the voltage conversion operation of the SUC 21 and SUDC 22 can be stopped (time t11, time t16 in FIG. 10), By changing the SOC, the BAT voltage Vbat is increased or decreased, and the BAT voltage Vbat and the FC voltage Vfc. As a second method of setting the voltage difference | Vdif | within a predetermined range (| Vdif | <Vth), the FC film Vfc is increased or decreased by changing the FC18 target membrane water content Zmtar, and the FC voltage Vfc and the BAT voltage Vbat. As a third method of setting the voltage difference | Vdif | within a predetermined range (| Vdif | <Vth), the FC stoichiometric ratio of FC18 is varied to increase or decrease the FC voltage Vfc, and the voltage difference | Vdif | The voltage difference | Vdif | between the BAT voltage Vbat and the FC voltage Vfc is narrowed to a predetermined range (| Vdif | <Vth) by at least one method. The voltage conversion operation of the SUDC 22 may be stopped. In this case, the system efficiency can be further improved by increasing the frequency of direct connection of both.

なお、BAT電圧VbatとFC電圧Vfcとの電圧差|Vdif|を所定範囲内(|Vdif|<Vth)まで狭める前記第1、第2、及び第3の手法の適用優先順位は、第1、第2、及び第3の手法の順とする。BAT20の目標SOCの可変制御は、FC18の目標含水率制御及び目標ストイキ比可変制御に比較して簡便であり、目標含水率可変制御は目標ストイキ比可変制御に比較してFC18の発電効率の低下量が少ない。   Note that the application priority of the first, second, and third methods for narrowing the voltage difference | Vdif | between the BAT voltage Vbat and the FC voltage Vfc to a predetermined range (| Vdif | <Vth) is first, The order is the second and third methods. The variable control of the target SOC of the BAT 20 is simpler than the target moisture content control and the target stoichiometric ratio variable control of the FC18, and the target moisture content variable control is lower in the power generation efficiency of the FC18 than the target stoichiometric ratio variable control. The amount is small.

また、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。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification.

10…燃料電池自動車(FC自動車)
12…燃料電池システム(FCシステム)
14…駆動モータ 16…インバータ(INV)
18…燃料電池(FC) 20…蓄電装置、高電圧バッテリ(BAT)
21…昇圧コンバータ(昇圧器、電圧変換装置、SUC)
22…昇降圧コンバータ(昇降圧器、電圧変換装置、SUDC)
24…ECU
10. Fuel cell vehicle (FC vehicle)
12 ... Fuel cell system (FC system)
14 ... Drive motor 16 ... Inverter (INV)
18 ... Fuel cell (FC) 20 ... Power storage device, High voltage battery (BAT)
21 ... Boost converter (booster, voltage converter, SUC)
22 ... Buck-boost converter (buck-boost, voltage converter, SUDC)
24 ... ECU

Claims (10)

燃料電池電圧を出力する燃料電池と、
蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、
インバータと前記インバータを通じて駆動されるモータとからなる負荷と、
前記燃料電池の前記燃料電池電圧を電圧変換し負荷端電圧として前記インバータの直流端側に印加する第1電圧変換装置と、
前記蓄電装置の前記蓄電装置電圧を電圧変換し前記負荷端電圧として前記インバータの前記直流端側に印加する第2電圧変換装置と、
を備える燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の電圧差を把握する電圧差把握工程と、
前記電圧差が前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内にある場合に、前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止して、前記燃料電池及び前記蓄電装置を前記負荷に直結する電圧変換停止工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell that outputs a fuel cell voltage;
A power storage device that outputs a power storage device voltage;
A load comprising an inverter and a motor driven through the inverter;
A first voltage conversion device that converts the fuel cell voltage of the fuel cell and applies it to a DC terminal side of the inverter as a load terminal voltage;
A second voltage conversion device that converts the voltage of the power storage device of the power storage device and applies the voltage to the DC terminal side of the inverter as the load terminal voltage;
In a control method of a fuel cell system comprising:
A voltage difference grasping step for grasping a voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage;
When the voltage difference is within a predetermined range in which the voltage conversion operation of the first and second voltage conversion devices can be stopped, the voltage conversion operation of the first and second voltage conversion devices is stopped, and the fuel cell And a voltage conversion stop step for directly connecting the power storage device to the load;
A control method for a fuel cell system, comprising:
請求項1に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池に対する発電電力指令値と実発電電力との差を発電電力乖離幅として把握する発電電力乖離幅把握工程をさらに有し、
前記電圧変換停止工程の開始後に、前記発電電力乖離幅が所定幅以上となった場合には、前記電圧変換停止工程を終了し、前記第1及び第2電圧変換装置の少なくとも一方の電圧変換動作を実行させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to claim 1,
Further comprising a generated power deviation width grasping step for grasping a difference between the generated power command value for the fuel cell and the actual generated power as a generated power deviation width;
After the start of the voltage conversion stop step, if the generated power deviation width is equal to or greater than a predetermined width, the voltage conversion stop step is ended, and at least one voltage conversion operation of the first and second voltage conversion devices A control method for a fuel cell system, comprising:
請求項1又は2に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程の開始を判定する電圧差の所定範囲は、前記蓄電装置の温度が低いほど小さくする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to claim 1 or 2,
The fuel cell system control method, wherein the predetermined range of the voltage difference for determining the start of the voltage conversion stop step is made smaller as the temperature of the power storage device is lower.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程の開始を判定する電圧差の所定範囲を、前記蓄電装置の許容充放電電力範囲が小さくなるほど小さくする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
A control method for a fuel cell system, characterized in that a predetermined range of a voltage difference for determining the start of the voltage conversion stop step is made smaller as an allowable charge / discharge power range of the power storage device becomes smaller.
請求項2〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程を終了する際に、前記第1電圧変換装置の電圧変換動作を前記第2電圧変換装置の電圧変換動作に先立って再開する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to any one of claims 2 to 4,
The fuel cell system control method, comprising: resuming the voltage conversion operation of the first voltage conversion device prior to the voltage conversion operation of the second voltage conversion device when ending the voltage conversion stop step.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程を終了した後、前記蓄電装置の目標SOCを高くする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
A fuel cell system control method, comprising: increasing the target SOC of the power storage device after finishing the voltage conversion stop step.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程を終了した後、前記蓄電装置への充電量を増加させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
A control method for a fuel cell system, comprising: increasing a charge amount of the power storage device after the voltage conversion stop step is completed.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の前記電圧差が前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内にある場合に、前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止して、前記燃料電池及び前記蓄電装置を前記負荷に直結する電圧変換停止工程では、
前記電圧差が前記第1及び第2電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲に近づいたとき、
第1手法として、前記蓄電装置の目標SOCを可変して前記蓄電装置電圧を増減し、前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、
第2手法として、前記燃料電池の目標膜含水率を可変して前記燃料電池電圧を増減し、前記燃料電池電圧と前記蓄電装置電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、
第3手法として、前記燃料電池の目標ストイキ比を可変して前記燃料電池電圧を増減し、前記燃料電池電圧と前記蓄電装置電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、
のうち、少なくとも一手法にて前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲内まで狭めて、前記第1及び第2電圧変換装置の前記電圧変換動作を停止させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
The voltage of the first and second voltage converters when the voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage is within a predetermined range in which the voltage conversion operation of the first and second voltage converters can be stopped. In the voltage conversion stop step of stopping the conversion operation and directly connecting the fuel cell and the power storage device to the load,
When the voltage difference approaches a predetermined range in which the voltage conversion operation of the first and second voltage converters can be stopped,
As a first method, the target SOC of the power storage device is varied to increase or decrease the power storage device voltage, and the voltage difference between the power storage device voltage and the fuel cell voltage is within the predetermined range.
As a second method, the fuel cell voltage is varied by varying the target membrane water content of the fuel cell, and the voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage is within the predetermined range.
As a third method, the target stoichiometric ratio of the fuel cell is varied to increase or decrease the fuel cell voltage, and the voltage difference between the fuel cell voltage and the power storage device voltage is within the predetermined range.
The voltage conversion operation of the first and second voltage conversion devices is stopped by narrowing the voltage difference between the power storage device voltage and the fuel cell voltage to the predetermined range by at least one method. A control method for a fuel cell system.
請求項8に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲まで狭める前記第1、第2、及び第3の手法の適用優先順位は、第1、第2、及び第3の手法の順とする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
The control method of a fuel cell system according to claim 8,
The application priority of the first, second, and third methods for narrowing the voltage difference between the power storage device voltage and the fuel cell voltage to the predetermined range is that of the first, second, and third methods. A control method for a fuel cell system, characterized by:
請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御方法を実施する燃料電池自動車。   The fuel cell vehicle which implements the control method of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 9.
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