JP2017027669A - On-board fuel cell system - Google Patents

On-board fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2017027669A
JP2017027669A JP2015141789A JP2015141789A JP2017027669A JP 2017027669 A JP2017027669 A JP 2017027669A JP 2015141789 A JP2015141789 A JP 2015141789A JP 2015141789 A JP2015141789 A JP 2015141789A JP 2017027669 A JP2017027669 A JP 2017027669A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
output
power
secondary battery
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015141789A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
究 乾
Kiwamu Inui
究 乾
知成 田口
Tomonari Taguchi
知成 田口
章仁 細井
Akihito Hosoi
章仁 細井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015141789A priority Critical patent/JP2017027669A/en
Publication of JP2017027669A publication Critical patent/JP2017027669A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce frequency of charging/discharging a secondary cell and thereby to reduce a load on the secondary cell.SOLUTION: A fuel cell system includes: a power source having a fuel cell and a secondary cell; and a control unit which acquires required output power required for the power source by using an amount of depression of an accelerator pedal of a vehicle and controls power to be output from the respective fuel cell and secondary cell by using the required output power and speed of the vehicle. The control unit performs: (i) when the speed is a predetermined value or less, output of electric power according to the required output power from the fuel cell; (ii) when the speed is larger than the predetermined value, output of electric power determined according to the speed from the fuel cell. Further, in the case of (ii), the control unit performs: (iia) when the electric power determined according to the speed is larger than the required output power, charge of the secondary cell with electric power exceeding the required output power; and (iib) when the electric power determined according to the speed is the required output power or less, output of electric power that is short of the required output power from the secondary cell.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、車両に搭載された燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system mounted on a vehicle.

特許文献1には、車両に搭載された燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力を一定にして間欠的に運転し、燃料電池が過熱状態とならないように燃料電池を冷却する技術が記載されている。また、燃料電池の発電効率が最大となるように、冷却水温度を制御することが記載されている。   Patent Document 1 describes a technique for cooling a fuel cell so that the fuel cell is not intermittently operated in a fuel cell system mounted on a vehicle by intermittently operating the fuel cell with a constant output. . It also describes controlling the coolant temperature so that the power generation efficiency of the fuel cell is maximized.

特開2005−044533号公報JP 2005-044533 A

しかし、特許文献1のシステムでは、二次電池からの電力により走行し、電力が不足した場合に燃料電池から不足分が補充されるように構成されている。燃料電池システムの燃料電池は、常時発電するのでなく、必要に応じて間欠的に発電するものであるため、二次電池の充放電回数が多くなり、二次電池への負荷が大きい。   However, the system of Patent Document 1 is configured to travel with the power from the secondary battery and to replenish the shortage from the fuel cell when the power is insufficient. Since the fuel cell of the fuel cell system does not always generate power but intermittently generates power as necessary, the number of times the secondary battery is charged and discharged increases, and the load on the secondary battery is large.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、車両に搭載された燃料電池システムが提供される。燃料電池システムは、燃料電池と、二次電池と、を有する電源と、前記車両のアクセルペダルの踏み込み量を用いて前記電源に要求される要求出力を取得するとともに、前記要求出力と前記車両の速度とを用いて、前記燃料電池と前記二次電池からそれぞれ出力させる電力を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、(i)前記速度が予め定められた値以下の場合には、前記要求出力に応じた電力を前記燃料電池から出力させ、(ii)前記速度が予め定められた値より大きい場合には、前記燃料電池に前記速度に応じて定められる電力を出力させ、(iia)前記速度に応じて定められる電力が前記要求出力より大きい場合には、前記要求出力を超えた電力を前記二次電池に充電し、(iib)前記速度に応じて定められる電力が前記要求出力以下の場合には、前記要求出力に足りない電力を前記二次電池から出力させる。この形態によれば、制御部は、車両の速度が予め定められた値以下の場合には、要求出力に応じた電力を燃料電池に発電させるので、二次電池への充放電回数を少なくし、二次電池の負荷を低減できる。 (1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell system mounted on a vehicle is provided. The fuel cell system obtains a required output required for the power source using a power source having a fuel cell and a secondary battery, and a depression amount of an accelerator pedal of the vehicle, and the required output and the vehicle And a control unit that controls electric power output from the fuel cell and the secondary battery using speed. (I) When the speed is equal to or lower than a predetermined value, the control unit causes the fuel cell to output electric power corresponding to the required output, and (ii) the speed is higher than a predetermined value. In this case, the fuel cell is caused to output electric power determined according to the speed, and (iii) when the electric power determined according to the speed is larger than the required output, the electric power exceeding the required output is The secondary battery is charged, and (iib) When the power determined according to the speed is equal to or lower than the required output, the power required for the required output is output from the secondary battery. According to this aspect, the control unit causes the fuel cell to generate electric power corresponding to the required output when the vehicle speed is equal to or less than a predetermined value, so that the number of times of charging and discharging to the secondary battery is reduced. The load on the secondary battery can be reduced.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、車両に搭載された燃料電池システムの他、燃料電池を搭載した車両、移動体、燃料電池システムの制御方法、燃料電池搭載車両、移動体の制御方法、等の形態で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various modes. For example, in addition to the fuel cell system mounted on the vehicle, it can be realized in the form of a vehicle mounted with a fuel cell, a moving body, a fuel cell system control method, a fuel cell mounted vehicle, a mobile body control method, and the like. .

燃料電池システムを搭載した燃料電池搭載車両を示す説明図。Explanatory drawing which shows the fuel cell mounting vehicle carrying a fuel cell system. 第1の実施形態における燃料電池システムの制御フローチャート。The control flowchart of the fuel cell system in a 1st embodiment. 車両の速度と燃料電池の目標出力の関係を示すマップ。The map which shows the relationship between the speed of a vehicle and the target output of a fuel cell. 図3に示したマップの作成方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the preparation method of the map shown in FIG. 車両と動力源の出力と冷却損失の関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the output of a vehicle and a power source, and a cooling loss. 第2の実施形態における燃料電池システムの制御フローチャート。The control flowchart of the fuel cell system in 2nd Embodiment.

燃料電池システムの構成:
図1は、燃料電池システムを搭載した燃料電池搭載車両10(「車両10」とも呼ぶ。)を示す説明図である。車両10は、燃料電池100と、制御部110(ECU(Electronic Control Unit)とも呼ぶ。)と、アクセルペダル120と、アクセルペダルセンサ125と、二次電池130と、電力分配器140と、車輪駆動モータ150と、ドライブシャフト160と、動力分配ギア170と、車輪180と、速度計190と、を備える。燃料電池100と、二次電池130と電力分配器140とを合わせて「電源200」と呼ぶ。
Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a fuel cell-equipped vehicle 10 (also referred to as “vehicle 10”) equipped with a fuel cell system. The vehicle 10 includes a fuel cell 100, a control unit 110 (also referred to as an ECU (Electronic Control Unit)), an accelerator pedal 120, an accelerator pedal sensor 125, a secondary battery 130, a power distributor 140, and a wheel drive. A motor 150, a drive shaft 160, a power distribution gear 170, wheels 180, and a speedometer 190 are provided. The fuel cell 100, the secondary battery 130, and the power distributor 140 are collectively referred to as a “power source 200”.

燃料電池100は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置である。二次電池130は、燃料電池100とともに、車両10を動かすための電力源として用いられる。二次電池130として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池を採用することが可能である。二次電池130への充電は、例えば、燃料電池100から出力される電力を用いて直接充電することにより行われる。また、車両10が減速するときに車両10の運動エネルギーを車輪駆動モータ150により回生して充電することにより行うことも可能である。車輪駆動モータ150は、車両10を動かすための電動機として機能する。また、車輪駆動モータ150は、車両10が減速するときには、車両10の運動エネルギーを電気エネルギーに回生する発電機として機能する。ドライブシャフト160は、車輪駆動モータ150が発する駆動力を動力分配ギア170に伝達するための回転軸である。動力分配ギア170は、左右の車輪180へ駆動力を分配する。速度計190は、動力分配ギア170の回転数を用いて、車両10の速度SPDを取得する。   The fuel cell 100 is a power generator for taking out electric power by electrochemically reacting a fuel gas and an oxidant gas. The secondary battery 130 is used as a power source for moving the vehicle 10 together with the fuel cell 100. As the secondary battery 130, for example, a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be adopted. The secondary battery 130 is charged by, for example, directly charging using the power output from the fuel cell 100. It is also possible to regenerate and charge the kinetic energy of the vehicle 10 by the wheel drive motor 150 when the vehicle 10 decelerates. The wheel drive motor 150 functions as an electric motor for moving the vehicle 10. The wheel drive motor 150 functions as a generator that regenerates the kinetic energy of the vehicle 10 into electrical energy when the vehicle 10 decelerates. The drive shaft 160 is a rotating shaft for transmitting the driving force generated by the wheel drive motor 150 to the power distribution gear 170. The power distribution gear 170 distributes the driving force to the left and right wheels 180. The speedometer 190 acquires the speed SPD of the vehicle 10 using the rotation speed of the power distribution gear 170.

制御部110は、アクセルペダルセンサ125を用いてアクセルペダル120の踏み込み量を取得し、アクセルペダル120の踏み込み量を用いて、電源200への要求出力Preqを取得する。制御部110は、要求出力Preqと、車両10の速度SPDとを用いて、燃料電池100と二次電池130と電力分配器140の動作を制御する。電力分配器140は、制御部110からの命令を受けて、燃料電池100から車輪駆動モータ150に出力する電力と、二次電池130から車輪駆動モータ150へ出力する電力の分配を切り換える。電力分配器140は、車両10の減速時には、制御部110からの命令を受けて、車輪駆動モータ150により回生された電力を二次電池130に送って充電させる。   The control unit 110 acquires the amount of depression of the accelerator pedal 120 using the accelerator pedal sensor 125, and acquires the required output Preq to the power source 200 using the amount of depression of the accelerator pedal 120. The control unit 110 controls the operation of the fuel cell 100, the secondary battery 130, and the power distributor 140 using the requested output Preq and the speed SPD of the vehicle 10. In response to an instruction from the control unit 110, the power distributor 140 switches between the power output from the fuel cell 100 to the wheel drive motor 150 and the power output from the secondary battery 130 to the wheel drive motor 150. When the vehicle 10 is decelerated, the power distributor 140 receives a command from the control unit 110 and sends the power regenerated by the wheel drive motor 150 to the secondary battery 130 to be charged.

第1の実施形態:
図2は、第1の実施形態における燃料電池システムの制御フローチャートである。ステップS100では、制御部110は、速度計190を用いて、車両10の速度SPDを取得する。ステップS110では、制御部110は、アクセルペダルセンサ125を用いて、アクセルペダル120の踏み込み量を取得する。ステップS120では、制御部110は、アクセルペダル120の踏み込み量を用いて、電源200への要求出力Preqを算出する。制御部110は、速度SPDと、要求出力Preqのいずれを先に取得しても良い。
First embodiment:
FIG. 2 is a control flowchart of the fuel cell system according to the first embodiment. In step S <b> 100, control unit 110 acquires speed SPD of vehicle 10 using speedometer 190. In step S <b> 110, the control unit 110 acquires the depression amount of the accelerator pedal 120 using the accelerator pedal sensor 125. In step S120, control unit 110 calculates a required output Preq to power supply 200 using the amount of depression of accelerator pedal 120. The control unit 110 may acquire either the speed SPD or the request output Preq first.

ステップS130では、制御部110は、速度SPDが、予め定められた低速度閾値SPD_lowより大きいか、否かを判断する。速度SPDが低速度閾値SPD_low以下の場合、制御部110は、ステップS210に移行する。ステップS210では、制御部110は、燃料電池100に出力させる電力FCoutを要求出力Preqに一致させるように、燃料電池100を制御する。この場合、制御部110は、二次電池130から車輪駆動モータ150に向けて電力を出力させず、また、燃料電池100からの電力で二次電池130を充電しない。   In step S130, control unit 110 determines whether or not speed SPD is greater than a predetermined low speed threshold value SPD_low. When the speed SPD is equal to or lower than the low speed threshold SPD_low, the control unit 110 proceeds to step S210. In step S210, the control unit 110 controls the fuel cell 100 so that the power FCout to be output from the fuel cell 100 matches the required output Preq. In this case, the control unit 110 does not output power from the secondary battery 130 toward the wheel drive motor 150 and does not charge the secondary battery 130 with the power from the fuel cell 100.

ステップS130において、速度SPDが低速度閾値SPD_lowより大きな場合、制御部110は、ステップS140に移行する。ステップS140では、制御部110は、燃料電池100に出力させる目標出力Pfc_aimを速度SPDに応じて決定する。   In step S130, when the speed SPD is larger than the low speed threshold value SPD_low, the control unit 110 proceeds to step S140. In step S140, control unit 110 determines target output Pfc_aim to be output from fuel cell 100 according to speed SPD.

図3は、車両10の速度SPDと燃料電池100の目標出力Pfc_aimの関係を示すマップである。この例では、速度SPDが低速度閾値SPD_lowから高速度閾値SPD_hiに上がるに従って、目標出力Pfc_aimはPfc_alからPfc_ahに上昇する。速度SPDが高速度閾値SPD_hi以上の時、目標出力Pfc_aimはPfc_ahに維持される。車両10の速度SPDが、低速度閾値SPD_low以下の場合、ステップS210(図2)で説明したように、制御部110は、燃料電池100に発電させる電力FCoutを要求出力Preqと一致させるように、燃料電池100を制御する。そのため、図3に示すマップは用いられない。制御部110は、低速度閾値SPD_lowとして、例えば、50km/h以上100km/h以下の範囲で選ぶことができ、高速度閾値SPD_hiとして、100km/h以上150km/h以下の範囲(ただし、SPD_low<SPD_hi)で選ぶことが可能である。なお。速度SPDと目標出力Pfc_aimとの関係は、直線的なもので無くても良いが、通常は、速度SPDの増大に応じて目標出力Pfc_aimが単調増加する関係が設定される。   FIG. 3 is a map showing the relationship between the speed SPD of the vehicle 10 and the target output Pfc_aim of the fuel cell 100. In this example, the target output Pfc_aim increases from Pfc_al to Pfc_ah as the speed SPD increases from the low speed threshold SPD_low to the high speed threshold SPD_hi. When the speed SPD is equal to or higher than the high speed threshold value SPD_hi, the target output Pfc_aim is maintained at Pfc_ah. When the speed SPD of the vehicle 10 is equal to or lower than the low speed threshold value SPD_low, as described in step S210 (FIG. 2), the control unit 110 matches the power FCout to be generated by the fuel cell 100 with the required output Preq. The fuel cell 100 is controlled. Therefore, the map shown in FIG. 3 is not used. The control unit 110 can select, for example, a range of 50 km / h or more and 100 km / h or less as the low speed threshold SPD_low, and a range of 100 km / h or more and 150 km / h or less as the high speed threshold SPD_hi (however, SPD_low < SPD_hi) can be selected. Note that. The relationship between the speed SPD and the target output Pfc_aim may not be linear, but normally, a relationship is set in which the target output Pfc_aim monotonously increases as the speed SPD increases.

図4は、図3に示したマップの作成方法を示す説明図である。制御部110は、二次電池130を用いずに燃料電池100からの電力のみで、車両10を低速度閾値SPD_lowで走行させたときの燃料電池100の出力Pfcの頻度を取得する。同じ速度で車両10を走行させる場合であっても、例えば、道路勾配(上りか、下りか)や、風向き(追い風か、向かい風か)、エアコン等の補機の稼働状態により、燃料電池100の出力Pfcは、変わるからである。制御部110は、低速度閾値SPD_lowで走行させたときの燃料電池100の出力Pfcの平均値Pfc_alを算出する。制御部110は、同様に、二次電池130を用いずに燃料電池100からの電力のみで、車両10を高速度閾値SPD_hiで走行させたときの燃料電池100の出力Pfcの頻度を取得し、出力Pfcの平均値Pfc_ahを求める。制御部110は、低速度閾値SPD_lowと高速度閾値SPD_hiの間の速度における燃料電池100の平均出力については、補間する。なお、制御部110は、低速度閾値SPD_lowと高速度閾値SPD_hiの間のいくつかの速度についても、同様に、二次電池130を用いずに燃料電池100からの電力のみで走行させたときの燃料電池100の出力Pfcの頻度を取得して平均値を算出し、それら速度における目標出力Pfc_aimとしてもよい。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method of creating the map shown in FIG. The control unit 110 acquires the frequency of the output Pfc of the fuel cell 100 when the vehicle 10 is driven at the low speed threshold SPD_low using only the power from the fuel cell 100 without using the secondary battery 130. Even when the vehicle 10 is driven at the same speed, for example, the fuel cell 100 may be changed depending on the road gradient (up or down), the direction of wind (whether it is tailwind or headwind), and the operating state of auxiliary equipment such as an air conditioner. This is because the output Pfc changes. The control unit 110 calculates an average value Pfc_al of the output Pfc of the fuel cell 100 when running at the low speed threshold value SPD_low. Similarly, the control unit 110 acquires the frequency of the output Pfc of the fuel cell 100 when the vehicle 10 is driven at the high speed threshold SPD_hi using only the electric power from the fuel cell 100 without using the secondary battery 130, An average value Pfc_ah of the output Pfc is obtained. The controller 110 interpolates the average output of the fuel cell 100 at a speed between the low speed threshold value SPD_low and the high speed threshold value SPD_hi. In addition, the control unit 110 similarly uses several powers between the low speed threshold value SPD_low and the high speed threshold value SPD_hi when only the electric power from the fuel cell 100 is used without using the secondary battery 130. The frequency of the output Pfc of the fuel cell 100 may be acquired to calculate an average value, and the target output Pfc_aim at those speeds may be obtained.

上記実施形態では、制御部100は、二次電池130を用いずに燃料電池100からの電力のみで車両10を走行させたときの燃料電池100の出力Pfc毎の頻度を取得して平均値を算出して、目標出力Pfc_aimとしたが、出力Pfcのメジアン値や最頻値を目標出力Pfc_aimとしても良い。なお、図3のマップは、図2の処理の開始前に予め作成が完了していることが好ましい。   In the above embodiment, the control unit 100 acquires the frequency for each output Pfc of the fuel cell 100 when the vehicle 10 is driven only by the electric power from the fuel cell 100 without using the secondary battery 130 and obtains the average value. Although the target output Pfc_aim is calculated, the median value or mode value of the output Pfc may be used as the target output Pfc_aim. Note that the map of FIG. 3 is preferably created in advance before the start of the process of FIG.

図2のステップ150では、制御部110は、電源200への要求出力Preqが燃料電池100の目標出力Pfc_aimより大きいか否かを判断する。要求出力Preqが目標出力Pfc_aimより大きい場合には、制御部110は、ステップS160において、燃料電池100から目標出力Pfc_aimを出力させ、二次電池130から不足分(Preq−Pfc_aim)を出力(放電)させる。一方、要求出力Preqが目標出力Pfc_aimより小さい場合には、ステップS180において、燃料電池100から目標出力Pfc_aimを出力させ、そのうち超過分(Pfc_aim−Preq)を二次電池130に充電する。   In step 150 of FIG. 2, control unit 110 determines whether or not required output Preq to power supply 200 is greater than target output Pfc_aim of fuel cell 100. When the required output Preq is larger than the target output Pfc_aim, the control unit 110 outputs the target output Pfc_aim from the fuel cell 100 and outputs the shortage (Preq−Pfc_aim) from the secondary battery 130 (discharge) in step S160. Let On the other hand, if the required output Preq is smaller than the target output Pfc_aim, the target output Pfc_aim is output from the fuel cell 100 in step S180, and the secondary battery 130 is charged with the excess (Pfc_aim-Preq).

なお、上記フローチャートでは、二次電池130の充電量については説明していないが、二次電池130が十分に充電されていない場合には、二次電池130から放電できない。この場合、ステップS160では、制御部110は、燃料電池100から目標出力Pfc_aimを出力させるだけで、二次電池130から放電させなくても良い。また、二次電池130が満充電されている場合、これ以上充電できない。この場合、制御部110は、ステップS180において、目標出力Pfc_aimを要求出力Preqに下げても良い。   In addition, in the said flowchart, although the charge amount of the secondary battery 130 is not demonstrated, when the secondary battery 130 is not fully charged, it cannot discharge from the secondary battery 130. FIG. In this case, in step S <b> 160, the control unit 110 only outputs the target output Pfc_aim from the fuel cell 100 and does not have to discharge from the secondary battery 130. Further, when the secondary battery 130 is fully charged, it cannot be charged any more. In this case, the control unit 110 may lower the target output Pfc_aim to the required output Preq in step S180.

図5は、車両10と動力源の出力と冷却損失Qwの関係を示す説明図である。図5では、燃料電池100と、ガソリンエンジンとを比較している。燃料電池100の冷却損失Qwとは、燃焼エンタルピーΔHのうち、燃料電池100の電気エネルギーとして用いることができないエネルギーの割合である。電気エネルギーとして用いることができないエネルギーは車両10を駆動するために用いることが出来ない損失であり、熱として発生し、冷却系により冷却されるので、冷却損失と呼ぶ。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the output of the vehicle 10, the power source, and the cooling loss Qw. In FIG. 5, the fuel cell 100 and the gasoline engine are compared. The cooling loss Qw of the fuel cell 100 is a ratio of energy that cannot be used as electric energy of the fuel cell 100 in the combustion enthalpy ΔH. The energy that cannot be used as electric energy is a loss that cannot be used to drive the vehicle 10, and is generated as heat and is cooled by the cooling system, so it is called a cooling loss.

燃料電池100の冷却損失は、以下の式(1)で表すことが出来る。
Qw=a×P+b (1)
式(1)において、Pは出力、aとbは係数である。式(1)からわかるように、冷却損失Qwは、出力Pのべき乗となり、出力Pの大きな高負荷領域で冷却損失Qwが増大すると予想される。燃料電池100では、この熱(冷却損失Qw)は、冷却水に集中して排出される。
The cooling loss of the fuel cell 100 can be expressed by the following formula (1).
Qw = a × P 2 + b (1)
In Expression (1), P is an output, and a and b are coefficients. As can be seen from Equation (1), the cooling loss Qw is a power of the output P, and the cooling loss Qw is expected to increase in a high load region where the output P is large. In the fuel cell 100, this heat (cooling loss Qw) is exhausted in a concentrated manner in the cooling water.

一方、ガソリンエンジンでは、冷却損失Qwは、以下の式(2)で表される。
Qw=P×(1/r(κ―1)) (2)
となる。式(2)において、rは圧縮比であり、κは[定圧モル比熱(「定圧比熱」とも呼ぶ。)]/[定積モル比熱(「定積比熱」とも呼ぶ。)]である。ガソリンエンジンの冷却損失Qwは、出力Pに対して線形である。また、ガソリンエンジンの熱は、高温の排気ガスとしても系外に排出できるので、高温の排気ガスとして系外に排出される熱については、冷却水で冷却しなくても良い。
On the other hand, in the gasoline engine, the cooling loss Qw is expressed by the following equation (2).
Qw = P × (1 / r (κ−1) ) (2)
It becomes. In the formula (2), r is a compression ratio, and κ is [constant molar specific heat (also referred to as “constant specific heat”)] / [constant molar specific heat (also referred to as “constant specific heat”)]. The cooling loss Qw of the gasoline engine is linear with respect to the output P. Further, since the heat of the gasoline engine can be discharged out of the system as high-temperature exhaust gas, the heat discharged out of the system as high-temperature exhaust gas does not have to be cooled with cooling water.

以上のように、燃料電池100では、ガソリンエンジンに比べて、高負荷領域において、冷却損失Qwが急増する。そして、冷却損失Qwにより生じる熱は、冷却水によって冷却される。したがって、高負荷領域では、負荷にあわせて燃料電池100の出力を上下させるよりも、燃料電池100の出力の上下を抑制する運転、例えば、車両10の速度SPDから得られる目標出力Pfc_aimとし、燃料電池100の出力で足りない分を二次電池130から出力させる運転の方が、全体として、燃料電池100の冷却損失Qwを低減できる。   As described above, in the fuel cell 100, the cooling loss Qw rapidly increases in the high load region as compared with the gasoline engine. The heat generated by the cooling loss Qw is cooled by the cooling water. Therefore, in the high load region, the target output Pfc_aim obtained from the speed SPD of the vehicle 10 is set to an operation that suppresses the output of the fuel cell 100 from being increased or decreased rather than the output of the fuel cell 100 being increased or decreased according to the load. The operation in which the output of the battery 100 is insufficient from the secondary battery 130 can reduce the cooling loss Qw of the fuel cell 100 as a whole.

以上、本実施形態によれば、車両10の速度SPDが予め定められた値(低速度閾値SPD_low)以下の場合、すなわち空気抵抗が小さく負荷が小さい場合には、要求出力Preqに応じた電力を燃料電池100に出力させ、速度SPDが予め定められた値(低速度閾値SPD_low)より大きな場合、すなわち空気抵抗が大きい場合には、燃料電池100に速度SPDに基づいて予め定められた電力を出力させる。このとき、速度SPDに基づいて予め定められた出力Pfc_aimが要求出力Preqより大きな場合には、要求出力Precを超えた電力を二次電池130に充電し、一方、要求出力Preq未満の場合には、要求出力Preqに足りない電力を二次電池130から出力させる。従って、二次電池130への充電回数を少なくして二次電池130の負荷を低減できる。   As described above, according to the present embodiment, when the speed SPD of the vehicle 10 is equal to or lower than a predetermined value (low speed threshold value SPD_low), that is, when the air resistance is small and the load is small, the power corresponding to the required output Preq is obtained. When the speed SPD is larger than a predetermined value (low speed threshold SPD_low), that is, when the air resistance is large, the fuel cell 100 outputs a predetermined power based on the speed SPD. Let At this time, when the predetermined output Pfc_aim based on the speed SPD is larger than the required output Preq, the power exceeding the required output Prec is charged to the secondary battery 130, whereas when it is less than the required output Preq Then, the electric power that is insufficient for the required output Preq is output from the secondary battery 130. Therefore, the load of the secondary battery 130 can be reduced by reducing the number of times the secondary battery 130 is charged.

また、車両10の速度SPDが低速度閾値SPD_lowより大きく、高速度閾値SPD_hi以下の場合、燃料電池100に対する目標出力Pfc_aimは、二次電池130を使用せずに車両10の速度SPDを出すために必要な平均出力に設定される。そのため、車両10の速度SPDが低速度閾値SPD_lowより大きな場合であっても、運転手が車両10を加速させたりせず、道路が登坂路でないならば、平均出力で車両10を走行可能なため、二次電池130の充放電回数を少なくして二次電池130の負荷を低減できる。   Further, when the speed SPD of the vehicle 10 is larger than the low speed threshold value SPD_low and equal to or less than the high speed threshold value SPD_hi, the target output Pfc_aim for the fuel cell 100 is used to output the speed SPD of the vehicle 10 without using the secondary battery 130. It is set to the required average output. Therefore, even if the speed SPD of the vehicle 10 is larger than the low speed threshold value SPD_low, if the driver does not accelerate the vehicle 10 and the road is not an uphill road, the vehicle 10 can travel with an average output. The load on the secondary battery 130 can be reduced by reducing the number of times the secondary battery 130 is charged and discharged.

第2の実施形態:
図6は、第2の実施形態における燃料電池システムの制御フローチャートである。図2に示すフローチャートとの違いは、ステップS160aとS180aの動作である。第2の実施形態では、ステップS160a、S180aにおいて、二次電池130のSOCと放電電力Woと充電電力Winを考慮している点が、第1の実施形態と異なる。
Second embodiment:
FIG. 6 is a control flowchart of the fuel cell system according to the second embodiment. The difference from the flowchart shown in FIG. 2 is the operation of steps S160a and S180a. The second embodiment is different from the first embodiment in that the SOC, discharge power Wo, and charge power Win of the secondary battery 130 are taken into consideration in steps S160a and S180a.

SOCは、満充電状態を100%、完全放電した状態を0%として、二次電池130にどれくらいの電力が充電されているかを示す指標である。SOCは、高すぎると二次電池130の劣化を早めるおそれがあり、また、回生時に回生電力を充電できない場合がある。一方、SOCが低すぎると二次電池130の電力を使用したいときに使用できない場合がある。そのため、SOCは、所定の許容範囲、下限値SOC_lから上限値SOC_hの範囲、例えば30%〜70%の範囲内に収まるように制御される。放電電力Woや充電電力Winにも制限がある。これらの値が大きいと、二次電池130が大きく発熱し、二次電池130を劣化させる恐れがある。   The SOC is an index indicating how much power is charged in the secondary battery 130 with the fully charged state being 100% and the fully discharged state being 0%. If the SOC is too high, there is a possibility that the secondary battery 130 may be deteriorated quickly, and regenerative power may not be charged during regeneration. On the other hand, if the SOC is too low, it may not be used when it is desired to use the power of the secondary battery 130. Therefore, the SOC is controlled to be within a predetermined allowable range, the lower limit value SOC_l to the upper limit value SOC_h, for example, a range of 30% to 70%. There are also restrictions on the discharge power Wo and the charge power Win. If these values are large, the secondary battery 130 generates a large amount of heat, which may cause the secondary battery 130 to deteriorate.

以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。ステップS165では、二次電池130のSOCが下限値SOC_lより大きいか否かを判断する。二次電池130のSOCが下限値SOC_l以下の場合には、二次電池130からこれ以上放電させることは好ましくない。そのため、制御部110は、燃料電池100への要求出力Pfcが、燃料電池100の目標出力Pfc_aimよりも大きい場合であっても、二次電池130から出力させてその差を補うような制御を行わない。この場合に、制御部110は、ステップS200に移行して、燃料電池100の出力FCoutを目標出力Pfc_aimとする。この場合、燃料電池100の出力FCoutは、要求出力Preqより小さい。ただし、制御部110は、冷却損失の点からは不利であるが、燃料電池100の出力FCoutを目標出力Pfc_aimより大きいが要求出力Preq以下としてもよい。   Hereinafter, differences from the first embodiment will be described. In step S165, it is determined whether or not the SOC of secondary battery 130 is greater than lower limit SOC_l. When the SOC of the secondary battery 130 is equal to or lower than the lower limit SOC_l, it is not preferable to discharge the secondary battery 130 any more. Therefore, even when the required output Pfc to the fuel cell 100 is larger than the target output Pfc_aim of the fuel cell 100, the control unit 110 performs control to compensate the difference by outputting from the secondary battery 130. Absent. In this case, the control unit 110 proceeds to step S200 and sets the output FCout of the fuel cell 100 as the target output Pfc_aim. In this case, the output FCout of the fuel cell 100 is smaller than the required output Preq. However, the control unit 110 is disadvantageous in terms of cooling loss, but the output FCout of the fuel cell 100 may be set to be equal to or less than the required output Preq although it is larger than the target output Pfc_aim.

SOCが下限値SOC_lよりも大きな場合には、ステップS170において、制御部110は、二次電池130の放電電力Woを算出し、燃料電池100から目標出力Pfc_aimを出力させ、二次電池130から放電電力Woを出力させる。放電電力Woは、出力の不足分(Preq−Pfc_aim)と、放電電力の許容最大値Wo_maxと、のうちの小さい方の値である。不足分(Preq−Pfc_aim)が許容最大値Wo_max以下の場合、制御部110は、二次電池130から不足分(Preq−Pfc_aim)を出力させる。燃料電池100からの出力Pfc_aimと、二次電池130からの出力(Preq−Pfc_aim)との和は、要求出力Preqと等しい。一方、放電電力の許容最大値Wo_maxの方が小さい場合、制御部110は、燃料電池100から目標出力Pfc_aimを出力させ、二次電池130から許容最大値Wo_maxの電力を出力させる。この場合、燃料電池100からの出力Pfc_aimと二次電池130からの出力Wo_maxとの和は、要求出力Preqよりも小さい。なお、制御部110は、冷却損失の点からは不利であるが、二次電池130から許容最大値Wo_maxの電力を出力させ、燃料電池100から不足分(Preq−Wo_max)を出力させてもよい。   When the SOC is larger than the lower limit SOC_l, in step S170, the control unit 110 calculates the discharge power Wo of the secondary battery 130, outputs the target output Pfc_aim from the fuel cell 100, and discharges from the secondary battery 130. Electric power Wo is output. The discharge power Wo is a smaller value of the shortage of output (Preq−Pfc_aim) and the allowable maximum value Wo_max of the discharge power. When the shortage (Preq−Pfc_aim) is equal to or smaller than the allowable maximum value Wo_max, the control unit 110 causes the secondary battery 130 to output the shortage (Preq−Pfc_aim). The sum of the output Pfc_aim from the fuel cell 100 and the output (Preq−Pfc_aim) from the secondary battery 130 is equal to the required output Preq. On the other hand, when allowable discharge power maximum value Wo_max is smaller, control unit 110 causes target output Pfc_aim to be output from fuel cell 100, and allows secondary battery 130 to output power of allowable maximum value Wo_max. In this case, the sum of the output Pfc_aim from the fuel cell 100 and the output Wo_max from the secondary battery 130 is smaller than the required output Preq. The control unit 110 may be disadvantageous in terms of cooling loss, but may cause the secondary battery 130 to output the power of the allowable maximum value Wo_max and the fuel cell 100 to output the shortage (Preq−Wo_max). .

ステップS185では、二次電池130のSOCが上限値SOC_h未満か否かを判断する。二次電池130のSOCが上限値SOC_h以上の場合には、二次電池130に、これ以上充電することは好ましくない。そこで、燃料電池100への要求出力Preqが、燃料電池100の目標出力Pfc_aimよりも小さい場合であっても、制御部110は二次電池130に充電を行わない。この場合、制御部110は、ステップS205に移行して、燃料電池100を目標出力Preqで運転させる。   In step S185, it is determined whether or not the SOC of secondary battery 130 is less than upper limit value SOC_h. When the SOC of the secondary battery 130 is not less than the upper limit SOC_h, it is not preferable to charge the secondary battery 130 any more. Therefore, even when the required output Preq to the fuel cell 100 is smaller than the target output Pfc_aim of the fuel cell 100, the control unit 110 does not charge the secondary battery 130. In this case, the control unit 110 proceeds to step S205 and causes the fuel cell 100 to operate at the target output Preq.

ステップS190では、制御部110は、二次電池130への充電電力Winを算出し、燃料電池100から目標出力Pfc_aimを出力させ、二次電池130に充電電力Winで充電させる。充電電力Winは、出力の超過分に相当する充電電力(Preq−Pfc_aim)と、充電電力の許容最大値Win_maxと、のうちの大きな方の値である。なお、ここでは、二次電池130からの放電電力をプラス、二次電池130への充電電力をマイナスとしており、ステップS190における出力の超過分に相当する充電電力(Preq−Pfc_aim)と充電電力の許容最大値Win_maxはいずれもマイナスの値である。換言すれば、ステップS190では、出力の超過分に相当する充電電力の絶対値|Preq−Pfc_aim|と充電電力の許容最大値の絶対値|Win_max|のうちの小さな方を二次電池130の充電電力Winとして採用する。   In step S190, control unit 110 calculates charging power Win for secondary battery 130, causes target output Pfc_aim to be output from fuel cell 100, and causes secondary battery 130 to be charged with charging power Win. The charging power Win is a larger one of the charging power (Preq−Pfc_aim) corresponding to the excess of the output and the allowable maximum value Win_max of the charging power. Here, the discharge power from the secondary battery 130 is positive, the charge power to the secondary battery 130 is negative, and the charge power (Preq-Pfc_aim) and the charge power corresponding to the excess output in step S190 The allowable maximum value Win_max is a negative value. In other words, in step S190, the smaller one of the absolute value | Preq-Pfc_aim | of the charging power corresponding to the excess of the output and the absolute value | Win_max | Adopted as power Win.

出力の超過分(Preq−Pfc_aim)≧許容最大値(Win_max)の場合、燃料電池100の出力Pfc_aimから、二次電池130への充電電力[−(Preq−Pfc_aim)]を引いた値は、要求出力Preqと等しい。一方、許容最大値(Win_max)>出力の超過分(Preq−Pfc_aim)の場合、燃料電池100の出力Pfc_aimから要求出力Preqを引いた電力の全てを二次電池130に充電できないので、制御部110は、燃料電池100に対し、要求出力Preq以上、要求出力Preq+許容最大値(Win_max)以下の出力で運転させても良い。   When the output excess (Preq−Pfc_aim) ≧ allowable maximum value (Win_max), the value obtained by subtracting the charging power [− (Preq−Pfc_aim)] to the secondary battery 130 from the output Pfc_aim of the fuel cell 100 is the required value. Equal to output Preq. On the other hand, when the allowable maximum value (Win_max)> the excess of output (Preq−Pfc_aim), the control unit 110 cannot charge all the power obtained by subtracting the required output Preq from the output Pfc_aim of the fuel cell 100. The fuel cell 100 may be operated at an output not less than the required output Preq and not more than the required output Preq + allowable maximum value (Win_max).

以上、二次電池130のSOCや、二次電池130への充電速度Win、放電速度Woを考慮する第2の実施形態によっても、二次電池130の充放電回数を少なくして二次電池130の負荷を低減できる。   As described above, also in the second embodiment in which the SOC of the secondary battery 130, the charging speed Win to the secondary battery 130, and the discharging speed Wo are taken into account, the secondary battery 130 is reduced in the number of times of charging and discharging. Can be reduced.

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。   The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

10…燃料電池搭載車両
100…燃料電池
110…制御部
120…アクセルペダル
125…アクセルペダルセンサ
130…二次電池
140…電力分配器
150…車輪駆動モータ
160…ドライブシャフト
170…動力分配ギア
180…車輪
190…速度計
200…電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vehicle with fuel cell 100 ... Fuel cell 110 ... Control part 120 ... Accelerator pedal 125 ... Accelerator pedal sensor 130 ... Secondary battery 140 ... Electric power distributor 150 ... Wheel drive motor 160 ... Drive shaft 170 ... Power distribution gear 180 ... Wheel 190 ... Speedometer 200 ... Power supply

Claims (1)

車両に搭載された燃料電池システムであって
燃料電池と、二次電池と、を有する電源と、
前記車両のアクセルペダルの踏み込み量を用いて前記電源に要求される要求出力を取得するとともに、前記要求出力と前記車両の速度とを用いて、前記燃料電池と前記二次電池からそれぞれ出力させる電力を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
(i)前記速度が予め定められた値以下の場合には、前記要求出力に応じた電力を前記燃料電池から出力させ、
(ii)前記速度が予め定められた値より大きい場合には、前記燃料電池に前記速度に応じて定められる電力を出力させ、
(iia)前記速度に応じて定められる電力が前記要求出力より大きい場合には、前記要求出力を超えた電力を前記二次電池に充電し、
(iib)前記速度に応じて定められる電力が前記要求出力以下の場合には、前記要求出力に足りない電力を前記二次電池から出力させる、
燃料電池システム。
A fuel cell system mounted on a vehicle, wherein the power source includes a fuel cell and a secondary battery;
Electric power to be output from the fuel cell and the secondary battery using the required output and the speed of the vehicle, respectively, while obtaining the required output required for the power source using the depression amount of the accelerator pedal of the vehicle A control unit for controlling
With
The controller is
(I) When the speed is equal to or lower than a predetermined value, power corresponding to the required output is output from the fuel cell;
(Ii) When the speed is greater than a predetermined value, the fuel cell is caused to output electric power determined according to the speed,
(Iii) If the power determined according to the speed is larger than the required output, the secondary battery is charged with power exceeding the required output,
(Iib) When the power determined according to the speed is equal to or lower than the required output, the power required for the required output is output from the secondary battery.
Fuel cell system.
JP2015141789A 2015-07-16 2015-07-16 On-board fuel cell system Pending JP2017027669A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015141789A JP2017027669A (en) 2015-07-16 2015-07-16 On-board fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015141789A JP2017027669A (en) 2015-07-16 2015-07-16 On-board fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017027669A true JP2017027669A (en) 2017-02-02

Family

ID=57949840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015141789A Pending JP2017027669A (en) 2015-07-16 2015-07-16 On-board fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017027669A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114572062A (en) * 2020-12-01 2022-06-03 长城汽车股份有限公司 Control method and system for fuel cell power climbing and vehicle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114572062A (en) * 2020-12-01 2022-06-03 长城汽车股份有限公司 Control method and system for fuel cell power climbing and vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6891279B2 (en) Vehicle control system and control method
JP4453746B2 (en) POWER OUTPUT DEVICE, ITS CONTROL METHOD, AND VEHICLE
US6580977B2 (en) High efficiency fuel cell and battery for a hybrid powertrain
JP6335852B2 (en) Control device for hybrid vehicle
KR101862445B1 (en) Vehicle
JP5958868B2 (en) Power generation control device
JP6620134B2 (en) Hybrid vehicle
US20180362015A1 (en) Hybrid vehicle
JP5569211B2 (en) Vehicle regenerative power generation control system
JP6146396B2 (en) Vehicle driven by electric motor and method for controlling the vehicle
JP4595829B2 (en) Secondary battery control device and control method
US11142202B2 (en) Control system for hybrid vehicle
JPWO2007141984A1 (en) Hybrid vehicle control device and hybrid vehicle
JP2002218606A (en) Electric power control device for moving body
CN111055691B (en) Vehicle brake control device
JP2012025220A (en) Control device for hybrid vehicle, and hybrid vehicle equipped with the same
CN104220316A (en) Electric power generation control system for hybrid automobile
JP4026013B2 (en) Torque control device
JP2014519432A (en) Internal combustion engine control device and internal combustion engine control method
WO2010058688A1 (en) Capacitor cooling device
JP2007022118A (en) Control unit of hybrid vehicle
JP2012125027A (en) Charge control device for secondary cell
JP2017027669A (en) On-board fuel cell system
JP4706493B2 (en) Control device for secondary battery mounted on vehicle
JP2006136131A (en) Controller for vehicle