JP2017103003A - Fuel battery system - Google Patents

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義明 鶴田
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Abstract

【課題】回生初期の電力損失を小さくする。【解決手段】燃料電池システムは、高電圧配線と、前記高電圧配線に接続される燃料電池と、前記高電圧配線に接続され、回生動作が可能な駆動モータと、前記高電圧配線及び低電圧配線に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、前記低電圧配線に接続される二次電池と、前記二次電池の電圧を検知するバッテリセンサと、制御部と、を備え、前記制御部は、前記駆動モータの回生動作をする場合に、前記燃料電池から前記高電圧配線への給電を開始して、前記駆動モータからの回生電力及び前記燃料電池からの電力を前記二次電池に充電させ、その後、前記駆動モータの回生動作中に前記二次電池の電圧が予め定められた閾値以上となった場合に、前記燃料電池から前記高電圧配線への給電を停止させて前記回生電力のみを二次電池に充電させる。【選択図】図２The power loss at the initial stage of regeneration is reduced. A fuel cell system includes a high voltage wiring, a fuel cell connected to the high voltage wiring, a drive motor connected to the high voltage wiring and capable of a regenerative operation, the high voltage wiring, and a low voltage. A DC-DC converter connected to the wiring, a secondary battery connected to the low-voltage wiring, a battery sensor that detects the voltage of the secondary battery, and a control unit, the control unit, When performing regenerative operation of the drive motor, the power supply from the fuel cell to the high voltage wiring is started, and the regenerative power from the drive motor and the power from the fuel cell are charged to the secondary battery, and then When the voltage of the secondary battery becomes equal to or higher than a predetermined threshold during the regenerative operation of the drive motor, power supply from the fuel cell to the high-voltage wiring is stopped to regenerate only the regenerative power. Charged to battery That. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

特許文献１には、燃料電池と、二次電池と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（バッテリ昇圧コンバータ）を備える燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムでは、ＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧側に燃料電池と負荷が接続され、低電圧側に二次電池が接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータは双方向に電圧を変換可能である。エネルギーを回生する場合、負荷により生じた回生電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータにより降圧され、二次電池に充電される。なお、回生時には、燃費向上のため、燃料電池の発電を止めることが一般的である。   Patent Document 1 describes a fuel cell system including a fuel cell, a secondary battery, and a DC-DC converter (battery boost converter). In this fuel cell system, a fuel cell and a load are connected to the high voltage side of the DC-DC converter, and a secondary battery is connected to the low voltage side. The DC-DC converter can convert voltage bidirectionally. When regenerating energy, the regenerative power generated by the load is stepped down by the DC-DC converter and charged to the secondary battery. During regeneration, it is common to stop the power generation of the fuel cell in order to improve fuel consumption.

特開２０１３−０９９０２５号公報JP 2013-099025 A

一般に、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力損失は、降圧させる電位差が大きいほど大きい。従来は、二次電池への電流が小さく二次電池の電圧が徐々にしか上昇しないと、降圧時の電位差が徐々にしか小さくならず、回生初期のＤＣ−ＤＣコンバータの電力損失が大きいという課題があった。   In general, the power loss of a DC-DC converter increases as the potential difference to be stepped down increases. Conventionally, if the current to the secondary battery is small and the voltage of the secondary battery only increases gradually, the potential difference at the time of step-down becomes only small gradually and the power loss of the DC-DC converter at the initial stage of regeneration is large. was there.

本発明は、上述の課題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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms.

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、高電圧配線と、前記高電圧配線に接続される燃料電池と、前記高電圧配線に接続され、回生動作が可能な駆動モータと、前記高電圧配線及び低電圧配線に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、前記低電圧配線に接続される二次電池と、前記二次電池の電圧を検知するバッテリセンサと、制御部と、を備え、前記制御部は、前記駆動モータの回生動作をする場合に、前記燃料電池から前記高電圧配線への給電を開始して、前記駆動モータからの回生電力及び前記燃料電池からの電力を前記二次電池に充電させ、その後、前記駆動モータの回生動作中に前記二次電池の電圧が予め定められた閾値以上となった場合に、前記燃料電池から前記高電圧配線への給電を停止させて前記回生電力のみを二次電池に充電させる。
この形態によれば、回生初期には、回生電力と共に燃料電池の電力を二次電池に充電させるため、回生電力のみを充電する場合に比べて、ＤＣ−ＤＣコンバータの降圧後の電圧を上昇させることができる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力損失を小さくできる。 (1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell system is provided. The fuel cell system includes a high voltage wiring, a fuel cell connected to the high voltage wiring, a drive motor connected to the high voltage wiring and capable of regenerative operation, and connected to the high voltage wiring and the low voltage wiring. A DC-DC converter, a secondary battery connected to the low voltage wiring, a battery sensor for detecting a voltage of the secondary battery, and a control unit, the control unit comprising: When performing a regenerative operation, the power supply from the fuel cell to the high-voltage wiring is started, and the regenerative power from the drive motor and the power from the fuel cell are charged to the secondary battery, and then the drive When the voltage of the secondary battery becomes equal to or higher than a predetermined threshold during the regenerative operation of the motor, the power supply from the fuel cell to the high voltage wiring is stopped to charge only the regenerative power to the secondary battery. Let
According to this aspect, since the secondary battery is charged with the power of the fuel cell together with the regenerative power at the initial stage of regeneration, the voltage after the step-down of the DC-DC converter is increased compared with the case where only the regenerative power is charged. be able to. As a result, the power loss of the DC-DC converter can be reduced.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システム他、燃料電池システムを備えた車両、移動体や、二次電池の充電方法等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms. For example, the present invention can be realized in the form of a fuel cell system, a vehicle including a fuel cell system, a moving body, a charging method of a secondary battery, and the like. Can do.

燃料電池システムの概略構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows schematic structure of a fuel cell system. 燃料電池システムの制御フローチャート。The control flowchart of a fuel cell system. 回生動作における電圧、電流、損失を示すグラフ。The graph which shows the voltage, electric current, and loss in regenerative operation. 回生開始時の二次電池のＳＯＣと、燃料電池の発電電力と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between SOC of a secondary battery at the time of a regeneration start, and the electric power generated of a fuel cell.

図１は、燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム１０は、車両等の移動体に搭載される。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、高電圧配線１１０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０と、モータ用インバータ１３０と、駆動モータ１４０と、モータセンサ１５０と、二次電池２００と、低電圧配線２１０と、補機用インバータ２３０と、補機２４０と、バッテリセンサ２５０と、制御部３００と、アクセルペダルセンサ３１０と、アクセルペダル３１５と、ブレーキペダルセンサ３２０と、ブレーキペダル３２５と、車速センサ３３０と、を備える。燃料電池１００と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０と、モータ用インバータ１３０と、モータセンサ１５０は、高電圧配線１１０に接続されている。モータセンサ１５０は、駆動モータ１４０の電圧と電流を検知する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０と、二次電池２００と、補機用インバータ２３０と、バッテリセンサ２５０とは、低電圧配線２１０に接続されている。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 10. The fuel cell system 10 is mounted on a moving body such as a vehicle. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100, a high voltage wiring 110, a DC-DC converter 120, a motor inverter 130, a drive motor 140, a motor sensor 150, a secondary battery 200, and a low voltage wiring 210. An auxiliary inverter 230, an auxiliary device 240, a battery sensor 250, a control unit 300, an accelerator pedal sensor 310, an accelerator pedal 315, a brake pedal sensor 320, a brake pedal 325, and a vehicle speed sensor 330. . The fuel cell 100, the DC-DC converter 120, the motor inverter 130, and the motor sensor 150 are connected to the high voltage wiring 110. The motor sensor 150 detects the voltage and current of the drive motor 140. The DC-DC converter 120, the secondary battery 200, the auxiliary inverter 230, and the battery sensor 250 are connected to the low voltage wiring 210.

燃料電池１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて直流の電力を発生させる発電装置である。燃料電池１００が発生させた電力は、高電圧配線１１０を介してモータ用インバータ１３０に供給される。モータ用インバータ１３０は、燃料電池１００から供給された直流の電力を、例えば３相交流に変換し、駆動モータ１４０に供給する。駆動モータ１４０は、移動体の車輪を駆動するモータである。   The fuel cell 100 is a power generation device that generates direct-current power by reacting a fuel gas and an oxidant gas. The electric power generated by the fuel cell 100 is supplied to the motor inverter 130 via the high voltage wiring 110. The motor inverter 130 converts the DC power supplied from the fuel cell 100 into, for example, a three-phase AC and supplies it to the drive motor 140. The drive motor 140 is a motor that drives the wheels of the moving body.

二次電池２００は、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などで構成されている。二次電池２００の電力は、補機用インバータ２３０を介して補機２４０に供給される。補機２４０は、例えば、燃料電池１００に燃料ガスを供給するためのポンプ，燃料電池１００に酸化剤ガスを供給するためのポンプ，燃料電池１００に冷却液を供給するためのポンプ，車両の空調装置等を含む。なお、補機２４０の一部は、補機用インバータ２３０を介さずに、低電圧配線２１０に直接接続されていてもよい。バッテリセンサ２５０は、二次電池２００の電圧と、電流を検知する。二次電池２００には、図示しない充放電制御回路が設けられている。   The secondary battery 200 is composed of, for example, a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery. The electric power of the secondary battery 200 is supplied to the auxiliary machine 240 via the auxiliary machine inverter 230. The auxiliary machine 240 includes, for example, a pump for supplying fuel gas to the fuel cell 100, a pump for supplying oxidant gas to the fuel cell 100, a pump for supplying coolant to the fuel cell 100, and air conditioning of the vehicle. Including devices. A part of the auxiliary machine 240 may be directly connected to the low voltage wiring 210 without passing through the auxiliary machine inverter 230. The battery sensor 250 detects the voltage and current of the secondary battery 200. The secondary battery 200 is provided with a charge / discharge control circuit (not shown).

ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０は、上述したように、高電圧配線１１０と、低電圧配線２１０とに接続されており、双方向の電圧変換を行う。したがって、本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料電池１００の電力をモータ用インバータ１３０に供給して、駆動モータ１４０を駆動することに加え、二次電池２００から供給された電力の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１２０を用いて昇圧し、モータ用インバータ１３０に供給して、駆動モータ１４０を駆動することも可能である。また、燃料電池１００の電力の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１２０を用いて降圧して二次電池２００に充電することや、駆動モータ１４０の回生電力の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１２０を用いて降圧して二次電池２００に充電することが可能である。   As described above, the DC-DC converter 120 is connected to the high voltage wiring 110 and the low voltage wiring 210 and performs bidirectional voltage conversion. Therefore, in the fuel cell system 10 of the present embodiment, the power of the fuel cell 100 is supplied to the motor inverter 130 to drive the drive motor 140, and the voltage of the power supplied from the secondary battery 200 is changed to DC. It is also possible to boost the voltage using the DC converter 120 and supply it to the motor inverter 130 to drive the drive motor 140. In addition, the power voltage of the fuel cell 100 is stepped down using the DC-DC converter 120 to charge the secondary battery 200, or the voltage of the regenerative power of the drive motor 140 is stepped down using the DC-DC converter 120. Thus, the secondary battery 200 can be charged.

アクセルペダルセンサ３１０は、車両のアクセルペダル３１５の踏み込み量を検知する。アクセルペダル３１５が踏み込まれると、制御部３００は、アクセルペダル３１５の踏み込み量に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０と、モータ用インバータ１３０と、補機用インバータ２３０を制御して、車両を加速させる。ブレーキペダルセンサ３２０は、車両のブレーキペダル３２５の踏み込み量を検知する。ブレーキペダル３２５が踏み込まれると、制御部３００は、ブレーキペダル３２５の踏み込み量に応じて、車両を減速または停止させる。車速センサ３３０は、燃料電池システム１０が搭載されている車両の速度を取得する。   The accelerator pedal sensor 310 detects the amount of depression of the accelerator pedal 315 of the vehicle. When the accelerator pedal 315 is depressed, the control unit 300 controls the DC-DC converter 120, the motor inverter 130, and the auxiliary inverter 230 according to the depression amount of the accelerator pedal 315 to accelerate the vehicle. . The brake pedal sensor 320 detects the amount of depression of the brake pedal 325 of the vehicle. When the brake pedal 325 is depressed, the control unit 300 decelerates or stops the vehicle according to the depression amount of the brake pedal 325. The vehicle speed sensor 330 acquires the speed of the vehicle on which the fuel cell system 10 is mounted.

一般に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の降圧動作では、降圧後の電圧が低いほど（降圧時の電圧差が大きいほど）、損失が大きい。この特性は、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータで顕著であり、チョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータで特に顕著である。したがって、二次電池２００の充電時には、低電圧配線２１０の電圧（二次電池２００の充電電圧）を高くする方が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０における損失を少なくできる。   Generally, in the step-down operation of the DC-DC converter 120, the lower the voltage after step-down (the larger the voltage difference during step-down), the greater the loss. This characteristic is remarkable in the non-insulated DC-DC converter, and is particularly remarkable in the chopper type DC-DC converter. Therefore, when the secondary battery 200 is charged, the loss in the DC-DC converter 120 can be reduced by increasing the voltage of the low voltage wiring 210 (charge voltage of the secondary battery 200).

図２は、燃料電池システム１０の制御フローチャートである。ステップＳ１００では、車両が通常走行しており、回生動作が行われていない状態である。このステップでは、制御部３００は、アクセルペダル３１５の踏み込み量に基づいて、燃料電池１００と二次電池２００の少なくとも一方の電力を用いて、駆動モータ１４０を駆動させる。   FIG. 2 is a control flowchart of the fuel cell system 10. In step S100, the vehicle is traveling normally and the regenerative operation is not performed. In this step, the control unit 300 drives the drive motor 140 using the electric power of at least one of the fuel cell 100 and the secondary battery 200 based on the depression amount of the accelerator pedal 315.

ステップＳ１１０では、回生による二次電池２００の充電を開始するか否かを判断する。この判断は、車速センサ３３０で検知される車速と、アクセルペダル３１５の踏み込み量の減少量と、ブレーキペダル３２５の踏み込みの有無と、二次電池２００のＳＯＣに基づいて行われる。ここで、アクセルペダル３１５の踏み込み量が減少される動作を「アクセルオフ」と呼ぶ。特に、アクセルペダル３１５の踏み込み量がゼロまで減少される動作を「アクセル全オフ」と呼ぶ。また、ブレーキペダル３２５が踏み込まれることを「ブレーキオン」と呼ぶ。アクセルオフされると、制御部３００は、アクセルペダル３１５の踏み込み量の減少量に応じて、駆動モータ１４０への電力供給を減少させ、または、ゼロとする。一般に、アクセルペダル３１５とブレーキペダル３２５は、右足で踏まれ、同時には踏まれないため、ブレーキが踏まれると、アクセル全オフされ、上述したように、駆動モータ１４０への電力供給は、減少され、または、ゼロとされる。また、車両がある程度の走行速度以上で通常走行している状態でアクセルオフまたはブレーキオンされると、制御部３００は、回生による二次電池２００の充電を開始する。但し、二次電池２００のＳＯＣが、予め定められた閾値よりも多い場合には、制御部３００は、回生による充電を実行せずに通常走行を継続する。このとき、ブレーキオンされている場合には、機械的ブレーキを用いた減速を実行する。   In step S110, it is determined whether or not charging of secondary battery 200 by regeneration is started. This determination is made based on the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 330, the amount by which the accelerator pedal 315 is depressed, whether or not the brake pedal 325 is depressed, and the SOC of the secondary battery 200. Here, the operation in which the depression amount of the accelerator pedal 315 is reduced is referred to as “accelerator off”. In particular, an operation in which the depression amount of the accelerator pedal 315 is reduced to zero is referred to as “accelerator fully off”. The depression of the brake pedal 325 is referred to as “brake on”. When the accelerator is turned off, the control unit 300 reduces the power supply to the drive motor 140 according to the amount by which the accelerator pedal 315 is depressed, or makes it zero. In general, the accelerator pedal 315 and the brake pedal 325 are stepped on with the right foot and not stepped at the same time. Therefore, when the brake is stepped on, the accelerator is fully turned off, and as described above, the power supply to the drive motor 140 is reduced. Or zero. In addition, when the accelerator is turned off or the brake is turned on while the vehicle is normally traveling at a certain traveling speed or higher, the control unit 300 starts charging the secondary battery 200 by regeneration. However, when the SOC of the secondary battery 200 is greater than a predetermined threshold, the control unit 300 continues normal running without performing regenerative charging. At this time, if the brake is on, deceleration using a mechanical brake is executed.

ステップＳ１３０では、制御部３００は、駆動モータ１４０からの回生電力と、燃料電池１００からの電力との両方を二次電池２００に充電させる。なお、ステップＳ１３０の前に燃料電池１００から高電圧配線１１０に給電していない場合には、ステップＳ１３０において燃料電池１００からの給電を開始させる。燃料電池１００からの給電の開始は、例えば、燃料電池１００と高電圧配線１１０との間に設けられたリレー（図示省略）をオフからオンに切り換えることにより行われる。また、ステップＳ１３０の前に燃料電池１００から高電圧配線１１０に給電を実行している場合には、燃料電池１００からの給電量を増加させても良い。このように、回生電力と燃料電池１００の電力とを二次電池２００に充電するようにすれば、回生電力のみを二次電池２００に充電する場合に比べて二次電池２００の端子電圧（すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の降圧側電圧）を高くすることができる。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の電力損失を小さくすることができる。   In step S <b> 130, control unit 300 causes secondary battery 200 to charge both the regenerative power from drive motor 140 and the power from fuel cell 100. If power is not supplied from the fuel cell 100 to the high voltage wiring 110 before step S130, power supply from the fuel cell 100 is started in step S130. The power supply from the fuel cell 100 is started by, for example, switching a relay (not shown) provided between the fuel cell 100 and the high voltage wiring 110 from off to on. Further, when power is supplied from the fuel cell 100 to the high voltage wiring 110 before step S130, the amount of power supplied from the fuel cell 100 may be increased. As described above, when the regenerative power and the power of the fuel cell 100 are charged in the secondary battery 200, the terminal voltage of the secondary battery 200 (that is, compared with the case where only the regenerative power is charged in the secondary battery 200). The step-down voltage of the DC-DC converter 120 can be increased. Therefore, the power loss of the DC-DC converter 120 can be reduced.

図２のステップＳ１４０では、制御部３００は、バッテリセンサ２５０で検出された二次電池２００の端子電圧が予め定められた判定閾値Ｖｔ以上となったか否かを判断する。二次電池２００の端子電圧が予め定められた判定閾値Ｖｔ未満の場合には、ステップＳ１３０の処理を続行する。一方、二次電池２００の端子電圧が予め定められた判定閾値Ｖｔ以上となった場合には、ステップＳ１５０に移行する。判定閾値Ｖｔは、二次電池２００のＳＯＣの許容範囲内の特定のＳＯＣに対応する電圧から設定される。例えば、判定閾値Ｖｔは、二次電池２００のＳＯＣの許容範囲の中間より少し高い特定のＳＯＣに対応する二次電池２００の端子電圧としても良い。なお、二次電池２００の端子電圧を測定する場合には、二次電池２００と低電圧配線２１０との間に設けられたリレー（図示省略）を一時的にオフしても良い。   In step S140 of FIG. 2, the control unit 300 determines whether or not the terminal voltage of the secondary battery 200 detected by the battery sensor 250 is equal to or higher than a predetermined determination threshold value Vt. When the terminal voltage of the secondary battery 200 is less than the predetermined determination threshold value Vt, the process of step S130 is continued. On the other hand, when the terminal voltage of the secondary battery 200 is equal to or higher than a predetermined determination threshold Vt, the process proceeds to step S150. Determination threshold value Vt is set from a voltage corresponding to a specific SOC within the allowable SOC range of secondary battery 200. For example, the determination threshold Vt may be a terminal voltage of the secondary battery 200 corresponding to a specific SOC that is slightly higher than the middle of the allowable range of the SOC of the secondary battery 200. When measuring the terminal voltage of the secondary battery 200, a relay (not shown) provided between the secondary battery 200 and the low voltage wiring 210 may be temporarily turned off.

ステップＳ１５０では、制御部３００は、燃料電池１００のからの給電を停止させ、駆動モータ１４０からの回生電力のみを二次電池２００に充電させる。燃料電池１００からの給電の停止は、例えば、燃料電池１００と高電圧配線１１０との間に設けられたリレー（図示省略）をオンからオフに切り換えることにより行われる。   In step S150, the control unit 300 stops power feeding from the fuel cell 100, and charges the secondary battery 200 only with regenerative power from the drive motor 140. The power supply from the fuel cell 100 is stopped by, for example, switching a relay (not shown) provided between the fuel cell 100 and the high voltage wiring 110 from on to off.

ステップＳ１６０では、制御部３００は、二次電池２００のＳＯＣが判定閾値ＳＯＣｔ以上となったか否かを判断する。二次電池２００のＳＯＣが判定閾値ＳＯＣｔ以上となった場合には、制御部３００は、ステップＳ１７０に移行し、二次電池２００の回生による充電を終了させる。二次電池２００の回生による充電の終了は、例えば、二次電池２００に備えられている充放電切替回路により行うことが可能である。   In step S160, control unit 300 determines whether or not the SOC of secondary battery 200 has reached or exceeded determination threshold SOCt. When the SOC of the secondary battery 200 becomes equal to or greater than the determination threshold SOCt, the control unit 300 proceeds to step S170 and ends the charging of the secondary battery 200 by regeneration. The end of charging by regeneration of the secondary battery 200 can be performed by, for example, a charge / discharge switching circuit provided in the secondary battery 200.

なお、本実施形態では、ステップＳ１７０において回生による充電を終了させる場合を例にとって説明したが、制御部３００は、どのステップを実行中であっても、車両の運転手によりアクセルペダル３１５が踏み込まれた場合には、制御部３００は、回生による充電を終了させることができる。   In this embodiment, the case where charging by regeneration is terminated in step S170 has been described as an example. However, the controller 300 depresses the accelerator pedal 315 by the driver of the vehicle regardless of which step is being executed. In the case where it has occurred, the control unit 300 can end the regenerative charging.

二次電池２００への充電時におけるＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の降圧後の電圧ＶＬ（二次電池２００の端子電圧に等しい）は、以下の式（１）で示される。
ＶＬ＝ＶＢ＋Ｒ×Ｉ …（１）
ここで、ＶＢは、二次電池２００の起電力であり、Ｒは、二次電池２００の内部抵抗である。ここでは、二次電池２００の各種の過電圧を抵抗Ｒとして表現している。なお、充電時には、ＶＬ＞ＶＢである。また、充電時における、二次電池２００の損失は、Ｉ２Ｒである。 The voltage VL after the step-down of the DC-DC converter 120 when charging the secondary battery 200 (equal to the terminal voltage of the secondary battery 200) is expressed by the following formula (1).
VL = VB + R × I (1)
Here, VB is an electromotive force of the secondary battery 200, and R is an internal resistance of the secondary battery 200. Here, various overvoltages of the secondary battery 200 are expressed as the resistance R. At the time of charging, VL> VB. Further, the loss of the secondary battery 200 during charging is I 2 R.

二次電池２００は、充電時に瞬間的に流入するエネルギー量が増えると、その電圧がＳＯＣに相当する値よりも高くなるという特性を有する。また、二次電池２００に供給されるエネルギー（ＶＬ×Ｉ）を一定と仮定すると、二次電池２００の端子電圧ＶＬを高くするほど、二次電池２００に供給される電流Ｉが減少し、二次電池の損失（Ｉ２Ｒ）が減少する。ここで、二次電池２００の端子電圧ＶＬを高くするためには、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の降圧後の電圧を上げればよい。 The secondary battery 200 has a characteristic that, when the amount of energy that instantaneously flows during charging increases, the voltage becomes higher than the value corresponding to the SOC. Further, assuming that the energy (VL × I) supplied to the secondary battery 200 is constant, the current I supplied to the secondary battery 200 decreases as the terminal voltage VL of the secondary battery 200 increases. The loss (I 2 R) of the secondary battery is reduced. Here, in order to increase the terminal voltage VL of the secondary battery 200, the voltage after the step-down of the DC-DC converter 120 may be increased.

本実施形態では、二次電池２００に回生電力を充電するときに、回生初期（図２のステップＳ１３０）に燃料電池１００の電力を利用して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の降圧後の電圧（二次電池２００の端子電圧）を上げ、二次電池２００へ供給する電流Iを少なくする。この場合、回生電力のみを充電する場合に比べてＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の降圧後の電圧が高くなるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の損失を低減出来る。さらに、二次電池２００に供給される電流を少なくできるので、二次電池２００の損失Ｉ２Ｒを少なく出来る。 In the present embodiment, when the regenerative power is charged in the secondary battery 200, the voltage after the step-down of the DC-DC converter 120 is performed using the power of the fuel cell 100 in the initial regeneration (step S130 in FIG. 2). The terminal voltage of the secondary battery 200 is increased, and the current I supplied to the secondary battery 200 is decreased. In this case, since the voltage after step-down of the DC-DC converter 120 becomes higher than when only regenerative power is charged, the loss of the DC-DC converter 120 can be reduced. Furthermore, since the current supplied to the secondary battery 200 can be reduced, the loss I 2 R of the secondary battery 200 can be reduced.

図３は、回生動作における電圧、電流、損失を示すグラフである。実線は、回生初期に回生電力と燃料電池２００の電力を充電させる実施形態の動作を示し、破線は、回生による電力のみを充電させて、燃料電池２００の電力を充電させない比較例の動作を示す。実施形態では、時刻ｔ０で回生による充電を開始すると、燃料電池１００からの給電を開始して回生電力と共に二次電池２００を充電する。この結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の降圧後の電圧ＶＬ（二次電池２００の端子電圧ＶＬ）は、比較例に比べてより早期に上昇するので、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の損失を少なく出来る。また、制御部３００は、二次電池２００の端子電圧ＶＬを早期に上昇させることにより、二次電池２００へ供給する電流Ｉを少なくできるので、比較例に比べて、二次電池２００の内部抵抗Ｒによるジュール損失を少なくできる。時刻ｔ１では、二次電池２００の端子電圧ＶＬが判定閾値Ｖｔ（図２のステップＳ１４０）に達しているので、その後、燃料電池１００からの給電が停止されている。   FIG. 3 is a graph showing voltage, current, and loss in the regenerative operation. The solid line indicates the operation of the embodiment in which the regenerative power and the power of the fuel cell 200 are charged in the early stage of regeneration, and the broken line indicates the operation of the comparative example in which only the power by the regeneration is charged and the power of the fuel cell 200 is not charged. . In the embodiment, when charging by regeneration is started at time t0, power supply from the fuel cell 100 is started and the secondary battery 200 is charged together with regenerative power. As a result, the voltage VL after being stepped down by the DC-DC converter 120 (the terminal voltage VL of the secondary battery 200) rises earlier than in the comparative example, so that the loss of the DC-DC converter 120 can be reduced. In addition, since the control unit 300 can reduce the current I supplied to the secondary battery 200 by increasing the terminal voltage VL of the secondary battery 200 at an early stage, the internal resistance of the secondary battery 200 compared to the comparative example. Joule loss due to R can be reduced. At time t1, since the terminal voltage VL of the secondary battery 200 reaches the determination threshold value Vt (step S140 in FIG. 2), power supply from the fuel cell 100 is stopped thereafter.

以上、本実施形態によれば、回生初期に燃料電池１００の電力を回生電力と共に二次電池２００に充電するので、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０の損失を少なくすることができる。また、二次電池２００の内部抵抗Ｒによる損失を少なくできる。   As described above, according to the present embodiment, since the power of the fuel cell 100 is charged to the secondary battery 200 together with the regenerative power in the early stage of regeneration, the loss of the DC-DC converter 120 can be reduced. Further, loss due to the internal resistance R of the secondary battery 200 can be reduced.

・変形例：
図４は、回生開始時の二次電池２００のＳＯＣと、燃料電池１００の発電電力と、の関係を示すグラフである。本実施形態では、制御部３００は、図２のステップＳ１３０において、燃料電池１００の電力を二次電池２００に充電させている。このとき、制御部３００は、燃料電池１００の発電電力を、回生開始時の二次電池２００のＳＯＣに応じて、変動させても良い。具体的には、制御部３００は、回生開始時のＳＯＣが高いほど、燃料電池１００の発電電力を小さくするようにしてもよい。二次電池２００への充電後のＳＯＣが、許容範囲の上限を超えると、二次電池２００の寿命を縮める可能性がある。ＳＯＣが高い状態で燃料電池１００の発電電力を小さくしないと、二次電池２００への充電後のＳＯＣが、許容範囲の上限を直ちに超える可能性がある。従って、回生開始時のＳＯＣが高いほど、燃料電池１００の発電電力を小さくすることが好ましい。 ・ Modification:
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the SOC of the secondary battery 200 at the start of regeneration and the generated power of the fuel cell 100. In the present embodiment, the control unit 300 charges the secondary battery 200 with the power of the fuel cell 100 in step S130 of FIG. At this time, the control unit 300 may vary the generated power of the fuel cell 100 in accordance with the SOC of the secondary battery 200 at the start of regeneration. Specifically, the control unit 300 may reduce the generated power of the fuel cell 100 as the SOC at the start of regeneration increases. If the SOC after charging the secondary battery 200 exceeds the upper limit of the allowable range, the life of the secondary battery 200 may be shortened. If the generated power of the fuel cell 100 is not reduced while the SOC is high, the SOC after charging the secondary battery 200 may immediately exceed the upper limit of the allowable range. Therefore, it is preferable to reduce the generated power of the fuel cell 100 as the SOC at the start of regeneration increases.

上記実施形態では、制御部３００は、図２のステップＳ１３０で燃料電池１００からの給電を開始し、ステップＳ１４０で燃料電池１００からの給電を停止しているが、回生開始時にステップＳ１４０の要件を満たす場合には、燃料電池１００からの給電を行わなくても良い。   In the above embodiment, the control unit 300 starts power supply from the fuel cell 100 in step S130 of FIG. 2 and stops power supply from the fuel cell 100 in step S140. However, the requirement of step S140 is satisfied at the start of regeneration. When satisfy | filling, it is not necessary to perform the electric power feeding from the fuel cell 100. FIG.

上記実施形態では、車両を例にとって説明したが、移動体が車両以外の移動体、例えば電車であってもよい。   In the above embodiment, the vehicle has been described as an example, but the moving body may be a moving body other than the vehicle, for example, a train.

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…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…高電圧配線
１２０…ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３０…モータ用インバータ
１４０…駆動モータ
１５０…モータセンサ
２００…二次電池
２１０…低電圧配線
２３０…補機用インバータ
２４０…補機
２５０…バッテリセンサ
３００…制御部
３１０…アクセルペダルセンサ
３１５…アクセルペダル
３２０…ブレーキペダルセンサ
３２５…ブレーキペダル
３３０…車速センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell 110 ... High voltage wiring 120 ... DC-DC converter 130 ... Motor inverter 140 ... Drive motor 150 ... Motor sensor 200 ... Secondary battery 210 ... Low voltage wiring 230 ... Inverter for auxiliary machine 240 ... Auxiliary machine 250 ... Battery sensor 300 ... Control unit 310 ... Accelerator pedal sensor 315 ... Accelerator pedal 320 ... Brake pedal sensor 325 ... Brake pedal 330 ... Vehicle speed sensor

Claims (1)

燃料電池システムであって、
高電圧配線と、
前記高電圧配線に接続される燃料電池と、
前記高電圧配線に接続され、回生動作が可能な駆動モータと、
前記高電圧配線及び低電圧配線に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記低電圧配線に接続される二次電池と、
前記二次電池の電圧を検知するバッテリセンサと、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記駆動モータの回生動作をする場合に、前記燃料電池から前記高電圧配線への給電を開始して、前記駆動モータからの回生電力及び前記燃料電池からの電力を前記二次電池に充電させ、
その後、前記駆動モータの回生動作中に前記二次電池の電圧が予め定められた閾値以上となった場合に、前記燃料電池から前記高電圧配線への給電を停止させて前記回生電力のみを二次電池に充電させる、
燃料電池システム。 A fuel cell system,
High voltage wiring,
A fuel cell connected to the high voltage wiring;
A drive motor connected to the high voltage wiring and capable of regenerative operation;
A DC-DC converter connected to the high voltage wiring and the low voltage wiring;
A secondary battery connected to the low-voltage wiring;
A battery sensor for detecting a voltage of the secondary battery;
A control unit;
With
The controller is
When performing a regenerative operation of the drive motor, the power supply from the fuel cell to the high voltage wiring is started, the regenerative power from the drive motor and the power from the fuel cell are charged to the secondary battery,
Thereafter, when the voltage of the secondary battery becomes equal to or higher than a predetermined threshold during the regenerative operation of the drive motor, power supply from the fuel cell to the high-voltage wiring is stopped to supply only the regenerative power. Let the next battery charge,
Fuel cell system.
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