JP2018005997A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018005997A JP2018005997A JP2016126961A JP2016126961A JP2018005997A JP 2018005997 A JP2018005997 A JP 2018005997A JP 2016126961 A JP2016126961 A JP 2016126961A JP 2016126961 A JP2016126961 A JP 2016126961A JP 2018005997 A JP2018005997 A JP 2018005997A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- control unit
- torque
- rotation speed
- ecu
- 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.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
- H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
- H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
- H01M8/04895—Current
- H01M8/04917—Current of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Abstract
【課題】エアコンプレッサへの許可パワーを超える超過パワー相当の指令トルクの発生を抑制することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】MG−ECU501は、ACP400の回転数Naを求める。MG−ECU501は、求めたACP400の回転数(PM受信回転数)Naを、通信によりPM−ECU502に送信する。PM−ECU502は、遅れが生じているMG−ECU501から受信したPM受信回転数Naに、回転数変化幅Cvwを加算して回転数予測値Npを求める。求めた回転数予測値NpとACP許可パワー等ラインL1を利用して制限トルクTrl2を求める。
【選択図】図1
【解決手段】MG−ECU501は、ACP400の回転数Naを求める。MG−ECU501は、求めたACP400の回転数(PM受信回転数)Naを、通信によりPM−ECU502に送信する。PM−ECU502は、遅れが生じているMG−ECU501から受信したPM受信回転数Naに、回転数変化幅Cvwを加算して回転数予測値Npを求める。求めた回転数予測値NpとACP許可パワー等ラインL1を利用して制限トルクTrl2を求める。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。
近年、燃料電池及び二次電池を電源として使用する燃料電池自動車が注目されている(例えば特許文献1参照)。燃料電池に供給される空気は、車載のエアコンプレッサ(以下、ACPという)によって外気から取り込まれて圧送される。エアコンプレッサは、その駆動源として内蔵したモータが燃料電池の運転状態に応じて回転数制御され、燃料電池に供給される空気量が調整される。
図5は、従来のACPによる空気量の調整方法を説明するための図である。
燃料電池システムは、燃料電池10及び昇圧コンバータ(以下、FCコンバータ)20を備えたFC電源100と、バッテリ30及び昇圧コンバータ(以下、バッテリコンバータ)40を備えたバッテリ電源200とを備えている。
FC電源100及び/又はバッテリ電源200から供給される電力は、インバータ300を介してACP400などに供給される。ACP400及びインバータ300の駆動は、制御部500によって制御される。
燃料電池システムは、燃料電池10及び昇圧コンバータ(以下、FCコンバータ)20を備えたFC電源100と、バッテリ30及び昇圧コンバータ(以下、バッテリコンバータ)40を備えたバッテリ電源200とを備えている。
FC電源100及び/又はバッテリ電源200から供給される電力は、インバータ300を介してACP400などに供給される。ACP400及びインバータ300の駆動は、制御部500によって制御される。
制御部500は、MG−ECU501、PM−ECU502、FC−ECU503を含んで構成されている。MG−ECU501は、通信によりインバータ300から電気角θをあらわす信号Sθを取得し、電気角θの移動量からACP400の回転数Naを求める。MG−ECU501は、求めたACP400の回転数Naを、通信によりPM−ECU502に送信する。
PM−ECU502は、受信した回転数Naと許可パワーをあらわすマップ(以下、ACP許可パワーマップ)Mpなどを利用して制限トルクTrl1を求める。
一方、FC−ECU503は、アクセルポジションセンサなどによって検知されるアクセル開度に基づき、回転数指令値Crpmを求め、PM−ECU502に供給する。
PM−ECU502は、PM−ECU502から供給される回転数指令値Crpmに基づき指令トルクTrc1を求めた後、求めた指令トルクTrc1と制限トルクとを比較する。PM−ECU502は、求めた指令トルクTrc1が、制限トルクTrl1を下回っている場合には、指令トルクTrc1をそのままMG−ECU501に出力する。一方、PM−ECU502は、求めた指令トルクTrc1が、制限トルクTrl1を越えている場合には、指令トルクTrc1を制限トルクTrl1まで落とし、これを指令トルクTrc1としてMG−ECU501に出力する。MG−ECU501は、与えられる指令トルクTrc1に基づき電流指令値Icを算出し、インバータ300に供給することでACP400の駆動を制御する。
一方、FC−ECU503は、アクセルポジションセンサなどによって検知されるアクセル開度に基づき、回転数指令値Crpmを求め、PM−ECU502に供給する。
PM−ECU502は、PM−ECU502から供給される回転数指令値Crpmに基づき指令トルクTrc1を求めた後、求めた指令トルクTrc1と制限トルクとを比較する。PM−ECU502は、求めた指令トルクTrc1が、制限トルクTrl1を下回っている場合には、指令トルクTrc1をそのままMG−ECU501に出力する。一方、PM−ECU502は、求めた指令トルクTrc1が、制限トルクTrl1を越えている場合には、指令トルクTrc1を制限トルクTrl1まで落とし、これを指令トルクTrc1としてMG−ECU501に出力する。MG−ECU501は、与えられる指令トルクTrc1に基づき電流指令値Icを算出し、インバータ300に供給することでACP400の駆動を制御する。
ところで、上記構成では、MG−ECU501は、求めたACP400の回転数Naを、PM−ECU502に送信しているが、MG−ECU501からPM−ECU502への通信において遅延(以下、通信遅れ)が発生する。かかる通信遅れは、MG−ECU501によるデータの送信タイミング(例えば8(msec)周期)と、PM−ECU502によるデータの受信タイミング(例えば16(msec)周期)との間に生じるずれが主な要因であると考えられる。従って、例えば急発進時など、ACP400の回転数Naを上げる操作が行われた場合には、上述した通信遅れの発生により、MG−ECU501からPM−ECU502に送出される回転数(以下、PM受信回転数)Naは、その時点での実際の回転数(以下、実MG回転数)Nrよりも小さくなる(例えば図6のA参照)。
前述したように、従来構成においては、制限トルクTrl1は、PM−ECU502により、PM受信回転数NaとACP許可パワーマップMpを用いて決定されるが、PM受信回転数Naが実MG回転数Nrから乖離した状態では、所望する制限トルクが得られない。例えば急発進した場合には、PM−ECU502内のPM受信回転数Naが実MG回転数Nrよりも小さくなることから、PM−ECU502によって決定される制限トルクTrl1は大きくなり、ACP許可パワーPalに収まらない制限トルクTrl1が設定されてしまう。これにより、PM−ECU502では、図6のBに示すように、ACP許可パワーPalを超える超過パワーPex相当のトルクが、指令トルクTrc1としてMG−ECU501に出力されることとなり、最終的には、余剰パワーがバッテリ30に補填され、バッテリ30に過剰な負荷をかけてしまうという問題が指摘されていた。
本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、エアコンプレッサの回転数の予測値を用いることで、エアコンプレッサへの許可パワーを超える超過パワー相当の指令トルクの発生を抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。より詳細には、従来に比して実MG回転数Nrにより近い回転数予測値Npを求め、求めた回転数予測値NpとACP許可パワー等ラインL1(後述する図4参照)を利用して制限トルクTrl2を求めることで、ACP許可パワーPal内に収まる適切なパワー相当の指令トルクTrc2を発生させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池と、バッテリと、燃料電池とバッテリが並列に接続されたインバータと、インバータに接続されたエアコンプレッサと、インバータに供給する電流指令値によりエアコンプレッサの駆動を制御する制御部とを備えた燃料電池システムであって、制御部は、エアコンプレッサの駆動を制御する第1の制御ユニットと、システムの電力を制御する第2の制御ユニットとを備え、第1の制御ユニットは、インバータから供給される信号に基づき、エアコンプレッサの回転数を求め、回転数を第2の制御ユニットに送信する一方、第2の制御ユニットから送信される指令トルクに基づき、インバータに供給する電流指令値を制御し、第2制御ユニットは、第1の制御ユニットから回転数を受信する一方、燃料電池の出力要求に応じたエアコンプレッサの回転数指令値を外部から受信し、受信した回転数指令値に基づき回転数予測値を求め、求めた回転数予測値からエアコンプレッサの制限トルクを導出し、導出した制限トルクの範囲内でエアコンプレッサの指令トルクを生成し、生成した指令トルクを第1の制御ユニットに送信することを要旨とする。
かかる構成によれば、従来に比して実際の回転数により近い回転数予測値を求め、求めた回転数予測値から制限トルクを求める。このように求めた制限トルクを越えないように、指令トルクをガードすることで、適切な指令トルクを生成し、エアコンプレッサの駆動を制御する。よって、従来の問題、すなわち過大な指令トルクの発生により、ACP許可パワー内に収まらないパワーが出力され、余剰パワーの発生によりバッテリに過剰な負荷をかけてしまうといった問題を抑制することが可能となる。
ここで、上記構成にあっては、第2の制御ユニットは、燃料電池の発電目標電力に基づき、エアコンプレッサの許可電力を算出し、回転数予測値とエアコンプレッサの許可電力をもとに、制限トルクを導出する態様が好ましい。
このように、燃料電池の発電目標電力などを考慮のうえ、ACP許可パワーを算出し、回転数予測値及びACP許可パワーをもとに制限トルクを算出することで、ACP許可パワー内に確実に収まる適切なパワー相当の指令トルクを生成することが可能となる。
また、上記構成にあっては、第2の制御ユニットは、回転数指令値に基づき定常トルクを算出し、算出した定常トルクと、一周期前に第1の制御ユニットに送信した指令トルクの前回値とを利用して回転数変化幅を導出し、導出した回転数変化幅に回転数を加算して回転数予測値を求める態様も好ましい。
このように、現時点での回転数を維持するために必要な定常トルクと、指令トルクの前回値とを利用して回転数変化幅を導出し、導出した回転数変化幅と受信した回転数から回転数予測値を求めることで、現時点での実MG回転数により近い回転数予測値を得ることが可能となる。
また、燃料電池の発電を制御する第3の制御ユニットをさらに備え、第3の制御ユニットは、入力されるアクセル開度を示す信号に基づき燃料電池の出力要求を求め、求めた出力要求に応じて前記エアコンプレッサの回転数指令値を生成し、生成した回転数指令値を第2の制御ユニットに送信する態様であっても良い。
このように、アクセル開度を示す信号を利用することで、精度良く燃料電池の出力要求を求めることが可能となる。もっとも、燃料電池の出力要求を求める方法は、アクセル開度を示す信号に限らず、他のパラメータの値を利用しても良いのはもちろんである。
本発明によれば、エアコンプレッサの回転数の予測値を求めることで、エアコンプレッサへの許可パワーを超える超過パワー相当の指令トルクの発生を抑制することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、発明の範囲をこれらに限定するものではない。
A.本実施形態
[燃料電池システムの構成]
図1は、本実施形態に係る車両に搭載された燃料電池システム1の概略構成を示す図である。なお、以下の説明では、燃料電池自動車(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)に適用した場合を想定するが、車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源など、燃料電池を搭載したあらゆるシステムに適用可能である。また、説明の理解を容易にするために、図1において、前掲図5に対応する部分には同一符号を付している。
[燃料電池システムの構成]
図1は、本実施形態に係る車両に搭載された燃料電池システム1の概略構成を示す図である。なお、以下の説明では、燃料電池自動車(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)に適用した場合を想定するが、車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源など、燃料電池を搭載したあらゆるシステムに適用可能である。また、説明の理解を容易にするために、図1において、前掲図5に対応する部分には同一符号を付している。
FC電源100を構成する燃料電池10は、アノード、カソード、及び電解質を備える単一の電池を直列に積層してなる固体高分子電解質型のセルスタックを含んで構成される。燃料電池10は、通常発電の際、アノードにおいて(1)式の酸化反応が生じ、カソードにおいて(2)式の還元反応が生じる。燃料電池10全体としては(3)式の起電反応が生じることにより、電力を発生する。
H2→2H++2e- (1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O (2)
H2+(1/2)O2→H2O (3)
H2→2H++2e- (1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O (2)
H2+(1/2)O2→H2O (3)
FCコンバータ20は、燃料電池10に接続されたDC/DCンバータである。FCコンバータ20は、燃料電池10からの出力電圧(FC電圧)を所望の電圧(例えば650V)に昇圧し、インバータ300などを介してACP400などに供給する。FCコンバータ20は、例えばIPM(Intelligent Power Module)等により構成される。
バッテリ電源200を構成するバッテリ30は、充放電可能な蓄電部である。バッテリ30は、例えばリチウムイオン電池、又はニッケル水素バッテリなどにより構成される。
バッテリ30とインバータ300との間には、バッテリコンバータ40が介挿されている。バッテリコンバータ40は、バッテリ30の出力電圧(バッテリ電圧)を、上述した所望の電圧(例えば650V)に昇圧する一方、FC電源100から供給される電圧を、バッテリ電圧に降圧する役割を担っている。バッテリコンバータ40は、例えばIPM等により構成される。
インバータ300には、燃料電池10とバッテリ30が並列に接続されている。具体的には、インバータ300は、FCコンバータ20及びバッテリコンバータ40とACP400との間に設けられている。インバータ300は、燃料電池10又はバッテリ30から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、ACP400などに供給する。インバータ300は、例えばIPMにより構成される。ACP400は、発電要求等に応じて適切な量の空気を燃料電池10に供給する。
制御部500は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read only Memory)、RAM(Random Access Memory)などにより構成された複数のECUを備えている。具体的には、ACP400などの駆動を制御するMG−ECU(第1の制御ユニット)501、システムの電力などを制御するPM−ECU(第2の制御ユニット)502、燃料電池10の発電などを制御するFC−ECU(第3の制御ユニット)503などを備えている。
既に従来技術の項で説明したように、従来は、MG−ECU501からPM−ECU502への通信遅れが生じていても、通信遅れが生じているACP400の回転数(PM受信回転数)Naをそのまま利用(別言すれば、実MG回転数Nrと剥離した回転数を利用)して制限トルクTrl1(図5参照)を設定していたため、ACP許可パワーPalを超える超過パワーPex相当の指令トルクTrc1が発生していた。これに対し、本実施形態では、通信遅れが生じているACP400の回転数(PM受信回転数)Naをそのまま利用するのではなく、PM−ECU502においてACP400の回転数(実MG回転数)Nrを予測し、予測した回転数(回転数予測値)Npを利用して制限トルクTrl2を設定するすることで、ACP許可パワーPalを超えない範囲で指令トルクTrc2を発生させ、これにより超過パワーPex相当の指令トルクTrc1の発生を抑制する。以下、本実施形態の特徴的な処理フローについて図面を参照しながら説明する。
[回転数予測処理]
図2は、PM−ECU502によって実行されるACP400の回転数予測処理を示すフローチャートである。
PM−ECU502は、FC−ECU503から供給される回転数指令値Crpmに基づき、定常トルク(具体的には、現時点での回転数を維持するために必要なトルク)Trsを求める(ステップS1)。そして、PM−ECU502は、定常トルクTrsとともに、一周期前にMG−ECU501に送信した指令トルク(すなわち、指令トルクの前回値)Trc2(pre)をRAMなどから読み出し、指令トルクの前回値Trc2(pre)から定常トルクTrsを減算することで回転数変化幅Cvwを求める(ステップS2:下記式(4)参照)。
Cvw=Trc2(pre)−Trs・・・(4)
図2は、PM−ECU502によって実行されるACP400の回転数予測処理を示すフローチャートである。
PM−ECU502は、FC−ECU503から供給される回転数指令値Crpmに基づき、定常トルク(具体的には、現時点での回転数を維持するために必要なトルク)Trsを求める(ステップS1)。そして、PM−ECU502は、定常トルクTrsとともに、一周期前にMG−ECU501に送信した指令トルク(すなわち、指令トルクの前回値)Trc2(pre)をRAMなどから読み出し、指令トルクの前回値Trc2(pre)から定常トルクTrsを減算することで回転数変化幅Cvwを求める(ステップS2:下記式(4)参照)。
Cvw=Trc2(pre)−Trs・・・(4)
一方、MG−ECU501は、インバータ300から電気角θをあらわす信号Sθを取得し、電気角θの移動量からACP400の回転数Naを求める。そして、MG−ECU501は、求めたACP400の回転数(PM受信回転数)Naを、通信によりPM−ECU502に送信する。前述したように、MG−ECU501からPM−ECU502へPM受信回転数Naを送信する際には、通信遅れが生じている。PM−ECU502は、遅れが生じているMG−ECU501から受信したPM受信回転数Naに、上述した回転数変化幅Cvwを加算して回転数予測値Npを求める(ステップS3:下記式(5)参照)。MG−ECU501は、求めた回転数予測値NpをRAMなどの記憶部に格納し、処理を終了する。
Np=Na+Cvw・・・(5)
Np=Na+Cvw・・・(5)
[制限トルク算出処理]
図3は、PM−ECU502によって実行される制限トルク算出処理を示すフローチャートである。PM−ECU502は、まず、燃料電池10の発電目標パワー(発電目標電力)及びパワー出力時に生じる電力損失などを考慮して、ACP許可パワー(許可電力)Palを算出する(ステップS10)。そして、PM−ECU502は、RAMなどから回転数予測値Npを読み出し、読み出した回転数予測値NpとACP許可パワーPalをもとに、制限トルクTrl2を算出する(ステップS20)。そして、PM−ECU502は、指令トルクTrc2が制限トルクTrl2を越えないように(すなわち、制限トルクTrl2の範囲内で)、指令トルクTrc2を制限トルクTrl2でガードしながら(ステップS30)、算出した指令トルクTrc2をMG−ECU501に出力し、処理を終了する。MG−ECU501は、指令トルクTrc2に基づき電流指令値Icを算出し、インバータ300に供給する。インバータ300は、与えられた電流指令値Icに従ってACP400を駆動することで、燃料電池10に供給する酸素量を制御する。
図3は、PM−ECU502によって実行される制限トルク算出処理を示すフローチャートである。PM−ECU502は、まず、燃料電池10の発電目標パワー(発電目標電力)及びパワー出力時に生じる電力損失などを考慮して、ACP許可パワー(許可電力)Palを算出する(ステップS10)。そして、PM−ECU502は、RAMなどから回転数予測値Npを読み出し、読み出した回転数予測値NpとACP許可パワーPalをもとに、制限トルクTrl2を算出する(ステップS20)。そして、PM−ECU502は、指令トルクTrc2が制限トルクTrl2を越えないように(すなわち、制限トルクTrl2の範囲内で)、指令トルクTrc2を制限トルクTrl2でガードしながら(ステップS30)、算出した指令トルクTrc2をMG−ECU501に出力し、処理を終了する。MG−ECU501は、指令トルクTrc2に基づき電流指令値Icを算出し、インバータ300に供給する。インバータ300は、与えられた電流指令値Icに従ってACP400を駆動することで、燃料電池10に供給する酸素量を制御する。
ここで、図4は、ACP許可パワー等ラインと、ACP400の回転数(ACP回転数)と、ACP400のトルク(ACPトルク)との関係を説明するための図である。ACP許可パワー等ラインL1は、ACP許可パワーPalが等しいラインを示す。
上述したように、本実施形態に係るPM−ECU502は、回転数予測値NpをRAMなどから読み出すと、読み出した回転数予測値NpをACP許可パワー等ラインL1に代入するなどして、制限トルクTrl2を得る。
上述したように、本実施形態に係るPM−ECU502は、回転数予測値NpをRAMなどから読み出すと、読み出した回転数予測値NpをACP許可パワー等ラインL1に代入するなどして、制限トルクTrl2を得る。
一方、通信遅れが生じているACP400の回転数Naをそのまま利用して制限トルクTrl1を求める従来例では、本実施形態における制限トルクTrl2よりも大きな制限トルクTrl1が算出される。詳述すると、図4に示すように、通信遅れが生じているACP400の回転数(PM受信回転数)Naは、回転数予測値Npよりも低い。よって、PM受信回転数NaをACP許可パワー等ラインL1に代入するなどして求めた制限トルクTrl1は、回転数予測値NpをACP許可パワー等ラインL1に代入するなどして求めた制限トルクTrl2よりも大きくなり、ACP許可パワーPalを越えたパワー(超過パワー)相当の指令トルクTrc1が発生し得る。すなわち、過大な指令トルクTrc1の発生により、ACP許可パワーPal内に収まらないパワーが出力され、余剰パワーがバッテリ30に補填され、バッテリ30に過剰な負荷をかけてしまうという問題が生じ得る。
これに対し、本実施形態によれば、従来に比して実MG回転数Nrにより近い回転数予測値Npを求め、求めた回転数予測値NpとACP許可パワー等ラインL1を利用して制限トルクTrl2を求めているため、ACP許可パワーPal内に収まる適切なパワー相当の指令トルクTrc2を発生させることが可能となる。
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はかかる実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。
B.変形例
上記の実施形態に対して、次のような変形例を適用することができる。
例えば、制御部500は、MG−ECU501、PM−ECU502、FC−ECU503を含む構成であったが、MG−ECU501とPM−ECU502との間で通信が行われる構成(すなわち別体構成)であればどのような構成であっても良い。例えば、FC−ECU503の機能をPM−ECU502に組み込んでも良い。また、各ECUの機能は、1つのECUで実現しても良いが、複数のECUで実現しても良い。
上記の実施形態に対して、次のような変形例を適用することができる。
例えば、制御部500は、MG−ECU501、PM−ECU502、FC−ECU503を含む構成であったが、MG−ECU501とPM−ECU502との間で通信が行われる構成(すなわち別体構成)であればどのような構成であっても良い。例えば、FC−ECU503の機能をPM−ECU502に組み込んでも良い。また、各ECUの機能は、1つのECUで実現しても良いが、複数のECUで実現しても良い。
1 燃料電池システム
10 燃料電池
20 FCコンバータ
30 バッテリ
40 バッテリコンバータ
300 インバータ
400 ACP
500 制御部
501 MG−ECU
502 PM−ECU
503 FC−ECU
10 燃料電池
20 FCコンバータ
30 バッテリ
40 バッテリコンバータ
300 インバータ
400 ACP
500 制御部
501 MG−ECU
502 PM−ECU
503 FC−ECU
Claims (4)
- 燃料電池と、
バッテリと、
前記燃料電池と前記バッテリが並列に接続されたインバータと、
前記インバータに接続されたエアコンプレッサと、
前記インバータに供給する電流指令値により前記エアコンプレッサの駆動を制御する制御部とを備えた燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記エアコンプレッサの駆動を制御する第1の制御ユニットと、当該システムの電力を制御する第2の制御ユニットとを備え、
前記第1の制御ユニットは、
前記インバータから供給される信号に基づき、前記エアコンプレッサの回転数を求め、前記回転数を第2の制御ユニットに送信する一方、前記第2の制御ユニットから送信される指令トルクに基づき、前記インバータに供給する前記電流指令値を制御し、
前記第2の制御ユニットは、
前記第1の制御ユニットから前記回転数を受信する一方、前記燃料電池の出力要求に応じた前記エアコンプレッサの回転数指令値を外部から受信し、受信した前記回転数指令値に基づき回転数予測値を求め、求めた前記回転数予測値から前記エアコンプレッサの制限トルクを導出し、導出した前記制限トルクの範囲内で前記エアコンプレッサの指令トルクを生成し、生成した前記指令トルクを前記第1の制御ユニットに送信する、燃料電池システム。 - 前記第2の制御ユニットは、
前記燃料電池の発電目標電力に基づき、前記エアコンプレッサの許可電力を算出し、前記回転数予測値と前記エアコンプレッサの許可電力をもとに、前記制限トルクを導出する、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記第2の制御ユニットは、
前記回転数指令値に基づき定常トルクを算出し、算出した前記定常トルクと、一周期前に前記第1の制御ユニットに送信した前記指令トルクの前回値とを利用して回転数変化幅を導出し、導出した前記回転数変化幅に前記回転数を加算して前記回転数予測値を求める、請求項1または2のいずれか1の請求項に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池の発電を制御する第3の制御ユニットをさらに備え、
前記第3の制御ユニットは、
入力されるアクセル開度を示す信号に基づき前記燃料電池の出力要求を求め、求めた前記出力要求に応じて前記エアコンプレッサの回転数指令値を生成し、生成した前記回転数指令値を前記第2の制御ユニットに送信する、請求項1〜3のいずれか1の請求項に記載の燃料電池システム。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016126961A JP6369763B2 (ja) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | 燃料電池システム |
US15/630,090 US10644334B2 (en) | 2016-06-27 | 2017-06-22 | Fuel cell system |
DE102017113847.1A DE102017113847B4 (de) | 2016-06-27 | 2017-06-22 | Brennstoffzellensystem |
CN201710486715.6A CN107546402B (zh) | 2016-06-27 | 2017-06-23 | 燃料电池系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016126961A JP6369763B2 (ja) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | 燃料電池システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018005997A true JP2018005997A (ja) | 2018-01-11 |
JP6369763B2 JP6369763B2 (ja) | 2018-08-08 |
Family
ID=60579853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016126961A Active JP6369763B2 (ja) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | 燃料電池システム |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10644334B2 (ja) |
JP (1) | JP6369763B2 (ja) |
CN (1) | CN107546402B (ja) |
DE (1) | DE102017113847B4 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116249858A (zh) | 2020-05-12 | 2023-06-09 | 环球氢公司 | 用于存储,运输,及使用氢的系统和方法 |
CN116096635A (zh) | 2020-08-21 | 2023-05-09 | 环球氢公司 | 对氢驱动混合电动动力总成进行多模块控制的系统和方法 |
CA3199672A1 (en) | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Universal Hydrogen Co. | Systems and methods for storing liquid hydrogen |
US20230271476A1 (en) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | Carrier Corporation | Transport refrigeration system having direct current power sources |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006320192A (ja) * | 2006-05-26 | 2006-11-24 | Honda Motor Co Ltd | 車両用制御システム |
JP2007250272A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | 流体制御システム |
JP2011211770A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Toyota Motor Corp | 燃料電池自動車及びその制御方法 |
JP2015026521A (ja) * | 2013-07-26 | 2015-02-05 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池システム |
JP2016096051A (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよびエアコンプレッサの回転数制御方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5233880B2 (ja) * | 2009-07-07 | 2013-07-10 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池車 |
JP2012059592A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム、モータ、空気圧縮機、ポンプ、モータの設計方法 |
JP5830817B2 (ja) * | 2010-12-20 | 2015-12-09 | 株式会社三和技術総合研究所 | エネルギー変換機器のシミュレーション方法及びエネルギー変換機器のシミュレーションシステム |
JP2015220961A (ja) | 2014-05-21 | 2015-12-07 | トヨタ自動車株式会社 | 車両 |
JP6044620B2 (ja) | 2014-11-13 | 2016-12-14 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池車両 |
JP6172121B2 (ja) * | 2014-11-14 | 2017-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム、燃料電池車両、および、燃料電池システムの制御方法 |
JP6172120B2 (ja) * | 2014-11-14 | 2017-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
-
2016
- 2016-06-27 JP JP2016126961A patent/JP6369763B2/ja active Active
-
2017
- 2017-06-22 US US15/630,090 patent/US10644334B2/en active Active
- 2017-06-22 DE DE102017113847.1A patent/DE102017113847B4/de active Active
- 2017-06-23 CN CN201710486715.6A patent/CN107546402B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007250272A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | 流体制御システム |
JP2006320192A (ja) * | 2006-05-26 | 2006-11-24 | Honda Motor Co Ltd | 車両用制御システム |
JP2011211770A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Toyota Motor Corp | 燃料電池自動車及びその制御方法 |
JP2015026521A (ja) * | 2013-07-26 | 2015-02-05 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池システム |
JP2016096051A (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよびエアコンプレッサの回転数制御方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102017113847A1 (de) | 2017-12-28 |
US10644334B2 (en) | 2020-05-05 |
JP6369763B2 (ja) | 2018-08-08 |
CN107546402A (zh) | 2018-01-05 |
DE102017113847B4 (de) | 2023-07-27 |
US20170373333A1 (en) | 2017-12-28 |
CN107546402B (zh) | 2020-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6208213B2 (ja) | 二次電池の充電システム及び方法並びに電池パック | |
JP6369763B2 (ja) | 燃料電池システム | |
WO2019103059A1 (ja) | 直流バス制御システム | |
US7633783B2 (en) | Converter control device | |
US8846259B2 (en) | Method of controlling output of fuel cell system and vehicle with fuel cell system | |
US9895994B2 (en) | Vehicle control system | |
KR20060133005A (ko) | 구동시스템 및 그 제어방법 | |
JP2009201318A (ja) | Dc/dcコンバータ、dc/dcコンバータ装置、電気車両及びdc/dcコンバータの制御方法 | |
JP5454987B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2009106021A (ja) | 回転電機制御装置 | |
JP2008269813A (ja) | 燃料電池システム | |
US10618420B2 (en) | Electric power supply control system | |
JP5412719B2 (ja) | 燃料電池搭載車両制御装置 | |
JP2011211770A (ja) | 燃料電池自動車及びその制御方法 | |
JP2015138760A (ja) | 電力出力装置 | |
JP2016015855A (ja) | 電源システム及び燃料電池車両 | |
JP2018113158A (ja) | 車両用燃料電池システム及びその制御方法 | |
JP5513553B2 (ja) | ハイブリッドシステムの動作を管理する方法 | |
US10693163B2 (en) | Fuel cell system and vehicle | |
CN111391665A (zh) | 充电系统 | |
JP2018085882A (ja) | 駆動装置 | |
JP2009284761A (ja) | 回転電機制御装置 | |
JP2010115011A (ja) | 発電システム | |
JP2007282440A (ja) | 燃料電池車両の制御システム | |
JP2006059685A (ja) | 燃料電池電源装置及び燃料電池電源装置の制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180516 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180615 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180628 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6369763 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |