JP2018133147A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
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.
燃料電池は、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出される化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電装置である。燃料電池を車載電源として搭載する燃料電池車両においては、例えば、特開２０１５−６９９０７号公報に提案されているように、燃料電池が発電した電力のうち余剰電力を二次電池に蓄電するものが知られている。 A fuel cell is a power generation device that directly converts chemical energy released by an oxidation reaction into electrical energy by oxidizing fuel by an electrochemical process. In a fuel cell vehicle in which a fuel cell is mounted as a vehicle-mounted power source, for example, as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-69907, a device that stores surplus power in a secondary battery among the power generated by the fuel cell. Are known.
ところで、二次電池は、低温になる程、内部抵抗が増加し、充放電許容量が低下する特性を有している。特開２０１５−６９９０７号公報に記載の技術では、二次電池の充放電許容量が制限される低温時において、余剰電力を二次電池に十分に蓄電できずに廃棄しており、余剰電力を有効活用できていないという問題が生じる。 By the way, the secondary battery has a characteristic that the internal resistance increases and the charge / discharge allowance decreases as the temperature decreases. In the technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-69907, surplus power is discarded because the secondary battery cannot be sufficiently charged in the secondary battery at low temperatures when the charge / discharge allowable amount of the secondary battery is limited. There is a problem that it cannot be used effectively.
そこで、本発明は、このような問題を解消し、低温時において燃料電池が発電した電力のうち余剰電力を有効活用できる燃料電池システムを提案することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to solve such problems and to propose a fuel cell system capable of effectively utilizing surplus power among the power generated by the fuel cell at a low temperature.
上述の課題を解決するため、本発明に関わる燃料電池システムは、（i）燃料電池と、（ii）燃料電池が発電した電力を蓄電する二次電池と、（iii）二次電池を昇温するヒータと、(iV) ヒータを制御する制御部と、を有し、(v)制御部は、燃料電池に要求される発電要求電力が燃料電池の実際の発電電力より少なく且つ二次電池の温度が閾値温度より低いときに燃料電池の実際の発電電力から発電要求電力を差し引いた余剰電力でヒータを駆動する。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes (i) a fuel cell, (ii) a secondary battery that stores electric power generated by the fuel cell, and (iii) raising the temperature of the secondary battery. And (iV) a control unit that controls the heater, and (v) the control unit requires less power generation power required for the fuel cell than the actual power generation of the fuel cell and the secondary battery. When the temperature is lower than the threshold temperature, the heater is driven with surplus power obtained by subtracting the required power generation from the actual generated power of the fuel cell.
本発明に関わる燃料電池システムによれば、低温時において燃料電池が発電した電力のうち余剰電力の一部は、二次電池を昇温するために消費されるため、余剰電力を有効活用できる。 According to the fuel cell system according to the present invention, a part of surplus power out of the power generated by the fuel cell at a low temperature is consumed to raise the temperature of the secondary battery, so that surplus power can be effectively utilized.
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の要素を示すものとし、重複する説明は省略する。
図１は、本発明の実施形態１に関わる燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、燃料電池車両に搭載される車載電源として機能するものであり、主に、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池４０と、燃料電池４０の出力電圧を昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、燃料電池４０が発電した電力を蓄電する二次電池１１０と、二次電池１１０の出力電圧を昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ８０と、二次電池１１０を昇温させるヒータ１２０と、燃料電池システム１０の各部を制御する制御装置（制御部）１６０とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the same code | symbol shall show the same element, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to Embodiment 1 of the present invention. The fuel cell system 10 functions as an in-vehicle power source mounted on a fuel cell vehicle. The fuel cell system 10 mainly generates a fuel cell 40 that generates power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas, and an output voltage of the fuel cell 40. The DC / DC converter 50 that steps up and down, the secondary battery 110 that stores the power generated by the fuel cell 40, the DC / DC converter 80 that steps up and down the output voltage of the secondary battery 110, and the secondary battery 110 are heated. A heater 120 and a control device (control unit) 160 that controls each unit of the fuel cell system 10 are provided.
燃料電池４０は、例えば、高分子電解質型燃料電池であり、複数の単セルを積層してなるスタック構造を有している。単セルは、イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面に形成された空気極と、電解質膜の他方の面に形成された燃料極と、空気極及び燃料極を両側から挟み込む一対のセパレータとを有する。 The fuel cell 40 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked. The single cell includes an air electrode formed on one surface of an electrolyte membrane made of an ion exchange membrane, a fuel electrode formed on the other surface of the electrolyte membrane, and a pair of separators that sandwich the air electrode and the fuel electrode from both sides. Have
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、燃料電池４０の出力電圧を所望の直流電圧に昇降圧して、トラクションインバータ６０に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０による電圧変換制御により、燃料電池４０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）が制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相の４相）を有しており、通過電力に応じて所定の相数で駆動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、例えば、スイッチング素子としてのトランジスタと、リアクトルと、平滑用コンデンサと、整流素子としてのダイオードからなる一般的なコンバータ回路である。 The DC / DC converter 50 steps up and down the output voltage of the fuel cell 40 to a desired DC voltage and supplies it to the traction inverter 60. By the voltage conversion control by the DC / DC converter 50, the operating point (output voltage, output current) of the fuel cell 40 is controlled. The DC / DC converter 50 has a plurality of phases (for example, four phases of a U phase, a V phase, a W phase, and an X phase), and is driven with a predetermined number of phases according to the passing power. The DC / DC converter 50 is a general converter circuit including, for example, a transistor as a switching element, a reactor, a smoothing capacitor, and a diode as a rectifying element.
二次電池１１０は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する蓄電装置であり、例えば、二次電池（ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池など）が好適である。 The secondary battery 110 is a power storage device that functions as a surplus power storage source, a regenerative energy storage source during regenerative braking, and an energy buffer during load fluctuations associated with acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle. Nickel / cadmium storage batteries, nickel / hydrogen storage batteries, lithium secondary batteries, etc.) are suitable.
ＤＣ／ＤＣコンバータ８０は、燃料電池４０が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ７０が回収した回生電力を降圧して二次電池１１０に充電する機能と、二次電池１１０から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ６０に出力する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８０のこれらの機能を通じて二次電池１１０の充放電が制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０と同様の回路構成を備えている。 The DC / DC converter 80 is supplied from the secondary battery 110 with a function of reducing the DC power generated by the fuel cell 40 or the regenerative power collected by the traction motor 70 by regenerative braking and charging the secondary battery 110. A function of boosting the DC voltage and outputting it to the traction inverter 60. Through these functions of the DC / DC converter 80, charging / discharging of the secondary battery 110 is controlled. The DC / DC converter 80 has a circuit configuration similar to that of the DC / DC converter 50.
トラクションインバータ６０は、燃料電池４０と二次電池１１０との両方又は何れか一方から供給される直流電力を交流電力（例えば、三相交流）に変換し、これをトラクションモータ７０に供給することにより、その回転トルクを制御する。トラクションモータ７０は、例えば、三相交流モータであり、車両走行時には走行推進力を生成する一方、車両制動時には、モータジェネレータとして機能し、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を回収する。 The traction inverter 60 converts DC power supplied from either or either of the fuel cell 40 and the secondary battery 110 into AC power (for example, three-phase AC), and supplies the AC power to the traction motor 70. The rotational torque is controlled. The traction motor 70 is, for example, a three-phase AC motor. The traction motor 70 generates a driving propulsion force when the vehicle is traveling, and functions as a motor generator when the vehicle is braked. The traction motor 70 converts kinetic energy into electric energy and recovers regenerative power.
インバータ９０は、二次電池１１０と並列に接続されており、燃料電池４０が発電した電力、トラクションモータ７０が回収した回生電力、又は二次電池１１０の出力電力の何れかを交流電力に変換し、これを補機類１００に供給する。補機類１００は、例えば、燃料電池４０内部に冷却水を循環させるポンプである。 The inverter 90 is connected in parallel with the secondary battery 110, and converts any of the power generated by the fuel cell 40, the regenerative power collected by the traction motor 70, or the output power of the secondary battery 110 into AC power. This is supplied to the auxiliary machinery 100. The auxiliary machinery 100 is, for example, a pump that circulates cooling water inside the fuel cell 40.
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、二次電池１１０と並列に接続されており、燃料電池４０が発電した電力、トラクションモータ７０が回収した回生電力、又は二次電池１１０の出力電力の何れかを降圧して二次電池１４０に充電する。二次電池１４０は、補機類１５０に直流電源を供給する。補機類１５０は、例えば、１２Ｖの直流電源で動作する各種補機類である。二次電池１４０は、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池などである。 The DC / DC converter 130 is connected in parallel with the secondary battery 110 and steps down the power generated by the fuel cell 40, the regenerative power collected by the traction motor 70, or the output power of the secondary battery 110. To charge the secondary battery 140. The secondary battery 140 supplies DC power to the auxiliary machinery 150. The auxiliary machines 150 are, for example, various auxiliary machines that operate with a 12 V DC power supply. The secondary battery 140 is, for example, a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, or a lithium secondary battery.
ヒータ１２０は、補機類１５０用の二次電池１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１３０との接続点に接続されており、燃料電池４０が発電した電力を消費し、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して二次電池１１０を昇温させることができる。二次電池１１０の温度は、温度センサ１７０により検出され、制御装置１６０に出力される。 The heater 120 is connected to a connection point between the secondary battery 140 for the auxiliary machinery 150 and the DC / DC converter 130, consumes the electric power generated by the fuel cell 40, and converts the electric energy into heat energy. The secondary battery 110 can be heated. The temperature of the secondary battery 110 is detected by the temperature sensor 170 and output to the control device 160.
制御装置１６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インタフェースを備える電子制御ユニットであり、燃料電池４０の運転制御及び車載電力変換器（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０，８０，１３０及びトラクションインバータ６０）のスイッチング制御等を行う。 The control device 160 is an electronic control unit including a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface, and controls the operation of the fuel cell 40 and an in-vehicle power converter (for example, DC / DC converters 50, 80, 130 and a traction inverter 60). The switching control is performed.
制御装置１６０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池４０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、燃料電池４０に要求される発電要求電力を求める。発電要求電力は、車両走行に必要な電力と、二次電池１１０に充電可能な電力と、補機類１００，１５０で消費される電力との合計値である。車両走行に必要な電力は、例えば、アクセル開度信号ＡＣＣや車速信号ＶＣなどの情報を基に算出される。二次電池１１０に充電可能な電力は、例えば、二次電池１１０のＳＯＣ（State of Charge）や温度などの情報を基に算出される。補機類１００，１５０で消費される電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、及び乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。 When receiving the activation signal IG output from the ignition switch, the control device 160 starts the operation of the fuel cell 40, the accelerator opening signal ACC output from the accelerator sensor, the vehicle speed signal VC output from the vehicle speed sensor, and the like. Based on the above, the required generation power required for the fuel cell 40 is obtained. The power generation required power is a total value of the power necessary for traveling the vehicle, the power that can be charged to the secondary battery 110, and the power consumed by the auxiliary devices 100 and 150. The electric power required for vehicle travel is calculated based on information such as the accelerator opening signal ACC and the vehicle speed signal VC, for example. The power that can be charged in the secondary battery 110 is calculated based on information such as the SOC (State of Charge) and temperature of the secondary battery 110, for example. The electric power consumed by the auxiliary machines 100 and 150 includes the electric power consumed by the on-vehicle auxiliary machines (humidifier, air compressor, hydrogen pump, cooling water circulation pump, etc.), and the devices (transmission, Power consumed by wheel control devices, steering devices, suspension devices, and the like, and power consumed by devices (such as air conditioners, lighting fixtures, and audio devices) disposed in the passenger space.
制御装置１６０は、燃料電池４０及び二次電池１１０のそれぞれの出力電力の配分を決定し、発電指令値を演算するとともに、燃料電池４０の発電量が目標電力に一致するように、燃料電池４０に供給される燃料ガス及び酸化ガスを制御する。更に、制御装置１６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を制御して、燃料電池４０の出力電圧を調整することにより、燃料電池４０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。制御装置１６０は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ６０に出力し、トラクションモータ７０の出力トルク、及び回転数を制御する。 The control device 160 determines the distribution of the output power of each of the fuel cell 40 and the secondary battery 110, calculates a power generation command value, and adjusts the power generation amount of the fuel cell 40 to the target power. The fuel gas and oxidizing gas supplied to the are controlled. Further, the control device 160 controls the operating point (output voltage, output current) of the fuel cell 40 by controlling the DC / DC converter 50 and adjusting the output voltage of the fuel cell 40. For example, the control device 160 outputs the AC voltage command values of the U phase, the V phase, and the W phase to the traction inverter 60 as switching commands so that a target torque according to the accelerator opening is obtained, and the traction motor The output torque of 70 and the rotational speed are controlled.
次に、図２を参照しながら、燃料電池システム１０による二次電池１１０の充電処理について説明する。まず、制御装置１６０は、燃料電池４０に要求される発電要求電力と、燃料電池４０の実際の発電電力とを比較し、発電要求電力が実際の発電電力より少ないか否かを判定する（ステップ２０１）。発電要求電力が実際の発電電力より少ない場合には（ステップ２０１；ＹＥＳ）、制御装置１６０は、温度センサ１７０が検出する二次電池１１０の温度が閾値温度より低いか否かを判定する（ステップ２０２）。ここで、閾値温度は、その閾値温度以下では、二次電池１１０の充放電許容量が低下するものとして予め定められた温度を意味する。二次電池１１０がリチウム・イオン電池の場合、極低温環境下では、充放電許容量が低下することが知られている。二次電池１１０の温度が閾値温度より低い場合には（ステップ２０２；ＹＥＳ）、制御装置１６０は、燃料電池４０の実際の発電電力から発電要求電力を差し引いた余剰電力の少なくとも一部でヒータ１２０を駆動させることによって当該余剰電力の少なくとも一部をヒータ１２０で消費して二次電池１１０を昇温させる（ステップ２０３）。一方、発電要求電力が実際の発電電力と同等若しくはそれ以上の場合（ステップ２０１；ＮＯ）、或いは二次電池１１０の温度が閾値温度と同等若しくはそれ以上の場合には（ステップ２０２；ＮＯ）、制御装置１６０は、ヒータ１２０をオフにする（ステップ２０４）。 Next, the charging process of the secondary battery 110 by the fuel cell system 10 will be described with reference to FIG. First, the control device 160 compares the required power generation required for the fuel cell 40 with the actual generated power of the fuel cell 40 to determine whether the required power generation is less than the actual generated power (step). 201). When the power generation required power is less than the actual power generation (step 201; YES), the control device 160 determines whether or not the temperature of the secondary battery 110 detected by the temperature sensor 170 is lower than the threshold temperature (step). 202). Here, the threshold temperature means a temperature that is determined in advance so that the allowable charge / discharge amount of the secondary battery 110 decreases below the threshold temperature. In the case where the secondary battery 110 is a lithium ion battery, it is known that the charge / discharge allowance decreases under a cryogenic environment. When the temperature of the secondary battery 110 is lower than the threshold temperature (step 202; YES), the control device 160 uses at least a part of the surplus power obtained by subtracting the power generation required power from the actual power generation power of the fuel cell 40 as the heater 120. Is driven to consume at least a portion of the surplus power by the heater 120 to raise the temperature of the secondary battery 110 (step 203). On the other hand, when the required generation power is equal to or higher than the actual generated power (step 201; NO), or when the temperature of the secondary battery 110 is equal to or higher than the threshold temperature (step 202; NO), The control device 160 turns off the heater 120 (step 204).
このように、燃料電池４０に要求される発電要求電力が燃料電池４０の実際の発電電力より少なく、且つ二次電池１１０の温度が閾値温度より低いときに、燃料電池４０の実際の発電電力から発電要求電力を差し引いた余剰電力の一部をヒータ１２０で消費して二次電池１１０を低温から適温に昇温させることにより、二次電池１１０の充放電許容量を向上させることができる。これにより、燃料電池４０の余剰電力を無駄に廃棄することなく有効活用できる。特に、燃料電池車両では、低効率発電と呼ばれる運転や、高電位回避運転と呼ばれる運転により、燃料電池４０の実際の発電電力が、燃料電池４０に要求される発電要求電力を超えて、余剰電力が発生することがある。このような余剰電力のうち二次電池１１０に充電し切れない電力は、従来、補機類１００，１５０で無駄に消費されていたが、本実施形態によれば、そのような余剰電力を無駄に廃棄することなく有効活用できる。 As described above, when the power generation required power required for the fuel cell 40 is smaller than the actual power generation power of the fuel cell 40 and the temperature of the secondary battery 110 is lower than the threshold temperature, the actual power generation power of the fuel cell 40 By charging a part of surplus power obtained by subtracting the required power generation by the heater 120 and raising the temperature of the secondary battery 110 from a low temperature to an appropriate temperature, the charge / discharge allowance of the secondary battery 110 can be improved. As a result, the surplus power of the fuel cell 40 can be effectively utilized without being wasted. In particular, in a fuel cell vehicle, due to an operation called low-efficiency power generation or an operation called high potential avoidance operation, the actual generated power of the fuel cell 40 exceeds the required power generation required for the fuel cell 40 and surplus power is generated. May occur. Of such surplus power, power that cannot be fully charged in the secondary battery 110 has been conventionally wasted in the auxiliary devices 100 and 150. However, according to the present embodiment, such surplus power is wasted. It can be used effectively without being discarded.
なお、低効率発電とは、燃料電池４０に供給される酸化ガスが通常発電時に比して少なく、かつ通常発電に比して電力損失が大きい発電をいい、例えば、エアストイキ比を１．０付近（理論値）に絞った状態で燃料電池４０を運転する発電をいう。高電位回避運転とは、燃料電池４０の触媒として用いられている白金の溶出を回避するために、燃料電池４０の出力電圧を引き下げて発電することをいう。 Low-efficiency power generation refers to power generation in which the oxidizing gas supplied to the fuel cell 40 is less than that during normal power generation and has a large power loss compared to normal power generation. For example, the air stoichiometric ratio is around 1.0. It refers to power generation in which the fuel cell 40 is operated in a state of being focused on (theoretical value). The high potential avoidance operation refers to generating electricity by lowering the output voltage of the fuel cell 40 in order to avoid elution of platinum used as a catalyst of the fuel cell 40.
図３は、本発明の実施形態２に関わる燃料電池システム２０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム２０は、ヒータ１２０が二次電池１１０と並列に接続されている点において、燃料電池システム１０と異なり、その余の点で共通している。ヒータ１２０は、燃料電池４０の余剰電力を消費できるように、車載電力変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ５０，８０，１３０の何れか）を通じて燃料電池４０に接続されていればよい。 FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 20 according to Embodiment 2 of the present invention. The fuel cell system 20 is different from the fuel cell system 10 in that the heater 120 is connected in parallel with the secondary battery 110, and is common in other respects. The heater 120 may be connected to the fuel cell 40 through an on-vehicle power converter (any one of the DC / DC converters 50, 80, 130) so that the surplus power of the fuel cell 40 can be consumed.
図４は、本発明の実施形態３に関わる燃料電池システム３０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム３０は、ヒータ１２０が、補機類１５０用の二次電池１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１３０との接続点に接続されるとともに、外部電源１８０にも接続している点において、燃料電池システム１０と異なり、その余の点で共通している。 FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 30 according to Embodiment 3 of the present invention. The fuel cell system 30 is different from the fuel cell system 30 in that the heater 120 is connected to a connection point between the secondary battery 140 for the auxiliary machinery 150 and the DC / DC converter 130 and also connected to the external power supply 180. Unlike the system 10, the other points are common.
次に、図５を参照しながら、燃料電池システム３０による二次電池１１０の充電処理について説明する。まず、制御装置１６０は、燃料電池４０に要求される発電要求電力と、燃料電池４０の実際の発電電力とを比較し、発電要求電力が実際の発電電力より少ないか否かを判定する（ステップ５０１）。発電要求電力が実際の発電電力より少ない場合には（ステップ５０１；ＹＥＳ）、制御装置１６０は、温度センサ１７０が検出する二次電池１１０の温度が閾値温度より低いか否かを判定する（ステップ５０２）。二次電池１１０の温度が閾値温度より低い場合には（ステップ５０２；ＹＥＳ）、制御装置１６０は、燃料電池４０の実際の発電電力から発電要求電力を差し引いた余剰電力がヒータ１２０の消費電力より多いか否かを判定する（ステップ５０３）。余剰電力がヒータ１２０の消費電力より多い場合には（ステップ５０３；ＹＥＳ）、制御装置１６０は、外部電源１８０からヒータ１２０への電力供給を遮断し、余剰電力の一部をヒータ１２０で消費して二次電池１１０を昇温させる（ステップ５０４）。 Next, the charging process of the secondary battery 110 by the fuel cell system 30 will be described with reference to FIG. First, the control device 160 compares the required power generation required for the fuel cell 40 with the actual generated power of the fuel cell 40 to determine whether the required power generation is less than the actual generated power (step). 501). When the power generation required power is lower than the actual power generation (step 501; YES), the control device 160 determines whether or not the temperature of the secondary battery 110 detected by the temperature sensor 170 is lower than the threshold temperature (step 501). 502). When the temperature of the secondary battery 110 is lower than the threshold temperature (step 502; YES), the controller 160 determines that the surplus power obtained by subtracting the required power generation from the actual generated power of the fuel cell 40 is greater than the power consumption of the heater 120. It is determined whether there are many (step 503). When the surplus power is larger than the power consumption of the heater 120 (step 503; YES), the control device 160 cuts off the power supply from the external power source 180 to the heater 120 and consumes a part of the surplus power by the heater 120. The secondary battery 110 is heated (step 504).
一方、発電要求電力が実際の発電電力と同等若しくはそれ以上の場合（ステップ５０１；ＮＯ）、或いは二次電池１１０の温度が閾値温度と同等若しくはそれ以上の場合には（ステップ５０２；ＮＯ）、制御装置１６０は、ヒータ１２０をオフにする（ステップ５０５）。また、余剰電力がヒータ１２０の消費電力より少ない場合には（ステップ５０３；ＮＯ）、制御装置１６０は、ヒータ１２０の消費電力のうち余剰電力で賄えない不足電力を外部電源１８０からヒータ１２０に供給し、余剰電力の少なくとも一部をヒータ１２０で消費して二次電池１１０を昇温させる（ステップ５０６）。 On the other hand, when the required power generation is equal to or higher than the actual generated power (step 501; NO), or when the temperature of the secondary battery 110 is equal to or higher than the threshold temperature (step 502; NO), The control device 160 turns off the heater 120 (step 505). When the surplus power is less than the power consumption of the heater 120 (step 503; NO), the control device 160 supplies the heater 120 with insufficient power that cannot be covered by the surplus power out of the power consumption of the heater 120. Then, at least a part of the surplus power is consumed by the heater 120 to raise the temperature of the secondary battery 110 (step 506).
このように、ヒータ１２０の消費電力のうち余剰電力で賄えない不足電力を外部電源１８０からヒータ１２０に供給して二次電池１１０を昇温させることにより、少ない余剰電力を有効に活用できる。 As described above, by supplying insufficient power that cannot be covered by surplus power out of the power consumption of the heater 120 from the external power supply 180 to the heater 120 to raise the temperature of the secondary battery 110, a small surplus power can be effectively used.
なお、以上説明した実施形態では、燃料電池４０の発電電力から発電要求電力を差し引いた余剰電力を利用して二次電池１１０を昇温する制御例について説明したが、これは、二次電池１１０を昇温させるための電力を燃料電池４０に発電させて二次電池１１０を意図的に昇温させるという制御の実施を排除するものではない。 In the above-described embodiment, the control example in which the temperature of the secondary battery 110 is raised using the surplus power obtained by subtracting the power generation required power from the power generated by the fuel cell 40 has been described. This does not exclude the implementation of the control of causing the fuel cell 40 to generate electric power for raising the temperature of the secondary battery 110 and intentionally raising the temperature of the secondary battery 110.
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図示の比率に限定されるものではない。また、実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 The embodiments described above are for facilitating the understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof. In other words, those in which the person skilled in the art appropriately changes the design of the embodiments are also included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention. For example, each element included in the embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is not limited to the illustrated ratio unless otherwise specified. Moreover, each element with which an embodiment is provided can be combined as long as it is technically possible, and the combination thereof is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.
１０，２０，３０…燃料電池システム ４０…燃料電池 ５０…ＤＣ／ＤＣコンバータ ６０…トラクションインバータ ７０…トラクションモータ ８０…ＤＣ／ＤＣコンバータ ９０…インバータ １００…補機類 １１０…二次電池 １２０…ヒータ １３０…ＤＣ／ＤＣコンバータ １４０…二次電池 １５０…補機類 １６０…制御装置 １７０…温度センサ １８０…外部電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20, 30 ... Fuel cell system 40 ... Fuel cell 50 ... DC / DC converter 60 ... Traction inverter 70 ... Traction motor 80 ... DC / DC converter 90 ... Inverter 100 ... Auxiliaries 110 ... Secondary battery 120 ... Heater 130 ... DC / DC converter 140 ... secondary battery 150 ... auxiliary equipment 160 ... control device 170 ... temperature sensor 180 ... external power supply
Claims (1)
前記燃料電池が発電した電力を蓄電する二次電池と、
前記二次電池を昇温するヒータと、
前記ヒータを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池に要求される発電要求電力が前記燃料電池の実際の発電電力より少なく且つ前記二次電池の温度が閾値温度より低いときに前記燃料電池の実際の発電電力から前記発電要求電力を差し引いた余剰電力で前記ヒータを駆動する、
燃料電池システム。 A fuel cell;
A secondary battery for storing electric power generated by the fuel cell;
A heater for heating the secondary battery;
A control unit for controlling the heater,
The control unit is configured to calculate the power generation required power required for the fuel cell from the actual power generated by the fuel cell when the temperature of the secondary battery is lower than a threshold temperature when the power generated by the fuel cell is lower than the actual power generated. Driving the heater with surplus power obtained by subtracting the power required for power generation;
Fuel cell system.
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