JP2019053836A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、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の燃料電池車両等の移動体に搭載された燃料電池システムでは、駆動モータの回生制動時に、燃料電池にエアを供給するためのエアコンプレッサを所定期間駆動させることで、駆動モータの回生電力をエアコンプレッサで消費させて駆動モータによる制動力を確保し、運転者の減速感を実現している。また、エアコンプレッサの駆動を所定期間とすることで、燃料電池に供給されるエアによる燃料電池のセルの乾燥を抑制している。 In the fuel cell system mounted on a moving body such as a fuel cell vehicle of Patent Document 1, the regeneration of the drive motor is performed by driving an air compressor for supplying air to the fuel cell for a predetermined period during regenerative braking of the drive motor. Electric power is consumed by an air compressor to secure braking force by the drive motor, and realize a driver's feeling of deceleration. In addition, by driving the air compressor for a predetermined period, drying of the fuel cell by air supplied to the fuel cell is suppressed.
上記従来技術において、所定期間経過時にエアコンプレッサの駆動を停止させた際には、回生制動力が急激に低下して減速度が変化するため、ドライバビリティが低下する可能性がある。これに対して、回生制動力(回生制動トルク)の低下に同期させてエアコンプレッサの出力を低下させれば、回生制動力の低下に伴う減速度での減速感を確保することができる。運転者は、通常、回生制動力の低下に伴う減速度の低下に伴って、車両の騒音・振動(NV;Noise Vibration)も小さくなるものと期待する。しかしながら、運転者は、この減速度の低下に対して、エアコンプレッサの騒音・振動(NV)が大きいと感じて違和感を覚える可能性がある。このため、運転者が期待したNVと実際のNVが一致しないことにより、運転者が感じる操作性(ドライバビリティ)が低下する可能性がある。 In the above prior art, when the driving of the air compressor is stopped when a predetermined period has elapsed, the regenerative braking force suddenly decreases and the deceleration changes, so drivability may decrease. On the other hand, if the output of the air compressor is decreased in synchronization with the decrease in the regenerative braking force (regenerative braking torque), it is possible to secure a feeling of deceleration at a deceleration accompanying the decrease in the regenerative braking force. In general, the driver expects that the noise and vibration (NV) of the vehicle will decrease as the deceleration decreases as the regenerative braking force decreases. However, the driver may feel a sense of incongruity because the noise and vibration (NV) of the air compressor is large with respect to the decrease in the deceleration. For this reason, if the NV expected by the driver does not match the actual NV, the operability (drivability) felt by the driver may be reduced.
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、車両に搭載される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;前記車両の動力を発生する駆動モータの動力源としての燃料電池及び二次電池と;前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を供給するためのエアコンプレッサと;前記車両で利用される熱を発生するためのヒータと;前記車両の減速時に、前記駆動モータに要求する回生トルクを制御して回生電力を発生させることにより、回生制動を行なう制御部と;を備える。前記制御部は、前記車両の減速時に前記回生制動を行なう場合において;(a)前記回生トルクに従った前記エアコンプレッサの駆動量で前記エアコンプレッサを駆動することにより、前記回生トルクに従って発生する前記回生電力を前記エアコンプレッサで消費させ;(b)前記(a)の処理後、前記エアコンプレッサの駆動量を低減しつつ、前記ヒータの駆動量を増加させて、前記エアコンプレッサおよび前記ヒータを駆動することにより、前記回生トルクに従って発生する前記回生電力を前記エアコンプレッサおよび前記ヒータで消費させる。
この形態の燃料電池システムによれば、エアコンプレッサの駆動量を低減しつつ、ヒータの駆動量を増加させて、回生トルクに従って発生する回生電力を消費させるので、回生制動力の変化を抑制することができる。また、ヒータに比べてNVが大きいエアコンプレッサの駆動量を低減しつつ、NVの小さいヒータの駆動量を増加させるので、エアコンプレッサによるNVを低減しつつ、回生トルクに従って発生する回生電力を消費させることができる。これにより、回生トルクに従った回生制動力による減速度に応じた運転者の減速感を確保しつつ、減速度に応じた減速感に対して、エアコンプレッサのNVが大きいと感じて、運転者が感じる操作性(ドライバビリティ)が低下することを抑制することができる。
(1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell system mounted on a vehicle is provided. The fuel cell system includes: a fuel cell and a secondary battery as power sources for a drive motor that generates power for the vehicle; an air compressor for supplying air as an oxidizing gas to the fuel cell; A heater for generating generated heat; and a control unit that performs regenerative braking by generating regenerative power by controlling regenerative torque required for the drive motor when the vehicle is decelerated. In the case where the control unit performs the regenerative braking when the vehicle is decelerated; (a) the air compressor is driven according to the regenerative torque by driving the air compressor with a drive amount of the air compressor according to the regenerative torque; Regenerative power is consumed by the air compressor; (b) after the processing of (a), the driving amount of the heater is increased while the driving amount of the air compressor is decreased, and the air compressor and the heater are driven. Thus, the regenerative power generated according to the regenerative torque is consumed by the air compressor and the heater.
According to the fuel cell system of this embodiment, while reducing the driving amount of the air compressor, the driving amount of the heater is increased and the regenerative power generated according to the regenerative torque is consumed, so that the change in the regenerative braking force is suppressed. Can do. Further, since the driving amount of the heater having a small NV is increased while reducing the driving amount of the air compressor having a large NV as compared with the heater, the regenerative electric power generated according to the regenerative torque is consumed while reducing the NV by the air compressor. be able to. As a result, the driver feels that the NV of the air compressor is large with respect to the feeling of deceleration according to the deceleration while securing the driver's feeling of deceleration according to the deceleration due to the regenerative braking force according to the regenerative torque. It is possible to suppress a decrease in operability (drivability) felt by the user.
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、車両に搭載される燃料電池システムの他、例えば、移動体等に搭載される燃料電池システム、燃料電池システムが搭載された車両等の移動体などの種々の形態に適用することも可能である。また、燃料電池システムの制御方法の態様で実現することも可能である。また、本発明は、上述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a fuel cell system mounted on a vehicle, for example, a fuel cell system mounted on a moving body or the like, and a fuel cell system are mounted. The present invention can also be applied to various forms such as a moving body such as a vehicle. It can also be realized in the form of a control method of the fuel cell system. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized in various forms within the scope not departing from the gist of the present invention.
A.実施形態:
図1は、本発明の一実施形態におけ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、動力を発生する駆動モータ(TM)220を動作させるための電力を発生させるシステムとして車両(以下、「燃料電池車両」とも呼ぶ)に搭載されている。
A. Embodiment:
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
燃料電池システム10は、燃料電池(FC)100と、燃料電池用コンバータ110と、二次電池(BT)120と、二次電池用コンバータ130と、補機140と、モータ用インバータ150と、エアコンプレッサ用インバータ160と、PM制御部170と、FC制御部180と、FDC制御部190と、MG制御部200と、を備える。また、燃料電池システム10は、反応ガス供給機構102と、反応ガス供給機構102の一部であるエアコンプレッサ(ACP)104と、を備える。また、燃料電池システム10は、二次電池120の作動状態を検出するためのBTセンサ125を備える。なお、図示を省略するが燃料電池システム10には、燃料タンクや燃料電池の温度、反応ガス(水素、空気)の流量や圧力、温度、冷媒の温度、冷媒の流量、各種バルブの作動状態、エアコンプレッサや水素ポンプの回転数等の作動状態、等を検出するための各種センサ(不図示)や、燃料電池のセル電圧を検出するセルモニタ(不図示)等が設けられている。これらの各種センサによる検出情報は、制御部170,180,190,200において利用される。
The
燃料電池100は、反応ガスである水素と酸素の電気化学反応によって発電するユニットであり、燃料電池システム10が出力する駆動モータ220の動力源として機能する。燃料電池100は、種々の型を適用可能であるが、本実施形態では、固体高分子型を用いている。燃料電池100は、FC出力配線FCLを介して燃料電池用コンバータ110と電気的に接続されている。
The
反応ガス供給機構102は、燃料電池100のアノードに燃料ガス(「アノードガス」とも呼ぶ)である水素を供給するための燃料ガス供給部と、カソードに酸化ガス(「カソードガス」とも呼ぶ)である酸素を含む空気を燃料電池100に供給するための酸化ガス供給部と、冷却媒体(例えば、冷却水)を燃料電池100の冷媒流路に供給する冷媒供給部と、有する。各供給部の図示および説明は省略する。なお、エアコンプレッサ104は、酸化ガス供給部の一部であり、燃料電池100のカソードに空気を供給する。
The reaction
燃料電池用コンバータ110は、昇圧型のコンバータ装置であり、燃料電池100の出力電圧を目標の電圧まで昇圧する昇圧動作を行う。燃料電池用コンバータ110は、高圧直流配線HCLを介してモータ用インバータ150およびエアコンプレッサ用インバータ160に電気的に並列に接続されている。
The
二次電池120は、燃料電池100とともに、駆動モータ220の動力源として機能する。本実施形態では、二次電池120は、リチウムイオン電池によって構成される。他の実施形態では、二次電池120は、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池など他の種類の電池であってもよい。二次電池120は、BT直流配線BCLを介して、二次電池用コンバータ130と電気的に接続されている。
The
二次電池用コンバータ130は、高圧直流配線HCLを介して、燃料電池用コンバータ110とモータ用インバータ150およびエアコンプレッサ用インバータ160と電気的に並列に接続されている。二次電池用コンバータ130は、モータ用インバータ150およびエアコンプレッサ用インバータ160の入力電圧である高圧直流配線HCLにおける電圧を調整し、二次電池120の充放電を制御する。
The
二次電池用コンバータ130は、燃料電池用コンバータ110からの出力電力が目標出力電力に対して不足する場合には、二次電池120に放電させて、二次電池120の出力電力を変換して高圧直流配線HCL側に出力する。二次電池用コンバータ130から高圧直流配線HCLに出力された電力は、モータ用インバータ150およびエアコンプレッサ用インバータ160を介して駆動モータ220およびエアコンプレッサ104に供給される。一方、二次電池用コンバータ130は、駆動モータ220において発生する回生電力や燃料電池100の出力電力を二次電池120に充電する場合には、これらの電力を変換してBT直流配線BCL側に出力する。これにより、二次電池用コンバータ130は、BT直流配線BCLに出力した電力を、二次電池120に充電するとともに、補機140に供給することができる。
When the output power from the
補機140は、燃料電池100の運転に使用される補機や、空調に用いられる補機であるヒータ145等を含む。燃料電池100の運転に使用される補機は、反応ガス供給機構102の一部を構成する補機であり、例えば、燃料電池100にアノードガスとしての水素を循環させるための水素循環ポンプや、燃料電池100を冷却する冷却装置の冷媒ポンプ等が含まれる。ヒータ145としては、例えば、温風を出力するために利用される温水を生成する水加熱ヒータが利用される。補機140は、BT直流配線BCLに電気的に接続されており、二次電池120あるいは二次電池用コンバータ130からBT直流配線BCLに供給される電力を消費して稼動する。
The
モータ用インバータ150は、燃料電池100および二次電池120から高圧直流配線HCLを介して直流で供給される電力を三相交流の電力に変換し、駆動モータ220に供給する。また、モータ用インバータ150は、駆動モータ220において発生する回生電力を直流電力に変換して高圧直流配線HCLに出力する。エアコンプレッサ用インバータ160も、燃料電池100および二次電池120から高圧直流配線HCLを介して直流で供給される電力を三相交流の電力に変換し、エアコンプレッサ104に供給する。
The
駆動モータ220は、燃料電池100および二次電池120からの電力が供給されて駆動する動力発生装置である。また、駆動モータ220は、アクセル210が減速指示を受け付けると、回生運転に移行するまでの間、出力(トルク)を減少させる。駆動モータ220は、出力(トルク)が設定値以下になったときに、力行運転から回生運転に移行する。
The
PM制御部170は、燃料電池システム10の各部の動作を制御するために、FC制御部180、FDC制御部190、および、MG制御部200等の各種制御部の動作を統括して制御する統括制御部である。
The
PM制御部170は、アクセル210が受け付けたアクセル開度や、シフト装置230が受け付けた操作モード、BTセンサ125が検出した二次電池の状態に応じて、駆動モータ(TM)220へのモータトルク要求値と、燃料電池(FC)100へのFC出力要求値と、二次電池(BT)120へのBT出力要求値を決定する。そして、PM制御部170は、FC出力要求値に基づいてFC制御部180およびMG制御部200を制御することにより、反応ガス供給機構102およびエアコンプレッサ用インバータ160によるエアコンプレッサ104を制御して、燃料電池100の発電を制御する。また、PM制御部170は、FC出力要求値に基づいてFDC制御部190を制御することにより、燃料電池用コンバータ110を制御する。また、PM制御部170は、モータトルク要求値に基づいてMG制御部200を制御することにより、モータ用インバータ150を制御して駆動モータ220の力行動作及び回生動作を制御する。また、PM制御部170は、BT出力要求値に基づいてMG制御部200を制御することにより、二次電池用コンバータ130を制御して二次電池120の充電動作および放電動作(出力動作)を制御する。
The
PM制御部170、ならびに、PM制御部170が統括制御するFC制御部180、FDC制御部190、および、MG制御部200は、それぞれ、不図示のCPU、ROM、RAM等のメモリ、および、インタフェース等を有するコンピュータである。各制御部は、メモリに記憶されているソフトウェアを実行することにより、上述したそれぞれの機能を実行する機能制御部として動作する。なお、二次電池用コンバータ130、モータ用インバータ150、および、エアコンプレッサ用インバータ160は、MG制御部200で制御されるものとしているが、それぞれ独立した制御部で制御されるようにしてもよい。また、制御部180,190,200は、PM制御部170に含まれる構成としてもよい。
The
ここで、上述した燃料電池システム10においては、以下で説明するように、PM制御部170によって、車両の減速時において、駆動モータ220の回生を利用した回生制動の動作が制御される。
Here, in the
図2は、PM制御部170によって制御される回生制動の動作を説明するためのタイムチャートである。なお、図示は省略するが、二次電池120への充電に制限が発生していない場合には、通常、駆動モータ220の回生制動の動作によって発生する回生電力は、二次電池120への充電電力および補機140の消費電力とされる。以下、二次電池120への充電に制限が発生していない場合において上記回生動作が行われる時を「通常回生動作時」とも呼ぶ。
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of regenerative braking controlled by the
図2のタイムチャートは、運転者がアクセル210を操作することで、アクセル開度(図2(a))が時刻t0から時刻t1の間で減少して時刻t1でゼロとなった後、運転者がシフト装置230を操作することで、時刻t2で減速モード(図2(b))がONとなった状態を例として示している。また、二次電池120の充電電力が、図2(e)に示すように、充電可能電力Pclとなっている状態を例として示している。
The time chart of FIG. 2 shows that when the driver operates the
ここで、減速モードは、例えば、運転者が、シフト装置230(図1)のポジションを、Dポジション(ドライブレンジ)からBポジション(ブレーキレンジ)にシフトすることによりONとなって制動要求が発生するモードである。減速モードは、例えば、内燃機関を動力源とする自動車におけるエンジンブレーキのような制動力による減速感を運転者に体感させるモードである。 Here, the deceleration mode is turned on when the driver shifts the position of the shift device 230 (FIG. 1) from the D position (drive range) to the B position (brake range), for example, and a braking request is generated. It is a mode to do. The deceleration mode is a mode in which the driver feels a deceleration feeling due to a braking force such as an engine brake in an automobile using an internal combustion engine as a power source.
アクセル開度(図2(a))の変化に応じて、図2(c)に示すように、駆動モータ220に対して要求されるモータトルク(以下、「モータトルク要求」とも呼ぶ)は、力行トルク(以下、「力行トルク要求」とも呼ぶ)から回生トルク(以下、「回生トルク要求」とも呼ぶ)に移行する。そして、駆動モータ220は、モータトルク要求に応じたモータトルクを発生する。図2(c)では、力行トルク要求であるモータトルク要求が、時刻t0から単調減少し、時刻t1の手前で回生トルク要求に移行し、時刻t2で減速モード(図2(b))がONとなるまでの間一定の回生トルク要求値Tb0とされる状態を示している。この回生トルク要求値Tb0は、走行中においてアクセルがオフされた時や、これに加えてブレーキが操作された時のような通常の車両の減速時において、補機140への電力の供給および二次電池120への充電を可能とするように設定される。本例では、回生トルク要求値Tb0(以下、「通常回生トルク値Tb0」とも呼ぶ)は、図2(e)のバッテリパワーのうちの二次電池120への充電電力が充電可能電力Pclを超えない値となるような低い充電電力に対応する値に設定される。
As shown in FIG. 2C, the motor torque required for the drive motor 220 (hereinafter also referred to as “motor torque request”) according to the change in the accelerator opening (FIG. 2A) is: A transition is made from power running torque (hereinafter also referred to as “power running torque request”) to regenerative torque (hereinafter also referred to as “regenerative torque request”). Then, the
そして、減速モードにおける回生トルク要求は、通常回生トルク値Tb0よりも大きい回生トルク要求値Tb2に設定される。以下では、回生トルク要求値Tb2を「減速モード回生トルク値Tb2」とも呼ぶ。但し、時刻t2から時刻t4までの遷移期間において設定される回生トルク要求は、以下で説明するように、減速モード回生トルク値Tb2よりも一時的に大きな値とされる。具体的には、時刻t2から時刻t3までの期間では、回生トルク要求は、時刻t3で減速モード回生トルク値Tb2よりも大きい値Tb1(以下、「増大回生トルク値Tb1」とも呼ぶ)となるように、通常回生トルク値Tb0から増大回生トルク値Tb1まで単調増加する値とされる。そして、時刻t3から時刻t4までの期間では、回生トルク要求は、時刻t4で減速モード回生トルク値Tb2となるように、増大回生トルク値Tb1から回生トルク要求値Tb2まで単調減少する値とされる。なお、単調増加および単調減少は、通常、直線状に増加および減少するように設定されている。但し、これに限定されるものではなく、曲線状に増加および減少するように設定されていてもよい。 The regenerative torque request in the deceleration mode is set to a regenerative torque request value Tb2 that is larger than the normal regenerative torque value Tb0. Hereinafter, the regenerative torque request value Tb2 is also referred to as “deceleration mode regenerative torque value Tb2”. However, the regenerative torque request set in the transition period from time t2 to time t4 is temporarily larger than the deceleration mode regenerative torque value Tb2, as described below. Specifically, during the period from time t2 to time t3, the regenerative torque request becomes a value Tb1 (hereinafter, also referred to as “increase regenerative torque value Tb1”) greater than the deceleration mode regenerative torque value Tb2 at time t3. Furthermore, the value is a monotonically increasing value from the normal regenerative torque value Tb0 to the increased regenerative torque value Tb1. In the period from time t3 to time t4, the regenerative torque request is a value that decreases monotonically from the increased regenerative torque value Tb1 to the regenerative torque request value Tb2 so that the deceleration mode regenerative torque value Tb2 is reached at time t4. . Note that the monotonic increase and monotonic decrease are normally set to increase and decrease linearly. However, it is not limited to this, You may set so that it may increase and decrease in the shape of a curve.
車両の減速度は回生トルク要求の大きさに比例するものであり、一時的に回生トルク要求を増大させることは、駆動モータ220による回生制動力を増大させて車両の減速度を増大させることに対応する。時刻t0以降の車両の減速時においては、図2(c)のモータトルク要求(回生トルク要求)に比例して車両の減速度が変化し、図2(d)に示すように車両の速度が減速する。時刻t2から時刻t4の期間では、回生トルク要求が時刻t2以前の通常回生トルク値Tb0及び時刻t4以降の回生トルク要求値Tb2よりも大きくなるように増加するので、一時的に減速度が増加する。
The deceleration of the vehicle is proportional to the magnitude of the regenerative torque request. Temporarily increasing the regenerative torque request increases the deceleration of the vehicle by increasing the regenerative braking force by the
時刻t2以降の回生トルク要求に応じて発生する回生電力は、エアコンプレッサ(ACP)104及び補機140(図1)を駆動する電力(図2(f))の[ACP+補機]パワー)として利用される。但し、本例では、説明を容易にするため、補機140のうち、本願発明に関係するヒータ(HT)145を除く他の補機用の電力を無視し、[ACP+補機」パワーは、[ACP+HT]パワーであるものとして説明する。すなわち、図2(g)は、エアコンプレッサ(ACP)104用の電力、すなわち、エアコンプレッサ104で消費される電力(ACPパワー)を示している。また、図2(h)は、ヒータ(HT)145で消費される電力(HTパワー)を示している。
The regenerative power generated in response to the regenerative torque request after time t2 is the power for driving the air compressor (ACP) 104 and the auxiliary machine 140 (FIG. 1) ([ACP + auxiliary machine] power of FIG. 2 (f)). Used. However, in this example, for the sake of easy explanation, the power for the auxiliary machines other than the heater (HT) 145 related to the present invention is ignored among the
時刻t2から時刻t3の期間では、回生トルク要求(図2(c))の単調増加に対応させて、[ACP+HT]パワー(図2(f))を値Pah0から値Pah1まで単調増加させることにより、回生トルク要求に応じた回生電力がエアコンプレッサ104及びヒータ145で消費される。但し、時刻t2から時刻t3の期間における[ACP+HT]パワーの増加の多くは、ACPパワー(図2(g))を値Pa0から値Pa1まで増加させることによるものである。なお、本例では、HTパワー(図2(h))については、値Ph0から値Ph1(≪Pa1)まで増加させている。
In the period from time t2 to time t3, the [ACP + HT] power (FIG. 2 (f)) is monotonically increased from the value Pah0 to the value Pah1 in response to the monotonic increase of the regenerative torque request (FIG. 2 (c)). The regenerative power corresponding to the regenerative torque request is consumed by the
時刻t3から時刻t4の期間では、回生トルク要求(図2(c))の単調減少に合わせて、[ACP+HT」パワー(図2(f))を単調減少させることにより、回生トルク要求に応じた回生電力がエアコンプレッサ104及びヒータ145で消費される。但し、時刻t3から時刻t4の期間において、ACPパワー(図2(g))については値Pa1から値Pa11まで単調減少するように設定されており、HTパワー(図2(h))については値Ph1から値Ph11まで単調増加するように設定されている。すなわち、ACPパワーおよびHTパワーは、ACPパワーの減少量Δ11(=Pa1−Pa11)がHTパワーの増加量Δ21(Ph11−Ph1)よりも大きくなるように設定されている。
設定されている。
During the period from time t3 to time t4, the [ACP + HT] power (FIG. 2 (f)) is monotonously decreased in accordance with the monotonic decrease of the regenerative torque request (FIG. 2 (c)), thereby satisfying the regenerative torque request. Regenerative power is consumed by the
Is set.
時刻t4以降の期間では、回生トルク要求(図2(c))は、一定の減速モード回生トルク値Tb2に設定されるので、これに対応させて[ACP+HT]パワー(図2(f))も一定の値Pah2に設定され、減速モード回生トルク値Tb2に応じた回生電力がエアコンプレッサ104及びヒータ145で消費される。但し、時刻t4から時刻t5までの期間では、時刻t3から時刻t4までの期間と同様に、ACPパワー(図2(g))は値Pa11から値Pa2まで単調減少するように設定され、HTパワー(図2(h))は値Ph11から値Ph2まで単調増加するように設定されている。また、ACPパワーおよびHTパワーは、ACPパワーの減少量Δ12(=Pa11−Pa2)とHTパワーの増加量Δ22(=Ph2−Ph11)とが等しく、[ACP+HT]パワーが時刻t4における値Pah2で一定となるように設定されている。
In the period after time t4, the regenerative torque request (FIG. 2 (c)) is set to a constant deceleration mode regenerative torque value Tb2, and accordingly, the [ACP + HT] power (FIG. 2 (f)) is also set. The constant value Pah2 is set, and regenerative power corresponding to the deceleration mode regenerative torque value Tb2 is consumed by the
以上説明したように、本実施形態では、車両の減速時において、駆動モータ220に対して要求する回生トルクによって発生する回生電力を、二次電池120への充電に代えて、エアコンプレッサおよびヒータの駆動量を増加させることで消費させている。例えば、回生電力を二次電池120への充電電力とした場合(通常回生動作時)には、図2(e)に破線で示すように、その充電電力が充電可能電力Pclを超えてしまう可能性が高い。これに対して、本実施形態では、二次電池120への充電に代えて、エアコンプレッサおよびヒータで回生電力を消費させることで、二次電池120への充電電力が充電可能電力Pclを超えてしまう状態が発生しないように制御することができる。
As described above, in the present embodiment, when the vehicle is decelerated, the regenerative power generated by the regenerative torque required for the
また、本実施形態では、減速モードがONとなったときに、その遷移期間(図2の時刻t2〜時刻t4)において、減速モード時の回生トルク要求(図2(c))を本来の減速モード回生トルク値Tb2に対して一時的に増大させている。そして、回生トルク要求の増大に合わせてエアコンプレッサ104を駆動するACPパワー(図2(g))およびヒータ145を駆動するHTパワー(図2(h))を増大させて、増大された回生トルク要求に対応する回生電力を消費させている。これにより、減速モードがONとなったときに、その遷移期間において一時的に回生制動力を増大させて、より大きな回生制動力で回生制動の動作を行なうことができ、これに応じた減速感を運転者に与えることができる。そして、遷移期間の経過後(時刻t4以降)において、減速モードにおける本来の減速モード回生トルク値Tb2に対応する回生電力を、エアコンプレッサ104およびヒータ145で消費させることにより、減速モード回生トルク値Tb2に対応した回生制動力で回生制動の動作を行なうことができ、これに応じた減速感を運転者に与えることができる。
Further, in the present embodiment, when the deceleration mode is turned on, the regenerative torque request (FIG. 2 (c)) in the deceleration mode is reduced to the original deceleration during the transition period (time t2 to time t4 in FIG. 2). It is temporarily increased with respect to the mode regenerative torque value Tb2. The increased regenerative torque is obtained by increasing the ACP power (FIG. 2 (g)) for driving the
また、遷移期間(時刻t2〜時刻t4)において、回生トルク要求(図2(c))の変化に合わせてエアコンプレッサ104を駆動するACPパワー(図2(g))を変化させている。具体的には、時刻t2〜時刻t3では、回生要求トルクの値Tb0から値Tb1への増大変化に合わせて、ACPパワーを値Pa0から値Pa1に増大変化させ、時刻t3〜時刻t4では、回生要求トルクの値Tb1から値Tb2への減少変化に合わせて、ACPパワーを値Pa1からPa11へ減少変化させている。すなわち、回生要求トルクを増大させて減速感を大きくさせるときはエアコンプレッサ104の駆動量を増大させ、回生要求トルクを減少させるときはエアコンプレッサ104の駆動量を減少させている。これにより、減速感を増大させるときはエアコンプレッサ104のNV(騒音・振動)が大きくなり、減速感を減少させるときはエアコンプレッサ104のNVが小さくなるように制御されている。なお、エアコンプレッサ104の駆動量を減少させている間、ヒータ145のHTパワー(図2(h))を増加させ、ヒータ145の駆動量を増加させているが、ヒータ145は、エアコンプレッサ104とは違い、駆動によってNVは基本的に発生しない。従って、減速モードの遷移期間において、運転者が、減速度に応じた減速感に対して、エアコンプレッサのNVが大きいと感じて違和感を覚えることの抑制を図ることができ、運転者が感じる操作性(ドライバビリティ)が低下することを抑制することができる。
In the transition period (time t2 to time t4), the ACP power (FIG. 2 (g)) for driving the
また、遷移期間経過後(時刻t4以降)において、減速モード回生トルク値Tb2(図2(c))の回生制動力で回生制動動作が継続され、運転者はこれに応じた減速感を感じることができる。この際、時刻t4〜時刻t5において、エアコンプレッサ104のACPパワー(図2(g))を、遷移期間から継続してさらに、値Pa11から値Pa2に減少変化させ、ACPパワー減少変化を補うようにヒータ145のHTパワー(図2(h))を値Ph11から値Ph2に増大変化させている。これにより、車両の減速に伴ってエアコンプレッサ104のNV(騒音・振動)がさらに小さくなるように制御されている。従って、減速モードの遷移期間後において、運転者が、減速度に応じた減速感に対して、エアコンプレッサのNVが大きいと感じて違和感を覚えることの抑制を図ることができ、運転者が感じる操作性(ドライバビリティ)が低下することを抑制することができる。
Further, after the transition period has elapsed (after time t4), the regenerative braking operation is continued with the regenerative braking force of the deceleration mode regenerative torque value Tb2 (FIG. 2C), and the driver feels a sense of deceleration corresponding thereto. Can do. At this time, from time t4 to time t5, the ACP power (FIG. 2 (g)) of the
B.他の実施形態:
(1)上記実施形態では、PM制御部170は、減速モードの遷移期間の時刻t2〜時刻t3において、エアコンプレッサ104のACPパワー(図2(g))に加えてヒータ145のHTパワー(図2(h))を増大させているが、HTパワーの増大を行なわないようにしてもよい。
B. Other embodiments:
(1) In the above-described embodiment, the
(2)上記実施形態では、エアコンプレッサ104のACPパワーの減少に合わせて、ヒータ145のHTパワーを増大させる構成としたが、これに限定されるものではない。燃料電池システム10に備えられる補機のうち、駆動量が変化してもNVが発生しないものや、発生するNVが小さいため問題とならないものであれば、ヒータ145に代えてあるいはヒータ145とともに利用可能である。
(2) In the above embodiment, the HT power of the
(3)上記実施形態では、PM制御部170は、減速モードの遷移期間経過後の時刻t4〜時刻t5において、遷移期間から継続してエアコンプレッサ104のACPパワーを減少させ、ヒータ145のHTパワーを増大させる場合(図2(g),図2(h))を例に示したが、時刻t4以降の減速モードにおいて、ACPパワーおよびHTパワーを一定とするようにしてもよい。
(3) In the above embodiment, the
(4)上記実施形態では、減速モードをONとすることにより発生する制動要求時を例に説明したが、これに限定されるものではなく、種々の制動要求時において回生制動によって制動動作を行なう場合に適用可能である。 (4) In the above embodiment, the case of a braking request that occurs when the deceleration mode is turned on has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the braking operation is performed by regenerative braking at various braking requests. Applicable to the case.
(5)上記実施形態では、車両に搭載された燃料電池システムを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電力を動力発生装置(駆動モータ)の動力源とする船舶、飛行機などの種々の移動体に搭載される燃料電池システムにも適用可能である。 (5) In the above embodiment, the fuel cell system mounted on the vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and ships, airplanes, and the like that use electric power as a power source of a power generation device (drive motor). The present invention can also be applied to fuel cell systems mounted on various mobile bodies.
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10…燃料電池システム
100…燃料電池(FC)
102…反応ガス供給機構
104…エアコンプレッサ(ACP
110…燃料電池用コンバータ
120…二次電池(BT)
125…BTセンサ
130…二次電池用コンバータ
140…補機
145…ヒータ
150…モータ用インバータ
160…エアコンプレッサ用インバータ
170…PM制御部
180…FC制御部
190…FDC制御部
200…MG制御部
210…アクセル
220…駆動モータ(TM)
230…シフト装置
FCL…FC出力配線
BCL…BT直流配線
HCL…高圧直流配線
10 ...
102 ... Reaction
110 ... Converter for
125 ...
230 ... Shift device FCL ... FC output wiring BCL ... BT DC wiring HCL ... High voltage DC wiring
Claims (1)
前記車両の動力を発生する駆動モータの動力源としての燃料電池及び二次電池と、
前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を供給するためのエアコンプレッサと、
前記車両で利用される熱を発生するためのヒータと、
前記車両の減速時に、前記駆動モータに要求する回生トルクを制御して回生電力を発生させることにより、回生制動を行なう制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記車両の減速時に前記回生制動を行なう場合において、
(a)前記回生トルクに従った前記エアコンプレッサの駆動量で前記エアコンプレッサを駆動することにより、前記回生トルクに従って発生する前記回生電力を前記エアコンプレッサで消費させ、
(b)前記(a)の処理後、前記エアコンプレッサの駆動量を低減しつつ、前記ヒータの駆動量を増加させて、前記エアコンプレッサおよび前記ヒータを駆動することにより、前記回生トルクに従って発生する前記回生電力を前記エアコンプレッサおよび前記ヒータで消費させる、燃料電池システム。 A fuel cell system mounted on a vehicle,
A fuel cell and a secondary battery as a power source of a drive motor for generating power of the vehicle;
An air compressor for supplying air as an oxidizing gas to the fuel cell;
A heater for generating heat used in the vehicle;
A control unit for performing regenerative braking by controlling regenerative torque required for the drive motor and generating regenerative electric power when the vehicle is decelerated;
With
In the case where the regenerative braking is performed when the vehicle is decelerated, the control unit,
(A) driving the air compressor with a driving amount of the air compressor according to the regenerative torque, thereby causing the air compressor to consume the regenerative power generated according to the regenerative torque;
(B) After the process of (a), the drive amount of the air compressor is increased while the drive amount of the heater is increased and the air compressor and the heater are driven to generate according to the regenerative torque. A fuel cell system in which the regenerative power is consumed by the air compressor and the heater.
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