JP2019160402A - 燃料電池システム、燃料電池システムを備える車両、および、燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この形態の燃料電池システムによれば、第1制御によって、燃料電池の出力電力に加えて、二次電池の出力電力を利用することによって高い効率で燃料電池システムを運転することが可能になる。そして、第1制御において二次電池の出力電力が、それ以上、上昇させることができない限界値に到達してしまう可能性があるような出力要求の増加を検出した場合に、第2制御に切り替えることによって、二次電池の負荷を、予め低減させておくことができる。そのため、その後、供給電力のさらなる増加が外部負荷から要求されたとしても、二次電池の出力電力が限界値に到達していることが抑制され、供給電力の増加の際に、二次電池の出力電力を用いることができない状態に陥ることが抑制される。よって、二次電池の出力電力の補助が得られずに、外部負荷への供給電力の増加要求に対する応答が、二次電池の出力電力の補助が得られているときより遅れてしまうことを抑制できる。
この形態の燃料電池システムによれば、第1制御において、二次電池の出力電力が限界値に到達してしまう可能性がある出力要求の増加を検出することができる。
この形態の燃料電池システムによれば、第2制御において二次電池の負担が大きく低減される。そのため、二次電池の電池容量が小さい場合であっても、二次電池の出力電力がその限界値にまで到達してしまうことを効果的に抑制することができる。
この形態の燃料電池システムによれば、第1制御において、二次電池の出力電力がその限界値に到達しないように、上限値を定めることができる。よって、二次電池に、出力限界に対して余裕がある状態を保たせることができ、外部負荷に供給される供給電力の急激な増加要求などに対応できなくなることを抑制することができる。
この形態の燃料電池システムによれば、二次電池の温度状態に起因して二次電池の出力電力の限界値が低下して、その限界値近傍において二次電池が出力する状態に陥ることを抑制できる。そのため、供給電力の増加要求がされたときに、二次電池の出力電力で対応できなくなることを、効果的に抑制することができる。
この形態の燃料電池システムによれば、二次電池の充電量が低下して二次電池の限界値が低下しても、二次電池がその限界値近傍において出力する状態に陥ることを抑制できる。そのため、供給電力の増加要求がされたときに、二次電池の出力電力で対応できなくなることを、効果的に抑制することができる。
この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池の出力電力を増加させるときにエアコンプレッサで消費される電力が小さいと見込まれるときほど、第1制御における二次電池の出力電力に対する制限を緩和することができる。よって、第1制御において二次電池の出力電力が過度に制限されて、システム効率が低下してしまうことを抑制できる。
この形態の車両によれば、二次電池の現時点での出力性能の限界に起因して、モータに供給される電力の増加要求に対する応答が遅れてしまうことを抑制できる。よって、運転者の操作に対してモータでのトルクの発生が遅れて、運転者に不快感を生じさせることを抑制できる。
この形態の制御方法によれば、第1制御において二次電池の出力電力が限界値に到達する可能性がある場合に、第2制御によって、二次電池の負担を予め低減させることができる。よって、二次電池の出力電力が限界値に到達して、二次電池の出力電力の補助が得られなくなり、二次電池の出力電力の補助が得られているときよりも、外部負荷に供給される供給電力の増加要求に対する応答が遅れてしまうことを抑制することができる。
図1は、第1実施形態における燃料電池システム10Aの構成を示す概略ブロック図である。燃料電池システム10Aは、出力要求に応じた電力を外部負荷OLに供給する。第1実施形態では、燃料電池システム10Aは、モータMTが発生する駆動力によって走行する車両100に搭載される。モータMTは、燃料電池システム10Aが電力を供給する外部負荷OLのひとつである。第1実施形態では、モータMTは、三相交流モータによって構成される。燃料電池システム10Aは、要求検出部11と、制御部15と、燃料電池20と、二次電池30と、を備える。
図6は、第2実施形態における燃料電池システム10Bの構成を示す概略ブロック図である。第2実施形態の燃料電池システム10Bは、二次電池30の現在の状態を監視するための二次電池状態検出部35を備えている点以外は、第1実施形態の燃料電池システム10Aの構成とほぼ同じである。二次電池状態検出部35は、二次電池30の現在の状態を監視して、二次電池30の現在の状態を表す情報を制御部15に出力する。二次電池状態検出部35は、温度検出部36と、SOC検出部37と、を備える。
図9は、第3実施形態における燃料電池システム10Cの構成を示す概略ブロック図である。図9には、図1および図6において図示が省略されていた反応ガス供給部40が図示されている。第3実施形態の燃料電池システム10Cの構成は、第2実施形態の燃料電池システム10Bの構成と実質的に同じである。
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
第1制御から第2制御への切り替えを判定するステップS20での判定条件は、上記の各実施形態において説明した第1条件と第2条件の両方を用いる条件に限定されることはない。ステップS20での判定条件としては、上記の第1条件と第2条件のうちの一方のみが用いられてもよい。また、ステップS20の判定条件は、例えば、予め決められた値以上の供給電力が予め決められた期間より長く継続して要求されたときに、第1制御から第2制御へと切り変わるように定められていてもよい。あるいは、二次電池30の充電量が予め決められた閾値より低いときに、供給電力の増加を要求する出力要求が検出されたときに、第1制御から第2制御へと切り替わるように定められていてもよい。
上記の各実施形態の第2制御において、二次電池30の出力電力Wbを0まで低下させない構成が採用されてもよい。第2制御において、二次電池30の出力電力Wbを第1制御から切り替わったときより低下させる制御が実行されることにより、第1制御のときよりも二次電池30の負荷が減るため、上記の各実施形態において説明したような効果を得ることができる。
上記の第2実施形態および第3実施形態では、二次電池状態検出部35によって、二次電池30の現在の温度と、二次電池30の現在のSOCと、が検出されている。これに対して、二次電池状態検出部35によって、二次電池30の現在の温度のみが検出される構成が採用されてもよい。この場合には、二次電池30の現在の温度に応じて上限値Wlimが変更される。また、二次電池状態検出部35によって、二次電池30の現在のSOCのみが検出される構成が採用されてもよい。この場合には、二次電池30の現在のSOCに応じて上限値Wlimが変更される。二次電池状態検出部35は、二次電池30の現在の温度と現在のSOC以外の二次電池30の状態を表す情報を検出して、制御部15に送信してもよい。二次電池状態検出部35は、例えば、現在の二次電池30の電圧を検出して制御部15に送信してもよい。この場合には、上限値Wlimが現在の二次電池30の電圧に応じて変更されてもよい。
上記の各実施形態において、燃料電池システム10A〜10Cは、車両100以外の船舶などの移動体や、建物などの施設に対して、電力の供給源として適用されてもよい。
上記実施形態において、マップによって実現されている構成は、マップと同等な出力結果を得ることができる関数式や演算式によって実現されてもよい。そうした出力結果を得るためのハードウェアは、コンピュータに限らず、種々の電子回路や演算装置によって実現することができる。上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
10B…燃料電池システム
10C…燃料電池システム
11…要求検出部
15…制御部
20…燃料電池
30…二次電池
35…二次電池状態検出部
36…温度検出部
37…SOC検出部
40…反応ガス供給部
41…エアコンプレッサ
42…補機インバータ
51…第1コンバータ
53…インバータ
55…第2コンバータ
100…車両
AP…アクセルペダル
L1…第1配線
L2…第2配線
L3…第3配線
MT…モータ
OL…外部負荷
MP…マップ
Claims (9)
- 出力要求に応じた電力を外部負荷に供給する燃料電池システムであって、
前記出力要求を検出する要求検出部と、
反応ガスの供給を受けて発電した電力を前記外部負荷に出力する燃料電池と、
充電された電力を前記外部負荷に出力する二次電池と、
(i)前記外部負荷に供給される電力において前記二次電池の出力電力が前記出力要求に応じて予め決められた割合を占めるように、前記燃料電池の出力電力と前記二次電池の出力電力とを制御する第1制御を実行し、(ii)前記第1制御の実行中に、前記第1制御では前記二次電池の出力電力が限界値に到達することが見込まれる予め決められた条件を満たす前記出力要求を前記要求検出部によって検出した場合に、前記二次電池の出力電力が前記第1制御のときより低下するように、前記燃料電池の出力電力の目標値を設定する第2制御に切り替える制御部と、
を備える、燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記第1制御の実行中に、前記要求検出部によって、前記予め決められた条件を満たす前記出力要求として、(a)前記出力要求に応じた電力が予め決められた第1閾値より大きくなる前記出力要求、または、(b)前記出力要求に応じた電力の単位時間あたりの増加量が予め決められた第2閾値より大きくなる前記出力要求の変化、の少なくとも一方を検出したときに、前記第2制御に切り替える、燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記第2制御において前記二次電池の出力電力が0まで低下するように制御する、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池の運転中に、前記二次電池の出力電力の上限値を、前記二次電池の状態に応じて決定し、前記第1制御において、前記二次電池の出力電力が、前記上限値を越えないように制御する、燃料電池システム。 - 請求項4記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記二次電池の温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、前記温度検出部の計測値に応じて前記上限値を決定する、燃料電池システム。 - 請求項4または請求項5記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出部を備え、
前記制御部は、前記二次電池の前記充電状態に応じて前記上限値を決定する、燃料電池システム。 - 請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池に前記反応ガスとして圧縮空気を供給するエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサに供給される電力を制御する補機インバータと、
を備え、
前記制御部は、前記補機インバータを介して前記エアコンプレッサの回転数を制御し、前記エアコンプレッサの回転数が大きいほど前記上限値の値を大きくする、燃料電池システム。 - 車両であって、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の燃料電池システムを備え、
前記外部負荷は、前記車両の駆動力を発生するモータを含み、
前記要求検出部は、運転者による前記車両の加速要求を受け付けるアクセルを含む、車両。 - 燃料電池の出力電力と、二次電池の出力電力と、を用いて、出力要求に応じた電力を外部負荷に供給する燃料電池システムの制御方法であって、
前記外部負荷に供給する電力において前記二次電池の出力電力が、前記出力要求に応じて予め決められた割合を占めるように、前記出力要求に応じて、前記燃料電池の出力電力と、前記二次電池の出力電力と、を制御する第1制御を実行する工程と、
前記第1制御の実行中に、前記二次電池の出力電力が限界値に到達することが見込まれる予め決められた条件を満たす前記出力要求の増加を検出したときに、前記二次電池の出力電力が前記第1制御のときより低下するように、前記燃料電池の出力電力の目標値を設定する第2制御に切り替える工程と、
を備える、制御方法。
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