JP2021052478A - Power supply system of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の電源システムに関する。 The present invention relates to a vehicle power supply system.
近年、駆動用モータを駆動源として走行する電動車両が広く利用されている。このような電動車両における技術として、駆動輪の回転エネルギを用いた発電を駆動用モータに行わせることによって車両に制動力を生じさせる回生制動と呼ばれる技術がある。回生制動時に駆動用モータにより発電される電力（以下、回生電力とも呼ぶ）は、基本的には、車両に搭載される二次電池に送られ、二次電池の充電に利用される。しかしながら、二次電池が満充電である場合等の特定の状況下では、駆動用モータの回生電力を二次電池以外の供給先で消費する必要が生じる。このような余剰の回生電力を空調機器等の補機で消費することが考えられるが、補機類では消費できる電力が小さいため、消費しきれない場合がある。 In recent years, electric vehicles that travel using a drive motor as a drive source have been widely used. As a technique for such an electric vehicle, there is a technique called regenerative braking that generates a braking force in the vehicle by causing a drive motor to generate electricity using the rotational energy of the drive wheels. The electric power generated by the drive motor during regenerative braking (hereinafter, also referred to as regenerative electric power) is basically sent to the secondary battery mounted on the vehicle and used for charging the secondary battery. However, under certain circumstances such as when the secondary battery is fully charged, it becomes necessary to consume the regenerative power of the drive motor at a supply destination other than the secondary battery. It is conceivable that such surplus regenerative power is consumed by auxiliary equipment such as air conditioners, but since the power that can be consumed by auxiliary equipment is small, it may not be completely consumed.
ここで、電動車両の中で、駆動用モータの電力源として燃料電池および二次電池を備え、燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に電動式のコンプレッサが設けられているものがある。そして、このような電動車両において、駆動用モータの回生電力を用いて空気供給路のコンプレッサを回転駆動させることにより、当該回生電力を消費する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。 Here, among electric vehicles, a fuel cell and a secondary battery are provided as a power source for a drive motor, and an electric compressor is provided in an air supply path through which air supplied to the fuel cell flows. is there. Then, in such an electric vehicle, a technique for consuming the regenerative power by rotationally driving the compressor of the air supply path by using the regenerative power of the drive motor is disclosed (see, for example, Patent Document 1). ).
ところで、電費向上の目的で、燃料電池への空気の供給に利用される電動過給機として、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンを有しており、当該タービンと空気供給路のコンプレッサとが一体的に回転するようになっているものが提案されている。このような電動過給機を備える電源システムにおいて、駆動用モータの回生電力を消費するために、当該回生電力を用いて当該電動過給機のコンプレッサを回転駆動させた場合、タービンとコンプレッサとが一体的に回転することに起因して、回生電力を適切に消費することが困難となる場合がある。 By the way, as an electric supercharger used for supplying air to a fuel cell for the purpose of improving electricity cost, a turbine provided in an air discharge path through which air discharged from the fuel cell flows is provided. And the compressor of the air supply path are proposed to rotate integrally. In a power supply system provided with such an electric supercharger, when the compressor of the electric supercharger is rotationally driven by using the regenerative power in order to consume the regenerative power of the drive motor, the turbine and the compressor are connected. Due to the integral rotation, it may be difficult to properly consume the regenerated power.
例えば、回生電力を用いてコンプレッサを回転駆動させる際に、コンプレッサにより供給される空気が燃料電池およびタービンを介さずに外気に排出されるようにした場合には、タービンにおける空気の流量と圧力との関係が異常となりタービンの破損や騒音が生じるおそれがある。また、コンプレッサにより供給される空気が燃料電池を迂回してタービンに送られるようにした場合には、タービンを回転させる力が空気の流れによりタービンに付与されることに起因して、電動過給機で消費可能な電力が低下してしまう。 For example, when the compressor is rotationally driven using regenerative power, if the air supplied by the compressor is discharged to the outside air without going through the fuel cell and the turbine, the flow rate and pressure of the air in the turbine will be affected. There is a risk of turbine damage and noise due to abnormal relationships. Further, when the air supplied by the compressor is sent to the turbine by bypassing the fuel cell, electric supercharging is performed because the force for rotating the turbine is applied to the turbine by the air flow. The power that can be consumed by the machine is reduced.
そこで、本発明は、このような課題に鑑み、燃料電池および二次電池を備える電源システムにおいて、電費を向上させつつ、駆動用モータの回生電力を適切に消費することを目的としている。 Therefore, in view of such a problem, an object of the present invention is to appropriately consume the regenerative power of the drive motor while improving the electric power cost in the power supply system including the fuel cell and the secondary battery.
上記課題を解決するために、本発明の車両の電源システムは、駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、電動過給機と、制御装置と、を備え、電動過給機は、燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、コンプレッサとタービンとの間の動力の伝達を断接するクラッチと、を有し、制御装置は、クラッチを開放させた状態で、駆動用モータの回生電力を用いてコンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行する。 In order to solve the above problems, the vehicle power supply system of the present invention includes a drive motor that outputs power to drive the drive wheels, a fuel cell that generates electric power supplied to the drive motor, and a drive motor. A secondary battery for storing the supplied electric power, an electric supercharger, and a control device are provided. The electric supercharger includes a compressor provided in an air supply path through which air supplied to the fuel cell flows. It has a turbine installed in an air discharge path through which air discharged from a fuel cell flows, a compressor motor that outputs power to drive the compressor, and a clutch that connects and disconnects the power transmission between the compressor and the turbine. Then, the control device executes the regenerative power consumption control for driving the compressor motor by using the regenerative power of the drive motor with the clutch released.
空気供給路におけるコンプレッサより下流側から分岐して燃料電池およびタービンを迂回する分岐路をさらに備え、制御装置は、回生電力消費制御において、コンプレッサにより供給される空気が分岐路に送られるように、当該空気の流れを制御してもよい。 Further provided is a branch path that branches from the downstream side of the compressor in the air supply path and bypasses the fuel cell and the turbine, and the control device is provided with a branch path so that the air supplied by the compressor is sent to the branch path in the regenerative power consumption control. The air flow may be controlled.
空気供給路におけるコンプレッサより下流側と、空気排出路におけるタービンより上流側とをバイパスするバイパス路をさらに備え、制御装置は、回生電力消費制御において、コンプレッサにより供給される空気がバイパス路を通ってタービンに送られるように、当該空気の流れを制御してもよい。 Further provided is a bypass path that bypasses the downstream side of the compressor in the air supply path and the upstream side of the turbine in the air discharge path. The flow of the air may be controlled so that it is sent to the turbine.
コンプレッサにより供給される空気の流れを切り替える切替機構を備え、制御装置は、回生電力消費制御の非実行時に、燃料電池の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される場合、クラッチを予め開放させ、かつ、回生電力消費制御用に切替機構を予め駆動させてもよい。 A switching mechanism for switching the flow of air supplied by the compressor is provided, and the control device preliminarily disengages the clutch when it is determined that the possibility of fuel cell power generation request occurring is lower than the standard when the regenerative power consumption control is not executed. It may be opened and the switching mechanism may be driven in advance for regenerative power consumption control.
制御装置は、駆動用モータの回生電力が二次電池の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行してもよい。 The control device may execute the regenerative power consumption control when it is determined that the regenerative power of the drive motor is excessive with respect to the charging capacity of the secondary battery.
制御装置は、二次電池の残存容量に基づいて、駆動用モータの回生電力が二次電池の充電能力に対して過剰であるか否かを判定してもよい。 The control device may determine whether or not the regenerative power of the drive motor is excessive with respect to the charging capacity of the secondary battery based on the remaining capacity of the secondary battery.
制御装置は、二次電池と接続される補機の要求電力に基づいて、駆動用モータの回生電力が二次電池の充電能力に対して過剰であるか否かを判定してもよい。 The control device may determine whether or not the regenerative power of the drive motor is excessive with respect to the charging capacity of the secondary battery based on the required power of the auxiliary device connected to the secondary battery.
制御装置は、二次電池の異常の診断結果に基づいて、駆動用モータの回生電力が二次電池の充電能力に対して過剰であるか否かを判定してもよい。 The control device may determine whether or not the regenerative power of the drive motor is excessive with respect to the charging capacity of the secondary battery based on the diagnosis result of the abnormality of the secondary battery.
本発明によれば、燃料電池および二次電池を備える電源システムにおいて、電費を向上させつつ、駆動用モータの回生電力を適切に消費することが可能となる。 According to the present invention, in a power supply system including a fuel cell and a secondary battery, it is possible to appropriately consume the regenerative power of the drive motor while improving the electric power cost.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, other specific numerical values, etc. shown in the embodiment are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to omit duplicate description, and elements not directly related to the present invention are not shown. To do.
<第１の実施形態>
図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る電源システム１について説明する。
<First embodiment>
The
［構成］
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る電源システム１の構成について説明する。
[Constitution]
First, the configuration of the
図１は、電源システム１の概略構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
電源システム１は、具体的には、電動車両に搭載され、車両内の各装置に電力を供給するために用いられるシステムである。
Specifically, the
なお、以下で説明する電源システム１は、あくまでも本発明に係る電源システムの一例であり、後述するように、本発明に係る電源システムの構成は電源システム１の構成に特に限定されない。
The
具体的には、図１に示されるように、電源システム１は、駆動輪９を駆動する動力を出力する駆動用モータ３０と、駆動用モータ３０に供給される電力を発電する燃料電池１０と、駆動用モータ３０に供給される電力を蓄電する二次電池２０と、電動過給機５０と、制御装置１００とを備える。さらに、電源システム１は、燃料電池コンバータ４１と、二次電池コンバータ４２と、第１インバータ４３と、第２インバータ４４と、二次電池センサ６０と、補機９０とを備える。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
電源システム１が搭載される車両は、燃料電池１０または二次電池２０の少なくとも一方から供給される電力を用いて駆動される駆動用モータ３０を駆動源として走行する。詳細には、主として燃料電池１０により発電される電力が駆動用モータ３０の駆動に用いられ、例えば、駆動用モータ３０の駆動に要求される電力に対して燃料電池１０により発電される電力が不足する場合に二次電池２０に蓄電される電力が利用される。
The vehicle equipped with the
電源システム１において、燃料電池１０は、燃料電池コンバータ４１を介して第１インバータ４３と接続されている。二次電池２０は、二次電池コンバータ４２を介して第１インバータ４３と接続されている。二次電池２０および二次電池コンバータ４２は、燃料電池１０および燃料電池コンバータ４１に対して並列に第１インバータ４３と接続されている。第１インバータ４３は、駆動用モータ３０と接続されており、当該駆動用モータ３０が駆動輪９と接続されている。
In the
燃料電池１０は、燃料ガス（具体的には、水素ガス）と酸化ガス（具体的には、空気）とを反応させることにより発電する電池である。具体的には、燃料電池１０は、水素タンク（図示省略）と接続されており、水素タンクには、例えば、燃料電池１０に供給される高圧水素が充填されている。そして、モータポンプ（図示省略）等により水素タンクから燃料電池１０へ水素ガスが供給されるようになっている。また、燃料電池１０には、後述する電動過給機５０により酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池１０への水素ガスおよび空気の供給量が制御されることによって、燃料電池１０の出力が制御される。
The
燃料電池コンバータ４１は、燃料電池１０により発電される電力を昇圧可能な電力変換装置である。例えば、燃料電池コンバータ４１は、いわゆるチョッパ方式の回路を含むＤＣＤＣコンバータであり、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、燃料電池コンバータ４１による電力変換が制御される。燃料電池１０により発電される電力は、燃料電池コンバータ４１および第１インバータ４３を介して駆動用モータ３０に供給され、駆動用モータ３０の駆動に利用される。また、燃料電池１０により発電される電力は、燃料電池コンバータ４１および二次電池コンバータ４２を介して二次電池２０に供給され、二次電池２０の充電にも利用され得る。
The
二次電池２０は、電力を充放電可能な電池である。二次電池２０としては、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池または鉛蓄電池が用いられるが、これら以外の電池が用いられてもよい。
The
二次電池コンバータ４２は、二次電池２０に蓄電される電力を昇圧可能であり、さらに燃料電池コンバータ４１または第１インバータ４３から供給される電力を降圧可能な電力変換装置である。例えば、二次電池コンバータ４２は、いわゆるチョッパ方式の回路を含むＤＣＤＣコンバータであり、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、二次電池コンバータ４２による電力変換が制御される。二次電池２０に蓄電される電力は、二次電池コンバータ４２および第１インバータ４３を介して駆動用モータ３０に供給され、駆動用モータ３０の駆動に利用される。
The
補機９０は、車両に備えられた各種機器（例えば、空調機器または音響機器等）である。補機９０は、二次電池２０と接続され、例えば、二次電池２０から供給される電力を用いて駆動される。なお、図１では、補機９０が二次電池コンバータ４２を介して二次電池２０と接続されている例が示されているが、補機９０と二次電池２０との接続関係はこのような例に特に限定されず、例えば、二次電池２０と二次電池コンバータ４２との間に補機９０が介在していてもよい。また、二次電池２０と補機９０との間には、二次電池２０に蓄電される電力を降圧して補機９０に供給可能なＤＣＤＣコンバータが設けられていてもよい。
The
駆動用モータ３０は、動力を出力可能であり、駆動用モータ３０から出力される動力は、駆動輪９に伝達される。駆動用モータ３０としては、例えば、多相交流式（例えば、三相交流式）のモータが用いられる。また、駆動用モータ３０は、車両の減速時に回生駆動されて駆動輪９の回転エネルギを用いて発電する発電機としての機能（つまり、回生機能）も有する。
The
第１インバータ４３は、燃料電池コンバータ４１または二次電池コンバータ４２から供給される直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ３０に供給可能であり、さらに駆動用モータ３０により発電される交流電力を直流電力に変換して二次電池コンバータ４２に供給可能な電力変換装置である。第１インバータ４３は、例えば、多相ブリッジ回路（例えば、三相ブリッジ回路）を含み、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、第１インバータ４３による電力変換が制御される。駆動用モータ３０により発電される電力（つまり、回生電力）は、基本的には、第１インバータ４３および二次電池コンバータ４２を介して二次電池２０に供給され、二次電池２０の充電に利用される。
The
電源システム１には、燃料電池１０に空気を供給する機構である空気供給機構１１０が設けられている。ここで、図１および図２を参照して、空気供給機構１１０の構成について説明する。
The
図２は、本発明の第１の実施形態に係る空気供給機構１１０の概略構成を示す模式図である。具体的には、図２では、燃料電池１０による発電が行われている時（以下、燃料電池１０の発電時とも呼ぶ）における空気供給機構１１０の様子が示されており、その際の空気供給機構１１０における空気の流れが矢印によって示されている。
FIG. 2 is a schematic view showing a schematic configuration of the
図２に示されるように、空気供給機構１１０は、燃料電池１０に供給される空気が流通する空気供給路１１１と、燃料電池１０から排出される空気が流通する空気排出路１１２と、空気供給路１１１におけるコンプレッサ５１より下流側から分岐して燃料電池１０およびタービン５２を迂回する分岐路１１３と、コンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０とを備える。
As shown in FIG. 2, the
燃料電池１０の発電時には、空気供給機構１１０において、電動過給機５０のコンプレッサ５１により電源システム１の外部の空気が空気供給路１１１に吸引され、燃料電池１０に空気供給路１１１を介して空気が供給される。そして、燃料電池１０に供給された空気は、燃料電池１０内で水素ガスと反応した後に空気排出路１１２に排出される。燃料電池１０から排出された空気は、電動過給機５０のタービン５２に回転力（つまり、タービン５２を回転させる力）を付与しながら空気排出路１１２を流通し、電源システム１の外部に排出される。
At the time of power generation of the
詳細には、電動過給機５０は、コンプレッサ５１と、タービン５２と、コンプレッサ用モータ５３と、クラッチ５４とを有する。具体的には、同軸上に配置されているコンプレッサ５１とタービン５２との間にクラッチ５４が設けられており、コンプレッサ用モータ５３は、コンプレッサ５１とクラッチ５４との間に設けられている。
Specifically, the
コンプレッサ５１は、空気供給路１１１に設けられている。コンプレッサ５１は、空気を圧縮して吸引するものである。ゆえに、コンプレッサ５１が回転駆動されることによって、電源システム１の外部の空気が空気供給路１１１に吸引される。
The
タービン５２は、空気排出路１１２に設けられている。タービン５２は、流体の運動エネルギを回転エネルギに変換する機能を有する。ゆえに、空気排出路１１２中でタービン５２が空気の流れを受けることによって、回転エネルギを生成することができる。
The
コンプレッサ用モータ５３は、コンプレッサ５１を駆動する動力を出力する。コンプレッサ用モータ５３としては、例えば、多相交流式（例えば、三相交流式）のモータが用いられる。具体的には、図１に示されるように、コンプレッサ用モータ５３は、第２インバータ４４を介して二次電池２０と接続されており、二次電池２０から第２インバータ４４を介して供給される電力を用いて駆動される。
The
第２インバータ４４は、二次電池コンバータ４２から供給される直流電力を交流電力に変換してコンプレッサ用モータ５３に供給可能な電力変換装置である。第２インバータ４４は、例えば、多相ブリッジ回路（例えば、三相ブリッジ回路）を含み、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、第２インバータ４４による電力変換が制御される。
The
クラッチ５４は、コンプレッサ５１とタービン５２との間の動力の伝達を断接するものである。クラッチ５４としては、例えば、コンプレッサ５１と接続されているコンプレッサ５１側の摩擦板と、タービン５２と接続されているタービン５２側の摩擦板とを含む電磁式のクラッチが用いられる。両摩擦板が離隔しており、コンプレッサ５１とタービン５２との間の動力の伝達が遮断されている状態が、クラッチ５４が開放されている状態に相当する。一方、両摩擦板が接触しており、コンプレッサ５１とタービン５２との間で動力が伝達されるようになっている状態が、クラッチ５４が閉鎖されている状態に相当する。
The clutch 54 connects and disconnects the transmission of power between the
空気供給路１１１は、空気の吸入口とコンプレッサ５１とを接続する第１供給路１１１ａと、コンプレッサ５１と燃料電池１０とを接続する第２供給路１１１ｂおよび第３供給路１１１ｃとを有する。第２供給路１１１ｂは、第３供給路１１１ｃに対して上流側に位置しており、コンプレッサ５１と接続されている。一方、第３供給路１１１ｃは、燃料電池１０と接続されている。なお、各供給路は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。
The
第２供給路１１１ｂと第３供給路１１１ｃとの間には、三方弁１２１が設けられており、三方弁１２１には、分岐路１１３が接続されている。三方弁１２１は、第２供給路１１１ｂがいずれの通路と連通するかを切り替える弁であり、第２供給路１１１ｂと第３供給路１１１ｃとが連通する状態と、第２供給路１１１ｂと分岐路１１３（具体的には、第１分岐路１１３ａ）とが連通する状態とを切り替える機能を有する。
A three-
上記のように、三方弁１２１は、コンプレッサ５１により供給される空気の流れを切り替える機構の一例（つまり、本発明に係る切替機構の一例）に相当する。具体的には、三方弁１２１によって、コンプレッサ５１により供給される空気が分岐路１１３に送られる状態となるか否かが切り換えられる。分岐路１１３は、後述する回生電力消費制御において利用される。
As described above, the three-
空気排出路１１２は、燃料電池１０とタービン５２とを接続する第１排出路１１２ａと、タービン５２と空気の排出口とを接続する第２排出路１１２ｂとを有する。なお、各排出路は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。
The
分岐路１１３は、三方弁１２１と空気の排出口とを接続する第１分岐路１１３ａおよび第２分岐路１１３ｂを有する。第１分岐路１１３ａは、第２分岐路１１３ｂに対して上流側に位置しており、三方弁１２１と接続されている。一方、第２分岐路１１３ｂは、空気の排出口と接続されている。なお、各分岐路は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。また、第２分岐路１１３ｂと接続される排出口は、第２排出路１１２ｂと接続される排出口と同一であってもよく（つまり、第２分岐路１１３ｂが第２排出路１１２ｂと合流していてもよく）、異なっていてもよい。
The
第１分岐路１１３ａと第２分岐路１１３ｂとの間には、背圧調整弁１２２が設けられている。背圧調整弁１２２は、空気供給機構１１０内における当該背圧調整弁１２２より上流側での空気の圧力を調整する機能を有する。
A back
燃料電池１０の発電時には、詳細には、クラッチ５４が閉鎖された状態で、二次電池２０の電力を用いてコンプレッサ用モータ５３が駆動される。それにより、コンプレッサ５１が回転駆動されて空気の吸引が行われる。また、三方弁１２１が、第２供給路１１１ｂと第３供給路１１１ｃとが連通する状態となるように制御される。それにより、コンプレッサ５１により供給される空気が燃料電池１０に送られるように、当該空気の流れが制御される。ゆえに、コンプレッサ５１により供給される空気が、第１供給路１１１ａ、コンプレッサ５１、第２供給路１１１ｂ、第３供給路１１１ｃ、燃料電池１０、第１排出路１１２ａ、タービン５２、第２排出路１１２ｂの順に流れる。
At the time of power generation of the
上述したように、燃料電池１０の発電時には、クラッチ５４が閉鎖されている状態となっている。ゆえに、コンプレッサ５１とタービン５２とが一体的に回転する。よって、空気の運動エネルギを用いてタービン５２によって生成される回転エネルギが電動過給機５０の回転に利用される状態となる。それにより、電費の向上が実現される。
As described above, the clutch 54 is in a closed state when the
以下、図１に戻り、電源システム１の構成の説明を続ける。
Hereinafter, returning to FIG. 1, the description of the configuration of the
二次電池センサ６０は、二次電池２０の各種状態量を検出し、制御装置１００へ出力する。例えば、二次電池センサ６０は、二次電池２０の残存容量（以下、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）とも呼ぶ）、温度、電圧および内部抵抗を検出する。なお、二次電池センサ６０は、二次電池２０の各セルの電圧を検出してもよい。
The
制御装置１００は、電源システム１における各装置の動作を制御することによって、電源システム１内の電力の供給を制御する。
The
例えば、制御装置１００は、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
For example, the
具体的には、制御装置１００は、燃料電池１０、燃料電池コンバータ４１、二次電池コンバータ４２、第１インバータ４３、第２インバータ４４およびクラッチ５４の動作を制御することによって、電源システム１内の電力の供給を制御する。
Specifically, the
例えば、制御装置１００は、燃料電池１０および二次電池２０から駆動用モータ３０への電力の供給を制御することによって、駆動用モータ３０の出力を制御することができる。
For example, the
また、例えば、制御装置１００は、燃料電池１０から二次電池２０への電力の供給を制御することによって、燃料電池１０の発電電力を用いた二次電池２０の充電を制御することができる。
Further, for example, the
また、例えば、制御装置１００は、駆動用モータ３０から二次電池２０への電力の供給を制御することによって、駆動用モータ３０の回生電力を用いた二次電池２０の充電を制御することができる。
Further, for example, the
また、制御装置１００は、二次電池センサ６０と通信することによって、当該二次電池センサ６０から出力される情報を取得する。このように得られる情報は、電源システム１内の電力の供給の制御に関する処理に利用される。
Further, the
制御装置１００は、上述したように、電源システム１に搭載される各装置と通信を行う。制御装置１００と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。
As described above, the
なお、本実施形態に係る制御装置１００が有する機能は複数の制御装置により少なくとも部分的に分割されてもよく、複数の機能が１つの制御装置によって実現されてもよい。制御装置１００が有する機能が複数の制御装置により少なくとも部分的に分割される場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。
The function of the
上記のように、制御装置１００は、駆動用モータ３０の回生電力を用いた二次電池２０の充電を制御する。しかしながら、上述したように、二次電池２０が満充電である場合等の特定の状況下では、駆動用モータ３０の回生電力を二次電池２０以外の供給先で消費する必要が生じる。ここで、制御装置１００は、電動過給機５０のクラッチ５４を開放させた状態で、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３を駆動させる回生電力消費制御を実行する。それにより、電費を向上させつつ、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することが可能となる。このような、制御装置１００により行われる回生電力消費制御に関する処理の詳細については、後述にて説明する。
As described above, the
［動作］
続いて、図３および図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る電源システム１の動作について説明する。
[motion]
Subsequently, the operation of the
図３は、制御装置１００が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示される制御フローは、具体的には、制御装置１００により行われる回生電力消費制御に関する処理の流れであり、電源システム１の起動後に繰り返し実行される。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the flow of processing performed by the
図３に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ５０１において、制御装置１００は、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否か（つまり、回生電力を二次電池２０への充電によって消費し切ることが困難であるか否か）を判定する。回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定された場合（ステップＳ５０１／ＹＥＳ）、ステップＳ５０２に進む。一方、回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定されなかった場合（ステップＳ５０１／ＮＯ）、ステップＳ５０１の判定処理が繰り返される。
When the control flow shown in FIG. 3 is started, first, in step S501, the
制御装置１００は、具体的には、アクセル開度およびブレーキ操作量に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力を決定する。詳細には、制御装置１００は、アクセル操作が緩められた場合、アクセル操作が行われていない場合、またはブレーキ操作が行われている場合に、駆動用モータ３０に回生発電を行わせる。そして、制御装置１００は、それらの場合において、アクセル開度およびブレーキ操作量に基づいて、回生電力を決定し、決定された回生電力での発電を駆動用モータ３０に行わせる。
Specifically, the
また、制御装置１００は、二次電池２０に関する各種情報に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することができる。
Further, the
例えば、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣに基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定する。
For example, the
具体的には、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣが基準ＳＯＣより高い場合、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定してもよい。基準ＳＯＣは、例えば、回生電力を用いて二次電池２０の充電を行った場合に二次電池２０が満充電になる可能性が比較的高いか否かを適切に判定し得る値に適宜設定される。
Specifically, when the SOC of the
また、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣに基づいて当該二次電池２０の許容充電量（つまり、単位時間あたりに二次電池２０に充電可能な電力量）を特定し、二次電池２０の許容充電量が駆動用モータ３０により回生発電される単位時間あたりの電力量よりも小さい場合、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定してもよい。
Further, the
なお、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣを適切に特定する観点では、二次電池２０の各セルの電圧に基づいて、二次電池２０のＳＯＣを特定することが好ましい。また、制御装置１００は、二次電池２０の許容充電量を適切に特定する観点では、二次電池２０のＳＯＣに加えて二次電池２０の温度に基づいて、二次電池２０の許容充電量を特定することが好ましい。
From the viewpoint of appropriately specifying the SOC of the
ここで、ステップＳ５０１の判定処理を二次電池２０のＳＯＣに基づいて行う場合、より適切に判定を行う観点では、制御装置１００は、二次電池２０と接続される補機９０の要求電力（つまり、補機９０を駆動する電力の要求値）に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することが好ましい。
Here, when the determination process of step S501 is performed based on the SOC of the
具体的には、制御装置１００は、ステップＳ５０１の判定処理を二次電池２０のＳＯＣと基準ＳＯＣとの比較によって行う場合、補機９０の要求電力が大きいほど、当該基準ＳＯＣを高くすることが好ましい。また、制御装置１００は、ステップＳ５０１の判定処理を二次電池２０の許容充電量と回生発電される単位時間あたりの電力量との比較によって行う場合、二次電池２０の許容充電量が駆動用モータ３０により回生発電される単位時間あたりの電力量から補機９０の要求電力を減算して得られる値よりも小さいことをもって、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定することが好ましい。
Specifically, when the determination process of step S501 is performed by comparing the SOC of the
また、例えば、制御装置１００は、二次電池２０の異常の診断結果に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定する。
Further, for example, the
具体的には、制御装置１００は、二次電池２０が異常であると診断される場合、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定してもよい。
Specifically, when the
なお、二次電池２０の異常は、制御装置１００によって診断されてもよく、制御装置１００と通信する他の装置によって診断されてもよい。例えば、二次電池２０の電圧（具体的には、開放端電圧）が基準電圧より低い場合、二次電池２０が異常である（具体的には、二次電池２０が短絡している）と診断される。基準電圧は、例えば、二次電池２０の１つのセルが短絡した場合に想定される二次電池２０の開放端電圧より高く、正常時における二次電池２０の開放端電圧より低い値に設定される。また、例えば、二次電池２０の内部抵抗が基準抵抗より大きい場合、二次電池２０が異常である（具体的には、二次電池２０が劣化している）と診断される。基準抵抗は、例えば、二次電池２０の１つのセルで劣化が生じた場合に想定される二次電池２０の内部抵抗より小さく、正常時における二次電池２０の内部抵抗より大きい値に設定される。
The abnormality of the
ステップＳ５０１でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ５０２において、制御装置１００は、回生電力消費制御を実行する。そして、図３に示される制御フローは終了する。回生電力消費制御は、上述したように、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３を駆動させる制御である。
If YES is determined in step S501, the
ここで、制御装置１００は、電動過給機５０のクラッチ５４を開放させた状態で、回生電力消費制御を実行する。ゆえに、例えば、ステップＳ５０１でＹＥＳと判定された際に、クラッチ５４が閉鎖されている場合、制御装置１００は、クラッチ５４を開放させた後に回生電力消費制御を実行する。
Here, the
また、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気が分岐路１１３に送られるように、当該空気の流れを制御する。具体的には、三方弁１２１を、第２供給路１１１ｂと第１分岐路１１３ａとが連通する状態となるように制御することによって、コンプレッサ５１により供給される空気が上記の回生電力消費制御用の流れとなる。ゆえに、例えば、ステップＳ５０１でＹＥＳと判定された際に、三方弁１２１により第２供給路１１１ｂと第３供給路１１１ｃとが連通する状態となっている場合、制御装置１００は、第２供給路１１１ｂと第１分岐路１１３ａとが連通する状態となるように三方弁１２１を駆動させた後に回生電力消費制御を実行する。
Further, in the regenerative power consumption control, the
ここで、図４を参照して、回生電力消費制御について、詳細に説明する。図４は、回生電力消費制御の実行時における空気供給機構１１０の様子を示す模式図である。具体的には、図４では、回生電力消費制御の実行時の空気供給機構１１０における空気の流れが矢印によって示されている。
Here, the regenerative power consumption control will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic view showing the state of the
図４に示されるように、回生電力消費制御において、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３が駆動されることにより、コンプレッサ５１が回転駆動されて空気の吸引が行われる。また、上述したように、三方弁１２１は、第２供給路１１１ｂと第１分岐路１１３ａとが連通する状態となるように制御される。それにより、コンプレッサ５１により供給される空気が分岐路１１３に送られるように、当該空気の流れが制御される。ゆえに、コンプレッサ５１により供給される空気が、第１供給路１１１ａ、コンプレッサ５１、第２供給路１１１ｂ、第１分岐路１１３ａ、第２分岐路１１３ｂの順に流れる。
As shown in FIG. 4, in the regenerative power consumption control, the
上述したように、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気は、分岐路１１３に送られる。ゆえに、燃料電池１０に空気が送られることにより燃料電池１０の電解質膜が乾燥してしまうことを抑制することができる。
As described above, in the regenerative power consumption control, the air supplied by the
また、回生電力消費制御において、クラッチ５４が開放されている状態となっている。ゆえに、空気の流れが生じていない空気排出路１１２において、タービン５２がコンプレッサ５１に連れ回されることを抑制することができる。よって、タービン５２における空気の流量と圧力との関係が異常となりタービン５２の破損や騒音が生じることを抑制することができる。したがって、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。
Further, in the regenerative power consumption control, the clutch 54 is in a released state. Therefore, it is possible to prevent the
なお、空気供給機構１１０によれば、分岐路１１３に背圧調整弁１２２が設けられていることによって、回生電力消費制御において、空気供給路１１１内の圧力が過度に低下してしまうことが抑制される。
According to the
上記で説明した図３に示される制御フローのように、駆動用モータ３０の回生電力を二次電池２０以外の供給先で消費する必要性に対応した適切なタイミングで回生電力消費制御を実行する観点では、制御装置１００は、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行することが好ましい。
As in the control flow shown in FIG. 3 described above, the regenerative power consumption control is executed at an appropriate timing corresponding to the need to consume the regenerative power of the
ここで、回生電力消費制御を迅速に開始する観点では、制御装置１００は、回生電力消費制御の非実行時に、燃料電池１０の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される場合、クラッチ５４を予め開放させ、かつ、回生電力消費制御用に切替機構（具体的には、三方弁１２１）を予め駆動させる（具体的には、第２供給路１１１ｂと第１分岐路１１３ａとが連通する状態となるように三方弁１２１を駆動させる）ことが好ましい。例えば、主として二次電池２０により発電される電力が駆動用モータ３０の駆動に用いられる場合において、燃料電池１０の発電電力を用いた二次電池２０の充電が行われないと予想される程度に二次電池２０のＳＯＣが高い場合に、燃料電池１０の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される。なお、上記基準は、例えば、数値であってもよい。
Here, from the viewpoint of promptly starting the regenerative power consumption control, the
なお、過給圧の急変を抑制する観点および電動過給機５０の挙動を安定化する観点では、コンプレッサ５１の回転数が過度に高い場合には、制御装置１００は、クラッチ５４の開放および回生電力消費制御用の三方弁１２１の駆動（つまり、空気の流れの切り替え）を禁止してもよい。また、その場合には、回生電力消費制御も禁止され得る。
From the viewpoint of suppressing sudden changes in the supercharging pressure and stabilizing the behavior of the
［効果］
続いて、本発明の第１の実施形態に係る電源システム１の効果について説明する。
[effect]
Subsequently, the effect of the
本実施形態に係る電源システム１では、コンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０に、コンプレッサ５１とタービン５２との間の動力の伝達を断接するクラッチ５４が設けられる。また、制御装置１００は、クラッチ５４を開放させた状態で、駆動用モータ３０の回生電力を用いてコンプレッサ用モータ５３を駆動させる回生電力消費制御を実行する。それにより、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気が燃料電池１０およびタービン５２を介さずに外気に排出されるようにした場合であっても、タービン５２における空気の流量と圧力との関係が異常となりタービン５２の破損や騒音が生じることを抑制することができる。また、燃料電池１０の発電時には、空気の運動エネルギを用いてタービン５２によって生成される回転エネルギを電動過給機５０の回転に利用することができる。ゆえに、電費を向上させつつ、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。
In the
また、本実施形態に係る電源システム１は、空気供給路１１１におけるコンプレッサ５１より下流側から分岐して燃料電池１０およびタービン５２を迂回する分岐路１１３をさらに備える。また、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気が分岐路１１３に送られるように、当該空気の流れを制御する。それにより、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気が燃料電池１０およびタービン５２を介さずに外気に排出されるようにすることができる。ゆえに、燃料電池１０に空気が送られることにより燃料電池１０の電解質膜が乾燥してしまうことを抑制することができる。さらに、コンプレッサ５１により供給される空気が燃料電池１０を迂回してタービン５２に送られるようにした場合と比較して、タービン５２の回転が空気の流れにより促進されることを抑制することができるので、タービン５２の回転を支持する部材の損耗を抑制することができる。
Further, the
また、本実施形態に係る電源システム１は、コンプレッサ５１により供給される空気の流れを切り替える切替機構（具体的には、三方弁１２１）を備える。また、制御装置１００は、回生電力消費制御の非実行時に、燃料電池１０の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される場合、クラッチ５４を予め開放させ、かつ、回生電力消費制御用に切替機構を予め駆動させることが好ましい。それにより、回生電力消費制御を迅速に開始することができる。ゆえに、駆動用モータ３０の回生電力をより適切に消費することができる。
Further, the
また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行することが好ましい。それにより、駆動用モータ３０の回生電力を二次電池２０以外の供給先で消費する必要性に対応した適切なタイミングで回生電力消費制御を実行することができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣに基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することが好ましい。それにより、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かの判定を、二次電池２０のＳＯＣの変化に応じて適切に行うことができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、二次電池２０と接続される補機９０の要求電力に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することが好ましい。それにより、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かの判定を二次電池２０のＳＯＣに基づいて行う場合において、当該判定をより適切に行うことができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、二次電池２０の異常の診断結果に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することが好ましい。それにより、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かの判定を、二次電池２０の異常の有無に応じて適切に行うことができる。
Further, in the
<第２の実施形態>
図５および図６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電源システム２について説明する。
<Second embodiment>
The
［構成］
まず、図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電源システム２の構成について説明する。
[Constitution]
First, the configuration of the
第２の実施形態に係る電源システム２では、上述した第１の実施形態に係る電源システム１と比較して、燃料電池１０に空気を供給する機構である空気供給機構の構成が異なる。具体的には、電源システム２は、電源システム１の空気供給機構１１０と異なる空気供給機構２１０を備える。なお、電源システム２における空気供給機構２１０以外の構成要素については、電源システム１と同様であるので、説明を省略する。
The
図５は、本発明の第２の実施形態に係る空気供給機構２１０の概略構成を示す模式図である。具体的には、図５では、燃料電池１０の発電時における空気供給機構２１０の様子が示されており、その際の空気供給機構２１０における空気の流れが矢印によって示されている。
FIG. 5 is a schematic view showing a schematic configuration of the
図５に示されるように、空気供給機構２１０は、燃料電池１０に供給される空気が流通する空気供給路２１１と、燃料電池１０から排出される空気が流通する空気排出路２１２と、空気供給路２１１におけるコンプレッサ５１より下流側と空気排出路２１２におけるタービン５２より上流側とをバイパスするバイパス路２１３と、上述した電動過給機５０とを備える。なお、空気供給機構２１０では、上述した空気供給機構１１０と同様に、電動過給機５０のコンプレッサ５１は空気供給路２１１に設けられ、電動過給機５０のタービン５２は空気排出路２１２に設けられる。コンプレッサ５１は、空気供給路２１１におけるバイパス路２１３との接続部分よりも上流側に位置しており、燃料電池１０は、当該接続部分よりも下流側に位置している。
As shown in FIG. 5, the
燃料電池１０の発電時には、空気供給機構２１０において、電動過給機５０のコンプレッサ５１により電源システム２の外部の空気が空気供給路２１１に吸引され、燃料電池１０に空気供給路２１１を介して空気が供給される。そして、燃料電池１０に供給された空気は、燃料電池１０内で水素ガスと反応した後に空気排出路２１２に排出される。燃料電池１０から排出された空気は、電動過給機５０のタービン５２に回転力（つまり、タービン５２を回転させる力）を付与しながら空気排出路２１２を流通し、電源システム２の外部に排出される。
At the time of power generation of the
詳細には、空気供給路２１１は、空気の吸入口とコンプレッサ５１とを接続する第１供給路２１１ａと、コンプレッサ５１と燃料電池１０とを接続する第２供給路２１１ｂおよび第３供給路２１１ｃとを有する。第２供給路２１１ｂは、第３供給路２１１ｃに対して上流側に位置しており、コンプレッサ５１と接続されている。一方、第３供給路２１１ｃは、燃料電池１０と接続されている。なお、各供給路は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。
Specifically, the
第２供給路２１１ｂと第３供給路２１１ｃとの間には、三方弁２２１が設けられており、三方弁２２１には、バイパス路２１３が接続されている。三方弁２２１は、第２供給路２１１ｂがいずれの通路と連通するかを切り替える弁であり、第２供給路２１１ｂと第３供給路２１１ｃとが連通する状態と、第２供給路２１１ｂとバイパス路２１３とが連通する状態とを切り替える機能を有する。
A three-
空気排出路２１２は、燃料電池１０とタービン５２とを接続する第１排出路２１２ａおよび第２排出路２１２ｂと、タービン５２と空気の排出口とを接続する第３排出路２１２ｃおよび第４排出路２１２ｄとを有する。第１排出路２１２ａは、第２排出路２１２ｂに対して上流側に位置しており、燃料電池１０と接続されている。一方、第２排出路２１２ｂは、タービン５２と接続されている。第３排出路２１２ｃは、第４排出路２１２ｄに対して上流側に位置しており、タービン５２と接続されている。一方、第４排出路２１２ｄは、空気の排出口と接続されている。なお、各排出路は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。
The
第１排出路２１２ａと第２排出路２１２ｂとの間には、三方弁２２２が設けられており、三方弁２２２には、バイパス路２１３が接続されている。つまり、バイパス路２１３は、三方弁２２１と三方弁２２２との間に亘って設けられている。三方弁２２２は、第２排出路２１２ｂがいずれの通路と連通するかを切り替える弁であり、第２排出路２１２ｂと第１排出路２１２ａとが連通する状態と、第２排出路２１２ｂとバイパス路２１３とが連通する状態とを切り替える機能を有する。
A three-
上記のように、三方弁２２１および三方弁２２２は、コンプレッサ５１により供給される空気の流れを切り替える機構の一例（つまり、本発明に係る切替機構の一例）に相当する。具体的には、三方弁２２１および三方弁２２２によって、コンプレッサ５１により供給される空気がバイパス路２１３を通る状態となるか否かが切り換えられる。バイパス路２１３は、後述する回生電力消費制御において利用される。なお、バイパス路２１３は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。
As described above, the three-
第３排出路２１２ｃと第４排出路２１２ｄとの間には、背圧調整弁２２３が設けられている。背圧調整弁２２３は、空気供給機構２１０内における当該背圧調整弁２２３より上流側での空気の圧力を調整する機能を有する。
A back
燃料電池１０の発電時には、詳細には、クラッチ５４が閉鎖された状態で、二次電池２０の電力を用いてコンプレッサ用モータ５３が駆動される。それにより、コンプレッサ５１が回転駆動されて空気の吸引が行われる。また、三方弁２２１が、第２供給路２１１ｂと第３供給路２１１ｃとが連通する状態となるように制御され、三方弁２２２が、第２排出路２１２ｂと第１排出路２１２ａとが連通する状態となるように制御される。それにより、コンプレッサ５１により供給される空気が燃料電池１０に送られるように、当該空気の流れが制御される。ゆえに、コンプレッサ５１により供給される空気が、第１供給路２１１ａ、コンプレッサ５１、第２供給路２１１ｂ、第３供給路２１１ｃ、燃料電池１０、第１排出路２１２ａ、第２排出路２１２ｂ、タービン５２、第３排出路２１２ｃ、第４排出路２１２ｄの順に流れる。
At the time of power generation of the
制御装置１００は、上述した第１の実施形態と同様に、駆動用モータ３０の回生電力を用いた二次電池２０の充電を制御する。また、制御装置１００は、上述した第１の実施形態と同様に、電動過給機５０のクラッチ５４を開放させた状態で、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３を駆動させる回生電力消費制御を実行する。
The
［動作］
続いて、図６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電源システム２の動作について説明する。
[motion]
Subsequently, the operation of the
例えば、制御装置１００は、上述した図３に示される制御フローと同様の処理を行う。ゆえに、制御装置１００は、例えば、上述した第１の実施形態と同様に、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行する。
For example, the
ここで、制御装置１００は、上述した第１の実施形態と同様に、電動過給機５０のクラッチ５４を開放させた状態で、回生電力消費制御を実行する。
Here, the
また、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気がバイパス路２１３を通ってタービン５２に送られるように、当該空気の流れを制御する。具体的には、三方弁２２１を第２供給路２１１ｂとバイパス路２１３とが連通する状態となるように制御し、三方弁２２２を第２排出路２１２ｂとバイパス路２１３とが連通する状態となるように制御することによって、コンプレッサ５１により供給される空気が上記の回生電力消費制御用の流れとなる。
Further, in the regenerative power consumption control, the
図６は、回生電力消費制御の実行時における空気供給機構２１０の様子を示す模式図である。具体的には、図６では、回生電力消費制御の実行時の空気供給機構２１０における空気の流れが矢印によって示されている。
FIG. 6 is a schematic view showing the state of the
図６に示されるように、回生電力消費制御において、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３を駆動されることにより、コンプレッサ５１が回転駆動されて空気の吸引が行われる。また、上述したように、三方弁２２１は、第２供給路２１１ｂとバイパス路２１３とが連通する状態となるように制御され、三方弁２２２は、第２排出路２１２ｂとバイパス路２１３とが連通する状態となるように制御される。それにより、コンプレッサ５１により供給される空気がバイパス路２１３を通ってタービン５２に送られるように、当該空気の流れが制御される。ゆえに、コンプレッサ５１により供給される空気が、第１供給路２１１ａ、コンプレッサ５１、第２供給路２１１ｂ、バイパス路２１３、第２排出路２１２ｂ、タービン５２、第３排出路２１２ｃ、第４排出路２１２ｄの順に流れる。
As shown in FIG. 6, in the regenerative power consumption control, the
上述したように、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気は、バイパス路２１３を通ってタービン５２に送られる。ゆえに、燃料電池１０に空気が送られることにより燃料電池１０の電解質膜が乾燥してしまうことを抑制することができる。
As described above, in the regenerative power consumption control, the air supplied by the
また、回生電力消費制御において、クラッチ５４が開放されている状態となっている。ゆえに、空気排出路２１２において空気の流れにより回転力が付与されるタービン５２からコンプレッサ５１に動力が伝達されることを抑制することができる。よって、空気の流れにより回転力がタービン５２に付与されることに起因して電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを抑制することができる。したがって、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。
Further, in the regenerative power consumption control, the clutch 54 is in a released state. Therefore, it is possible to suppress the transmission of power from the
なお、空気供給機構２１０によれば、空気排出路２１２におけるタービン５２より下流側に背圧調整弁２２３が設けられていることによって、回生電力消費制御において、空気供給路２１１内、バイパス路２１３内および空気排出路２１２内の圧力が過度に低下してしまうことが抑制される。
According to the
［効果］
続いて、本発明の第２の実施形態に係る電源システム２の効果について説明する。
[effect]
Subsequently, the effect of the
本実施形態に係る電源システム２では、上述した電源システム１と同様に、コンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０に、コンプレッサ５１とタービン５２との間の動力の伝達を断接するクラッチ５４が設けられる。また、制御装置１００は、上述した電源システム１と同様に、クラッチ５４を開放させた状態で、駆動用モータ３０の回生電力を用いてコンプレッサ用モータ５３を駆動させる回生電力消費制御を実行する。それにより、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気が燃料電池１０を迂回してタービン５２に送られるようにした場合であっても、回転力が空気の流れによりタービン５２に付与されることに起因して電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを抑制することができる。また、燃料電池１０の発電時には、空気の運動エネルギを用いてタービン５２によって生成される回転エネルギを電動過給機５０の回転に利用することができる。ゆえに、電費を向上させつつ、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。
In the
また、本実施形態に係る電源システム２は、空気供給路２１１におけるコンプレッサ５１より下流側と、空気排出路２１２におけるタービン５２より上流側とをバイパスするバイパス路２１３をさらに備える。また、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気がバイパス路２１３を通ってタービン５２に送られるように、当該空気の流れを制御する。それにより、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気がバイパス路２１３を通ってタービン５２に送られるようにすることができる。ゆえに、燃料電池１０に空気が送られることにより燃料電池１０の電解質膜が乾燥してしまうことを抑制することができる。さらに、コンプレッサ５１により供給される空気が燃料電池１０およびタービン５２を介さずに外気に排出されるようにした場合と比較して、空気排出路２１２における空気の流れを利用してタービン５２を回転させることができるので、例えば、電動過給機５０の各部品の回転を支持する部分にエアベアリングを使用する場合において、回生電力消費制御の実行中であってもタービン５２を含む電動過給機５０の各部品の回転を維持すること（つまり、電動過給機５０の各部品をアイドリングさせること）ができる。
Further, the
上記のように、本発明の各実施形態に係る電源システム１，２では、コンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０に、コンプレッサ５１とタービン５２との間の動力の伝達を断接するクラッチ５４が設けられ、制御装置１００は、クラッチ５４を開放させた状態で、回生電力消費制御を実行する。それにより、燃料電池１０の空気供給機構１１０，２１０にコンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０を利用しつつ、タービン５２の破損や騒音が生じること、および電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを抑制することができる。また、燃料電池１０の発電時には、空気の運動エネルギを用いてタービン５２によって生成される回転エネルギを電動過給機５０の回転に利用することができる。ゆえに、燃料電池１０および二次電池２０を備える電源システム１，２において、電費を向上させつつ、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。
As described above, in the
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications in the scope of claims are described. It goes without saying that the modified examples also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記では、電源システム１，２が搭載される車両において、主として燃料電池１０により発電される電力が駆動用モータ３０の駆動に用いられる例を主に説明したが、主として二次電池２０により発電される電力が駆動用モータ３０の駆動に用いられてもよい。
For example, in the above, in a vehicle equipped with the
また、例えば、上記では、電源システム１において分岐路１１３が空気の排出口と接続される例を説明したが、分岐路１１３は、車両に搭載される空気を利用する各種装置と接続されていてもよい。その場合、回生電力消費制御において、分岐路１１３に送られた空気は、当該分岐路１１３を接続される装置の駆動に利用される。
Further, for example, in the above, the example in which the
また、例えば、上記では、各図面を参照して、電源システム１，２の構成について説明したが、本発明に係る電源システムの構成は、このような例に限定されず、例えば、電源システム１，２に対して一部の構成要素の削除、追加または変更を加えたものであってもよい。例えば、図１に示される電源システム１から二次電池コンバータ４２を削除したものも、本発明に係る電源システムに含まれる。また、例えば、図２および図５にそれぞれ示される空気供給機構１１０，２１０に対して各種電磁弁または放熱部を追加した空気供給機構を備えるものも、本発明に係る電源システムに含まれる。
Further, for example, in the above, the configurations of the
また、例えば、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。 Further, for example, the processes described by using the flowchart in the present specification do not necessarily have to be executed in the order shown in the flowchart. Further, additional processing steps may be adopted, and some processing steps may be omitted.
本発明は、車両の電源システムに利用できる。 The present invention can be used in a vehicle power supply system.
１，２ 電源システム
９ 駆動輪
１０ 燃料電池
２０ 二次電池
３０ 駆動用モータ
４１ 燃料電池コンバータ
４２ 二次電池コンバータ
４３ 第１インバータ
４４ 第２インバータ
５０ 電動過給機
５１ コンプレッサ
５２ タービン
５３ コンプレッサ用モータ
５４ クラッチ
６０ 二次電池センサ
９０ 補機
１００ 制御装置
１１０，２１０ 空気供給機構
１１１，２１１ 空気供給路
１１２，２１２ 空気排出路
１１３ 分岐路
１２１ 三方弁（切替機構）
１２２ 背圧調整弁
２１３ バイパス路
２２１ 三方弁（切替機構）
２２２ 三方弁（切替機構）
２２３ 背圧調整弁
1, 2
122 Back
222 Three-way valve (switching mechanism)
223 Back pressure control valve
Claims (8)
前記駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、
前記駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、
電動過給機と、
制御装置と、
を備え、
前記電動過給機は、
前記燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、
前記燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、
前記コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、
前記コンプレッサと前記タービンとの間の動力の伝達を断接するクラッチと、
を有し、
前記制御装置は、前記クラッチを開放させた状態で、前記駆動用モータの回生電力を用いて前記コンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行する、
車両の電源システム。 A drive motor that outputs the power to drive the drive wheels,
A fuel cell that generates electric power supplied to the drive motor,
A secondary battery that stores the electric power supplied to the drive motor,
With an electric supercharger
Control device and
With
The electric supercharger
A compressor provided in the air supply path through which the air supplied to the fuel cell flows, and
A turbine provided in the air discharge path through which the air discharged from the fuel cell flows, and
A compressor motor that outputs the power to drive the compressor, and
A clutch that engages and disengages the transmission of power between the compressor and the turbine,
Have,
The control device executes regenerative power consumption control for driving the compressor motor by using the regenerative power of the drive motor in a state where the clutch is released.
Vehicle power system.
前記制御装置は、前記回生電力消費制御において、前記コンプレッサにより供給される空気が前記分岐路に送られるように、当該空気の流れを制御する、
請求項１に記載の車両の電源システム。 Further provided with a branch path in the air supply path that branches from the downstream side of the compressor and bypasses the fuel cell and the turbine.
In the regenerative power consumption control, the control device controls the flow of the air so that the air supplied by the compressor is sent to the branch path.
The vehicle power supply system according to claim 1.
前記制御装置は、前記回生電力消費制御において、前記コンプレッサにより供給される空気が前記バイパス路を通って前記タービンに送られるように、当該空気の流れを制御する、
請求項１に記載の車両の電源システム。 A bypass path that bypasses the downstream side of the air supply path from the compressor and the upstream side of the air discharge path from the turbine is further provided.
In the regenerative power consumption control, the control device controls the flow of the air so that the air supplied by the compressor is sent to the turbine through the bypass path.
The vehicle power supply system according to claim 1.
前記制御装置は、前記回生電力消費制御の非実行時に、前記燃料電池の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される場合、前記クラッチを予め開放させ、かつ、前記回生電力消費制御用に前記切替機構を予め駆動させる、
請求項２または３に記載の車両の電源システム。 A switching mechanism for switching the flow of air supplied by the compressor is provided.
When it is determined that the possibility that the power generation request of the fuel cell is generated is lower than the standard when the regenerative power consumption control is not executed, the control device releases the clutch in advance and is used for the regenerative power consumption control. To drive the switching mechanism in advance,
The vehicle power supply system according to claim 2 or 3.
請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両の電源システム。 The control device executes the regenerative power consumption control when it is determined that the regenerative power of the drive motor is excessive with respect to the charging capacity of the secondary battery.
The vehicle power supply system according to any one of claims 1 to 4.
請求項５に記載の車両の電源システム。 The control device determines whether or not the regenerative power of the drive motor is excessive with respect to the charging capacity of the secondary battery based on the remaining capacity of the secondary battery.
The vehicle power supply system according to claim 5.
請求項６に記載の車両の電源システム。 The control device determines whether or not the regenerative power of the drive motor is excessive with respect to the charging capacity of the secondary battery, based on the required power of the auxiliary machine connected to the secondary battery.
The vehicle power supply system according to claim 6.
請求項５〜７のいずれか一項に記載の車両の電源システム。 The control device determines whether or not the regenerative power of the drive motor is excessive with respect to the charging capacity of the secondary battery based on the diagnosis result of the abnormality of the secondary battery.
The vehicle power supply system according to any one of claims 5 to 7.
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