JP2021118063A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】回路のサイズを大きくすることなく、燃料電池システムが備える蓄電装置の内部起電力を精度よく算出する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックの出力電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される負荷に並列に設けられる蓄電装置と、蓄電装置の両端電圧を検知する電圧センサと、蓄電装置を介して流れる電流を検知する電流センサと、燃料電池スタックの発電量を、予め決められた複数の設定値の中のいずれかに制御する制御部を備える。制御部は、燃料電池スタックの発電量を第１の設定値から第２の設定値に変化させるときに、電圧センサにより検知される電圧値およびその変化量、並びに、電流センサにより検知される電流値およびその変化量に基づいて、蓄電装置の内部起電力を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに係わる。

近年、燃料電池を含む電源装置の実用化が広まってきている。例えば、燃料電池を含む電源装置は、産業車両または乗用車等の電動車両に搭載され、モータ等を駆動するために使用されている。尚、以下の記載では、燃料電池を含む電源装置を「燃料電池システム」と呼ぶことがある。

燃料電池は、多くのケースにおいて、複数の燃料電池セルが直列に接続されたスタック構造を有しており、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化ガスとの電気化学反応を利用して発電を行う。このとき、燃料電池は二酸化炭素を排出しないので、環境にやさしい電源として期待されている。なお、以下の記載では、複数の燃料電池セルが直列に接続されたスタック構造の燃料電池を「燃料電池スタック」と呼ぶことがある。

ところが、一般的な燃料電池スタックにおいては、発電量の変動が燃料電池セルの劣化の原因となる。すなわち、燃料電池セルの劣化を抑えるためには、燃料電池スタックの発電量の変動を抑制することが好ましい。このため、多くの燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックに接続する負荷に対して並列にキャパシタが設けられる。そして、燃料電池スタックの発電量を、可能な限り、一定の値に保持する制御が行われる。この場合、負荷が必要とする電力が燃料電池スタックの発電電力より大きいときは、キャパシタから負荷に電力が供給される。反対に、負荷が必要とする電力が燃料電池スタックの発電電力より小さいときは、余剰な電力がキャパシタに充電される。

なお、燃料電池スタックに接続する負荷に対して並列にキャパシタを設ける構成は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１においては、燃料電池スタックの発電量は、予め指定される３つの設定値のいずれかに保持されるように制御される。

特開２０１４−０８２０５６号公報 特開２０１７−１１６４５５号公報

燃料電池スタックの発電量を所定の値に制御するためには、負荷に対して並列に設けられるキャパシタの状態が既知であることが好ましい。具体的には、キャパシタの内部抵抗の抵抗値および内部起電力などが既知であることが好ましい。

ところが、従来技術では、燃料電池システムが備えるキャパシタの内部抵抗の抵抗値および内部起電力を精度よく推定することは困難である。或いは、従来技術では、キャパシタの内部起電力を推定するための回路が大きくなってしまう。例えば、特許文献２には、蓄電素子の電圧の変化に基づいてその蓄電素子の内部抵抗を算出する方法が記載されている。ただし、蓄電素子の電圧の変化は小さいので、算出精度を高くするために、蓄電素子の出力電圧を増幅するアンプが設けられ、増幅された電圧の変化に基づいて内部抵抗が算出される。よって、アンプを実装する分だけ回路のサイズが大きくなってしまう。

本発明の１つの側面に係る目的は、回路のサイズを大きくすることなく、燃料電池システムが備える蓄電装置の内部起電力を精度よく算出することである。

本発明の１つの態様の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される負荷に並列に設けられる蓄電装置と、前記蓄電装置の両端電圧を検知する電圧センサと、前記蓄電装置を介して流れる電流を検知する電流センサと、前記燃料電池スタックの発電量を、予め決められた複数の設定値の中のいずれかに制御する制御部、を備える。前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電量を第１の設定値から第２の設定値に変化させるときに、前記電圧センサにより検知される電圧値、前記電圧センサにより検知される電圧の変化を表す電圧変化量、前記電流センサにより検知される電流値、および前記電流センサにより検知される電流の変化を表す電流変化量に基づいて、前記蓄電装置の内部起電力を算出する。

上記構成の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックの発電量を第１の設定値から第２の設定値に変化させると、蓄電装置の両端電圧および蓄電装置を介して流れる電流が変化するので、電圧変化量および電流変化量に基づいて蓄電装置の内部抵抗の抵抗値を算出できる。さらに、蓄電装置の両端電圧、蓄電装置を介して流れる電流、および蓄電装置の内部抵抗の抵抗値に基づいて蓄電装置の内部起電力を算出できる。ここで、燃料電池スタックの発電量を第１の設定値から第２の設定値に変化させると、蓄電装置の両端電圧が大きく変動する。よって、蓄電装置の両端電圧の変化を表す信号を増幅しなくても、精度よく、蓄電装置の内部起電力を算出できる。

第２の設定値は、例えば、ゼロである。また、制御部は、燃料電池スタックの発電量を第１の設定値から第２の設定値に変化させるときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をゼロに制御してもよい。

制御部は、電圧変化量を電流変化量で除算することで蓄電装置の内部抵抗の抵抗値を算出し、電圧センサにより検知される電圧値から蓄電装置の内部抵抗の抵抗値と電流センサにより検知される電流値との積を引算することで蓄電装置の内部起電力を算出してもよい。

制御部は、燃料電池スタックの発電量を第１の設定値から第２の設定値に変化させて電圧センサにより検知される電圧値および電流センサにより検知される電流値を取得する測定処理を複数回行い、各測定処理に対して蓄電装置の内部抵抗の抵抗値を算出することで複数の抵抗値を取得し、複数の抵抗値の平均値を用いて蓄電装置の内部起電力を算出してもよい。このとき、制御部は、各測定処理に対して蓄電装置の内部抵抗の抵抗値を算出することで得られる複数の抵抗値のうちで、所定の閾値範囲から外れていない抵抗値の平均値を算出してもよい。

制御部は、燃料電池スタックの発電量を第１の設定値から第２の設定値に変化させる際の複数の異なるタイミングにおいて、電圧センサにより検知される電圧値および電流センサにより検知される電流値をそれぞれ取得し、電圧センサにより検知される複数の電圧値の中の最大値と最小値との差分を計算することで電圧変化量を算出し、電流センサにより検知される複数の電流値の中の最大値と最小値との差分を計算することで電流変化量を算出してもよい。

上述の態様によれば、回路のサイズを大きくすることなく、燃料電池システムが備える蓄電装置の内部起電力を精度よく算出できる。

本発明の実施形態に係わる燃料電池ユニットの一例を示す図である。 燃料電池スタックの発電量を制御する方法の一例を示す図である。 キャパシタの等価回路を示す図である。 キャパシタの内部抵抗の抵抗値を算出する際の動作の一例を示す図である。 キャパシタの内部起電力を算出する処理の一例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係わる燃料電池システムの一例を示す。本発明の実施形態に係わる燃料電池システムは、特に限定されるものではないが、例えば、フォークリフト等の産業車両に搭載される。ただし、燃料電池システムは、他の電動車両に搭載されてもよいし、車両以外の用途に使用されてもよい。

燃料電池システムとして機能する燃料電池ユニット１００は、この実施例では、燃料電池スタック１、水素タンク２、エアコンプレッサ３、インバータ４、ＤＣ／ＤＣコンバータ５、蓄電装置としてのキャパシタ６、制御部７、電圧センサ８、電流センサ９、補機３０を備える。ただし、燃料電池ユニット１００は、図１に示していない他の回路要素を備えてもよい。また、燃料電池ユニット１００は、水素タンク２を含まなくてもよい。例えば、水素タンク２は、燃料電池ユニット１００に着脱可能に構成されてもよい。

燃料電池スタック１は、複数の燃料電池セルを含む。複数の燃料電池セルは、互いに直列に接続され、スタックを構成する。各燃料電池セルは、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化ガスとの電気化学反応を利用して発電を行う。燃料ガスは、水素タンク２と燃料電池スタック１との間に設けられる不図示のインジェクタおよび調圧弁などを介して、水素タンク２から供給される。この場合、制御部７は、燃料電池スタック１に供給すべき燃料ガスの量を調整できる。酸素を含む酸化ガスは、エアコンプレッサ３から供給される。エアコンプレッサ３から出力される酸化ガスの量は、インバータ４により調整される。インバータ４は、制御部７から与えられる指示に応じてエアコンプレッサ３の出力を調整する。すなわち、制御部７は、燃料電池スタック１に供給すべき酸化ガスの量を調整できる。なお、エアコンプレッサ３は、後述する補機３０の一部である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、燃料電池スタック１の出力電圧を所定の電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧は、特に限定されるものではないが、例えば４８Ｖである。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力側には、負荷２０が接続される。負荷２０は、この実施例では、産業車両の走行用モータである。或いは、負荷２０は、フォークリフトの荷役用モータである。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ５から出力される電力は、燃料電池の運転に必要な補機３０にも供給される。補機３０は、例えば、不図示のインジェクタや、燃料電池ユニット１００の冷却に用いるラジエータファンなどである。

キャパシタ６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力側において負荷２０に並列に設けられる。キャパシタ６は、特に限定されるものではないが、例えば、リチウムイオンキャパシタである。電圧センサ８は、キャパシタ６の両端電圧を検知する。電流センサ９は、キャパシタ６を介して流れる電流（キャパシタ６の充電電流／放電電流）を検知する。

制御部７は、例えば、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）により実現される。そして、制御部７は、電圧センサ８により検知されるキャパシタ６の両端電圧、電流センサ９により検知されるキャパシタ６を介して流れる電流、および負荷２０が要求する電力のうちの１つ以上に基づいて、インバータ４およびＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御する。また、制御部７は、燃料電池スタック１に供給される燃料ガスおよび／または酸化ガスの量を調整することで、燃料電池スタック１の発電量を制御する。さらに、制御部７は、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値および内部起電力を算出する機能を備える。

上記構成の燃料電池ユニット１００において、負荷２０が要求する電力が燃料電池スタック１の発電電力より小さいときは、余剰な電力がキャパシタ６に充電される。一方、負荷２０が要求する電力が燃料電池スタック１の発電電力より大きいときは、キャパシタ６から負荷に電力が供給される。

ところで、燃料電池スタック１の発電量の変動は、燃料電池セルの劣化の原因となる。すなわち、燃料電池セルの劣化を抑えるためには、燃料電池スタック１の発電量の変動を抑制することが好ましい。このため、燃料電池ユニット１００においては、燃料電池スタック１の発電量は、予め指定される３つの設定値のいずれかに保持されるように制御される。

図２は、燃料電池スタック１の発電量を制御する方法の一例を示す。この実施例では、燃料電池スタック１の発電量は、予め指定される最大電力ＰＨ、中間電力ＰＭ、または最低電力ＰＬのいずれかに保持されるように制御される。最大電力ＰＨは、産業車両が高い負荷で動作する際に負荷２０が要求する電力に相当する。最低電力ＰＬは、燃料電池スタック１が劣化を伴うことなく発電可能な電力の最低値に相当する。中間電力ＰＭは、最大電力ＰＨと最低電力ＰＬとの間の所定値に相当する。そして、制御部７は、２つの閾値ＴＨ１、ＴＨ２を使用して燃料電池スタック１の発電量を制御する。

例えば、キャパシタ６の電圧（又は、ＳＯＣ）が閾値ＴＨ１より高く閾値ＴＨ２より低いときは、制御部７は、燃料電池スタック１の発電量を中間電力ＰＭに制御する。なお、キャパシタ６の電圧は、電圧センサ８により検知されるキャパシタ６の両端電圧および電流センサ９により検知されるキャパシタ６を介して流れる電流に基づいて計算される、キャパシタ６の開回路電圧であってもよい。

この後、負荷２０が要求する電力の増加等に起因してキャパシタ６の充電量が減少し、キャパシタ６の電圧が閾値ＴＨ１より低くなると、制御部７は、燃料電池スタック１の発電量を中間電力ＰＭから最大電力ＰＨに増加させる。これにより、キャパシタ６の電圧が閾値ＴＨ１より高く閾値ＴＨ２より低い状態に戻ると、制御部７は、燃料電池スタック１の発電量を最大電力ＰＨから中間電力ＰＭに戻す。

さらに、負荷２０が要求する電力の減少等に起因してキャパシタ６の充電量が増加し、キャパシタ６の電圧が閾値ＴＨ２より高くなると、制御部７は、燃料電池スタック１の発電量を中間電力ＰＭから最低電力ＰＬに減少させる。これにより、キャパシタ６の電圧が閾値ＴＨ１より高く閾値ＴＨ２より低い状態に戻ると、制御部７は、燃料電池スタック１の発電量を最大電力ＰＨから中間電力ＰＭに戻す。

ここで、燃料電池スタック１の発電量の制御を精度よく行うためには、キャパシタ６の残容量を精度よく推定することが好ましい。そして、キャパシタ６の残容量は、キャパシタ６の内部起電力に基づいて推定することが可能である。よって、燃料電池ユニット１００は、キャパシタ６の内部起電力を算出する機能を備える。

図３は、キャパシタ６の等価回路を示す。キャパシタ６は、図３に示すように、直列に接続される内部抵抗および内部起電力Ｅで表すことができる。この場合、内部抵抗の抵抗値Ｒおよび内部起電力Ｅは、（１）式の関係を有する。
Ｅ＝Ｖ−Ｒ・Ａ （１）
なお、（１）式において、「Ｖ」は、キャパシタ６の両端電圧を表し、電圧センサ８により検知される。「Ａ」は、キャパシタ６を介して流れる電流を表し、電流センサ９により検知される。すなわち、キャパシタ６の内部起電力Ｅは、電圧センサ８により検知される電圧値「Ｖ」から、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒと電流センサ９により検知される電流値「Ａ」との積を引算することで算出される。したがって、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒを得ることができれば、キャパシタ６の内部起電力Ｅを算出できる。

キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒは、キャパシタ６を介して流れる電流の変化量とキャパシタ６の両端電圧の変化量との比により表される。ただし、電圧変化量が小さいと、抵抗値Ｒを計算する際の誤差が大きくなる。ここで、この問題は、電圧変化量を表す信号を増幅するアンプを設ければ解決するかも知れない。しかしながら、燃料電池ユニット１００内の制御回路の規模を小さくしたいときは、アンプを設ける構成は好ましくない。

本発明の実施形態の燃料電池ユニット１００においては、図２に示すように、燃料電池スタック１の発電量をステップ状に変化させる制御が行われる。そして、燃料電池スタック１の発電量を連続的に変化させる方式と比較して、燃料電池スタック１の発電量をステップ状に変化させるときには、キャパシタ６の両端電圧が瞬間的に大きく変化する。そこで、制御部７は、燃料電池スタック１の発電量をステップ状に変化させるときに、電圧センサ８により検知される電圧値および電流センサ９により検知される電流値を取得してキャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒを算出し、さらに、その抵抗値Ｒを用いてキャパシタ６の内部起電力Ｅを算出する。

図４は、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値を計算する際の動作の一例を示す。この実施例では、制御部７は、時刻Ｔ１において、燃料電池スタック１の発電量を表す発電量指令値を最低電力ＰＬからゼロに変化させる。なお、最低電力ＰＬは、図２に示す最低電力ＰＬと同じであり、燃料電池スタック１が劣化を伴うことなく発電可能な電力の最低値に相当する。また、以下の記載では、燃料電池スタック１の発電量を表す発電量指令値を最低電力ＰＬからゼロに変化させるタイミング（図４では、時刻Ｔ１）を「モード変更タイミング」と呼ぶことがある。

燃料電池スタック１の発電量を最低電力ＰＬからゼロに変化させるときには、制御部７は、インバータ４を制御してエアコンプレッサ３から燃料電池スタック１への酸化ガスの供給を停止させる。これにより、燃料電池スタック１による発電が停止する。このとき、制御部７は、不図示のインジェクタを制御して水素タンク２から燃料電池スタック１への燃料ガスの供給を停止してもよい。また、制御部７は、モード変更タイミングにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５のスイッチング素子を開状態にしてＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力を停止してもよい。

時刻Ｔ１において、負荷２０側からの電力供給要求や、回生が無いときに燃料電池スタック１の発電量を最低電力ＰＬからゼロに変化させた後は、図４に示すように、キャパシタ６を介して流れる電流Ａはゼロにまで減少していく。また、キャパシタ６の両端電圧Ｖは、燃料電池スタック１の発電量を最低電力ＰＬからゼロに変化させた後、モード変更タイミングにおける電圧値よりもいったん上昇した後、ある一定の値で安定する。

制御部７は、モード変更タイミングを含む所定のサンプリング期間において、電圧センサ８により検知される電圧値および電流センサ９により検知される電流値を取得する。具体的には、制御部７は、モード変更タイミングを含むサンプリング期間において、所定の時間間隔で所定回数、電圧値および電流値を取得する。図４に示す例では、制御部７は、５つの異なるサンプリングタイミングにおいて、電圧値Ｖ１〜Ｖ５および電流値Ａ１〜Ａ５を取得する。なお、電圧値Ｖ１および電流値Ａ１は、この実施例では、モード変更タイミングにおける測定値を表す。ただし、電圧値Ｖ１および電流値Ａ１は、モード変更タイミングの直前の測定値であってもよい。また、測定を行う時間間隔は、特に限定されるものではないが、例えば、２０ｍ秒である。

制御部７は、取得した複数の電圧値Ｖ１〜Ｖ５の中から最大電圧値および最小電圧値を選択し、選択した最大電圧値と最小電圧値との差分を計算することで電圧変化量ΔＶを得る。また、制御部７は、取得した複数の電流値Ａ１〜Ａ５の中から最大電流値および最小電流値を選択し、選択した最大電流値と最小電流値との差分を計算することで電流変化量ΔＩを得る。そして、制御部７は、電圧変化量ΔＶを電流変化量差ΔＩで除算することでキャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒを算出する。

更に、制御部７は、この抵抗値Ｒを上記（１）式に与えることで、キャパシタ６の内部起電力Ｅを算出する。なお、（１）に与える「Ｖ」および「Ａ」は、それぞれ、例えば、モード変更タイミングにおける電圧センサ８および電流センサ９による測定値（図４では、Ｖ１およびＡ１）である。

このように、本発明の実施形態においては、燃料電池スタック１の発電量をステップ状に変化させるタイミングにおいて、キャパシタ６の電圧変化量および電流変化量からキャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒが算出され、キャパシタ６の内部起電力Ｅが算出される。ここで、燃料電池スタック１の発電量をステップ状に変化させるタイミングにおいては、キャパシタ６の電圧変化量（および、電流変化量）が大きい。よって、キャパシタ６の電圧を表す信号を増幅するアンプを設けなくても、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒを算出する際の誤差が小さくなる。すなわち、燃料電池ユニット１００内の制御回路の規模を大きくすることなく、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒおよび内部起電力Ｅを精度よく算出できる。

図５は、キャパシタ６の内部起電力Ｅを算出する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、特に限定されるものではないが、例えば、負荷２０から要求される電力がゼロになったときに実行してもよい。なお、このフローチャートの処理が開始されるとき、燃料電池スタック１の発電量が最低電力ＰＬに制御されているものとする。

Ｓ１において、制御部７は、燃料電池スタック１の発電量を最低電力ＰＬからゼロに変化させる。Ｓ２において、制御部７は、複数の異なるサンプリング点において、電圧センサ８により検知される電圧値および電流センサ９により検知される電流値をそれぞれ取得する。なお、最初のサンプリング点は、燃料電池スタック１の発電量を最低電力ＰＬからゼロに変化させるモード変更タイミングであってもよいし、そのモード変更タイミングの直前であってもよい。

Ｓ３において、制御部７は、複数の電圧測定値の中から最大電圧値および最小電圧値を選択し、選択した最大電圧値と最小電圧値との差分を計算することで電圧変化量ΔＶを得る。Ｓ４において、制御部７は、複数の電流測定値の中から最大電流値および最小電流値を選択し、選択した最大電流値と最小電流値との差分を計算することで電流変化量ΔＩを得る。Ｓ５において、制御部７は、電圧変化量ΔＶを電流変化量差ΔＩで除算することでキャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒを算出する。Ｓ７において、制御部７は、キャパシタ６の両端電圧値からキャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒとキャパシタ６の電流値との積をから引算することで、キャパシタ６の内部起電力Ｅを算出する。

＜バリエーション＞
制御部７は、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒの平均値を用いてキャパシタ６の内部起電力Ｅを算出してもよい。この場合、制御部７は、図５に示すフローチャートのＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返し実行する。そして、制御部７は、Ｓ６においてキャパシタ６の内部起電力Ｅを算出する際、Ｓ１〜Ｓ５の処理をＮ回繰り返し実行することで得られるＮ個の抵抗値の平均値を使用する。なお、平均値は、Ｎ（Ｎは、例えば、３）個の抵抗値の移動平均であってもよい。

キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒは、図４〜図５を参照して説明した方法で算出されるが、その抵抗値が取り得る範囲は既知である。例えば、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒの上限値および下限値は、キャパシタ６の製造者により提供される仕様書等に記載されている。したがって、抵抗値Ｒの算出値が既知の範囲から外れているときは、制御部７は、キャパシタ６の内部起電力Ｅの算出においてその外れ値を使用しない。例えば、上述のようにして抵抗値Ｒの平均値に基づいてキャパシタ６の内部起電力Ｅを算出する場合、制御部７は、外れ値を除外して抵抗値Ｒの平均値を算出したうえで、その平均値に基づいてキャパシタ６の内部起電力Ｅを算出する。

図４〜図５に示す実施例では、燃料電池スタック１の発電量を、３つの電力設定値（ＰＨ、ＰＭ、ＰＬ）のうちの最低電力ＰＬからゼロに変化させるときにキャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒおよび内部起電力Ｅが算出されるが、本発明はこの方法に限定されるものではない。すなわち、制御部７は、燃料電池スタック１の発電量を、ある電力設定値から他の電力設定値に変化させるときに、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒおよび内部起電力Ｅを算出すればよい。この場合、「ある電力設定値」および「他の電力設定値」は「ゼロ」を含む。

ただし、燃料電池スタック１の発電量を第１の電力から第２の電力に変化させる場合、第２の電力をゼロとすれば、燃料電池スタック１の発電量を変化させた後のキャパシタ６の電圧および電流が安定しやすい。したがって、制御部７は、キャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒおよび内部起電力Ｅを算出するとき、燃料電池スタック１の発電量をある電力からゼロに低下させることが好ましい。

図４〜図５に示す実施例では、燃料電池スタック１の発電を停止する際にキャパシタ６の内部抵抗の抵抗値Ｒおよび内部起電力Ｅが算出されるが、本発明はこの方法に限定されるものではない。例えば、燃料電池スタック１の高電位状態を回避するための制御が行われる際であってもよい。その場合、燃料電池スタック１で電力が生じるため、生じた電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と並列に接続された不図示の放電抵抗によってすべて消費される構成であることが好ましい。

燃料電池ユニット１００は、燃料電池スタック１の発電量を平滑化するために負荷２０に並列にキャパシタ６を備えるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。即ち、燃料電池ユニット１００は、負荷２０に並列にリチウムイオン電池といった二次電池などの蓄電装置を備えてもよい。

１ 燃料電池スタック
２ 水素タンク
３ エアコンプレッサ
４ インバータ
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ キャパシタ
７ 制御部
８ 電圧センサ
９ 電流センサ
２０ 負荷
１００ 燃料電池ユニット（燃料電池システム）

Claims (7)

1. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックの出力電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される負荷に並列に設けられる蓄電装置と、
   前記蓄電装置の両端電圧を検知する電圧センサと、
   前記蓄電装置を介して流れる電流を検知する電流センサと、
   前記燃料電池スタックの発電量を、予め決められた複数の設定値のいずれかに制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電量を第１の設定値から第２の設定値に変化させるときに、前記電圧センサにより検知される電圧値、前記電圧センサにより検知される電圧の変化を表す電圧変化量、前記電流センサにより検知される電流値、および前記電流センサにより検知される電流の変化を表す電流変化量に基づいて、前記蓄電装置の内部起電力を算出する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記第２の設定値はゼロである
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電量を前記第１の設定値から前記第２の設定値に変化させるときに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をゼロに制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御部は、
   前記電圧変化量を前記電流変化量で除算することで前記蓄電装置の内部抵抗の抵抗値を算出し、
   前記電圧センサにより検知される電圧値から前記蓄電装置の内部抵抗の抵抗値と前記電流センサにより検知される電流値との積を引算することで前記蓄電装置の内部起電力を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
5. 前記制御部は、
   前記燃料電池スタックの発電量を前記第１の設定値から前記第２の設定値に変化させて前記電圧センサにより検知される電圧値および前記電流センサにより検知される電流値を取得する測定処理を複数回行い、
   各測定処理に対して前記蓄電装置の内部抵抗の抵抗値を算出することで複数の抵抗値を取得し、
   前記複数の抵抗値の平均値を用いて前記蓄電装置の内部起電力を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御部は、各測定処理に対して前記蓄電装置の内部抵抗の抵抗値を算出することで得られる複数の抵抗値のうちで所定の閾値範囲から外れていない抵抗値の平均値を算出する
   ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記制御部は、
   前記燃料電池スタックの発電量を前記第１の設定値から前記第２の設定値に変化させる際の複数の異なるタイミングにおいて、前記電圧センサにより検知される電圧値および前記電流センサにより検知される電流値をそれぞれ取得し、
   前記電圧センサにより検知される複数の電圧値の中の最大値と最小値との差分を計算することで前記電圧変化量を算出し、
   前記電流センサにより検知される複数の電流値の中の最大値と最小値との差分を計算することで前記電流変化量を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
   

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