JP2021170504A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電装置と複数のＤＣＤＣコンバータとを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池を安定して発電させつつ、燃料電池の発電制御を簡単に行う。【解決手段】蓄電装置Ｓ１の充電量に応じた出力指令値Ｓｃ１を算出するとともに蓄電装置Ｓ２の充電量に応じた出力指令値Ｓｃ２を算出し、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さい場合、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力し、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムとして、燃料電池と、出力指令値に応じた電力が燃料電池から出力されるように燃料電池に燃料を供給する補機と、補機に電力を供給する蓄電装置と、燃料電池から出力される電力のうち、出力指令値に応じた電力を蓄電装置に供給するＤＣＤＣコンバータと、蓄電装置の充電量に応じた出力指令値を出力する制御部とを備え、出力指令値が閾値より小さくなると、燃料電池の発電を停止させるものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

特開２００７−０２６８２２号公報

しかしながら、上記燃料電池システムでは、燃料電池の出力電力の供給先である負荷の増加に伴って蓄電装置やＤＣＤＣコンバータを増加させる場合、出力指令値の数も増加する。そのため、上記燃料電池システムでは、出力指令値が閾値より小さくなる機会が増加し燃料電池の発電が頻繁に停止することなどで燃料電池の発電が不安定になったり、各出力指令値と閾値とを比較する際に各出力指令値に優先度を設定することなどで燃料電池の発電制御が複雑になったりするおそれがある。

そこで、本発明の一側面に係る目的は、複数の蓄電装置及び複数のＤＣＤＣコンバータを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池を安定して発電させつつ、燃料電池の発電制御を簡単に行うことである。

本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池が発電する際に必要とされる補助機能を有する機器である補機と、補機に電力を供給する第１の蓄電装置と、負荷に電力を供給する第２の蓄電装置と、燃料電池から出力される電力のうち、第１の出力指令値に応じた電力を第１の蓄電装置に供給する第１のＤＣＤＣコンバータと、燃料電池から出力される電力のうち、第２の出力指令値に応じた電力を第２の蓄電装置に供給する第２のＤＣＤＣコンバータと、第１の蓄電装置の充電量に応じた第１の出力指令値を算出するとともに第２の蓄電装置の充電量に応じた第２の出力指令値を算出する制御部とを備える。

制御部は、算出した第１及び第２の出力指令値の和が閾値より小さい場合、ゼロである第１及び第２の出力指令値を第１及び第２のＤＣＤＣコンバータに出力し、算出した第１及び第２の出力指令値の和が閾値以上である場合、算出した第１及び第２の出力指令値を第１及び第２のＤＣＤＣコンバータに出力する。

これにより、第１及び第２の出力指令値がそれぞれ閾値より小さい場合であっても、第１及び第２の出力指令値の和が閾値以上である場合、燃料電池の発電を停止させないようにすることができるため、燃料電池の発電が頻繁に停止することを抑制することができ、燃料電池を安定して発電させることができる。また、第１及び第２の出力指令値の和と閾値との比較のみで燃料電池の発電を停止させるか否かを判断することができるため、燃料電池の発電制御を簡単に行うことができる。

また、閾値は、燃料電池が発電可能な出力電力の最小値としてもよい。

これにより、第１及び第２の出力指令値の和が閾値以上である場合、補機から燃料電池に安定して燃料を供給させることができる。

また、制御部は、算出した第１及び第２の出力指令値の和が閾値より小さい場合、または、算出した第１の出力指令値が第１のＤＣＤＣコンバータの効率点より小さい場合、または、算出した第２の出力指令値が第２のＤＣＤＣコンバータの効率点より小さい場合、ゼロである第１及び第２の出力指令値を第１及び第２のＤＣＤＣコンバータに出力し、算出した第１及び第２の出力指令値の和が閾値以上である場合で、かつ、算出した第１の出力指令値が第１のＤＣＤＣコンバータの効率点以上である場合で、かつ、算出した第２の出力指令値が第２のＤＣＤＣコンバータの効率点以上である場合、算出した第１及び第２の出力指令値を第１及び第２のＤＣＤＣコンバータに出力するように構成してもよい。

これにより、算出した第１及び第２の出力指令値の和が閾値以上である場合で、かつ、算出した第１の出力指令値が第１のＤＣＤＣコンバータの効率点以上である場合で、かつ、算出した第２の出力指令値が第２のＤＣＤＣコンバータの効率点以上である場合、補機から燃料電池に安定して燃料を供給させることができるとともに、第１及び第２のＤＣＤＣコンバータを高効率で動作させることができる。

また、閾値は、第１及び第２のＤＣＤＣコンバータそれぞれの効率が所定値以上であるときの燃料電池の出力電力の最小値としてもよい。

これにより、第１及び第２の出力指令値の和が閾値以上である場合、第１及び第２のＤＣＤＣコンバータを高効率で動作させることができる。

本発明によれば、複数の蓄電装置及び複数のＤＣＤＣコンバータを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池を安定して発電させつつ、燃料電池の発電制御を簡単に行うことができる。

実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 変形例３における制御部の動作を示すフローチャートである。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

図１は、実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

図１に示す燃料電池システム１は、フォークリフトなどの産業車両や自動車などの車両Ｖｅに搭載され、補機Ａｕや負荷Ｌｏなどに電力を出力する。なお、補機Ａｕは、エアコンプレッサのモータを駆動するインバータや水素ポンプのモータを駆動するインバータなどであり、燃料電池システム１が発電する際に燃料電池ＦＣに供給される燃料として空気（酸素）や水素の量を調整する補助機能を有する。また、負荷Ｌｏは、車両Ｖｅに搭載される走行用モータを駆動するインバータや電装部品などである。

また、燃料電池システム１は、燃料電池ＦＣや補機Ａｕの他に、蓄電装置Ｓ１（第１の蓄電装置）と、蓄電装置Ｓ２（第２の蓄電装置）と、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１（第１のＤＣＤＣコンバータ）と、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２（第２のＤＣＤＣコンバータ）と、電圧検出部Ｓｖ１、Ｓｖ２と、電流検出部Ｓｉ１、Ｓｉ２と、記憶部２と、制御部３とを備える。

燃料電池ＦＣは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池スタックであり、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う。

補機Ａｕは、制御部３から出力される出力指令値Ｓｃ１（第１の出力指令値）と出力指令値Ｓｃ２（第２の出力指令値）との和Ｓｃｔに応じた電力が燃料電池ＦＣから出力されるように燃料電池ＦＣに燃料を供給する。

蓄電装置Ｓ１は、リチウムイオンキャパシタなどであり、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１と補機Ａｕとの間に接続される。ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１から蓄電装置Ｓ１に電力が供給されることで蓄電装置Ｓ１が充電される。また、蓄電装置Ｓ１から補機Ａｕに電力が供給されることで補機Ａｕが駆動する。また、蓄電装置Ｓ１から補機Ａｕに電力が供給されなくなると、補機Ａｕが停止して補機Ａｕから燃料電池ＦＣに燃料が供給されなくなり、燃料電池ＦＣの発電が停止する。

蓄電装置Ｓ２は、リチウムイオンキャパシタなどであり、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２と負荷Ｌｏとの間に接続される。ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２から蓄電装置Ｓ２に電力が供給されることで蓄電装置Ｓ２が充電される。また、蓄電装置Ｓ２から負荷Ｌｏに電力が供給されることで負荷Ｌｏが駆動する。

なお、蓄電装置Ｓ１の満充電容量［Ａｈ］と蓄電装置Ｓ２の満充電容量［Ａｈ］とは互いに同じ値でもよいし互いに異なる値でもよい。

また、蓄電池Ｓ１の出力電力［ｋＷ］の最大値と蓄電装置Ｓ２の出力電力［ｋＷ］の最大値とは互いに同じ値でもよいし互いに異なる値でもよい。

また、蓄電装置Ｓ１、Ｓ２は、充電と放電を繰り返し行うことが可能なものであれば、リチウムイオン電池など、リチウムイオンキャパシタに限定されない。

電圧検出部Ｓｖ１は、電圧計などにより構成され、蓄電装置Ｓ１の電圧を検出し、その検出した電圧を制御部３に出力する。

電流検出部Ｓｉ１は、電流計などにより構成され、蓄電装置Ｓ１に流れる電流を検出し、その検出した電流を制御部３に出力する。

電圧検出部Ｓｖ２は、電圧計などにより構成され、蓄電装置Ｓ２の電圧を検出し、その検出した電圧を制御部３に出力する。

電流検出部Ｓｉ２は、電流計などにより構成され、蓄電装置Ｓ２に流れる電流を検出し、その検出した電流を制御部３に出力する。

ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１は、燃料電池ＦＣから出力される電力のうち、制御部３から出力される出力指令値Ｓｃ１に応じた電力を蓄電装置Ｓ１に供給する。すなわち、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１は、出力指令値Ｓｃ１が大きくなるほど、蓄電装置Ｓ１に供給する電力を大きくし、出力指令値Ｓｃ１が小さくなるほど、蓄電装置Ｓ１に供給する電力を小さくする。また、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１は、出力指令値Ｓｃ１がゼロになると、蓄電装置Ｓ１への電力供給を停止する。

ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２は、燃料電池ＦＣから出力される電力のうち、制御部３から出力される出力指令値Ｓｃ２に応じた電力を蓄電装置Ｓ２に供給する。すなわち、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２は、出力指令値Ｓｃ２が大きくなるほど、蓄電装置Ｓ２に供給する電力を大きくし、出力指令値Ｓｃ２が小さくなるほど、蓄電装置Ｓ２に供給する電力を小さくする。また、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２は、出力指令値Ｓｃ２がゼロになると、蓄電装置Ｓ２への電力供給を停止する。

記憶部２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリにより構成され、蓄電装置Ｓ１の電圧Ｖ１と蓄電装置Ｓ１の充電率ＳＯＣ１（蓄電装置１の満充電容量に対する蓄電装置１の現在の容量の割合）との対応関係を示す情報Ｄ１、蓄電装置Ｓ２の電圧Ｖ２と蓄電装置Ｓ２の充電率ＳＯＣ２（蓄電装置２の満充電容量に対する蓄電装置２の現在の容量の割合）との対応関係を示す情報Ｄ２、及び閾値Ｓｃｔｈなどを記憶する。

なお、情報Ｄ１において、電圧Ｖ１が大きくなるほど、充電率ＳＯＣ１が大きくなり、電圧Ｖ１が小さくなるほど、充電率ＳＯＣ１が小さくなるものとする。また、情報Ｄ２において、電圧Ｖ２が大きくなるほど、充電率ＳＯＣ２が大きくなり、電圧Ｖ２が小さくなるほど、充電率ＳＯＣ２が小さくなるものとする。

制御部３は、マイクロコンピュータなどにより構成され、蓄電装置Ｓ１の充電量（蓄電装置Ｓ１の電圧または充電率）を取得するとともに蓄電装置Ｓ２の充電量（蓄電装置Ｓ２の電圧または充電率）を取得する。

また、制御部３は、取得した蓄電装置Ｓ１の充電量に応じて出力指令値Ｓｃ１を算出するとともに、取得した蓄電装置Ｓ２の充電量に応じて出力指令値Ｓｃ２を算出する。

例えば、制御部３は、記憶部２に記憶されている情報Ｄ１を参照して、電圧検出部Ｓｖ１により検出される電圧と同じ電圧Ｖ１に対応する充電率ＳＯＣ１を、蓄電装置Ｓ１の充電率として取得する。または、制御部３は、蓄電装置Ｓ１の満充電容量に対する、電流検出部Ｓｉ１により検出される電流の積算値の割合を用いて、蓄電装置Ｓ１の充電率を取得する。そして、制御部３は、取得した蓄電装置Ｓ１の充電率と定数との乗算値を出力指令値Ｓｃ１とする。なお、制御部３は、記憶部２に記憶されている、蓄電装置Ｓ１の充電量と出力指令値Ｓｃ１との対応関係を示す情報を参照して、取得した蓄電装置Ｓ１の充電量に対応する出力指令値Ｓｃ１を、蓄電装置Ｓ１の充電量に応じた出力指令値Ｓｃ１として求めてもよい。また、蓄電装置Ｓ１の充電量が大きいほど、出力指令値Ｓｃ１が小さい値になり、蓄電装置Ｓ１の充電量が小さいほど、出力指令値Ｓｃ１が大きい値になるものとする。また、制御部３は、蓄電装置Ｓ１の充電量の増減に伴って、出力指令値Ｓｃ１を段階的に増減させてもよい。

また、制御部３は、記憶部２に記憶されている情報Ｄ２を参照して、電圧検出部Ｓｖ２により検出される電圧と同じ電圧Ｖ２に対応する充電率ＳＯＣ２を、蓄電装置Ｓ２の充電率として取得する。または、制御部３は、蓄電装置Ｓ２の満充電容量に対する、電流検出部Ｓｉ２により検出される電流の積算値の割合を用いて、蓄電装置Ｓ２の充電率を取得する。そして、制御部３は、取得した蓄電装置Ｓ２の充電率と定数との乗算値を出力指令値Ｓｃ２とする。なお、制御部３は、記憶部２に記憶されている、蓄電装置Ｓ２の充電量と出力指令値Ｓｃ２との対応関係を示す情報を参照して、取得した蓄電装置Ｓ２の充電量に対応する出力指令値Ｓｃ２を、蓄電装置Ｓ２の充電量に応じた出力指令値Ｓｃ２として求めてもよい。また、蓄電装置Ｓ２の充電量が大きいほど、出力指令値Ｓｃ２が小さい値になり、蓄電装置Ｓ２の充電量が小さいほど、出力指令値Ｓｃ２が大きい値になるものとする。また、制御部３は、蓄電装置Ｓ２の充電量の増減に伴って、出力指令値Ｓｃ２を段階的に増減させてもよい。

ところで、蓄電装置Ｓ１、Ｓ２の充電量が増加することで出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２がそれぞれ比較的小さくなると、補機Ａｕの運転効率および燃料電池ＦＣの発電効率が低下するおそれがある。例えば、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２がそれぞれ比較的小さくなることにより、燃料電池ＦＣで発電される電力が小さくなると、コンプレッサまたは水素ポンプから燃料電池ＦＣに供給される単位時間あたりの空気や水素の量は少なくなるが、補機Ａｕおよび燃料電池ＦＣの特性上、供給できる下限量が存在する。

また、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２がそれぞれ比較的小さくなると、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２の効率が低下するおそれがある。例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２の動作が制御される場合、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２がそれぞれ比較的小さくなることにより、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２から蓄電装置Ｓ１、Ｓ２に流れる電流が小さくなると、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２のスイッチング損失が増加してＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２の効率が低下するおそれがある。

そのため、補機ＡｕやＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２の動作が不安定のまま燃料電池ＦＣを継続して発電させることを抑制するために、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２が比較的小さい場合、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をゼロにして燃料電池Ｆｃの発電やＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２の動作を停止させることが考えられる。

しかしながら、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２がそれぞれ比較的小さい場合、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をゼロにすると、燃料電池ＦＣの発電やＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２の動作が頻繁に停止して燃料電池ＦＣの発電が不安定になるおそれがある。

そこで、実施形態の制御部３では、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さい場合、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力し、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する。なお、制御部３は、和Ｓｃｔ＝出力指令値Ｓｃ１＋出力指令値Ｓｃ２を計算することにより和Ｓｃｔを算出する。

また、閾値Ｓｃｔｈは、補機Ａｕから燃料電池ＦＣに供給される単位時間あたりの燃料の量が一定または略一定であるとき、すなわち、補機Ａｕから燃料電池ＦＣに安定して燃料が供給されているときの燃料電池ＦＣの出力電力の最小値、すなわち、燃料電池ＦＣの性能から決まる最も低い出力電力としての、発電可能な出力電力の最小値に設定されるものとする。例えば、燃料電池ＦＣが発電可能な出力電力の最小値を３［ｋＷ］とする場合、閾値Ｓｃｔｈは、３［ｋＷ］に設定される。これにより、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合、補機Ａｕから燃料電池ＦＣに安定して燃料を供給させることができる。

または、閾値Ｓｃｔｈは、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２の単位時間あたりの効率が所定値以上であるとき、すなわち、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２が共に高効率であるときの燃料電池ＦＣの出力電力の最小値に設定されるものとする。例えば、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２が共に高効率であるときの燃料電池ＦＣの出力電力の最小値を３［ｋＷ］とする場合、閾値Ｓｃｔｈは、３［ｋＷ］に設定される。これにより、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２を高効率で動作させることができる。

このように、制御部３は、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２がそれぞれ比較的小さくなる場合において、補機Ａｕ及びＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２のうちの１つでも安定して駆動させることができそうにないとき、燃料電池ＦＣの発電を停止させる。これにより、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２が比較的小さくなり、燃料電池ＦＣを安定して発電させることができそうもないときは燃料電池ＦＣの発電を停止させることができる。

また、制御部３は、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２がそれぞれ比較的小さくなる場合であっても、補機Ａｕ及びＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２の全てを安定して動作させることができそうなとき、燃料電池ＦＣを継続して発電させる。これにより、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２が比較的小さくなる場合でも、燃料電池ＦＣを安定して発電させることができそうなときは燃料電池ＦＣの発電をできるだけ継続させることができる。

なお、制御部３は、燃料電池ＦＣの発電停止時、燃料電池ＦＣの電圧が所定電圧以上になることで燃料電池ＦＣが劣化することを抑制するために、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さい場合において、燃料電池ＦＣの電圧が所定電圧に近づくと、燃料電池ＦＣの電圧が所定電圧以上にならないように、ゼロでない任意の出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力するように構成してもよい。

図２は、制御部３の動作の一例を示すフローチャートである。なお、制御部３は、制御タイミング毎に、図２に示すフローチャートを実行する。

まず、制御部３は、蓄電装置Ｓ１の充電量を取得するとともに蓄電装置Ｓ２の充電量を取得する（ステップＳ１）。

次に、制御部３は、蓄電装置Ｓ１の充電量に応じた出力指令値Ｓｃ１を算出するとともに蓄電装置Ｓ２の充電量に応じた出力指令値Ｓｃ２を算出する（ステップＳ２）。

次に、制御部３は、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔを算出する（ステップＳ３）。

次に、制御部３は、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さい場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する（ステップＳ５）。

一方、制御部３は、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ２で算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する（ステップＳ６）。

ここで、閾値Ｓｃｔｈを３［ｋＷ］とし、ステップＳ２で算出した出力指令値Ｓｃ１を２［ｋＷ］とし、ステップＳ２で算出した出力指令値Ｓｃ２を０［ｋＷ］とする場合を想定する。

この場合、制御部３は、和Ｓｃｔとして２［ｋＷ］を算出し、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さいと判断するため、出力指令値Ｓｃ１として０［ｋＷ］をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１に出力するとともに、出力指令値Ｓｃ２として０［ｋＷ］をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２に出力する。

また、閾値Ｓｃｔｈを３［ｋＷ］とし、ステップＳ２で算出した出力指令値Ｓｃ１を２［ｋＷ］とし、ステップＳ２で算出した出力指令値Ｓｃ２を２［ｋＷ］とする場合を想定する。

この場合、制御部３は、和Ｓｃｔとして４［ｋＷ］を算出し、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上であると判断するため、算出した出力指令値Ｓｃ１として２［ｋＷ］をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１に出力するとともに、算出した出力指令値Ｓｃ２として２［ｋＷ］をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２に出力する。

このように、実施形態の燃料電池システム１では、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さい場合、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力し、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する構成である。これにより、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２がそれぞれ閾値Ｓｃｔｈより小さい場合であっても、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合、燃料電池ＦＣの発電を停止させないようにすることができるため、燃料電池ＦＣの発電が頻繁に停止することを抑制することができ、燃料電池ＦＣを安定して発電させることができる。また、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔと閾値Ｓｃｔｈとの比較のみで燃料電池ＦＣの発電を停止させるか否かを判断することができるため、燃料電池ＦＣの発電制御を簡単に行うことができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態の制御部３では、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔを、単に、出力指令値Ｓｃ１と出力指令値Ｓｃ２との加算値とする構成であるが、下記式１のように、重みαを用いて、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔを算出してもよい。

和Ｓｃｔ＝出力指令値Ｓｃ１×（１−重みα）＋出力指令値Ｓｃ２×重みα・・・式１

なお、蓄電装置Ｓ１の満充電容量が小さいほど、重みαを大きくしてもよい。これにより、蓄電装置Ｓ１の満充電容量が比較的小さく、蓄電装置Ｓ１の充電量が大きくなり易い場合であっても、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さくなり易くなることを低減することができるため、燃料電池ＦＣの発電と停止が頻繁に切り替わることを抑制することができ、燃料電池ＦＣを安定して発電させることができる。

＜変形例２＞
上記実施形態の燃料電池システム１では、２つの蓄電装置Ｓ１、Ｓ２と、２つのＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２とを備える構成であるが、３つ以上の蓄電装置と、３つ以上のＤＣＤＣコンバータとを備えるように構成してもよい。なお、３つ以上の蓄電装置の少なくとも１つの蓄電装置から１つ以上の補機Ａｕに電力が供給されるものとする。

このように構成する燃料電池システム１の制御部３は、３つ以上の蓄電装置にそれぞれ対応する出力指令値の和が閾値Ｓｃｔｈより小さい場合、ゼロである出力指令値を各ＤＣＤＣコンバータに出力し、その和が閾値Ｓｃｔｈ以上である場合、３つ以上の蓄電装置のそれぞれの充電量に応じて算出した各出力指令値を各ＤＣＤＣコンバータに出力する。

このように燃料電池システム１を構成しても、燃料電池ＦＣを安定して発電させることができるとともに、燃料電池ＦＣの発電制御を簡単に行うことができる。

＜変形例３＞
図３は、変形例３における制御部３の動作を示すフローチャートである。なお、図３に示すステップＳ１〜Ｓ６は、図２に示すステップＳ１〜Ｓ６と同様であるため、その説明を省略する。

制御部３は、出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さい場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する（ステップＳ５）。

または、制御部３は、出力指令値Ｓｃ１がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の効率点より小さい場合（ステップＳ４：Ｎｏ、ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する（ステップＳ５）。

または、制御部３は、出力指令値Ｓｃ２がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の効率点より小さい場合（ステップＳ４：Ｎｏ、ステップＳ７：Ｎｏ、ステップＳ８：Ｙｅｓ）、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する（ステップＳ５）。

また、制御部３は、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合で、かつ、出力指令値Ｓｃ１がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の効率点以上である場合で、かつ、出力指令値Ｓｃ２がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の効率点以上である場合（ステップＳ４：Ｎｏ、ステップＳ７：Ｎｏ、ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ２で算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する（ステップＳ６）。

なお、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の効率点は、高効率で動作するＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の出力電力の最小値とし、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の効率点は、高効率で動作するＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の出力電力の最小値とする。

また、図３に示すステップＳ４、ステップＳ７、ステップＳ８の順番は特に限定されない。

ここで、閾値Ｓｃｔｈとしての燃料電池ＦＣが発電可能な出力電力の最小値を３．０［ｋＷ］とし、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の効率点を１．５［ｋＷ］とし、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の効率点を１．５［ｋＷ］とする場合を想定する。

（例１）出力指令値Ｓｃ１が１．０［ｋＷ］であり、出力指令値Ｓｃ２が１．５［ｋＷ］である場合、出力指令値Ｓｃ２がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の効率点以上であるが、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈより小さいため、または、出力指令値Ｓｃ１がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の効率点より小さいため、制御部３は、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する。

（例２）出力指令値Ｓｃ１が１．０［ｋＷ］であり、出力指令値Ｓｃ２が３．０［ｋＷ］である場合、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上であり、出力指令値Ｓｃ２がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の効率点以上であるが、出力指令値Ｓｃ１がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の効率点より小さいため、制御部３は、ゼロである出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する。

（例３）出力指令値Ｓｃ１が２．０［ｋＷ］であり、出力指令値Ｓｃ２が２．０［ｋＷ］である場合、和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上であり、出力指令値Ｓｃ１がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の効率点以上であり、出力指令値Ｓｃ２がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の効率点以上であるため、制御部３は、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２をＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２に出力する。

変形例３における燃料電池システム１によれば、算出した出力指令値Ｓｃ１、Ｓｃ２の和Ｓｃｔが閾値Ｓｃｔｈ以上である場合で、かつ、算出した出力指令値Ｓｃ１がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１の効率点以上である場合で、かつ、算出した出力指令値Ｓｃ２がＤＣＤＣコンバータＣｎｖ２の効率点以上である場合、補機Ａｕから燃料電池ＦＣに安定して燃料を供給させることができるとともに、ＤＣＤＣコンバータＣｎｖ１、Ｃｎｖ２を高効率で動作させることができる。

１ 燃料電池システム
２ 記憶部
３ 制御部
Ｖｅ 車両
ＦＣ 燃料電池
Ｃｎｖ１、Ｃｎｖ２ ＤＣＤＣコンバータ
Ｓ１、Ｓ２ 蓄電装置
Ｓｖ１、Ｓｖ２ 電圧検出部
Ｓｉ１、Ｓｉ２ 電流検出部
Ａｕ 補機
Ｌｏ 負荷

Claims (4)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池が発電する際に必要とされる補助機能を有する機器である補機と、
   前記補機に電力を供給する第１の蓄電装置と、
   負荷に電力を供給する第２の蓄電装置と、
   前記燃料電池から出力される電力のうち、第１の出力指令値に応じた電力を前記第１の蓄電装置に供給する第１のＤＣＤＣコンバータと、
   前記燃料電池から出力される電力のうち、第２の出力指令値に応じた電力を前記第２の蓄電装置に供給する第２のＤＣＤＣコンバータと、
   前記第１の蓄電装置の充電量に応じた前記第１の出力指令値を算出するとともに前記第２の蓄電装置の充電量に応じた前記第２の出力指令値を算出する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、算出した前記第１及び第２の出力指令値の和が閾値より小さい場合、ゼロである前記第１及び第２の出力指令値を前記第１及び第２のＤＣＤＣコンバータに出力し、前記和が前記閾値以上である場合、算出した前記第１及び第２の出力指令値を前記第１及び第２のＤＣＤＣコンバータに出力する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記閾値は、前記燃料電池が発電可能な出力電力の最小値である
   ことを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御部は、算出した前記第１及び第２の出力指令値の和が閾値より小さい場合、または、算出した前記第１の出力指令値が前記第１のＤＣＤＣコンバータの効率点より小さい場合、または、算出した前記第２の出力指令値が前記第２のＤＣＤＣコンバータの効率点より小さい場合、ゼロである前記第１及び第２の出力指令値を前記第１及び第２のＤＣＤＣコンバータに出力し、前記和が前記閾値以上である場合で、かつ、算出した前記第１の出力指令値が前記第１のＤＣＤＣコンバータの効率点以上である場合で、かつ、算出した前記第２の出力指令値が前記第２のＤＣＤＣコンバータの効率点以上である場合、算出した前記第１及び第２の出力指令値を前記第１及び第２のＤＣＤＣコンバータに出力する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１に記載の燃料システムであって、
   前記閾値は、前記第１及び第２のＤＣＤＣコンバータそれぞれの効率が所定値以上であるときの前記燃料電池の出力電力の最小値である
   ことを特徴とする燃料電池システム。
   

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