JP2022056589A - Fuel cell system of fuel cell vehicle - Google Patents
Fuel cell system of fuel cell vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022056589A JP2022056589A JP2020164418A JP2020164418A JP2022056589A JP 2022056589 A JP2022056589 A JP 2022056589A JP 2020164418 A JP2020164418 A JP 2020164418A JP 2020164418 A JP2020164418 A JP 2020164418A JP 2022056589 A JP2022056589 A JP 2022056589A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- power
- storage device
- motor generator
- regenerative
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 205
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 125
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 70
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 46
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 45
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 6
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池車両の燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system for a fuel cell vehicle.
近年、燃料電池車両が実用化されている。燃料電池は、水素ガスと酸素ガス（空気）との電気化学反応によって発電を行う発電機である。燃料電池車両は、燃料電池、蓄電装置及びモータジェネレータを備え、燃料電池の発電電力は、蓄電装置への充電電力及びモータジェネレータを駆動する電力として用いられる。また、燃料電池車両の減速時には、車輪の回転エネルギを利用してモータジェネレータに発電させることで、回生ブレーキ力を生じさせるとともに発電電力を蓄電装置に充電する制御が行われる。 In recent years, fuel cell vehicles have been put into practical use. A fuel cell is a generator that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen gas and oxygen gas (air). The fuel cell vehicle includes a fuel cell, a power storage device, and a motor generator, and the generated power of the fuel cell is used as charging power for the power storage device and power for driving the motor generator. Further, when the fuel cell vehicle is decelerated, the motor generator is generated by using the rotational energy of the wheels to generate a regenerative braking force and control the power storage device to be charged.
また、特許文献１には、燃料電池の酸化還元進行電圧範囲外で燃料電池の出力電力を減少させることで燃料電池の劣化を抑制し、劣化を抑制した状態で、回生発電により発生した回生発電電力を蓄電装置に回収することにより、燃料電池の出力電力を減少させた分、回生電力を有効に回収することができる燃料電池システムが開示されている。
Further, in
しかしながら、蓄電装置の充電率が高い状態では回生ブレーキによる発電電力を蓄電装置に充電することができず、回生ブレーキ力を利用することができない。このような場合、燃料電池車両においては、機械式ブレーキ（摩擦ブレーキ）が用いられるため、エネルギ回収効率の低下を招く。また、燃料電池車両は、車両の重量が大きくなる傾向があるため、機械式ブレーキへの負担が増大して、ブレーキパッドやブレーキディスクが摩耗しやすくなるおそれがある。 However, when the charge rate of the power storage device is high, the power generated by the regenerative brake cannot be charged to the power storage device, and the regenerative braking force cannot be used. In such a case, in the fuel cell vehicle, a mechanical brake (friction brake) is used, which causes a decrease in energy recovery efficiency. Further, in a fuel cell vehicle, the weight of the vehicle tends to be large, so that the load on the mechanical brake increases, and the brake pads and brake discs may be easily worn.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、蓄電装置の充電率が高い場合であっても回生ブレーキを安定的に利用可能な燃料電池車両の燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to fuel a fuel cell vehicle in which a regenerative brake can be stably used even when the charge rate of the power storage device is high. It is to provide a battery system.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、燃料電池、蓄電装置及びモータジェネレータを備えた燃料電池車両の燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電電力を昇圧する機能、及び、モータジェネレータの回生発電電力及び蓄電装置の蓄電電力を降圧する機能を有する電力変換器と、モータジェネレータの回生発電電力又は蓄電装置の蓄電電力を用いて発熱する発熱抵抗器と、燃料電池及び発熱抵抗器と電力変換器との間に設けられ、燃料電池と電力変換器とを接続する第１の接続状態と、発熱抵抗器と電力変換器とを接続する第２の接続状態と、を切り換える切換手段と、燃料電池システムを制御する制御装置と、を備え、制御装置は、蓄電装置の充電率が所定の閾値以上の場合、切換手段を第２の接続状態として、モータジェネレータの回生発電電力を発熱抵抗器で消費させる燃料電池車両の燃料電池システムが提供される。 In order to solve the above problems, according to a certain viewpoint of the present invention, in a fuel cell system of a fuel cell vehicle provided with a fuel cell, a power storage device and a motor generator, a function of boosting the generated power of the fuel cell and a motor A power converter having a function of stepping down the regenerated electric power of the generator and the stored power of the power storage device, a heat generating resistor that generates heat using the regenerated power generated by the motor generator or the stored power of the power storage device, a fuel cell, and a heat generating resistor. A switching means provided between the power converter and the power converter to switch between a first connection state for connecting the fuel cell and the power converter and a second connection state for connecting the heat generation resistor and the power converter. When the charge rate of the power storage device is equal to or higher than a predetermined threshold value, the control device generates the regenerated electric power of the motor generator with the switching means as the second connection state. A fuel cell system for a fuel cell vehicle to be consumed by a resistor is provided.
上記の燃料電池システムにおいて、制御装置は、モータジェネレータの回生発電電力を発熱抵抗器で消費させる場合、蓄電装置に印加されるリンク電圧を一定値に設定し、電力変換器を制御してもよい。 In the above fuel cell system, when the regenerative power of the motor generator is consumed by the heat generation resistor, the control device may control the power converter by setting the link voltage applied to the power storage device to a constant value. ..
上記の燃料電池システムにおいて、制御装置は、モータジェネレータの回生発電電力を発熱抵抗器で消費させる場合、回生発電電力から補機への供給電力を引いた値を発熱抵抗器の抵抗値で割った値に基づいて発熱抵抗器へ供給する電流指令値を設定し、電力変換器を制御してもよい。 In the above fuel cell system, when the control device consumes the regenerated power of the motor generator by the heat generating resistor, the value obtained by subtracting the power supplied to the auxiliary machine from the regenerated power is divided by the resistance value of the heat generating resistor. The power converter may be controlled by setting the current command value to be supplied to the heat generation resistor based on the value.
上記の燃料電池システムにおいて、燃料電池を冷却する冷媒が循環する冷却回路を備え、冷却回路は、発熱抵抗器を経由して配設されてもよい。 In the above fuel cell system, a cooling circuit for circulating a refrigerant for cooling the fuel cell may be provided, and the cooling circuit may be arranged via a heat generating resistor.
上記の燃料電池システムにおいて、制御装置は、燃料電池の温度が所定温度未満の場合、蓄電装置の充電率にかかわらず、切換手段を第２の接続状態として、モータジェネレータの回生発電電力又は蓄電装置の蓄電電力を発熱抵抗器で消費させ、冷却回路を流れる冷媒により燃料電池を暖機してもよい。 In the above fuel cell system, when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature, the control device sets the switching means as the second connection state regardless of the charge rate of the power storage device, and regenerates the power of the motor generator or the power storage device. The stored electric power may be consumed by the heat generation resistor, and the fuel cell may be warmed up by the refrigerant flowing through the cooling circuit.
以上説明したように本発明によれば、蓄電装置の充電率が高い場合であっても回生ブレーキを安定的に利用することができる。 As described above, according to the present invention, the regenerative brake can be stably used even when the charging rate of the power storage device is high.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.
＜１．燃料電池システムの構成例＞
まず、本発明の実施の形態に係る燃料電池車両の燃料電池システムの構成例を説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る燃料電池システム１０の構成例を示す説明図である。図１は、燃料電池システム１０の構成例を示す模式図であり、図２は、燃料電池１１の冷却回路７０の構成例を示す模式図である。
<1. Fuel cell system configuration example>
First, a configuration example of the fuel cell system of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention will be described. 1 and 2 are explanatory views showing a configuration example of the
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池１１、蓄電装置１３、モータジェネレータ１７、インバータ１５、電力変換器３０、発熱抵抗切換部２０及び制御装置５０を備える。燃料電池システム１０を搭載した燃料電池車両（以下、単に「車両」ともいう）は、蓄電装置１３に蓄電される電力（以下、「蓄電電力」ともいう）を用いて駆動されるモータジェネレータ１７を駆動源として走行する。また、燃料電池車両は、燃料電池１１による発電電力を蓄電装置１３に充電したり、燃料電池１１による発電電力を用いてモータジェネレータ１７を駆動したりすることにより、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが低下して電力が枯渇することを抑制し、走行を継続する。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態において、蓄電装置１３は、単独でモータジェネレータ１７の駆動に必要な出力をまかなうことができる出力特性を有する。このような燃料電池車両は、例えば、燃料電池レンジエクステンダ式の電動車両として構成されてもよい。燃料電池レンジエクステンダ式の電動車両に搭載される燃料電池システム１０では、主として蓄電装置１３の蓄電電力のみでモータジェネレータ１７が駆動され、燃料電池１１の発電電力は、主として蓄電装置１３の充電電力として用いられる。ただし、燃料電池車両は、燃料電池レンジエクステンダ式の電動車両に限定されるものではない。
In the present embodiment, the
（蓄電装置）
蓄電装置１３は、電力を充放電可能な機器であり、モータジェネレータ１７へ供給される電力を蓄電する。蓄電装置１３としては、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又は鉛蓄電池等の二次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。
(Power storage device)
The
蓄電装置１３は、モータジェネレータ１７を駆動するインバータ１５に接続される。蓄電装置１３の蓄電電力は、車両に搭載された各種補機へ供給されてもよく、蓄電装置１３以外の蓄電機器、例えば、蓄電装置１３よりも定格電圧の低い蓄電装置へ供給されてもよい。
The
また、蓄電装置１３は、当該蓄電装置１３へ供給される電力を用いて充電される。具体的に、蓄電装置１３は、燃料電池１１の発電電力を用いて充電される。また、蓄電装置１３は、モータジェネレータ１７により回生発電される電力（以下、「回生発電電力」ともいう）を用いて充電される。なお、蓄電装置１３は、車両の外部の交流電源からの電力の供給を受けて充電されるように構成されていてもよい。
Further, the
蓄電装置１３は、管理装置（以下、「ＢＭＳ：Battery Management System」ともいう）１４を備える。ＢＭＳ１４は、蓄電装置１３の電圧及び充電率ＳＯＣ等を算出し、制御装置５０へ出力する。
The
（燃料電池）
燃料電池１１は、水素ガスと酸素ガス（空気）とを反応させることにより発電可能な電池である。例えば、燃料電池１１は、蓄電装置１３の起電力と比較して低電圧の電力を発電する。燃料電池１１は、高圧水素が充填された図示しない水素タンクと接続される。また、燃料電池１１には、図示しないコンプレッサ等により空気が供給される。燃料電池１１への水素ガス及び酸素ガスの供給量が制御されることにより、燃料電池１１の出力が制御される。燃料電池１１の駆動は、制御装置５０により制御される。
(Fuel cell)
The
燃料電池１１は、電圧を変換可能な電力変換器３０を介して、蓄電装置１３と並列的にインバータ１５に接続される。したがって、燃料電池１１の発電電力を、電力変換器３０を介して、蓄電装置１３又はインバータ１５へそれぞれ供給することができる。
The
（インバータ）
インバータ１５は、直流電力と交流電力との間で電力を変換可能な電力変換装置であり、モータジェネレータ１７と蓄電装置１３等の電力源側との間で双方向の電力変換を行う機能を有する。インバータ１５は、例えば、三相ブリッジ回路を含んで構成される。インバータ１５はスイッチング素子を備え、当該スイッチング素子の動作が制御されることにより、インバータ１５による電力の変換が制御される。インバータ１５の駆動は、制御装置５０により制御される。
(Inverter)
The
インバータ１５は、モータジェネレータ１７と接続される。したがって、モータジェネレータ１７と蓄電装置１３等の電力源側との間で、インバータ１５を介した双方向の電力変換を行うことができる。例えば、インバータ１５は、電力源側から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１７へ供給する。また、インバータ１５は、モータジェネレータ１７により回生発電される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１３へ供給する。なお、燃料電池システム１０内を流れる直流電力を平滑化する観点から、インバータ１５と並列的に接続された平滑コンデンサ３９が設けられている。
The
（モータジェネレータ）
モータジェネレータ１７は、供給される電力を用いて駆動されることにより動力を出力する。モータジェネレータ１７としては、例えば、三相交流式のモータが用いられる。モータジェネレータ１７から出力された動力は、例えば、図示しないデファレンシャル装置へ伝達され、当該デファレンシャル装置によって左右一対の駆動輪へ分配される。また、モータジェネレータ１７は、車両の減速時に回生駆動され、車輪の回転エネルギを用いて回生発電する発電機として機能する。
(Motor generator)
The
（発熱抵抗切換部）
発熱抵抗切換部２０は、電力変換器３０と燃料電池１１との間に設けられる。発熱抵抗切換部２０は、発熱抵抗器２１及び切換手段２３を備える。
(Heat generation resistance switching unit)
The heat generation
発熱抵抗器２１は、発熱することにより電力を消費する機能を有する。具体的に、発熱抵抗器２１は、モータジェネレータ１７の回生発電電力又は蓄電装置１３の蓄電電力を用いて発熱する。発熱抵抗器２１は、燃料電池１１と並列に接続される。発熱抵抗器２１は特に限定されるものではなく、例えば、チップ型の抵抗器であってもよく、リード型の抵抗器であってもよい。
The
切換手段２３は、燃料電池１１及び発熱抵抗器２１と、電力変換器３０との間に設けられ、燃料電池１１の正極側と電力変換器３０とを接続する第１の接続状態と、発熱抵抗器２１の正極側と電力変換器３０とを接続する第２の接続状態とを切り換える。切換手段２３は特に限定されるものではなく、例えば、機械式のリレースイッチやロータリースイッチ、カムスイッチ等の適宜のスイッチを用いることができる。切換手段２３の駆動は、制御装置５０により制御される。
The switching means 23 is provided between the
（電力変換器）
電力変換器３０は、電圧を変換可能な電力変換装置である。電力変換器３０は、燃料電池１１の発電電力を昇圧して蓄電装置１３あるいはモータジェネレータ１７へ供給する。また、電力変換器３０は、モータジェネレータ１７の回生発電電力あるいは蓄電装置１３の蓄電電力を降圧して発熱抵抗器２１側へ供給する。電力変換器３０の駆動は、制御装置５０により制御される。電力変換器３０にはスイッチング素子が設けられ、当該スイッチング素子の動作が制御されることにより、電力変換器３０による電力の変換が制御される。
(Power converter)
The
電力変換器３０は、第１のスイッチング素子３５ａ、第２のスイッチング素子３５ｂ、第１のダイオード３７ａ、第２のダイオード３７ｂ及びリアクトル３１を含む。リアクトル３１は、燃料電池１１の正極側に設けられる。第１のダイオード３７ａは、リアクトル３１とインバータ１５の正極側との間に接続されるダイオードである。第１のダイオード３７ａは、具体的には、リアクトル３１からインバータ１５の正極側へ向かう一方向に電流の向きを規制する。第２のダイオード３７ｂは、リアクトル３１と燃料電池１１の負極側との間に接続されるダイオードである。第２のダイオード３７ｂは、具体的には、燃料電池１１の負極側からリアクトル３１へ向かう一方向の電流の向きを規制する。第１のスイッチング素子３５ａは、第１のダイオード３７ａに並列に接続されるスイッチング素子である。第２のスイッチング素子３５ｂは、第２のダイオード３７ｂに並列に接続されるスイッチング素子である。
The
第１のスイッチング素子３５ａ及び第２のスイッチング素子３５ｂとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。
As the
電力変換器３０は、切換手段２３により燃料電池１１の正極側とリアクトル３１とが接続された状態で、燃料電池１１の発電電力を昇圧して蓄電装置１３及びモータジェネレータ１７側へ供給する。具体的には、図３に示すように、切換手段２３により燃料電池１１の正極側とリアクトル３１とが接続された状態で、電力変換器３０は、第１のスイッチング素子３５ａをオフの状態で保持し、第２のスイッチング素子３５ｂのスイッチング動作を行う。これにより、燃料電池１１の発電電力が昇圧されて蓄電装置１３側へ供給される。このとき、第２のスイッチング素子３５ｂがオンのときにリアクトル３１へ磁気エネルギが蓄積され、第２のスイッチング素子３５ｂがオフのときにリアクトル３１から磁気エネルギが放出される。
The
一方、切換手段２３により発熱抵抗器２１とリアクトル３１とが接続された状態で、電力変換器３０は、モータジェネレータ１７の回生発電電力又は蓄電装置１３の蓄電電力を降圧して発熱抵抗器２１へ供給する。具体的には、図４に示すように、切換手段２３により発熱抵抗器２１とリアクトル３１とが接続された状態で、電力変換器３０は、第２のスイッチング素子３５ｂをオフの状態で保持し、第１のスイッチング素子３５ａのスイッチング動作を行う。これにより、モータジェネレータ１７の発電電力が降圧されて発熱抵抗器２１へ供給される。このとき、第１のスイッチング素子３５ａがオンのときにリアクトル３１へ磁気エネルギが蓄積され、第１のスイッチング素子３５ａがオフのときにリアクトル３１から磁気エネルギが放出される。
On the other hand, in a state where the
なお、電力変換器３０を、コンバータとして電流制御モードで制御することを可能とするために、電力変換器３０には、第１のスイッチング素子３５ａ及び第２のスイッチング素子３５ｂとリアクトル３１との間に電流センサ３３が設けられている。
In order to enable the
（冷却回路）
図２に示すように、冷却回路７０は、燃料電池１１を通過する循環路８７に冷媒を循環させることで、燃料電池１１を冷却する。冷却回路７０は、燃料電池１１を通過するように配設された循環路８７を備える。冷却回路７０の循環路８７は、燃料電池１１の出側において、発熱抵抗器２１を通過するように配設されている。循環路８７には、冷媒ポンプ７９及びラジエータ８５が設けられている。冷媒ポンプ７９は、図示しない制御装置５０により駆動され、循環路８７内に冷媒を循環させる。ラジエータ８５は、燃料電池１１の出側と冷媒ポンプ７９との間に設けられ、昇温された冷媒を冷却する。
(Cooling circuit)
As shown in FIG. 2, the cooling
また、冷却回路７０は、ラジエータ８５の上流側と下流側とを接続するラジエータバイパス流路８８を有する。ラジエータ８５の上流側の循環路８７とラジエータバイパス流路８８との分岐部分には、第１の流路切換弁７７が設けられている。第１の流路切換弁７７は、図示しない制御装置５０により駆動され、冷媒をラジエータ８５側へ供給する状態と、冷媒をラジエータバイパス流路８８側へ供給する状態とを切り換える。
Further, the cooling
ラジエータバイパス流路８８には、流量制御弁８３及び差圧センサ８１が備えられている。差圧センサ８１は、流量制御弁８３の上流側と下流側との圧力差を検出し、センサ信号を図示しない制御装置５０へ出力する。流量制御弁８３は、ラジエータバイパス流路８８の流路面積を調節することにより、ラジエータバイパス流路８８を流れる冷媒の流量を調節する。流量制御弁８３の駆動は、制御装置５０により制御される。
The radiator
また、図２に示した冷却回路７０は、燃料電池１１の入側と出側とを接続し、燃料電池１１を通過する循環路８７と並列に設けられたインタークーラ流路８９を有する。インタークーラ流路８９は、車両に搭載された図示しない過給機を冷却するインタークーラ７５を通過するように配設されている。
Further, the cooling
また、冷却回路７０は、発熱抵抗器２１の出側に、循環路８７から分岐して車両の空調装置７３を通過した後に循環路８７に合流するように配設されたヒータ流路８６を有する。循環路８７とヒータ流路８６との分岐部分には、第２の流路切換弁７１が設けられている。第２の流路切換弁７１は、図示しない制御装置５０により駆動され、冷媒を空調装置７３側へ供給する状態と、空調装置７３側を通過させない状態とを切り換える。
Further, the cooling
また、燃料電池１１の温度が低い場合、第１の流路切換弁７７は、冷媒がラジエータバイパス流路８８側を通過するように流路を切り換える。これにより、冷媒がラジエータ８５により冷却されないようになり、燃料電池１１の暖機が行われる。また、例えば、空調装置７３が暖房設定にされている場合、冷媒の温度が所定温度以上の状態で、第２の流路切換弁７１は、冷媒がヒータ流路８６側を通過するように流路を切り換える。これにより、冷媒の熱が、車室内に供給される暖気の昇温に用いられる。
Further, when the temperature of the
（制御装置）
制御装置５０は、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成される。制御装置５０の一部又は全部が、ファームウェア等の更新可能なもので構成されてもよく、また、ＣＰＵからの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。また、制御装置５０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶素子、あるいは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）フラッシュ、ストレージ装置等の記憶媒体を含んで構成される。これらの記憶素子等は、制御装置５０により実行されるソフトウェアプログラムや、演算処理に用いられる種々のパラメタ、取得した情報、演算結果等を記憶する。
(Control device)
The
また、制御装置５０は、燃料電池システム１０に設けられる各機器と通信可能に構成される。具体的に、制御装置５０は、燃料電池１１、インバータ１５、電力変換器３０、ＢＭＳ１４及び切換手段２３と通信を行う。制御装置５０と各機器との通信は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）又はＬＩＮ（Local Inter Net）等の通信手段により実現される。図１には、一つの制御装置５０が示されているが、制御装置５０が有する機能は、互いに通信可能な複数の制御装置により実現されてもよい。
Further, the
図５は、制御装置５０の機能構成を示すブロック図である。制御装置５０は、燃料電池制御部５１、インバータ制御部５３、電力変換制御部５５、冷却回路制御部５７及び回生消費制御部５９を備える。これらの各部は、具体的には、ＣＰＵによるソフトウェアプログラムの実行により実現される機能である。
FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the
燃料電池制御部５１は、燃料電池１１への水素ガス及び酸素ガスの供給量を制御することにより、燃料電池１１の出力を制御する。また、インバータ制御部５３は、インバータ１５のスイッチング素子の動作を制御することにより、インバータ１５による電力の変換を制御する。これにより、モータジェネレータ１７による動力の生成及び回生発電が制御される。また、電力変換制御部５５は、電力変換器３０の第１のスイッチング素子３５ａ及び第２のスイッチング素子３５ｂの動作を制御することにより、電力変換器３０による電力の変換を制御する。また、冷却回路制御部５７は、冷却回路７０の冷媒ポンプ７９、第１の流路切換弁７７、第２の流路切換弁７１及び流量制御弁８３の動作を制御することにより、燃料電池１１の温度を制御する。
The fuel
また、回生消費制御部５９は、モータジェネレータ１７の回生発電電力又は蓄電装置１３の蓄電電力を発熱抵抗器２１で消費させる制御（以下、「回生消費制御」ともいう）の実行を制御する。本実施形態において、回生消費制御部５９は、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上の場合、及び、燃料電池１１の暖機が必要な場合に、回生消費制御の実行を可能とする。
Further, the regenerative
例えば、回生消費制御部５９は、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上であるか否かを判定し、充電率ＳＯＣが閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上となっている場合に燃料電池１１を停止状態又はアイドル状態で保持させる。そして、回生消費制御部５９は、充電率ＳＯＣが閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上の状態で、燃料電池１１が停止状態又はアイドル状態となった場合、回生消費有効フラグを生成（＝１）とする。閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃは、蓄電装置１３にモータジェネレータ１７の回生発電電力を充電するための容量がないことを判定し得る値として適切な値に設定される。閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃは固定値であってもよく、蓄電装置１３の温度によって変動する値であってもよい。
For example, the regenerative
また、回生消費制御部５９は、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満であるか否かを判定し、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満となっている場合に燃料電池１１を停止状態又はアイドル状態で保持させる。そして、回生消費制御部５９は、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満の状態で、燃料電池１１が停止状態又はアイドル状態となった場合、回生消費有効フラグを生成（＝１）とする。所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃは、燃料電池１１の発電効率が低く、燃料電池１１の暖機が必要であることを判定し得る値として適切な値に設定される。
Further, the regenerative
図６は、回生消費有効フラグを生成する判定方法を示す論理回路図を示す。
図６に示したように、回生消費制御部５９は、燃料電池１１が停止状態又はアイドル状態となっており、かつ、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上又は燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満となっている場合に、回生消費有効フラグを生成する。
FIG. 6 shows a logic circuit diagram showing a determination method for generating a regenerative consumption valid flag.
As shown in FIG. 6, in the regenerative
回生消費制御部５９は、回生消費有効フラグが生成されていない間、切換手段２３を第１の接続状態とする一方、回生消費有効フラグが生成されている間、切換手段２３を第２の接続状態とする。切換手段２３が第２の接続状態に切り換えられている間、回生発電電力又は蓄電電力を発熱抵抗器２１で消費させることが可能な状態となる。また、切換手段２３が第２の接続状態に切り換えられている間、モータジェネレータ１７から動力を出力させる場合、蓄電装置１３の出力のみによってモータジェネレータ１７の駆動（力行駆動）が行われる。
The regenerative
図７は、回生消費制御を実行する際の制御状態を示す説明図である。
蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上の状態で回生消費有効フラグが生成された場合、制御装置５０は、モータジェネレータ１７の回生発電電力を発熱抵抗器２１で消費させながら回生ブレーキを生じさせる制御を実行する。具体的に、燃料電池制御部５１は、燃料電池１１による発電を停止させた状態で保持する。回生消費制御部５９は、切換手段２３を第２の接続状態に切り換え、発熱抵抗器２１を電力変換器３０に接続する。インバータ制御部５３は、車両の減速時にインバータ１５を制御してモータジェネレータ１７を回生駆動し、発電された交流電力を直流電力に変換して電力変換器３０側へ供給する。電力変換制御部５５は、電力変換器３０を制御して、直流電力の電圧を降圧させつつ発熱抵抗器２１へ電力を供給する。これにより、発熱抵抗器２１において回生発電電力が消費され、回生発電電力を蓄電装置１３へ充電することができない場合であっても回生ブレーキを生じさせることができる。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a control state when the regenerative consumption control is executed.
When the regenerative consumption valid flag is generated when the charge rate SOC of the
燃料電池１１の発電が停止された状態では、冷却回路７０の冷却能力に余裕が見込まれる。このため、冷却回路制御部５７は、回生消費制御を実行する間、冷媒ポンプ７９を駆動させて冷媒を循環させ、発熱抵抗器２１から放熱させる。この場合、冷却回路制御部５７は、冷媒がラジエータ８５を通過するように第１の流路切換弁７７を駆動する。これにより、冷却された冷媒を燃料電池１１及び発熱抵抗器２１へ供給することができ、発熱抵抗器２１からの熱回収効率を高めることができる。また、冷却回路制御部５７は、冷媒が空調装置７３を通過するように第２の流路切換弁７１を駆動してもよい。これにより、発熱抵抗器２１で回収された排熱を、車室内の暖気に利用することができる。
When the power generation of the
また、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満の状態で回生消費有効フラグが生成された場合、制御装置５０は、蓄電装置１３の蓄電電力又はモータジェネレータ１７の回生発電電力を発熱抵抗器２１で消費させ、発熱抵抗器２１から回収される排熱を用いて燃料電池１１を暖機する制御を実行する。この場合、図７に示した例では、制御装置５０は、燃料電池システム１０の起動時であるか、車両の走行開始後であるかによって、制御の内容を異ならせる。
When the regenerative consumption valid flag is generated when the temperature of the
燃料電池システム１０の起動時に燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満の場合、燃料電池制御部５１は、燃料電池１１による発電を停止させた状態で保持する。回生消費制御部５９は、切換手段２３を第２の接続状態に切り換え、発熱抵抗器２１を電力変換器３０に接続する。インバータ制御部５３は、モータジェネレータ１７の駆動を停止させた状態で保持する。電力変換制御部５５は、蓄電装置１３の蓄電電力の電圧を降圧させつつ発熱抵抗器２１へ電力を供給する。
When the temperature of the
一方、車両の走行開始後に燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満の場合、蓄電装置１３の蓄電電力を用いる代わりにモータジェネレータ１７の回生発電電力を用いる以外は、燃料電池システム１０の起動時と同様の制御が行われる。つまり、インバータ制御部５３は、車両の減速時にインバータ１５を制御してモータジェネレータ１７を回生駆動し、発電された交流電力を直流電力に変換して電力変換器３０側へ供給する。電力変換制御部５５は、電力変換器３０を制御して、直流電力の電圧を降圧させつつ発熱抵抗器２１へ電力を供給する。
On the other hand, when the temperature of the
燃料電池システム１０の起動時、又は、車両の走行開始後のいずれの場合であっても、冷却回路制御部５７は、冷媒ポンプ７９を駆動させて冷媒を循環させ、発熱抵抗器２１から排熱を回収する。この場合、冷却回路制御部５７は、冷媒がラジエータ８５を通過しないように、つまり、冷媒がラジエータバイパス流路８８側を通過するように第１の流路切換弁７７を駆動する。これにより、発熱抵抗器２１で回収された排熱によって加温された冷媒を燃料電池１１を通過させて、燃料電池１１の暖機を促進することができる。冷却回路制御部５７は、冷媒が空調装置７３を通過するように第２の流路切換弁７１を駆動してもよい。これにより、発熱抵抗器２１で回収した熱エネルギを、車室内の暖気に利用することができる。
The cooling
ここで、モータジェネレータ１７の回生発電電力を発熱抵抗器２１で消費させる場合、蓄電装置１３へ電流が流れないようにすることが好ましい。例えば、電力変換制御部５５は、直流電力のリンク電圧が一定となるように電力変換器３０を制御してもよい（電圧制御モード）。これにより、蓄電装置１３に電流が流れることを抑制することができる。このときのリンク電圧は、適宜の値に設定され得るが、例えば、モータジェネレータ１７による回生発電を開始するときのリンク電圧の値を維持させてもよい。
Here, when the regenerative power of the
あるいは、電力変換制御部５５は、回生発電電力から、補機等により消費される電力を除いた余剰の電力が発熱抵抗器２１へ供給されるように電力変換器３０を制御してもよい（電流制御モード）。
Alternatively, the power
図８は、電流制御モードにおいて、発熱抵抗器２１へ供給する電流指令値の計算方法の一例を示す説明図である。図８に示す例では、回生消費制御部５９は、モータジェネレータ１７の回生発電電力から補機等に供給する電力を引いた値に電力変換器３０による電力変換効率を乗じる。さらに、回生消費制御部５９は、求められた電力値を発熱抵抗器２１の抵抗値で割り、その平方根に対してマイナス１を乗じて電流指令値とする。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a method of calculating a current command value supplied to the
モータジェネレータ１７の回生発電電力は、モータジェネレータ１７の回転数及び目標とする減速度に基づいて求めることができる。補機等に供給する電力の情報は、電力の供給を受ける補機等を制御する制御装置から取得することができる。電力変換器３０による電力変換効率は、電力変換器３０の特性としてあらかじめ設定される。発熱抵抗器２１の抵抗値は、あらかじめ設定される値であり、温度によって変動する値であってもよい。計算の途中でマイナス１を乗じているのは、燃料電池１１側からモータジェネレータ１７側へ向かう方向を正の値としていることによる。
The regenerative power generation of the
このようにして、回生発電電力から補機等に供給される電力を除き、さらに電力変換器３０の電力変換効率を考慮して、発熱抵抗器２１へ供給する電流指令値を求めることにより、蓄電装置１３に電流が流れることを抑制することができる。
In this way, the electric power supplied to the auxiliary equipment or the like is removed from the regenerated electric power, and the electric power conversion efficiency of the
＜２．燃料電池システムの動作＞
次に、図９～図１３のフローチャートに基づいて、本実施形態に係る燃料電池システム１０の動作を説明する。以下、本実施形態に係る燃料電池システム１０の動作のうち、モータジェネレータ１７の回生発電電力又は蓄電装置１３の蓄電電力を発熱抵抗器２１で消費させる処理に関連する動作について説明する。
<2. Operation of fuel cell system>
Next, the operation of the
（回生消費処理実行判定処理）
図９に示すように、制御装置５０の回生消費制御部５９は、回生消費有効フラグが生成（＝１）されているか否かを判別する（ステップＳ１１）。回生消費有効フラグは、図６に例示した判定方法にしたがって、燃料電池１１が停止状態又はアイドル状態となっており、かつ、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上又は燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満となっている場合に生成される。回生消費有効フラグを生成するか否かの判定は、繰り返し実行される。
(Regenerative consumption processing execution judgment processing)
As shown in FIG. 9, the regenerative
回生消費有効フラグが生成されていない場合（Ｓ１１／Ｎｏ）、回生消費制御部５９は、ステップＳ１１の判別を繰り返す。一方、回生消費有効フラグが生成されている場合（Ｓ１１／Ｙｅｓ）、回生消費制御部５９は、回生消費フラグが生成された理由が、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上であることによるものか否かを判別する（ステップＳ１３）。
When the regenerative consumption valid flag is not generated (S11 / No), the regenerative
ステップＳ１３が肯定判定の場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、回生消費制御部５９は、モータジェネレータ１７の回生発電電力を発熱抵抗器２１で消費させながら回生ブレーキを生じさせる処理を実行する（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１３が否定判定の場合（Ｓ１３／Ｎｏ）、回生消費フラグが生成された理由が、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満であることによるものであるため、回生消費制御部５９は、燃料電池１１を暖機させる処理を実行する（ステップＳ１７）。
When the affirmative determination is made in step S13 (S13 / Yes), the regenerative
（回生発電電力消費処理）
図１０は、ステップＳ１５において実行される回生発電電力消費処理であって、直流電力のリンク電圧を一定の値に制御する電圧制御モードでの処理を示すフローチャートである。
(Regenerative power consumption processing)
FIG. 10 is a flowchart showing the regenerative power generation power consumption process executed in step S15 in the voltage control mode in which the link voltage of the DC power is controlled to a constant value.
まず、回生消費制御部５９は、電力変換器３０の動作を一旦停止させる（ステップＳ２１）。次いで、回生消費制御部５９は、切換手段２３を駆動して、発熱抵抗器２１を電力変換器３０と接続する（ステップＳ２３）。
First, the regenerative
次いで、回生消費制御部５９は、モータジェネレータ１７を回生駆動する指令が生成されているか否かを判別する（ステップＳ２５）。モータジェネレータ１７を回生駆動する指令は、例えば、アクセルペダルが急激に開放されたり、やブレーキペダルが踏み込まれたりした場合等の車両を減速させる際に、車両の駆動力の制御を司る図示しない制御部によって生成される。
Next, the regenerative
ステップＳ２５が否定判定の場合（Ｓ２５／Ｎｏ）、回生消費制御部５９は、引き続き回生消費有効フラグが生成されているか否かを判別する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７が肯定判定の場合（Ｓ２７／Ｙｅｓ）、回生消費制御部５９は、ステップＳ２５に戻る一方、ステップＳ２７が否定判定の場合（Ｓ２７／Ｎｏ）、回生消費制御部５９は、切換手段２３を駆動して、発熱抵抗器２１を電力変換器３０から遮断する（ステップＳ３９）。
When the negative determination is made in step S25 (S25 / No), the regenerative
一方、ステップＳ２５が肯定判定の場合（Ｓ２５／Ｙｅｓ）、回生消費制御部５９は、一定の値に保持するリンク電圧を設定する（ステップＳ２９）。リンク電圧の設定値は適宜の値に設定され得るが、例えば、当該リンク電圧の設定時におけるリンク電圧の値をそのまま設定値として維持してもよい。次いで、回生消費制御部５９は、電力変換器３０の駆動を開始させる（ステップＳ３１）。具体的に、電力変換制御部５５は、インバータ１５から出力される直流の回生発電電力のリンク電圧を設定値に保持し、蓄電装置１３に電流が流れないようにする。また、電力変換制御部５５は、直流電力の電圧を降圧させつつ発熱抵抗器２１へ電力を供給する。これにより、モータジェネレータ１７の回生発電電力を発熱抵抗器２１で消費させながら、回生ブレーキを生じさせることができる。
On the other hand, when the affirmative determination is made in step S25 (S25 / Yes), the regenerative
次いで、回生消費制御部５９は、モータジェネレータ１７を回生駆動する指令が生成されているか否かを判別する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３が肯定判定の場合（Ｓ３３／Ｙｅｓ）、モータジェネレータ１７の回生発電電力を発熱抵抗器２１で消費させながら、回生ブレーキを生じさせる制御を継続させつつ、ステップＳ３３の判別を繰り返す。
Next, the regenerative
一方、ステップＳ３３が否定判定の場合（Ｓ３３／Ｎｏ）、回生消費制御部５９は、電力変換器３０の動作を停止させる（ステップＳ３５）。次いで、回生消費制御部５９は、引き続き回生消費有効フラグが生成されているか否かを判別する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７が肯定判定の場合（Ｓ３７／Ｙｅｓ）、回生消費制御部５９は、ステップＳ２５に戻る一方、ステップＳ３７が否定判定の場合（Ｓ３７／Ｎｏ）、回生消費制御部５９は、切換手段２３を駆動して、発熱抵抗器２１を電力変換器３０から遮断する（ステップＳ３９）。
On the other hand, when the negative determination is made in step S33 (S33 / No), the regenerative
ステップＳ３９に進んだ状態では、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ未満の状態となり、モータジェネレータ１７の回生発電電力を蓄電装置１３に充電しながら回生ブレーキを生じさせることができる。
In the state of proceeding to step S39, the charge rate SOC of the
なお、回生発電電力消費処理を実行する際に、電圧制御モードに代えて、発熱抵抗器２１に供給する電流指令値を求めて電力変換器３０を制御する電流制御モードで回生発電電力消費処理を実行してもよい。
When executing the regenerated power consumption process, instead of the voltage control mode, the regenerated power consumption process is performed in the current control mode in which the
図１１は、ステップＳ１５において実行される回生発電電力消費処理を電流制御モードで実行する場合のフローチャートである。電流制御モードで回生発電電力消費処理を実行する場合、回生消費制御部５９は、電圧制御モードで回生発電電力消費処理を行う場合のステップＳ２９及びステップＳ３１の代わりに、ステップＳ３０及びステップＳ３２を行う。
FIG. 11 is a flowchart when the regenerative power consumption processing executed in step S15 is executed in the current control mode. When executing the regenerative power consumption processing in the current control mode, the regenerative power
具体的に、電流制御モードにおいては、モータジェネレータ１７を回生駆動する指令が生成されている場合（Ｓ２５／Ｙｅｓ）、回生消費制御部５９は、一旦電流指令値Ｉ＿ｆｃをゼロに設定して電力変換器３０の駆動を開始させる（ステップＳ３０）。次いで、回生消費制御部５９は、図８に例示した計算方法にしたがって、回生発電電力から補機等への供給電力を除いた電力値に基づいて発熱抵抗器２１へ供給する電流指令値Ｉ＿ｆｃを算出する（ステップＳ３２）。これに伴って、電力変換制御部５５は、電力変換器３０を駆動し、発熱抵抗器２１へ供給される電流値が電流指令値Ｉ＿ｆｃとなるように、回生発電電力を降圧させて発熱抵抗器２１へ供給する。電流制御モードにおいては、モータジェネレータ１７を回生駆動する指令が生成されている間、ステップＳ３０及びステップＳ３２の処理が繰り返される。
Specifically, in the current control mode, when a command for regeneratively driving the
なお、図１０又は図１１に示す回生発電電力消費処理が実行される間、冷却回路制御部５７は、第１の流路切換弁７７を駆動して冷媒をラジエータ８５を通過させながら、冷媒を循環路８７内に循環させる。つまり、燃料電池１１の冷却回路を、通常の使用状態で稼働させる。回生消費制御中は燃料電池１１が停止した状態であり、冷却回路７０による冷却能力に余力が見込まれることから、発熱抵抗器２１を冷媒によって効率的に冷却することができる。このとき、冷却回路制御部５７は、第２の流路切換弁７１を駆動して冷媒が空調装置７３を通過するようにすることで、発熱抵抗器２１から回収された排熱を車室内の暖気に利用することができる。
While the regenerative power consumption process shown in FIG. 10 or 11 is being executed, the cooling
（燃料電池暖機処理）
図１２及び図１３は、ステップＳ１７において実行される燃料電池暖機処理の一部を示すフローチャートである。
(Fuel cell warm-up process)
12 and 13 are flowcharts showing a part of the fuel cell warm-up process executed in step S17.
まず、冷却回路制御部５７は、冷却回路７０の第１の流路切換弁７７を駆動して、冷媒がラジエータバイパス流路８８側を通過するように切り換える（ステップＳ４１）。次いで、回生消費制御部５９は、今回の燃料電池暖機処理が燃料電池システム１０の起動時の処理であるか否かを判別する（ステップＳ４３）。例えば、回生消費制御部５９は、燃料電池システム１０の起動後、車両の走行開始前の期間において、燃料電池システム１０の起動時の処理であると判定する。
First, the cooling
ステップＳ４３が肯定判定の場合（Ｓ４３／Ｙｅｓ）、回生消費制御部５９は、蓄電電力消費モードで燃料電池１１を暖機する制御を実行する（ステップＳ４５）。車両の走行開始前においてはモータジェネレータ１７を回生駆動することができないため、回生消費制御部５９は、蓄電装置１３の蓄電電力を発熱抵抗器２１に供給させ、発生する熱を利用して燃料電池１１を暖機する制御を行う。一方、ステップＳ４３が否定判定の場合（Ｓ４３／Ｎｏ）、回生消費制御部５９は、回生消費モードで燃料電池１１を暖機する制御を実行する（ステップＳ４７）。この場合、回生消費制御部５９は、モータジェネレータ１７の回生発電電力を発熱抵抗器２１に供給させ、発生する熱を利用して燃料電池１１を暖機する制御を行う。
When the affirmative determination is made in step S43 (S43 / Yes), the regenerative
ステップＳ４５又はステップＳ４７において燃料電池１１を暖機する制御の実行が完了した後、冷却回路制御部５７は、冷却回路７０の第１の流路切換弁７７を駆動して、冷媒がラジエータ８５側を通過するように復帰させる（ステップＳ４９）。このように、燃料電池暖機処理を実行することにより、蓄電装置１３の蓄電電力又はモータジェネレータ１７の回生発電電力を利用して、燃料電池１１の暖機を促進することができる。
After the execution of the control for warming up the
図１３は、ステップ４５において実行される蓄電電力消費モードでの燃料電池暖機処理を示すフローチャートである。なお、図１３に示すフローチャートは、直流電力のリンク電圧を一定の値に制御する電圧制御モードでの処理例のフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart showing the fuel cell warm-up process in the stored power consumption mode executed in step 45. The flowchart shown in FIG. 13 is a flowchart of a processing example in the voltage control mode in which the link voltage of the DC power is controlled to a constant value.
まず、回生消費制御部５９は、電力変換器３０の動作を一旦停止させる（ステップＳ６１）。次いで、回生消費制御部５９は、切換手段２３を駆動して、発熱抵抗器２１を電力変換器３０と接続する（ステップＳ６３）。次いで、回生消費制御部５９は、電力変換器３０の駆動を開始させる（ステップＳ６５）。具体的に、電力変換制御部５５は、蓄電装置１３の蓄電電力の電圧を降圧させつつ発熱抵抗器２１へ電力を供給する。これにより、発熱抵抗器２１が発熱し、冷却回路７０の循環路８７を流れる冷媒が発熱抵抗器２１から排熱を回収し、冷媒の温度が上昇する。冷媒は、ラジエータ８５を通過せずにラジエータバイパス流路８８側を通過することから、温度が上昇した状態で燃料電池１１に供給される。
First, the regenerative
次いで、回生消費制御部５９は、引き続き回生消費有効フラグが生成されているか否かを判別する（ステップＳ６７）。ステップＳ６７が肯定判定の場合（Ｓ６７／Ｙｅｓ）、回生消費制御部５９は、蓄電装置１３の蓄電電力を発熱抵抗器２１に供給する制御を継続させながら、ステップＳ６７の判別を繰り返す。一方、ステップＳ６７が否定判定の場合（Ｓ６７／Ｎｏ）、回生消費制御部５９は、電力変換器３０の動作を停止させる（ステップＳ６９）。ステップＳ６９に進んだ状態では、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ以上の状態となり、燃料電池１１の暖機が完了している。次いで、回生消費制御部５９は、切換手段２３を駆動して、発熱抵抗器２１を電力変換器３０から遮断する（ステップＳ７１）。
Next, the regenerative
このように、蓄電電力消費モードで燃料電池暖機処理を実行することにより、蓄電装置１３の蓄電電力を利用して発熱した発熱抵抗器２１から排熱を回収した冷媒が、ラジエータ８５を通過することなく燃料電池１１に供給される。これにより、燃料電池１１の暖機を促進することができる。なお、図１３に示す蓄電電力消費モードでの燃料電池暖機処理が実行される間、冷却回路制御部５７は、第２の流路切換弁７１を駆動して冷媒が空調装置７３を通過するようにすることで、発熱抵抗器２１から回収された排熱を車室内の暖気に利用することができる。
In this way, by executing the fuel cell warm-up process in the stored power consumption mode, the refrigerant that recovers the exhaust heat from the
ステップＳ４７において実行される回生消費モードでの燃料電池暖機処理は、図１０又は図１１に示したフローチャートに沿って実行される。ただし、燃料電池暖機処理の場合、ステップＳ４１において、冷媒がラジエータバイパス流路８８側を通過するように第１の流路切換弁７７が切り換えられているため、モータジェネレータ１７の回生発電電力を利用して発熱した発熱抵抗器２１から排熱を回収した冷媒は、ラジエータ８５で冷却されることなく燃料電池１１に供給される。これにより、燃料電池１１の暖機を促進することができる。
＜４．効果＞
以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池システム１０によれば、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｓｏｃ以上であり、充電容量に余裕が無い場合には、発熱抵抗器２１を電力変換器３０に接続して、モータジェネレータ１７の回生発電電力を発熱抵抗器２１で消費させる制御が行われる。このため、蓄電装置１３の充電容量に余裕が無い場合であっても回生ブレーキを安定的に利用することができる。また、回生ブレーキを利用する機会が増えることにより、機械式ブレーキへの負担が低減され、ブレーキパッドやブレーキディスクの摩耗を抑制することができる。
The fuel cell warm-up process in the regenerative consumption mode executed in step S47 is executed according to the flowchart shown in FIG. 10 or 11. However, in the case of the fuel cell warm-up process, in step S41, the first flow
<4. Effect>
As described above, according to the
また、本実施形態に係る燃料電池システム１０によれば、燃料電池１１の冷却回路７０の循環路８７が、発熱抵抗器２１を経由して配設されている。発熱抵抗器２１を電力変換器３０に接続した状態では、燃料電池１１の駆動が停止しており冷却回路７０による冷却効率に余力が見込まれることから、燃料電池１１の冷却回路７０を利用して発熱抵抗器２１を効率的に冷却することができる。
Further, according to the
また、本実施形態に係る燃料電池システム１０によれば、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔｈｒｅ＿ｔｆｃ未満の場合、蓄電装置１３の充電率ＳＯＣにかかわらず、蓄電装置１３の蓄電電力又はモータジェネレータ１７の回生発電電力を利用して発熱抵抗器２１に発熱させ、この排熱を回収した冷媒により燃料電池１１を暖機する制御が行われる。このため、燃料電池車両の冷間始動時等において、燃料電池１１の暖機を促進することができる。
Further, according to the
以上、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したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.
１０…燃料電池システム、１１…燃料電池、１３…蓄電装置、１５…インバータ、１７…モータジェネレータ、２１…発熱抵抗器、２３…切換手段、３０…電力変換器、５０…制御装置、７０…冷却回路
10 ... Fuel cell system, 11 ... Fuel cell, 13 ... Power storage device, 15 ... Inverter, 17 ... Motor generator, 21 ... Heat generation resistor, 23 ... Switching means, 30 ... Power converter, 50 ... Control device, 70 ... Cooling circuit
Claims (5)
前記燃料電池の発電電力を昇圧する機能、及び、前記モータジェネレータの回生発電電力及び前記蓄電装置の蓄電電力を降圧する機能を有する電力変換器と、
前記モータジェネレータの回生発電電力又は前記蓄電装置の蓄電電力を用いて発熱する発熱抵抗器と、
前記燃料電池及び前記発熱抵抗器と前記電力変換器との間に設けられ、前記燃料電池と前記電力変換器とを接続する第１の接続状態と、前記発熱抵抗器と前記電力変換器とを接続する第２の接続状態と、を切り換える切換手段と、
前記燃料電池システムを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の充電率が所定の閾値以上の場合、前記切換手段を第２の接続状態として、前記モータジェネレータの回生発電電力を前記発熱抵抗器で消費させる、燃料電池車両の燃料電池システム。 In a fuel cell system of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell, a power storage device and a motor generator.
A power converter having a function of boosting the generated power of the fuel cell and a function of lowering the regenerated power of the motor generator and the stored power of the power storage device.
A heat-generating resistor that generates heat using the regenerated electric power of the motor generator or the electric power stored in the power storage device.
A first connection state provided between the fuel cell and the heat generation resistor and the power converter to connect the fuel cell and the power converter, and the heat generation resistor and the power converter. A switching means for switching between the second connection state to be connected and
A control device for controlling the fuel cell system is provided.
The control device is
A fuel cell system for a fuel cell vehicle, in which when the charge rate of the power storage device is equal to or higher than a predetermined threshold value, the switching means is set to a second connection state and the regenerative power generated by the motor generator is consumed by the heat generation resistor.
前記モータジェネレータの回生発電電力を前記発熱抵抗器で消費させる場合、前記蓄電装置に印加されるリンク電圧を一定値に設定し、前記電力変換器を制御する、請求項１に記載の燃料電池車両の燃料電池システム。 The control device is
The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein when the regenerated electric power of the motor generator is consumed by the heat generating resistor, the link voltage applied to the power storage device is set to a constant value to control the power converter. Fuel cell system.
前記モータジェネレータの回生発電電力を前記発熱抵抗器で消費させる場合、前記回生発電電力から補機への供給電力を引いた値を前記発熱抵抗器の抵抗値で割った値に基づいて前記発熱抵抗器へ供給する電流指令値を設定し、前記電力変換器を制御する、請求項１に記載の燃料電池車両の燃料電池システム。 The control device is
When the regenerative power of the motor generator is consumed by the heat-generating resistor, the heat-generating resistance is based on the value obtained by subtracting the power supplied to the auxiliary machine from the regenerative power and dividing by the resistance value of the heat-generating resistor. The fuel cell system for a fuel cell vehicle according to claim 1, wherein a current command value to be supplied to the device is set to control the power converter.
前記冷却回路は、前記発熱抵抗器を経由して配設される、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池車両の燃料電池システム。 The fuel cell system includes a cooling circuit in which a refrigerant for cooling the fuel cell circulates.
The fuel cell system for a fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling circuit is arranged via the heat generation resistor.
前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合、前記蓄電装置の充電率にかかわらず、前記切換手段を前記第２の接続状態として、前記モータジェネレータの回生発電電力又は前記蓄電装置の蓄電電力を前記発熱抵抗器で消費させ、前記冷却回路を流れる冷媒により前記燃料電池を暖機する、請求項４に記載の燃料電池車両の燃料電池システム。
The control device is
When the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature, regardless of the charge rate of the power storage device, the switching means is set to the second connection state, and the regenerative power generation power of the motor generator or the storage power of the power storage device is used. The fuel cell system for a fuel cell vehicle according to claim 4, wherein the fuel cell is warmed up by a refrigerant that is consumed by a heat generating resistor and flows through the cooling circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020164418A JP2022056589A (en) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Fuel cell system of fuel cell vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020164418A JP2022056589A (en) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Fuel cell system of fuel cell vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022056589A true JP2022056589A (en) | 2022-04-11 |
Family
ID=81111425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020164418A Pending JP2022056589A (en) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Fuel cell system of fuel cell vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022056589A (en) |
-
2020
- 2020-09-30 JP JP2020164418A patent/JP2022056589A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4458126B2 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
| JP3719229B2 (en) | Power supply | |
| JP5335047B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP3662872B2 (en) | Fuel cell power supply | |
| US20060046895A1 (en) | Vehicular control system for regenerative braking | |
| US10020553B2 (en) | Fuel cell system and method for controlling fuel cell system | |
| US20120296505A1 (en) | Fuel cell vehicle | |
| JP2008505010A (en) | High-temperature battery system for hybrid tow vehicles and asymmetrical vehicles | |
| JP2015209029A (en) | Air conditioning device for vehicle | |
| JP2002204505A (en) | Control device for fuel-cell vehicle | |
| CN112259829B (en) | Lithium battery system and aerial working vehicle | |
| JP3852841B2 (en) | Control device and control method for fuel cell vehicle | |
| JP2013141337A (en) | Controller for vehicle and vehicle including the same | |
| CN113619398B (en) | Energy recovery method and device for electric vehicle, electric vehicle and storage medium | |
| JP2017011883A (en) | Fuel cell automobile | |
| JP6104635B2 (en) | Electric power system and fuel cell vehicle | |
| JP2006034036A (en) | Control unit of fuel cell vehicle | |
| CN110745001A (en) | Energy distribution device and vehicle | |
| JP2018133147A (en) | Fuel cell system | |
| JP7156890B2 (en) | fuel cell system | |
| JP3991942B2 (en) | Vehicle regeneration control device and regeneration control method | |
| JP4495003B2 (en) | Railway vehicle power storage device warm-up method and apparatus | |
| JP2005312243A (en) | Regeneration power control device of moving body | |
| KR100579298B1 (en) | Auxiliary battery charge control method for environment car | |
| JP2022056589A (en) | Fuel cell system of fuel cell vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230803 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240306 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240507 |