JP2022123760A - fuel cell system - Google Patents

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Abstract

To suppress deterioration of a fuel cell stack.SOLUTION: A fuel cell system comprises a fuel cell stack, a voltage sensor, a current sensor, a power storage device, a charging state detector, and a control device. The control device switches a power generation state of the fuel cell stack in a stepwise manner depending on a charging rate of the power storage device. The power generation state includes a power generation stop state, a low power generation state, an intermediate power generation state, and a high power generation state. The low power generation state is a state of making the fuel cell stack generate a low generation power. The intermediate power generation state is a state of making the fuel cell stack generate an intermediate generation power. The high power generation state is a state of making the fuel cell stack generate a high generation power. The intermediate generation power is larger than the low generation power. The intermediate generation power is smaller than the high generation power. The control device calculates a power reference value. The power reference value indicates an actual result of power generation of the fuel cell stack. The control device updates a value of the intermediate generation power on the basis of the power reference value.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to fuel cell systems.

特許文献１に開示の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、蓄電装置と、制御装置と、を備える。燃料電池スタックは、負荷に電力を供給する。蓄電装置は、負荷に並列に接続されている。燃料電池スタックの発電電力が負荷の要求電力を上回る場合には、余剰の電力が蓄電装置に充電される。燃料電池スタックの発電電力が負荷の要求電力を下回る場合には、不足分の電力が蓄電装置から放電される。制御装置は、蓄電装置の充電率に応じて燃料電池スタックの発電状態を遷移させる。発電状態は、低発電状態、中発電状態、及び高発電状態を含む。低発電状態での発電電力は、中発電状態での発電電力よりも小さい。中発電状態での発電電力は、高発電状態での発電電力よりも小さい。制御装置は、発電状態を遷移させることで、蓄電装置の充電率に応じて段階的に発電電力を変化させることができる。燃料電池スタックの発電電力を段階的に変化させることで、燃料電池スタックの発電電力の変動を抑制している。燃料電池スタックの発電電力の変動は、燃料電池スタックを劣化させる一因となる。燃料電池スタックの発電電力の変動を抑制することで、燃料電池スタックの劣化を抑制できる。 The fuel cell system disclosed in Patent Document 1 includes a fuel cell stack, a power storage device, and a control device. The fuel cell stack powers the load. The power storage device is connected in parallel with the load. When the power generated by the fuel cell stack exceeds the power demanded by the load, the power storage device is charged with the surplus power. If the power generated by the fuel cell stack is less than the power required by the load, the power storage device discharges the shortfall. The control device transitions the power generation state of the fuel cell stack according to the charging rate of the power storage device. The power generation state includes a low power generation state, a medium power generation state, and a high power generation state. The power generated in the low power generation state is smaller than the power generated in the medium power generation state. The power generated in the medium power generation state is smaller than the power generated in the high power generation state. By shifting the power generation state, the control device can change the generated power in stages according to the charging rate of the power storage device. Fluctuations in the power generated by the fuel cell stack are suppressed by changing the power generated by the fuel cell stack in stages. Fluctuations in the power generated by the fuel cell stack contribute to deterioration of the fuel cell stack. By suppressing fluctuations in the power generated by the fuel cell stack, deterioration of the fuel cell stack can be suppressed.

特開２０１８－７３７２２号公報JP 2018-73722 A

負荷の要求電力には、ばらつきがある。このため、燃料電池スタックの発電電力と負荷の要求電力には差が生じる。燃料電池スタックの発電電力が負荷の要求電力を上回る場合には、蓄電装置の充電率が上昇する。燃料電池スタックの発電電力が負荷の要求電力を下回る場合には、蓄電装置の充電率が低下する。いずれの場合であっても、蓄電装置の充電率が変化することで、発電状態が遷移する原因となる。結果として、燃料電池スタックの発電電力が変動することで、燃料電池スタックの劣化の一因となる。 The required power of the load varies. Therefore, there is a difference between the power generated by the fuel cell stack and the power required by the load. When the power generated by the fuel cell stack exceeds the required power of the load, the charging rate of the power storage device increases. When the power generated by the fuel cell stack falls below the power demanded by the load, the charging rate of the power storage device decreases. In either case, a change in the charging rate of the power storage device causes a transition in the power generation state. As a result, fluctuations in the power generated by the fuel cell stack contribute to deterioration of the fuel cell stack.

上記課題を解決する燃料電池システムは、負荷に電力を供給する燃料電池スタックと、前記負荷と並列に接続される蓄電装置と、前記蓄電装置の充電状態を検出する充電状態検出部と、前記燃料電池スタックの発電電力を検出する発電電力検出部と、前記充電状態検出部により検出された前記蓄電装置の充電状態に基づいて前記燃料電池スタックの発電状態を切り替えることで前記燃料電池スタックの発電電力を制御する制御装置と、を備え、前記発電状態は、前記燃料電池スタックに第１発電電力を発電させる第１発電状態と、前記燃料電池スタックに前記第１発電電力よりも大きい第２発電電力を発電させる第２発電状態と、前記燃料電池スタックに前記第２発電電力よりも大きい第３発電電力を発電させる第３発電状態と、を含み、前記制御装置は、前記発電電力検出部によって検出された前記発電電力から、前記燃料電池スタックの発電の実績を示す電力基準値を算出する電力基準値算出部と、前記電力基準値に基づき前記第２発電電力を更新する更新部と、を備える。 A fuel cell system that solves the above problems includes a fuel cell stack that supplies power to a load, a power storage device that is connected in parallel with the load, a state of charge detection unit that detects the state of charge of the power storage device, the fuel The generated power of the fuel cell stack is switched based on the generated power detection unit that detects the generated power of the battery stack and the state of charge of the power storage device detected by the state of charge detection unit. wherein the power generation state includes a first power generation state in which the fuel cell stack is caused to generate a first generated power, and a second power generation state in which the fuel cell stack is caused to generate a second generated power that is greater than the first generated power. and a third power generation state in which the fuel cell stack is caused to generate a third generated power larger than the second generated power, wherein the control device is detected by the generated power detection unit a power reference value calculation unit that calculates a power reference value indicating the actual power generation performance of the fuel cell stack from the generated power that has been generated; and an updating unit that updates the second generated power based on the power reference value. .

更新部は、燃料電池スタックの発電の実績を示す電力基準値に基づいて第２発電電力を更新している。これにより、燃料電池スタックの使用状況に応じた第２発電電力が設定される。燃料電池スタックの発電電力が不足したり、過剰になることを抑制できる。蓄電装置の充電状態の変化が少ないため、燃料電池スタックの発電状態が第２発電状態から第１発電状態、あるいは、第２発電状態から第３発電状態に遷移しにくい。発電状態が遷移することによる燃料電池スタックの発電電力の変動を抑制することができ、燃料電池スタックの劣化を抑制できる。 The update unit updates the second generated power based on the power reference value indicating the actual power generation performance of the fuel cell stack. Thereby, the second generated power is set according to the usage status of the fuel cell stack. Insufficient or excessive power generated by the fuel cell stack can be suppressed. Since there is little change in the state of charge of the power storage device, the power generation state of the fuel cell stack is less likely to transition from the second power generation state to the first power generation state or from the second power generation state to the third power generation state. Fluctuations in the power generated by the fuel cell stack due to transitions in the power generation state can be suppressed, and deterioration of the fuel cell stack can be suppressed.

上記燃料電池システムについて、前記更新部は、前記電力基準値と前記第２発電電力の現在値との差分を算出し、前記差分を所定時間で除算した値を前記第２発電電力の現在値に加算した値を新たな前記第２発電電力としてもよい。 In the fuel cell system, the update unit calculates a difference between the reference power value and the current value of the second generated power, and divides the difference by a predetermined time to set the current value of the second generated power. The added value may be used as the new second generated power.

燃料電池スタックの発電電力が一時的に過剰に大きくなったり、一時的に過剰に小さくなった場合であっても、この影響を抑制しつつ、発電の実績に応じた第２発電電力を算出することができる。 Even if the generated power of a fuel cell stack temporarily becomes excessively large or temporarily becomes excessively small, a second generated power is calculated according to the actual power generation performance while suppressing the influence of this. be able to.

本発明によれば、燃料電池スタックの劣化を抑制できる。 According to the present invention, deterioration of the fuel cell stack can be suppressed.

燃料電池車両の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell vehicle; FIG. ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図。A circuit diagram of a DC/DC converter. 発電状態の状態遷移図。State transition diagram of power generation state. 中発電電力設定処理を示すフローチャート。10 is a flowchart showing medium power generation setting processing; 燃料電池スタックの発電時間と、中発電電力の値及び燃料電池スタックの発電状態が遷移した回数との関係の一例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the power generation time of the fuel cell stack, the intermediate generated power value, and the number of transitions of the power generation state of the fuel cell stack.

以下、燃料電池システムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、燃料電池車両１０は、水素タンク１１と、バルブ１２と、コンプレッサ１３と、車両負荷１５と、燃料電池ユニット２０と、を備える。燃料電池車両１０は、乗用車であってもよいし、産業車両であってもよい。本実施形態の燃料電池車両１０は、産業車両である。産業車両としては、例えば、フォークリフト及びトーイングトラクタを挙げることができる。あるいは、水素タンク１１と、バルブ１２と、コンプレッサ１３と、燃料電池ユニット２０とは、接続された負荷に電力を供給する定置型発電機を構成していてもよい。 An embodiment of the fuel cell system will be described below.
As shown in FIG. 1 , fuel cell vehicle 10 includes hydrogen tank 11 , valve 12 , compressor 13 , vehicle load 15 , and fuel cell unit 20 . Fuel cell vehicle 10 may be a passenger car or an industrial vehicle. The fuel cell vehicle 10 of this embodiment is an industrial vehicle. Industrial vehicles may include, for example, forklifts and towing tractors. Alternatively, the hydrogen tank 11, the valve 12, the compressor 13, and the fuel cell unit 20 may constitute a stationary generator that supplies electric power to the connected load.

燃料電池ユニット２０は、補機１４と、燃料電池システム２１と、を備える。燃料電池システム２１は、燃料電池スタック２２と、電圧センサ２３と、電流センサ２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、蓄電装置２５と、充電状態検出部２６と、制御装置４０と、を備える。 The fuel cell unit 20 includes an accessory 14 and a fuel cell system 21 . The fuel cell system 21 includes a fuel cell stack 22 , a voltage sensor 23 , a current sensor 24 , a DC/DC converter 30 , a power storage device 25 , a state of charge detector 26 and a control device 40 .

水素タンク１１は、水素ガスを貯蔵している。水素タンク１１から排出された水素ガスは、燃料電池スタック２２に供給される。
バルブ１２は、水素タンク１１から燃料電池スタック２２に供給される水素ガスの供給量を調整するための部材である。バルブ１２は、駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。燃料電池スタック２２への水素ガスの供給量は、バルブ１２の駆動周期や開弁時間を制御することで調整可能である。 The hydrogen tank 11 stores hydrogen gas. Hydrogen gas discharged from the hydrogen tank 11 is supplied to the fuel cell stack 22 .
The valve 12 is a member for adjusting the amount of hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 11 to the fuel cell stack 22 . The valve 12 is an electromagnetically driven open/close valve in which a valve body is electromagnetically driven according to the drive cycle and valve opening time. The amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 22 can be adjusted by controlling the drive cycle and valve opening time of the valve 12 .

コンプレッサ１３は、電動モータによって駆動する電動圧縮機である。コンプレッサ１３は、燃料電池スタック２２に空気を供給する。燃料電池スタック２２への空気の供給量は、電動モータの電圧（回転数）を制御することで調整可能である。 The compressor 13 is an electric compressor driven by an electric motor. Compressor 13 supplies air to fuel cell stack 22 . The amount of air supplied to the fuel cell stack 22 can be adjusted by controlling the voltage (rotation speed) of the electric motor.

燃料電池スタック２２は、複数の燃料電池セルをスタック化したものである。燃料電池セルは、例えば、固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタック２２は、燃料ガスと、酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う。本実施形態では、水素ガスを燃料ガス、空気中の酸素を酸化剤ガスとして発電が行われる。燃料電池スタック２２は、水素タンク１１から供給された水素ガスとコンプレッサ１３から供給された酸素とで発電を行う。 The fuel cell stack 22 is formed by stacking a plurality of fuel cells. A fuel cell is, for example, a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell stack 22 generates power through a chemical reaction between fuel gas and oxidant gas. In this embodiment, power generation is performed using hydrogen gas as the fuel gas and oxygen in the air as the oxidant gas. The fuel cell stack 22 generates electricity using hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 11 and oxygen supplied from the compressor 13 .

電圧センサ２３は、燃料電池スタック２２の電圧を測定する。電圧センサ２３の測定結果は、制御装置４０に取得される。
電流センサ２４は、燃料電池スタック２２の電流を測定する。電流センサ２４の測定結果は、制御装置４０に取得される。 A voltage sensor 23 measures the voltage of the fuel cell stack 22 . A measurement result of the voltage sensor 23 is acquired by the control device 40 .
A current sensor 24 measures the current of the fuel cell stack 22 . A measurement result of the current sensor 24 is acquired by the control device 40 .

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、燃料電池スタック２２に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、燃料電池スタック２２が発電した直流電力を昇圧して出力する。
図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、正極配線Ｌｐと、負極配線Ｌｎと、６つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６と、６つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６と、３つのリアクトル３１，３２，３３と、コンデンサＣと、を備える。 DC/DC converter 30 is connected to fuel cell stack 22 . The DC/DC converter 30 boosts and outputs the DC power generated by the fuel cell stack 22 .
As shown in FIG. 2, the DC/DC converter 30 includes a positive line Lp, a negative line Ln, six switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, six diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6, three reactors 31, 32, 33, and a capacitor C are provided.

第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とは互いに直列接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４とは互いに直列接続されている。第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６とは互いに直列接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１、第３スイッチング素子Ｑ３、及び第５スイッチング素子Ｑ５は、正極配線Ｌｐに接続されている。第２スイッチング素子Ｑ２、第４スイッチング素子Ｑ４、及び第６スイッチング素子Ｑ６は負極配線Ｌｎに接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１、第３スイッチング素子Ｑ３、及び第５スイッチング素子Ｑ５は、上アームを構成している。第２スイッチング素子Ｑ２、第４スイッチング素子Ｑ４、及び第６スイッチング素子Ｑ６は下アームを構成している。６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６としては、MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いている。６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６としては、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いてもよい。 The first switching element Q1 and the second switching element Q2 are connected in series with each other. The third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are connected in series with each other. The fifth switching element Q5 and the sixth switching element Q6 are connected in series with each other. The first switching element Q1, the third switching element Q3, and the fifth switching element Q5 are connected to the positive line Lp. The second switching element Q2, the fourth switching element Q4, and the sixth switching element Q6 are connected to the negative line Ln. The first switching element Q1, the third switching element Q3, and the fifth switching element Q5 form an upper arm. The second switching element Q2, the fourth switching element Q4, and the sixth switching element Q6 form a lower arm. MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are used as the six switching elements Q1 to Q6. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) may be used as the six switching elements Q1 to Q6.

ダイオードＤ１～Ｄ６は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に並列接続されている。ダイオードＤ１～Ｄ６は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の寄生ダイオードである。上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５に並列接続されたダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５のカソードは、正極配線Ｌｐに接続されている。上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５に並列接続されたダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５のアノードは、互いに直列接続された２つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の中点に接続されている。下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に並列接続されたダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６のカソードは、互いに直列接続された２つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の中点に接続されている。下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に並列接続されたダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６のアノードは、負極配線Ｌｎに接続されている。 Diodes D1-D6 are connected in parallel to respective switching elements Q1-Q6. Diodes D1-D6 are parasitic diodes of switching elements Q1-Q6. The cathodes of the diodes D1, D3, D5 connected in parallel to the switching elements Q1, Q3, Q5 forming the upper arm are connected to the positive line Lp. The anodes of diodes D1, D3 and D5 connected in parallel to the switching elements Q1, Q3 and Q5 forming the upper arm are connected to the middle points of the two switching elements Q1 to Q6 connected in series with each other. The cathodes of diodes D2, D4 and D6 connected in parallel to the switching elements Q2, Q4 and Q6 forming the lower arm are connected to the middle point of the two switching elements Q1 to Q6 connected in series with each other. Anodes of diodes D2, D4 and D6 connected in parallel to switching elements Q2, Q4 and Q6 forming the lower arm are connected to the negative electrode line Ln.

上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６との中点には、リアクトル３１，３２，３３が１つずつ接続されている。リアクトル３１，３２，３３は、燃料電池スタック２２に接続されている。 One reactor 31, 32, 33 is connected to each midpoint between the switching elements Q1, Q3, Q5 forming the upper arm and the switching elements Q2, Q4, Q6 forming the lower arm. Reactors 31 , 32 , 33 are connected to fuel cell stack 22 .

コンデンサＣは、正極配線Ｌｐと負極配線Ｌｎに接続されている。
上記したＤＣ／ＤＣコンバータ３０では、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作により昇圧が行われる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、例えば、蓄電装置２５の電圧帯の直流電圧を出力する。 The capacitor C is connected to the positive line Lp and the negative line Ln.
In the DC/DC converter 30 described above, the voltage is boosted by switching operations of the switching elements Q1 to Q6. DC/DC converter 30 outputs a DC voltage in the voltage band of power storage device 25, for example.

図１に示すように、補機１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に接続されている。補機１４は、燃料電池スタック２２の発電した電力によって駆動する電装品である。
車両負荷１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に接続されている。車両負荷１５は、燃料電池スタック２２の発電した電力によって駆動する電装品、及び燃料電池車両１０を走行させる走行用モータを含む。補機１４、及び車両負荷１５は、負荷である。燃料電池スタック２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介して負荷に電力を供給している。以下の説明において、適宜、補機１４、及び車両負荷１５を総称して負荷と称する。 As shown in FIG. 1 , the auxiliary machine 14 is connected to a DC/DC converter 30 . Auxiliary device 14 is an electrical component driven by electric power generated by fuel cell stack 22 .
Vehicle load 15 is connected to DC/DC converter 30 . The vehicle load 15 includes electrical components driven by the electric power generated by the fuel cell stack 22 and a running motor for running the fuel cell vehicle 10 . Auxiliary machine 14 and vehicle load 15 are loads. Fuel cell stack 22 supplies power to a load via DC/DC converter 30 . In the following description, the auxiliary machine 14 and the vehicle load 15 are collectively referred to as loads as appropriate.

蓄電装置２５は、負荷に並列に接続されている。蓄電装置２５は、充放電可能であれば、どのようなものを用いてもよい。蓄電装置２５としては、例えば、二次電池及びキャパシタを挙げることができる。燃料電池スタック２２の発電電力が負荷の要求電力を上回っている場合、余剰の電力は蓄電装置２５に充電される。燃料電池スタック２２の発電電力が負荷の要求電力を下回っている場合、不足分の電力が蓄電装置２５から放電される。燃料電池スタック２２の発電電力は、燃料電池スタック２２の出力電力ともいえる。 The power storage device 25 is connected in parallel with the load. Any device may be used as the power storage device 25 as long as it can be charged and discharged. Examples of the power storage device 25 include a secondary battery and a capacitor. When the power generated by the fuel cell stack 22 exceeds the required power of the load, the power storage device 25 is charged with the surplus power. If the power generated by the fuel cell stack 22 is less than the required power of the load, the power storage device 25 discharges the insufficient power. The power generated by the fuel cell stack 22 can also be said to be the output power of the fuel cell stack 22 .

充電状態検出部２６は、蓄電装置２５の充電状態を検出する。充電状態としては、例えば、蓄電装置２５の充電率、蓄電装置２５の残容量、及び蓄電装置２５の開回路電圧を挙げることができる。本実施形態の充電状態検出部２６は、蓄電装置２５の充電率を検出する。充電状態検出部２６は、センサと、センサの検出結果から充電状態を推定する推定部と、を含む。センサは、電流センサ及び電圧センサの少なくとも一方を含む。推定部は、蓄電装置２５の充放電電流を積算する電流積算法、蓄電装置２５の開回路電圧と蓄電装置２５の充電率との相関を用いる手法、あるいは、これらを組み合わせて蓄電装置２５の充電率を推定する。開回路電圧は、閉回路電圧から推定してもよい。 The state-of-charge detector 26 detects the state of charge of the power storage device 25 . Examples of the state of charge include the charging rate of the power storage device 25, the remaining capacity of the power storage device 25, and the open circuit voltage of the power storage device 25. FIG. The state-of-charge detector 26 of this embodiment detects the charging rate of the power storage device 25 . The state-of-charge detector 26 includes a sensor and an estimator that estimates the state of charge from the detection result of the sensor. The sensors include at least one of current sensors and voltage sensors. The estimating unit uses a current integration method for integrating the charge/discharge current of the power storage device 25, a method using a correlation between the open circuit voltage of the power storage device 25 and the charging rate of the power storage device 25, or a combination of these methods to charge the power storage device 25. Estimate rate. The open circuit voltage may be estimated from the closed circuit voltage.

制御装置４０は、プロセッサ４１と、記憶部４２と、を備える。プロセッサ４１としては、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、及びDSP（Digital Signal Processor）を挙げることができる。記憶部４２は、RAM（Random access memory）、ROM（Read Only Memory）、及び書き換え可能な不揮発性メモリを含む。不揮発性メモリとしては、例えば、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）及びフラッシュメモリを挙げることができる。記憶部４２は、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部４２、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置４０は、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置４０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。 The control device 40 includes a processor 41 and a storage section 42 . Examples of the processor 41 include a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and a DSP (Digital Signal Processor). The storage unit 42 includes RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and rewritable nonvolatile memory. Examples of non-volatile memory include EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) and flash memory. The storage unit 42 stores program code or instructions configured to cause the processor to perform processing. Storage 42, or computer-readable media, includes any available media that can be accessed by a general purpose or special purpose computer. The control device 40 may be configured by a hardware circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array). The processing circuit, the controller 40, may include one or more processors operating according to a computer program, one or more hardware circuits such as ASICs or FPGAs, or a combination thereof.

制御装置４０は、燃料電池スタック２２の発電電力を制御する。燃料電池スタック２２の発電電力は、燃料電池スタック２２に供給される水素ガスの量と、燃料電池スタック２２に供給される酸素の量によって変化する。制御装置４０は、バルブ１２を制御することで燃料電池スタック２２への水素ガスの供給量を制御する。制御装置４０は、コンプレッサ１３を制御することで燃料電池スタック２２への酸素の供給量を制御する。 The control device 40 controls the power generated by the fuel cell stack 22 . The power generated by the fuel cell stack 22 varies depending on the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 22 and the amount of oxygen supplied to the fuel cell stack 22 . The controller 40 controls the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 22 by controlling the valve 12 . The controller 40 controls the amount of oxygen supplied to the fuel cell stack 22 by controlling the compressor 13 .

制御装置４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御する。制御装置４０は、負荷の要求電力に応じた電力が燃料電池スタック２２から出力されるようにスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御する。燃料電池スタック２２の発電中には燃料電池スタック２２の電圧が蓄電装置２５の電圧よりも低くなる。本実施形態では、燃料電池スタック２２の発電が停止している際には燃料電池スタック２２の電圧が蓄電装置２５の電圧よりも高くなる。制御装置４０は、燃料電池スタック２２の発電中にスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング動作させることで、昇圧を行う。制御装置４０は、燃料電池スタック２２の発電が停止している際にはスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作を行わない。この場合、上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５の寄生ダイオードとなるダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５から蓄電装置２５に電流が流れる。ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５によって燃料電池スタック２２の電圧を降圧しつつ、蓄電装置２５の充電を行うことができる。 Control device 40 controls DC/DC converter 30 . Control device 40 controls switching elements Q1-Q6 so that fuel cell stack 22 outputs electric power corresponding to the electric power demanded by the load. The voltage of the fuel cell stack 22 becomes lower than the voltage of the power storage device 25 during power generation of the fuel cell stack 22 . In this embodiment, the voltage of the fuel cell stack 22 is higher than the voltage of the power storage device 25 when the power generation of the fuel cell stack 22 is stopped. The control device 40 boosts the voltage by switching the switching elements Q1 to Q6 while the fuel cell stack 22 is generating power. The control device 40 does not perform the switching operation of the switching elements Q1 to Q6 when the power generation of the fuel cell stack 22 is stopped. In this case, a current flows to power storage device 25 from diodes D1, D3 and D5, which are parasitic diodes of switching elements Q1, Q3 and Q5 forming the upper arm. The power storage device 25 can be charged while the voltage of the fuel cell stack 22 is stepped down by the diodes D1, D3, and D5.

図３に示すように、制御装置４０は、蓄電装置２５の充電率に応じて、燃料電池スタック２２の発電状態を段階的に切り替える。本実施形態の発電状態は、発電停止状態ＳＴ１、低発電状態ＳＴ２、中発電状態ＳＴ３、及び高発電状態ＳＴ４を含む。発電停止状態ＳＴ１、低発電状態ＳＴ２、中発電状態ＳＴ３、及び高発電状態ＳＴ４には、それぞれ、燃料電池スタック２２の発電電力［ｋＷ］が対応付けられている。制御装置４０は、発電状態を切り替えることで、燃料電池スタック２２の発電電力を制御する。なお、発電状態に対応付けられる発電電力は、発電電力の目標値である。制御装置４０は、燃料電池スタック２２の発電電力が目標値に追従するように制御を行う。 As shown in FIG. 3 , the control device 40 switches the power generation state of the fuel cell stack 22 step by step according to the charging rate of the power storage device 25 . The power generation state of the present embodiment includes a power generation stop state ST1, a low power generation state ST2, an intermediate power generation state ST3, and a high power generation state ST4. The power generation [kW] of the fuel cell stack 22 is associated with each of the power generation stop state ST1, the low power generation state ST2, the middle power generation state ST3, and the high power generation state ST4. The control device 40 controls the power generated by the fuel cell stack 22 by switching the power generation state. The generated power associated with the power generation state is the target value of the generated power. The control device 40 performs control so that the power generated by the fuel cell stack 22 follows the target value.

発電停止状態ＳＴ１とは、燃料電池スタック２２の発電を行わない状態である。発電停止状態ＳＴ１での発電電力は、０［ｋＷ］である。
低発電状態ＳＴ２とは、燃料電池スタック２２の発電を行う状態である。低発電状態ＳＴ２での燃料電池スタック２２の発電電力を低発電電力とする。低発電電力は、例えば、３［ｋＷ］である。低発電状態ＳＴ２は、第１発電状態である。低発電電力は、第１発電電力である。 The power generation stop state ST1 is a state in which the fuel cell stack 22 does not generate power. The generated power in the power generation stop state ST1 is 0 [kW].
The low power generation state ST2 is a state in which the fuel cell stack 22 generates power. The power generated by the fuel cell stack 22 in the low power generation state ST2 is defined as the low power generation. The low generated power is, for example, 3 [kW]. The low power generation state ST2 is the first power generation state. The low generated power is the first generated power.

中発電状態ＳＴ３とは、低発電状態ＳＴ２よりも燃料電池スタック２２の発電電力を大きくする状態である。中発電状態ＳＴ３での燃料電池スタック２２の発電電力を中発電電力とする。中発電電力は、燃料電池スタック２２の使用状況に応じて変化する変動値である。中発電状態ＳＴ３は、第２発電状態である。中発電電力は、第２発電電力である。 The intermediate power generation state ST3 is a state in which the power generated by the fuel cell stack 22 is made larger than that in the low power generation state ST2. The power generated by the fuel cell stack 22 in the medium power generation state ST3 is referred to as medium power generation. The intermediate generated power is a variable value that changes according to the usage status of the fuel cell stack 22 . The intermediate power generation state ST3 is the second power generation state. The intermediate generated power is the second generated power.

高発電状態ＳＴ４とは、燃料電池車両１０が最大負荷で動作する際の負荷の要求電力を燃料電池スタック２２に発電させる状態である。高発電状態ＳＴ４での燃料電池スタック２２の発電電力を高発電電力とする。高発電電力は、例えば、１２［ｋＷ］である。高発電状態ＳＴ４は、第３発電状態である。高発電電力は、第３発電電力である。 The high power generation state ST4 is a state in which the fuel cell stack 22 is caused to generate the required electric power of the load when the fuel cell vehicle 10 operates at the maximum load. The power generated by the fuel cell stack 22 in the high power generation state ST4 is referred to as high power generation. The high generated power is, for example, 12 [kW]. The high power generation state ST4 is the third power generation state. The high generated power is the third generated power.

燃料電池スタック２２が発電停止状態ＳＴ１の際に、蓄電装置２５の充電率が発電開始閾値ＶＤ以下になった場合、制御装置４０は、燃料電池スタック２２を低発電状態ＳＴ２に遷移させる。発電開始閾値ＶＤとしては、例えば、５０［％］を挙げることができる。 When the fuel cell stack 22 is in the power generation stop state ST1 and the charging rate of the power storage device 25 becomes equal to or lower than the power generation start threshold VD , the control device 40 causes the fuel cell stack 22 to transition to the low power generation state ST2. An example of the power generation start threshold VD is 50[%].

燃料電池スタック２２が低発電状態ＳＴ２の際に、蓄電装置２５の充電率が中発電切替閾値ＶＭ以下になった場合、制御装置４０は、燃料電池スタック２２を中発電状態ＳＴ３に遷移させる。中発電切替閾値ＶＭとしては、例えば、４５［％］を挙げることができる。 When the state of charge of the power storage device 25 becomes equal to or lower than the intermediate power generation switching threshold VM when the fuel cell stack 22 is in the low power generation state ST2, the control device 40 causes the fuel cell stack 22 to transition to the intermediate power generation state ST3. For example, 45 [%] can be given as the medium power generation switching threshold VM.

燃料電池スタック２２が中発電状態ＳＴ３の際に、蓄電装置２５の充電率が高発電切替閾値ＶＨ以下になった場合、制御装置４０は、燃料電池スタック２２を高発電状態ＳＴ４に遷移させる。高発電切替閾値ＶＨとしては、例えば、３０［％］を挙げることができる。 When the state of charge of the power storage device 25 becomes equal to or lower than the high power generation switching threshold VH while the fuel cell stack 22 is in the medium power generation state ST3, the control device 40 causes the fuel cell stack 22 to transition to the high power generation state ST4. For example, 30[%] can be given as the high power generation switching threshold value VH .

燃料電池スタック２２が高発電状態ＳＴ４の際に、蓄電装置２５の充電率が中発電切替閾値ＶＭ以上になった場合、制御装置４０は、燃料電池スタック２２を中発電状態ＳＴ３に遷移させる。 When the state of charge of the power storage device 25 becomes equal to or higher than the intermediate power generation switching threshold VM while the fuel cell stack 22 is in the high power generation state ST4 , the control device 40 causes the fuel cell stack 22 to transition to the intermediate power generation state ST3.

燃料電池スタック２２が中発電状態ＳＴ３の際に、蓄電装置２５の充電率が低発電切替閾値ＶＬ以上になった場合、制御装置４０は、燃料電池スタック２２を低発電状態ＳＴ２に遷移させる。低発電切替閾値ＶＬとしては、例えば、６０［％］を挙げることができる。 When the state of charge of the power storage device 25 becomes equal to or higher than the low power generation switching threshold VL while the fuel cell stack 22 is in the middle power generation state ST3, the control device 40 causes the fuel cell stack 22 to transition to the low power generation state ST2. For example, 60[%] can be given as the low power generation switching threshold VL .

燃料電池スタック２２が低発電状態ＳＴ２の際に、蓄電装置２５の充電率が発電停止閾値ＶＳ以上になった場合、制御装置４０は、燃料電池スタック２２を発電停止状態ＳＴ１に遷移させる。発電停止閾値ＶＳとしては、例えば、７０［％］を挙げることができる。 When the state of charge of the power storage device 25 becomes equal to or higher than the power generation stop threshold VS while the fuel cell stack 22 is in the low power generation state ST2 , the control device 40 transitions the fuel cell stack 22 to the power generation stop state ST1. An example of the power generation stop threshold VS is 70[%].

制御装置４０は、中発電電力設定処理を行う。中発電電力設定処理は、中発電電力を設定するための処理である。中発電電力設定処理は、燃料電池車両１０が起動状態の場合に、所定の制御周期で繰り返し行われる。起動状態とは、燃料電池車両１０を走行可能な状態である。起動状態は、キーオン状態ともいわれる。 The control device 40 performs intermediate power generation setting processing. The middle generated power setting process is a process for setting the middle generated power. The intermediate generated power setting process is repeatedly performed at a predetermined control cycle when the fuel cell vehicle 10 is in an activated state. The activated state is a state in which the fuel cell vehicle 10 can run. The activated state is also called a key-on state.

図４に示すように、ステップＳ１において、制御装置４０は、燃料電池スタック２２が発電中か否かを判定する。燃料電池スタック２２が発電中か否かは、燃料電池スタック２２の発電状態から判定できる。制御装置４０は、燃料電池スタック２２が発電停止状態ＳＴ１であれば燃料電池スタック２２が発電中ではないと判定する。制御装置４０は、燃料電池スタック２２が低発電状態ＳＴ２、中発電状態ＳＴ３、又は高発電状態ＳＴ４であれば燃料電池スタック２２は発電中と判定する。ステップＳ１の判定結果が肯定の場合、制御装置４０は、ステップＳ２の処理を行う。ステップＳ１の判定結果が否定の場合、制御装置４０は、ステップＳ６の処理を行う。 As shown in FIG. 4, in step S1, the control device 40 determines whether or not the fuel cell stack 22 is generating power. Whether or not the fuel cell stack 22 is generating power can be determined from the power generation state of the fuel cell stack 22 . If the fuel cell stack 22 is in the power generation stop state ST1, the control device 40 determines that the fuel cell stack 22 is not generating power. The control device 40 determines that the fuel cell stack 22 is generating power if the fuel cell stack 22 is in the low power generation state ST2, the medium power generation state ST3, or the high power generation state ST4. When the determination result of step S1 is affirmative, the control device 40 performs the process of step S2. When the determination result of step S1 is negative, the control device 40 performs the process of step S6.

ステップＳ２において、制御装置４０は、燃料電池スタック２２の発電電力の値を記憶部４２に格納する。詳細にいえば、制御装置４０は、電流センサ２４の検出結果と電圧センサ２３の検出結果とから燃料電池スタック２２の発電電力を算出する。そして、制御装置４０は、発電電力の値を記憶部４２に格納する。電流センサ２４及び電圧センサ２３は、燃料電池スタック２２の発電電力を検出する発電電力検出部である。 In step S<b>2 , the control device 40 stores the value of the power generated by the fuel cell stack 22 in the storage section 42 . Specifically, the control device 40 calculates the power generated by the fuel cell stack 22 from the detection result of the current sensor 24 and the detection result of the voltage sensor 23 . Then, the control device 40 stores the generated power value in the storage unit 42 . The current sensor 24 and the voltage sensor 23 are generated power detection units that detect the generated power of the fuel cell stack 22 .

次に、ステップＳ３において、制御装置４０は、カウンタが満了したか否かを判定する。制御装置４０は、ステップＳ２の処理が行われた回数をカウントしている。制御装置４０は、ステップＳ２の処理が行われた回数が予め設定された回数に到達すると、カウンタが満了したと判定する。即ち、制御装置４０は、燃料電池スタック２２の発電電力の値を記憶部４２に格納した回数が、予め定められた回数に到達するとカウンタが満了したと判定する。ステップＳ３の判定結果が否定の場合、制御装置４０は、ステップＳ２の処理に戻る。ステップＳ３の判定結果が肯定の場合、制御装置４０は、ステップＳ４の処理を行う。制御装置４０は、カウンタが満了するまで、ステップＳ２の処理を行うといえる。 Next, in step S3, the control device 40 determines whether or not the counter has expired. The control device 40 counts the number of times the process of step S2 is performed. The control device 40 determines that the counter has expired when the number of times the process of step S2 has been performed reaches a preset number of times. That is, the control device 40 determines that the counter has expired when the number of times the value of the power generated by the fuel cell stack 22 is stored in the storage unit 42 reaches a predetermined number of times. If the determination result of step S3 is negative, the control device 40 returns to the process of step S2. When the determination result of step S3 is affirmative, the control device 40 performs the process of step S4. It can be said that the control device 40 performs the processing of step S2 until the counter expires.

次に、ステップＳ４において、制御装置４０は、電力基準値［ｋＷ］を算出する。電力基準値は、燃料電池スタック２２の発電の実績を示す値である。本実施形態において、電力基準値としては、燃料電池スタック２２の発電電力の平均値を採用している。制御装置４０は、ステップＳ２及びステップＳ３の処理によって記憶部４２に格納された燃料電池スタック２２の発電電力の平均値を算出する。制御装置４０は、この平均値を電力基準値とする。ステップＳ４の処理を行うことで、制御装置４０は、電力基準値算出部として機能している。 Next, in step S4, the control device 40 calculates a power reference value [kW]. The power reference value is a value that indicates the actual power generation performance of the fuel cell stack 22 . In this embodiment, the average value of the power generated by the fuel cell stack 22 is used as the power reference value. The control device 40 calculates the average value of the power generated by the fuel cell stack 22 stored in the storage unit 42 through the processes of steps S2 and S3. The control device 40 uses this average value as the power reference value. By performing the process of step S4, the control device 40 functions as a power reference value calculator.

次に、ステップＳ５において、制御装置４０は、中発電電力を更新する。制御装置４０は、電力基準値と初期値との差分を求めて、この差分を予め定められた所定時間［ｈ］で除算する。これにより得られた値を初期値に加算することで中発電電力を算出する。即ち、以下の（１）式から中発電電力を算出する。 Next, in step S5, the control device 40 updates the intermediate generated power. Control device 40 obtains the difference between the power reference value and the initial value, and divides this difference by a predetermined time [h]. By adding the value thus obtained to the initial value, the intermediate generated power is calculated. That is, the intermediate generated power is calculated from the following equation (1).

中発電電力＝初期値＋（電力基準値－初期値）／所定時間…（１）
初期値は、ステップＳ５の処理を最初に行う際には、予め定められた設定値である。ステップＳ５の処理を最初に行う際は、中発電電力の更新が行われていない状態といえる。設定値としては、低発電電力と高発電電力との間の範囲で、任意の値を設定することができる。初期値は、ステップＳ５の処理を２回目以降に行う際には、前回の制御周期で算出された中発電電力の値である。即ち、初期値とは、中発電電力の現在値である。 Medium power generation = initial value + (power reference value - initial value) / predetermined time (1)
The initial value is a preset value when the process of step S5 is performed for the first time. When the process of step S5 is performed for the first time, it can be said that the intermediate generated power is not updated. As the set value, any value can be set within the range between the low generated power and the high generated power. The initial value is the middle generated power value calculated in the previous control cycle when the process of step S5 is performed for the second time or later. That is, the initial value is the current value of medium generated power.

所定時間としては、任意の値を採用することができる。所定時間としては、例えば、１週間で、負荷の使用状況に応じた中発電電力を算出できるような値に設定される。この場合、燃料電池車両１０が１週間のうちに５日間、１日当たり８時間稼働した場合を想定すると所定時間は４０［ｈ］となる。 Any value can be adopted as the predetermined time. For example, the predetermined time is set to a value that allows calculation of medium generated power in accordance with the usage status of the load. In this case, assuming that the fuel cell vehicle 10 operates for 8 hours a day for 5 days in a week, the predetermined time is 40 [h].

（１）式から把握できるように、中発電電力は、燃料電池スタック２２の発電している時間が経過するにつれて、所定時間の電力基準値の平均値に漸近していく。即ち、中発電電力は、直近の所定時間に燃料電池スタック２２が発電した発電電力の平均値とみなすことができる。制御装置４０は、（１）式で算出された値を新たな中発電電力として設定して、中発電電力設定処理を終了する。ステップＳ５の処理を行うことで、制御装置４０は、更新部として機能している。中発電電力は、低発電電力と高発電電力との間で設定される。中発電電力は、低発電電力よりも大きく、高発電電力よりも小さい電力といえる。 As can be understood from the formula (1), the medium generated power gradually approaches the average value of the power reference values for the predetermined time as the time during which the fuel cell stack 22 is generating power elapses. That is, the intermediate generated power can be regarded as the average value of the generated power generated by the fuel cell stack 22 in the most recent predetermined time. The control device 40 sets the value calculated by the formula (1) as the new intermediate generated power, and terminates the intermediate generated power setting process. By performing the process of step S5, the control device 40 functions as an updating unit. The middle generated power is set between the low generated power and the high generated power. It can be said that medium power generation is greater than low power generation and less power than high power generation.

ステップＳ６において、制御装置４０は、中発電電力を前回値とする。即ち、制御装置４０は、前回の制御周期で算出された中発電電力を維持する。
なお、中発電電力の値は、燃料電池車両１０がキーオフ状態にされても保持されるように、記憶部４２の不揮発性メモリに記憶される。 In step S6, the control device 40 sets the intermediate generated power to the previous value. That is, the control device 40 maintains the intermediate generated power calculated in the previous control cycle.
Note that the value of the intermediate generated power is stored in the non-volatile memory of the storage unit 42 so that it is retained even when the fuel cell vehicle 10 is in the key-off state.

本実施形態の作用について説明する。
燃料電池車両１０の使用状況に応じて、燃料電池スタック２２の使用状況は変化する。燃料電池スタック２２の使用状況は、顧客毎に異なる。例えば、燃料電池車両１０の操作者による燃料電池車両１０の操作方法の差異、燃料電池車両１０の使用される環境、繁忙期の有無や繁忙期の時期等の要素により燃料電池スタック２２の使用状況は異なる。言い換えれば、顧客毎に、適切な中発電電力が異なる。適切な中発電電力とは、中発電状態ＳＴ３から、中発電状態ＳＴ３とは異なる発電状態への遷移が少なくなる電力である。 The operation of this embodiment will be described.
The usage status of the fuel cell stack 22 changes according to the usage status of the fuel cell vehicle 10 . The usage of the fuel cell stack 22 differs from customer to customer. For example, the usage status of the fuel cell stack 22 depends on factors such as the difference in the operation method of the fuel cell vehicle 10 by the operator of the fuel cell vehicle 10, the environment in which the fuel cell vehicle 10 is used, the presence or absence of a busy season, and the time of the busy season. is different. In other words, the appropriate middle power generation is different for each customer. Appropriate intermediate power generation is power that reduces transitions from the intermediate power generation state ST3 to a power generation state different from the intermediate power generation state ST3.

本実施形態では、中発電電力を、燃料電池スタック２２の発電の実績を示す電力基準値に基づいて更新している。これにより、燃料電池スタック２２の使用状況に応じた中発電電力が設定される。燃料電池スタック２２の発電電力が不足したり、過剰になることを抑制できる。仮に、中発電電力を５［ｋＷ］の一定値とし、負荷が平均して４［ｋＷ］の電力を必要としている場合には、１［ｋＷ］の電力が蓄電装置２５に充電される。蓄電装置２５の充電率が上がることで、中発電状態ＳＴ３が低発電状態ＳＴ２に遷移する。仮に、中発電電力を５［ｋＷ］の一定値とし、負荷が平均して６［ｋＷ］の電力を必要としている場合には、１［ｋＷ］の電力が蓄電装置２５から放電される。蓄電装置２５の充電率が下がることで、中発電状態ＳＴ３が高発電状態ＳＴ４に遷移する。これに対し、電力基準値に基づいて中発電電力を設定すると、中発電電力を一定値にする場合に比べて、蓄電装置２５の充放電を抑制できる。燃料電池スタック２２の発電状態は、蓄電装置２５の充電率に応じて遷移するため、蓄電装置２５の充電率の変動を減らすことで発電状態が遷移する回数を低減することができる。 In this embodiment, the medium generated power is updated based on the power reference value that indicates the actual power generation performance of the fuel cell stack 22 . As a result, the intermediate generated power is set according to the usage status of the fuel cell stack 22 . Insufficient or excessive electric power generated by the fuel cell stack 22 can be suppressed. Assuming that the medium generated power is a constant value of 5 [kW] and the load requires 4 [kW] of power on average, the power storage device 25 is charged with 1 [kW] of power. As the charging rate of the power storage device 25 increases, the intermediate power generation state ST3 transitions to the low power generation state ST2. Assuming that the medium generated power is a constant value of 5 [kW] and the load requires 6 [kW] of power on average, 1 [kW] of power is discharged from the power storage device 25 . As the charging rate of the power storage device 25 decreases, the intermediate power generation state ST3 transitions to the high power generation state ST4. On the other hand, if the intermediate generated power is set based on the power reference value, charging and discharging of the power storage device 25 can be suppressed compared to the case where the intermediate generated power is set to a constant value. Since the power generation state of the fuel cell stack 22 transitions in accordance with the state of charge of the power storage device 25, reducing fluctuations in the state of charge of the power storage device 25 can reduce the number of times the power generation state transitions.

図５には、燃料電池スタック２２が発電を行った発電時間と、燃料電池スタック２２の発電状態が遷移した回数及び中発電電力との関係の一例を示している。図５に示す例では、（１）式の初期値が設定値である時刻、即ち、燃料電池スタック２２の発電の実績が中発電電力に反映されていない時刻を０としている。図５から把握できるように、燃料電池スタック２２が発電を行った時間が経過する毎に、中発電電力は更新されていく。燃料電池スタック２２が発電を行った時間が経過する毎に、燃料電池スタック２２の発電の実績が蓄積されていき、負荷の使用状況による傾向を反映した中発電電力が設定される。所定時間が経過すると、負荷の使用状況を十分に反映した中発電電力が設定される。中発電電力が更新されていくことで、燃料電池スタック２２の発電状態が遷移する回数も減少していく。 FIG. 5 shows an example of the relationship between the power generation time during which the fuel cell stack 22 generated power, the number of transitions of the power generation state of the fuel cell stack 22, and the intermediate generated power. In the example shown in FIG. 5, the time when the initial value of the equation (1) is the set value, that is, the time when the actual power generation of the fuel cell stack 22 is not reflected in the medium generated power is set to 0. As can be understood from FIG. 5, the medium generated power is updated every time the fuel cell stack 22 generates power. Every time the fuel cell stack 22 generates power, the results of the power generation of the fuel cell stack 22 are accumulated, and the intermediate generated power reflecting the tendency of the load usage is set. After a predetermined period of time has elapsed, the medium generated power is set, which fully reflects the usage of the load. As the intermediate generated power is updated, the number of transitions of the power generation state of the fuel cell stack 22 also decreases.

また、燃料電池スタック２２は、発電電力が大きくなるほど電流が大きくなり、発電電力が大きくなるほど電圧が低くなる特性を有する。燃料電池スタック２２の理論電圧は、１．２３［Ｖ］であり、燃料電池スタック２２の電圧が理論電圧から乖離するほど燃料電池スタック２２の損失は大きくなる。理論電圧とは、水素ガスが有する化学エネルギーを全て電気エネルギーに変換できた場合の電圧である。燃料電池スタック２２の発電電力が大きくなり、燃料電池スタック２２の電圧が低くなると、燃料電池スタック２２の電圧と理論電圧との差が大きくなり、燃料電池スタック２２の損失が増加する。図５に示す例では、中発電電力が徐々に低下していく。このように、燃料電池スタック２２の発電の実績に基づく中発電電力が設定されることで、燃料電池スタック２２の発電電力が過剰に高くなることを抑制できる。これにより、燃料電池スタック２２の損失を低減することができる。 Further, the fuel cell stack 22 has a characteristic that the current increases as the generated power increases, and the voltage decreases as the generated power increases. The theoretical voltage of the fuel cell stack 22 is 1.23 [V], and the loss of the fuel cell stack 22 increases as the voltage of the fuel cell stack 22 deviates from the theoretical voltage. The theoretical voltage is the voltage when all the chemical energy of hydrogen gas can be converted into electrical energy. When the power generated by the fuel cell stack 22 increases and the voltage of the fuel cell stack 22 decreases, the difference between the voltage of the fuel cell stack 22 and the theoretical voltage increases, and the loss of the fuel cell stack 22 increases. In the example shown in FIG. 5, the medium generated power gradually decreases. In this way, by setting the medium generated power based on the actual power generation performance of the fuel cell stack 22, it is possible to prevent the generated power of the fuel cell stack 22 from becoming excessively high. Thereby, the loss of the fuel cell stack 22 can be reduced.

本実施形態の効果について説明する。
（１）中発電電力は、電力基準値に基づいて設定される。蓄電装置２５の充電率の変化が少ないため、燃料電池スタック２２が中発電状態ＳＴ３から低発電状態ＳＴ２、あるいは、中発電状態ＳＴ３から高発電状態ＳＴ４に遷移しにくい。発電状態が遷移することによる燃料電池スタック２２の発電電力の変動を抑制することができ、燃料電池スタック２２の劣化を抑制できる。 Effects of the present embodiment will be described.
(1) Medium generated power is set based on the power reference value. Since the change in the charging rate of the power storage device 25 is small, it is difficult for the fuel cell stack 22 to transition from the intermediate power generation state ST3 to the low power generation state ST2 or from the intermediate power generation state ST3 to the high power generation state ST4. Fluctuations in the power generated by the fuel cell stack 22 due to transitions in the power generation state can be suppressed, and deterioration of the fuel cell stack 22 can be suppressed.

（２）制御装置４０は、電力基準値と初期値との差分を求めて、この差分を予め定められた所定時間で除算する。これにより得られた値を初期値に加算することで新たな中発電電力を算出する。中発電電力は、燃料電池スタック２２の発電の実績に応じて漸減又は漸増していく。燃料電池スタック２２の発電電力が一時的に過剰に大きくなったり、一時的に過剰に小さくなった場合であっても、この影響を抑制しつつ、発電の実績に応じた中発電電力を算出することができる。 (2) Control device 40 obtains the difference between the power reference value and the initial value, and divides this difference by a predetermined time. By adding the value thus obtained to the initial value, a new medium generated power is calculated. The medium generated power gradually decreases or increases according to the power generation performance of the fuel cell stack 22 . Even if the generated power of the fuel cell stack 22 temporarily becomes excessively large or temporarily becomes excessively small, the medium generated power is calculated according to the performance of power generation while suppressing the influence of this. be able to.

また、所定時間の燃料電池スタック２２の発電電力を記憶部４２に格納し、所定時間の発電電力の平均値を中発電電力とする場合に比べて、記憶部４２に記憶するデータ量が少なくなる。従って、記憶部４２の容量が大きくなることを抑制できる。 In addition, the amount of data to be stored in the storage unit 42 is reduced compared to the case where the power generated by the fuel cell stack 22 for a predetermined time is stored in the storage unit 42 and the average value of the power generated for the predetermined time is set to the medium power generation. . Therefore, it is possible to suppress an increase in the capacity of the storage unit 42 .

（３）燃料電池スタック２２の発電状態が中発電状態ＳＴ３から遷移しにくいため、燃料電池スタック２２の発電電力が変動しにくい。燃料電池スタック２２の発電電力を変動させる場合、コンプレッサ１３及びバルブ１２を制御して水素ガスの供給量、及び酸素の供給量を調整する必要がある。この際、コンプレッサ１３の駆動力、及びバルブ１２の駆動周期や開弁時間が変化するため、燃料電池車両１０の静音性を低下させる原因となる。燃料電池スタック２２の発電電力を変動しにくくすることで、燃料電池車両１０の静音性を向上させることができる。 (3) Since the power generation state of the fuel cell stack 22 is less likely to transition from the middle power generation state ST3, the power generated by the fuel cell stack 22 is less likely to fluctuate. When changing the power generated by the fuel cell stack 22, it is necessary to control the compressor 13 and the valve 12 to adjust the amount of hydrogen gas supplied and the amount of oxygen supplied. At this time, the driving force of the compressor 13 and the driving cycle and valve opening time of the valve 12 change, which causes the quietness of the fuel cell vehicle 10 to deteriorate. By making it difficult for the power generated by the fuel cell stack 22 to fluctuate, the quietness of the fuel cell vehicle 10 can be improved.

実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○制御装置４０は、低発電電力の値を変動値としてもよい。この場合、低発電電力の値は、中発電電力の値に応じて変更される。例えば、制御装置４０は、低発電電力の値を中発電電力の値の１／２としてもよい。 Embodiments can be modified and implemented as follows. The embodiments and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
(circle) the control apparatus 40 is good also considering the value of low electric power generation as a fluctuation value. In this case, the value of low generated power is changed according to the value of medium generated power. For example, the control device 40 may set the value of the low generated power to 1/2 of the value of the medium generated power.

また、制御装置４０は、低発電電力の値に下限値及び上限値を設定し、下限値と上限値との間の範囲内で低発電電力の値が変動するようにしてもよい。下限値及び上限値の値は、任意である。下限値は、例えば、電圧変換限界値の下限であってもよい。上限値は、例えば、電圧変換限界値の上限であってもよい。 Further, the control device 40 may set a lower limit value and an upper limit value for the value of the low generated power so that the value of the low generated power fluctuates within a range between the lower limit value and the upper limit value. The values of the lower limit and upper limit are arbitrary. The lower limit value may be, for example, the lower limit of the voltage conversion limit value. The upper limit value may be, for example, the upper limit of the voltage conversion limit value.

電圧変換限界値の上限は、燃料電池スタック２２の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力可能な最低電圧になる際の発電電力である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０には、入力電圧の範囲が定められている。電圧変換限界値の上限を上記したように設定することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力される電圧が入力電圧の下限値を下回ることを抑制できる。 The upper limit of the voltage conversion limit value is the power generated when the voltage of the fuel cell stack 22 reaches the minimum voltage that can be input to the DC/DC converter 30 . The DC/DC converter 30 has a defined input voltage range. By setting the upper limit of the voltage conversion limit as described above, it is possible to prevent the voltage input to the DC/DC converter 30 from falling below the lower limit of the input voltage.

電圧変換限界値の下限は、燃料電池スタック２２の電圧が蓄電装置２５の電圧と一致する電圧である。燃料電池スタック２２の電圧が蓄電装置２５の電圧を上回ると、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５を用いた降圧が行われる。ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５を用いた降圧が行われると、この降圧により損失が生じる。電圧変換限界値の下限を上記したように設定することで、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５による降圧が行われることを抑制でき、降圧による損失を抑制できる。 The lower limit of the voltage conversion limit value is the voltage at which the voltage of fuel cell stack 22 matches the voltage of power storage device 25 . When the voltage of fuel cell stack 22 exceeds the voltage of power storage device 25, the voltage is stepped down using diodes D1, D3 and D5. When the voltage is stepped down using the diodes D1, D3, and D5, loss occurs due to this stepping down. By setting the lower limit of the voltage conversion limit value as described above, it is possible to prevent the diodes D1, D3, and D5 from stepping down the voltage, thereby suppressing the loss due to the stepping down.

制御装置４０は、中発電電力の値に下限値及び上限値を設定してもよい。中発電電力の下限値、及び中発電電力の上限値は任意に設定することができる。中発電電力の下限値として電圧変換限界値の下限を用いてもよいし、電圧変換限界値の上限値として電圧変換限界値の上限を用いてもよい。 The control device 40 may set a lower limit value and an upper limit value for the medium generated power value. The lower limit value of the medium generated power and the upper limit value of the medium generated power can be set arbitrarily. The lower limit of the voltage conversion limit value may be used as the lower limit value of the medium generated power, and the upper limit of the voltage conversion limit value may be used as the upper limit value of the voltage conversion limit value.

○中発電電力は、電力基準値に応じた値であればよく、（１）式とは異なる手法で算出されてもよい。例えば、中発電電力は、所定時間の発電電力の移動平均であってもよい。制御装置４０は、所定時間の電力基準値を所定の周期で取得し、記憶部４２に格納する。制御装置４０は、所定時間の電力基準値の総和を、電力基準値を取得した回数で除算する。これにより得られた値を制御装置４０は、中発電電力としてもよい。 ○ Medium generated power may be a value corresponding to the power reference value, and may be calculated by a method different from the formula (1). For example, the middle generated power may be a moving average of the generated power over a predetermined period of time. The control device 40 acquires the power reference value for a predetermined period of time at a predetermined cycle and stores it in the storage unit 42 . The control device 40 divides the total sum of the power reference values for a predetermined period of time by the number of times the power reference value is acquired. The control device 40 may use the value thus obtained as the intermediate generated power.

○電力基準値は、ステップＳ２及びステップＳ３の処理によって記憶部４２に格納された燃料電池スタック２２の発電電力の中央値であってもよい。制御装置４０は、１回の制御周期で燃料電池スタック２２の発電電力を１回のみ取得し、この発電電力を電力基準値としてもよい。電力基準値は、所定時間の発電電力の移動平均であってもよい。即ち、電力基準値としては、燃料電池スタック２２の発電の実績を示す値であれば、どのような値であってもよい。 O The power reference value may be the median value of the power generated by the fuel cell stack 22 stored in the storage unit 42 through the processes of steps S2 and S3. The control device 40 may acquire the generated power of the fuel cell stack 22 only once in one control cycle, and use this generated power as the power reference value. The power reference value may be a moving average of generated power over a predetermined period of time. That is, the power reference value may be any value as long as it indicates the actual power generation performance of the fuel cell stack 22 .

○ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、任意の構成に変更してもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０としては、絶縁型であってもよいし、非絶縁型であってもよい。
○発電状態は、発電電力が異なる３つの状態を含んでいればよい。例えば、実施形態の低発電状態ＳＴ２を省略して、発電停止状態ＳＴ１、中発電状態ＳＴ３、及び高発電状態ＳＴ４の３つの状態を遷移するようにしてもよい。この場合、発電停止状態ＳＴ１が第１発電状態、中発電状態ＳＴ３が第２発電状態、高発電状態ＳＴ４が第３発電状態である。 (circle) DC/DC converter 30 may be changed into arbitrary structures. The DC/DC converter 30 may be of an insulating type or of a non-insulating type.
○ The power generation state should include three states with different generated power. For example, the low power generation state ST2 of the embodiment may be omitted, and the three states of the power generation stop state ST1, the medium power generation state ST3, and the high power generation state ST4 may be transitioned. In this case, the power generation stop state ST1 is the first power generation state, the intermediate power generation state ST3 is the second power generation state, and the high power generation state ST4 is the third power generation state.

発電状態は、発電電力が異なる５つ以上の状態を含んでいてもよい。この場合、燃料電池スタック２２の発電電力の平均値に対応する状態が第２発電状態である。第２発電状態よりも発電電力が１段階下の状態が第１発電状態である。第２発電状態よりも発電電力が１段階上の状態が第３発電状態である。 The power generation state may include five or more states with different generated power. In this case, the state corresponding to the average value of the power generated by the fuel cell stack 22 is the second power generation state. A state in which the generated power is one step lower than the second power generation state is the first power generation state. A state in which the generated power is one step higher than the second power generation state is the third power generation state.

○燃料電池スタック２２の発電電力は、車両負荷１５に供給される電力／（１－補機損失の比率）で算出してもよい。この場合、電流センサ２４及び電圧センサ２３は、車両負荷１５に供給される電力を測定できるように設けられる。補機損失は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０で生じる損失、及び補機１４で消費される電力を含む。 O The power generated by the fuel cell stack 22 may be calculated as the power supplied to the vehicle load 15/(1-the ratio of accessory loss). In this case, the current sensor 24 and the voltage sensor 23 are provided so that the power supplied to the vehicle load 15 can be measured. Auxiliary equipment loss includes loss caused by DC/DC converter 30 and power consumed by auxiliary equipment 14 .

○燃料電池スタック２２の発電電力を制御する装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御する装置とは別々の装置であってもよい。即ち、制御装置４０は、複数の装置によって構成されるユニットであってもよい。 O The device for controlling the power generated by the fuel cell stack 22 and the device for controlling the DC/DC converter 30 may be separate devices. That is, the control device 40 may be a unit composed of a plurality of devices.

ＳＴ２…第１発電状態としての低発電状態、ＳＴ３…第２発電状態としての中発電状態、ＳＴ４…第３発電状態としての高発電状態、１４…負荷としての補機、１５…負荷としての車両負荷、２３…発電電力検出部としての電圧センサ、２４…発電電力検出部としての電流センサ、２５…蓄電装置、２６…充電状態検出部、４０…電力基準値算出部、及び更新部としての制御装置。 ST2 Low power generation state as the first power generation state ST3 Middle power generation state as the second power generation state ST4 High power generation state as the third power generation state 14 Auxiliary machine as load 15 Vehicle as load Load 23... Voltage sensor as generated power detection unit 24... Current sensor as generated power detection unit 25... Power storage device 26... State of charge detection unit 40... Power reference value calculation unit and control as updating unit Device.

Claims (2)

負荷に電力を供給する燃料電池スタックと、
前記負荷と並列に接続される蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電状態を検出する充電状態検出部と、
前記燃料電池スタックの発電電力を検出する発電電力検出部と、
前記充電状態検出部により検出された前記蓄電装置の充電状態に基づいて前記燃料電池スタックの発電状態を切り替えることで前記燃料電池スタックの発電電力を制御する制御装置と、を備え、
前記発電状態は、前記燃料電池スタックに第１発電電力を発電させる第１発電状態と、前記燃料電池スタックに前記第１発電電力よりも大きい第２発電電力を発電させる第２発電状態と、前記燃料電池スタックに前記第２発電電力よりも大きい第３発電電力を発電させる第３発電状態と、を含み、
前記制御装置は、
前記発電電力検出部によって検出された前記発電電力から、前記燃料電池スタックの発電の実績を示す電力基準値を算出する電力基準値算出部と、
前記電力基準値に基づき前記第２発電電力を更新する更新部と、を備える燃料電池システム。 a fuel cell stack for powering a load;
a power storage device connected in parallel with the load;
a state-of-charge detector that detects the state of charge of the power storage device;
a generated power detection unit that detects the generated power of the fuel cell stack;
a control device that controls the generated power of the fuel cell stack by switching the power generation state of the fuel cell stack based on the state of charge of the power storage device detected by the state of charge detection unit;
The power generation state includes a first power generation state in which the fuel cell stack generates a first generated power, a second power generation state in which the fuel cell stack generates a second generated power larger than the first generated power, and a third power generation state that causes the fuel cell stack to generate a third power that is greater than the second power,
The control device is
a power reference value calculation unit that calculates a power reference value indicating the actual power generation performance of the fuel cell stack from the generated power detected by the generated power detection unit;
and an updating unit that updates the second generated power based on the power reference value. 前記更新部は、
前記電力基準値と前記第２発電電力の現在値との差分を算出し、
前記差分を所定時間で除算した値を前記第２発電電力の現在値に加算した値を新たな前記第２発電電力とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The updating unit
calculating the difference between the power reference value and the current value of the second generated power;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein a value obtained by dividing the difference by a predetermined time is added to the current value of the second generated power, and the new second generated power is set.
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