JP2023110672A - 燃料電池システム及び充電方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池から供給される電力により高電圧側蓄電装置及び低電圧側蓄電装置を充電させる燃料電池システムにおいて、ユーザに与える違和感を低減しつつ、低電圧側蓄電装置が過放電状態になることを抑制する。【解決手段】燃料電池FCと、燃料電池FCから供給される電力により充電される高電圧側蓄電装置BHと、燃料電池FCまたは高電圧側蓄電装置BHから供給される電力により充電される低電圧側蓄電装置BLと、高電圧側蓄電装置BH及び低電圧側蓄電装置BLの充電制御を行う制御部3とを備えて燃料電池システム1を構成し、制御部3は、第1特定条件において低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下である場合、燃料電池FCから高電圧側蓄電装置BHに電力を供給させ、第2特定条件において高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給させる。【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池から供給される電力により高電圧側蓄電装置及び低電圧側蓄電装置を充電させる燃料電池システム及びその充電方法に関する。
燃料電池システムとして、燃料電池システムが搭載される車両のイグニッションオフ期間において、高電圧側蓄電装置の充電量が比較的大きい場合で、かつ、低電圧側蓄電装置の充電量が比較的小さい場合、高電圧側蓄電装置から低電圧側蓄電装置に電力を供給することにより低電圧側蓄電装置が過放電状態になることを抑制するものがある。関連する技術として、特許文献1がある。
ところで、高電圧側蓄電装置の充電量が比較的小さく高電圧側蓄電装置から低電圧側蓄電装置に電力を供給することができない場合、燃料電池から高電圧側蓄電装置に電力を供給して高電圧側蓄電装置の充電量を増加させる必要がある。
そのため、上記燃料電池システムでは、高電圧側蓄電装置の充電量が比較的小さく高電圧側蓄電装置から低電圧側蓄電装置に電力を供給することができない場合、車両のイグニッションオフ期間において燃料電池が発電してしまうため、ユーザに違和感を与えるおそれがある。
本発明の一側面に係る目的は、燃料電池から供給される電力により高電圧側蓄電装置及び低電圧側蓄電装置を充電させる燃料電池システムにおいて、ユーザに与える違和感を低減しつつ、低電圧側蓄電装置が過放電状態になることを抑制することである。
本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池から供給される電力により充電される高電圧側蓄電装置と、前記燃料電池または前記高電圧側蓄電装置から供給される電力により充電される低電圧側蓄電装置と、前記高電圧側蓄電装置及び前記低電圧側蓄電装置の充電制御を行う制御部とを備える。
前記制御部は、第1特定条件において前記低電圧側蓄電装置の充電量が低電圧閾値以下である場合、前記燃料電池から前記高電圧側蓄電装置に電力を供給させ、第2特定条件において前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置に電力を供給させる。
これにより、第1特定条件として燃料電池が発電していてもユーザに違和感を与えないときに燃料電池から高電圧側蓄電装置に電力を供給させ、第2特定条件として燃料電池が発電しているとユーザに違和感を与えるおそれがあるときに燃料電池を発電させずに高電圧側蓄電装置から低電圧側蓄電装置に電力を供給させることができる。そのため、ユーザに与える違和感を低減しつつ、低電圧側蓄電装置が過放電状態になることを抑制することができる。
また、前記制御部は、前記第2特定条件において一定時間経過毎に前記低電圧側蓄電装置の充電量が低電圧閾値以下であるか否かを判断し、前記低電圧側蓄電装置の充電量が前記低電圧閾値以下である場合、前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置に電力を供給させるように構成してもよい。
これにより、第2特定条件である状態が比較的長くても低電圧側蓄電装置が過放電状態になることを抑制することができる。
また、前記制御部は、前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置に電力を供給させているとき、前記高電圧側蓄電装置の充電量が高電圧閾値以下になると、前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置への電力供給を停止させるように構成してもよい。
これにより、高電圧側蓄電装置が過放電状態になることを抑制することができる。
また、当該燃料電池システムは、車両に搭載され、前記制御部は、イグニッションオフからイグニッションオンに切り替わるタイミングにおいて前記低電圧側蓄電装置の充電量が前記低電圧閾値以下である場合、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるタイミングにおいて前記燃料電池から前記高電圧側蓄電装置に電力を供給させるように構成してもよい。
これにより、イグニッションオフ期間が比較的長く、低電圧側蓄電装置の充電量が比較的安定したときに、低電圧側蓄電装置の充電量が低電圧閾値以下であるか否かを判断することができる。
また、本発明に係る一つの形態である充電方法は、燃料電池と、前記燃料電池から供給される電力により充電される高電圧側蓄電装置と、前記燃料電池または前記高電圧側蓄電装置から供給される電力により充電される低電圧側蓄電装置と、前記高電圧側蓄電装置及び前記低電圧側蓄電装置の充電制御を行う制御部とを備える燃料電池システムにおける前記高電圧側蓄電装置及び前記低電圧側蓄電装置の充電方法であって、前記制御部は、第1特定条件において前記低電圧側蓄電装置の充電量が低電圧閾値以下である場合、前記燃料電池から前記高電圧側蓄電装置に電力を供給させ、第2特定条件において前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置に電力を供給させる。
これにより、第1特定条件として燃料電池が発電していてもユーザに違和感を与えないときに燃料電池から高電圧側蓄電装置に電力を供給させ、第2特定条件として燃料電池が発電しているとユーザに違和感を与えるおそれがあるときに燃料電池を発電させずに高電圧側蓄電装置から低電圧側蓄電装置に電力を供給させることができる。そのため、ユーザに与える違和感を低減しつつ、低電圧側蓄電装置が過放電状態になることを抑制することができる。
本発明によれば、燃料電池から供給される電力により高電圧側蓄電装置及び低電圧側蓄電装置を充電させる燃料電池システムにおいて、ユーザに与える違和感を低減しつつ、低電圧側蓄電装置が過放電状態になることを抑制することができる。
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図1は、実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
図1に示す燃料電池システム1は、フォークリフトなどの産業車両や自動車などの車両Veに搭載される。なお、車両Veには、走行用モータを駆動するインバータなどの外部負荷Loが搭載され、燃料電池システム1から外部負荷Loに電力が供給される。
また、燃料電池システム1は、燃料電池FCと、燃料タンクTと、主止弁SVと、インジェクタINJと、気液分離機GLSと、循環ポンプHPと、排気排水弁EDVと、希釈器DILと、エアコンプレッサACPと、エア調圧弁ARVと、エアシャット弁ASVとを備える。
また、燃料電池システム1は、さらに、ラジエタRと、ファンFと、ウォータポンプWPと、インタークーラICと、高電圧側DCDCコンバータCNVHと、低電圧側DCDCコンバータCNVLと、高電圧側蓄電装置BHと、低電圧側蓄電装置BLと、電流センサSifと、電圧センサSvfと、記憶部2と、制御部3とを備える。
燃料電池FCは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池であり、燃料ガス(水素ガスなど)に含まれる水素と酸化剤ガス(空気など)に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。
燃料タンクTは、燃料ガスの貯蔵容器である。燃料タンクTに貯蔵された燃料ガスは主止弁SV及びインジェクタINJを介して燃料電池FCに供給される。
主止弁SVは、電磁弁などにより構成され、燃料ガスをインジェクタINJに供給する。また、主止弁SVは、制御部3の動作制御によりインジェクタINJへの燃料ガスの供給を遮断する。
インジェクタINJは、燃料電池FCに供給される燃料ガスの圧力が一定になるように燃料ガスの流量を調整する。
気液分離機GLSは、燃料電池FCから排出される燃料ガスと液水とを分離する。
循環ポンプHPは、気液分離機GLSにより分離された燃料ガスを燃料電池FCに再度供給する。
排気排水弁EDVは、気液分離機GLSにより分離された液水を希釈器DILに送る。希釈器DILに送られた液水は、希釈器DIL内のタンクに溜まる。また、燃料電池FCから排出された燃料ガスと酸化剤ガスは希釈器DILで合流し、燃料電池システム1の外部に排出される。
エアコンプレッサACPは、燃料電池システム1の周囲に存在する酸化剤ガスを圧縮しインタークーラIC及びエアシャット弁ASVを介して燃料電池FCに供給する。なお、エアコンプレッサACPの圧縮率は、燃料電池FCの下流に設けられるエア調圧弁ARVの開度を調節することで制御される。
インタークーラICは、圧縮により高温になった酸化剤ガスをインタークーラICに流れる冷却水などの冷媒と熱交換させる。
エアシャット弁ASVは、制御部3の動作制御により燃料電池FCへの酸化剤ガスの供給を遮断する。なお、イグニッションオン状態であり車両Veが駆動しているとき(荷役作業や走行が可能な状態であるとき)、エアシャット弁ASVは全開になっているものとする。
エア調圧弁ARVは、燃料電池FCに供給される酸化剤ガスの圧力や流量を調整する。
ラジエタRは、燃料電池FCの発熱により温められた冷媒を外気と熱交換させる。
ファンFは、ラジエタRの放熱量を上昇させる。
ウォータポンプWPは、ラジエタRにより冷却された冷媒をインタークーラICを介して燃料電池FCに供給する。
高電圧側DCDCコンバータCNVHは、燃料電池FCの後段に接続され、燃料電池FCから出力される電圧Vfc(例えば、90[V])を電圧Vch(例えば、48[V])に変換する。また、高電圧側DCDCコンバータCNVHから出力される電力は、外部負荷Lo、高電圧側内部負荷LiH、及び高電圧側蓄電装置BHに供給される。なお、高電圧側内部負荷LiHは、循環ポンプHP、エアコンプレッサACP、及びウォータポンプWPとする。
高電圧側蓄電装置BHは、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、高電圧側DCDCコンバータCNVHと外部負荷Loとの間に接続されている。
低電圧側DCDCコンバータCNVLは、高電圧側DCDCコンバータCNVH及び高電圧側蓄電装置BHの後段に接続され、高電圧側DCDCコンバータCNVHから出力される電圧Vchまたは高電圧側蓄電装置BHの電圧Vbhを電圧Vbl(例えば、12[V])に変換する。また、低電圧側DCDCコンバータCNVLから出力される電力は、低電圧側内部負荷LiL及び低電圧側蓄電装置BLに供給される。なお、低電圧側内部負荷LiLは、主止弁SV、ファンF、エアシャット弁ASV、及びエア調圧弁ARVとする。
低電圧側蓄電装置BLは、鉛電池などにより構成され、低電圧側DCDCコンバータCNVLの後段に接続されている。
高電圧側DCDCコンバータCNVHから出力される電力と、高電圧側内部負荷LiH及び低電圧側内部負荷LiLにそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、外部負荷Loから要求される要求電力より大きい場合、その供給電力のうちの要求電力に相当する電力が外部負荷Loに供給されるとともに残りの電力が高電圧側蓄電装置BHや低電圧側蓄電装置BLに供給される。高電圧側DCDCコンバータCNVHから高電圧側蓄電装置BHに電力が供給されると、高電圧側蓄電装置BHが充電され高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが増加する。また、高電圧側DCDCコンバータCNVHから出力される電力と、高電圧側内部負荷LiH及び低電圧側内部負荷LiLにそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、外部負荷Loから要求される要求電力より小さい場合、その供給電力が外部負荷Loに供給されるとともに足りない分の電力が高電圧側蓄電装置BHから外部負荷Loに供給される。高電圧側蓄電装置BHから外部負荷Loに電力が供給されると、高電圧側蓄電装置BHが放電され高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが減少する。なお、充電量CHとは、高電圧側蓄電装置BHの充電率[%](高電圧側蓄電装置BHの満充電容量に対する残容量の割合)、または、高電圧側蓄電装置BHに電流が流れていないときの高電圧側蓄電装置BHの開回路電圧[V]、または、高電圧側蓄電装置BHに電流が流れているときの高電圧側蓄電装置BHの閉回路電圧[V]、または、高電圧側蓄電装置BHに流れる電流の積算値[Ah]などとする。
低電圧側DCDCコンバータCNVLから出力される電力が、低電圧側内部負荷LiLにおいて消費される電力より大きい場合、低電圧側DCDCコンバータCNVLから出力される電力のうち、低電圧側内部負荷LiLで消費される電力以外の残りの電力が低電圧側蓄電装置BLに供給される。高電圧側DCDCコンバータCNVHや低電圧側DCDCコンバータCNVLから低電圧側蓄電装置BLに電力が供給されると、低電圧側蓄電装置BLが充電され低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが増加する。また、低電圧側DCDCコンバータCNVLから出力される電力が、低電圧側内部負荷LiLにおいて消費される電力より小さい場合、低電圧側DCDCコンバータCNVLから出力される電力が低電圧側内部負荷LiLに供給されるとともに足りない分の電力が低電圧側蓄電装置BLから低電圧側内部負荷LiLに供給される。低電圧側蓄電装置BLから低電圧側内部負荷LiLに電力が供給されると、低電圧側蓄電装置BLが放電され低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが減少する。なお、充電量CLとは、低電圧側蓄電装置BLの充電率[%](低電圧側蓄電装置BLの満充電容量に対する残容量の割合)、または、低電圧側蓄電装置BLに電流が流れていないときの低電圧側蓄電装置BLの開回路電圧[V]、または、低電圧側蓄電装置BLに電流が流れているときの低電圧側蓄電装置BLの閉回路電圧[V]、または、低電圧側蓄電装置BLに流れる電流の積算値[Ah]などとする。
電流センサSifは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、燃料電池FCから高電圧側DCDCコンバータCNVHに流れる電流Ifcを検出し、その検出した電流Ifを制御部3に送る。
電圧センサSvfは、分圧抵抗などにより構成され、燃料電池FCの電圧Vfcを検出し、その検出した電圧Vfcを制御部3に送る。
記憶部2は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などにより構成される。
制御部3は、マイクロコンピュータなどにより構成される。
また、制御部3は、燃料電池システム1の稼働時、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHに応じて目標発電電力Ptを段階的に変化させる。
また、制御部3は、燃料電池システム1の稼働時、燃料電池FCの発電電力が目標発電電力Ptに追従するように、高電圧側内部負荷LiHや低電圧側内部負荷LiLの動作を制御する。例えば、制御部3は、燃料電池システム1の稼働時、PI(Proportional-Integral)制御により、燃料電池FCの発電電力と目標発電電力Ptとの差がゼロになるように、高電圧側内部負荷LiHや低電圧側内部負荷LiLの動作を制御する。
図2は、高電圧側DCDCコンバータCNVHと高電圧側蓄電装置BHとの接続構成及び低電圧側DCDCコンバータCNVLと低電圧側蓄電装置BLとの接続構成の一例を示す図である。
図2に示す高電圧側DCDCコンバータCNVHは、ハイサイドのスイッチSWHと、スイッチSWHに並列接続されるダイオードDHと、スイッチSWHに直列接続されるローサイドのスイッチSWLと、スイッチSWLに並列接続されるダイオードDLと、スイッチSWH、SWLの接続点と燃料電池FCとの間に接続されるインダクタLと、スイッチSWH、SWLに並列接続されるコンデンサCとを備える。例えば、スイッチSWH、SWLがそれぞれMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)により構成される場合、ダイオードDH、DLはスイッチSWH、SWLの寄生ダイオードとする。なお、低電圧側DCDCコンバータCNVLは、高電圧側DCDCコンバータCNVHと同じ構成とし、その説明を省略する。
制御部3は、燃料電池システム1の稼働時、燃料電池FCの電圧Vfcが外部負荷Loの電圧より低い場合、スイッチSWHとスイッチSWLとを交互にオン、オフさせることで、燃料電池FCの電圧Vfcを昇圧させて外部負荷Loに出力する。また、制御部3は、燃料電池システム1の稼働時、燃料電池FCの電圧Vfcが外部負荷Loの電圧より高い場合、スイッチSWHとスイッチSWLとを常時オフさせることで、燃料電池FCの電圧Vfcを降圧させて外部負荷Loに出力する。
なお、制御部3は、スイッチSWHをオンにし、ダイオードDHとスイッチSWHが並列に接続された状態で燃料電池FCの電圧Vfcを外部負荷Loに出力してもよい。
また、スイッチSWHを省略してもよい。このようにスイッチSWHを省略する場合、ダイオードDHのアノード端子はインダクタLとスイッチSWLとの接続点に接続され、ダイオードDHのカソード端子はコンデンサCの一方端に接続される。また、制御部3は、燃料電池システム1の稼働時、燃料電池FCの電圧Vfcが外部負荷Loの電圧より低い場合、スイッチSWLを繰り返しオン、オフさせることで、燃料電池FCの電圧Vfcを昇圧させて外部負荷Loに出力する。また、制御部3は、燃料電池システム1の稼働時、燃料電池FCの電圧Vfcが外部負荷Loの電圧より高い場合、スイッチSWLを常時オフさせることで、燃料電池FCの電圧Vfcを降圧させて外部負荷Loに出力する。
高電圧側リレーRHは、電磁式リレーなどにより構成される。高電圧側リレーRHの一方端子は、高電圧側内部負荷LiH及び外部負荷Loを介して高電圧側DCDCコンバータCNVHの出力端子(コンデンサC)に接続され、高電圧側リレーRHの他方端子は、高電圧側蓄電装置BHに接続されている。制御部3の動作制御により高電圧側リレーRHが接続(導通)すると、高電圧側DCDCコンバータCNVH、外部負荷Lo、及び高電圧側内部負荷LiHと、高電圧側蓄電装置BHとが電気的に接続される。一方、制御部3の動作制御により高電圧側リレーRHが遮断すると、高電圧側DCDCコンバータCNVH、外部負荷Lo、及び高電圧側内部負荷LiHと、高電圧側蓄電装置BHとが電気的に遮断される。
接続用リレーRCは、電磁式リレーなどにより構成される。接続用リレーRCの一方端子は、高電圧側蓄電装置BHに接続され、接続用リレーRCの他方端子は、低電圧側DCDCコンバータCNVLの入力端子に接続されている。制御部3の動作制御により接続用リレーRCが接続(導通)すると、高電圧側DCDCコンバータCNVH及び高電圧側蓄電装置BHと低電圧側DCDCコンバータCNVLとが電気的に接続される。一方、制御部3の動作制御により接続用リレーRCが遮断すると、高電圧側DCDCコンバータCNVH及び高電圧側蓄電装置BHと低電圧側DCDCコンバータCNVLとが電気的に遮断される。すなわち、接続用リレーRCは、高電圧側DCDCコンバータCNVHや高電圧側内部負荷LiHなどからなる高電圧系と低電圧側DCDCコンバータCNVLや低電圧側内部負荷LiLなどからなる低電圧系とを接続または遮断する。
低電圧側リレーRLは、電磁式リレーなどにより構成される。低電圧側リレーRLの一方端子は、低電圧側内部負荷LiLを介して低電圧側DCDCコンバータCNVLの出力端子に接続され、低電圧側リレーRLの他方端子は、低電圧側蓄電装置BLに接続されている。制御部3の動作制御により低電圧側リレーRLが接続(導通)すると、低電圧側DCDCコンバータCNVL及び低電圧側内部負荷LiLと、低電圧側蓄電装置BLとが電気的に接続される。一方、制御部3の動作制御により低電圧側リレーRLが遮断すると、低電圧側DCDCコンバータCNVL及び低電圧側内部負荷LiLと低電圧側蓄電装置BLとが電気的に遮断される。
すなわち、高電圧側リレーRH、接続用リレーRC、及び低電圧側リレーRLが接続されている場合、燃料電池FCから高電圧側蓄電装置BHや低電圧側蓄電装置BLに電力を供給することが可能な状態になる。また、高電圧側リレーRHが遮断され、接続用リレーRC及び低電圧側リレーRLが接続されている場合、高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給することが可能な状態になる。
監視リレーRMは、電磁式リレーなどにより構成される。監視リレーRMの一方端子は、制御部3に備えられる監視部31に接続され、監視リレーRMの他方端子は、低電圧側蓄電装置BLに接続されている。制御部3の動作制御により監視リレーRMが接続すると、監視部31と低電圧側蓄電装置BLとが電気的に接続される。一方、制御部3の動作制御により監視リレーRMが遮断すると、監視部31と低電圧側蓄電装置BLとが電気的に遮断される。
制御部3は、イグニッションオフからイグニッションオンに切り替わった旨が車両Veから送られてくると、燃料電池FCの発電制御を開始するとともに、高電圧側リレーRH、接続用リレーRC、低電圧側リレーRL、及び監視リレーRMを接続する。なお、車両Veに設けられる不図示のイグニッションスイッチをユーザが操作することなどでイグニッションオフからイグニッションオンに切り替わるものとする。また、制御部3は、常時(イグニッションオン期間(車両Veの駆動中)及びイグニッションオフ期間(車両Veの停止中))、低電圧側蓄電装置BLから供給される電力により駆動しているものとする。また、制御部3は、低電圧側リレーRLを接続する際、低電圧側リレーRLに突入電流が流れることを抑制するために、先に接続用リレーRCを接続して低電圧側リレーRLの両端の電位差を比較的小さくさせた後、低電圧側リレーRLを接続するように構成してもよい。
また、制御部3は、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わった旨が車両Veから送られてくると、燃料電池FCの発電制御を終了するとともに、高電圧側リレーRH、接続用リレーRC、低電圧側リレーRL、及び監視リレーRMを遮断する。なお、車両Veに設けられる不図示のイグニッションスイッチをユーザが操作することなどでイグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるものとする。このように、イグニッションオフ期間において、高電圧側リレーRH及び接続用リレーRCを遮断することにより、高電圧側蓄電装置BHから高電圧側リレーRHを介して外部負荷Loや高電圧側内部負荷LiHに暗電流が流れることを防止するとともに高電圧側蓄電装置BHから接続用リレーRC及び低電圧側DCDCコンバータCNVLを介して低電圧側内部負荷LiLに暗電流が流れることを防止することができるため、高電圧側蓄電装置BHが過放電状態になることを抑制することができる。また、イグニッションオフ期間において、低電圧側リレーRLを遮断することにより、低電圧側蓄電装置BLから低電圧側リレーRLを介して低電圧側内部負荷LiLに暗電流が流れることを防止することができるため、低電圧側蓄電装置BLが過放電状態になることを抑制することができる。また、イグニッションオフ期間において、高電圧側リレーRH、接続用リレーRC、及び低電圧側リレーRLを遮断することにより、高電圧側DCDCコンバータCNVHや低電圧側DCDCコンバータCNVLのコンデンサCに蓄積される電荷を高電圧側内部負荷LiHや低電圧側内部負荷LiLにより消費させることができる。
また、監視部31は、イグニッションオフからイグニッションオンに切り替わった旨が送られてきたとき、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下であるか否かを判断する。
また、制御部3は、イグニッションオフからイグニッションオンに切り替わった旨が送られてきたとき、充電量CLが低電圧閾値CLth以下であると判断されると、充電フラグをオフからオンに切り替える。イグニッションオンに切り替わったときに低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが比較的小さい場合、イグニッションオン期間だけでなくイグニッションオフ期間も比較的短い場合が想定されるため、低電圧側蓄電装置BLを強制的に充電させる必要がある。そのため、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下である場合、低電圧側蓄電装置BLを強制的に充電させる必要があることをイグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるタイミングまで制御部3に認識させておくために、充電フラグをオフからオンに切り替える。なお、制御部3は、イグニッションオフ期間において高電圧側蓄電装置BHの充電が終了すると、充電フラグをオンからオフに切り替える。
また、制御部3は、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるタイミングにおいて充電フラグがオフである場合、低電圧側蓄電装置BLを強制的に充電させる必要がなく、充電終了条件としての高電圧側蓄電装置BHの充電量CHを充電量CH1に設定する。
また、制御部3は、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるタイミングにおいて充電フラグがオンである場合、低電圧側蓄電装置BLを強制的に充電させる必要があるため、燃料電池FCを発電させて高電圧側蓄電装置BH及び低電圧側蓄電装置BLを充電させる。
また、制御部3は、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるタイミングにおいて充電フラグがオンである場合、低電圧側蓄電装置BLを強制的に充電させる必要があるため、充電終了条件としての高電圧側蓄電装置BHの充電量CHを充電量CH1より大きい充電量CH2に設定する。これにより、燃料電池FCを発電させていないときに高電圧側蓄電装置BHのみを用いて低電圧側蓄電装置BLを強制的に充電させる場合でも、高電圧側蓄電装置BHが過放電状態になることを抑制することができる。
また、制御部3は、イグニッションオフ期間において、一定時間(例えば、24時間)経過毎に監視リレーRMのみを一時的に接続する。
また、監視部31は、イグニッションオフ期間において、監視リレーRMを接続しているとき、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下であるか否かを判断する。
また、制御部3は、イグニッションオフ期間において、充電量CLが低電圧閾値CLth以下であると判断されると、高電圧側リレーRHを遮断させたまま、接続用リレーRC及び低電圧側リレーRLを接続させた後、高電圧側蓄電装置BHから接続用リレーRC、低電圧側DCDCコンバータCNVL、及び低電圧側リレーRLを介して低電圧側蓄電装置BLに電力を供給して低電圧側蓄電装置BLを充電させる。
また、制御部3は、高電圧側リレーRHを遮断した後、高電圧側リレーRHの両端の電位差がゼロまたは略ゼロである場合、高電圧側リレーRH内の接点が溶着していると判断してもよい。また、制御部3は、接続用リレーRCを遮断した後、接続用リレーRCの両端の電位差がゼロまたは略ゼロである場合、接続用リレーRC内の接点が溶着していると判断してもよい。また、制御部3は、低電圧側リレーRLを遮断した後、低電圧側リレーRLの両端の電位差がゼロまたは略ゼロである場合、低電圧側リレーRL内の接点が溶着していると判断してもよい。
ところで、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが比較的小さく高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給することができない場合、燃料電池FCから高電圧側蓄電装置BHに電力を供給して高電圧側蓄電装置BHの充電量を増加させる必要がある。
そのため、仮に、イグニッションオフ期間において、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが比較的小さく高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給することができなくなると、燃料電池FCを発電させることで高電圧側蓄電装置BHの充電量CHを増加させてしまうため、車両Veの停止中に燃料電池FCが発電することでユーザに違和感を与えるおそれがある。
そこで、実施形態の燃料電池システム1では、第1特定条件において低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下である場合、燃料電池FCから高電圧側蓄電装置BHに電力を供給させ、第2特定条件において高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給させる。
これにより、第1特定条件として燃料電池FCが発電していてもユーザに違和感を与えないとき(例えば、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるタイミング、燃料タンクTに燃料ガスを充填する期間、または希釈器DIL内のタンクに溜まる液水を排出する期間)に燃料電池FCから高電圧側蓄電装置BHに電力を供給させ、第2特定条件として燃料電池FCが発電しているとユーザに違和感を与えるおそれがあるとき(例えば、イグニッションオフ期間)に燃料電池FCを発電させずに高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給させることができる。そのため、ユーザに与える違和感を低減しつつ、低電圧側蓄電装置BLが過放電状態になることを抑制することができる。
また、実施形態の燃料電池システム1では、第2特定条件において一定時間経過毎に低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下であるか否かを判断し、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下である場合、高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給させる。
これにより、第2特定条件である状態が比較的長くても(例えば、イグニッションオフ期間が比較的長く低電圧側蓄電装置BLから制御部3に暗電流が流れる期間が比較的長い場合であっても)、定期的に低電圧側蓄電装置BLを充電させることができるため、低電圧側蓄電装置BLが過放電状態になることを抑制することができる。
また、実施形態の燃料電池システム1では、高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給させているとき、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが高電圧閾値CHth以下になると、高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLへの電力供給を停止させる。
これにより、高電圧側蓄電装置BHが過放電状態になることを抑制することができる。
また、実施形態の燃料電池システム1では、イグニッションオフからイグニッションオンに切り替わるタイミングにおいて低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下である場合、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるタイミングにおいて燃料電池FCから高電圧側蓄電装置BHに電力を供給させる。
これにより、イグニッションオフの時間が比較的長く、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが比較的安定したときに、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下であるか否かを判断することができる。
図3は、制御部3の動作の一例を示すフローチャートである。なお、イグニッションオン期間において、高電圧側リレーRH、接続用リレーRC、低電圧側リレーRL、及び監視リレーRMが接続されているものとする。
まず、制御部3は、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わったと判断すると(ステップS1:Yes)、充電フラグがオンであるか否かを判断する(ステップS2)。
次に、制御部3は、充電フラグがオンであると判断すると(ステップS2:Yes)、燃料電池FCの発電を開始させて燃料電池FCから出力される電力により高電圧側蓄電装置BH及び低電圧側蓄電装置BLを充電させる(ステップS3)。
次に、制御部3は、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが充電量CH2以上になるまで、燃料電池FCの発電を継続させ(ステップS4:No)、充電量CHが充電量CH2以上になると(ステップS4:Yes)、燃料電池FCの発電を停止させる(ステップS5)。なお、制御部3は、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが高電圧閾値CHthより大きくなり、かつ、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLthより大きくなると、燃料電池FCの発電を停止させるように構成してもよい。例えば、高電圧閾値CHthは、高電圧側内部負荷LiHを駆動させることが可能な高電圧側蓄電装置BHの充電量CHの最小値とする。また、例えば、低電圧閾値CLthは、低電圧側内部負荷LiLを駆動させることが可能な低電圧側蓄電装置BLの充電量CLの最小値とする。また、ステップS5において燃料電池FCの発電が停止した後では、接続用リレーRC及び低電圧側リレーRLが接続されている状態であるため、高電圧側蓄電装置BHから接続用リレーRC、低電圧側DCDCコンバータCNVL、及び低電圧側リレーRLを介して低電圧側蓄電装置BLに電力が供給され、低電圧側蓄電装置BLが充電されるとともに高電圧側蓄電装置BHが放電されるものとする。
次に、制御部3は、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下である場合で、かつ、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが高電圧閾値CHthより大きい場合(ステップS6:No)、継続して低電圧側蓄電装置BLを充電させるとともに高電圧側蓄電装置BHを放電させる。なお、イグニッションオフ期間において充電量CHが充電量CH2以上になってからイグニッションオンに切り替わるまでの期間を、第2特定条件とする。この場合、第2特定条件において燃料電池FCを用いて低電圧側蓄電装置BLを充電するとユーザに違和感を与えるおそれがあるため、高電圧側蓄電装置BHのみを用いて低電圧側蓄電装置BLを充電する。
一方、制御部3は、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLthより大きくなると、または、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが高電圧閾値CHth以下になると(ステップS6:Yes)、高電圧側リレーRH、接続用リレーRC、低電圧側リレーRL、及び監視リレーRMを遮断させることで高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLへの電力供給を停止させて低電圧側蓄電装置BLの充電を停止させるとともに高電圧側蓄電装置BHの放電を停止させる(ステップS7)。なお、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わってから充電量CHが充電量CH2以上になるまでの期間を、第1特定条件とする。この場合、第1特定条件において高電圧側蓄電装置BH及び低電圧側蓄電装置BLを充電させるために燃料電池FCを強制的に発電させても、イグニッションオン期間が多少延長しているとユーザに思わせることができるため、ユーザに違和感を与えないようにすることができる。
次に、制御部3は、高電圧側リレーRH、接続用リレーRC、低電圧側リレーRL、及び監視リレーRMを遮断させてから一定時間経過すると(ステップS8:Yes)、監視リレーRMのみを接続させた後(ステップS9)、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下であるか否かを判断する(ステップS10)。
次に、制御部3は、充電量CLが低電圧閾値CLthより大きい場合(ステップS10:No)、ステップS7~S10の処理を再度実行する。
一方、制御部3は、充電量CLが低電圧閾値CLth以下になると(ステップS10:Yes)、接続用リレーRC及び低電圧側リレーRLを接続させることで高電圧側蓄電装置BHから接続用リレーRC、低電圧側DCDCコンバータCNVL、及び低電圧側リレーRLを介して低電圧側蓄電装置BLに電力を供給させて低電圧側蓄電装置BLを充電させるとともに高電圧側蓄電装置BHを放電させる(ステップS11)。
次に、制御部3は、ステップS6に戻り、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLth以下である場合で、かつ、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが高電圧閾値CHthより大きい場合(ステップS6:No)、低電圧側蓄電装置BLの充電を継続させるとともに高電圧側蓄電装置BHの放電を継続させる。
一方、制御部3は、低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLthより大きくなると、または、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが高電圧閾値CHth以下になると(ステップS6:Yes)、高電圧側リレーRH、接続用リレーRC、低電圧側リレーRL、及び監視リレーRMを遮断させることで高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLへの電力供給を停止させて低電圧側蓄電装置BLの充電を停止させるとともに高電圧側蓄電装置BHの放電を停止させた後(ステップS7)、ステップS8以降の処理に遷移する。すなわち、イグニッションオフ期間において、燃料電池FCの発電が停止してからイグニッションオンになるまでの間、高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLへの電力供給による低電圧側蓄電装置BLの充電が定期的に繰り返し行われる。これにより、イグニッションオフ期間において、低電圧側蓄電装置BLが過放電状態になることを抑制することができる。
なお、制御部3は、イグニッションオンからイグニッションオフに切り替わったと判断した後(ステップS1:Yes)、充電フラグがオフであると判断すると(ステップS2:No)、燃料電池FCから出力される電力を用いた高電圧側蓄電装置BH及び低電圧側蓄電装置BLの充電処理を実行せず、イグニッションオフからイグニッションオンに切り替わるまでステップS6~S11の処理を繰り返し実行する。
また、制御部3は、ステップS6において低電圧側蓄電装置BLの充電量CLが低電圧閾値CLthより大きくなり、かつ、低電圧側蓄電装置BLの充電時間が所定充電時間以上になったと判断すると、ステップS7の処理に遷移して低電圧側蓄電装置BLの充電を停止させた後、ステップS8以降の処理に遷移するように構成してもよい。例えば、所定充電時間は、鉛電池など充電初期に充電効率が比較的低くなり電流が流れ難くなる蓄電装置を低電圧側蓄電装置BLとする場合において、充電電流が比較的大きくなるときの充電時間とする。これにより、充電電流が比較的大きくなるタイミング(充電電流のN/S比を向上させることができるタイミング)において充電量CLが低電圧閾値CLthより大きくなったか否かを判断することができる。
図3に示す制御部3の動作例では、充電フラグがオンである場合、イグニッションオフ期間の初期時に高電圧側蓄電装置BH及び低電圧側蓄電装置BLを強制的に充電させ、その後、イグニッションオフ期間において定期的に低電圧側蓄電装置BLを充電する構成であり、イグニッションオン期間やイグニッションオフ期間が比較的短い場合、または、イグニッションオフ期間が比較的長い場合において、ユーザに与える違和感を低減しつつ、低電圧側蓄電装置BLが過放電状態になることを抑制することができる。
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
<変形例1>
制御部3は、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが比較的小さく高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給することができない場合、その旨を車両Veに設けられる不図示のディスプレイに表示させてもよい。
制御部3は、高電圧側蓄電装置BHの充電量CHが比較的小さく高電圧側蓄電装置BHから低電圧側蓄電装置BLに電力を供給することができない場合、その旨を車両Veに設けられる不図示のディスプレイに表示させてもよい。
<変形例2>
上記実施形態の燃料電池システム1は、車両Veに搭載される外部負荷Loに電力を供給する発電機として構成しているが、燃料電池システム1を、商用電源と協働して燃料電池システム1の外部に設けられる外部負荷Loに電力を供給する定置発電機として構成してもよい。
上記実施形態の燃料電池システム1は、車両Veに搭載される外部負荷Loに電力を供給する発電機として構成しているが、燃料電池システム1を、商用電源と協働して燃料電池システム1の外部に設けられる外部負荷Loに電力を供給する定置発電機として構成してもよい。
1 燃料電池システム
2 記憶部
3 制御部
31 監視部
Ve 車両
Lo 外部負荷
FC 燃料電池
T 燃料タンク
SV 主止弁
INJ インジェクタ
GLS 気液分離機
HP 循環ポンプ
EDV 排気排水弁
DIL 希釈器
ACP エアコンプレッサ
ARV エア調圧弁
ASV エアシャット弁
R ラジエタ
F ファン
WP ウォータポンプ
IC インタークーラ
CNVH 高電圧側DCDCコンバータ
CNVL 低電圧側DCDCコンバータ
BH 高電圧側蓄電装置
BL 低電圧側蓄電装置
Sif 電流センサ
Svf 電圧センサ
2 記憶部
3 制御部
31 監視部
Ve 車両
Lo 外部負荷
FC 燃料電池
T 燃料タンク
SV 主止弁
INJ インジェクタ
GLS 気液分離機
HP 循環ポンプ
EDV 排気排水弁
DIL 希釈器
ACP エアコンプレッサ
ARV エア調圧弁
ASV エアシャット弁
R ラジエタ
F ファン
WP ウォータポンプ
IC インタークーラ
CNVH 高電圧側DCDCコンバータ
CNVL 低電圧側DCDCコンバータ
BH 高電圧側蓄電装置
BL 低電圧側蓄電装置
Sif 電流センサ
Svf 電圧センサ
Claims (5)
- 燃料電池と、
前記燃料電池から供給される電力により充電される高電圧側蓄電装置と、
前記燃料電池または前記高電圧側蓄電装置から供給される電力により充電される低電圧側蓄電装置と、
前記高電圧側蓄電装置及び前記低電圧側蓄電装置の充電制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、第1特定条件において前記低電圧側蓄電装置の充電量が低電圧閾値以下である場合、前記燃料電池から前記高電圧側蓄電装置に電力を供給させ、第2特定条件において前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置に電力を供給させる
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記第2特定条件において一定時間経過毎に前記低電圧側蓄電装置の充電量が前記低電圧閾値以下であるか否かを判断し、前記低電圧側蓄電装置の充電量が前記低電圧閾値以下である場合、前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置に電力を供給させる
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置に電力を供給させているとき、前記高電圧側蓄電装置の充電量が高電圧閾値以下になると、前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置への電力供給を停止させる
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1~3の何れか1項に記載の燃料電池システムであって、
当該燃料電池システムは、車両に搭載され、
前記制御部は、前記車両のイグニッションオフからイグニッションオンに切り替わるタイミングにおいて前記低電圧側蓄電装置の充電量が前記低電圧閾値以下である場合、前記車両のイグニッションオンからイグニッションオフに切り替わるタイミングにおいて前記燃料電池から前記高電圧側蓄電装置に電力を供給させる
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料電池と、前記燃料電池から供給される電力により充電される高電圧側蓄電装置と、前記燃料電池または前記高電圧側蓄電装置から供給される電力により充電される低電圧側蓄電装置と、前記高電圧側蓄電装置及び前記低電圧側蓄電装置の充電制御を行う制御部とを備える燃料電池システムにおける前記高電圧側蓄電装置及び前記低電圧側蓄電装置の充電方法であって、
前記制御部は、第1特定条件において前記低電圧側蓄電装置の充電量が低電圧閾値以下である場合、前記燃料電池から前記高電圧側蓄電装置に電力を供給させ、第2特定条件において前記高電圧側蓄電装置から前記低電圧側蓄電装置に電力を供給させる
ことを特徴とする充電方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022012261A JP2023110672A (ja) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | 燃料電池システム及び充電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022012261A JP2023110672A (ja) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | 燃料電池システム及び充電方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023110672A true JP2023110672A (ja) | 2023-08-09 |
Family
ID=87546220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022012261A Pending JP2023110672A (ja) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | 燃料電池システム及び充電方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023110672A (ja) |
-
2022
- 2022-01-28 JP JP2022012261A patent/JP2023110672A/ja active Pending
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