JP2023146166A - fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、燃料電池システムに関する。 The technology disclosed herein relates to a fuel cell system.
特許文献1に、燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に対して並列に接続された二次電池と、燃料電池の発電効率マップを記憶しており、負荷の要求電力と発電効率マップとに基づいて、燃料電池の発電及び二次電池の充放電をそれぞれ制御する制御装置と、を備える。発電効率マップは、燃料電池の発電電力から燃料電池の消費電力を差し引いた正味出力電力と、発電電力に対する正味出力電力の割合を示す発電効率との関係を記述している。制御装置は、過去の動作履歴に基づいて、燃料電池と二次電池との出力配分を決定し、その出力配分に応じて、燃料電池及び二次電池から負荷へ要求電力を供給する。 Patent Document 1 describes a fuel cell system. This fuel cell system stores a fuel cell, a secondary battery connected in parallel to the fuel cell, and a power generation efficiency map of the fuel cell, and based on the required power of the load and the power generation efficiency map, A control device that controls power generation of the fuel cell and charging/discharging of the secondary battery, respectively. The power generation efficiency map describes the relationship between the net output power obtained by subtracting the power consumption of the fuel cell from the power generated by the fuel cell, and the power generation efficiency, which indicates the ratio of the net output power to the generated power. The control device determines the output distribution between the fuel cell and the secondary battery based on past operation history, and supplies the required power from the fuel cell and the secondary battery to the load according to the output distribution.
燃料電池の発電効率は、燃料電池システムが使用される環境や、燃料電池の製造上の個体差や使用に伴う劣化等に応じて、その設計値から相違することがある。そのため、上記した燃料電池システムのように、予め記憶された発電効率マップに基づいて、燃料電池と二次電池との出力配分が決定されると、実際にはその出力配分において発電効率が最大とならないおそれがある。 The power generation efficiency of a fuel cell may differ from its design value depending on the environment in which the fuel cell system is used, individual differences in manufacturing of the fuel cell, deterioration due to use, and the like. Therefore, as in the above-mentioned fuel cell system, when the output distribution between the fuel cell and the secondary battery is determined based on a power generation efficiency map stored in advance, the power generation efficiency is actually maximized in that output distribution. There is a possibility that it will not happen.
上記の実情を鑑み、本明細書は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電効率を向上するための技術を提供する。 In view of the above circumstances, this specification provides a technique for improving power generation efficiency of a fuel cell in a fuel cell system.
本明細書が開示する技術は、負荷に電力を供給する燃料電池システムに具現化される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池と前記負荷との間に接続され、前記燃料電池からの供給電力を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータを介して前記燃料電池に接続されているとともに、前記負荷に対して前記昇圧コンバータと並列に接続された二次電池と、前記燃料電池の発電効率マップを記憶しており、前記負荷の要求電力と前記発電効率マップとに基づいて、前記燃料電池の発電及び前記二次電池の充放電をそれぞれ制御する制御装置と、を備える。前記発電効率マップは、前記燃料電池の発電電力から前記燃料電池の消費電力を差し引いた正味出力電力と、前記発電電力に対する前記正味出力電力の割合を示す発電効率との関係を記述している。前記制御装置は、所定の頻度において、前記発電効率マップを更新するマップ更新処理を実行するように構成されている。 The technology disclosed herein is embodied in a fuel cell system that supplies power to a load. This fuel cell system includes a fuel cell, a boost converter that is connected between the fuel cell and the load and boosts the power supplied from the fuel cell, and is connected to the fuel cell via the boost converter. and stores a power generation efficiency map of a secondary battery connected in parallel with the boost converter and the fuel cell with respect to the load, and based on the power required by the load and the power generation efficiency map, A control device that controls power generation of the fuel cell and charging/discharging of the secondary battery, respectively. The power generation efficiency map describes the relationship between the net output power obtained by subtracting the power consumption of the fuel cell from the power generated by the fuel cell, and the power generation efficiency that indicates the ratio of the net output power to the generated power. The control device is configured to execute a map update process for updating the power generation efficiency map at a predetermined frequency.
前記マップ更新処理は、第1の処理と、第2の処理と、第3の処理とを含む。前記第1処理では、前記二次電池の残充電量が第1所定値以上であるとともに前記二次電池の許容放電電力が第2所定値以上であるときは、前記燃料電池及び前記二次電池から前記負荷へ前記要求電力を供給するときに、前記二次電池が前記許容放電電力以下で放電する範囲内で前記燃料電池の前記正味出力電力を変化させながら、前記燃料電池の前記正味出力電力と前記発電効率との関係が実測される。前記第2処理では、前記二次電池の前記残充電量が第3所定値以下であるとともに前記二次電池の許容充電電力が第4所定値以上であるときは、前記燃料電池及び前記二次電池から前記負荷へ前記要求電力を供給するときに、前記二次電池が前記許容充電電力以下で充電される範囲内で前記燃料電池の前記正味出力電力を変化させながら、前記燃料電池の前記正味出力電力と前記発電効率との関係が実測される。前記第3処理では、所定の条件が満たされるときに、前記第1処理又は前記第2処理で実測された前記関係を用いて、前記制御装置に記憶された前記発電効率マップが更新される。 The map update process includes a first process, a second process, and a third process. In the first process, when the remaining charge of the secondary battery is at least a first predetermined value and the allowable discharge power of the secondary battery is at least a second predetermined value, the fuel cell and the secondary battery are When supplying the required power from to the load, the net output power of the fuel cell is changed while the net output power of the fuel cell is varied within a range in which the secondary battery discharges at or below the allowable discharge power. The relationship between the power generation efficiency and the power generation efficiency is actually measured. In the second process, when the remaining charge amount of the secondary battery is less than or equal to a third predetermined value and the allowable charging power of the secondary battery is greater than or equal to a fourth predetermined value, the fuel cell and the secondary battery are When supplying the required power from the battery to the load, the net output power of the fuel cell is changed within a range in which the secondary battery is charged at less than the allowable charging power, and the net output power of the fuel cell is changed. The relationship between the output power and the power generation efficiency is actually measured. In the third process, when a predetermined condition is satisfied, the power generation efficiency map stored in the control device is updated using the relationship actually measured in the first process or the second process.
上記の構成によると、燃料電池システムが使用される過程において、発電効率マップを更新するマップ更新処理が、所定の頻度で実行される。マップ更新処理では、燃料電池及び二次電池から負荷へ要求電力を供給するときに、発電効率マップに縛られることなく、燃料電池の正味出力電力を意図的に変化させる。そして、燃料電池の正味出力電力を変化させながら、その時々における発電効率を実測することによって、現状の燃料電池における正味出力電力と発電効率との実際の関係を広く再確認する。詳しくは、二次電池の残充電量が第1所定値以上であるとともに二次電池の許容放電電力が第2所定値以上であるときは、第1の処理として、二次電池からの放電電力が許容放電電力以下となる範囲内において、燃料電池の正味出力電力を変化させる。即ち、第1の処理では、二次電池が放電する余力を有することから、要求電力に対して不足する部分を二次電池から放電させながら、燃料電池の正味出力電力を変化させる。これに対して、二次電池の残充電量が第3所定値以下であるとともに二次電池の許容充電電力が第4所定値以上であるときは、第2の処理として、二次電池が許容充電電力以下で充電される範囲内で、燃料電池の正味出力電力を変化させる。即ち、第2の処理では、二次電池が充電される余力を有することから、要求電力に対して過剰となる部分を二次電池によって充電しながら、燃料電池の正味出力電力を変化させる。このような構成によると、燃料電池及び二次電池から負荷へ要求電力を供給しつつ、比較的に広い範囲において、燃料電池の正味出力電力を変化させることができる。 According to the above configuration, map update processing for updating the power generation efficiency map is executed at a predetermined frequency while the fuel cell system is being used. In the map update process, when supplying required power from the fuel cell and the secondary battery to the load, the net output power of the fuel cell is intentionally changed without being bound by the power generation efficiency map. Then, by actually measuring the power generation efficiency at each time while changing the net output power of the fuel cell, we broadly reconfirm the actual relationship between the net output power and power generation efficiency of current fuel cells. Specifically, when the remaining charge of the secondary battery is equal to or higher than the first predetermined value and the allowable discharge power of the secondary battery is equal to or higher than the second predetermined value, the first process is to discharge the discharge power from the secondary battery. The net output power of the fuel cell is changed within a range in which the discharge power is less than or equal to the allowable discharge power. That is, in the first process, since the secondary battery has discharge power, the net output power of the fuel cell is changed while discharging the portion that is insufficient for the required power from the secondary battery. On the other hand, when the remaining charge amount of the secondary battery is less than or equal to the third predetermined value and the allowable charging power of the secondary battery is greater than or equal to the fourth predetermined value, as a second process, the secondary battery is Varying the net output power of the fuel cell to the extent that it is charged below the charging power. That is, in the second process, the net output power of the fuel cell is changed while the secondary battery charges the portion that is excessive with respect to the required power because the secondary battery has a surplus power to be charged. According to such a configuration, the net output power of the fuel cell can be changed over a relatively wide range while supplying the required power from the fuel cell and the secondary battery to the load.
第1の処理及び第2の処理では、燃料電池の正味出力電力を変化させながら、燃料電池の正味出力電力と発電効率との関係が実測される。そして、所定の条件が満たされるときに、第3の処理として、制御装置に記憶された発電効率マップが、実測された正味出力電力と発電効率との関係を用いて更新される。実測された燃料電池の正味出力電力と発電効率との関係には、燃料電池システムが使用される環境や、燃料電池の製造上の個体差や使用に伴う劣化等による影響が反映されている。そのため、当該関係を用いて、制御装置に記憶された発電効率マップが更新されることにより、その発電効率マップの精度を高めることができる。これにより、燃料電池システムにおいて、様々に変化する負荷の要求電力に対して、発電効率の最適化を図りながら、燃料電池の正味出力電力を決定することができる。 In the first process and the second process, the relationship between the net output power of the fuel cell and the power generation efficiency is actually measured while changing the net output power of the fuel cell. Then, when a predetermined condition is satisfied, as a third process, the power generation efficiency map stored in the control device is updated using the relationship between the actually measured net output power and power generation efficiency. The relationship between the actually measured net output power of a fuel cell and power generation efficiency reflects the environment in which the fuel cell system is used, the influence of individual differences in the manufacturing of fuel cells, deterioration due to use, etc. Therefore, by updating the power generation efficiency map stored in the control device using this relationship, the accuracy of the power generation efficiency map can be improved. Thereby, in the fuel cell system, it is possible to determine the net output power of the fuel cell while optimizing the power generation efficiency with respect to the power required by the load that changes in various ways.
本技術の一実施形態において、所定の条件には、燃料電池の補機類を発電以外の目的で動作させていないこと、所定の温度範囲内であること、及び、燃料電池の発電電力が急変したタイミングでないこと、の少なくとも一つが含まれてもよい。このような構成によると、通常ではない状態で実測された発電効率によって、発電効率マップが更新されることを回避することができる。 In one embodiment of the present technology, the predetermined conditions include that the auxiliary equipment of the fuel cell is not operated for purposes other than power generation, that the temperature is within a predetermined range, and that the power generated by the fuel cell suddenly changes. It may also include at least one of the following. According to such a configuration, it is possible to avoid updating the power generation efficiency map based on the power generation efficiency actually measured in an abnormal state.
図面を参照して、燃料電池システム10について説明する。本実施例の燃料電池システム10は、燃料電池車両(例えば、自動車、バス、トラック、電車)や定置用燃料電池装置等に搭載される。なお、燃料電池システム10は、車両以外の各種移動体(例えば、船舶や飛行機)に搭載されてもよい。
The
図1に示すように、燃料電池システム10は、燃料電池12を備える。燃料電池12は、複数の燃料電池セルが積層されたスタック構造を有する。燃料電池12は、燃料ガスと酸化ガスとを、複数の燃料電池セル内で化学反応させることによって発電する。本実施例の燃料電池システム10では、燃料ガスとして水素ガスを使用し、酸化ガスとして空気を使用する。即ち、本実施例において、水素ガスは燃料ガスの一例であり、空気は酸化ガスの一例である。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、燃料電池システム10は、コンプレッサ14と、水素供給弁16と、制御装置18とをさらに備える。コンプレッサ14は、外部から取り入れた空気を圧縮して、燃料電池12へ供給する。水素供給弁16は、燃料電池システム10に接続された水素タンク(不図示)と燃料電池12との間に設けられており、水素タンクから燃料電池12に供給される水素ガス量を調整することができる。制御装置18は、プロセッサやメモリ等を有するコンピュータ装置である。制御装置18は、燃料電池12、コンプレッサ14、及び水素供給弁16と通信可能に接続されており、これらの動作を制御及び監視することができる。例えば、制御装置18は、コンプレッサ14を制御して、燃料電池12に供給される空気量を調整することができる。同様に、制御装置18は、水素供給弁16を制御して、水素タンクから燃料電池12に供給される水素ガス量を調整することができる。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池12を通過した空気及び水素ガスは、燃料電池12から外部に排出される。この場合、燃料電池12から外部に排出されるガスの中には、未反応の水素ガスが含まれることがある。そのため、燃料電池システム10は、循環経路(不図示)をさらに備え、燃料電池12へ未反応の水素ガスを循環できるようにしてもよい。なお、コンプレッサ14は、燃料電池12へ空気を供給する機器の一例である。水素タンク及び水素供給弁16は、燃料電池12へ水素を供給する機器の一例である。特に限定されないが、燃料電池システム10は、燃料電池12に冷却水を循環させて冷却する冷却系(不図示)をさらに備えてもよい。
The air and hydrogen gas that have passed through the
図1に示すように、燃料電池システム10は、昇圧コンバータ20と、二次電池22とをさらに備える。昇圧コンバータ20は、燃料電池12と外部の負荷100との間に接続されており、燃料電池12からの供給電力を昇圧して、負荷100に供給することができる。二次電池22は、例えばリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリであって、複数の二次電池セルを内蔵している。二次電池22は、昇圧コンバータ20を介して燃料電池12に接続されているとともに、負荷100に対して昇圧コンバータ20と並列に接続されている。二次電池22は、制御装置18と通信可能に接続されており、制御装置18は、二次電池22の残充電量(State of Charge、以下、SOCと称する)、及び、二次電池22の許容放電電力Wout及び許容充電電力Winを監視することができる。制御装置18は、昇圧コンバータ20とも通信可能に接続されており、負荷100からの要求電力TPに応じて、昇圧コンバータ20の出力電圧を制御することができる。制御装置18は、昇圧コンバータ20の出力電圧を制御することで、燃料電池12からの供給電力を負荷100に供給しつつ、二次電池22からの放電電力DPを負荷100に供給することができる。また、制御装置18は、燃料電池12からの供給電力を負荷100に供給しつつ、その供給電力の一部を二次電池22に供給して、二次電池22を充電することもできる。
As shown in FIG. 1,
上記の点に関して、制御装置18は、燃料電池12の発電効率マップEMを記憶しており、負荷100の要求電力TPと発電効率マップEMとに基づいて、燃料電池12の発電及び二次電池22の充放電をそれぞれ制御する。図2に示すように、発電効率マップEMは、燃料電池12の発電電力から燃料電池12の消費電力を差し引いた正味出力電力PPと、発電電力に対する正味出力電力PPの割合を示す発電効率(以下、単に「発電効率」と称することがある)との関係を記述している。例えば、図2に示すように、負荷100からの要求電力TPが値TP1であるとする。この場合、制御装置18は、二次電池22の許容放電電力Wout及び許容充電電力Winに基づいて、燃料電池12に割り当てる正味出力電力PPの選択範囲(即ち、下限値LPから上限値UPまでの範囲)を決定する。当該選択範囲の下限値LPは、要求電力TPの値TP1から許容放電電力Woutを差し引いた値であり、当該選択範囲の上限値UPは、要求電力TPの値TP1に許容充電電力Winを足し加えた値である。制御装置18は、決定した選択範囲内で、発電効率が最大となる正味出力電力PPの値PP1を決定する。この例では、正味出力電力PPの値PP1が負荷100の要求電力TPの値TP1もより低いことから、負荷100の要求電力TPの値TP1と燃料電池12の正味出力電力PPの値PP1との差分の値DP1が、二次電池22からの放電電力DPとして、負荷100へ供給される。
Regarding the above point, the
次に、図3、4を参照して、制御装置18が実行するマップ更新処理について説明する。このマップ更新処理では、制御装置18に記憶されている発電効率マップEMが更新される。制御装置18は、ユーザの操作等により、燃料電池システム10が運転開始となると、カウンタ値をインクリメントするように構成されている。これにより、カウンタ値は1だけ増加する。ここでいうカウンタ値は、燃料電池システム10の運転開始から運転終了までの1トリップ毎に更新される値であり、燃料電池システム10の運転回数に相当する。なお、このカウンタ値は、所定の回数に達した後(即ち、後述するステップS10においてYES)、次に燃料電池システム10の運転が開始された時点でゼロにリセットされる。
Next, the map update process executed by the
図3に示すように、制御装置18は、カウンタ値が所定の回数に達したのか否かを判定する(ステップS10)。ステップS10でNOの場合、制御装置18は、前述したように、負荷100の要求電力TPと発電効率マップEMとに基づいて、燃料電池12の発電効率が最大となるように、燃料電池12の正味出力電力PPを決定する。そして、燃料電池12がその正味出力電力PPを出力するように、燃料電池12の発電及び二次電池22の充電又は放電を制御する(ステップS12)。一方、ステップS10でYESの場合、制御装置18は、ステップS14の処理を実行する。これにより、所定の頻度(即ち、カウンタ値が所定の回数に達する度)において、ステップS14(及びそれに関連する処理)の処理が実行される。
As shown in FIG. 3, the
次に、制御装置18は、二次電池22のSOCが第1所定値以上であるとともに、二次電池22の許容放電電力Woutが第2所定値以上であるのか否かを判定する(ステップS14)。ここでいう二次電池22の許容放電電力Woutとは、二次電池22が許容しうる最大の放電量として決定される値である。そのため、ステップS14でYESとは、二次電池22が放電する余力を有することを意味する。なお、特に限定されないが、第1所定値及び第2所定値の各々は、シミュレーション等により算出された値であってもよいし、実験的に算出された値であってもよい。
Next, the
ステップS14でYESの場合、制御装置18は、燃料電池12及び二次電池22から負荷100へ要求電力TPを供給するときに、二次電池22が許容放電電力Wout以下で放電する範囲内で燃料電池12の正味出力電力PPを変化させながら、燃料電池12の正味出力電力PPと発電効率との関係を実測する(ステップS16)。例えば、図4に示すように、負荷100からの要求電力TPが値TP2であるとする。二次電池22からの放電電力DPが許容放電電力Wout以下となる値DP2であるときには、負荷100による要求電力TPの値TP2から当該放電電力値DP2を引いた差分の値PP2が、燃料電池12からの正味出力電力PPとなる。即ち、負荷100からの要求電力TPに対して不足する電力を、二次電池22からの放電電力DPで補うことにより、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させる。このように、ステップS16では、発電効率マップEMに縛られることなく、燃料電池12及び二次電池22の各々から負荷100へ供給される電力が決定される。一例ではあるが、制御装置18は、二次電池22が許容放電電力Wout以下で放電する範囲内において、燃料電池12からの正味出力電力PPが低出力側から高出力側に向かって徐々に増加するように、燃料電池12の動作点を変化させる。
If YES in step S14, the
ステップS14でNOの場合、制御装置18は、二次電池22のSOCが第3所定値以下であるとともに、二次電池22の許容充電電力Winが第4所定値以上であるのか否かを判定する(ステップS18)。ここでいう二次電池22の許容充電電力Winとは、二次電池22が許容しうる最大の充電量として決定される値である。そのため、ステップS18でYESとは、二次電池22が充電される余力を有することを意味する。なお、特に限定されないが、第3所定値及び第4所定値の各々は、シミュレーション等により算出された値であってもよいし、実験的に算出された値であってもよい。一例ではあるが、第3所定値は、第1所定値よりも小さい値が採用される。
If NO in step S14, the
ステップS18でYESの場合、制御装置18は、燃料電池12及び二次電池22から負荷100へ要求電力TPを供給するときに、二次電池22が許容充電電力Win以下で充電される範囲内で燃料電池12の正味出力電力PPを変化させながら、燃料電池12の正味出力電力PPと発電効率との関係を実測する(ステップS20)。ここでも、図4に示すように、例えば、負荷100からの要求電力TPが値TP2であるとする。二次電池22への充電電力CPが許容充電電力Win以下となる値CP1であるときには、負荷100による要求電力TPの値TP2に当該充電電力値CP1を加えた電力が、燃料電池12からの正味出力電力PPの値PP3となる。即ち、負荷100からの要求電力TPに対して過剰となる電力を、二次電池22による充電電力CPとすることにより、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させる。このように、ステップS20においても、前述したステップS16と同様に、発電効率マップEMに縛られることなく、燃料電池12から負荷100及び二次電池22の各々へ供給される電力が決定される。一例ではあるが、制御装置18は、二次電池22が許容充電電力Win以下で充電する範囲内において、燃料電池12の正味出力電力PPが高出力側から低出力側に向かって徐々に低下するように、燃料電池12の動作点を変化させる。ステップS18でNOの場合、制御装置18は、ステップS12に移行する。
If YES in step S18, the
ステップS16及びステップS20の処理を実行した後、制御装置18は、所定の条件が満たされているのか否かを判定する(ステップS22)。ここでいう所定の条件とは、燃料電池12の補機類を発電以外の目的で動作させていないこと、所定の温度範囲内であること、及び、燃料電池12の発電電力(即ち、燃料電池12の発電動作)が急変したタイミングでないことである。但し、所定の条件は、これら全ての条件を含む必要はなく、これらの条件の少なくとも一つを含んでいればよい。なお、本実施例の制御装置18は、燃料電池12の補機類の消費電力を取得可能に構成されている。このとき、制御装置18は、燃料電池12の補機類と電気的に接続されていてもよいし、CAN(Controller Area Network)等を介して通信可能に接続されていてもよい。
After executing the processes of step S16 and step S20, the
ステップS22でYESの場合、制御装置18は、ステップS16又はステップS20の処理で実測された関係を用いて、記憶している発電効率マップEMを更新する(ステップS24)。これにより、通常ではない状態で実測された発電効率によって、発電効率マップEMが更新されることを回避することができる。
If YES in step S22, the
次に、制御装置18は、終了条件が成立したのか否かを判定する(ステップS26)。ここでいう終了条件には、例えば、燃料電池システム10が運転終了したことが含まれる。ステップS26でNOの場合、制御装置18は、ステップS10の処理に戻る。これに対して、ステップS26でYESの場合、制御装置18は、図3に示すマップ更新処理を終了する。
Next, the
上記の構成によると、燃料電池システム10が使用される過程において、発電効率マップEMを更新するマップ更新処理が、所定の頻度で実行される。マップ更新処理では、燃料電池12及び二次電池22から負荷100へ要求電力TPを供給するときに、発電効率マップEMに縛られることなく、燃料電池12の正味出力電力PPを意図的に変化させる。そして、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させながら、その時々における発電効率を実測することによって、現状の燃料電池12における正味出力電力PPと発電効率との実際の関係を広く再確認する。詳しくは、二次電池22の残充電量が第1所定値以上であるとともに二次電池22の許容放電電力Woutが第2所定値以上であるときは、第1の処理として、二次電池22からの放電電力DPが許容放電電力Wout以下となる範囲内において、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させる(ステップS16)。即ち、第1の処理では、二次電池22が放電する余力を有することから、要求電力TPに対して不足する部分を二次電池22から放電させながら、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させる。これに対して、二次電池22の残充電量が第3所定値以下であるとともに二次電池22の許容充電電力Winが第4所定値以上であるときは、第2の処理として、二次電池22が許容充電電力Win以下で充電される範囲内で、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させる(ステップS20)。即ち、第2の処理では、二次電池22が充電される余力を有することから、要求電力TPに対して過剰となる部分を二次電池22によって充電しながら、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させる。このような構成によると、燃料電池12及び二次電池22から負荷100へ要求電力TPを供給しつつ、比較的に広い範囲において、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させることができる。
According to the above configuration, the map update process for updating the power generation efficiency map EM is executed at a predetermined frequency while the
第1の処理及び第2の処理では、燃料電池12の正味出力電力PPを変化させながら、燃料電池12の正味出力電力PPと発電効率との関係が実測される(ステップS16、S20)。そして、所定の条件が満たされるときに、第3の処理として、制御装置18に記憶された発電効率マップEMが、実測された正味出力電力PPと発電効率との関係を用いて更新される(ステップS24)。実測された燃料電池12の正味出力電力PPと発電効率との関係には、燃料電池システム10が使用される環境や、燃料電池12の製造上の個体差や使用に伴う劣化等による影響が反映されている。そのため、当該関係を用いて、制御装置18に記憶された発電効率マップEMが更新されることにより、その発電効率マップEMの精度を高めることができる。これにより、燃料電池システム10において、様々に変化する負荷100の要求電力TPに対して、発電効率の最適化を図りながら、燃料電池12の正味出力電力PPを決定することができる。
In the first process and the second process, the relationship between the net output power PP of the
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。 Although several specific examples have been described in detail above, these are merely illustrative and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and changes to the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical utility alone or in combination.
10 :燃料電池システム
12 :燃料電池
14 :コンプレッサ
16 :水素供給弁
18 :制御装置
20 :昇圧コンバータ
22 :二次電池
100 :負荷
CP :充電電力
DP :放電電力
EM :発電効率マップ
LP :下限値
PP :正味出力電力
TP :要求電力
UP :上限値
Win :許容充電電力
Wout :許容放電電力
10: Fuel cell system 12: Fuel cell 14: Compressor 16: Hydrogen supply valve 18: Control device 20: Boost converter 22: Secondary battery 100: Load CP: Charging power DP: Discharging power EM: Power generation efficiency map LP: Lower limit value PP: Net output power TP: Required power UP: Upper limit Win: Allowable charging power Wout: Allowable discharging power
Claims (2)
燃料電池と、
前記燃料電池と前記負荷との間に接続され、前記燃料電池からの供給電力を昇圧する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータを介して前記燃料電池に接続されているとともに、前記負荷に対して前記昇圧コンバータと並列に接続された二次電池と、
前記燃料電池の発電効率マップを記憶しており、前記負荷の要求電力と前記発電効率マップとに基づいて、前記燃料電池の発電及び前記二次電池の充放電をそれぞれ制御する制御装置と、
を備え、
前記発電効率マップは、前記燃料電池の発電電力から前記燃料電池の消費電力を差し引いた正味出力電力と、前記発電電力に対する前記正味出力電力の割合を示す発電効率との関係を記述しており、
前記制御装置は、所定の頻度において、前記発電効率マップを更新するマップ更新処理を実行するように構成されており、
前記マップ更新処理は、
前記二次電池の残充電量が第1所定値以上であるとともに前記二次電池の許容放電電力が第2所定値以上であるときは、前記燃料電池及び前記二次電池から前記負荷へ前記要求電力を供給するときに、前記二次電池が前記許容放電電力以下で放電する範囲内で前記燃料電池の前記正味出力電力を変化させながら、前記燃料電池の前記正味出力電力と前記発電効率との関係を実測する第1の処理と、
前記二次電池の前記残充電量が第3所定値以下であるとともに前記二次電池の許容充電電力が第4所定値以上であるときは、前記燃料電池及び前記二次電池から前記負荷へ前記要求電力を供給するときに、前記二次電池が前記許容充電電力以下で充電される範囲内で前記燃料電池の前記正味出力電力を変化させながら、前記燃料電池の前記正味出力電力と前記発電効率との関係を実測する第2の処理と、
所定の条件が満たされるときに、前記第1処理又は前記第2処理で実測された前記関係を用いて、前記制御装置に記憶された前記発電効率マップを更新する第3の処理と、を含む、燃料電池システム。 A fuel cell system that supplies power to a load,
fuel cell and
a boost converter connected between the fuel cell and the load and boosting the power supplied from the fuel cell;
a secondary battery connected to the fuel cell via the boost converter and connected in parallel to the boost converter with respect to the load;
a control device that stores a power generation efficiency map of the fuel cell, and controls power generation of the fuel cell and charging/discharging of the secondary battery, respectively, based on the power required by the load and the power generation efficiency map;
Equipped with
The power generation efficiency map describes the relationship between the net output power obtained by subtracting the power consumption of the fuel cell from the power generated by the fuel cell, and the power generation efficiency that indicates the ratio of the net output power to the generated power,
The control device is configured to execute a map update process for updating the power generation efficiency map at a predetermined frequency,
The map update process is
When the remaining charge of the secondary battery is at least a first predetermined value and the allowable discharge power of the secondary battery is at least a second predetermined value, the request is made from the fuel cell and the secondary battery to the load. When supplying power, while changing the net output power of the fuel cell within a range in which the secondary battery discharges at or below the allowable discharge power, the net output power of the fuel cell and the power generation efficiency are adjusted. a first process of actually measuring the relationship;
When the remaining charge amount of the secondary battery is less than or equal to a third predetermined value and the allowable charging power of the secondary battery is greater than or equal to a fourth predetermined value, the charge from the fuel cell and the secondary battery to the load is When supplying the requested power, the net output power of the fuel cell is varied within a range in which the secondary battery is charged at less than the allowable charging power, and the net output power of the fuel cell and the power generation efficiency are changed. a second process of actually measuring the relationship between
and a third process of updating the power generation efficiency map stored in the control device using the relationship actually measured in the first process or the second process when a predetermined condition is satisfied. , fuel cell system.
The predetermined conditions include that the auxiliary equipment of the fuel cell is not operated for purposes other than power generation, that the temperature is within a predetermined range, and that the generated power of the fuel cell is not at a timing when there is a sudden change. The fuel cell system according to claim 1, comprising at least one of the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022053211A JP2023146166A (en) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022053211A JP2023146166A (en) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023146166A true JP2023146166A (en) | 2023-10-12 |
Family
ID=88286955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022053211A Pending JP2023146166A (en) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2023146166A (en) |
-
2022
- 2022-03-29 JP JP2022053211A patent/JP2023146166A/en active Pending
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