JP2024033282A - fuel cell system - Google Patents

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知哉 長澤
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Abstract

To shorten a time required to reduce a voltage applied to a fuel cell or a DCDC converter to a desired voltage in the event of emergency stop or abnormal stop of a fuel cell system.SOLUTION: At the time of emergency stop or abnormal stop of a fuel cell FC, a low-side switch SW2 of a DCDC converter CNV and a relay Re connected between the DCDC converter CNV and a power storage device B are always turned off, auxiliary equipment such as a hydrogen circulation pump HP is driven to prevent the fuel cell FC from generating electricity, and a current is caused to flow from the fuel cell FC to the auxiliary equipment via the an inductor L, a diode D1, and a capacitor C of the DCDC converter CNV.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムとして、ハイサイドのダイオードと、ローサイドのスイッチと、ダイオード及びスイッチの接続点と燃料電池との間に接続されるインダクタと、ダイオード及びスイッチに並列接続されるコンデンサとを備え、スイッチがオン、オフすることで燃料電池の電圧を昇圧させ、スイッチが常時オフすることで燃料電池の電圧を降圧させるDCDCコンバータを備えるものがある。関連する技術として、例えば、特許文献1がある。 The fuel cell system includes a high-side diode, a low-side switch, an inductor connected between the connection point of the diode and switch and the fuel cell, and a capacitor connected in parallel to the diode and switch. Some devices include a DC/DC converter that increases the voltage of the fuel cell by turning on and off, and decreases the voltage of the fuel cell by turning off the switch. As a related technique, for example, there is Patent Document 1.

ところで、非常停止ボタンがユーザにより押されることなどによる非常停止時、または、燃料電池システム内の部品が故障することなどによる異常停止時において、燃料電池からDCDCコンバータを介して外部負荷に電力が供給されることを停止させる場合、DCDCコンバータのスイッチを常時オフさせるとともに補機を停止させている。 By the way, in the event of an emergency stop due to the user pressing the emergency stop button, or an abnormal stop due to a failure of a component within the fuel cell system, power is supplied from the fuel cell to the external load via the DC/DC converter. When stopping the operation, the DC/DC converter switch is always turned off and the auxiliary equipment is stopped.

そのため、上記燃料電池システムでは、非常停止時または異常停止時において、DCDCコンバータのスイッチを常時オフさせるとともに補機を停止させる場合、燃料電池やDCDCコンバータに比較的小さい電流(暗電流)が流れる状態になるため、すなわち、燃料電池やDCDCコンバータに残留する電荷が消費され難い状態になるため、燃料電池やDCDCコンバータにかかる電圧を所望な電圧に低下させるために比較的長い時間がかかるという懸念がある。 Therefore, in the above fuel cell system, when the DCDC converter switch is constantly turned off and the auxiliary equipment is stopped during an emergency stop or abnormal stop, a relatively small current (dark current) flows through the fuel cell and the DCDC converter. In other words, there is a concern that it will take a relatively long time to reduce the voltage applied to the fuel cell or DC/DC converter to the desired voltage because the charge remaining in the fuel cell or DC/DC converter will be difficult to consume. be.

特開2022-82092号公報JP2022-82092A

本発明の一側面に係る目的は、燃料電池システムの非常停止時または異常停止時において、燃料電池やDCDCコンバータにかかる電圧を所望な電圧に低下させるためにかかる時間の短縮化を図ることである。 An object of one aspect of the present invention is to reduce the time required to reduce the voltage applied to a fuel cell or a DC/DC converter to a desired voltage during an emergency or abnormal stop of a fuel cell system. .

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、ハイサイドのダイオードと、ローサイドのスイッチと、前記ダイオード及び前記スイッチの接続点と前記燃料電池との間に接続されるインダクタと、前記ダイオード及び前記スイッチに並列接続されるコンデンサとを備え、前記スイッチがオン、オフすることで前記燃料電池の電圧を昇圧させ、前記スイッチが常時オフすることで前記燃料電池の電圧を降圧させるDCDCコンバータと、前記DCDCコンバータから出力される電力が供給される蓄電装置と、前記DCDCコンバータと前記蓄電装置との間に接続されるリレーと、前記DCDCコンバータと前記リレーとの間に接続され、前記燃料電池を発電させるための補機と、前記スイッチ、前記リレー、及び前記補機の動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、非常停止時または異常停止時、前記スイッチ及び前記リレーを常時オフさせるとともに前記燃料電池が発電されないように前記補機を駆動させて、前記燃料電池から前記インダクタ、前記ダイオード、及び前記コンデンサを介して前記補機に電流を流す。 A fuel cell system according to one embodiment of the present invention includes a fuel cell, a high-side diode, a low-side switch, and an inductor connected between a connection point between the diode and the switch and the fuel cell. , comprising the diode and a capacitor connected in parallel to the switch, and when the switch is turned on and off, the voltage of the fuel cell is increased, and when the switch is always turned off, the voltage of the fuel cell is decreased. a DCDC converter, a power storage device to which power output from the DCDC converter is supplied, a relay connected between the DCDC converter and the power storage device, and a relay connected between the DCDC converter and the relay; An auxiliary device for causing the fuel cell to generate electricity, and a control unit that controls the operation of the switch, the relay, and the auxiliary device, and the control unit controls the operation of the switch and the The relay is always turned off and the auxiliary machine is driven so that the fuel cell does not generate electricity, so that current flows from the fuel cell to the auxiliary machine via the inductor, the diode, and the capacitor.

これにより、非常停止時または異常停止時において、燃料電池やDCDCコンバータに残留する電荷を補機により消費させることができるため、燃料電池やDCDCコンバータにかかる電圧を所望な電圧に低下させるためにかかる時間の短縮化を図ることができる。 This allows the auxiliary equipment to consume the electric charge remaining in the fuel cell or DC/DC converter during an emergency or abnormal stop, so it takes less charge to reduce the voltage applied to the fuel cell or DC/DC converter to the desired voltage. Time can be shortened.

また、前記制御部は、非常停止時または異常停止時、前記燃料電池から排出される水素ガスを前記燃料電池に再度供給するための水素循環ポンプを、前記補機として前記燃料電池内の水が前記燃料電池の外に排出されるように駆動させるように構成してもよい。 In addition, the control unit may operate a hydrogen circulation pump as the auxiliary device to supply hydrogen gas discharged from the fuel cell again to the fuel cell during an emergency stop or an abnormal stop. The fuel cell may be configured to be driven so as to be discharged outside the fuel cell.

これにより、非常停止時または異常停止時において、燃料電池内の水を燃料電池の外に積極的に排出することができるため、燃料電池内に水が残ることによって起因する燃料電池の劣化を抑制することができる。 This allows the water inside the fuel cell to be actively discharged to the outside of the fuel cell in the event of an emergency or abnormal stop, thereby suppressing fuel cell deterioration caused by water remaining inside the fuel cell. can do.

また、前記制御部は、非常停止時または異常停止時、2つ以上の前記補機を駆動させるように構成してもよい。 Further, the control unit may be configured to drive two or more of the auxiliary machines during an emergency stop or an abnormal stop.

これにより、燃料電池やDCDCコンバータに残留する電荷の単位時間あたりの消費量を増加させることができるため、燃料電池やDCDCコンバータにかかる電圧を所望な電圧に低下させるためにかかる時間をさらに短縮することができる。 This increases the amount of charge remaining in the fuel cell or DC/DC converter consumed per unit time, further reducing the time required to reduce the voltage applied to the fuel cell or DC/DC converter to the desired voltage. be able to.

本発明によれば、燃料電池システムの非常停止時または異常停止時において、燃料電池やDCDCコンバータにかかる電圧を所望な電圧に低下させるためにかかる時間の短縮化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the time required to reduce the voltage applied to the fuel cell or the DC/DC converter to a desired voltage during an emergency or abnormal stop of the fuel cell system.

実施形態の燃料電池システムの適用例を示す図である。It is a figure showing an example of application of a fuel cell system of an embodiment. 実施形態の燃料電池システムの他の適用例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another application example of the fuel cell system of the embodiment. DCDCコンバータの一例を示す図である。It is a figure showing an example of a DC-DC converter. 発電制御開始時における発電制御フラグ、燃料電池の電圧、DCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a power generation control flag, a fuel cell voltage, a DCDC converter control flag, a relay control flag, and an auxiliary machine control flag at the time of starting power generation control. 非常停止時/異常停止時における発電制御フラグ、燃料電池の電圧、DCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a power generation control flag, a fuel cell voltage, a DCDC converter control flag, a relay control flag, and an auxiliary equipment control flag during an emergency stop/abnormal stop. 非常停止時/異常停止時における発電制御フラグ、燃料電池の電圧、DCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a power generation control flag, a fuel cell voltage, a DCDC converter control flag, a relay control flag, and an auxiliary equipment control flag during an emergency stop/abnormal stop.

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。 Embodiments will be described in detail below based on the drawings.

図1は、実施形態の燃料電池システムの適用例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of application of the fuel cell system of the embodiment.

図1に示す燃料電池システムの適用例では、燃料電池システム1が車両Veに備えられている。例えば、車両Veは、フォークリフトなどの産業車両とする。また、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ものとする。 In the application example of the fuel cell system shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 is installed in a vehicle Ve. For example, the vehicle Ve is an industrial vehicle such as a forklift. It is also assumed that the vehicle Ve is equipped with an external load Lo such as an inverter that drives a driving motor, and that the fuel cell system 1 supplies electric power to the external load Lo.

また、図2は、実施形態の燃料電池システムの他の適用例を示す図である。なお、図2に示す燃料電池システム1は、図1に示す燃料電池システム1と同様とする。 Moreover, FIG. 2 is a diagram showing another application example of the fuel cell system of the embodiment. Note that the fuel cell system 1 shown in FIG. 2 is similar to the fuel cell system 1 shown in FIG. 1.

図2に示す燃料電池システム1の適用例では、燃料電池システム1が定置式発電機Sgに備えられている。例えば、定置式発電機Sgは、商用電源や太陽光発電機などと協働して外部負荷Loに電力を供給する発電機であって、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ものとする。 In the application example of the fuel cell system 1 shown in FIG. 2, the fuel cell system 1 is provided in a stationary generator Sg. For example, the stationary generator Sg is a generator that supplies power to an external load Lo in cooperation with a commercial power source, a solar power generator, etc., and power is supplied from the fuel cell system 1 to the external load Lo. shall be taken as a thing.

また、図1または図2に示す燃料電池システム1は、燃料電池FCと、燃料タンクTkと、主止弁SVと、インジェクタINJと、気液分離機GLSと、水素循環ポンプ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。 The fuel cell system 1 shown in FIG. 1 or 2 also includes a fuel cell FC, a fuel tank Tk, a main stop valve SV, an injector INJ, a gas-liquid separator GLS, a hydrogen circulation pump HP, and an exhaust drainage It includes a valve EDV, a diluter DIL, an air compressor ACP, an air pressure regulating valve ARV, and an air shut valve ASV.

また、図1または図2に示す燃料電池システム1は、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、DCDCコンバータCNVと、蓄電装置Bと、リレーReと、電流センサSifと、電圧センサSvfと、電流センサSibと、電圧センサSvbと、記憶部2と、制御部3とを備える。 Further, the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 or 2 includes a radiator R, a fan F, a water pump WP, an intercooler IC, a DC/DC converter CNV, a power storage device B, a relay Re, and a current sensor Sif. , a voltage sensor Svf, a current sensor Sib, a voltage sensor Svb, a storage section 2, and a control section 3.

燃料電池FCは、複数の燃料電池セルを積層させて構成され、水素ガスに含まれる水素と酸化剤ガス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。 A fuel cell FC is configured by stacking a plurality of fuel cells, and generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen contained in hydrogen gas and oxygen contained in oxidant gas.

燃料タンクTkは、水素ガスの貯蔵容器である。燃料タンクTkに貯蔵された水素ガスは主止弁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。 The fuel tank Tk is a storage container for hydrogen gas. Hydrogen gas stored in the fuel tank Tk is supplied to the fuel cell FC via the main stop valve SV and the injector INJ.

主止弁SVは、電磁弁などにより構成され、水素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への水素ガスの供給を遮断する。なお、燃料電池システム1が車両Veに備えられている場合、燃料タンクTk及び主止弁SVは車両Veの内部に備えられる。燃料電池システム1が定置式発電機Sgに備えられている場合、燃料タンクTk及び主止弁SVは定置式発電機Sgの外部に備えられる。 The main stop valve SV is composed of a solenoid valve or the like, and supplies hydrogen gas to the injector INJ. Further, the main stop valve SV cuts off the supply of hydrogen gas to the injector INJ under the operation control of the control unit 3. Note that when the fuel cell system 1 is installed in the vehicle Ve, the fuel tank Tk and the main stop valve SV are installed inside the vehicle Ve. When the fuel cell system 1 is included in the stationary generator Sg, the fuel tank Tk and the main stop valve SV are provided outside the stationary generator Sg.

インジェクタINJは、燃料電池FCに供給される水素ガスの圧力が一定になるように水素ガスの流量を調整する。 The injector INJ adjusts the flow rate of hydrogen gas so that the pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell FC is constant.

気液分離機GLSは、燃料電池FCから排出される水素ガスと液水とを分離する。 The gas-liquid separator GLS separates hydrogen gas and liquid water discharged from the fuel cell FC.

水素循環ポンプHPは、気液分離機GLSにより分離された水素ガスを燃料電池FCに再度供給する。 The hydrogen circulation pump HP resupplies the hydrogen gas separated by the gas-liquid separator GLS to the fuel cell FC.

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内の不図示のタンクに溜まる。また、燃料電池FCからエア調圧弁ARVを介して排出された酸化剤ガスは、排気排水弁EDVから排出された水素ガスと希釈器DILで合流し、希釈器DILから排出される。 The exhaust drain valve EDV sends the liquid water separated by the gas-liquid separator GLS to the diluter DIL. The liquid water sent to the diluter DIL accumulates in a tank (not shown) within the diluter DIL. Further, the oxidizing gas discharged from the fuel cell FC via the air pressure regulating valve ARV joins the hydrogen gas discharged from the exhaust drain valve EDV at the diluter DIL, and is discharged from the diluter DIL.

エアコンプレッサACPは、周囲の酸化剤ガスを圧縮し、その圧縮した酸化剤ガスをインタークーラ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。 Air compressor ACP compresses surrounding oxidant gas and supplies the compressed oxidant gas to fuel cell FC via intercooler IC and air shut valve ASV. Note that the compression ratio of the air compressor ACP is controlled by adjusting the opening degree of an air pressure regulating valve ARV provided downstream of the fuel cell FC.

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。 The intercooler IC exchanges heat between the oxidant gas, which has become high in temperature due to compression, with a refrigerant such as cooling water flowing through the intercooler IC.

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。 The air shut valve ASV shuts off the supply of oxidizing gas to the fuel cell FC under the operation control of the control unit 3.

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。 The air pressure regulating valve ARV adjusts the pressure and flow rate of the oxidizing gas supplied to the fuel cell FC.

ラジエタRは、燃料電池FCが発する熱により温められた冷媒をラジエタRの周囲の雰囲気と熱交換させる。 The radiator R causes the refrigerant warmed by the heat generated by the fuel cell FC to exchange heat with the atmosphere around the radiator R.

ファンFは、ラジエタRの放熱量を上昇させる。 The fan F increases the amount of heat dissipated from the radiator R.

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。 Water pump WP supplies refrigerant cooled by radiator R to fuel cell FC via intercooler IC.

DCDCコンバータCNVは、燃料電池FCの後段に接続され、燃料電池FCの電圧を昇圧または降圧する。また、DCDCコンバータCNVから出力される電力は、外部負荷Lo、エアコンプレッサACP、水素循環ポンプHP、及びウォータポンプWPなどの補機、及び蓄電装置Bに供給される。また、DCDCコンバータCNVから出力される電圧は、不図示の他のDCDCコンバータにより降圧され、ファンF、エアシャット弁ASV、及びエア調圧弁ARVなどの補機に供給される。 The DC/DC converter CNV is connected to the latter stage of the fuel cell FC, and increases or decreases the voltage of the fuel cell FC. Further, the electric power output from the DCDC converter CNV is supplied to the external load Lo, auxiliary machines such as the air compressor ACP, the hydrogen circulation pump HP, and the water pump WP, and the power storage device B. Further, the voltage output from the DC/DC converter CNV is stepped down by another DC/DC converter (not shown), and is supplied to auxiliary devices such as the fan F, the air shut valve ASV, and the air pressure regulating valve ARV.

ここで、図3は、DCDCコンバータCNVの一例を示す図である。 Here, FIG. 3 is a diagram showing an example of the DCDC converter CNV.

図3に示すDCDCコンバータCNVは、ハイサイドのスイッチSW1と、スイッチSW1に並列接続されるハイサイドのダイオードD1(ダイオード)と、スイッチSW1に直列接続されるローサイドのスイッチSW2(スイッチ)と、スイッチSW2に並列接続されるローサイドのダイオードD2と、スイッチSW1、SW2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SW1、SW2に並列接続されるコンデンサCとを備える。 The DCDC converter CNV shown in FIG. 3 includes a high-side switch SW1, a high-side diode D1 (diode) connected in parallel to the switch SW1, a low-side switch SW2 (switch) connected in series with the switch SW1, and a switch It includes a low-side diode D2 connected in parallel to SW2, an inductor L connected between the connection point of switches SW1 and SW2 and the fuel cell FC, and a capacitor C connected in parallel to switches SW1 and SW2.

例えば、スイッチSW1、SW2をそれぞれMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)とする場合、ダイオードD1、D2はスイッチSW1、SW2の寄生ダイオードとする。 For example, when the switches SW1 and SW2 are respectively MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), the diodes D1 and D2 are parasitic diodes of the switches SW1 and SW2.

また、スイッチSW1、SW2をそれぞれMOSFETとする場合、インダクタLの一方端子が燃料電池FCの一方端子に接続され、インダクタLの他方端子がスイッチSW1のソース端子とスイッチSW2のドレイン端子との接続点に接続されている。また、スイッチSW1のドレイン端子がコンデンサCの一方端子に接続され、スイッチSW2のソース端子が燃料電池FCの他方端子及びコンデンサCの他方端子に接続されている。 Further, when the switches SW1 and SW2 are each MOSFET, one terminal of the inductor L is connected to one terminal of the fuel cell FC, and the other terminal of the inductor L is the connection point between the source terminal of the switch SW1 and the drain terminal of the switch SW2. It is connected to the. Further, the drain terminal of the switch SW1 is connected to one terminal of the capacitor C, and the source terminal of the switch SW2 is connected to the other terminal of the fuel cell FC and the other terminal of the capacitor C.

また、コンデンサCの一方端子が外部負荷Lo及び補機のそれぞれの一方端子に接続されているとともにリレーReを介して蓄電装置Bの正極端子に接続されている。また、コンデンサCの他方端子が外部負荷Lo及び補機のそれぞれの他方端子に接続されているとともに蓄電装置Bの負極端子に接続されている。 Further, one terminal of the capacitor C is connected to one terminal of each of the external load Lo and the auxiliary machine, and is also connected to the positive terminal of the power storage device B via the relay Re. Further, the other terminal of the capacitor C is connected to the other terminals of the external load Lo and the auxiliary equipment, and is also connected to the negative terminal of the power storage device B.

蓄電装置Bは、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、DCDCコンバータCNVから出力される電力が供給される。すなわち、DCDCコンバータCNVから出力される電力と、補機に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蓄電装置Bに供給される。DCDCコンバータCNVから蓄電装置Bに電力が供給されると、蓄電装置Bが充電され蓄電装置Bの充電量Chが増加する。また、DCDCコンバータCNVから出力される電力と、補機に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蓄電装置Bから外部負荷Loに供給される。蓄電装置Bから外部負荷Loに電力が供給されると、蓄電装置Bが放電され蓄電装置Bの充電量Chが減少する。なお、充電量Chとは、蓄電装置Bの充電率[%](蓄電装置Bの満充電容量に対する残容量の割合)、または、蓄電装置Bに電流が流れていないときの蓄電装置Bの開回路電圧[V]、または、蓄電装置Bに電流が流れているときの蓄電装置Bの閉回路電圧[V]、または、蓄電装置Bに流れる電流の積算値[Ah]などとする。 Power storage device B is configured with a lithium ion capacitor or the like, and is supplied with power output from the DC/DC converter CNV. In other words, if the supplied power corresponding to the difference between the power output from the DCDC converter CNV and the total value of the power supplied to the auxiliary equipment is greater than the required power required from the external load Lo, then Power corresponding to the required power is supplied to external load Lo, and the remaining power is supplied to power storage device B. When power is supplied from the DC/DC converter CNV to the power storage device B, the power storage device B is charged and the charge amount Ch of the power storage device B increases. In addition, if the supplied power corresponding to the difference between the power output from the DCDC converter CNV and the total value of the power supplied to the auxiliary equipment is smaller than the required power required from the external load Lo, the supplied power is At the same time, the insufficient power is supplied from power storage device B to external load Lo. When power is supplied from power storage device B to external load Lo, power storage device B is discharged and the amount of charge Ch of power storage device B decreases. Note that the charge amount Ch is the charging rate [%] of power storage device B (the ratio of the remaining capacity to the fully charged capacity of power storage device B), or the open state of power storage device B when no current is flowing through power storage device B. It is assumed that the circuit voltage [V], the closed circuit voltage [V] of power storage device B when current is flowing through power storage device B, or the integrated value [Ah] of the current flowing through power storage device B, or the like.

リレーReは、電磁式リレーなどにより構成される。リレーReの一方端子は、電圧センサSvb、電流センサSib、補機、及び外部負荷Loを介してDCDCコンバータCNVの一方の出力端子(コンデンサCの一方端子)に接続され、リレーReの他方端子は、蓄電装置Bの正極端子に接続されている。すなわち、DCDCコンバータCNVと蓄電装置Bとの間にリレーReが接続され、DCDCコンバータCNVとリレーReとの間に外部負荷Loや補機(エアコンプレッサACP、水素循環ポンプHP、及びウォータポンプWPなど)が接続されている。制御部3の動作制御によりリレーReがオン(導通)すると、DCDCコンバータCNV、外部負荷Lo、及び補機と、蓄電装置Bとが電気的に接続される。一方、制御部3の動作制御によりリレーReがオフ(遮断)すると、DCDCコンバータCNV、外部負荷Lo、及び補機と、蓄電装置Bとが電気的に遮断される。 The relay Re is constituted by an electromagnetic relay or the like. One terminal of the relay Re is connected to one output terminal (one terminal of the capacitor C) of the DCDC converter CNV via the voltage sensor Svb, the current sensor Sib, the auxiliary equipment, and the external load Lo, and the other terminal of the relay Re is , is connected to the positive terminal of power storage device B. That is, a relay Re is connected between the DCDC converter CNV and the power storage device B, and an external load Lo and auxiliary equipment (air compressor ACP, hydrogen circulation pump HP, water pump WP, etc.) are connected between the DCDC converter CNV and the relay Re. ) are connected. When relay Re is turned on (conducted) under the operation control of control unit 3, power storage device B is electrically connected to DCDC converter CNV, external load Lo, and auxiliary equipment. On the other hand, when relay Re is turned off (cut off) by the operation control of control unit 3, DCDC converter CNV, external load Lo, auxiliary equipment, and power storage device B are electrically cut off.

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DCDCコンバータCNVに流れる電流Ifを検出し、その検出した電流Ifを制御部3に送る。 The current sensor Sif is composed of a shunt resistor, a Hall element, etc., detects the current If flowing from the fuel cell FC to the DCDC converter CNV, and sends the detected current If to the control unit 3.

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Vfを検出し、その検出した電圧Vfを制御部3に送る。 The voltage sensor Svf is constituted by a voltage dividing resistor, etc., detects the voltage Vf of the fuel cell FC, and sends the detected voltage Vf to the control section 3.

電流センサSibは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、リレーReがオンしているとき、燃料電池FCからDCDCコンバータCNV及びリレーReを介して蓄電装置Bに流れる電流Ibまたは蓄電装置BからリレーReを介して外部負荷Loに流れる電流Ibを検出し、その検出した電流Ibを制御部3に送る。 Current sensor Sib is composed of a shunt resistor, a Hall element, etc., and when relay Re is on, current Ib flows from fuel cell FC to power storage device B via DC/DC converter CNV and relay Re, or from power storage device B to relay. The current Ib flowing to the external load Lo via Re is detected, and the detected current Ib is sent to the control section 3.

電圧センサSvbは、分圧抵抗などにより構成され、リレーReがオンしているとき、リレーReと蓄電装置Bとが直列接続された状態での蓄電装置Bの電圧Vbを検出し、その検出した電圧Vbを制御部3に送る。 Voltage sensor Svb is configured with a voltage dividing resistor, etc., and when relay Re is on, detects voltage Vb of power storage device B in a state where relay Re and power storage device B are connected in series; The voltage Vb is sent to the control section 3.

記憶部2は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などにより構成される。なお、記憶部2は、後述する閾値Vthなどを記憶している。例えば、閾値Vthは、燃料電池システム1または定置式発電機Sgで扱われる電圧の最小値とする。 The storage unit 2 is composed of RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and the like. Note that the storage unit 2 stores a threshold value Vth, etc., which will be described later. For example, the threshold value Vth is the minimum value of the voltage handled by the fuel cell system 1 or the stationary generator Sg.

制御部3は、マイクロコンピュータなどにより構成され、燃料電池FCの発電を制御する。 The control unit 3 is composed of a microcomputer or the like, and controls power generation of the fuel cell FC.

<発電制御開始時>
制御部3は、車両Veに備えられるイグニッションキーがユーザにより操作されることなどで車両Veの電源がオフ状態からオン状態になると、または、定置式発電機Sgに備えられる電源ボタンがユーザにより操作されることなどで定置式発電機Sgの電源がオフ状態からオン状態になると、燃料電池FCの発電制御を開始する。
<When power generation control starts>
The control unit 3 controls when the power of the vehicle Ve changes from an off state to an on state due to the user operating an ignition key provided on the vehicle Ve, or when the power button provided on the stationary generator Sg is operated by the user. When the power of the stationary generator Sg changes from the off state to the on state, for example, the power generation control of the fuel cell FC is started.

例えば、制御部3は、燃料電池FCの発電制御開始時、発電制御フラグをオフからオンに切り替える。制御部3は、発電制御フラグをオフからオンに切り替えると、補機制御フラグ、DCDCコンバータ制御フラグ、及びリレー制御フラグをオフからオンに切り替える。制御部3は、補機制御フラグをオフからオンに切り替えると、補機の駆動を開始し、DCDCコンバータ制御フラグをオフからオンに切り替えると、DCDCコンバータCNVの駆動を開始し、リレー制御フラグをオフからオンに切り替えると、リレーReをオフ(遮断)からオン(導通)に切り替える。 For example, when starting power generation control of the fuel cell FC, the control unit 3 switches the power generation control flag from off to on. When switching the power generation control flag from OFF to ON, the control unit 3 switches the auxiliary machine control flag, the DCDC converter control flag, and the relay control flag from OFF to ON. When the control unit 3 switches the auxiliary equipment control flag from OFF to ON, it starts driving the auxiliary equipment, and when the DCDC converter control flag is switched from OFF to ON, it starts driving the DCDC converter CNV, and sets the relay control flag. Switching from off to on switches relay Re from off (blocking) to on (conducting).

<発電制御中>
制御部3は、燃料電池FCの発電制御中、蓄電装置B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。
<Power generation control in progress>
During power generation control of the fuel cell FC, the control unit 3 changes the target generated power Pt in stages according to the charge amount Ch of the power storage device B.

また、制御部3は、燃料電池FCの発電制御中、燃料電池FCの発電電力(電流Ifと電圧Vfの乗算値)が目標発電電力Ptに追従するように、補機の動作を制御する。例えば、制御部3は、燃料電池FCの発電制御中、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、エアコンプレッサACPのモータの回転数や水素循環ポンプHPのモータの回転数などを制御する。 Further, during the power generation control of the fuel cell FC, the control unit 3 controls the operation of the auxiliary equipment so that the power generated by the fuel cell FC (the product of the current If and the voltage Vf) follows the target power generation Pt. For example, during power generation control of the fuel cell FC, the control unit 3 controls the motor of the air compressor ACP by PI (Proportional-Integral) control so that the difference between the power generated by the fuel cell FC and the target power generation Pt becomes zero. and the rotation speed of the motor of the hydrogen circulation pump HP.

また、制御部3は、燃料電池FCの発電制御中、燃料電池FCの電圧Vfが目標電圧Vt(例えば、48V)より低い場合、燃料電池FCの電圧Vfが目標電圧Vtに昇圧されるように、スイッチSW1、SW2を交互にオン、オフさせる。なお、制御部3は、燃料電池FCの発電制御中、燃料電池FCの電圧Vfが目標電圧Vtより低い場合、燃料電池FCの電圧Vfが目標電圧Vtまで昇圧されるように、スイッチSW1を常時オフさせつつスイッチSW2をオン、オフさせるように構成してもよい。この状態において、目標電圧Vtが外部負荷Loの電圧より高い場合、燃料電池FCからDCDCコンバータCNVを介して外部負荷Loに電流が流れる。また、目標電圧Vtが蓄電装置Bの電圧Vbより高い場合で、かつ、リレーReがオンしている場合、燃料電池FCからDCDCコンバータCNV及びリレーReを介して蓄電装置Bに電流が流れる。 Further, during power generation control of the fuel cell FC, the control unit 3 controls the voltage Vf of the fuel cell FC to be boosted to the target voltage Vt when the voltage Vf of the fuel cell FC is lower than the target voltage Vt (for example, 48V). , switches SW1 and SW2 are turned on and off alternately. Note that during the power generation control of the fuel cell FC, the control unit 3 constantly sets the switch SW1 so that, when the voltage Vf of the fuel cell FC is lower than the target voltage Vt, the voltage Vf of the fuel cell FC is boosted to the target voltage Vt. The switch SW2 may be configured to be turned on and off while being turned off. In this state, if the target voltage Vt is higher than the voltage of the external load Lo, current flows from the fuel cell FC to the external load Lo via the DC/DC converter CNV. Further, when target voltage Vt is higher than voltage Vb of power storage device B and relay Re is on, current flows from fuel cell FC to power storage device B via DCDC converter CNV and relay Re.

また、制御部3は、燃料電池FCの発電制御中、燃料電池FCの電圧Vfが目標電圧Vt以上である場合、燃料電池FCの電圧Vfが降圧されるように、スイッチSW1、SW2を常時オフさせる。なお、制御部3は、燃料電池FCの発電制御中、燃料電池FCの電圧Vfが目標電圧Vt以上である場合、スイッチSW1を常時オンさせるとともにスイッチSW2を常時オフさせるように構成してもよい。この状態において、目標電圧Vtが外部負荷Loの電圧より高い場合、燃料電池FCからDCDCコンバータCNVを介して外部負荷Loに電流が流れる。また、目標電圧Vtが蓄電装置Bの電圧Vbより高い場合で、かつ、リレーReがオンしている場合、燃料電池FCからDCDCコンバータCNV及びリレーReを介して蓄電装置Bに電流が流れる。 Further, during power generation control of the fuel cell FC, the control unit 3 turns off the switches SW1 and SW2 at all times so that the voltage Vf of the fuel cell FC is stepped down when the voltage Vf of the fuel cell FC is equal to or higher than the target voltage Vt. let Note that the control unit 3 may be configured to always turn on the switch SW1 and always turn off the switch SW2 when the voltage Vf of the fuel cell FC is equal to or higher than the target voltage Vt during power generation control of the fuel cell FC. . In this state, if the target voltage Vt is higher than the voltage of the external load Lo, current flows from the fuel cell FC to the external load Lo via the DC/DC converter CNV. Further, when target voltage Vt is higher than voltage Vb of power storage device B and relay Re is on, current flows from fuel cell FC to power storage device B via DCDC converter CNV and relay Re.

<発電制御終了時>
制御部3は、車両Veに備えられるイグニッションキーがユーザにより操作されることなどで車両Veの電源がオン状態からオフ状態になると、または、定置式発電機Sgに備えられる電源ボタンがユーザにより操作されることなどで定置式発電機Sgの電源がオン状態からオフ状態になると、燃料電池FCの発電制御を終了する。
<When power generation control ends>
When the power of the vehicle Ve changes from an on state to an off state due to the user operating an ignition key provided on the vehicle Ve, or when a power button provided on the stationary generator Sg is operated by the user, the control unit 3 When the power source of the stationary generator Sg changes from the on state to the off state due to the above reason, the power generation control of the fuel cell FC is terminated.

例えば、制御部3は、燃料電池FCの発電制御終了時、発電制御フラグをオンからオフに切り替える。制御部3は、発電制御フラグをオンからオフに切り替えると、補機制御フラグをオンからオフに切り替えて補機を停止させる。 For example, the control unit 3 switches the power generation control flag from on to off when power generation control of the fuel cell FC ends. When the power generation control flag is switched from on to off, the control unit 3 switches the auxiliary equipment control flag from on to off to stop the auxiliary equipment.

また、制御部3は、発電制御フラグをオンからオフに切り替えてから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまでの期間、DCDCコンバータCNVを駆動させるとともにリレーReを常時オンさせる。これにより、燃料電池FCの発電制御終了時において、発電制御フラグがオンからオフに切り替わってから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまでの期間、燃料電池FCからDCDCコンバータCNV及びリレーReを介して蓄電装置Bに積極的に電流を流すことができるため、すなわち、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷を蓄電装置Bに積極的に移動させることができるため、燃料電池FCの電圧VfやDCDCコンバータCNVの電圧を所望な電圧に低下させることができる。 Further, the control unit 3 drives the DCDC converter CNV and always turns on the relay Re during the period from when the power generation control flag is switched from on to off until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or less than the threshold value Vth. As a result, at the end of the power generation control of the fuel cell FC, during the period from when the power generation control flag is switched from on to off until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or less than the threshold value Vth, the fuel cell FC is connected to the DCDC converter CNV and the relay Re. In other words, the charge remaining in the fuel cell FC or the DC/DC converter CNV can be actively transferred to the power storage device B, so that the The voltage Vf and the voltage of the DCDC converter CNV can be lowered to desired voltages.

また、制御部3は、発電制御フラグをオンからオフに切り替えてから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になると、DCDCコンバータ制御フラグをオンからオフに切り替えてDCDCコンバータCNVを停止させるとともに、リレー制御フラグをオンからオフに切り替えてリレーReを常時オフさせる。 Further, when the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or lower than the threshold value Vth after switching the power generation control flag from on to off, the control unit 3 switches the DCDC converter control flag from on to off to stop the DCDC converter CNV, The relay control flag is switched from on to off to keep the relay Re off at all times.

<非常停止時/異常停止時>
制御部3は、車両Veまたは定置式発電機Sgに備えられる不図示の非常停止ボタンがユーザにより押されると、または、燃料電池システム1内の部品(水素循環ポンプHPなど)に異常が発生したと判断すると、外部負荷Loや蓄電装置Bに電力が供給されることをすぐに停止させるために、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えて非常停止/異常停止処理を開始する。例えば、制御部3は、燃料電池FCの発電制御中、水素循環ポンプHPに印加される電流を検出する不図示の電流センサにより検出される電流が所定電流値以上になると、水素循環ポンプHPに異常が発生したと判断する。
<During emergency stop/abnormal stop>
When the user presses an emergency stop button (not shown) provided in the vehicle Ve or the stationary generator Sg, or when an abnormality occurs in a component in the fuel cell system 1 (hydrogen circulation pump HP, etc.), the control unit 3 If so, in order to immediately stop the supply of power to external load Lo and power storage device B, the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on and emergency stop/abnormal stop processing is started. For example, during power generation control of the fuel cell FC, when the current detected by a current sensor (not shown) that detects the current applied to the hydrogen circulation pump HP exceeds a predetermined current value, the control unit 3 controls the hydrogen circulation pump HP. It is determined that an abnormality has occurred.

また、制御部3は、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えると、DCDCコンバータ制御フラグをオンからオフに切り替えてスイッチSW1、SW2を常時オフさせるとともに、リレー制御フラグをオンからオフに切り替えてリレーReを常時オフさせる。このように、非常停止時/異常停止時において、リレーReを常時オフさせることで燃料電池FCから蓄電装置Bに電力が供給されることを停止させることができる。 Furthermore, when the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on, the control unit 3 switches the DCDC converter control flag from on to off to keep switches SW1 and SW2 off at all times, and also switches the relay control flag from on to off. Switch to keep relay Re off all the time. In this way, during an emergency stop/abnormal stop, supply of power from the fuel cell FC to the power storage device B can be stopped by always turning off the relay Re.

また、制御部3は、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えてから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまでの期間、補機制御フラグをオンに維持し、燃料電池FCが発電しないように補機を駆動させる。例えば、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えてから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまでの期間において、エアコンプレッサACPを駆動させる場合、制御部3は、エアコンプレッサACPに備えられるモータが回転しないようにモータの動作を制御することで、燃料電池FCからDCDCコンバータCNVを介してエアコンプレッサACPのモータに電流を流す。このように、非常停止時/異常停止時において、燃料電池FCが発電しないように補機を駆動させているため、燃料電池FCの発電がすぐに停止し、外部負荷Loに電力が供給されることをすぐに停止させることができる。また、非常停止時/異常停止時において、燃料電池FCからインダクタL、ダイオードD1、及びコンデンサCを介して補機に積極的に電流を流すことができるため、すなわち、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷を補機により消費させることができるため、燃料電池FCの電圧VfまたはDCDCコンバータCNVの電圧を所望な電圧に低下させることができる。また、非常停止時/異常停止時において、水素循環ポンプHPを駆動させる場合、燃料電池FC内の水を燃料電池FCの外に積極的に排出する処理(掃気処理)を行うことができるため、燃料電池FC内に水が残ることによって起因する燃料電池FCの劣化を抑制することができる。なお、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えた場合、燃料電池FCから外部負荷への電力の供給は基本的には行われない。 Furthermore, the control unit 3 maintains the auxiliary equipment control flag on for a period from when the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or less than the threshold value Vth. drive the auxiliary equipment so that it does not generate electricity. For example, when driving the air compressor ACP during the period from switching the emergency stop/abnormal stop flag from off to on until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or lower than the threshold value Vth, the control unit 3 controls the air compressor ACP to By controlling the operation of the provided motor so that it does not rotate, current flows from the fuel cell FC to the motor of the air compressor ACP via the DC/DC converter CNV. In this way, during an emergency stop/abnormal stop, the auxiliary equipment is driven to prevent the fuel cell FC from generating power, so power generation by the fuel cell FC immediately stops and power is supplied to the external load Lo. You can stop things immediately. In addition, during an emergency stop/abnormal stop, current can be actively passed from the fuel cell FC to the auxiliary equipment via the inductor L, diode D1, and capacitor C. Since the charge remaining in the fuel cell FC can be consumed by the auxiliary equipment, the voltage Vf of the fuel cell FC or the voltage of the DCDC converter CNV can be lowered to a desired voltage. In addition, when driving the hydrogen circulation pump HP during an emergency stop/abnormal stop, it is possible to actively discharge the water inside the fuel cell FC to the outside of the fuel cell FC (scavenging process). Deterioration of the fuel cell FC caused by water remaining in the fuel cell FC can be suppressed. Note that when the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on, power is basically not supplied from the fuel cell FC to the external load.

また、制御部3は、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えてから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまでの期間、2つ以上の補機を駆動させるように構成してもよい。例えば、制御部3は、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えてから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまでの期間、水素循環ポンプHP及びウォータポンプWPを駆動させるように構成してもよい。これにより、水素循環ポンプHPが故障していることで、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷を水素循環ポンプHPで消費させることができない状態であっても、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷をウォータポンプWPにより消費させることができるため、燃料電池FCの電圧VfまたはDCDCコンバータCNVの電圧を所望な電圧に低下させることができる。 Further, the control unit 3 is configured to drive two or more auxiliary machines during a period from when the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or less than the threshold value Vth. It's okay. For example, the control unit 3 drives the hydrogen circulation pump HP and the water pump WP during the period from when the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or less than the threshold value Vth. may be configured. As a result, even if the hydrogen circulation pump HP is unable to consume the charge remaining in the fuel cell FC or DCDC converter CNV due to a failure of the hydrogen circulation pump HP, the fuel cell FC or DCDC converter CNV Since the charge remaining in the fuel cell FC can be consumed by the water pump WP, the voltage Vf of the fuel cell FC or the voltage of the DCDC converter CNV can be lowered to a desired voltage.

また、制御部3は、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えてから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまでの期間、消費電力が比較的大きい補機を選択的に駆動させるように構成してもよい。これにより、非常停止時/異常停止時において、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷をより短時間で消費させることができ、燃料電池FCの電圧VfまたはDCDCコンバータCNVの電圧を所望な電圧により早く低下させることができる。 In addition, the control unit 3 selectively drives auxiliary equipment with relatively large power consumption during the period from when the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or less than the threshold value Vth. It may also be configured to do so. As a result, during an emergency stop/abnormal stop, the charge remaining in the fuel cell FC or the DC/DC converter CNV can be consumed in a shorter time, and the voltage Vf of the fuel cell FC or the voltage of the DC/DC converter CNV can be adjusted to the desired voltage. can be lowered more quickly.

また、制御部3は、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えた後、燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になると、補機制御フラグをオンからオフに切り替えて補機を停止させる。 Further, after switching the emergency stop/abnormal stop flag from OFF to ON, when the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or lower than the threshold value Vth, the control unit 3 switches the auxiliary equipment control flag from ON to OFF and stops the auxiliary equipment. let

ここで、図4は、発電制御開始時における発電制御フラグ、燃料電池FCの電圧Vf、DCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグの一例を示す図である。なお、図4(a)~図4(e)に示す各二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示し、図4(a)に示す実線は発電制御フラグを示し、図4(b)に示す実線は燃料電池FCの電圧Vfを示し、図4(c)に示す実線はDCDCコンバータ制御フラグを示し、図4(d)に示す実線はリレー制御フラグを示し、図4(e)に示す実線は補機制御フラグを示す。 Here, FIG. 4 is a diagram showing an example of the power generation control flag, the voltage Vf of the fuel cell FC, the DCDC converter control flag, the relay control flag, and the auxiliary machine control flag at the time of starting the power generation control. The horizontal axis of each two-dimensional coordinate shown in FIGS. 4(a) to 4(e) indicates time, the vertical axis indicates voltage, and the solid line shown in FIG. 4(a) indicates the power generation control flag. The solid line shown in FIG. 4(b) shows the voltage Vf of the fuel cell FC, the solid line shown in FIG. 4(c) shows the DCDC converter control flag, and the solid line shown in FIG. 4(d) shows the relay control flag. The solid line shown in (e) shows the auxiliary machine control flag.

図4(a)~図4(e)に示す例では、時刻t11において、発電制御フラグがオン(電圧Vhigh)からオフ(電圧Vlow)に切り替わると、補機制御フラグがオン(電圧Vhigh)からオフ(電圧Vlow)に切り替わる。また、発電制御フラグがオンからオフに切り替わっても、DCDCコンバータ制御フラグ及びリレー制御フラグはオン(電圧Vhigh)に維持されている。これにより、燃料電池FCの発電が停止するとともに、燃料電池FCからDCDCコンバータCNVを介して蓄電装置Bに電流が流れ、燃料電池FCの電圧Vfが徐々に低下していく。 In the example shown in FIGS. 4(a) to 4(e), at time t11, when the power generation control flag switches from on (voltage Vhigh) to off (voltage Vlow), the auxiliary equipment control flag changes from on (voltage Vhigh) to off (voltage Vlow). Switched off (voltage Vlow). Furthermore, even when the power generation control flag is switched from on to off, the DCDC converter control flag and relay control flag are maintained on (voltage Vhigh). As a result, the power generation of the fuel cell FC is stopped, and current flows from the fuel cell FC to the power storage device B via the DC/DC converter CNV, and the voltage Vf of the fuel cell FC gradually decreases.

そして、時刻t12において、燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になると、すなわち、燃料電池FCの電圧Vfが燃料電池システム1または定置式発電機Sgで扱われる電圧の最小値まで低下すると、DCDCコンバータ制御フラグがオンからオフ(電圧Vlow)に切り替わりスイッチSW1、SW2が常時オフするとともに、リレー制御フラグがオンからオフ(電圧Vlow)に切り替わりリレーReが常時オフする。 Then, at time t12, when the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or lower than the threshold value Vth, that is, when the voltage Vf of the fuel cell FC decreases to the minimum value of the voltage handled by the fuel cell system 1 or the stationary generator Sg, DCDC The converter control flag is switched from on to off (voltage Vlow) and switches SW1 and SW2 are always off, and the relay control flag is switched from on to off (voltage Vlow) and relay Re is always off.

ところで、非常停止時/異常停止時において、外部負荷Loや蓄電装置Bに電力が供給されることをすぐに停止させようとする場合では、非常停止/異常停止フラグがオフからオンに切り替わってからすぐにDCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグをオンからオフに切り替えることが考えられる。 By the way, in the event of an emergency stop/abnormal stop, if you want to immediately stop power being supplied to the external load Lo or power storage device B, wait until the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on. It is conceivable to immediately switch the DCDC converter control flag, relay control flag, and auxiliary machine control flag from on to off.

図5は、このように非常停止/異常停止フラグがオフからオンに切り替わってからすぐに、DCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグをオンからオフに切り替える場合における発電制御フラグ、燃料電池FCの電圧Vf、DCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグの一例を示す図である。なお、図5(a)~図5(e)に示す各二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示し、図5(a)に示す実線は非常停止/異常停止フラグを示し、図5(b)に示す実線は燃料電池FCの電圧Vfを示し、図5(c)に示す実線はDCDCコンバータ制御フラグを示し、図5(d)に示す実線はリレー制御フラグを示し、図5(e)に示す実線は補機制御フラグを示す。 FIG. 5 shows the power generation control flag in the case where the DCDC converter control flag, relay control flag, and auxiliary equipment control flag are switched from on to off immediately after the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on. FIG. 3 is a diagram showing an example of a voltage Vf of a fuel cell FC, a DCDC converter control flag, a relay control flag, and an auxiliary equipment control flag. The horizontal axis of each two-dimensional coordinate shown in FIGS. 5(a) to 5(e) indicates time, the vertical axis indicates voltage, and the solid line shown in FIG. 5(a) indicates the emergency stop/abnormal stop flag. The solid line shown in FIG. 5(b) shows the voltage Vf of the fuel cell FC, the solid line shown in FIG. 5(c) shows the DCDC converter control flag, and the solid line shown in FIG. 5(d) shows the relay control flag. , the solid line shown in FIG. 5(e) indicates the auxiliary machine control flag.

図5(a)~図5(e)に示す例では、時刻t21において、非常停止/異常停止フラグがオフ(電圧Vlow)からオン(電圧Vhigh)に切り替わると、DCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグがそれぞれオン(電圧Vhigh)からオフ(電圧Vlow)に切り替わる。これにより、非常停止時/異常停止時において、外部負荷Loや蓄電装置Bに電力が供給されることをすぐに停止させることができる。 In the example shown in FIGS. 5(a) to 5(e), at time t21, when the emergency stop/abnormal stop flag switches from off (voltage Vlow) to on (voltage Vhigh), the DCDC converter control flag and the relay control flag , and the auxiliary equipment control flag are respectively switched from on (voltage Vhigh) to off (voltage Vlow). Thereby, at the time of emergency stop/abnormal stop, supply of power to external load Lo and power storage device B can be immediately stopped.

しかしながら、非常停止時/異常停止時において、すぐにDCDCコンバータCNV及び補機を停止させるとともにリレーReを遮断させる場合、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに比較的小さい電流(暗電流)が流れるだけで、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷が燃料電池FCやDCDCコンバータCNVから移動し難い状態になるため、図4(b)に示すように、時刻t21において非常停止/異常停止フラグがオフからオンに切り替わってから時刻t23において燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまでの期間が比較的長くなってしまう。 However, in the event of an emergency stop/abnormal stop, if you immediately stop the DCDC converter CNV and auxiliary equipment and cut off the relay Re, only a relatively small current (dark current) flows through the fuel cell FC and the DCDC converter CNV. , the electric charge remaining in the fuel cell FC and the DCDC converter CNV becomes difficult to move from the fuel cell FC and the DCDC converter CNV, so the emergency stop/abnormal stop flag is turned off at time t21, as shown in FIG. 4(b). The period from when the fuel cell FC is turned on until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or lower than the threshold value Vth at time t23 is relatively long.

そこで、実施形態の燃料電池システム1では、非常停止/異常停止フラグがオフからオンに切り替わってから燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になるまで期間、燃料電池FCが発電しないように補機を駆動させている。 Therefore, in the fuel cell system 1 of the embodiment, the auxiliary equipment is configured so that the fuel cell FC does not generate electricity for a period from when the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on until the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or less than the threshold value Vth. is being driven.

図6は、実施形態の燃料電池システム1における非常停止/異常停止時の発電制御フラグ、燃料電池FCの電圧Vf、DCDCコンバータ制御フラグ、リレー制御フラグ、及び補機制御フラグの一例を示す図である。なお、図6(a)~図6(e)に示す各二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示し、図6(a)に示す実線は非常停止/異常停止フラグを示し、図6(b)に示す実線は燃料電池FCの電圧Vfを示し、図6(c)に示す実線はDCDCコンバータ制御フラグを示し、図6(d)に示す実線はリレー制御フラグを示し、図6(e)に示す実線は補機制御フラグを示す。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the power generation control flag, fuel cell FC voltage Vf, DCDC converter control flag, relay control flag, and auxiliary equipment control flag at the time of emergency stop/abnormal stop in the fuel cell system 1 of the embodiment. be. The horizontal axis of each two-dimensional coordinate shown in FIGS. 6(a) to 6(e) indicates time, the vertical axis indicates voltage, and the solid line shown in FIG. 6(a) indicates the emergency stop/abnormal stop flag. The solid line shown in FIG. 6(b) shows the voltage Vf of the fuel cell FC, the solid line shown in FIG. 6(c) shows the DCDC converter control flag, and the solid line shown in FIG. 6(d) shows the relay control flag. , the solid line shown in FIG. 6(e) indicates the auxiliary equipment control flag.

まず、時刻t21において、非常停止/異常停止フラグがオフ(電圧Vlow)からオン(電圧Vhigh)に切り替わると、DCDCコンバータ制御フラグ及びリレー制御フラグがそれぞれオン(電圧Vhigh)からオフ(電圧Vlow)に切り替わることで、スイッチSW1、SW2及びリレーReが常時オフする。このように、非常停止時/異常停止時において、リレーReが常時オフすることにより、燃料電池FCから蓄電装置Bへの電力供給をすぐに停止させることができる。 First, at time t21, when the emergency stop/abnormal stop flag switches from off (voltage Vlow) to on (voltage Vhigh), the DCDC converter control flag and relay control flag each switch from on (voltage Vhigh) to off (voltage Vlow). By switching, switches SW1, SW2 and relay Re are always turned off. In this way, during an emergency stop/abnormal stop, the relay Re is always turned off, so that the power supply from the fuel cell FC to the power storage device B can be immediately stopped.

また、時刻t21において、非常停止/異常停止フラグがオフからオンに切り替わると、補機制御フラグがオンを維持しつつ、燃料電池FCが発電しないように補機が駆動する。これにより、非常停止時/異常停止時において、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷を補機により消費させることができる。 Further, at time t21, when the emergency stop/abnormal stop flag is switched from off to on, the auxiliary equipment is driven so that the fuel cell FC does not generate electricity while the auxiliary equipment control flag remains on. Thereby, during an emergency stop/abnormal stop, the charge remaining in the fuel cell FC and the DC/DC converter CNV can be consumed by the auxiliary equipment.

そして、時刻t22において、燃料電池FCの電圧Vfが閾値Vth以下になると、補機制御フラグがオンからオフに切り替わり、補機が停止する。 Then, at time t22, when the voltage Vf of the fuel cell FC becomes equal to or lower than the threshold value Vth, the auxiliary machine control flag is switched from on to off, and the auxiliary machine stops.

このように、実施形態の燃料電池システム1では、非常停止時/異常停止時において、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷を蓄電装置Bによって消費できないような状況であっても、補機により消費させることができるため、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷をDCDCコンバータが備える比較的抵抗値が小さい素子で消費させる場合に比べて、燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷の単位時間あたりの消費量を増加させることができ、燃料電池FCの電圧VfやDCDCコンバータCNVの電圧を閾値Vth以下にするためにかかる時間を短縮することができる。また、燃料電池システム1で電荷を消費させる制御が完結するため、外部負荷によって燃料電池FCやDCDCコンバータCNVに残留する電荷を消費させる機能を持たせる必要が無い。そのため、燃料電池システム1を適用するアプリケーション自体に、設計変更を施さなくてよい。 As described above, in the fuel cell system 1 of the embodiment, even in a situation where the electric charge remaining in the fuel cell FC or the DC/DC converter CNV cannot be consumed by the power storage device B during an emergency stop/abnormal stop, the auxiliary equipment Compared to the case where the charge remaining in the fuel cell FC or the DCDC converter CNV is consumed by an element with a relatively small resistance value included in the DCDC converter, the charge remaining in the fuel cell FC or the DCDC converter CNV is It is possible to increase the consumption amount per unit time, and it is possible to shorten the time required to make the voltage Vf of the fuel cell FC and the voltage of the DC-DC converter CNV below the threshold value Vth. Furthermore, since the fuel cell system 1 completes the control for consuming electric charge, there is no need to provide a function to consume the electric charge remaining in the fuel cell FC or the DC/DC converter CNV by an external load. Therefore, there is no need to make any design changes to the application itself to which the fuel cell system 1 is applied.

また、実施形態の燃料電池システム1では、非常停止時/異常停止時において、燃料電池FCの電圧VfやDCDCコンバータCNVの電圧を比較的短い時間で低下させることができるため、燃料電池システム1内の故障部品をすぐに交換することができる。 In addition, in the fuel cell system 1 of the embodiment, the voltage Vf of the fuel cell FC and the voltage of the DCDC converter CNV can be reduced in a relatively short time during an emergency stop/abnormal stop. Malfunctioning parts can be replaced immediately.

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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and changes can be made without departing from the gist of the present invention.

<変形例1>
上記実施形態では、制御部3は、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えると、DCDCコンバータ制御フラグをオンからオフに切り替えてスイッチSW1、SW2を常時オフさせる構成であるが、非常停止/異常停止フラグをオフからオンに切り替えると、DCDCコンバータ制御フラグをオンからオフに切り替えてスイッチSW1を常時オンさせるとともにスイッチSW2を常時オフさせるように構成してもよい。
<Modification 1>
In the above embodiment, when the control unit 3 switches the emergency stop/abnormal stop flag from off to on, it switches the DCDC converter control flag from on to off and turns off the switches SW1 and SW2 at all times. /When the abnormal stop flag is switched from OFF to ON, the DCDC converter control flag may be switched from ON to OFF, so that the switch SW1 is always turned on and the switch SW2 is always turned off.

<変形例2>
DCDCコンバータCNVにおいて、スイッチSW1を省略してもよい。すなわち、スイッチSW1を省略する場合、DCDCコンバータCNVは、ハイサイドのダイオードD1と、ローサイドのスイッチSW2と、ダイオードD1及びスイッチSW2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、ダイオードD1及びスイッチSW2に並列接続されるコンデンサCとを備え、スイッチSW2をオン、オフさせることで燃料電池FCの電圧Vfを昇圧し、スイッチSW2を常時オフさせることで燃料電池FCの電圧Vfを降圧する。
<Modification 2>
In the DCDC converter CNV, the switch SW1 may be omitted. That is, when the switch SW1 is omitted, the DCDC converter CNV includes a high-side diode D1, a low-side switch SW2, an inductor L connected between the connection point of the diode D1 and the switch SW2, and the fuel cell FC, It is equipped with a diode D1 and a capacitor C connected in parallel to the switch SW2, and by turning on and off the switch SW2, the voltage Vf of the fuel cell FC is boosted, and by always turning off the switch SW2, the voltage Vf of the fuel cell FC is increased. Lower blood pressure.

<変形例3>
上記実施形態では、インダクタL、ハイサイドの素子(スイッチSW1やダイオードD1)、及びローサイドの素子(スイッチSW2やダイオードD2)からなる1相のDCDCコンバータCNVを採用しているが、2相以上のDCDCコンバータCNVを採用してもよい。なお、2相以上のDCDCコンバータCNVを採用する場合、制御部3は、各相のハイサイドの素子及びローサイドの素子のそれぞれのオン、オフの位相を互いにずらすことで、燃料電池FCの電圧Vfを目標電圧Vtに昇圧させる。
<Modification 3>
In the above embodiment, a one-phase DC/DC converter CNV consisting of an inductor L, high-side elements (switch SW1 and diode D1), and low-side elements (switch SW2 and diode D2) is adopted, but two-phase or more A DC/DC converter CNV may also be employed. In addition, when employing a DCDC converter CNV with two or more phases, the control unit 3 shifts the on/off phases of the high-side element and the low-side element of each phase from each other, thereby adjusting the voltage Vf of the fuel cell FC. is boosted to the target voltage Vt.

1 燃料電池システム
2 記憶部
3 制御部
Ve 車両
Lo 外部負荷
Sg 定置式発電機
FC 燃料電池
Tk 燃料タンク
SV 主止弁
INJ インジェクタ
GLS 気液分離機
HP 水素循環ポンプ
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
CNV DCDCコンバータ
B 蓄電装置
Sif 電流センサ
Svf 電圧センサ
Sib 電流センサ
Svb 電圧センサ
1 Fuel cell system 2 Storage unit 3 Control unit Ve Vehicle Lo External load Sg Stationary generator FC Fuel cell Tk Fuel tank SV Main stop valve INJ Injector GLS Gas-liquid separator HP Hydrogen circulation pump EDV Exhaust drain valve DIL Diluter ACP Air Compressor ARV Air pressure regulating valve ASV Air shutoff valve R Radiator F Fan WP Water pump IC Intercooler CNV DCDC converter B Power storage device Sif Current sensor Svf Voltage sensor Sib Current sensor Svb Voltage sensor

Claims (3)

燃料電池と、
ハイサイドのダイオードと、ローサイドのスイッチと、前記ダイオード及び前記スイッチの接続点と前記燃料電池との間に接続されるインダクタと、前記ダイオード及び前記スイッチに並列接続されるコンデンサとを備え、前記スイッチがオン、オフすることで前記燃料電池の電圧を昇圧させ、前記スイッチが常時オフすることで前記燃料電池の電圧を降圧させるDCDCコンバータと、
前記DCDCコンバータから出力される電力が供給される蓄電装置と、
前記DCDCコンバータと前記蓄電装置との間に接続されるリレーと、
前記DCDCコンバータと前記リレーとの間に接続され、前記燃料電池を発電させるための補機と、
前記スイッチ、前記リレー、及び前記補機の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、非常停止時または異常停止時、前記スイッチ及び前記リレーを常時オフさせるとともに前記燃料電池が発電されないように前記補機を駆動させて、前記燃料電池から前記インダクタ、前記ダイオード、及び前記コンデンサを介して前記補機に電流を流す
ことを特徴とする燃料電池システム。
fuel cell and
a high-side diode, a low-side switch, an inductor connected between a connection point between the diode and the switch and the fuel cell, and a capacitor connected in parallel to the diode and the switch, the switch a DC/DC converter that increases the voltage of the fuel cell by turning on and off, and decreases the voltage of the fuel cell by turning off the switch;
a power storage device to which power output from the DCDC converter is supplied;
a relay connected between the DCDC converter and the power storage device;
an auxiliary machine connected between the DC/DC converter and the relay for causing the fuel cell to generate electricity;
a control unit that controls operations of the switch, the relay, and the auxiliary equipment;
Equipped with
At the time of an emergency stop or an abnormal stop, the control unit always turns off the switch and the relay and drives the auxiliary equipment so that the fuel cell does not generate power, so that the inductor, the diode, and the inductor are removed from the fuel cell. A fuel cell system characterized in that current is caused to flow through the auxiliary equipment through the capacitor.
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、非常停止時または異常停止時、前記燃料電池から排出される水素ガスを前記燃料電池に再度供給するための水素循環ポンプを、前記補機として前記燃料電池内の水が前記燃料電池の外に排出されるように駆動させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
At the time of an emergency stop or an abnormal stop, the control unit controls a hydrogen circulation pump for re-supplying hydrogen gas discharged from the fuel cell to the fuel cell as the auxiliary equipment so that the water in the fuel cell can be used as the auxiliary equipment. A fuel cell system characterized by being driven so that fuel is discharged outside the battery.
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、非常停止時または異常停止時、2つ以上の前記補機を駆動させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The fuel cell system is characterized in that the control unit drives two or more of the auxiliary machines during an emergency stop or an abnormal stop.
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