JP4550955B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、燃料電池と該燃料電池の過渡出力変動時の要求電力に対する不足分をバックアップするための２次電池等の電気エネルギーバッファとを搭載したハイブリッド車等に設けられ、特に該燃料電池の利用率の低下を防止した燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、次のような文献に記載されるものがあった。
文献；特公平8-31328 号公報
図２は、前記文献に記載された従来の燃料電池システムの一例を示す概略の構成図である。
この燃料電池システムは、与えられた改質ガスを燃料として該燃料の量に対応した出力電流S1を発生する燃料電池1を有している。燃料電池1には、改質部1aが付属している。改質部1aは、前記改質ガスの供給量の指令値S11aを入力して該指令値S11aに対応した量の該改質ガスを燃料電池1に与えると共に、出力電流S1の限界電流値S1aを出力する機能を有している。出力電流S1は、電流検出部2で検出されるようになっている。電流検出部2は、出力電流S1の電流値を検出して電流検出値S2を出力するものである。燃料電池1の出力側には、降圧型の DC/DCコンバータで構成された電流調整部3が接続されている。電流調整部3は、出力電流S1を入力し、与えられた電流調整信号S11bに基づいて該出力電流S1の電流値を調整して出力電流S3を出力する機能を有している。電流調整部3の出力側には、出力電流S3の一部が充電電流S3aとして供給されて充電されるか、又は放電電流S4を出力する電気エネルギーバッファ（例えば、２次電池）4が接続されている。２次電池4には、該２次電池4の温度を検出して温度検出値S4a を出力する温度検出部4aが付属している。充電電流S3a及び放電電流S4は、電流検出部5で検出されるようになっている。電流検出部5は、充電電流S3a又は放電電流S4の電流値を検出して電流検出値S5を出力するものである。電流調整部3には、２次電池4の電圧値を検出して電圧検出値S6を出力する電圧検出部6が接続されている。
【０００３】
温度検出部4a、電流検出部5及び電圧検出部6には、２次電池管理部7が接続されている。２次電池管理部7は、温度検出値S4a、電流検出値S5及び電圧検出値S6を入力して２次電池4の定格容量に対する充電残容量の比率を示す充電状態（Surplus of Charge、以下、「ＳＯＣ」という）S7a を算出すると共に、該２次電池4から出力される電力値を示す２次電池電力値S7b を算出する機能を有している。出力電流S3及び放電電流S4は、電流検出部8で検出されるようになっている。電流検出部8は、出力電流S3及び放電電流S4の電流値を検出して電流検出値S8を出力するものである。更に、電流調整部3には、負荷駆動部9が接続されている。
負荷駆動部9は、出力電流S3及び放電電流S4を入力し、与えられた負荷制御信号S10aに応じた負荷電流S9を負荷Ｌに供給するものである。負荷駆動部9には、負荷制御部10が接続されている。負荷制御部10は、負荷電流S9の目標値を示す入力信号acと電流検出値S8とを入力し、該負荷電流S9に要求される値を示す要求負荷信号S10bと負荷制御信号S10aとを出力するものである。改質部1a、電流検出部2、電流調整部3、２次電池管理部7及び負荷制御部10には、制御部11が接続されている。制御部11は、限界電流値S1a、電流検出値S2、ＳＯＣS7a 、２次電池電力値S7b及び要求負荷信号S10bを入力し、指令値S11a及び電流調整信号S11bを出力する機能を有している。
【０００４】
次に、図２の動作を説明する。
制御部11から改質ガスの供給量の指令値S11aが改質部1aに送出され、該改質部1aから該指令値S11aに対応した量の該改質ガスが燃料として燃料電池1に与えられる。燃料電池1から燃料の量に対応した出力電流S1が出力される。出力電流S1の電流値は電流検出部2で検出され、該電流検出部2から電流検出値S2が出力される。又、改質部1aから出力電流S1の限界電流値S1aが出力される。出力電流S1は、電流調整部3で電流調整信号S11bに基づいて電流値が調整され、該電流調整部3から出力電流S3が出力される。出力電流S3の一部は、充電電流S3aとして２次電池4に供給され、２次電池4から放電電流S4が出力される。２次電池4の温度は温度検出部4aで検出され、該温度検出部4aから温度検出値S4a が出力される。充電電流S3a及び放電電流S4は、電流検出部5で検出され、該電流検出部5から電流検出値S5が出力される。２次電池4の電圧値は電圧検出部6で検出され、該電圧検出部6から電圧検出値S6が出力される。
【０００５】
温度検出値S4a、電流検出値S5及び電圧検出値S6は２次電池管理部7に入力され、該２次電池管理部7からＳＯＣS7a 及び２次電池電力値S7b が出力される。出力電流S3及び放電電流S4は電流検出部8で検出され、該電流検出部8から電流検出値S8が出力される。出力電流S3及び放電電流S4は負荷駆動部9に入力され、該負荷駆動部9から負荷制御信号S10aに応じた負荷電流S9が負荷Ｌに供給される。負荷電流S9の目標値を示す入力信号ac及び電流検出値S8は負荷制御部10に入力され、該負荷制御部10から要求負荷信号S10b及び負荷制御信号S10aが出力される。限界電流値S1a、電流検出値S2、ＳＯＣS7a 、２次電池電力値S7b及び要求負荷信号S10bは制御部11に入力され、該制御部11から指令値S11a及び電流調整信号S11bが出力される。この制御部11は、負荷Ｌが大きく変動し、燃料電池1の応答が間に合わない場合でも、負荷Ｌに対して安定した電力を供給するように動作し、且つ燃料電池1の発電量に２次電池4のＳＯＣS7aに応じた補正を加えることにより、２次電池4の過放電や過充電を防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図２の燃料電池システムでは、次のような課題があった。
図３は、図２中の出力電流S3及び放電電流S4の一例を示す特性図であり、縦軸に電圧、及び横軸に電流がとられている。
図２の燃料電池システムでは、図３に示すように、出力電流S3の電流値が約140A以下の領域Ｃでは、該出力電流S3の電圧が２次電池4の無負荷時の電圧（即ち、約325V）よりも大きく、燃料電池1から２次電池4へ正常に充電される。出力電流S3の電流値が約140A以上の領域Ｄでは、該出力電流S3の電圧が２次電池4の無負荷時の電圧よりも小さくなり、燃料電池1から２次電池4へ充電されない。ところが、制御部11は、燃料電池1の発電量に２次電池4のＳＯＣS7aに応じた補正を加えることによって該燃料電池1を制御するので、該燃料電池1から該ＳＯＣS7a及び負荷Ｌに対応した出力電流S1が出力される。そのため、出力電流S1には、２次電池4に対する充電電流が含まれているが、この充電電流が２次電池4の充電に使用されず、燃料電池1の利用率が著しく低下するという課題があった。その上、２次電池4が充電されないので、ＳＯＣS7aが上昇せず、燃料電池1に対する燃料の供給量が更に増加し、該燃料電池1の燃料制御系の図示しないオフガス燃焼器、蒸発器及び改質器が過熱して暴走し、燃料の利用率が極度に低下することがあるという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料電池と、過渡応答に対応する電気エネルギーバッファとを備え、負荷電流に要求される値を示す要求負荷信号と前記電気エネルギーバッファの充電状態とに基づいて前記燃料電池に対する燃料の供給量が制御される燃料電池システムにおいて、前記電気エネルギーバッファの残容量が所定値よりも低下して、当該電気エネルギーバッファへの充電が必要な場合でも、前記燃料電池の出力電圧が前記電気エネルギーバッファの無負荷時の出力電圧よりも低くなる高負荷領域では前記充電を制限し、該燃料電池の目標発電量を、該電気エネルギーバッファに対する充電電力を除いて算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、燃料ガスを供給されて発電する燃料電池と、電力を蓄える電気エネルギーバッファと、前記電気エネルギーバッファの残容量に応じて発電の制御を実行する制御装置とを備える燃料電池システムであり、前記制御装置は、前記残容量が所定値よりも低下すると、前記電気エネルギーバッファを充電する充電用の発電量を加味して目標発電量を算出する一方、前記残容量が所定値よりも低下した場合であっても、前記燃料電池の出力である出力電圧が前記電気エネルギーバッファの無負荷時の出力電圧よりも低くなるような高負荷領域では、前記燃料電池による前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記制御装置は、前記電気エネルギーバッファを充電する場合は、前記負荷が必要とする電力量と、前記電気エネルギーバッファへの充電電力量とを合算して目標発電量を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記制御装置は、前記燃料電池に供給する燃料ガスの量を、前記目標発電量に基づいて設定する制御を実行することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、前記制御装置は、前記燃料電池から取り出す電流の量を、前記目標発電量に基づいて設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、前記電気エネルギーバッファの残容量と前記燃料電池の出力と前記充電用の発電量の制限値との対応関係を定義した制限情報を記憶した記憶手段を備え、前記制御装置は、前記記憶手段に記憶された制限情報を参照して、前記残容量と前記燃料電池の出力とから、前記充電用の発電量の制限値を設定することで、前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、燃料ガスを供給されて発電する燃料電池と、電力を蓄える電気エネルギーバッファと、前記電気エネルギーバッファの残容量に応じて発電の制御を実行する制御装置とを備え、前記残容量が所定値よりも低下すると、前記電気エネルギーバッファを充電する充電用の発電量を加味して目標発電量を算出する燃料電池システムであって、前記電気エネルギーバッファの残容量と前記燃料電池の出力と前記充電用の発電量の制限値との対応関係を、充電側では、前記燃料電池の出力が高くなると当該出力が低いときよりも前記充電用の発電量が小さくなるように前記制限値を定義した制限情報を記憶した記憶手段を備え、前記制御装置は、前記記憶手段に記憶された制限情報を参照して、前記残容量と前記燃料電池の出力とから、前記充電用の発電量の制限値を設定することで、前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の燃料電池システムの一例を示す構成図である。
この燃料電池システムは、与えられた改質ガスを燃料として該燃料の量に対応した出力電流S21を発生する燃料電池21を有している。燃料電池21には、改質部21aが付属している。改質部21aは、前記改質ガスの供給量の指令値S31aを入力して該指令値S31aに対応した量の該改質ガスを燃料電池21に与えると共に、出力電流S21の限界電流値S21aを出力する機能を有している。出力電流S21は、第１の電流検出部22で検出されるようになっている。電流検出部22は、例えば、電流センサ等で構成され、出力電流S21の電流値を検出して電流検出値S22を出力するものである。燃料電池21の出力側には、降圧型の DC/DCコンバータで構成された電流調整部23が接続されている。電流調整部23は、出力電流S21を入力し、与えられた電流調整信号S31bに基づいて該出力電流S21の電流値を調整して出力電流S23を出力する機能を有している。電流調整部23の出力側には、出力電流S23の一部が充電電流S23aとして供給されて充電されるか、又は放電電流S24を出力する２次電池24が接続されている。２次電池24には、例えば、温度センサ等で構成され、該２次電池24の温度を検出して温度検出値S24aを出力する温度検出部24aが付属している。充電電流S23a及び放電電流S24は、第２の電流検出部25で検出されるようになっている。電流検出部25は、例えば、電流センサ等で構成され、充電電流S23a又は放電電流S24の電流値を検出して電流検出値S25を出力するものである。電流調整部23には、２次電池24の電圧値を検出して電圧検出値S26を出力する電圧検出部26が接続されている。
【００１４】
温度検出部24a、電流検出部25及び電圧検出部26には、２次電池管理部27が接続されている。２次電池管理部27は、例えばＬＵＴ(Look Up Table) 等で構成され、温度検出値S24a、電流検出値S25及び電圧検出値S26を入力して２次電池24のＳＯＣS27aを算出すると共に、該２次電池24から出力される電力値を示す２次電池電力値S27bを算出する機能を有している。出力電流S23及び放電電流S24は、第３の電流検出部28で検出されるようになっている。電流検出部28は、例えば、電流センサ等で構成され、出力電流S23及び放電電流S24の電流値を検出して電流検出値S28を出力するものである。更に、電流調整部23には、負荷駆動部29が接続されている。負荷駆動部29は、出力電流S23及び放電電流S24を入力し、与えられた負荷制御信号S30aに応じた負荷電流S29を負荷Ｌに供給するものである。負荷駆動部29には、負荷制御部30が接続されている。負荷制御部30は、負荷電流S29の目標値を示す入力信号acと電流検出値S28とを入力し、該負荷電流S29に要求される値を示す要求負荷信号S30bと負荷制御信号S30aとを出力するものである。改質部21a、電流検出部22、電流調整部23、２次電池管理部27及び負荷制御部30には、制御部31が接続されている。制御部31は、例えば、中央処理装置や多数の論理回路等で構成され、限界電流値S21a、電流検出値S22、ＳＯＣS27a、２次電池電力値S27b及び要求負荷信号S30bを入力し、指令値S31a及び電流調整信号S31bを出力する機能を有している。
【００１５】
図４は、図１中の制御部31の一例を示す構成図である。
この制御部31は、２次電池目標電力テーブル31-1を有している。２次電池目標電力テーブル31-1は、例えばＬＵＴ等で構成され、ＳＯＣS27aを入力して該ＳＯＣS27aに応じた２次電池24の入出力の目標電力値S31-1を出力するものである。２次電池目標電力テーブル31-1の出力側には、目標電力値S31-1から２次電池電力値S27bを減算して第１の減算結果S31-2 を出力する第１の減算部31-2が接続されている。減算部31-2の出力側には、減算結果S31-2 を入力してPI制御し、第１の制御結果S31-3を出力する第１のPI制御部31-3が接続されている。PI制御部31-3の出力側には、リミッタ31-4が接続されている。リミッタ31-4は、例えばＬＵＴ等で構成され、ＳＯＣS27a、要求負荷信号S30b及び制御結果S31-3を入力し、該制御結果S31-3 の値を該ＳＯＣS27a及び該要求負荷信号S30bの値に対応した２次電池電力値S27bの範囲内に制限して２次電池24に対する充電電力値S31-4 を出力するものである。
【００１６】
リミッタ31-4の出力側には、要求負荷信号S30bから充電電力値S31-4 を減算して第２の減算結果S31-5を出力する第２の減算部31-5が接続されている。減算部31-5の出力側には、目標発電量算出部31-6が接続されている。目標発電量算出部31-6は、減算結果S31-5を入力し、該減算結果S31-5を予め求められた電流調整部23の効率で除算して燃料電池24の目標発電量S31-6を算出する機能を有している。目標発電量算出部31-6の出力側には、目標発電量S31-6を前記改質ガスの供給量の指令値S31aに変換する電力／原料供給量変換部31-7が接続されている。又、目標発電量算出部31-6の出力側には、目標発電量S31-6を入力して燃料電池24の目標電流値S31-8に変換して出力する電力／電流変換部31-8が接続されている。電力／電流変換部31-8の出力側には、比較選択部31-9が接続されている。比較選択部31-9は、目標電流値S31-8と限界電流値S21aとの大小を比較し、これらのうちの小さい方を選択して出力電流S23の目標値S31-9として出力する機能を有している。比較選択部31-9の出力側には、目標値S31-9から電流検出値S22を減算して第３の減算結果S31-10を出力する第３の減算部31-10が接続されている。減算部31-10の出力側には、減算結果S31-10を入力してPI制御し、第２の制御結果を生成して電流調整部22へ電流調整信号S31bとして与える第２のPI制御部31-11が接続されている。
【００１７】
図５は図４中の２次電池目標電力テーブル31-1の一例を示す特性図であり、縦軸に目標電力値S31-1、及び横軸にＳＯＣS27aがとられている。図６は図４中のリミッタ31-4におけるリミッタテーブルの一例を示す特性図であり、縦軸に充放電可能電力値S31-4、及び横軸に要求負荷信号S30bがとられている。
これらの図５及び図６を参照しつつ、図１の燃料電池システムの動作を説明する。
制御部31から改質ガスの供給量の指令値S31aが改質部21aに送出され、該改質部21aから該指令値S31aに対応した量の該改質ガスが燃料として燃料電池21に与えられる。燃料電池21から燃料の量に対応した出力電流S21が出力される。出力電流S21の電流値は電流検出部22で検出され、該電流検出部22から電流検出値S22が出力される。又、改質部21aから出力電流S21の限界電流値S21aが出力される。
出力電流S21は、電流調整部23で電流調整信号S31bに基づいて電流値が調整され、該電流調整部23から出力電流S23が出力される。出力電流S23の一部は、充電電流S23aとして２次電池24に供給され、２次電池24から放電電流S24が出力される。２次電池24の温度は温度検出部24aで検出され、該温度検出部24aから温度検出値S24aが出力される。充電電流S23a及び放電電流S24は、電流検出部25で検出され、該電流検出部25から電流検出値S25が出力される。２次電池24の電圧値は電圧検出部26で検出され、該電圧検出部26から電圧検出値S26が出力される。
【００１８】
温度検出値S24a、電流検出値S25及び電圧検出値S26は２次電池管理部27に入力され、該２次電池管理部27からＳＯＣS27a及び２次電池電力値S27bが出力される。出力電流S23及び放電電流S24は電流検出部28で検出され、該電流検出部28から電流検出値S28が出力される。出力電流S23及び放電電流S24は負荷駆動部29に入力され、該負荷駆動部29から負荷制御信号S30aに応じた負荷電流S29が負荷Ｌに供給される。負荷電流S29の目標値を示す入力信号ac及び電流検出値S28は負荷制御部30に入力され、該負荷制御部30から要求負荷信号S30b及び負荷制御信号S30aが出力される。限界電流値S21a、電流検出値S22、ＳＯＣS27a、２次電池電力値S27b及び要求負荷信号S30bは制御部31に入力され、該制御部31から指令値S31a及び電流調整信号S31bが出力される。
【００１９】
制御部31では、ＳＯＣS27aが２次電池目標電力テーブル31-1に入力され、該２次電池目標電力テーブル31-1から該ＳＯＣS27aに対応した２次電池24の入出力の目標電力値S31-1が出力される。この場合、例えば図５に示すように、ＳＯＣS27aが50％以上の領域では、ＳＯＣS27aに対応した２次電池24から出力される放電電力の目標電力値S31-1が出力される。又、ＳＯＣS27aが50％以下の領域では、ＳＯＣS27aに対応した２次電池24に入力される充電電力の目標電力値S31-1が出力される。目標電力値S31-1は、減算部31-2に入力されて２次電池電力値S27bが減算され、該減算部31-2から減算結果S31-2 が出力される。減算結果S31-2は、PI制御部31-3に入力されてPI制御され、該PI制御部31-3から制御結果S31-3が出力される。制御結果S31-3は、リミッタ31-4に入力されてＳＯＣS27a及び要求負荷信号S30bの値に対応した２次電池電力値S27bの範囲内に制限され、該リミッタ31-4から２次電池24に対する充電電力値S31-4が出力される。この場合、例えば図６に示すように、ＳＯＣS27aが80%以上の場合、充放電可能電力値S31-4は特性直線αで表される。そして、特性直線α上の要求負荷信号S30bの値に対応した充放電可能電力値S31-4がリミッタ31-4から出力される。ＳＯＣS27aが20%以下の場合、充放電可能電力値S31-4は特性曲線βで表される。そして、特性直線β上の要求負荷信号S30bの値に対応した充放電可能電力値S31-4がリミッタ31-4から出力される。
【００２０】
充放電可能電力値S31-4は減算部31-5に入力され、該減算部31-5で要求負荷信号S30bから該充放電可能電力値S31-4が減算されて減算結果S31-5が出力される。
この場合、要求負荷信号S30bから例えば特性直線α上の充放電可能電力値S31-4が減算された場合、減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bから２次電池24に対する充電電力が除かれた値になる。又、要求負荷信号S30bから例えば特性直線β上の充放電可能電力値S31-4が減算された場合、要求負荷信号S30bが30kW以上の領域では減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bと同一の値になり、要求負荷信号S30bが30kW以下の領域では、減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bと２次電池24に対する充電電力とが加算された値になる。減算結果S31-5は目標発電量算出部31-6に入力され、該目標発電量算出部31-6で該減算結果S31-5が電流調整部23の効率で除算されて燃料電池24の目標発電量S31-6が算出される。目標発電量S31-6は、電力／原料供給量変換部31-7に入力されて改質ガスの供給量の指令値S31aに変換される。又、目標発電量S31-6は、電力／電流変換部31-8に入力されて燃料電池24の目標電流値S31-8に変換される。目標電流値S31-8は、比較選択部31-9に入力されて限界電流値S21aと大小比較され、該比較選択部31-9からこれらのうちの小さい方が出力電流S23の目標値S31-9として出力される。目標値S31-9は、減算部31-10に入力されて電流検出値S22が減算され、該減算部31-10から減算結果S31-10が出力される。減算結果S31-10はPI制御部31-11に入力されてPI制御され、該PI制御部31-11から電流調整信号S31bが出力される。電流調整信号S31bは、電流調整部22へ送出される。
【００２１】
以上のように、この実施形態では、要求負荷信号S30bから図６中の特性直線α上の充放電可能電力値S31-4が減算された場合、減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bから２次電池24に対する充電電力が除かれた値になり、上限規定維持値状態の２次電池24に対して燃料電池21からの充電電力が供給されることはない。そのため、回生電力の受入れ能力を維持しつつ、燃料電池21の利用率の低下が防止できると共に２次電池24の過充電が防止され、且つ燃料電池21の暴走が防止できる。又、要求負荷信号S30bから図６中の特性直線β上の充放電可能電力値S31-4が減算された場合、要求負荷信号S30bが30kW以上の領域では減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bと同一の値になり、要求負荷信号S30bが30kW以下の領域では減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bと２次電池24に対する充電電力とが加算された値になる。そのため、下限規定維持値状態の２次電池24の過放電が防止できる。
【００２２】
尚、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次のようなものがある。
（ａ） 図５の２次電池目標電流テーブル31-1の特性では、ＳＯＣS27aが50％のときに目標電力値S31-1が０kWになっているが、この50％の値は他の値でもよい。
（ｂ） 図６のリミッタテーブルの特性では、要求負荷信号S30bが30kW以上の領域で充電電力値S31-4が０kWになっているが、この30kWの値は他の値でもよい。
（ｃ） 図１中の２次電池24は、例えば、電気二重層コンデンサ等の電気エネルギーストレージデバイスでもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、要求負荷信号からリミッタで制限された充電電力値が減算された場合、第２の減算結果は該要求負荷信号から電気エネルギーバッファに対する充電電力が除かれた値になり、規定上限値に充電された状態の該電気エネルギーバッファに対して充電電力が供給されることはない。そのため、回生電力の受入れ能力を維持しつつ、電気エネルギーバッファの利用率を向上できると共に該電気エネルギーバッファの過充電を防止でき、且つ燃料電池の暴走を防止できる。又、要求負荷信号からリミッタで制限された充電電力値が減算された場合、要求負荷信号が所定値以上の領域では第２の減算結果は要求負荷信号と同一の値になり、要求負荷信号が該所定値以下の領域では該第２の減算結果が要求負荷信号に電気エネルギーバッファに対する充電電力が加算された値になる。そのため、規定下限値に放電された状態の電気エネルギーバッファの過放電を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【図２】従来の燃料電池システムの構成図である。
【図３】図２中の出力電流S3及び放電電流S4の特性図である。
【図４】図１中の制御部31の構成図である。
【図５】図４中の２次電池目標電流テーブル31-1の特性図である。
【図６】図４中のリミッタ31-4におけるリミッタテーブルの特性図である。
【符号の説明】
21 燃料電池
22，25，28 電流検出部
23 電流調整部
24 ２次電池
24a 温度検出部
26 電圧検出部
27 ２次電池管理部
29 負荷駆動部
30 負荷制御部
31 制御部
31-1 ２次電池目標電力テーブル
31-2，31-10，31-5 減算部
31-3，31-11 PI制御部
31-4 リミッタ
31-6 目標発電量算出部
31-7 電力／原料供給量変換部
31-8 電力／電流変換部
31-9 比較選択部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、燃料電池と該燃料電池の過渡出力変動時の要求電力に対する不足分をバックアップするための２次電池等の電気エネルギーバッファとを搭載したハイブリッド車等に設けられ、特に該燃料電池の利用率の低下を防止した燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、次のような文献に記載されるものがあった。
文献；特公平8-31328 号公報
図２は、前記文献に記載された従来の燃料電池システムの一例を示す概略の構成図である。
この燃料電池システムは、与えられた改質ガスを燃料として該燃料の量に対応した出力電流S1を発生する燃料電池1を有している。燃料電池1には、改質部1aが付属している。改質部1aは、前記改質ガスの供給量の指令値S11aを入力して該指令値S11aに対応した量の該改質ガスを燃料電池1に与えると共に、出力電流S1の限界電流値S1aを出力する機能を有している。出力電流S1は、電流検出部2で検出されるようになっている。電流検出部2は、出力電流S1の電流値を検出して電流検出値S2を出力するものである。燃料電池1の出力側には、降圧型の DC/DCコンバータで構成された電流調整部3が接続されている。電流調整部3は、出力電流S1を入力し、与えられた電流調整信号S11bに基づいて該出力電流S1の電流値を調整して出力電流S3を出力する機能を有している。電流調整部3の出力側には、出力電流S3の一部が充電電流S3aとして供給されて充電されるか、又は放電電流S4を出力する電気エネルギーバッファ（例えば、２次電池）4が接続されている。２次電池4には、該２次電池4の温度を検出して温度検出値S4a を出力する温度検出部4aが付属している。充電電流S3a及び放電電流S4は、電流検出部5で検出されるようになっている。電流検出部5は、充電電流S3a又は放電電流S4の電流値を検出して電流検出値S5を出力するものである。電流調整部3には、２次電池4の電圧値を検出して電圧検出値S6を出力する電圧検出部6が接続されている。
【０００３】
温度検出部4a、電流検出部5及び電圧検出部6には、２次電池管理部7が接続されている。２次電池管理部7は、温度検出値S4a、電流検出値S5及び電圧検出値S6を入力して２次電池4の定格容量に対する充電残容量の比率を示す充電状態（Surplus of Charge、以下、「ＳＯＣ」という）S7a を算出すると共に、該２次電池4から出力される電力値を示す２次電池電力値S7b を算出する機能を有している。出力電流S3及び放電電流S4は、電流検出部8で検出されるようになっている。電流検出部8は、出力電流S3及び放電電流S4の電流値を検出して電流検出値S8を出力するものである。更に、電流調整部3には、負荷駆動部9が接続されている。
負荷駆動部9は、出力電流S3及び放電電流S4を入力し、与えられた負荷制御信号S10aに応じた負荷電流S9を負荷Ｌに供給するものである。負荷駆動部9には、負荷制御部10が接続されている。負荷制御部10は、負荷電流S9の目標値を示す入力信号acと電流検出値S8とを入力し、該負荷電流S9に要求される値を示す要求負荷信号S10bと負荷制御信号S10aとを出力するものである。改質部1a、電流検出部2、電流調整部3、２次電池管理部7及び負荷制御部10には、制御部11が接続されている。制御部11は、限界電流値S1a、電流検出値S2、ＳＯＣS7a 、２次電池電力値S7b及び要求負荷信号S10bを入力し、指令値S11a及び電流調整信号S11bを出力する機能を有している。
【０００４】
次に、図２の動作を説明する。
制御部11から改質ガスの供給量の指令値S11aが改質部1aに送出され、該改質部1aから該指令値S11aに対応した量の該改質ガスが燃料として燃料電池1に与えられる。燃料電池1から燃料の量に対応した出力電流S1が出力される。出力電流S1の電流値は電流検出部2で検出され、該電流検出部2から電流検出値S2が出力される。又、改質部1aから出力電流S1の限界電流値S1aが出力される。出力電流S1は、電流調整部3で電流調整信号S11bに基づいて電流値が調整され、該電流調整部3から出力電流S3が出力される。出力電流S3の一部は、充電電流S3aとして２次電池4に供給され、２次電池4から放電電流S4が出力される。２次電池4の温度は温度検出部4aで検出され、該温度検出部4aから温度検出値S4a が出力される。充電電流S3a及び放電電流S4は、電流検出部5で検出され、該電流検出部5から電流検出値S5が出力される。２次電池4の電圧値は電圧検出部6で検出され、該電圧検出部6から電圧検出値S6が出力される。
【０００５】
温度検出値S4a、電流検出値S5及び電圧検出値S6は２次電池管理部7に入力され、該２次電池管理部7からＳＯＣS7a 及び２次電池電力値S7b が出力される。出力電流S3及び放電電流S4は電流検出部8で検出され、該電流検出部8から電流検出値S8が出力される。出力電流S3及び放電電流S4は負荷駆動部9に入力され、該負荷駆動部9から負荷制御信号S10aに応じた負荷電流S9が負荷Ｌに供給される。負荷電流S9の目標値を示す入力信号ac及び電流検出値S8は負荷制御部10に入力され、該負荷制御部10から要求負荷信号S10b及び負荷制御信号S10aが出力される。限界電流値S1a、電流検出値S2、ＳＯＣS7a 、２次電池電力値S7b及び要求負荷信号S10bは制御部11に入力され、該制御部11から指令値S11a及び電流調整信号S11bが出力される。この制御部11は、負荷Ｌが大きく変動し、燃料電池1の応答が間に合わない場合でも、負荷Ｌに対して安定した電力を供給するように動作し、且つ燃料電池1の発電量に２次電池4のＳＯＣS7aに応じた補正を加えることにより、２次電池4の過放電や過充電を防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図２の燃料電池システムでは、次のような課題があった。
図３は、図２中の出力電流S3及び放電電流S4の一例を示す特性図であり、縦軸に電圧、及び横軸に電流がとられている。
図２の燃料電池システムでは、図３に示すように、出力電流S3の電流値が約140A以下の領域Ｃでは、該出力電流S3の電圧が２次電池4の無負荷時の電圧（即ち、約325V）よりも大きく、燃料電池1から２次電池4へ正常に充電される。出力電流S3の電流値が約140A以上の領域Ｄでは、該出力電流S3の電圧が２次電池4の無負荷時の電圧よりも小さくなり、燃料電池1から２次電池4へ充電されない。ところが、制御部11は、燃料電池1の発電量に２次電池4のＳＯＣS7aに応じた補正を加えることによって該燃料電池1を制御するので、該燃料電池1から該ＳＯＣS7a及び負荷Ｌに対応した出力電流S1が出力される。そのため、出力電流S1には、２次電池4に対する充電電流が含まれているが、この充電電流が２次電池4の充電に使用されず、燃料電池1の利用率が著しく低下するという課題があった。その上、２次電池4が充電されないので、ＳＯＣS7aが上昇せず、燃料電池1に対する燃料の供給量が更に増加し、該燃料電池1の燃料制御系の図示しないオフガス燃焼器、蒸発器及び改質器が過熱して暴走し、燃料の利用率が極度に低下することがあるという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料電池と、過渡応答に対応する電気エネルギーバッファとを備え、負荷電流に要求される値を示す要求負荷信号と前記電気エネルギーバッファの充電状態とに基づいて前記燃料電池に対する燃料の供給量が制御される燃料電池システムにおいて、前記電気エネルギーバッファの残容量が所定値よりも低下して、当該電気エネルギーバッファへの充電が必要な場合でも、前記燃料電池の出力電圧が前記電気エネルギーバッファの無負荷時の出力電圧よりも低くなる高負荷領域では前記充電を制限し、該燃料電池の目標発電量を、該電気エネルギーバッファに対する充電電力を除いて算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、燃料ガスを供給されて発電する燃料電池と、電力を蓄える電気エネルギーバッファと、前記電気エネルギーバッファの残容量に応じて発電の制御を実行する制御装置とを備える燃料電池システムであり、前記制御装置は、前記残容量が所定値よりも低下すると、前記電気エネルギーバッファを充電する充電用の発電量を加味して目標発電量を算出する一方、前記残容量が所定値よりも低下した場合であっても、前記燃料電池の出力である出力電圧が前記電気エネルギーバッファの無負荷時の出力電圧よりも低くなるような高負荷領域では、前記燃料電池による前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記制御装置は、前記電気エネルギーバッファを充電する場合は、前記負荷が必要とする電力量と、前記電気エネルギーバッファへの充電電力量とを合算して目標発電量を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記制御装置は、前記燃料電池に供給する燃料ガスの量を、前記目標発電量に基づいて設定する制御を実行することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、前記制御装置は、前記燃料電池から取り出す電流の量を、前記目標発電量に基づいて設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、前記電気エネルギーバッファの残容量と前記燃料電池の出力と前記充電用の発電量の制限値との対応関係を定義した制限情報を記憶した記憶手段を備え、前記制御装置は、前記記憶手段に記憶された制限情報を参照して、前記残容量と前記燃料電池の出力とから、前記充電用の発電量の制限値を設定することで、前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、燃料ガスを供給されて発電する燃料電池と、電力を蓄える電気エネルギーバッファと、前記電気エネルギーバッファの残容量に応じて発電の制御を実行する制御装置とを備え、前記残容量が所定値よりも低下すると、前記電気エネルギーバッファを充電する充電用の発電量を加味して目標発電量を算出する燃料電池システムであって、前記電気エネルギーバッファの残容量と前記燃料電池の出力と前記充電用の発電量の制限値との対応関係を、充電側では、前記燃料電池の出力が高くなると当該出力が低いときよりも前記充電用の発電量が小さくなるように前記制限値を定義した制限情報を記憶した記憶手段を備え、前記制御装置は、前記記憶手段に記憶された制限情報を参照して、前記残容量と前記燃料電池の出力とから、前記充電用の発電量の制限値を設定することで、前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の燃料電池システムの一例を示す構成図である。
この燃料電池システムは、与えられた改質ガスを燃料として該燃料の量に対応した出力電流S21を発生する燃料電池21を有している。燃料電池21には、改質部21aが付属している。改質部21aは、前記改質ガスの供給量の指令値S31aを入力して該指令値S31aに対応した量の該改質ガスを燃料電池21に与えると共に、出力電流S21の限界電流値S21aを出力する機能を有している。出力電流S21は、第１の電流検出部22で検出されるようになっている。電流検出部22は、例えば、電流センサ等で構成され、出力電流S21の電流値を検出して電流検出値S22を出力するものである。燃料電池21の出力側には、降圧型の DC/DCコンバータで構成された電流調整部23が接続されている。電流調整部23は、出力電流S21を入力し、与えられた電流調整信号S31bに基づいて該出力電流S21の電流値を調整して出力電流S23を出力する機能を有している。電流調整部23の出力側には、出力電流S23の一部が充電電流S23aとして供給されて充電されるか、又は放電電流S24を出力する２次電池24が接続されている。２次電池24には、例えば、温度センサ等で構成され、該２次電池24の温度を検出して温度検出値S24aを出力する温度検出部24aが付属している。充電電流S23a及び放電電流S24は、第２の電流検出部25で検出されるようになっている。電流検出部25は、例えば、電流センサ等で構成され、充電電流S23a又は放電電流S24の電流値を検出して電流検出値S25を出力するものである。電流調整部23には、２次電池24の電圧値を検出して電圧検出値S26を出力する電圧検出部26が接続されている。
【００１４】
温度検出部24a、電流検出部25及び電圧検出部26には、２次電池管理部27が接続されている。２次電池管理部27は、例えばＬＵＴ(Look Up Table) 等で構成され、温度検出値S24a、電流検出値S25及び電圧検出値S26を入力して２次電池24のＳＯＣS27aを算出すると共に、該２次電池24から出力される電力値を示す２次電池電力値S27bを算出する機能を有している。出力電流S23及び放電電流S24は、第３の電流検出部28で検出されるようになっている。電流検出部28は、例えば、電流センサ等で構成され、出力電流S23及び放電電流S24の電流値を検出して電流検出値S28を出力するものである。更に、電流調整部23には、負荷駆動部29が接続されている。負荷駆動部29は、出力電流S23及び放電電流S24を入力し、与えられた負荷制御信号S30aに応じた負荷電流S29を負荷Ｌに供給するものである。負荷駆動部29には、負荷制御部30が接続されている。負荷制御部30は、負荷電流S29の目標値を示す入力信号acと電流検出値S28とを入力し、該負荷電流S29に要求される値を示す要求負荷信号S30bと負荷制御信号S30aとを出力するものである。改質部21a、電流検出部22、電流調整部23、２次電池管理部27及び負荷制御部30には、制御部31が接続されている。制御部31は、例えば、中央処理装置や多数の論理回路等で構成され、限界電流値S21a、電流検出値S22、ＳＯＣS27a、２次電池電力値S27b及び要求負荷信号S30bを入力し、指令値S31a及び電流調整信号S31bを出力する機能を有している。
【００１５】
図４は、図１中の制御部31の一例を示す構成図である。
この制御部31は、２次電池目標電力テーブル31-1を有している。２次電池目標電力テーブル31-1は、例えばＬＵＴ等で構成され、ＳＯＣS27aを入力して該ＳＯＣS27aに応じた２次電池24の入出力の目標電力値S31-1を出力するものである。２次電池目標電力テーブル31-1の出力側には、目標電力値S31-1から２次電池電力値S27bを減算して第１の減算結果S31-2 を出力する第１の減算部31-2が接続されている。減算部31-2の出力側には、減算結果S31-2 を入力してPI制御し、第１の制御結果S31-3を出力する第１のPI制御部31-3が接続されている。PI制御部31-3の出力側には、リミッタ31-4が接続されている。リミッタ31-4は、例えばＬＵＴ等で構成され、ＳＯＣS27a、要求負荷信号S30b及び制御結果S31-3を入力し、該制御結果S31-3 の値を該ＳＯＣS27a及び該要求負荷信号S30bの値に対応した２次電池電力値S27bの範囲内に制限して２次電池24に対する充電電力値S31-4 を出力するものである。
【００１６】
リミッタ31-4の出力側には、要求負荷信号S30bから充電電力値S31-4 を減算して第２の減算結果S31-5を出力する第２の減算部31-5が接続されている。減算部31-5の出力側には、目標発電量算出部31-6が接続されている。目標発電量算出部31-6は、減算結果S31-5を入力し、該減算結果S31-5を予め求められた電流調整部23の効率で除算して燃料電池24の目標発電量S31-6を算出する機能を有している。目標発電量算出部31-6の出力側には、目標発電量S31-6を前記改質ガスの供給量の指令値S31aに変換する電力／原料供給量変換部31-7が接続されている。又、目標発電量算出部31-6の出力側には、目標発電量S31-6を入力して燃料電池24の目標電流値S31-8に変換して出力する電力／電流変換部31-8が接続されている。電力／電流変換部31-8の出力側には、比較選択部31-9が接続されている。比較選択部31-9は、目標電流値S31-8と限界電流値S21aとの大小を比較し、これらのうちの小さい方を選択して出力電流S23の目標値S31-9として出力する機能を有している。比較選択部31-9の出力側には、目標値S31-9から電流検出値S22を減算して第３の減算結果S31-10を出力する第３の減算部31-10が接続されている。減算部31-10の出力側には、減算結果S31-10を入力してPI制御し、第２の制御結果を生成して電流調整部22へ電流調整信号S31bとして与える第２のPI制御部31-11が接続されている。
【００１７】
図５は図４中の２次電池目標電力テーブル31-1の一例を示す特性図であり、縦軸に目標電力値S31-1、及び横軸にＳＯＣS27aがとられている。図６は図４中のリミッタ31-4におけるリミッタテーブルの一例を示す特性図であり、縦軸に充放電可能電力値S31-4、及び横軸に要求負荷信号S30bがとられている。
これらの図５及び図６を参照しつつ、図１の燃料電池システムの動作を説明する。
制御部31から改質ガスの供給量の指令値S31aが改質部21aに送出され、該改質部21aから該指令値S31aに対応した量の該改質ガスが燃料として燃料電池21に与えられる。燃料電池21から燃料の量に対応した出力電流S21が出力される。出力電流S21の電流値は電流検出部22で検出され、該電流検出部22から電流検出値S22が出力される。又、改質部21aから出力電流S21の限界電流値S21aが出力される。
出力電流S21は、電流調整部23で電流調整信号S31bに基づいて電流値が調整され、該電流調整部23から出力電流S23が出力される。出力電流S23の一部は、充電電流S23aとして２次電池24に供給され、２次電池24から放電電流S24が出力される。２次電池24の温度は温度検出部24aで検出され、該温度検出部24aから温度検出値S24aが出力される。充電電流S23a及び放電電流S24は、電流検出部25で検出され、該電流検出部25から電流検出値S25が出力される。２次電池24の電圧値は電圧検出部26で検出され、該電圧検出部26から電圧検出値S26が出力される。
【００１８】
温度検出値S24a、電流検出値S25及び電圧検出値S26は２次電池管理部27に入力され、該２次電池管理部27からＳＯＣS27a及び２次電池電力値S27bが出力される。出力電流S23及び放電電流S24は電流検出部28で検出され、該電流検出部28から電流検出値S28が出力される。出力電流S23及び放電電流S24は負荷駆動部29に入力され、該負荷駆動部29から負荷制御信号S30aに応じた負荷電流S29が負荷Ｌに供給される。負荷電流S29の目標値を示す入力信号ac及び電流検出値S28は負荷制御部30に入力され、該負荷制御部30から要求負荷信号S30b及び負荷制御信号S30aが出力される。限界電流値S21a、電流検出値S22、ＳＯＣS27a、２次電池電力値S27b及び要求負荷信号S30bは制御部31に入力され、該制御部31から指令値S31a及び電流調整信号S31bが出力される。
【００１９】
制御部31では、ＳＯＣS27aが２次電池目標電力テーブル31-1に入力され、該２次電池目標電力テーブル31-1から該ＳＯＣS27aに対応した２次電池24の入出力の目標電力値S31-1が出力される。この場合、例えば図５に示すように、ＳＯＣS27aが50％以上の領域では、ＳＯＣS27aに対応した２次電池24から出力される放電電力の目標電力値S31-1が出力される。又、ＳＯＣS27aが50％以下の領域では、ＳＯＣS27aに対応した２次電池24に入力される充電電力の目標電力値S31-1が出力される。目標電力値S31-1は、減算部31-2に入力されて２次電池電力値S27bが減算され、該減算部31-2から減算結果S31-2 が出力される。減算結果S31-2は、PI制御部31-3に入力されてPI制御され、該PI制御部31-3から制御結果S31-3が出力される。制御結果S31-3は、リミッタ31-4に入力されてＳＯＣS27a及び要求負荷信号S30bの値に対応した２次電池電力値S27bの範囲内に制限され、該リミッタ31-4から２次電池24に対する充電電力値S31-4が出力される。この場合、例えば図６に示すように、ＳＯＣS27aが80%以上の場合、充放電可能電力値S31-4は特性直線αで表される。そして、特性直線α上の要求負荷信号S30bの値に対応した充放電可能電力値S31-4がリミッタ31-4から出力される。ＳＯＣS27aが20%以下の場合、充放電可能電力値S31-4は特性曲線βで表される。そして、特性直線β上の要求負荷信号S30bの値に対応した充放電可能電力値S31-4がリミッタ31-4から出力される。
【００２０】
充放電可能電力値S31-4は減算部31-5に入力され、該減算部31-5で要求負荷信号S30bから該充放電可能電力値S31-4が減算されて減算結果S31-5が出力される。
この場合、要求負荷信号S30bから例えば特性直線α上の充放電可能電力値S31-4が減算された場合、減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bから２次電池24に対する充電電力が除かれた値になる。又、要求負荷信号S30bから例えば特性直線β上の充放電可能電力値S31-4が減算された場合、要求負荷信号S30bが30kW以上の領域では減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bと同一の値になり、要求負荷信号S30bが30kW以下の領域では、減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bと２次電池24に対する充電電力とが加算された値になる。減算結果S31-5は目標発電量算出部31-6に入力され、該目標発電量算出部31-6で該減算結果S31-5が電流調整部23の効率で除算されて燃料電池24の目標発電量S31-6が算出される。目標発電量S31-6は、電力／原料供給量変換部31-7に入力されて改質ガスの供給量の指令値S31aに変換される。又、目標発電量S31-6は、電力／電流変換部31-8に入力されて燃料電池24の目標電流値S31-8に変換される。目標電流値S31-8は、比較選択部31-9に入力されて限界電流値S21aと大小比較され、該比較選択部31-9からこれらのうちの小さい方が出力電流S23の目標値S31-9として出力される。目標値S31-9は、減算部31-10に入力されて電流検出値S22が減算され、該減算部31-10から減算結果S31-10が出力される。減算結果S31-10はPI制御部31-11に入力されてPI制御され、該PI制御部31-11から電流調整信号S31bが出力される。電流調整信号S31bは、電流調整部22へ送出される。
【００２１】
以上のように、この実施形態では、要求負荷信号S30bから図６中の特性直線α上の充放電可能電力値S31-4が減算された場合、減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bから２次電池24に対する充電電力が除かれた値になり、上限規定維持値状態の２次電池24に対して燃料電池21からの充電電力が供給されることはない。そのため、回生電力の受入れ能力を維持しつつ、燃料電池21の利用率の低下が防止できると共に２次電池24の過充電が防止され、且つ燃料電池21の暴走が防止できる。又、要求負荷信号S30bから図６中の特性直線β上の充放電可能電力値S31-4が減算された場合、要求負荷信号S30bが30kW以上の領域では減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bと同一の値になり、要求負荷信号S30bが30kW以下の領域では減算結果S31-5 は要求負荷信号S30bと２次電池24に対する充電電力とが加算された値になる。そのため、下限規定維持値状態の２次電池24の過放電が防止できる。
【００２２】
尚、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次のようなものがある。
（ａ） 図５の２次電池目標電流テーブル31-1の特性では、ＳＯＣS27aが50％のときに目標電力値S31-1が０kWになっているが、この50％の値は他の値でもよい。
（ｂ） 図６のリミッタテーブルの特性では、要求負荷信号S30bが30kW以上の領域で充電電力値S31-4が０kWになっているが、この30kWの値は他の値でもよい。
（ｃ） 図１中の２次電池24は、例えば、電気二重層コンデンサ等の電気エネルギーストレージデバイスでもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、要求負荷信号からリミッタで制限された充電電力値が減算された場合、第２の減算結果は該要求負荷信号から電気エネルギーバッファに対する充電電力が除かれた値になり、規定上限値に充電された状態の該電気エネルギーバッファに対して充電電力が供給されることはない。そのため、回生電力の受入れ能力を維持しつつ、電気エネルギーバッファの利用率を向上できると共に該電気エネルギーバッファの過充電を防止でき、且つ燃料電池の暴走を防止できる。又、要求負荷信号からリミッタで制限された充電電力値が減算された場合、要求負荷信号が所定値以上の領域では第２の減算結果は要求負荷信号と同一の値になり、要求負荷信号が該所定値以下の領域では該第２の減算結果が要求負荷信号に電気エネルギーバッファに対する充電電力が加算された値になる。そのため、規定下限値に放電された状態の電気エネルギーバッファの過放電を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【図２】従来の燃料電池システムの構成図である。
【図３】図２中の出力電流S3及び放電電流S4の特性図である。
【図４】図１中の制御部31の構成図である。
【図５】図４中の２次電池目標電流テーブル31-1の特性図である。
【図６】図４中のリミッタ31-4におけるリミッタテーブルの特性図である。
【符号の説明】
21 燃料電池
22，25，28 電流検出部
23 電流調整部
24 ２次電池
24a 温度検出部
26 電圧検出部
27 ２次電池管理部
29 負荷駆動部
30 負荷制御部
31 制御部
31-1 ２次電池目標電力テーブル
31-2，31-10，31-5 減算部
31-3，31-11 PI制御部
31-4 リミッタ
31-6 目標発電量算出部
31-7 電力／原料供給量変換部
31-8 電力／電流変換部
31-9 比較選択部
Claims (7)
- 燃料電池と、過渡応答に対応する電気エネルギーバッファとを備え、負荷電流に要求される値を示す要求負荷信号と前記電気エネルギーバッファの充電状態とに基づいて前記燃料電池に対する燃料の供給量が制御される燃料電池システムにおいて、
前記電気エネルギーバッファの残容量が所定値よりも低下して、当該電気エネルギーバッファへの充電が必要な場合でも、
前記燃料電池の出力電圧が前記電気エネルギーバッファの無負荷時の出力電圧よりも低くなる高負荷領域では前記充電を制限し、該燃料電池の目標発電量を、該電気エネルギーバッファに対する充電電力を除いて算出することを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料ガスを供給されて発電する燃料電池と、電力を蓄える電気エネルギーバッファと、前記電気エネルギーバッファの残容量に応じて発電の制御を実行する制御装置とを備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記残容量が所定値よりも低下すると、前記電気エネルギーバッファを充電する充電用の発電量を加味して目標発電量を算出する一方、
前記残容量が所定値よりも低下した場合であっても、前記燃料電池の出力である出力電圧が前記電気エネルギーバッファの無負荷時の出力電圧よりも低くなるような高負荷領域では、前記燃料電池による前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御装置は、
前記電気エネルギーバッファを充電する場合は、前記負荷が必要とする電力量と、前記電気エネルギーバッファへの充電電力量とを合算して目標発電量を算出することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。 - 前記制御装置は、
前記燃料電池に供給する燃料ガスの量を、前記目標発電量に基づいて設定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。 - 前記制御装置は、
前記燃料電池から取り出す電流の量を、前記目標発電量に基づいて設定することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 - 前記電気エネルギーバッファの残容量と前記燃料電池の出力と前記充電用の発電量の制限値との対応関係を定義した制限情報を記憶した記憶手段を備え、
前記制御装置は、
前記記憶手段に記憶された制限情報を参照して、前記残容量と前記燃料電池の出力とから、前記充電用の発電量の制限値を設定することで、前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。 - 燃料ガスを供給されて発電する燃料電池と、電力を蓄える電気エネルギーバッファと、前記電気エネルギーバッファの残容量に応じて発電の制御を実行する制御装置とを備え、前記残容量が所定値よりも低下すると、前記電気エネルギーバッファを充電する充電用の発電量を加味して目標発電量を算出する燃料電池システムであって、
前記電気エネルギーバッファの残容量と前記燃料電池の出力と前記充電用の発電量の制限値との対応関係を、充電側では、前記燃料電池の出力が高くなると当該出力が低いときよりも前記充電用の発電量が小さくなるように前記制限値を定義した制限情報を記憶した記憶手段を備え、
前記制御装置は、
前記記憶手段に記憶された制限情報を参照して、前記残容量と前記燃料電池の出力とから、前記充電用の発電量の制限値を設定することで、前記電気エネルギーバッファへの充電用の発電量を制限して目標発電量を算出することを特徴とする燃料電池システム。
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