JP4958847B2 - Fuel cell vehicle - Google Patents
Fuel cell vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- JP4958847B2 JP4958847B2 JP2008153801A JP2008153801A JP4958847B2 JP 4958847 B2 JP4958847 B2 JP 4958847B2 JP 2008153801 A JP2008153801 A JP 2008153801A JP 2008153801 A JP2008153801 A JP 2008153801A JP 4958847 B2 JP4958847 B2 JP 4958847B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- voltage
- storage device
- power
- power storage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
この発明は、供給される反応ガスにより発電する燃料電池と、蓄電装置と、前記燃料電池及び前記蓄電装置の電力により駆動される走行用のモータとを備える燃料電池車両に関し、特に、車両に搭載された空気調和装置(以下、エアコンという。)を構成する電熱ヒータへの電力供給制御が適用された燃料電池車両に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle including a fuel cell that generates electric power from a supplied reaction gas, a power storage device, and a motor for traveling that is driven by electric power of the fuel cell and the power storage device. The present invention relates to a fuel cell vehicle to which power supply control is applied to an electric heater constituting an air conditioner (hereinafter referred to as an air conditioner).
一般的に、燃料電池車両は、燃料電池と蓄電装置とのハイブリッド電源により走行駆動源としてのモータが駆動される。前記蓄電装置は、始動時や走行時に燃料電池の電力をアシストするため等に利用される。また、前記蓄電装置は、前記燃料電池の余剰電力や前記モータの回生電力を充電する機能も有する。 Generally, in a fuel cell vehicle, a motor as a travel drive source is driven by a hybrid power source of a fuel cell and a power storage device. The power storage device is used for assisting the electric power of the fuel cell at the time of starting or running. The power storage device also has a function of charging surplus power of the fuel cell and regenerative power of the motor.
前記燃料電池車両にもまた、車室内を快適な状態にするためのエアコンが搭載されている。エアコンは冷凍サイクルを利用した装置であり、内燃機関車両では、エンジンの主軸等の回転によりコンプレッサを作動させて冷媒を圧縮し、冷媒を冷凍サイクル中に繰り返し循環させることで、除湿された冷気を得ている。 The fuel cell vehicle is also equipped with an air conditioner for making the vehicle interior comfortable. An air conditioner is a device that uses a refrigeration cycle. In an internal combustion engine vehicle, the compressor is operated by rotation of the main shaft of the engine, etc., compresses the refrigerant, and repeatedly circulates the refrigerant in the refrigeration cycle, thereby removing dehumidified cold air. It has gained.
これに対して燃料電池車両では、燃料電池の電力及び(又は)蓄電装置の電力によりインバータを介してエアコン用モータを駆動し、このエアコン用モータにより前記冷凍サイクルのコンプレッサを作動させるように構成されている(特許文献1)。 On the other hand, in the fuel cell vehicle, the motor for the air conditioner is driven via the inverter by the power of the fuel cell and / or the power of the power storage device, and the compressor of the refrigeration cycle is operated by the motor for the air conditioner. (Patent Document 1).
このように特許文献1に係る技術では、エアコンを比較的に高電圧で駆動するようにしているので、エネルギ効率が向上する。 As described above, in the technique according to Patent Document 1, since the air conditioner is driven at a relatively high voltage, energy efficiency is improved.
ところで、エアコンを暖房運転する際には、前記冷凍サイクルにより除湿された冷気を電熱ヒータにより暖める必要がある。 By the way, when heating the air conditioner, it is necessary to warm the cold air dehumidified by the refrigeration cycle with an electric heater.
電熱ヒータも比較的に高負荷であるが、前記特許文献1には、前記燃料電池及び(又は)前記蓄電装置による前記電熱ヒータの制御については、言及されていない。 Although the electric heater also has a relatively high load, Patent Document 1 does not mention control of the electric heater by the fuel cell and / or the power storage device.
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、エアコンの暖房性能の向上を考慮するとともに、電熱ヒータへの電力の供給に関し、エネルギ効率向上、コストダウン、車両の走行性能とのトレードオフの最適化等を図ることを可能とする燃料電池車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems. In consideration of improving the heating performance of an air conditioner, the present invention relates to the supply of electric power to an electric heater, with improved energy efficiency, cost reduction, and vehicle running performance. It is an object of the present invention to provide a fuel cell vehicle capable of optimizing tradeoffs.
この発明に係る燃料電池車両は、供給される反応ガスにより発電する燃料電池と、蓄電装置と、前記燃料電池及び前記蓄電装置の電力により駆動される走行用のモータとを備える燃料電池車両において、以下の特徴(1)〜(7)を備える。 A fuel cell vehicle according to the present invention is a fuel cell vehicle comprising a fuel cell that generates electric power using supplied reaction gas, a power storage device, and a motor for traveling that is driven by electric power of the fuel cell and the power storage device. The following features (1) to (7) are provided.
(1)前記蓄電装置から電力が供給される空調用の電熱ヒータと、前記燃料電池、前記蓄電装置、及び前記モータの電力収支を統合して制御する統合制御部と、を備え、前記統合制御部は、前記電熱ヒータが必要とする電圧が、電圧閾値を上回る場合には、前記燃料電池の発電電力を増加させて前記蓄電装置に充電電流を流し、前記充電電流と前記蓄電装置の内部抵抗との積に応じて上昇する前記蓄電装置の電圧を前記電熱ヒータが必要とする電圧以上の電圧にすることを特徴とする。 (1) An electric heater for air conditioning to which power is supplied from the power storage device, and an integrated control unit that controls the power balance of the fuel cell, the power storage device, and the motor in an integrated manner, and the integrated control When the voltage required by the electric heater exceeds a voltage threshold, the power generation power of the fuel cell is increased to cause a charging current to flow through the power storage device, and the charging current and the internal resistance of the power storage device The voltage of the power storage device that rises according to the product of the power is set to a voltage that is equal to or higher than the voltage required by the electric heater.
この特徴(1)を有する発明によれば、電熱ヒータが必要とする電圧が、電圧閾値を上回る場合には、前記燃料電池の発電電力を増加させて前記蓄電装置に充電電流を流し、前記充電電流と前記蓄電装置の内部抵抗との積に応じて上昇する前記蓄電装置の電圧を前記電熱ヒータが必要とする電圧以上の電圧にするという特徴的な構成を採用することにより前記蓄電装置の容量の適正化(不必要に大容量にしない。)が図れるとともに、前記蓄電装置の電圧を前記電熱ヒータが必要とする電圧に昇圧するコンバータを設ける必要がないのでエネルギ効率を向上させることができる。また、コンバータを設けない分、燃料電池車両のコストダウンを図れる。 According to the invention having the feature (1), when the voltage required by the electric heater exceeds the voltage threshold, the generated power of the fuel cell is increased and a charging current is supplied to the power storage device, so that the charging is performed. By adopting a characteristic configuration in which the voltage of the power storage device, which rises according to the product of the current and the internal resistance of the power storage device, is higher than the voltage required by the electric heater, the capacity of the power storage device (The capacity is not increased unnecessarily), and it is not necessary to provide a converter for boosting the voltage of the power storage device to a voltage required by the electric heater, so that energy efficiency can be improved. In addition, the cost of the fuel cell vehicle can be reduced by not providing the converter.
(2)上記特徴(1)を備える発明において、前記電圧閾値を前記蓄電装置の現在の電圧(変動値)としたことを特徴とする。 (2) In the invention having the above feature (1), the voltage threshold value is a current voltage (variation value) of the power storage device.
この特徴(2)を備える発明によれば、前記蓄電装置の現在の負荷に応じて該蓄電装置の充電電流を決定することができるので、必要最小限の充電量で電熱ヒータが必要とする電圧に確実に昇圧することができる。 According to the invention having this feature (2), since the charging current of the power storage device can be determined according to the current load of the power storage device, the voltage required by the electric heater with the minimum required charge amount The pressure can be reliably increased.
(3)上記特徴(1)を備える発明において、前記電圧閾値を前記蓄電装置の開放電圧(固定値)又は該開放電圧から余裕電圧を引いた電圧(固定値)としたことを特徴とする。 (3) In the invention having the above feature (1), the voltage threshold is an open circuit voltage (fixed value) of the power storage device or a voltage obtained by subtracting a marginal voltage from the open circuit voltage (fixed value).
この特徴(3)を備える発明によれば、開放電圧(固定値)又は該開放電圧から余裕電圧を引いた電圧(固定値)を電圧閾値とするので制御が簡単になる。開放電圧から余裕電圧を引いた電圧とすることで若干の余裕をもって電熱ヒータに電力を供給することができる。 According to the invention having the feature (3), the open-circuit voltage (fixed value) or the voltage obtained by subtracting the margin voltage from the open-circuit voltage (fixed value) is used as the voltage threshold value, so that the control is simplified. By setting the voltage obtained by subtracting the margin voltage from the open voltage, it is possible to supply electric power to the electric heater with a slight margin.
(4)上記特徴(1)〜(3)のいずれかを備える発明において、前記燃料電池車両の車速が、車速閾値を下回る場合には、前記燃料電池の発電電力の増加を制限することを特徴とする。 (4) In the invention having any one of the above characteristics (1) to (3), when the vehicle speed of the fuel cell vehicle is lower than a vehicle speed threshold, an increase in the generated power of the fuel cell is limited. And
この特徴(4)を備える発明によれば、車速が車速閾値を下回る場合には、燃料電池の発電電力の増加を制限するようにしているので、車速閾値を下回る車速において、燃料電池(に圧縮空気を供給するエアポンプ)を静粛に作動させることが可能となり、車室内の快適性が向上する。 According to the invention having this feature (4), when the vehicle speed is lower than the vehicle speed threshold, the increase in the generated power of the fuel cell is limited. The air pump for supplying air can be operated silently, and the comfort in the passenger compartment is improved.
(5)上記特徴(1)〜(4)のいずれかを備える発明において、前記電熱ヒータが必要とする電圧が、前記電圧閾値を上回る場合には、アイドル時にも前記燃料電池を運転することを特徴とする。 (5) In the invention having any one of the above characteristics (1) to (4), when the voltage required by the electric heater exceeds the voltage threshold, the fuel cell is operated even during idling. Features.
この特徴(5)を備える発明によれば、例えば、信号待ち等において車両が停止しているときにアイドルストップを禁止するようにして、燃料電池の電力により蓄電装置を充電するとともに、電熱ヒータを作動させることで車室内の快適性を向上させることができる。 According to the invention having the feature (5), for example, when the vehicle is stopped in a signal waiting state or the like, the power storage device is charged with the power of the fuel cell so that the idle stop is prohibited, and the electric heater is It is possible to improve the comfort in the passenger compartment by operating.
(6)上記特徴(1)又は(2)を備える発明において、前記燃料電池の温度が、温度閾値を下回るときには、前記電熱ヒータが必要とする電圧の要求が、前記電圧閾値を上回る場合であっても、前記要求には応えないようにすることを特徴とする。 (6) In the invention having the above feature (1) or (2), when the temperature of the fuel cell is lower than a temperature threshold, the voltage requirement of the electric heater is higher than the voltage threshold. However, it is characterized by not responding to the request.
この特徴(6)を備える発明によれば、燃料電池の温度が、温度閾値を下回るときには、例え、電熱ヒータが必要とする電圧の要求が、前記電圧閾値を上回る場合であっても、前記要求には応えないようにすることで、燃料電池の安定な作動を優先させることができる。 According to the invention having the feature (6), when the temperature of the fuel cell is lower than the temperature threshold, the request for the voltage required by the electric heater is higher than the voltage threshold. By not responding to the above, stable operation of the fuel cell can be prioritized.
(7)上記特徴(1)又は(2)を備える発明において、前記モータの電力要求を前記電熱ヒータが必要とする電圧の要求に優先させることを特徴とする。 (7) In the invention having the feature (1) or (2), the motor power request is given priority over the voltage requirement of the electric heater.
この特徴(7)を備える発明によれば、モータの電力要求を電熱ヒータの電力要求に優先するようにしたので、走行することを優先することができる。 According to the invention having the feature (7), since the power demand of the motor is given priority over the power demand of the electric heater, it is possible to give priority to running.
蓄電装置の電圧が、エアコンの電熱ヒータのヒータ必要電圧以上の電圧となるように燃料電池から蓄電装置に対して充電電流を流すようにしたので、前記蓄電装置の容量の適正化(不必要に大容量にしない。)が図れるとともに前記蓄電装置の電圧を前記電熱ヒータが必要とする電圧に昇圧するコンバータを設ける必要がなく暖房性能の向上と燃料電池車両全体でのエネルギ効率の向上とを図ることができる。また、コンバータを設ける必要がないので、コストダウンできる。 Since the charging current is allowed to flow from the fuel cell to the power storage device so that the voltage of the power storage device is higher than the heater required voltage of the electric heater of the air conditioner, the capacity of the power storage device is optimized (unnecessarily In addition, it is not necessary to provide a converter that boosts the voltage of the power storage device to a voltage required by the electric heater, so that the heating performance is improved and the energy efficiency of the entire fuel cell vehicle is improved. be able to. Moreover, since it is not necessary to provide a converter, the cost can be reduced.
以下、この発明に係る燃料電池車両の一実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すこの実施形態に係る燃料電池車両20は、基本的には、燃料電池22とエネルギストレージである蓄電装置24とから構成されるハイブリッド型の電源システム(ハイブリッド直流電源システム)10と、このハイブリッド直流電源システム10からのモータ電流Im(電力)がインバータ34を通じて供給される負荷としての走行用のモータ26(電動機)とから構成される。
A
蓄電装置24が接続される1次側の電源ライン11と、燃料電池22とモータ26(インバータ34)が接続される2次側の電源ライン12との間には、DC/DCコンバータ装置{VCU(Voltage Control Unit)という。}23が設けられる。
A DC / DC converter device {VCU is connected between the
VCU23は、DC/DCコンバータ36と、これを駆動制御するコンバータ制御部54とから構成される。DC/DCコンバータ36は、昇降圧両方向の動作を行い、発電電圧Vf又はインバータ34間電圧の回生電圧からなる2次電圧V2を1次電圧V1に降圧するとともに、バッテリ電圧Vbである1次電圧V1を発電電圧Vfcである2次電圧V2に昇圧する。
The VCU 23 includes a DC /
ハイブリッド直流電源システム10により回転駆動されるモータ26の回転は、減速機13、シャフト14を通じて車輪16に伝達され、車輪16を回転させることで、燃料電池車両20を推進させる。
The rotation of the
燃料電池22は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造である。燃料電池22には、水素タンク28とエアコンプレッサ30が配管により接続されている。
The
燃料電池22内で、反応ガスである水素(燃料ガス)と空気(酸化剤ガス)の電気化学反応により生成された発電電流Ifcは、発電電流Ifcを検出する電流センサ32を介して2次側の電源ライン12に接続されるインバータ34に供給されるとともに、DC/DCコンバータ36を通じて1次側の電源ライン11側に供給される。燃料電池22の発電電圧Vfcは電圧センサ33により検出される。
In the
インバータ34は、直流/交流変換を行い、モータ電流Imをモータ26に供給する一方、回生動作に伴う交流/直流変換後のモータ電流Imを電源ライン12からDC/DCコンバータ36を通じて電源ライン11側に供給する。
The
この場合、回生電圧又は発電電圧Vfcである2次電圧V2がDC/DCコンバータ36により1次電圧V1に変換され、この1次電圧V1は、蓄電装置電流(バッテリ電流という。)Ibとして蓄電装置24に流し込まれて蓄電装置24を充電するとともに、空調電流Iaとして空気調和装置(エアコンという。)50を構成するインバータ52を通じて冷凍サイクル55に供給され、さらに、エアコン50を構成する電熱ヒータ56に対しヒータ電流Ihを供給する。電熱ヒータ56には、バッテリ電圧Vbに等しいヒータ電圧Vhが印加される。
In this case, the secondary voltage V2 that is the regenerative voltage or the power generation voltage Vfc is converted to the primary voltage V1 by the DC /
電源ライン11に接続される蓄電装置24は、例えばリチウムイオン2次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン2次電池を利用している。
The
蓄電装置24は、DC/DCコンバータ36を通じてインバータ34にモータ電流Imを供給するためのバッテリ電流Ibを流し出す。
The
インバータ34に供給されるモータ電流Imは、バッテリ電流IbがVCU23により変換された電流と発電電流Ifの合成電流である。なお、蓄電装置24の開放電圧{OCV(Open Circuit Voltage)という。}は、例えば、280[V]程度であり、燃料電池22の発電電圧Vfcより100[V]程度低い値となっている。
The motor current Im supplied to the
蓄電装置24もまた、燃料電池22と同様に、空調電流Iaをエアコン50を構成するインバータ52を通じて冷凍サイクル55に供給するとともに、エアコン50を構成する電熱ヒータ56に対しヒータ電流Ihを供給する。
Similarly to the
ここで、エアコン50は、インバータ52、冷凍サイクル55、電熱ヒータ56、空調用の操作パネル59及びこれらを制御するエアコン制御部58とから構成される。
Here, the
電源ライン11間の1次電圧V1と、蓄電装置24間の端子間電圧である蓄電装置電圧(バッテリ電圧という。)Vbは、電熱ヒータ56に印加されるヒータ電圧Vhに等しい電圧であり、したがって、バッテリ電圧Vb、1次電圧V1、ヒータ電圧Vhは、電圧センサ37により検出される。
The primary voltage V1 between the
エアコン50を構成する冷凍サイクル55は、周知のように、インバータ52を通じて駆動されるモータ(電動機)と、このモータによって回転され冷媒を圧縮して高温・高圧ガスを生成するコンプレッサと、高温・高圧ガスを液冷媒とするコンデンサと、液冷媒を低温・低圧の霧状媒体とする膨張弁と、霧状冷媒を蒸発させ蒸発させ、その際に車室内空気62から潜熱を奪い、気化した冷媒を前記コンプレッサに送るエバポレータ等から構成される。
As is well known, the
車室内空気62は、エバポレータによって除湿・乾燥空気64とされ、エアコン制御部58により暖房状態が設定されている場合には、除湿・乾燥空気64が電熱ヒータ56を通じて温風66とされ車室内に吹き出される。
The vehicle
操作パネル59は、インストルメンタルパネルに配置され、操作者により温度、冷房、暖房、風量等が手動で切り替えられるようになっており、また自動モードも選択できエアコン制御部58に接続される。
The
燃料電池22を含むシステムはFC制御部70により、インバータ34とモータ26を含むシステムはモータ制御部72により、DC/DCコンバータ36はコンバータ制御部54により、エアコン50はエアコン制御部58により、それぞれ基本的に制御される。
The system including the
そして、これらFC制御部70、モータ制御部72、コンバータ制御部54、及びエアコン制御部58は、上位の制御部としての統合制御部80により電力の収支が統合的に調整されて制御される。
The
統合制御部80、FC制御部70、モータ制御部72、コンバータ制御部54、及びエアコン制御部58は、それぞれCPU、ROM、RAM、タイマの他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてDSP(Digital Signal Processor)等を有している。
The
統合制御部80、FC制御部70、モータ制御部72、及びコンバータ制御部54は、車内LANであるCAN(Controller Area Network)等の通信線82を通じて相互に接続され、車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各CPUが各ROMに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。
The
ここで、車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ifcを検出する電流センサ32、発電電圧Vfc(2次電圧V2に等しい。)を検出する電圧センサ33、2次電流I2を検出する電流センサ35、1次電圧V1(バッテリ電圧Vb及びヒータ電圧Vhに等しい。)を検出する電圧センサ37、バッテリ電流Ibを検出する電流センサ31、車速Vsを検出する車速センサ84、燃料電池22の温度Tfc(例えば、燃料電池22の水素排ガス出口の温度を測定する。)を検出する温度センサ86、外気温Taを検出する外気温センサ88、蓄電装置24の温度(バッテリ温度という。)Tbを検出する温度センサ90のほか、通信線82に接続される図示しないイグニッションスイッチ(IGSW)、アクセルセンサ、ブレーキセンサ等がある。
Here, as various switches and various sensors for detecting the vehicle state, a
統合制御部80は、燃料電池22の状態、蓄電装置24の状態、モータ26の状態、及びエアコン50等の補機状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力(負荷要求)に基づき決定した燃料電池車両20の総負荷要求量から、燃料電池22が負担すべき燃料電池分担負荷量(要求出力)と、蓄電装置24が負担すべき蓄電装置分担負荷量(要求出力)と、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量の配分(分担)を調停しながら決定し、FC制御部70、モータ制御部72、コンバータ制御部54及びエアコン制御部58に指令を送出する。
The
次に、基本的には以上のように構成され、かつ動作する燃料電池車両20における空調暖房用の電熱ヒータ56が必要とする電圧(ヒータ必要電圧)Vhrに対する統合制御部80によるFC制御部70、蓄電装置24及びエアコン制御部58等に対する制御動作について図2のフローチャートを参照して説明する。
Next, the
ステップS1において、統合制御部80は、操作者による操作パネル59の操作(車室内温度設定操作等)に応じた、電熱ヒータ56に発熱させるためのヒータ電圧Vhとしてヒータ必要電圧Vhr(ヒータ要求電圧)がエアコン制御部58から通信線82を通じて供給されるかどうかを監視する。
In step S1, the
図3は、エアコン制御部58におけるヒータ必要電圧Vhr発生までのフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart until the heater required voltage Vhr is generated in the air
エアコン制御部58は、ステップS1aにおいて、外気温センサ88から外気温Taを検出する。また、ステップS1bにおいて、操作パネル59で設定された暖房の設定温度Tsを検出する。
The air
図4は、ヒータ必要電力Prの検索テーブル102を示している。数kW程度のヒータ必要電力Pr(Pr:P4,P3,P2,P1)は、設定温度Ts[°C]が高く外気温Taが低い程、高電力となる(P4>P3>P2>P1)。 FIG. 4 shows a search table 102 for the heater required power Pr. The required heater power Pr (Pr: P4, P3, P2, P1) of about several kW becomes higher as the set temperature Ts [° C] is higher and the outside air temperature Ta is lower (P4> P3> P2> P1). .
設定温度Tsが検出されたとき(ステップS1b:YES)、ステップS1cにおいて、設定温度Tsと外気温Taに基づきヒータ必要電力Pr[kW]の検索テーブル102を参照しヒータ必要電力Prを決定する。 When the set temperature Ts is detected (step S1b: YES), in step S1c, the heater required power Pr is determined with reference to the search table 102 for the heater required power Pr [kW] based on the set temperature Ts and the outside air temperature Ta.
ヒータ必要電力Prを決定したとき、ステップS1dにおいて、エアコン制御部58は、この必要電力Prを発生させるためのヒータ必要電圧Vhr[V]を決定する。
When the heater required power Pr is determined, in step S1d, the air
図5の特性104に示すように、ヒータ必要電力Pr[kW]に対してヒータ必要電圧Vhr[V]は比例する。 As shown in the characteristic 104 of FIG. 5, the heater required voltage Vhr [V] is proportional to the heater required power Pr [kW].
エアコン制御部58は、ヒータ必要電圧Vhrを決定したとき、ステップS1eにおいて、通信線82を介して統合制御部80に送信する。
When determining the heater required voltage Vhr, the air
このようにして、図2のステップS1における、電熱ヒータ56に発熱させるためのヒータ必要電圧Vhr(ヒータ要求電圧)がエアコン制御部58から供給される(ステップS1:YES)。
In this way, the heater required voltage Vhr (heater required voltage) for causing the
次いで、ステップS2において、統合制御部80は、温度センサ86から燃料電池温度Tfcを検出し、この燃料電池温度Tfcが発電電流Ifを増加したときに燃料電池22が安定に動作する閾値温度Tfcth(例えば、50[°C]程度)を上回っているかどうかを判定する。例えば、氷点下における燃料電池22の起動後には、燃料電池22の安定機動性を確保するために、燃料電池温度Tfcがこの閾値温度Tfcthを上回らない限り、燃料電池22から蓄電装置24への充電補助は行わない。
Next, in step S2, the
Vfc>Vfcthの場合、統合制御部80は、ステップS4において、ヒータ必要電圧Vhrが、電圧閾値Vthとしての、例えば蓄電装置24の開放電圧OCV(Open Circuit Voltage)を上回る値(Vhr>Vth=OCV)であるかどうかを判定する。
When Vfc> Vfcth, in step S4, the
図6の蓄電装置24の等価回路に示すように、蓄電装置24は、バッテリ電流Ibが流れていないときの理想蓄電装置24iの開放電圧OCV、例えば280[V]と内部抵抗Rbとから構成される。内部抵抗Rbは、バッテリ温度Tbが低くなるほど高くなる特性を有している。バッテリ電圧Vbは、蓄電装置24がバッテリ電流Ibにより充電されるときにVb=OCV+Rb×Ibとなり、バッテリ電流Ibにより放電されているときにVb=OCV−Rb×Ibとなる。
As shown in the equivalent circuit of the
図7は、あるバッテリ温度Tbにおけるバッテリ電流Ibに対するバッテリ電圧Vbの特性106を示している。 FIG. 7 shows a characteristic 106 of the battery voltage Vb with respect to the battery current Ib at a certain battery temperature Tb.
ステップS4において、ヒータ必要電圧Vhrが電圧閾値Vth、この場合、開放電圧OCVより高い電圧とあると判定した場合、ステップS5において、統合制御部80は、図7の特性106を参照して、電熱ヒータ56の駆動制御に係わる燃料電池電流指令Ifchcomを決定(算出)する。燃料電池電流指令Ifccomは、図8を参照すれば、次の式で得られることが分かる。
Ifchcom=Ib+Ih+Ia
=(Vhr−OCV)/Rb+Vhr/Rh+Ia
Ifchcom:燃料電池電流指令
Vhr:エアコン必要電圧
OCV:バッテリ開放電圧
Rb:バッテリ内部抵抗
Rh:電熱ヒータ56の抵抗
Ia:冷凍サイクル55駆動用の電流
In step S4, when it is determined that the heater required voltage Vhr is higher than the voltage threshold Vth, in this case, the open circuit voltage OCV, in step S5, the
Ifchcom = Ib + Ih + Ia
= (Vhr-OCV) / Rb + Vhr / Rh + Ia
Ifchcom: Fuel cell current command Vhr: Air conditioner required voltage OCV: Battery open circuit voltage Rb: Battery internal resistance Rh: Resistance of
すなわち、ヒータ必要電圧Vhrを得るために、バッテリ電圧Vbを、次の式で表されるヒータ必要電圧Vhr以上の電圧とする。
Vb≧Ifccom×R+OCV=Vhr
That is, in order to obtain the required heater voltage Vhr, the battery voltage Vb is set to a voltage equal to or higher than the required heater voltage Vhr expressed by the following equation.
Vb ≧ Ifccom × R + OCV = Vhr
次いで、統合制御部80は、ステップS6において、この燃料電池電流指令Ifchcomとヒータ必要電圧Vhrとから次の式で簡単に表されるヒータ必要電圧Vhr発生用の燃料電池電力指令(燃料電池指令出力)Pfchcomを決定(算出)する。
Pfchcom=Ifchcom×Vhr
Next, in step S6, the
Pfchcom = Ifchcom × Vhr
次いで、ステップS7において、統合制御部80は、車速Vsの低速での車速閾値Vsth以下での車室内の静粛性を優先し、エアコンプレッサ30等の発生音を小さく保持するとともに低速走行を確保するために、図9の特性108に示すように、車速閾値Vsth、例えば20[km]程度の速度以下では、ヒータ必要電圧Vhr発生用の燃料電池出力指令(電力指令)Pfchcomの最大値を燃料電池電力指令最大値(燃料電池出力指令最大値)Pfchmaxに制限する。なお、車速Vsが低速の場合には、モータ電流Imの値も小さくなる。
Next, in step S7, the
ただし、燃料電池車両20の停止時(Vs=0)においてもヒータ必要電圧Vhrを確保して、暖房を行えるようにするために、ステップS8において、統合制御部80は、アイドルストップ(信号待ち等の一時停止時におけるエアコンプレッサ30の停止と、図示しない燃料遮断弁による水素タンク28からの水素供給の遮断)を禁止する。
However, in order to secure the required heater voltage Vhr and enable heating even when the
次に、ステップS9において、統合制御部80は、車速閾値Vsthを加味した電熱ヒータ56の燃料電池電力指令Pfchcomに、モータ26による走行のための燃料電池基礎電力指令(燃料電池基礎出力指令)Pfcbasecomを加算して燃料電池電力指令(燃料電池出力指令)Pfccomを決定(算出)する。
Pfccom=Pfcbasecom+Pfchcom
Next, in step S9, the
Pfccom = Pfcbasesec + Pfchcom
実際上、ステップS9においては、燃料電池電流指令として、Ifccom=Ifcbasecom+Ifchcomを決定(算出)する。
Ifccom:燃料電池電流指令
Ifchcom:ヒータ必要電圧Vhrでの燃料電池電流指令
Ifcbasecom:燃料電池基礎電流指令
In practice, in step S9, Ifccom = Ifcbasecom + Ifchcom is determined (calculated) as the fuel cell current command.
Ifccom: Fuel cell current command Ifchcom: Fuel cell current command at heater required voltage Vhr Ifcbaseome: Fuel cell basic current command
図1を参照して、対照して説明すれば、Ifccom(発電電流Ifc)=Ifcbasecom(モータ26に流れ込むモータ電流Im)+Ifchcom(DC/DCコンバータ36の2次側から1次側に流れ込む2次電流I2)として理解される。
Referring to FIG. 1, if explained, Ifccom (generated current Ifc) = Ifcbasecom (motor current Im flowing into the motor 26) + Ifchcom (secondary flowing from the secondary side of the DC /
次いで、ステップS10において、統合制御部80は、図10に示す燃料電池22の出力特性(Ifc・Vfc特性)110を参照して、燃料電池電流指令Ifccomから、燃料電池電圧指令Vfccomを求める。
Next, in step S10, the
そして、求めた燃料電池電圧指令Vfccomを通信線82を通じてコンバータ制御部54に送信するとともに、燃料電池電力指令Pfccom(燃料電池電圧指令Vfccom及び燃料電池電流指令Ifccom)を、通信線82を通じてFC制御部70に送信する。
Then, the obtained fuel cell voltage command Vfccom is transmitted to the
ステップS11において、コンバータ制御部54は、2次電圧V2が燃料電池電圧指令Vfccom(結果、図10に示すように、燃料電池電流IfcがIfc=Ifccomとなる。)となるようにDC/DCコンバータ36をフィードバック制御する。FC制御部70は、燃料電池出力指令Pfccomを満足するように燃料電池22の反応ガス量を調節する。
In step S11,
このように制御すれば、燃料電池22によりヒータ必要電圧Vhrが得られる発電電力を出力できる。
By controlling in this way, the electric power generated by the
なお、ステップS2、S3及びS4が成立しなかった場合には、ヒータ必要電圧Vhrを考慮する制御は行わず、ステップS12において、燃料電池出力指令Pfccomを燃料電池基礎出力指令Pfcbasecomとする。 If Steps S2, S3, and S4 are not established, the control that takes into account the heater required voltage Vhr is not performed, and the fuel cell output command Pfccom is set to the fuel cell basic output command Pfcbasecom in Step S12.
もちろん、以降のフローチャートの処理サイクルにおいて、ステップS2、S3及びS4が成立した場合には、ステップS5以下のヒータ必要電圧Vhrを確保するための上述した処理を行う。 Of course, when the steps S2, S3, and S4 are established in the processing cycle of the subsequent flowcharts, the above-described processing for ensuring the heater required voltage Vhr after the step S5 is performed.
以上説明したように、上述した実施形態に係る燃料電池車両20は、供給される反応ガスにより発電する燃料電池22と、蓄電装置24と、燃料電池22及び蓄電装置24の電力により駆動される走行用のモータ26と、蓄電装置24から電力が供給される空調用の電熱ヒータ56と、燃料電池22、蓄電装置24、及びモータ26の電力収支を統合して制御する統合制御部80と、を備え、統合制御部80は、電熱ヒータ56が必要とする電圧Vhrが、電圧閾値Vth、上記実施形態では、蓄電装置24の開放電圧OCVを上回る場合には、燃料電池22の発電電力を増加させて蓄電装置24に充電電流Ibを流し、充電電流Ibと蓄電装置24の内部抵抗Rとの積に応じて上昇する蓄電装置24の電圧Vbを電熱ヒータ56が必要とする電圧Vhr以上にするという特徴的な構成を採用しているので、蓄電装置24の容量の適正化(不必要に大容量にしない。)が図れるとともに、バッテリ電圧Vbを電熱ヒータ56が必要とする電圧Vhrに昇圧するコンバータを設ける必要がなくエネルギ効率を向上できる。また、コンバータが不要な分、コストダウンを図れる。
As described above, the
なお、電圧閾値Vthは、蓄電装置24の開放電圧OCVに設定する他、余裕を見て開放電圧OCVより余裕電圧を引いた若干低い電圧(固定値)に設定してもよく、あるいは、電圧閾値Vthを、放電中の蓄電装置24の現在のバッテリ電圧Vb(変動値)としてもよい。固定値に設定することで制御が簡単になる。現在のバッテリ電圧Vb(変動値)に設定した場合には、蓄電装置24の現在の負荷に応じて該蓄電装置24の充電電流を決定することができるので、バッテリ電圧Vbを、必要最小限の充電量で電熱ヒータ56が必要とするヒータ必要電圧Vhrまで昇圧することができる。
The voltage threshold Vth may be set to a slightly lower voltage (fixed value) obtained by subtracting the margin voltage from the open-circuit voltage OCV in view of the margin, in addition to being set to the open-circuit voltage OCV of the
また、車速Vsが車速閾値Vsthを下回る場合には、燃料電池22の発電電力の増加を制限するようにしているので、車速閾値Vsthを下回る車速Vsにおいて、燃料電池22(に圧縮空気を供給するエアポンプであるエアコンプレッサ30)を静粛に作動させることが可能となり、車室内の快適性が向上する。
Further, when the vehicle speed Vs is lower than the vehicle speed threshold Vsth, the increase in the generated power of the
なお、電熱ヒータ56が必要とするヒータ必要電圧Vhrが、電圧閾値Vthを上回る場合には、アイドル時にも燃料電池22を運転させる。すなわち、例えば、信号待ち等において燃料電池車両20が停止しているときにアイドルストップを禁止するようにして、燃料電池22の電力により蓄電装置24を充電するとともに、電熱ヒータ56を作動させることで車室内の快適性を向上させることができる。
When the heater required voltage Vhr required by the
ただし、燃料電池22の温度Tfcが、温度閾値Tfcthを下回るときには、電熱ヒータ56が必要とするヒータ必要電圧Vhrの要求が、電圧閾値Vthを上回る場合であっても、要求には応えないようにすることで、冬季起動時等における燃料電池22の安定な作動を優先させることができる。
However, when the temperature Tfc of the
さらに、モータ26の電力要求を電熱ヒータ56が必要とするヒータ必要電圧Vhrの要求に優先するようにすることで、走行することを優先することができる。
Furthermore, it is possible to give priority to running by giving priority to the power requirement of the
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification.
10…ハイブリット直流電源システム 20…燃料電池車両
22…燃料電池 23…DC/DCコンバータ装置(VCU)
24…蓄電装置 26…モータ
50…エアコン 56…電熱ヒータ
58…得加温制御部
DESCRIPTION OF
24 ...
Claims (7)
前記蓄電装置から電力が供給される空調用の電熱ヒータと、
前記燃料電池、前記蓄電装置、及び前記モータの電力収支を統合して制御する統合制御部と、を備え、
前記統合制御部は、
前記電熱ヒータが必要とする電圧が、電圧閾値を上回る場合には、前記燃料電池の発電電力を増加させて前記蓄電装置に充電電流を流し、
前記充電電流と前記蓄電装置の内部抵抗との積に応じて上昇する前記蓄電装置の電圧を前記電熱ヒータが必要とする電圧以上の電圧にする
ことを特徴とする燃料電池車両。 In a fuel cell vehicle comprising a fuel cell that generates electric power using a supplied reactive gas, a power storage device, and a motor for traveling that is driven by the power of the fuel cell and the power storage device,
An electric heater for air conditioning to which power is supplied from the power storage device;
An integrated control unit that integrates and controls the power balance of the fuel cell, the power storage device, and the motor, and
The integrated control unit
If the voltage required by the electric heater exceeds a voltage threshold, increase the power generated by the fuel cell to flow a charging current to the power storage device,
A fuel cell vehicle characterized in that the voltage of the power storage device, which rises according to the product of the charging current and the internal resistance of the power storage device, is set to a voltage higher than the voltage required by the electric heater.
前記電圧閾値を前記蓄電装置の現在の電圧とした
ことを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein
The fuel cell vehicle, wherein the voltage threshold is the current voltage of the power storage device.
前記電圧閾値を前記蓄電装置の開放電圧又は該開放電圧から余裕電圧を引いた電圧とした
ことを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein
The fuel cell vehicle, wherein the voltage threshold is an open voltage of the power storage device or a voltage obtained by subtracting a margin voltage from the open voltage.
前記燃料電池車両の車速が、車速閾値を下回る場合には、
前記燃料電池の発電電力の増加を制限する
ことを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 3,
If the vehicle speed of the fuel cell vehicle is below the vehicle speed threshold,
A fuel cell vehicle characterized by limiting an increase in power generated by the fuel cell.
前記電熱ヒータが必要とする電圧が、前記電圧閾値を上回る場合には、アイドル時にも前記燃料電池を運転する
ことを特徴とする燃料電池車両。 In the fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 4,
When the voltage required by the electric heater exceeds the voltage threshold, the fuel cell is operated even during idling.
前記燃料電池の温度が、温度閾値を下回るときには、
前記電熱ヒータが必要とする電圧の要求が、前記電圧閾値を上回る場合であっても、前記要求には応えないようにする
ことを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 1 or 2,
When the temperature of the fuel cell is below a temperature threshold,
A fuel cell vehicle characterized by not satisfying the demand even when the demand for the voltage required by the electric heater exceeds the voltage threshold.
前記モータの電力要求を前記電熱ヒータが必要とする電圧の要求に優先させる
ことを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 1 or 2,
A fuel cell vehicle characterized in that the electric power requirement of the motor is given priority over the voltage requirement of the electric heater.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008153801A JP4958847B2 (en) | 2008-06-12 | 2008-06-12 | Fuel cell vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008153801A JP4958847B2 (en) | 2008-06-12 | 2008-06-12 | Fuel cell vehicle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009303359A JP2009303359A (en) | 2009-12-24 |
JP4958847B2 true JP4958847B2 (en) | 2012-06-20 |
Family
ID=41549660
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008153801A Expired - Fee Related JP4958847B2 (en) | 2008-06-12 | 2008-06-12 | Fuel cell vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4958847B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016009476A1 (en) * | 2014-07-14 | 2016-01-21 | 本田技研工業株式会社 | Power system |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3824896B2 (en) * | 2001-09-10 | 2006-09-20 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell vehicle |
JP3898102B2 (en) * | 2002-08-21 | 2007-03-28 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell vehicle air conditioner |
JP4329454B2 (en) * | 2003-08-27 | 2009-09-09 | パナソニック株式会社 | Electric vehicle system |
JP2008016256A (en) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Suzuki Motor Corp | Vehicular control device |
-
2008
- 2008-06-12 JP JP2008153801A patent/JP4958847B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009303359A (en) | 2009-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5783080B2 (en) | Control device for hybrid vehicle | |
JP3911435B2 (en) | Power supply system and control method thereof | |
JP4458126B2 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
US7527112B2 (en) | Electric system for fuel cell, fuel cell vehicle, and method of supplying electric power | |
CN111409502B (en) | Hydrogen fuel cell automobile and motor energy management method thereof in low-temperature environment | |
JP5109362B2 (en) | Fuel cell system and method for starting fuel cell system | |
US9509005B2 (en) | Fuel cell system | |
JP3596468B2 (en) | Control device for fuel cell vehicle | |
JP2010004732A (en) | Power supply system | |
JP2013141337A (en) | Controller for vehicle and vehicle including the same | |
WO2011021263A1 (en) | Fuel cell system | |
JP2011061909A (en) | Electric vehicle | |
JP2007149450A (en) | Fuel cell system, movable body, and its starting method | |
JP2011041357A (en) | Battery discharging device for electric vehicles | |
JP2008034309A (en) | Fuel battery system | |
JP6133623B2 (en) | Dual power load drive system and fuel cell vehicle | |
JP4958847B2 (en) | Fuel cell vehicle | |
JP5315661B2 (en) | Fuel cell-equipped vehicle, fuel cell control device, and control method | |
JP2004311112A (en) | Fuel cell system, vehicle with fuel cell system, and method for controlling fuel cell system | |
JP6054918B2 (en) | Dual power load drive fuel cell system and fuel cell vehicle | |
JP4871351B2 (en) | Fuel cell vehicle | |
JP2003187816A (en) | Power system | |
JP2021190310A (en) | Control system, mobile, and control method | |
JP4484452B2 (en) | Fuel cell vehicle | |
JP4285075B2 (en) | Fuel cell vehicle and control method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120202 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120221 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120319 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150330 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |