JP5298519B2 - Battery learning system - Google Patents

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Description

本発明は、電池学習システムに係り、特に、電気化学反応によって作動する電池の出力特性を、実測された特性値の学習によって逐次更新する電池学習システムに関する。   The present invention relates to a battery learning system, and more particularly to a battery learning system that sequentially updates output characteristics of a battery operated by an electrochemical reaction by learning of actually measured characteristic values.

例えば、燃料電池の制御を行う場合の動作点を求めるには、燃料電池の出力特性として、電流−電圧特性、あるいは電流−電力特性が用いられる。前者はいわゆるI−V特性であり、後者はいわゆるI−P特性である。燃料電池の出力特性は、燃料電池の運転状況によって変化するものであるので、時々刻々の実測によって学習を行いながら更新される。   For example, in order to obtain an operating point when controlling the fuel cell, current-voltage characteristics or current-power characteristics are used as output characteristics of the fuel cell. The former is a so-called IV characteristic, and the latter is a so-called IP characteristic. Since the output characteristics of the fuel cell change depending on the operating state of the fuel cell, the output characteristics are updated while learning is performed by momentary measurement.

例えば、特許文献1には、燃料電池の電源制御処理に用いられるI−V特性について、燃料電池の運転状態に応じてI−V特性の補正を行う学習について述べられている。ここでは、燃料電池システムが定常運転中であるか否かが判断され、定常運転中でないときはI−V特性の更新に適さないとして現在記録されているI−V特性に基いて電源制御処理が行われ、定常運転中であると判断されると、I−V特性更新のための処理に移行する。I−V特性更新のための処理では、現時点における燃料電池の出力電流値が予め定められた所定のステップ毎の値に該当するか否かが判断され、該当しないときには、現在記録されているI−V特性に基いて電源制御処理が行われ、該当するときには、電圧センサからの実電圧値に基いてI−V特性が更新されることが開示されている。   For example, Patent Literature 1 describes learning for correcting an IV characteristic in accordance with an operation state of a fuel cell with respect to an IV characteristic used for a power control process of the fuel cell. Here, it is determined whether or not the fuel cell system is in a steady operation. If the fuel cell system is not in a steady operation, the power control process is performed based on the currently recorded IV characteristics that are not suitable for updating the IV characteristics. When it is determined that steady operation is being performed, the process proceeds to processing for IV characteristic update. In the process for updating the IV characteristics, it is determined whether or not the current output current value of the fuel cell corresponds to a predetermined value for each predetermined step. It is disclosed that the power supply control process is performed based on the -V characteristic, and when applicable, the IV characteristic is updated based on the actual voltage value from the voltage sensor.

また、実施形態2として、燃料電池の交流インピーダンスを算出する手段を備え、交流インピーダンスに対応する内部抵抗による電圧降下を排除した理論I−V特性を取得することが述べられている。この理論I−V特性についても、定常運転中であって所定のステップ毎の電流値のときに更新が行われることが述べられている。   Further, as Embodiment 2, it is described that a means for calculating the AC impedance of the fuel cell is provided, and a theoretical IV characteristic that excludes a voltage drop due to an internal resistance corresponding to the AC impedance is obtained. It is stated that this theoretical IV characteristic is also updated during a steady operation and at a current value for each predetermined step.

特開2007−48628号公報JP 2007-48628 A

特許文献1によれば、燃料電池の現時点の出力電流値と電圧値とを特性値として、出力特性線であるI−V特性線の学習を行うことができる。   According to Patent Document 1, it is possible to learn an IV characteristic line, which is an output characteristic line, using the current output current value and voltage value of the fuel cell as characteristic values.

このように、電池の出力特性の学習を行うには、電池の出力値の実測が必要である。電池の出力特性線としては、予め定めた所定の特性ステップ点における出力値を特性値として各特性値を結んで離散的な出力特性線とするものが用いられるが、電池の出力値の実測は、必ずしも全部の特性ステップ点について常時行われるとは限られない。この場合に、既に学習済みの出力特性線について、今回の実測特性値に対応する特性ステップ点の特性値を実測特性値に置き換えて更新すると、その前後で、出力特性線が不連続な変化を有することが生じ得る。電池の出力特性は、電流−電圧特性あるいは電流−電力特性において、電池の電気化学反応に対応して、一般的には単調変化の特性である。したがって、出力特性線の不連続な変化は、電池の電気化学反応からみて不自然であり、例えば、電池の電源制御にこの出力特性線をそのまま用いると、制御誤差を生じることがある。   As described above, in order to learn the output characteristics of the battery, it is necessary to actually measure the output value of the battery. As the output characteristic line of the battery, an output value at a predetermined characteristic step point determined in advance is used as a characteristic value to connect each characteristic value to form a discrete output characteristic line. However, it is not always performed for all characteristic step points. In this case, if the already learned output characteristic line is updated by replacing the characteristic value of the characteristic step point corresponding to the actual measured characteristic value with the actual measured characteristic value, the output characteristic line changes discontinuously before and after that. It can happen to have. The output characteristics of a battery are generally monotonically changing characteristics corresponding to the electrochemical reaction of the battery in the current-voltage characteristics or current-power characteristics. Therefore, the discontinuous change in the output characteristic line is unnatural in view of the electrochemical reaction of the battery. For example, if this output characteristic line is used as it is for power control of the battery, a control error may occur.

本発明の目的は、より正確な出力特性線を得ることができる電池学習システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a battery learning system capable of obtaining a more accurate output characteristic line.

本発明に係る電池学習システムは、横軸に電流値、縦軸に電圧値を取った電流−電圧平面上に、所定の配列の刻みで格子状に配置された複数の点を特性ステップ点とし、前記電流値と、該電流値に対応する前記電圧値との組合せを特性値とし、電池について任意の前記電流値に対応する前記電圧値を実測して実電圧値を検出し、任意の前記電流値と前記実電圧値との組合せを実測特性値として取得する取得手段と、前記実測特性値に一致する前記特性値を有する前記特性ステップ点を実測特性ステップ点とし、2つの前記実測特性ステップ点の間で前記実測特性値が存在しない領域における前記特性ステップ点を未学習の特性ステップ点として、前記電池の電気化学反応における前記電流値が増加すると前記電圧値が一定かあるいは減少する単調減少特性に対応するように、前記未学習の特性ステップ点の前記特性値を計算特性値として推定計算する算出手段と、前記実測特性ステップ点と、前記計算特性値に一致する前記特性値を有する前記特性ステップ点とを順次結んで、最初の電流−電圧特性線を作成する作成手段と、前記作成手段において前記最初の電流−電圧特性線を作成した後で前記取得手段によって取得した前記実測特性値に基づく学習によって既に得られている電流―電圧特性線を順次更新する更新手段と、を備えることを特徴とする。 The battery learning system according to the present invention uses, as characteristic step points , a plurality of points arranged in a grid pattern in a predetermined array on a current-voltage plane having a current value on the horizontal axis and a voltage value on the vertical axis. The combination of the current value and the voltage value corresponding to the current value is a characteristic value, and the actual voltage value is detected by actually measuring the voltage value corresponding to the arbitrary current value for the battery. obtaining means for obtaining the current value of the combination of the actual voltage value as actual characteristic value, the characteristic step point having the characteristic value that matches the actual characteristic value as the actual characteristic step point, two of the actual characteristic step the characteristic step points in the region actual characteristic value is not present as a characteristic step point unlearned between points, the current value definitive the electrochemical reaction of the battery is the voltage value is constant or decreases with increasing So as to correspond to the tone reduction characteristics, a calculation means for estimating calculating the characteristic value of the characteristic step points of the unlearned as calculated characteristic values, and the actual characteristic step point, the characteristic value that matches the calculated characteristic value The characteristic step points are sequentially connected to create means for creating an initial current-voltage characteristic line, and the actual measurement obtained by the obtaining means after the creation means creates the first current-voltage characteristic line. Update means for sequentially updating current-voltage characteristic lines already obtained by learning based on characteristic values .

また、本発明に係る電池学習システムにおいて、前記算出手段は、前記電池の代表的な電流−電圧特性線を基本電流−電圧特性線として複数の前記基本電流−電圧特性線を予め有しており、複数の前記実測特性ステップ点を結んだ部分的電流−電圧特性線に最も近い前記基本電流−電圧特性線に基づいて前記計算特性値を推定計算することが好ましい。 Further, in the battery learning system according to the present invention, the calculating means, typical current of the battery - voltage characteristic line basic current - a plurality of the as-voltage characteristic line basic current - has a voltage characteristic line in advance Preferably, the calculation characteristic value is estimated and calculated based on the basic current-voltage characteristic line closest to a partial current-voltage characteristic line connecting a plurality of the actual measurement characteristic step points .

また、本発明に係る電池学習システムにおいて、前記算出手段は、前記実測特性ステップ点に最も近い前記未学習の特性ステップ点から始まって、さらに遠い前記未学習の特性ステップ点に向かって、前記計算特性値を順次推定計算することが好ましい。 Further, in the battery learning system according to the present invention, the calculating means, the actual characteristic closest the step point starting from the characteristic step point unlearned, towards the further characteristic step point far the unlearned, the calculated The characteristic values are preferably estimated and calculated sequentially.

また、本発明に係る電池学習システムにおいて、電池は燃料電池であることが好ましい。   In the battery learning system according to the present invention, the battery is preferably a fuel cell.

上記構成により、電池学習システムは、既に得られている出力特性線について、電池の実出力値を実測した実測特性値に対応する出力特性線の該当する特性ステップ点の特性値を実測特性値に置き換えて更新し、それ以外の特性ステップ点の特性値を計算特性値として算出する際に、既に得られている出力特性線と、実測特性値と、計算特性値とを結ぶ離散的出力特性線が、電池の電気化学反応に対応して予め定められる所定の単調変化条件を満たすように計算特性値を算出する。   With the above configuration, the battery learning system uses the characteristic value of the characteristic step point of the output characteristic line corresponding to the actual characteristic value obtained by actually measuring the actual output value of the battery as the actual characteristic value for the output characteristic line that has already been obtained. Discrete output characteristic line connecting the already obtained output characteristic line, measured characteristic value, and calculated characteristic value when calculating the characteristic value of other characteristic step points as the calculated characteristic value. However, the calculated characteristic value is calculated so as to satisfy a predetermined monotonous change condition that is predetermined in accordance with the electrochemical reaction of the battery.

電池の出力特性は、電流−電圧特性あるいは電流−電力特性において、電池の電気化学反応に対応して、一般的には単調変化の特性である。したがって、所定の単調変化条件を適切に設定することで、電池の電気化学反応からみて自然で、より正確な出力特性線を得ることができる。   The output characteristics of a battery are generally monotonically changing characteristics corresponding to the electrochemical reaction of the battery in the current-voltage characteristics or current-power characteristics. Therefore, by appropriately setting the predetermined monotonous change condition, a natural and more accurate output characteristic line can be obtained in view of the electrochemical reaction of the battery.

また、電池学習システムにおいて、未学習の特性ステップ点が残されているときに、未学習の特性ステップ点の特性値を計算特性値として算出する初期学習手段を含む。これによって、初期学習において、全部の特性ステップ点を実測せずに、未学習の特性ステップ点については計算特性値を算出することで、初期出力特性線を得ることができ、迅速に初期学習を終えることができる。   The battery learning system further includes initial learning means for calculating a characteristic value of the unlearned characteristic step point as a calculated characteristic value when an unlearned characteristic step point remains. As a result, in the initial learning, the initial output characteristic line can be obtained by calculating the calculated characteristic value for the unlearned characteristic step points without actually measuring all the characteristic step points. Can finish.

また、電池学習システムにおいて、電池の出力特性が電池の電流−電圧特性のときは、所定の単調変化条件として、電流値の増加に対し電圧値が単調に減少する条件を用いる。ここで、単調減少とは、電流値の増加に対し電圧値が増加しない広義の意味で用いており、したがって、電流値の増加に対し、電圧値は一定値か、あるいは減少することである。これにより、実測特性値を反映しながら、単調減少特性を有する電池の電流−電圧特性に合わせることができる。   Further, in the battery learning system, when the output characteristic of the battery is the current-voltage characteristic of the battery, a condition that the voltage value monotonously decreases as the current value increases is used as the predetermined monotonous change condition. Here, the monotonic decrease is used in a broad sense that the voltage value does not increase with an increase in the current value. Therefore, the voltage value is a constant value or decreases with an increase in the current value. Thereby, it is possible to match the current-voltage characteristic of the battery having the monotonously decreasing characteristic while reflecting the actually measured characteristic value.

また、電池学習システムにおいて、電池の活性化過電圧を用い、電池の電流−電圧特性として、電池の電流−活性化過電圧特性の学習を行う。電池の活性化過電圧特性は、電池の内部抵抗の影響を排除したものであるので、電池の作動条件等の影響を比較的受けにくい。したがって、この電流−活性化過電圧特性を学習し、これに基いて電流−電圧特性等の出力特性を更新することで、より正確な出力特性線を得ることができる。   In the battery learning system, the battery activation overvoltage is used to learn the battery current-activation overvoltage characteristics as the battery current-voltage characteristics. The activation overvoltage characteristic of the battery excludes the influence of the internal resistance of the battery, and is relatively less susceptible to the operating conditions of the battery. Therefore, a more accurate output characteristic line can be obtained by learning this current-activation overvoltage characteristic and updating the output characteristic such as the current-voltage characteristic based on this.

また、電池学習システムにおいて、電池の出力特性が電池の電流−電力特性のときは、
所定の単調変化条件として、電流値の増加に対し電力値が単調に増加する条件を用いる。ここで、単調増加とは、電流値の増加に対し電力値が減少しない狭義の意味で用いており、したがって、電流増加に対し、電力値はプラス勾配で増加することである。ここで、隣接する特性ステップ点の間の電力/電流の勾配が予め定めた所定の閾値勾配よりも大きな勾配とする。これにより、実測特性値を反映しながら、単調増加特性を有する電池の電流−電力特性に合わせることができる。
In the battery learning system, when the battery output characteristics are the battery current-power characteristics,
As the predetermined monotonous change condition, a condition is used in which the power value monotonously increases with an increase in the current value. Here, the monotonic increase is used in a narrow sense that the power value does not decrease with respect to the increase in the current value. Therefore, the power value increases with a positive gradient with respect to the current increase. Here, it is assumed that the power / current gradient between adjacent characteristic step points is larger than a predetermined threshold gradient. Thereby, it is possible to match the current-power characteristic of the battery having the monotonously increasing characteristic while reflecting the actually measured characteristic value.

また、電池学習システムにおいて、実測特性ステップ点に最も近い他の特性ステップ点から始まって、さらに遠い他の特性ステップ点に向かって、計算特性値を順次算出するので、実測特性値からの乖離を少なくして、より正確な出力特性線を得ることができる。   Also, in the battery learning system, the calculated characteristic values are calculated sequentially starting from the other characteristic step point closest to the measured characteristic step point and further toward the other characteristic step point. By reducing the number, a more accurate output characteristic line can be obtained.

また、電池学習システムにおいて、電池は燃料電池であるので、燃料電池の出力特性線をより正確なものとすることが可能になる。   In the battery learning system, since the battery is a fuel cell, the output characteristic line of the fuel cell can be made more accurate.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、出力特性線の学習を行う電池として、燃料電池を説明するが、これ以外の電池であっても、電気化学反応によって作動する電池であればよい。例えば、リチウムイオン2次電池、ニッケル水素2次電池、鉛蓄電池、アルカリ電池、マンガン電池等の2次電池であってもよい。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a fuel cell will be described as a battery for learning the output characteristic line. However, other batteries may be used as long as they operate by an electrochemical reaction. For example, a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, a lead storage battery, an alkaline battery, or a manganese battery may be used.

また、以下では、電池学習システムを備え、その学習によって得られる燃料電池の出力特性線に基いて燃料電池を含む電源の駆動制御を行う燃料電池システムを説明するが、燃料電池の駆動制御と切り離した電池学習システム単独の構成としてもよい。この場合には、燃料電池と学習を実行するコンピュータとで電池学習システムを構成することができ、また、その学習結果を、別途データ転送等で、燃料電池駆動制御装置に伝送することができる。   In the following, a fuel cell system that includes a battery learning system and performs drive control of a power source including the fuel cell based on an output characteristic line of the fuel cell obtained by the learning will be described. Alternatively, the battery learning system alone may be configured. In this case, the battery learning system can be configured by the fuel cell and the computer that executes learning, and the learning result can be transmitted to the fuel cell drive control device by separate data transfer or the like.

また、以下では、電源回路として、高電圧の蓄電装置、燃料電池、電圧変換器、高電圧作動のインバータを含む構成を説明するが、これ以外の要素を含むものとしてもよい。例えば、システムメインリレー、低電圧バッテリ、低電圧作動のDC/DCコンバータ等を含むものとできる。インバータは、モータ・ジェネレータ(M/G)である回転電機を負荷とするものとして説明するが、勿論、燃料電池用の補機を負荷とするインバータを設けるものとしてもよい。   In the following, a configuration including a high-voltage power storage device, a fuel cell, a voltage converter, and a high-voltage operating inverter will be described as a power supply circuit, but other components may be included. For example, a system main relay, a low voltage battery, a DC / DC converter operated at a low voltage, and the like can be included. Although the inverter will be described as a load that is a rotating electrical machine that is a motor / generator (M / G), it is needless to say that an inverter having a load as a fuel cell auxiliary machine may be provided.

図1は、電池学習システムを備える燃料電池システム10の構成を示す図である。燃料電池システム10は、電源回路11と、負荷である回転電機22と、記憶装置38と、制御部40とで構成される。ここで、電池学習システムは、電源回路11の構成要素である燃料電池30と、高周波信号源32と、電流検出手段34と、電圧検出手段36と、記憶装置38と、制御部40の構成要素である電池学習部42とを含む部分に相当する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell system 10 including a battery learning system. The fuel cell system 10 includes a power supply circuit 11, a rotating electrical machine 22 that is a load, a storage device 38, and a control unit 40. Here, the battery learning system includes components of the fuel cell 30, the high-frequency signal source 32, the current detection unit 34, the voltage detection unit 36, the storage device 38, and the control unit 40 that are components of the power supply circuit 11. This corresponds to a portion including the battery learning unit 42.

電源回路11は、蓄電装置12と、2次電池側の平滑コンデンサ14と、電圧変換器16と、燃料電池側の平滑コンデンサ18と、燃料電池30と、インバータ20とを含んで構成される。また、電源回路11には、燃料電池30の側に、高周波信号源32、電流検出手段34、電圧検出手段36が設けられる。   The power supply circuit 11 includes a power storage device 12, a secondary battery-side smoothing capacitor 14, a voltage converter 16, a fuel cell-side smoothing capacitor 18, a fuel cell 30, and an inverter 20. Further, the power supply circuit 11 is provided with a high frequency signal source 32, a current detection means 34, and a voltage detection means 36 on the fuel cell 30 side.

蓄電装置12は、充放電可能な高電圧2次電池であって、電圧変換器16を介して燃料電池30との間で電力の融通を行い、回転電機22等の負荷の変動に対応する機能を有する。かかる蓄電装置12としては、例えば、約200Vから約300Vの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。なお、電池学習システムは、電池化学反応によって作動する電池の出力特性線の学習に適用することが可能であるので、リチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池に適用することができるが、以下では、電池学習システムは燃料電池30の出力特性線の学習にのみ適用されるものとして説明する。   The power storage device 12 is a chargeable / dischargeable high-voltage secondary battery that performs power interchange with the fuel cell 30 via the voltage converter 16 and responds to fluctuations in the load of the rotating electrical machine 22 and the like. Have As the power storage device 12, for example, a lithium ion assembled battery or a nickel hydride assembled battery having a terminal voltage of about 200 V to about 300 V, or a capacitor can be used. In addition, since the battery learning system can be applied to learning of the output characteristic line of a battery that operates by a battery chemical reaction, it can be applied to a lithium ion assembled battery or a nickel hydride assembled battery. The battery learning system will be described as being applied only to learning of the output characteristic line of the fuel cell 30.

電圧変換器16は、蓄電装置12と燃料電池30の間に配置される回路である。例えば、燃料電池30の電力が不足するときは、蓄電装置12の側から電圧変換器16を介して電力が負荷に供給され、蓄電装置12を充電するときは電圧変換器16を介して燃料電池30の側から蓄電装置12に電力が供給される。かかる電圧変換器16としては、リアクトルを含む双方向型コンバータを用いることができる。   The voltage converter 16 is a circuit disposed between the power storage device 12 and the fuel cell 30. For example, when the power of the fuel cell 30 is insufficient, power is supplied to the load from the power storage device 12 via the voltage converter 16, and when charging the power storage device 12, the fuel cell is supplied via the voltage converter 16. Power is supplied to the power storage device 12 from the 30 side. As such a voltage converter 16, a bidirectional converter including a reactor can be used.

電圧変換器16の両側にはそれぞれ平滑コンデンサが設けられる。すなわち、電圧変換器16と蓄電装置12とを結ぶ正極側母線と負極側母線との間に、2次電池側の平滑コンデンサ14が設けられ、電圧変換器16と燃料電池30とを結ぶ正極側母線と負極側母線との間に、燃料電池側の平滑コンデンサ18が設けられる。   Smoothing capacitors are provided on both sides of the voltage converter 16. That is, a smoothing capacitor 14 on the secondary battery side is provided between the positive side bus and the negative side bus connecting the voltage converter 16 and the power storage device 12, and the positive side connecting the voltage converter 16 and the fuel cell 30. A smoothing capacitor 18 on the fuel cell side is provided between the bus bar and the negative electrode side bus bar.

燃料電池30は、燃料電池セルを複数組み合わせて、約200Vから約300V程度の高電圧の発電電力を取り出せるように構成された一種の組電池で、燃料電池スタックと呼ばれる。ここで、各燃料電池セルは、アノード側に燃料ガスとして水素を供給し、カソード側に酸化ガスとして空気を供給し、固体高分子膜である電解質膜を通しての電池化学反応によって必要な電力を取り出す機能を有する。   The fuel cell 30 is a type of assembled battery configured to extract a high-voltage generated power of about 200 V to about 300 V by combining a plurality of fuel cells, and is called a fuel cell stack. Here, each fuel cell supplies hydrogen as a fuel gas to the anode side, supplies air as an oxidizing gas to the cathode side, and takes out necessary power by a battery chemical reaction through an electrolyte membrane that is a solid polymer membrane. It has a function.

インバータ20は、制御部40の制御の下で、高電圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機22に供給する機能と、逆に回転電機22からの交流三相回生電力を高電圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。かかるインバータ20は、スイッチング素子とダイオード等を含む回路で構成することができる。   The inverter 20 converts the high-voltage DC power into AC three-phase driving power under the control of the control unit 40 and supplies it to the rotating electrical machine 22, and conversely, the AC three-phase regenerative power from the rotating electrical machine 22 is increased. It is a circuit having a function of converting into voltage direct current charging power. The inverter 20 can be configured by a circuit including a switching element, a diode, and the like.

電流検出手段34は、燃料電池30の出力電流値を検出する機能を有し、燃料電池30の負極側母線に直列に配置される。場合によっては、燃料電池30の正極側母線に電流検出手段34を配置するものとしてもよい。かかる電流検出手段34としては、適当な電流計を用いることができる。   The current detection means 34 has a function of detecting the output current value of the fuel cell 30 and is arranged in series with the negative electrode bus of the fuel cell 30. In some cases, the current detection means 34 may be disposed on the positive electrode bus of the fuel cell 30. As the current detection means 34, an appropriate ammeter can be used.

電圧検出手段36は、燃料電池30の出力電圧値を検出する機能を有し、燃料電池30の正極側母線と負極側母線との間に燃料電池30と並列に配置される。かかる電圧検出手段36としては、適当な電計を用いることができる。


The voltage detection means 36 has a function of detecting the output voltage value of the fuel cell 30 and is arranged in parallel with the fuel cell 30 between the positive electrode bus and the negative electrode bus of the fuel cell 30. Such voltage detecting means 36, it is possible to use a suitable voltage meter.


高周波信号源32は、燃料電池30のインピーダンスを測定するために、燃料電池30の負極側母線に高周波信号を付与するためのものである。付与された高周波信号は、電流検出手段34と電圧検出手段36によって直流成分とは別に交流成分として検出される。直流成分からは、燃料電池30の出力電流値としての直流電流値と、出力電圧値としての直流電圧値をそれぞれ得ることができる。そして、交流成分からは、周知の交流インピーダンス法によって、燃料電池30のインピーダンスを算出することができる。   The high-frequency signal source 32 is for applying a high-frequency signal to the negative electrode side bus of the fuel cell 30 in order to measure the impedance of the fuel cell 30. The applied high frequency signal is detected as an alternating current component separately from the direct current component by the current detection means 34 and the voltage detection means 36. From the DC component, a DC current value as the output current value of the fuel cell 30 and a DC voltage value as the output voltage value can be obtained. From the AC component, the impedance of the fuel cell 30 can be calculated by a known AC impedance method.

回転電機22は、例えば車両に搭載されるモータ・ジェネレータであって、電源回路側から電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。回転電機22は、ここでは電源回路11の負荷の例示として示されている。   The rotating electrical machine 22 is a motor / generator mounted on a vehicle, for example, and is a three-phase synchronous rotating electrical machine that functions as a motor when electric power is supplied from the power supply circuit side and functions as a generator during braking. The rotating electrical machine 22 is shown here as an example of the load of the power supply circuit 11.

記憶装置38は、制御部40で実行されるプログラム等を格納する機能を有するが、ここでは特に、燃料電池30の出力特性線ファイル39を記憶する機能を有する。ここで、燃料電池30の出力特性線について、図2から図4を用いて説明する。以下では、図1の符号を用いて説明する。   The storage device 38 has a function of storing a program or the like executed by the control unit 40, and particularly has a function of storing an output characteristic line file 39 of the fuel cell 30 here. Here, the output characteristic line of the fuel cell 30 will be described with reference to FIGS. Below, it demonstrates using the code | symbol of FIG.

燃料電池30の出力特性線とは、燃料電池30の出力特性について、予め定めた所定の特性ステップ点における出力値を特性値として各特性値を結んで得られる離散的な特性線である。   The output characteristic line of the fuel cell 30 is a discrete characteristic line obtained by connecting each characteristic value with respect to the output characteristic of the fuel cell 30 using the output value at a predetermined characteristic step point as a characteristic value.

図2には、出力特性を電流−電圧特性として、横軸に電流(I)、縦軸に電圧(V)を取ったI−V平面上に、格子状に配置された特性ステップ点60の様子が示されている。図2の例では、特性ステップ点60の電流(I)に関する刻みΔSは、一定として示されているが、この刻みΔSは必ずしも一定値でなくてもよい。すなわち、特性ステップ点60の配列は、予め定めてあればよく、その配列の刻みは電流(I)、電圧(V)に関し、一定値である必要はなく、測定領域によって粗い配列、細かい配列とすることができる。   FIG. 2 shows characteristic step points 60 arranged in a grid pattern on an IV plane in which the output characteristics are current-voltage characteristics, the horizontal axis represents current (I) and the vertical axis represents voltage (V). The situation is shown. In the example of FIG. 2, the step ΔS regarding the current (I) at the characteristic step point 60 is shown as being constant, but this step ΔS does not necessarily have to be a constant value. That is, the arrangement of the characteristic step points 60 may be determined in advance, and the increment of the arrangement need not be a constant value with respect to the current (I) and the voltage (V). can do.

図1で説明した電流検出手段34によって検出された電流値、電圧検出手段36によって検出された電圧値は、図2における特性ステップ点60に一致する値のみが取得される。図2において黒丸で示された特性ステップ点が、測定によって取得された燃料電池30の実測された特性値62である。したがって、特性値は、(I=実出力電流値、V=実出力電圧値)の組合せで示される。そして、図2において破線で示される線が、実測された特性値62を結んで得られる離散的な特性線64で、これが燃料電池30の出力特性線である。   As the current value detected by the current detection unit 34 described in FIG. 1 and the voltage value detected by the voltage detection unit 36, only values that match the characteristic step point 60 in FIG. 2 are acquired. A characteristic step point indicated by a black circle in FIG. 2 is an actually measured characteristic value 62 of the fuel cell 30 obtained by measurement. Therefore, the characteristic value is indicated by a combination of (I = actual output current value, V = actual output voltage value). A broken line in FIG. 2 is a discrete characteristic line 64 obtained by connecting the actually measured characteristic value 62, and this is an output characteristic line of the fuel cell 30.

図3は、燃料電池30の出力特性線としての電流−電圧特性線を模式的に示す図である。なお、以下では、燃料電池30の電流−電圧特性線をI−V特性線、電流−電圧特性をI−V特性と呼ぶことにする。燃料電池30には内部抵抗があるので、I−V特性線は、この内部抵抗による電圧降下の影響を受ける。ここで、内部抵抗の大きさは、インピーダンスを測定し、その直流成分を抜き出すことで得ることができる。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a current-voltage characteristic line as an output characteristic line of the fuel cell 30. Hereinafter, the current-voltage characteristic line of the fuel cell 30 is referred to as an IV characteristic line, and the current-voltage characteristic is referred to as an IV characteristic. Since the fuel cell 30 has an internal resistance, the IV characteristic line is affected by a voltage drop due to the internal resistance. Here, the magnitude of the internal resistance can be obtained by measuring the impedance and extracting the DC component.

図3には、燃料電池30の内部抵抗の大きさによってI−V特性線がどのように変化するかが示されている。同じ電流値のとき、内部抵抗が少ないほど、電圧値は大きくなる。すなわち、内部抵抗をゼロとしたときのI−V特性線66が最も電圧値が高い特性線となり、内部抵抗があるときのI−V特性線67は、内部抵抗が大きいほど、電圧値が低下する特性線となる。   FIG. 3 shows how the IV characteristic line changes depending on the magnitude of the internal resistance of the fuel cell 30. At the same current value, the voltage value increases as the internal resistance decreases. That is, the IV characteristic line 66 when the internal resistance is zero is the characteristic line having the highest voltage value, and the IV characteristic line 67 when the internal resistance is present decreases as the internal resistance increases. It becomes a characteristic line.

内部抵抗をゼロとしたI−V特性線66は、燃料電池30について実測された出力電圧値である実電圧値から、燃料電池30の内部抵抗による電圧降下分を排除した電圧値を用いていることになる。実電圧値から内部抵抗による電圧降下を排除した電圧値は、活性化過電圧または理論電圧と呼ばれる。したがって、I−V特性線66は、電流−活性化過電圧特性線、または理論I−V特性線と呼ばれる。   The IV characteristic line 66 with the internal resistance set to zero uses a voltage value obtained by eliminating a voltage drop due to the internal resistance of the fuel cell 30 from an actual voltage value that is an actually measured output voltage value of the fuel cell 30. It will be. The voltage value obtained by eliminating the voltage drop due to the internal resistance from the actual voltage value is called an activation overvoltage or a theoretical voltage. Therefore, the IV characteristic line 66 is called a current-activation overvoltage characteristic line or a theoretical IV characteristic line.

理論I−V特性線は、図3のI−V特性線66に示されるように、電流ゼロから電流が増加すると急激に電圧値が低下し、一定値に落ち着く。そして、さらに電流値が増加すると、一定値の電圧値から急激に電圧値が低下し、電圧値がゼロとなる。このように、理論I−V特性線は、電圧値が一定の範囲を有し、それ以外の領域では、電流が増加すると必ず電圧が低下する特性を有する。すなわち、理論I−V特性線においては、電流が増加するときは、電圧値は減少するか、一定値を取り、増加することはない。このように電流値の増加に対し、電圧値は増加することのない特性を有するので、これを単調減少特性と呼ぶことができる。ここでは、電流値の増加に従って電圧値が常に減少するとの狭義の意味での単調減少ではなく、電圧値が一定のことも含む広義の意味での単調減少である。この特性は、燃料電池30の電気化学反応の特性に基くものであり、燃料電池以外の電気化学反応によって作動する電池一般に見られる特性でもある。   As shown by the IV characteristic line 66 in FIG. 3, the theoretical IV characteristic line suddenly decreases in voltage value and settles to a constant value when the current increases from zero. When the current value further increases, the voltage value suddenly decreases from a constant voltage value, and the voltage value becomes zero. As described above, the theoretical IV characteristic line has a characteristic in which the voltage value has a certain range, and in other regions, the voltage always decreases as the current increases. That is, in the theoretical IV characteristic line, when the current increases, the voltage value decreases or takes a constant value and does not increase. Since the voltage value has a characteristic that does not increase with respect to the increase in the current value, it can be referred to as a monotonously decreasing characteristic. Here, it is not a monotonous decrease in a narrow sense that the voltage value always decreases as the current value increases, but a monotonic decrease in a broad sense including that the voltage value is constant. This characteristic is based on the characteristics of the electrochemical reaction of the fuel cell 30 and is also a characteristic commonly found in cells that operate by an electrochemical reaction other than the fuel cell.

電流検出手段34によって実測された実電流値と、電圧検出手段36によって実測された実電圧値とを用いるI−V特性線を実I−V特性線と呼ぶことにすると、実I−V特性線は、理論I−V特性線に内部抵抗による電圧降下が含まれたものとなる。電圧降下は、電流値をI、内部抵抗値をRとして、IRドロップとして与えられ、内部抵抗値が一定であれば、電流が増加すると必ず増加する。すなわち、図3のI−V特性線67に見られるように、電流値が増加すれば、電圧値が必ず低下する。すなわち、実I−V特性線においては、電流が増加するときは、電圧値は狭義の意味の単調減少となり、一定値を取ることも、増加することもない。   When an IV characteristic line using the actual current value actually measured by the current detection unit 34 and the actual voltage value actually measured by the voltage detection unit 36 is referred to as a real IV characteristic line, the actual IV characteristic is obtained. The line is a theoretical IV characteristic line including a voltage drop due to internal resistance. The voltage drop is given as an IR drop, where I is the current value and R is the internal resistance value. If the internal resistance value is constant, the voltage drop always increases as the current increases. That is, as can be seen from the IV characteristic line 67 of FIG. 3, the voltage value always decreases as the current value increases. That is, in the actual IV characteristic line, when the current increases, the voltage value monotonously decreases in a narrow sense, and does not take a constant value or increase.

上記では、燃料電池の出力特性線として、I−V特性線を説明したが、燃料電池システム10の電源駆動制御に用いることのできる出力特性線として、電流−電力特性線を用いることができる。以下では、電流−電力特性線をI−P特性線、電流−電力特性をI−P特性と呼ぶことにする。   In the above description, the IV characteristic line has been described as the output characteristic line of the fuel cell. However, the current-power characteristic line can be used as the output characteristic line that can be used for power source drive control of the fuel cell system 10. Hereinafter, the current-power characteristic line is referred to as an IP characteristic line, and the current-power characteristic is referred to as an IP characteristic.

I−P特性線は、燃料電池30の出力電流値に対する出力電力値の関係を示す特性線である。燃料電池30の出力電力値は、電流検出手段34によって検出される実電流値に、電圧検出手段36によって検出される実電圧値を乗じて得ることができる。上記のように、燃料電池30における実電圧値は、実電流値の増加に対し単調減少するので、これに実電圧値を乗じたものはどのような変化をするかであるが、実際のところは、実電流値の増加に対し、電力値は単調増加する。その様子を図4に示す。ここに示されるように、燃料電池30のI−P特性線68は、電流値の増加とともに電力値が単調増加するが、電流値の小さいときに増加率が大きく、電流値が増加するにしたがい、増加率が低下する。しかし、電流値の増加に対し、電力値が一定値になることも、減少することもない。   The IP characteristic line is a characteristic line indicating the relationship of the output power value with respect to the output current value of the fuel cell 30. The output power value of the fuel cell 30 can be obtained by multiplying the actual current value detected by the current detector 34 by the actual voltage value detected by the voltage detector 36. As described above, the actual voltage value in the fuel cell 30 monotonously decreases with the increase in the actual current value, so what is changed by multiplying this by the actual voltage value is actually. The power value increases monotonously with the increase in the actual current value. This is shown in FIG. As shown here, the power characteristic of the IP characteristic line 68 of the fuel cell 30 increases monotonously with an increase in the current value. However, the increase rate is large when the current value is small, and the current value increases. , The increase rate decreases. However, the power value does not become a constant value or decreases as the current value increases.

このように、燃料電池30の出力特性線としては、実I−V特性線、理論I−V特性線、I−P特性線を用いることができる。そして、これらについて、実測値を用いて更新を行うことで、出力特性線の学習を行うことができる。図1の記憶装置38には、出力特性線ファイル39として、これらの出力特性線の学習結果等が記憶される。   Thus, as the output characteristic line of the fuel cell 30, an actual IV characteristic line, a theoretical IV characteristic line, and an IP characteristic line can be used. And about these, by updating using an actual measurement value, learning of an output characteristic line can be performed. The storage device 38 of FIG. 1 stores learning results of these output characteristic lines as an output characteristic line file 39.

ところで、学習を行う際に、今回の実測特性値に対応する特性ステップ点の特性値を実測特性値に置き換えて更新すると、その前後で、出力特性線が不連続な変化を有することが生じ得る。上記のように、電気化学反応に基いて作動する燃料電池30において、その出力特性は、実I−V特性線において広義の単調減少特性であり、理論I−V特性線においては狭義の単調減少特性であり、I−P特性線においては単調増加特性であり、いずれも単調変化特性を有し、不連続特性を有しない。   By the way, when learning is performed, if the characteristic value of the characteristic step point corresponding to the current actual characteristic value is replaced with the actual characteristic value and updated, the output characteristic line may have a discontinuous change before and after that. . As described above, in the fuel cell 30 that operates based on the electrochemical reaction, the output characteristic is a monotonically decreasing characteristic in a broad sense in the actual IV characteristic line, and a monotonic decreasing characteristic in the narrow sense in the theoretical IV characteristic line. This is a monotonically increasing characteristic in the I-P characteristic line, and all have a monotonous change characteristic and no discontinuous characteristic.

したがって、燃料電池30の出力特性線の学習において、今回の実測特性値に対応する特性ステップ点の特性値を実測特性値に置き換えて更新すると、その前後で、出力特性線が不連続な変化を有するときには、燃料電池30の出力特性線が本来有する単調変化条件に合うように、補正を行う必要がある。   Therefore, in learning of the output characteristic line of the fuel cell 30, when the characteristic value of the characteristic step point corresponding to the current actual characteristic value is replaced with the actual characteristic value and updated, the output characteristic line changes discontinuously before and after that. If so, it is necessary to perform correction so that the output characteristic line of the fuel cell 30 meets the monotonic change condition that the fuel cell 30 originally has.

そこで、図1に戻り、制御部40は、燃料電池システム10を構成する各要素を全体として統一された動作を行うように制御する機能を有するとともに、ここでは、燃料電池30の出力特性線の学習を行い、その結果に基いて、燃料電池システム10の電源駆動制御を行う機能を有する。そして、特に、燃料電池30の出力特性線の学習において、実測特性値を置き換えて更新する際に、出力特性線が不連続な変化を有するときに必要な補正を行う機能を有する。   Therefore, returning to FIG. 1, the control unit 40 has a function of controlling each element constituting the fuel cell system 10 to perform a unified operation as a whole, and here, the output characteristic line of the fuel cell 30 It has a function of performing learning and performing power supply drive control of the fuel cell system 10 based on the result. In particular, the learning of the output characteristic line of the fuel cell 30 has a function of performing necessary correction when the output characteristic line has a discontinuous change when the measured characteristic value is replaced and updated.

具体的には、制御部40は、燃料電池30の出力特性線について実測値に基く学習を行う電池学習部42と、その結果に基いて、燃料電池システム10の電源駆動制御を行う電源駆動制御モジュール50とを含んで構成される。そして、電池学習部42は、実測値に基いて最初の出力特性線を作成する初期学習モジュール44と、初期学習が終了したI−V特性線について、実測値に基いて更新と必要な補正を行うI−V特性線学習モジュール46と、初期学習が終了したI−P特性線について、実測値に基いて更新と必要な補正を行うI−P特性線学習モジュール48とを有する。   Specifically, the control unit 40 includes a battery learning unit 42 that performs learning based on actual measurement values for the output characteristic line of the fuel cell 30, and a power supply drive control that performs power supply drive control of the fuel cell system 10 based on the result. Module 50. Then, the battery learning unit 42 updates the initial learning characteristic module 44 that creates the first output characteristic line based on the actual measurement value, and updates and necessary corrections based on the actual measurement value for the IV characteristic line for which the initial learning has been completed. An IV characteristic line learning module 46 to perform, and an IP characteristic line learning module 48 to perform updating and necessary correction on the IP characteristic line for which the initial learning has been completed based on the actual measurement value.

かかる機能は、ソフトウェアによって実現でき、具体的には、燃料電池学習プログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。   Such a function can be realized by software, specifically, by executing a fuel cell learning program. Some of these functions may be realized by hardware.

かかる構成の作用、特に制御部40の電池学習部42の各機能について、図5から図12を用いて詳細に説明する。これらの図は、いずれも燃料電池の出力特性線を示す図で、図5から図10までがI−V特性線、図11と図12がI−P特性線である。以下では、図1から図4の符号を用いて説明する。   The operation of this configuration, in particular, each function of the battery learning unit 42 of the control unit 40 will be described in detail with reference to FIGS. These figures all show the output characteristic lines of the fuel cell, wherein FIGS. 5 to 10 are IV characteristic lines, and FIGS. 11 and 12 are IP characteristic lines. Below, it demonstrates using the code | symbol of FIGS. 1-4.

出力特性線の学習には、最初の出力特性線を作成する初期学習と、既に得られている出力特性線について、実測された特性値に基いて出力特性線を更新する通常学習とがある。最初に、初期学習の機能について説明する。ここでは、出力特性線としてI−V特性線の場合を説明する。図5から図8は、初期学習におけるI−V特性線の作成、及び必要な補正の様子を示す図である。   The learning of the output characteristic line includes the initial learning for creating the first output characteristic line and the normal learning for updating the output characteristic line based on the actually measured characteristic value for the already obtained output characteristic line. First, the initial learning function will be described. Here, the case where the output characteristic line is an IV characteristic line will be described. FIG. 5 to FIG. 8 are diagrams illustrating how an IV characteristic line is created and necessary correction is performed in initial learning.

初期学習においては、図2で説明した特性ステップ点における燃料電池30の実電流値と実電圧値を用いて、I−V特性線を作成する。したがって、図2で説明した特性ステップ点の刻みであるΔSごとに実測を行えばよいが、初期学習ではできるだけ迅速に最初のI−V特性線を得たい。そこで、I−V特性線で変化の激しい領域である電流の小さい領域を刻みΔSで実測した後は、特性ステップ点を飛ばして実測を行う。この場合、実測していない特性ステップ点については、未学習であるので、その特性ステップ点についての特性値を推定計算して、計算特性値を求める必要がある。
I−V特性線で未学習の特性ステップ点について計算特性値を求めるには、まず、未学習領域の始発点となる特性ステップ点を特定する。以下では、電流値のステップで、m番目の特性ステップ点から未学習であるとする。換言すれば、m−1番目までの特性ステップ点までは既に測定済みか学習済みである。次に、実測点の特性値はそのまま用いる。そして、実測点の特性ステップ点をn番目として、その実測特性ステップ点に最も近い未学習の特性ステップ点から始まって、さらに遠い未学習の特性ステップ点に向かって、計算特性値を順次求める。こうすることで、実測点近傍の特性ステップ点の特性値の精度が高くなり、実測特性値からの乖離を少なくして、より正確な出力特性線を得ることができる。
In the initial learning, an IV characteristic line is created using the actual current value and the actual voltage value of the fuel cell 30 at the characteristic step points described with reference to FIG. Therefore, actual measurement may be performed for each ΔS, which is the step of the characteristic step point described with reference to FIG. 2, but it is desired to obtain the first IV characteristic line as quickly as possible in the initial learning. Therefore, after measuring the small current region, which is a region where the change is rapid on the IV characteristic line, with the step ΔS, the measurement is performed by skipping the characteristic step points. In this case, since the characteristic step point that has not been actually measured has not yet been learned, it is necessary to estimate and calculate the characteristic value for the characteristic step point to obtain the calculated characteristic value.
In order to obtain a calculated characteristic value for an unlearned characteristic step point on the IV characteristic line, first, a characteristic step point that is the starting point of the unlearned area is specified. In the following, it is assumed that the current value step is not learned from the m-th characteristic step point. In other words, the measurement steps up to m-1th characteristic step points have already been measured or learned. Next, the characteristic value of the actual measurement point is used as it is. Then, the characteristic step point of the actual measurement point is set as the nth, and the calculated characteristic value is sequentially obtained starting from the unlearned characteristic step point closest to the actual measurement characteristic step point and further toward the unlearned characteristic step point. By doing so, the accuracy of the characteristic value of the characteristic step point in the vicinity of the actual measurement point is increased, the deviation from the actual measurement characteristic value is reduced, and a more accurate output characteristic line can be obtained.

計算特性値の算出には、燃料電池の電気化学反応の特性から、I−V特性線が単純減少特性を有することを利用する。すなわち、隣接する2つの特性ステップ点の間で、電流値が大きい方の特性ステップ点の電圧値が電流の小さい方の特性ステップ点の電圧値より同じか小さくなるように、実測測定点から始まって順次遠くの特性ステップ点に向かって計算特性値の算出を行う。このようにするとき、n番目の実測点からm−1番目の特性ステップ点に向かっては特性値が同じか増加することになるが、増加しすぎると、I−V特性線全体として単調減少とならずに変極点等の特異点が出る。したがって、特異点をできるだけ少なくするように、補正を行う。   The calculation characteristic value is calculated based on the fact that the IV characteristic line has a simple decrease characteristic based on the electrochemical reaction characteristic of the fuel cell. That is, it starts from the actual measurement point so that the voltage value of the characteristic step point with the larger current value is equal to or smaller than the voltage value of the characteristic step point with the smaller current value between two adjacent characteristic step points. Then, the calculated characteristic value is calculated toward the characteristic step points which are far away. In this case, the characteristic value is the same or increases from the nth actual measurement point toward the m-1st characteristic step point. However, if the characteristic value increases too much, the entire IV characteristic line decreases monotonously. Instead, singularities such as inflection points appear. Therefore, correction is performed so as to minimize the number of singular points.

このような計算特性値の算出には、基準となるI−V特性を参照すると算出が容易となる。すなわち、いままでに実績のあるI−V特性は、電流値の増加に対し、電圧値が必ず同じか減少する特性を有するからである。この基準となるI−V特性を用いて、既に学習済みの特性ステップ点と接続するときに不連続が生じるときは、不連続を最小限とする補正を行えばよい。以下にその手順を説明する。以下の手順は、図1で説明した電池学習部42の初期学習モジュール44の機能により実行される。   Such calculation characteristic values can be easily calculated by referring to a standard IV characteristic. That is, the IV characteristics that have been proven so far have the characteristic that the voltage value is always the same or decreases as the current value increases. When discontinuities occur when connecting to characteristic step points that have already been learned using the reference IV characteristics, correction that minimizes discontinuities may be performed. The procedure will be described below. The following procedure is executed by the function of the initial learning module 44 of the battery learning unit 42 described in FIG.

図5は、電流の小さい領域について実測を行った状態を示す図である。ここでは、実測された部分が学習済みとして、実線で示されている。図5において、m−1として示されているのは、特性ステップ点のm−1番目まで実測が行われたことを示すもので、m番目の特性ステップ点から未学習領域が始まり、これより電流値の大きい領域が未学習領域である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which actual measurement is performed in a region where current is small. Here, the actually measured part is shown as a solid line as learned. In FIG. 5, m−1 indicates that the actual measurement has been performed up to the m−1th characteristic step point, and an unlearned region starts from the mth characteristic step point. A region having a large current value is an unlearned region.

m番目の特性ステップ点以降の未学習領域については、m−1番目までの学習領域で得られた部分的I−V特性線70に基いて、I−V特性線を推定する。この推定には、いままで得られている燃料電池30の代表的なI−V特性の中で、部分的I−V特性線70を延長したものに最も近い特性線を用いることができる。したがって、滑らかで、単調減少特性で、部分的I−V特性線70に連続的に接続する特性線が用いられる。このようにして得られた推定I−V特性線は、理想的な燃料電池のI−V特性線に近く、これを以後の計算特性値の算出の基準として用いるので、これを基本I−V特性線72と呼ぶことにする。   For an unlearned area after the mth characteristic step point, an IV characteristic line is estimated based on the partial IV characteristic lines 70 obtained in the m-1st learning area. For this estimation, a characteristic line closest to an extension of the partial IV characteristic line 70 among the typical IV characteristics of the fuel cell 30 obtained so far can be used. Therefore, a characteristic line that is smooth and monotonically decreasing and continuously connected to the partial IV characteristic line 70 is used. The estimated IV characteristic line obtained in this way is close to the ideal IV characteristic line of the fuel cell and is used as a reference for the calculation of the calculated characteristic value thereafter. It will be called a characteristic line 72.

このようにして、まずは、実測された部分的I−V特性線70に連続して接続される基本I−V特性線を設定する。これが初期学習の出発点となる。次に、上記のように、m番目以降の未学習領域において、特性ステップ点を飛ばして実測が行われる。実測が行われたところをn番目の特性ステップ点として、n≧mである。   In this way, first, a basic IV characteristic line connected continuously to the actually measured partial IV characteristic line 70 is set. This is the starting point for initial learning. Next, as described above, actual measurement is performed by skipping characteristic step points in the m-th and subsequent unlearned regions. N ≧ m, where the actual measurement is performed as the n-th characteristic step point.

m番目以降が未学習領域であるときに、n番目の特性ステップ点が実測され、その実電圧値が、基本I−V特性線72上にあれば、基本I−V特性線72において、m番目からn番目までは基本I−V特性線72を用いることができ、これによって、n番目の特性ステップ点までが学習済みとして扱うことができる。m番目以降が未学習領域であるときに、n番目の特性ステップ点が実測され、その実電圧値が、基本I−V特性線72上にない場合には、その食い違いを補正する必要がある。   When the m-th and following are unlearned regions, the n-th characteristic step point is measured, and if the actual voltage value is on the basic IV characteristic line 72, the m-th characteristic step point is From the first to the nth, the basic IV characteristic line 72 can be used, so that the nth characteristic step point can be treated as learned. When the m-th and subsequent areas are unlearned regions, the n-th characteristic step point is actually measured, and when the actual voltage value is not on the basic IV characteristic line 72, it is necessary to correct the discrepancy.

図6は、第1の補正の手順を示す図である。ここでは、実測点74であるn番目の特性ステップ点の実電圧値が基本I−V特性線72の上にない。この場合、実測点74を通るように、基本I−V特性線72を平行移動する。図6では、実測点74を通る平行移動I−V特性線76が示されている。   FIG. 6 is a diagram illustrating a first correction procedure. Here, the actual voltage value of the nth characteristic step point which is the actual measurement point 74 is not on the basic IV characteristic line 72. In this case, the basic IV characteristic line 72 is translated so as to pass through the actual measurement point 74. In FIG. 6, a parallel movement IV characteristic line 76 passing through the actual measurement point 74 is shown.

I−V特性線は、燃料電池30の電気化学反応の特性から、電流値の増加に応じて電圧値が広義の単調減少の特性を示す。したがって、n≧mであるときは、平行移動I−V特性線76が、既に実測された実電圧値よりも大きな電圧値を有するときは、燃料電池30の電気化学反応の特性から見て不自然なことになる。その場合には、補正を行う。図7と図8は、補正の2つの例について説明する図である。   The IV characteristic line indicates a monotonically decreasing characteristic in which the voltage value is broadly defined in accordance with the increase in the current value, based on the electrochemical reaction characteristic of the fuel cell 30. Therefore, when n ≧ m, when the parallel movement IV characteristic line 76 has a voltage value larger than the actually measured actual voltage value, it is inferior in view of the electrochemical reaction characteristics of the fuel cell 30. It will be natural. In that case, correction is performed. 7 and 8 are diagrams for explaining two examples of correction.

図7は、実測点74であるn番目の特性ステップ点の実電圧値が、m−1番目の特性ステップ点の実電圧値よりも小さい場合である。このときには、実測点74を通る平行I−V特性線76を、その電圧値がm−1番目の特性ステップ点の実電圧値以下となる領域で用いる。平行I−V特性線76の電圧値が、m−1番目の特性ステップ点の実電圧値を超えることとなる領域では平行I−V特性線76を用いない。この領域では、m−1番目の特性ステップ点の実電圧値を補正I−V特性線78として用いる。   FIG. 7 shows a case where the actual voltage value of the nth characteristic step point that is the actual measurement point 74 is smaller than the actual voltage value of the (m−1) th characteristic step point. At this time, the parallel IV characteristic line 76 passing through the actual measurement point 74 is used in a region where the voltage value is equal to or less than the actual voltage value of the (m-1) th characteristic step point. The parallel IV characteristic line 76 is not used in a region where the voltage value of the parallel IV characteristic line 76 exceeds the actual voltage value of the (m-1) th characteristic step point. In this region, the actual voltage value of the (m-1) th characteristic step point is used as the corrected IV characteristic line 78.

つまり、n≧mである未学習領域では、学習済みの特性ステップ点の電圧値と実測特性ステップ点の電圧値の中の大きな電圧値よりも小さい電圧値となる条件で、平行I−V特性線76を補正する。このようにして得られる複数のI−V特性線70,78,76が、この場合の初期学習I−V特性線となる。   That is, in the unlearned region where n ≧ m, the parallel IV characteristics are obtained under the condition that the voltage value is smaller than the large voltage value among the voltage value of the learned characteristic step point and the voltage value of the actually measured characteristic step point. The line 76 is corrected. The plurality of IV characteristic lines 70, 78, and 76 obtained in this way are the initial learning IV characteristic lines in this case.

図8は、実測点75であるn番目の特性ステップ点の実電圧値が、m−1番目の特性ステップ点の実電圧値より大きい場合である。このときにも、実測点75を通る平行I−V特性線76を、その電圧値がm−1番目の特性ステップ点の実電圧値以下となる領域で用いる。平行I−V特性線76の電圧値が、m−1番目の特性ステップ点の実電圧値を超えることとなる領域では、平行I−V特性線76を用いずに、実測点75であるn番目の特性ステップ点の実電圧値を一定値のまま、補正I−V特性線78として用いる。このようにしてもなお、補正I−V特性線78の電圧値は、m−1番目の特性ステップ点の実電圧値より大きいので、補正I−V特性線78の適用範囲は、未学習領域のみとし、すなわちm番目の特性ステップ点以降とする。次に、m−1番目の特性ステップ点とm番目の特性ステップ点とを結ぶ。この範囲のI−V特性線79には、電圧値に不連続が見られることになるが、特性ステップ点の間における最小限の刻みの範囲に不連続性が止められている。   FIG. 8 shows a case where the actual voltage value of the nth characteristic step point that is the actual measurement point 75 is larger than the actual voltage value of the (m−1) th characteristic step point. Also at this time, the parallel IV characteristic line 76 passing through the actual measurement point 75 is used in a region where the voltage value is equal to or less than the actual voltage value of the (m−1) th characteristic step point. In the region where the voltage value of the parallel IV characteristic line 76 exceeds the actual voltage value of the (m-1) th characteristic step point, the measured value 75 is n without using the parallel IV characteristic line 76. The actual voltage value of the second characteristic step point is used as the corrected IV characteristic line 78 with a constant value. Even if it does in this way, since the voltage value of the correction | amendment IV characteristic line 78 is larger than the actual voltage value of the m-1th characteristic step point, the applicable range of the correction | amendment IV characteristic line 78 is an unlearned area | region. Only after the m-th characteristic step point. Next, the m−1th characteristic step point and the mth characteristic step point are connected. In the IV characteristic line 79 in this range, discontinuity is observed in the voltage value, but the discontinuity is stopped in the range of the minimum step between the characteristic step points.

ここでも、最小限の不連続性を除いて、未学習領域では、学習済みの特性ステップ点の電圧値と実測特性ステップ点の電圧値の中の大きな電圧値よりも小さい電圧値となる条件で、平行I−V特性線76が補正される。このようにして得られる複数のI−V特性線70,79,78,76が、この場合の初期学習I−V特性線となる。   Again, except for the minimum discontinuity, in the unlearned region, the voltage value is smaller than the large voltage value of the learned characteristic step point voltage value and the measured characteristic step point voltage value. The parallel IV characteristic line 76 is corrected. The plurality of IV characteristic lines 70, 79, 78, and 76 obtained in this way are the initial learning IV characteristic lines in this case.

このように、I−V特性線の初期学習においては、実測点74、75に最も近い未学習の特性ステップ点から、さらに遠い未学習の特性ステップ点に向かって、平行I−V特性線76について順次補正が行われる。その補正は、電流値の増加に対し、電圧値が広義の単調減少となる条件の下で行われる。こうして、実測点74、75の結果を反映しつつ、例外を最小限に止めて、燃料電池30の電気化学反応からみて自然な単調減少特性を満たす初期学習のI−V特性線を得ることができる。   As described above, in the initial learning of the IV characteristic line, the parallel IV characteristic line 76 extends from the unlearned characteristic step point closest to the actual measurement points 74 and 75 toward the further unlearned characteristic step point. Are sequentially corrected. The correction is performed under the condition that the voltage value is monotonously decreased in a broad sense with respect to the increase in the current value. In this way, it is possible to obtain an initial learning IV characteristic line that satisfies the natural monotonically decreasing characteristics in view of the electrochemical reaction of the fuel cell 30 while reflecting the results of the actual measurement points 74 and 75 while minimizing exceptions. it can.

上記では、I−V特性線を実I−V特性線、つまり、燃料電池30の内部抵抗を含んだ特性線として説明したが、同様の考え方で、理論I−V特性線の初期学習を行うことができる。この場合には、次の手順で、各特性ステップ点において活性化過電圧を求める。すなわち、燃料電池30において、高周波信号源32を用いるときの電流検出手段34、電圧検出手段36が検出する交流成分より、燃料電池30のインピーダンスを求める。そして、その実軸成分と虚軸成分の分解から内部抵抗を求め、直流電流値と内部抵抗の積より内部抵抗による電圧降下を求め、これを直流電圧値から差し引いて、活性化過電圧値を算出する。このようにして、各特性ステップ点における電流値と電圧値とインピーダンス値とから、各特性ステップ点における活性化過電圧を算出する。   In the above description, the IV characteristic line is described as an actual IV characteristic line, that is, a characteristic line including the internal resistance of the fuel cell 30, but the initial learning of the theoretical IV characteristic line is performed based on the same concept. be able to. In this case, the activation overvoltage is obtained at each characteristic step point by the following procedure. That is, in the fuel cell 30, the impedance of the fuel cell 30 is obtained from the AC component detected by the current detection means 34 and the voltage detection means 36 when using the high-frequency signal source 32. Then, the internal resistance is obtained from the decomposition of the real axis component and the imaginary axis component, the voltage drop due to the internal resistance is obtained from the product of the DC current value and the internal resistance, and this is subtracted from the DC voltage value to calculate the activation overvoltage value. . In this way, the activation overvoltage at each characteristic step point is calculated from the current value, voltage value, and impedance value at each characteristic step point.

電流−活性化過電圧特性線は、上記のように、電流値の増加に対し、電圧値が狭義の単調減少特性を有する。したがって、実I−V特性線の初期学習に、基本I−V特性線として、実績のある実I−V特性線を用いたと同様に、理論I−V特性線の初期学習における基本I−V特性線として、実績のある理論I−V特性線を用いることができる。そして、上記の手順、及び狭義の単調減少条件の下で、未学習領域において計算特性値を算出することで、理論I−V特性線についても初期学習を行うことができる。   As described above, the current-activation overvoltage characteristic line has a monotonically decreasing characteristic in which the voltage value is narrowly defined with respect to an increase in the current value. Accordingly, in the initial learning of the actual IV characteristic line, the basic IV in the initial learning of the theoretical IV characteristic line is used in the same manner as when the proven actual IV characteristic line is used as the basic IV characteristic line. A proven theoretical IV characteristic line can be used as the characteristic line. Then, by calculating the calculation characteristic value in the unlearned region under the above procedure and the narrowly monotonic decreasing condition, initial learning can be performed for the theoretical IV characteristic line.

次に、このようにして得られた初期学習済みのI−V特性線を、その後の実測値に基いて学習して更新する通常学習の手順について図9、図10を用いて説明する。以下の手順は、図1で説明した電池学習部42のI−V特性線学習モジュール46の機能により実行される。   Next, a normal learning procedure for learning and updating the IV characteristic line obtained in the above-described initial learning based on the actual measurement values will be described with reference to FIGS. The following procedure is executed by the function of the IV characteristic curve learning module 46 of the battery learning unit 42 described in FIG.

ここでは、既に学習済みのI−V特性線が得られているので、その後に実測されたn番目の特性ステップ点の実電圧値が、この学習済みI−V特性線の上にあれば問題がない。実測された電圧値が学習済みI−V特性線の上にないときに、単調減少特性を満たすように、補正を行う必要が出てくる。図9、図10に、補正の2つの例を示す。これらの図において、学習済みI−V特性線を、I−V特性線80とし、実測された特性ステップ点を実測点82,83としてある。   Here, since the learned IV characteristic line has already been obtained, there is a problem if the actual voltage value of the n-th characteristic step point measured thereafter is on the learned IV characteristic line. There is no. When the actually measured voltage value is not on the learned IV characteristic line, it is necessary to perform correction so as to satisfy the monotonic decrease characteristic. 9 and 10 show two examples of correction. In these figures, the learned IV characteristic line is the IV characteristic line 80 and the actually measured characteristic step points are the actually measured points 82 and 83.

図9は、実測点82であるn番目の特性ステップ点の実電圧値が、学習済みのI−V特性線80上の電圧値よりも大きい場合である。このときには、実測点82よりも電流値の小さい特性ステップ点の電圧値を、実測点82の実電圧と同じにする。そして、実測点82よりも電流値の大きい特性ステップ点の電圧値は、学習済みのI−V特性線80上の電圧値とする。つまり、n+1番目の特性ステップ点から以降が学習済みのI−V特性線80上の電圧値を取ることになる。このようにして、実測点82を含むI−V特性線全体として、広義の単調減少特性を有するものとできる。ここでは、電流値の小さい方から大きい方に向かって、複数のI−V特性線80,84,85,80が、補正後のI−V特性線となる。このようにして、実測点82の特性値を反映した学習が行われる。   FIG. 9 shows a case where the actual voltage value of the nth characteristic step point that is the actual measurement point 82 is larger than the voltage value on the learned IV characteristic line 80. At this time, the voltage value of the characteristic step point having a smaller current value than the actual measurement point 82 is set to be the same as the actual voltage at the actual measurement point 82. The voltage value of the characteristic step point having a current value larger than that of the actual measurement point 82 is the voltage value on the learned IV characteristic line 80. That is, the voltage value on the learned IV characteristic line 80 is taken from the (n + 1) th characteristic step point. In this way, the entire IV characteristic line including the actual measurement point 82 can have a monotonously decreasing characteristic in a broad sense. Here, the plurality of IV characteristic lines 80, 84, 85, and 80 become the corrected IV characteristic lines from the smaller current value to the larger current value. In this way, learning reflecting the characteristic value of the actual measurement point 82 is performed.

図10は、実測点83であるn番目の特性ステップ点の実電圧値が、学習済みのI−V特性線80上の電圧値よりも小さい場合である。このときには、実測点83よりも電流値の大きい特性ステップ点の電圧値を、実測点83の実電圧と同じにする。そして、実測点83よりも電流値の小さい特性ステップ点の電圧値は、学習済みのI−V特性線80上の電圧値とする。つまり、n−1番目より手前の特性ステップ点から学習済みのI−V特性線80上の電圧値を取ることになる。このようにして、実測点83を含むI−V特性線全体として、広義の単調減少特性を有するものとできる。ここでは、電流値の小さい方から大きい方に向かって、複数のI−V特性線80,87,86,80が、補正後のI−V特性線となる。このようにして、実測点83の特性値を反映した学習が行われる。   FIG. 10 shows a case where the actual voltage value of the nth characteristic step point that is the actual measurement point 83 is smaller than the voltage value on the learned IV characteristic line 80. At this time, the voltage value of the characteristic step point having a larger current value than the actual measurement point 83 is set to be the same as the actual voltage at the actual measurement point 83. The voltage value at the characteristic step point having a current value smaller than the actual measurement point 83 is set to the voltage value on the learned IV characteristic line 80. That is, the learned voltage value on the IV characteristic line 80 is taken from the characteristic step point before the (n-1) th. In this way, the entire IV characteristic line including the actual measurement point 83 can have a monotonously decreasing characteristic in a broad sense. Here, the plurality of IV characteristic lines 80, 87, 86, 80 become corrected IV characteristic lines from the smaller current value to the larger current value. In this way, learning reflecting the characteristic value of the actual measurement point 83 is performed.

ここでも、実測点から始まって、隣接する2つの特性ステップ点の間で、電流値が大きい方の特性ステップ点の電圧値が電流の小さい方の特性ステップ点の電圧値より小さくなるように、順次遠くの特性ステップ点に向かって補正が行われる。その補正は、電流値の増加に対し、電圧値が広義の単調減少となる条件の下で行われる。つまり、初期学習の場合に未学習の特性ステップ点における計算特性値の算出のときの補正と同じ条件の下で、I−V特性線に対する学習における補正が行われていることになる。なお、上記では、実I−V特性線の学習について説明したが、理論I−V特性線の学習についても同様の条件の下で、同様な手順を行うことができる。   Again, starting from the actual measurement point, between the two adjacent characteristic step points, the voltage value of the characteristic step point having the larger current value is smaller than the voltage value of the characteristic step point having the smaller current value. Corrections are made sequentially toward characteristic step points that are far away. The correction is performed under the condition that the voltage value is monotonously decreased in a broad sense with respect to the increase in the current value. That is, in the initial learning, the correction in the learning with respect to the IV characteristic line is performed under the same conditions as the correction in the calculation of the calculated characteristic value at the unlearned characteristic step point. In the above description, the learning of the actual IV characteristic line has been described. However, the same procedure can be performed for the learning of the theoretical IV characteristic line under the same conditions.

次に、出力特性線としてI−P特性線の場合を説明する。I−P特性線においても、初期学習と、初期学習の後の実測値による学習とがある。既にI−V特性線で説明したように、初期学習のときも、その後の学習のときも、同様な考え方の条件を用いるので、ここでは、初期学習によって学習済みのI−P特性線が得られた後に行われる学習について説明する。   Next, the case of the IP characteristic line as the output characteristic line will be described. Also in the IP characteristic line, there are initial learning and learning by actually measured values after the initial learning. As already described with respect to the IV characteristic line, since the same conditions are used for both initial learning and subsequent learning, the learned IP characteristic line is obtained here by the initial learning. The learning performed after being performed will be described.

I−P特性線の学習の場合でも、実測点の特性値がそのまま用いられることは、I−V特性線の場合と同じである。そして、実測点の特性ステップ点をn番目として、その実測特性ステップ点に最も近い未学習の特性ステップ点から始まって、さらに遠い未学習の特性ステップ点に向かって、推定特性値を順次算出することも同じである。I−V特性線の場合と異なるのは、燃料電池の電気化学反応の特性から、実I−V特性線が広義の単純減少特性、理論I−V特性線が狭義の単純減少特性であるのに対し、I−P特性線が狭義の単調増加特性を有することである。   Even in the case of learning of the IP characteristic line, the characteristic value of the actual measurement point is used as it is, as in the case of the IV characteristic line. Then, the characteristic step point of the actual measurement point is set as the nth, and the estimated characteristic value is sequentially calculated starting from the unlearned characteristic step point closest to the actual measurement characteristic step point and further toward the unlearned characteristic step point. The same is true. The difference from the case of the IV characteristic line is that the actual IV characteristic line is a simple decrease characteristic in a broad sense and the theoretical IV characteristic line is a simple decrease characteristic in a narrow sense, from the characteristics of the electrochemical reaction of the fuel cell. On the other hand, the IP characteristic line has a monotonously increasing characteristic in a narrow sense.

したがって、I−V特性線の場合に、隣接する2つの特性ステップ点の間で、電流値が大きい方の特性ステップ点の電圧値が電流の小さい方の特性ステップ点の電圧値と同じか小さくなるように補正等を行ったが、I−P特性線の場合は、隣接する2つの特性ステップ点の間で、電流値が大きい方の特性ステップ点の電力値が電流の小さい方の特性ステップ点の電力値より大きくなるように補正等を行う。ここで、I−P特性線は、一定値を取らず必ず単調増加特性となるので、勾配=電力値/電流値について、予め定めた所定の閾値勾配よりもプラス側に大きくなるように、推定等を行うことがよい。なお、閾値勾配は、プラスの値である。   Therefore, in the case of the IV characteristic line, the voltage value of the characteristic step point having the larger current value is equal to or smaller than the voltage value of the characteristic step point having the smaller current value between two adjacent characteristic step points. In the case of the IP characteristic line, the power value of the characteristic step point with the larger current value between the two adjacent characteristic step points is the characteristic step with the smaller current. Correction or the like is performed so as to be larger than the power value of the point. Here, since the IP characteristic line does not take a constant value and always has a monotonically increasing characteristic, the gradient = power value / current value is estimated to be larger on the plus side than a predetermined threshold gradient set in advance. Etc. should be performed. The threshold gradient is a positive value.

そこで、初期学習済みのI−P特性線を、その後の実測値に基いて学習して更新する手順について説明する。以下の手順は、図1で説明した電池学習部42のI−P特性線学習モジュール48の機能により実行される。   Therefore, a procedure for learning and updating the initially learned IP characteristic line based on the actual measurement values will be described. The following procedure is executed by the function of the IP characteristic curve learning module 48 of the battery learning unit 42 described in FIG.

ここでは、既に学習済みのI−P特性線が得られているので、その後に実測されたn番目の特性ステップ点の実電力値が、この学習済みI−P特性線の上にあれば問題がない。実測された電力値が学習済みI−P特性線の上にないときに、単調増加特性を満たすように、補正を行う必要が出てくる。図11、図12に、補正の2つの例を示す。これらの図において、学習済みI−P特性線を、I−P特性線90とし、実測された特性ステップ点を実測点92,93としてある。   Here, since the learned IP characteristic line has already been obtained, there is a problem if the actual power value of the nth characteristic step point measured after that is on the learned IP characteristic line. There is no. When the actually measured power value is not on the learned IP characteristic line, it is necessary to perform correction so as to satisfy the monotonously increasing characteristic. 11 and 12 show two examples of correction. In these figures, the learned IP characteristic line is the IP characteristic line 90, and the actually measured characteristic step points are the actually measured points 92 and 93.

図11は、実測点92であるn番目の特性ステップ点の実電力値が、学習済みのI−P特性線90上の電力値よりも小さい場合である。このときには、n番目の特性ステップ点である実測点92よりも電流値の小さい特性ステップ点について、実測点92から出発しながら、実測点92に向かう勾配=電力値/電流値が、閾値勾配よりも大きなプラス勾配となるように電力値を補正する。勾配の大きさとしては、実際には、閾値勾配とすればよい。閾値勾配としては、実績のあるI−P特性線90の全範囲における勾配の中で最も小さな勾配、あるいは、その最小勾配に適当な係数を乗じた重み付き勾配を用いることができる。また、n番目の特性ステップ点である実測点92よりも電流値の大きい特性ステップ点については、学習済みのI−P特性線90の電力値と同じにする。すなわち、n+1番目の特性ステップ点から、学習済みのI−P特性線90上の電力値を取ることになる。このようにして、実測点92を含むI−P特性線全体として、狭義の単調増加特性を有するものとできる。ここでは、電流値の小さい方から大きい方に向かって、複数のI−P特性線90,94,95,90が、補正後のI−P特性線となる。このようにして、実測点92の特性値を反映した学習が行われる。   FIG. 11 shows a case where the actual power value of the nth characteristic step point that is the actual measurement point 92 is smaller than the power value on the learned IP characteristic line 90. At this time, with respect to the characteristic step point having a current value smaller than the actual measurement point 92 which is the nth characteristic step point, the gradient = power value / current value toward the actual measurement point 92 starts from the actual measurement point 92 and is greater than the threshold gradient. The power value is corrected so as to have a large positive gradient. In practice, the magnitude of the gradient may be a threshold gradient. As the threshold gradient, the smallest gradient in the entire range of the proven IP characteristic line 90 or a weighted gradient obtained by multiplying the minimum gradient by an appropriate coefficient can be used. Further, the characteristic step point having a current value larger than the actual measurement point 92 that is the nth characteristic step point is set to the same power value as the learned IP characteristic line 90. That is, the power value on the learned IP characteristic line 90 is taken from the (n + 1) th characteristic step point. In this way, the entire IP characteristic line including the actual measurement point 92 can have a monotonously increasing characteristic in a narrow sense. Here, the plurality of IP characteristic lines 90, 94, 95, 90 become corrected IP characteristic lines from the smaller current value to the larger current value. In this way, learning reflecting the characteristic value of the actual measurement point 92 is performed.

図12は、実測点93であるn番目の特性ステップ点の実電力値が、学習済みのI−P特性線90上の電力値よりも大きい場合である。このときには、n番目の特性ステップ点である実測点93よりも電流値の大きい特性ステップ点について、実測点93から出発しながら、実測点93からの勾配=電力値/電流値が、閾値勾配よりも大きなプラス勾配となるように電力値を補正する。また、n番目の特性ステップ点である実測点93よりも電流値の小さい特性ステップ点については、学習済みのI−P特性線90の電力値と同じにする。すなわち、n−1番目の特性ステップ点から、学習済みのI−P特性線90上の電力値を取ることになる。このようにして、実測点93を含むI−P特性線全体として、狭義の単調増加特性を有するものとできる。ここでは、電流値の小さい方から大きい方に向かって、複数のI−P特性線90,97,96,90が、補正後のI−P特性線となる。このようにして、実測点93の特性値を反映した学習が行われる。   FIG. 12 shows a case where the actual power value of the nth characteristic step point that is the actual measurement point 93 is larger than the power value on the learned IP characteristic line 90. At this time, with respect to the characteristic step point having a current value larger than the actual measurement point 93 which is the nth characteristic step point, the gradient from the actual measurement point 93 = power value / current value is less than the threshold gradient while starting from the actual measurement point 93. The power value is corrected so as to have a large positive gradient. Further, the characteristic step point having a current value smaller than the actual measurement point 93 which is the nth characteristic step point is set to be the same as the power value of the learned IP characteristic line 90. That is, the power value on the learned IP characteristic line 90 is taken from the (n-1) th characteristic step point. In this way, the entire IP characteristic line including the actual measurement point 93 can have a monotonously increasing characteristic in a narrow sense. Here, the plurality of IP characteristic lines 90, 97, 96, 90 become corrected IP characteristic lines from the smaller current value to the larger current value. In this way, learning reflecting the characteristic value of the actual measurement point 93 is performed.

このように、実測点から始まって、隣接する2つの特性ステップ点の間で、勾配=電力値/電流値が閾値勾配よりも大きいプラス勾配となるように、順次遠くの特性ステップ点に向かって補正が行われる。なお、I−P特性線の初期学習についても、同様の条件の下で、未学習領域における隣接する2つの特性ステップ点の間で、勾配=電力値/電流値が閾値勾配よりも大きいプラス勾配となるように、補正を同様な手順で行うことができる。   In this way, starting from the actual measurement point, the distance is gradually increased toward the characteristic step point so that the gradient = power value / current value becomes a positive gradient larger than the threshold gradient between two adjacent characteristic step points. Correction is performed. For the initial learning of the IP characteristic line, the slope = power value / current value is larger than the threshold value gradient between two adjacent characteristic step points in the unlearned region under the same conditions. Thus, the correction can be performed in a similar procedure.

本発明に係る実施の形態の電池学習システムを備える燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a fuel cell system provided with the battery learning system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、出力特性を電流−電圧特性として、格子状に配置された特性ステップ点の様子を示す図である。In the battery learning system of embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the mode of the characteristic step point arrange | positioned in grid | lattice form, making an output characteristic into a current-voltage characteristic. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、燃料電池の電流−電圧特性線を模式的に示す図である。In the battery learning system of embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows typically the current-voltage characteristic line of a fuel cell. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、燃料電池の電流−電力特性線を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electric current-power characteristic line of a fuel cell in the battery learning system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、初期学習の手順のうち、電流の小さい領域について実測を行った状態を示す図である。In the battery learning system of embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the state which measured in the area | region where an electric current is small among the procedures of initial learning. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、初期学習の手順のうち、実測点を通るように、基本I−V特性線を平行移動する様子を示す図である。In the battery learning system of embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows a mode that a basic IV characteristic line is translated so that it may pass along a measurement point among the procedures of initial learning. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、初期学習で補正を行う1つの例について説明する図である。It is a figure explaining one example which correct | amends by initial learning in the battery learning system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、初期学習で補正を行う他の例について説明する図である。It is a figure explaining the other example which correct | amends by initial learning in the battery learning system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、初期学習済みのI−V特性線の学習で補正を行う1つの例について説明する図である。It is a figure explaining one example which correct | amends by learning of the IV characteristic line by which the initial learning was completed in the battery learning system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、初期学習済みのI−V特性線の学習で補正を行う他の例について説明する図である。It is a figure explaining the other example which correct | amends by learning of the IV characteristic line by which the initial learning was carried out in the battery learning system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、初期学習済みのI−P特性線の学習で補正を行う1つの例について説明する図である。It is a figure explaining one example which correct | amends by learning of the IP characteristic line by which the initial learning was completed in the battery learning system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の電池学習システムにおいて、初期学習済みのI−P特性線の学習で補正を行う他の例について説明する図である。It is a figure explaining the other example which correct | amends by learning of the IP characteristic line by which the initial learning was completed in the battery learning system of embodiment which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池システム、11 電源回路、12 蓄電装置、14,18 平滑コンデンサ、16 電圧変換器、20 インバータ、22 回転電機、30 燃料電池、32 高周波信号源、34 電流検出手段、36 電圧検出手段、38 記憶装置、39 出力特性線ファイル、40 制御部、42 電池学習部、44 初期学習モジュール、46 I−V特性線学習モジュール、48 I−P特性線学習モジュール、50 電源駆動制御モジュール、60 特性ステップ点、62 特性値、64 特性線、66,67,70,72,76,78,79,80,84,85,86,87 I−V特性線、68,90,94,95,96,97 I−P特性線、74,75,82,83,92,93 実測点。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system, 11 Power supply circuit, 12 Power storage device, 14, 18 Smoothing capacitor, 16 Voltage converter, 20 Inverter, 22 Rotating electric machine, 30 Fuel cell, 32 High frequency signal source, 34 Current detection means, 36 Voltage detection means, 38 storage device, 39 output characteristic line file, 40 control unit, 42 battery learning unit, 44 initial learning module, 46 IV characteristic line learning module, 48 IP characteristic line learning module, 50 power drive control module, 60 characteristic Step point, 62 characteristic value, 64 characteristic line, 66, 67, 70, 72, 76, 78, 79, 80, 84, 85, 86, 87 IV characteristic line, 68, 90, 94, 95, 96, 97 IP characteristic line, 74, 75, 82, 83, 92, 93 Measured points.

Claims (4)

横軸に電流値、縦軸に電圧値を取った電流−電圧平面上に、所定の配列の刻みで格子状に配置された複数の点を特性ステップ点とし、
前記電流値と、該電流値に対応する前記電圧値との組合せを特性値とし
電池について任意の前記電流値に対応する前記電圧値を実測して実電圧値を検出し、任意の前記電流値と前記実電圧値との組合せを実測特性値として取得する取得手段と、
前記実測特性値に一致する前記特性値を有する前記特性ステップ点を実測特性ステップ点とし、2つの前記実測特性ステップ点の間で前記実測特性値が存在しない領域における前記特性ステップ点を未学習の特性ステップ点として、
前記電池の電気化学反応における前記電流値が増加すると前記電圧値が一定かあるいは減少する単調減少特性に対応するように、前記未学習の特性ステップ点の前記特性値を計算特性値として推定計算する算出手段と、
前記実測特性ステップ点と、前記計算特性値に一致する前記特性値を有する前記特性ステップ点とを順次結んで、最初の電流−電圧特性線を作成する作成手段と、
前記作成手段において前記最初の電流−電圧特性線を作成した後で前記取得手段によって取得した前記実測特性値に基づく学習によって既に得られている電流―電圧特性線を順次更新する更新手段と、
を備えることを特徴とする電池学習システム。
On the current-voltage plane with the current value on the horizontal axis and the voltage value on the vertical axis, a plurality of points arranged in a grid pattern in a predetermined array step are used as characteristic step points .
A combination of the current value and the voltage value corresponding to the current value is a characteristic value ,
An acquisition means for detecting the actual voltage value by actually measuring the voltage value corresponding to the arbitrary current value for the battery, and acquiring a combination of the arbitrary current value and the actual voltage value as an actual measurement characteristic value;
The characteristic step point having the characteristic value that matches the measured characteristic value is the measured characteristic step point, and the characteristic step point in an area where the measured characteristic value does not exist between the two actually measured characteristic step points is not learned. As a characteristic step point,
As the voltage value and the current value increases to definitive the electrochemical reaction of the battery corresponds to a monotonically decreasing characteristic of constant or decreases, estimates calculate the characteristic value of the characteristic step points of the unlearned as calculated characteristic value Calculating means for
A creation means for creating an initial current-voltage characteristic line by sequentially connecting the measured characteristic step point and the characteristic step point having the characteristic value that matches the calculated characteristic value;
Updating means for sequentially updating current-voltage characteristic lines already obtained by learning based on the measured characteristic values obtained by the obtaining means after creating the first current-voltage characteristic lines in the creating means;
Battery learning system characterized in that it comprises a.
請求項1に記載の電池学習システムにおいて、
前記算出手段は、
前記実測特性ステップ点に最も近い前記未学習の特性ステップ点から始まって、さらに遠い前記未学習の特性ステップ点に向かって、前記計算特性値を順次推定計算することを特徴とする電池学習システム。
The battery learning system according to claim 1,
The calculating means includes
The actual characteristic closest the step point starting from the characteristic step point unlearned, battery learning system further away the towards the characteristic step point unlearned, characterized by successively estimating calculate the calculated characteristic value.
請求項1に記載の電池学習システムにおいて、The battery learning system according to claim 1,
前記算出手段は、The calculating means includes
前記電池の代表的な電流−電圧特性線を基本電流−電圧特性線として複数の前記基本電流−電圧特性線を予め有しており、複数の前記実測特性ステップ点を結んだ部分的電流−電圧特性線に最も近い前記基本電流−電圧特性線に基づいて前記計算特性値を推定計算することを特徴とする電池学習システム。A partial current-voltage having a plurality of the basic current-voltage characteristic lines in advance with a representative current-voltage characteristic line of the battery as a basic current-voltage characteristic line, and connecting a plurality of the measured characteristic step points. A battery learning system that estimates and calculates the calculated characteristic value based on the basic current-voltage characteristic line closest to the characteristic line.
請求項1に記載の電池学習システムにおいて、
前記電池は燃料電池であることを特徴とする電池学習システム。
The battery learning system according to claim 1,
The battery learning system, wherein the battery is a fuel cell.
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