JP5351994B2 - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電装置を備える電力供給システムに関するものである。 The present invention relates to a power supply system including a power generation device.
電力供給システムの一例として、特許文献1に記載の燃料電池システムがある。特許文献1に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の出力電圧と出力電流とから燃料電池の発電電力特性を演算する。そして、燃料電池システムは、演算した燃料電池の発電電力のうち電気負荷に供給可能な電力である燃料電池システム出力を演算し、燃料電池システム出力と燃料電池における燃料ガスの燃焼エネルギとに基づいて燃料電池システム効率を演算する。さらに、燃料電池システムは、2次電池(充電装置)に充電が行われる際の累積的な2次電池エネルギ効率を演算する。そして、燃料電池システムは、燃料電池システム効率と、燃料電池システム出力と、2次電池エネルギ効率と、燃料電池に対する要求出力とに基づいて全体システム効率を演算する。 As an example of the power supply system, there is a fuel cell system described in Patent Document 1. In the fuel cell system described in Patent Document 1, the power generation characteristic of the fuel cell is calculated from the output voltage and output current of the fuel cell. The fuel cell system calculates a fuel cell system output that is power that can be supplied to the electric load among the calculated power generated by the fuel cell, and based on the fuel cell system output and the combustion energy of the fuel gas in the fuel cell. Calculate the fuel cell system efficiency. Further, the fuel cell system calculates the cumulative secondary battery energy efficiency when the secondary battery (charging device) is charged. The fuel cell system calculates the overall system efficiency based on the fuel cell system efficiency, the fuel cell system output, the secondary battery energy efficiency, and the required output for the fuel cell.
続いて、燃料電池システムは、全体システム効率が最大となるように、燃料電池と2次電池(充電装置)との出力電力配分を決定する。すなわち、特許文献1に記載の燃料電池システムは、燃料電池損失と2次電池損失と加えた損失が最小となるように、燃料電池と2次電池(充電装置)との配分を決定する。 Subsequently, the fuel cell system determines the output power distribution between the fuel cell and the secondary battery (charging device) so that the overall system efficiency is maximized. That is, the fuel cell system described in Patent Document 1 determines the distribution between the fuel cell and the secondary battery (charging device) so that the loss added to the fuel cell loss and the secondary battery loss is minimized.
しかしながら、特許文献1に記載の燃料電池システムにおいては、燃料電池損失と2次電池損失と加えた損失が最小となるように、燃料電池と2次電池との出力電力配分を決定するため、2次電池(蓄電装置)の放電の過多が生じてしまうという問題がある。これは、燃料電池損失に対して2次電池損失の方が小さいため、2次電池損失の出力電力配分が大きくなることから生じる問題である。 However, in the fuel cell system described in Patent Document 1, since the output power distribution between the fuel cell and the secondary battery is determined so that the added loss of the fuel cell loss and the secondary battery loss is minimized, 2 There is a problem that excessive discharge of the secondary battery (power storage device) occurs. This is a problem that arises because the output power distribution of the secondary battery loss increases because the secondary battery loss is smaller than the fuel cell loss.
前記課題に鑑みて、本発明は、実用燃費を向上させることができる電力供給システムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an electric power supply system that can improve practical fuel consumption.
課題に鑑みて、本発明の請求項1に係る発明は、車両に搭載され、発電装置と、発電装置と並列に接続され、発電装置から電力を受けて充電可能であり、電気負荷に対して電力供給可能な蓄電装置と、電気負荷に対して供給する、発電装置と蓄電装置との出力電力の配分を行う電力分配装置と、出力電力の配分を決定して電力分配装置を制御する制御部と、を備えた電力供給システムにおいて、制御部には、電力供給システムの要求出力に対して、発電装置の出力が追従する出力領域である発電装置出力追従領域の上限値と下限値とが設定されており、制御部は、電気負荷に対して供給可能な電力供給システムの出力電力領域を、下限値より下の出力領域を低出力領域とし、下限値と上限値との間の出力領域を発電装置出力追従領域である中出力領域とし、上限値より上の出力領域を高出力領域として区分した場合、中出力領域が、所定期間における電力供給システムの要求出力の頻度の多い領域となるように、少なくとも上限値が変化することを特徴とする。 In view of the problem, the invention according to claim 1 of the present invention is mounted on a vehicle , connected in parallel to the power generation device and the power generation device, can be charged by receiving power from the power generation device, and A power storage device that can supply power, a power distribution device that distributes output power between the power generation device and the power storage device that is supplied to an electric load, and a control unit that determines the distribution of output power and controls the power distribution device In the power supply system with the power supply system, the control unit sets an upper limit value and a lower limit value of the power generator output follow-up area, which is an output area in which the output of the power generator follows the required output of the power supply system. The control unit sets the output power region of the power supply system that can be supplied to the electric load as the low output region , the output region below the lower limit value, and the output region between the lower limit value and the upper limit value. in a power generator output tracking area And force region, when dividing the output area above the upper limit value as a high output region, mid-power region, so that the frequency-rich region of the required output of the power supply system in a predetermined period, at least the upper limit value is changed It is characterized by that.
請求項1に係る発明によれば、電気負荷に対して供給する出力電力に追従する(アシストする)ものが、発電装置か蓄電装置かを過去の電気負荷の出力履歴(電力供給システムの頻度)に基づいて決定している。つまり、燃料電池によるアシストを行うか、蓄電装置によるアシストを行うか、を過去の電気負荷の履歴により決定するため、走り方に応じたアシストが可能となる。これにより、例えば燃料電池の出力効率が低い領域でアシストを行ったことなどによるアシスト切れの頻度を減少させることができ、実用燃費を向上させることが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the output history of the past electrical load (frequency of the power supply system) is determined whether the power generation device or the power storage device follows (assists) the output power supplied to the electrical load. Based on the decision. In other words, since whether to assist with the fuel cell or to assist with the power storage device is determined based on the history of the past electric load, it is possible to assist according to the way of running. As a result, for example, the frequency of assist interruption due to the assist being performed in a region where the output efficiency of the fuel cell is low can be reduced, and the practical fuel consumption can be improved.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の電力供給システムであって、発電装置は燃料電池であり、前記した上限値および下限値の間の中央値が燃料電池の出力効率における最高値より高いことを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the power supply system according to claim 1, wherein the power generation device is a fuel cell, and a median value between the upper limit value and the lower limit value is the highest value in the output efficiency of the fuel cell. It is characterized by being higher.
燃料電池の出力効率は、その最高値(以下、適宜最高効率出力と記載)より低くなると著しく減少するという特性がある。逆に燃料電池の出力効率は、最高効率出力より高い領域では、ゆるやかに減少するという特性がある。請求項2に係る発明によれば、燃料電池の出力効率がゆるやかに減少する領域において、燃料電池の出力が電気負荷に対して供給する出力電力に追従するようにすることで安定した電力の供給が可能となる。 The output efficiency of a fuel cell has a characteristic that it significantly decreases when it becomes lower than its maximum value (hereinafter referred to as the maximum efficiency output as appropriate). On the contrary, the output efficiency of the fuel cell has a characteristic that it gradually decreases in a region higher than the maximum efficiency output. According to the second aspect of the present invention, in the region where the output efficiency of the fuel cell is gradually reduced, stable power supply is achieved by making the output of the fuel cell follow the output power supplied to the electric load. Is possible.
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の電力供給システムであって、前記した中出力領域は、燃料電池の出力効率が最高値となる出力以上の出力領域であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the power supply system according to claim 2, wherein the medium output region is an output region that is equal to or higher than an output at which the output efficiency of the fuel cell is a maximum value. .
請求項3に係る発明によれば、中出力領域を燃料電池の最高出力効率以上とすることで、燃料電池によるアシストが行われる中出力領域が、燃料電池の出力効率が著しく減少する領域にかかることを防ぐことができる。 According to the invention of claim 3, by setting the intermediate output region to be equal to or higher than the maximum output efficiency of the fuel cell, the intermediate output region where the assist by the fuel cell is performed is a region where the output efficiency of the fuel cell is significantly reduced. Can be prevented.
本発明によれば、電力供給システムの出力電力領域を少なくとも低出力領域、中出力領域および高出力領域に区分した場合、中出力領域が電力供給システムの出力の頻度の多い領域であり、中出力領域は蓄電装置の出力電力に比べて発電装置の出力電力が電気負荷に対して供給する出力電力に追従し、低出力領域および高出力領域は発電装置の出力電力に比べて蓄電装置の出力電力が電気負荷に対して供給する出力電力に追従するようにしたことにより、実用燃費を向上させることができる。 According to the present invention, when the output power region of the power supply system is divided into at least a low output region, a medium output region, and a high output region, the medium output region is a region where the output frequency of the power supply system is high, and the medium output The region follows the output power supplied to the electric load by the output power of the power generator compared to the output power of the power storage device, and the output power of the power storage device is lower than the output power of the power generator. By following the output power supplied to the electric load, the practical fuel consumption can be improved.
次に、実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。実施の形態1に係る燃料電池システム(電力供給システム)は、例えば、燃料電池を電源として走行する電気自動車や、船舶などに適用される。
(Embodiment 1)
1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. The fuel cell system (power supply system) according to Embodiment 1 is applied to, for example, an electric vehicle or a ship that travels using the fuel cell as a power source.
図1に示すように、燃料電池システム(FC(Fuel Cell)システム:以下、適宜、システムと記載)は、燃料電池(FC)101、充電装置(蓄電装置)としてのバッテリ102、バッテリ制御部103、電力分配装置104、複数の補機105、補機制御部106、電気負荷としてのモータ107、モータ制御部108および制御部109を具備している。
As shown in FIG. 1, a fuel cell system (FC (Fuel Cell) system: hereinafter appropriately referred to as a system) includes a fuel cell (FC) 101, a
バッテリ102と燃料電池101とは、並列に接続されている。バッテリ102と燃料電池101とは、電力分配装置104に接続されている。バッテリ制御部103は、バッテリ102に接続されている。補機制御部106は、複数の補機105に接続されている。モータ制御部108は、モータ107に接続されている。複数の補機105およびモータ制御部108は、電力分配装置104に接続されている。燃料電池101、バッテリ制御部103、電力分配装置104、補機制御部106およびモータ制御部108は、制御部109に接続されている。なお、燃料電池101は、後記するように、電圧検出器110および電流検出器111を介して、制御部109に接続している。
バッテリ102は、Li(Lithium)−ionバッテリや、NiHバッテリ(ニッケル水素バッテリ)などの単位セルを組み合わせた組電池からなる高圧バッテリである。
The
The
燃料電池101は、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電し電気負荷に対し電力供給可能なものである。バッテリ102は、燃料電池101と並列に接続され燃料電池101から出力電力を受けることによって充電可能であるとともに、電気負荷に対して電力供給可能なものである。電力分配装置104は、制御部109の出力電力の配分の決定に基づいて、モータ107へ供給する燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分を行う。複数の補機105は、燃料電池101に発電動作を実行させるために必要な機械である。モータ107は、車両を走行させる駆動力を発生させるものである。モータ制御部108は、モータ107の動作を制御する。制御部109は、燃料電池システムの全体の動作を制御する。
The
また、燃料電池システムは、燃料電池101に配設されている電圧検出器110および電流検出器111を具備している。電圧検出器110および電流検出器111は、制御部109に接続されている。電圧検出器110は、燃料電池101の電圧を検出して制御部109に与える。電流検出器111は、燃料電池101の電流を検出して制御部109に与える。
In addition, the fuel cell system includes a
制御部109は、所定期間の燃料電池システムの過去の出力を統計し、当該出力の頻度分布を決定するものである。さらに、制御部109は、この出力の頻度分布において頻度が所定値以上である領域において燃料電池101から供給される出力電力が燃料電池システムの要求出力に対し、追従して増減するように出力電力の配分を決定するものである。つまり、制御部109は、燃料電池101の出力電力を燃料電池システムからの要求にあわせて変化させる。さらに、制御部109は、燃料電池システムの過去の出力の頻度分布において頻度が所定値未満である領域においてバッテリ102から供給される出力電力の配分を増加させるように、燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分を決定するものである。
ここで、燃料電池システムの出力(燃料電池システム出力:以下、適宜、FCシステム出力またはシステム出力と記載)は、モータで消費する電力や、補機で消費する電力などの総和と等しくなる。
The
Here, the output of the fuel cell system (fuel cell system output: hereinafter appropriately described as FC system output or system output) is equal to the sum of the power consumed by the motor, the power consumed by the auxiliary machine, and the like.
ここで、モータとは、図1におけるモータ107であり、例えば、車両における車輪を駆動したり、船舶におけるスクリュを駆動させるものである。また、補機とは、燃料電池101へ空気を送る空気ポンプなどの燃料電池101を駆動するための機器である。
Here, the motor is the
電力分配装置104は、制御部109の出力電力の配分の決定に基づいて、モータ107に供給される燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分を行うものである。
The
実施の形態1に係る燃料電池システムによれば、過去において、使用頻度の高い燃料電池システムの出力では、蓄電装置から供給される出力電力を抑えることができる。その結果、蓄電装置の放電の過多を防止することができ、蓄電装置の電力を効率よく使用することができる。これにより、蓄電装置から電気負荷へのアシスト切れとなる頻度を減少させることができ、燃料電池の燃費を向上させることができる。 According to the fuel cell system according to Embodiment 1, in the past, the output power supplied from the power storage device can be suppressed at the output of the fuel cell system that is frequently used. As a result, excessive discharge of the power storage device can be prevented, and the power of the power storage device can be used efficiently. Thereby, the frequency at which the assist from the power storage device to the electric load is cut off can be reduced, and the fuel consumption of the fuel cell can be improved.
(実施の形態2)
次に、実施の形態2について、図面を参照して詳細に説明する。図2は、実施の形態2に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。実施の形態2においては、実施の形態1と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図2に示すように、実施の形態2に係る燃料電池システムは、実施の形態1に係る燃料電池システムにおいて、制御部109の代わりに制御部201を具備する。
As shown in FIG. 2, the fuel cell system according to Embodiment 2 includes a
制御部201は、入力部202、演算部203および電力分配決定部204を具備している。入力部202は、モータ消費電力2021、補機消費電力2022およびFC情報2023を受ける。ここで、FC情報2023とは、燃料電池101からの電圧および電流の情報である。
The
演算部203は、システム要求出力算出部2031、平均値算出部2032、システム出力頻度算出部2033、FC効率算出部2034、標準偏差算出部2035、IV推定部2036および追従上限値算出部2037を具備している。電力分配決定部204は、演算部203により演算した結果に基づいて、電力分配装置104へ出力する燃料電池101とバッテリ102との出力電力の分配を決定する。
The
システム要求出力算出部2031は、燃料電池システムの要求出力を算出する。平均値算出部2032は、一定期間における過去の燃料電池システムの出力の平均値を算出する。システム出力頻度算出部2033は、FCシステムの一定期間における過去の出力の頻度分布を算出する。FC効率算出部2034は、燃料電池の出力電力(燃料電池出力)の効率を算出する。ここで、燃料電池出力の効率は、例えば、式(1)を基に算出される。
The system required
燃料電池出力の効率=(燃料電池の出力−補機消費電力)÷水素燃焼エネルギ・・・(1) Fuel cell output efficiency = (fuel cell output-auxiliary machine power consumption) ÷ hydrogen combustion energy (1)
なお、水素燃焼エネルギの求め方は、特許文献1に記載してあるので、ここでは省略する。また、燃料電池出力は、燃料電池からの電圧と、電流とを乗算した値として算出される。
標準偏差算出部2035は、FCシステム出力の頻度分布においてFCシステム出力の平均値からの標準偏差を算出する。IV推定部2036は、燃料電池101からの電圧および電流の情報に基づいて電流−電圧特性(IV特性:発電特性)を推定する。電流−電圧特性の推定方法は、特許文献1に記載してあるため、詳細は省略する。追従上限値算出部2037は、平均値算出部2032で求められる平均値に、標準偏差算出部とで求められる標準偏差を加えた値を追従上限値とし、この追従上限値を算出する。
ここで、システム出力の平均値は、実際には、1次遅れフィルタを用いて、近似してもよい。このようにすることで、メモリの容量の削減することができる。標準偏差もこの1次遅れフィルタの結果を使用して算出してもよい。
In addition, since the method of calculating | requiring hydrogen combustion energy is described in patent document 1, it abbreviate | omits here. The fuel cell output is calculated as a value obtained by multiplying the voltage from the fuel cell by the current.
The
Here, the average value of the system output may actually be approximated using a first-order lag filter. In this way, the memory capacity can be reduced. The standard deviation may also be calculated using the result of the first-order lag filter.
次に、図2を参照しつつ、図3および図4に沿って、実施の形態2に係る燃料電池システムの動作を説明する。
図3は、燃料電池システムの動作の一例を説明するための図である。図3において、縦軸は、燃料電池出力の効率および燃料電池システム出力の頻度を示し、横軸は燃料電池の出力(FC出力)および燃料電池システム出力(システム出力)を示す。特性曲線A1は燃料電池出力の効率を示し、FC出力に対応している。特性曲線B1は、燃料電池システムの出力の頻度を表すシステム消費ヒストグラムを示し、システム出力に対応している。
Next, the operation of the fuel cell system according to Embodiment 2 will be described along FIGS. 3 and 4 with reference to FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the fuel cell system. In FIG. 3, the vertical axis represents the efficiency of the fuel cell output and the frequency of the fuel cell system output, and the horizontal axis represents the fuel cell output (FC output) and the fuel cell system output (system output). A characteristic curve A1 indicates the efficiency of the fuel cell output and corresponds to the FC output. A characteristic curve B1 shows a system consumption histogram representing the output frequency of the fuel cell system, and corresponds to the system output.
図4は、時間経過に伴う燃料電池システムの出力の例を示す図である。図4において、縦軸は、システム要求出力を示し、横軸は、時間を示す。
図3および図4に示すように、制御部201は、燃料電池システムの出力の頻度分布において、過去一定期間の燃料電池システム出力の平均値と標準偏差を求め、求めた平均値に、標準偏差を加えた値を追従上限値として求める。そして、制御部201は、燃料電池システムの要求出力が、追従上限値未満(追従領域)であるときは、燃料電池101から供給される出力電力が燃料電池システムの要求出力に対し、追従して増減するように、燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分を決定する。さらに、制御部201は、燃料電池システムの要求出力が追従上限値以上(アシスト領域)であるときは、バッテリから供給される出力電力の配分を増加させるように、燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分(の割合)を決定する。つまり、アシスト領域において制御部201は、燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分(の割合)を燃料電池システムの要求出力にあわせて変化させる。さらに、制御部201は、決定した出力電力の分配を電力分配装置104へ送ることによって、電力分配装置104を制御する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the output of the fuel cell system over time. In FIG. 4, the vertical axis indicates the system request output, and the horizontal axis indicates time.
As shown in FIGS. 3 and 4, the
なお、制御部201が、出力電力の配分を決定する際、燃料電池101から出力される電力が燃料電池システムの要求出力と等しくなるよう決定しなくてもよく、燃料電池から出力される電力にオフセットまたはゲインがかってもよい。
When the
実施の形態2における制御部201が、前記したような手順で電力分配装置104を制御すると、例えば、燃料電池101の出力電力は図4の実線C1で示すように変化し、バッテリ102の出力電力は図4の一点鎖線D1で示すように変化する。
When the
実施の形態2の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの出力の頻度から、平均値および標準偏差を求め、この平均値および標準偏差から、追従上限値を求めるため、時間経過にともなう燃料電池システムの出力の変化に対応して、追従上限値を求めることができる。従って、時間経過とともに、燃料電池システムの出力における過去の履歴に変化が生じても、確実に使用頻度の高い燃料電池システムの出力エリアを特定することができる。 According to the fuel cell system of the second embodiment, the average value and the standard deviation are obtained from the output frequency of the fuel cell system, and the follow-up upper limit value is obtained from the average value and the standard deviation. The follow-up upper limit value can be obtained in response to changes in the system output. Therefore, even if the past history in the output of the fuel cell system changes with the passage of time, the output area of the fuel cell system that is frequently used can be reliably identified.
(実施の形態3)
次に、実施の形態3について、図面を参照して詳細に説明する。図5は、実施の形態3に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。実施の形態3においては、実施の形態1,2と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 3. In the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図5に示すように、実施の形態3に係る燃料電池システムは、実施の形態2に係る燃料電池システムにおいて、制御部201の代わりに制御部301を具備し、制御部301がさらに追従下限値算出部3011を具備するものである。
As shown in FIG. 5, the fuel cell system according to Embodiment 3 includes a
追従下限値算出部3011は、燃料電池システムの過去一定期間の出力の頻度分布における平均値と標準偏差を求め、この平均値から、標準偏差を引いた値を追従下限値として求めるものである。
The follow-up lower
次に、図5を参照しつつ、図6および図7に沿って、実施の形態3に係る燃料電池システムの動作を説明する。
図6は、燃料電池システムの動作の一例を説明するための図である。図6において、縦軸は、燃料電池出力の効率および燃料電池システムの出力の頻度を示し、横軸は燃料電池の出力電力(FC出力)および燃料電池システムの出力(システム出力)を示す。特性曲線A1および特性曲線B1については、図3と同様であるため、説明を省略する。
図6に示すように、制御部301は、燃料電池システムの要求出力が、追従下限値以上であって、追従上限値未満(追従領域)であるとき、燃料電池101から供給される出力電力が燃料電池システムの要求出力に対して追従して増減するように、燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分を決定するものである。さらに、制御部301は、燃料電池システムの要求出力が、追従上限値以上および追従下限値未満(アシスト領域)であるとき、バッテリ102から供給される出力電力の配分を増加させるように、燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分を決定するものである。さらに、制御部301は、決定した出力電力の分配を電力分配装置104へ送ることによって、電力分配装置104を制御する。
Next, the operation of the fuel cell system according to Embodiment 3 will be described along FIGS. 6 and 7 with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the fuel cell system. In FIG. 6, the vertical axis indicates the fuel cell output efficiency and the frequency of the fuel cell system output, and the horizontal axis indicates the fuel cell output power (FC output) and the fuel cell system output (system output). The characteristic curve A1 and the characteristic curve B1 are the same as those in FIG.
As shown in FIG. 6, when the required output of the fuel cell system is equal to or higher than the follow-up lower limit value and less than the follow-up upper limit value (follow-up region), the
図7は、時間経過に伴う燃料電池システムの出力の例を示す図である。図7において、縦軸は、システム要求出力を示し、横軸は、時間を示す。
実施の形態3においては、制御部301が、前記したような手順で出力分配装置104を制御するときに、例えば、燃料電池101の出力は図7の実線E1で示すように変化し、バッテリ102の出力は図7の一点鎖線F1で示すように変化する。なお、FCシステム出力が、追従下限値以下(図7の下方のアシスト領域)にならないようFCシステム出力を制御している。また、FCシステム出力が、追従下限値以下のとき、制御部301は、FCからの出力のうち、余った出力(破線F2)をバッテリ102に送り、バッテリ102の充電を補助することも可能である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the output of the fuel cell system over time. In FIG. 7, the vertical axis indicates the system request output, and the horizontal axis indicates time.
In the third embodiment, when the
実施の形態3に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムの出力の頻度から、平均値および標準偏差を求め、この平均値および標準偏差を基に、追従下限値を求めるため、時間経過にともなう燃料電池システムの出力の変化に対応して、追従下限値を求めることができる。従って、時間経過とともに、燃料電池システムの出力における過去の履歴に変化が生じても、確実に使用頻度の高い燃料電池システムの出力エリアを特定することができる。 According to the fuel cell system according to Embodiment 3, the average value and the standard deviation are obtained from the output frequency of the fuel cell system, and the follow-up lower limit value is obtained based on the average value and the standard deviation. The follow-up lower limit value can be obtained corresponding to the change in the output of the accompanying fuel cell system. Therefore, even if the past history in the output of the fuel cell system changes with the passage of time, the output area of the fuel cell system that is frequently used can be reliably identified.
(実施の形態4)
次に、実施の形態4について、図面を参照して詳細に説明する。図8は、実施の形態4に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。実施の形態4においては、実施の形態1と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 4)
Next, the fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 4. In the fourth embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図8に示すように、実施の形態4に係る燃料電池システムは、実施の形態1に係る燃料電池システムにおいて、補機消費電力検出器601、温度検出器602、圧力検出器603および湿度検出器604を具備し、制御部109の代わりに制御部605を具備する。
As shown in FIG. 8, the fuel cell system according to Embodiment 4 is the same as the fuel cell system according to Embodiment 1, except that the auxiliary
補機消費電力検出器601は、補機制御部106に接続され、燃料電池システムの補機105(図1参照)で消費される電力である補機消費電力を検出して、制御部605に与える。温度検出器602は、燃料電池101の内部の温度を検出して制御部605に与える。圧力検出器603は、燃料電池101の内部の圧力を検出して制御部605に与える。湿度検出器604は、燃料電池101の内部の湿度を検出して制御部605に与える。
The auxiliary machine
制御部605は、実施の形態1または実施の形態2と同じように追従上限値を決め、燃料電池システムの稼働時に周期的にモータ107への供給電力に対する燃料電池出力の効率を算出し、燃料電池出力の効率が最大となる燃料電池101の出力電力を追従下限値とする。さらに、制御部605は、燃料電池101の出力電力が追従下限値以上であって、燃料電池システムの要求出力が、追従上限値未満であるときに燃料電池101から供給される出力電力が燃料電池システムの要求出力に対して追従して増減するように燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分を決定する。
The
この場合に、制御部605は、燃料電池101の電圧と電流の特性と、補機消費電力とに基づいて、燃料電池出力の効率を算出する。
In this case, the
図9は、実施の形態4に係る燃料電池システムの動作の一例を説明するための図である。図9において、縦軸は、燃料電池出力の効率を示し、横軸は、燃料電池の出力電力(FC出力)を示す。特性曲線G1は燃料電池出力の効率を示す。 FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the operation of the fuel cell system according to Embodiment 4. In FIG. 9, the vertical axis indicates the fuel cell output efficiency, and the horizontal axis indicates the output power (FC output) of the fuel cell. A characteristic curve G1 shows the efficiency of the fuel cell output.
制御部605は、実施の形態1または実施の形態2と同じように追従上限値を決め、図9の特性曲線G1で燃料電池出力の効率が最大となる燃料電池101の出力電力を追従下限値とし、かつ、燃料電池101の出力電力が、追従下限値以上であって、燃料電池システムの要求出力が追従上限値未満であるときに燃料電池101から供給される出力電力が燃料電池システムの要求出力に対して追従して増減するように、燃料電池101とバッテリ102との出力電力の配分を決定する。
The
なお、制御部605は、温度検出器602からの湿度、圧力検出器603からの圧力、および、湿度検出器604からの湿度のいずれか1つに基づいて、燃料電池出力の効率を算出するようにしてもよい。これは、温度検出器602からの温度、圧力検出器603からの圧力、および、湿度検出器604からの湿度のいずれか1つに基づいて燃料電池出力の効率が変化し、かつ、追従下限値を変化させる必要があるためである。
The
例えば、図10の特性曲線H1で示すように、温度検出器602からの温度に基づいて追従下限値は変化される。また、図11の特性曲線I1で示すように、圧力検出器603からの圧力に基づいて追従下限値は変化される。また、図12の特性曲線J1で示すように湿度検出器604からの湿度に基づいて追従下限値は変化される。
For example, as shown by the characteristic curve H <b> 1 in FIG. 10, the follow-up lower limit value is changed based on the temperature from the
なお、制御部605は、燃料電池101に対して要求される出力が、追従下限値未満であるときに燃料電池101の発電を停止するようにしてもよい。
The
次に、実施の形態4に係る燃料電池システムの制御部について、より詳細に説明する。図13は、実施の形態4に係る燃料電池システムの制御部の構成を示すブロック図である。 Next, the control unit of the fuel cell system according to Embodiment 4 will be described in more detail. FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the fuel cell system according to Embodiment 4.
図13に示すように、制御部301は、システム要求出力算出部401、平均値算出部402、標準偏差算出部403、加算部404,410、上下限フィルタ405、減算部406,408、アシスト保護制御部407、アシスト能力不足値決定部409、IV推定部411、FC効率算出部412、下限値出力マップ検索部413、アシスト計算値算出部414および電力分配決定部204を具備している。各部401〜414の機能は、図14を参照して後記する。
As shown in FIG. 13, the
次に、実施の形態4に係る燃料電池システムの制御部の動作について、図13と共に図14を参照して詳細に説明する。図14は、実施の形態4に係る燃料電池システムの制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 Next, the operation of the control unit of the fuel cell system according to Embodiment 4 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the control unit of the fuel cell system according to Embodiment 4.
図14に示すように、ステップST1において、制御部301はイグニッションがONであるかを判断する。イグニッションがONではないときに(ステップST1→NO)、ステップST1に戻る。
ステップST1において、イグニッションがONであるときに(ステップST1→YES)、システム要求出力算出部401は、補機制御部106から補機予想電力およびモータ制御部108からモータ予想電力を取得し、燃料電池システムの要求出力であるシステム要求出力を算出する。システム要求出力算出部401は、図示しない記憶部に算出したシステム要求出力を記憶させる。また、システム要求出力算出部401は、電圧検出器110や、電流検出器111や、補機消費電力検出器601などから取得した情報を基に、燃料電池101の出力(FC出力)も算出し、上下限フィルタ405へわたす。所定時間後、平均値算出部402および標準偏差算出部403は、図示しない記憶部から、過去一定期間のシステム要求出力を取得する。さらに、平均値算出部402は、システム要求出力算出部401から、現在のシステム要求出力を受けて、図示しない記憶部から取得した過去一定期間のシステム要求出力とともに、過去一定期間の燃料電池システムの要求出力(システム要求出力)の平均値を算出する(ステップST2)。平均値を算出した後、平均値算出部402は、図示しない記憶部に取得した現在のシステム要求出力を記憶させる。
As shown in FIG. 14, in step ST1, the
When the ignition is ON in step ST1 (step ST1 → YES), the system request
次に、ステップST3において、標準偏差算出部403は、システム要求出力算出部401からの現在のシステム要求出力を受けて、図示しない記憶部から取得した過去一定期間のシステム要求出力とともに、過去一定期間の燃料電池システムの要求出力(システム要求出力)の標準偏差値を算出する。次に、ステップST4において、加算部404(図2の追従上限値算出部2037に相当)は、平均値算出部402からのシステム要求の平均値に、標準偏差算出部403からの標準偏差を加えた値である追従上限値を算出する。
Next, in step ST3, the standard
次に、ステップST5において、FC効率算出部412は、電流検出器111からの電流と電圧検出器110からの電圧とに基づいて燃料電池101の出力の効率であるFC出力効率を算出する。次に、ステップST6において、下限出力マップ検索部413は、FC効率算出部412からのFC出力効率で追従下限値をマップ検索して求める。ここで、検索するマップは、図9〜図12に示すマップである。
Next, in step ST <b> 5, the FC
次に、ステップST7において、上下限フィルタ405は、システム要求出力算出部401からのシステム要求出力を発電基本目標値として受けて、この発電基本目標値を加算部404からの追従上限値と、下限値出力マップ検索部413からの追従下限値とでリミット処理をしてFC仮目標出力を算出する。ステップST7の処理は、図15を用いて後記する。
Next, in step ST7, the upper /
次に、ステップST8において、減算部406は、システム要求出力算出部401からのシステム要求出力から、上下限フィルタ405が算出したFC仮目標出力を引いて、アシスト仮計算値を算出する。次に、ステップST9において、減算部408は、減算部406からのアシスト仮計算値からアシスト保護制御部407からのアシストリミット値を引いてアシスト能力不足仮値を算出する。
Next, in step ST8, the
次に、ステップST10において、アシスト能力不足値決定部409は、減算部408からのアシスト能力不足仮値を受けて、このアシスト能力不足仮値が0より大きいかを判断する。ステップST10においてアシスト能力不足仮値が0より大きいときに(ステップST10→YES)、アシスト能力不足値決定部409は、このアシスト能力不足仮値をアシスト能力不足値とし(ステップST11)、ステップST13へ行く。また、ステップST10においてアシスト能力不足仮値が0より大きくないときに(ステップST10→NO)、アシスト能力不足値決定部409は、アシスト能力不足値を0とし(ステップST12)、ステップST13へ行く。
Next, in step ST10, the assist capability deficiency
ステップST13において、加算部410は、上下限フィルタ405からのFC仮目標出力と、アシスト能力不足値決定部409からのアシスト能力不足値とを加えてFC目標出力を求めてアシスト計算値算出部414に与える。次に、ステップST14において、アシスト計算値算出部414は、システム要求出力算出部401からのシステム要求出力から加算部410からのFC目標出力を引いて、アシスト計算値を算出して電力分配決定部204に与える。電力分配決定部204は、FC目標出力とアシスト計算値とに基づいてモータ107に供給される燃料電池101とバッテリ102との出力電力の分配を決定する。
In step ST13, the
次に、ステップST15において、制御部301は、イグニッションがOFFであるかを判断し、イグニッションがOFFであるときに(ステップST15→YES)動作を終了し、また、イグニッションがOFFでないときに(ステップS15→NO)ステップST2に戻る。
Next, in step ST15, the
なお、図14のフローにおいて、システム要求出力の平均値から、標準偏差を引くことによって追従下限値を算出し、この追従下限値で発電基本目標値のリミット処理をするステップを追加する場合に、実施の形態3の制御部の動作となる。なお、平均値と、標準偏差とから算出した追従下限値を、ステップST16によるマップ検索で補正してもよい。 In the flow of FIG. 14, when adding a step of calculating the tracking lower limit value by subtracting the standard deviation from the average value of the system required output, and performing the limit process of the power generation basic target value with this tracking lower limit value, This is the operation of the control unit of the third embodiment. The follow-up lower limit value calculated from the average value and the standard deviation may be corrected by map search in step ST16.
次に、実施の形態4に係る上下限フィルタ405の動作について、図13と共に図15を参照して詳細に説明する。図15は、実施の形態4に係る上下限フィルタの動作を説明するためのフローチャートである。
まず、上下限フィルタ405にシステム要求出力が入力される(ST101)。
そして、上下限フィルタ405は、入力されたシステム要求出力(入力値)と追従上限値とを比較し、入力値が、追従上限値未満であるか否かを判定する(ST102)。
ステップST102において入力値が追従上限値以上であるとき(ステップST102→No)、上下限フィルタ405は、出力値として、追従上限値を算出する(ST103)。
ステップST102において入力値が追従上限値未満であるとき(ステップST102→Yes)、上下限フィルタ405は、入力値と、追従下限値とを比較し、入力値が追従下限値より大きいか否かを判定する(ST104)。
ステップST104において入力値が追従下限値以下であるとき(ステップST104→No)、上下限フィルタ405は、出力値として追従下限値を算出する(ST105)。
ステップST104において入力値が追従上限値より大きいとき(ステップST104→Yes)、上下限フィルタ405は、出力値として入力値(すなわち、システム要求出力)を算出する(ST106)。
そして、上下限フィルタ405は、ステップST103,ST105,ST106で算出した出力値をFC仮目標出力として出力する(ST107)。
Next, the operation of the upper and
First, a system request output is input to the upper / lower limit filter 405 (ST101).
Then, the upper /
When the input value is greater than or equal to the follow-up upper limit value in step ST102 (step ST102 → No), the upper /
When the input value is less than the follow-up upper limit value in step ST102 (step ST102 → Yes), the upper /
When the input value is equal to or lower than the tracking lower limit value in step ST104 (step ST104 → No), the upper /
When the input value is larger than the follow-up upper limit value in step ST104 (step ST104 → Yes), the upper /
Then, the upper /
実施の形態4に係る燃料電池システムによれば、稼働中の燃料電池出力の効率の変化に応じて、燃料電池の発電下限値を設定することで、確実に効率のよい範囲で、燃料電池を発電させることができる。
また、燃料電池101の電圧および電流の特性、補機消費電力、燃料電池101の温度、圧力、湿度などを考慮することにより、燃料電池101の状態に応じた燃料電池出力の効率を算出することができる。
さらに、燃料電池101の出力が、追従下限値より小さいときは、燃料電池101の発電を停止させることで、燃料電池101のエネルギを効率的に使用することができる。
According to the fuel cell system of the fourth embodiment, the fuel cell can be reliably operated in an efficient range by setting the power generation lower limit value of the fuel cell according to the change in the efficiency of the fuel cell output during operation. It can generate electricity.
Further, the efficiency of the fuel cell output corresponding to the state of the
Further, when the output of the
(実施の形態5)
次に、実施の形態5について、図面を参照して詳細に説明する。図16は、実施の形態5に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図17は、実施の形態5に係る燃料電池システムの制御部の構成を示すブロック図である。実施の形態5においては、実施の形態3と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 5)
Next,
図16に示すように、実施の形態5に係る燃料電池システムは、実施の形態3に係る燃料電池システムにおいて、制御部301の代わりに制御部501を具備している。
As illustrated in FIG. 16, the fuel cell system according to
ゲインマップ503は、平均値とSOC(State Of Charge)に基づいて所定のゲインを加算部504に与える。加算部504は、システム要求出力算出部401からのシステム要求出力にゲインを加えて発電基本目標値を生成して上下限フィルタ405と、アシスト計算値算出部414とに与える。ゲイン付与部505は、加算部404からの追従上限値に所定のゲインを加えて上下限フィルタ405に与える。
The
SOC補正部502は、バッテリ制御部103からSOCを受けて、このSOCに基づいて追従下限値を補正するように補正情報を下限値出力マップ検索部413に与える。SOC補正部502は、SOCが高いときに追従下限値を小さくし、かつ、SOCが低いときに追従下限値を大きくするように補正する補正情報を生成する。
The
なお、図17に示す制御部501において、ゲインマップ503、加算部504およびゲイン付与部505は、削除されてもよい。
In the
実施の形態5に係る燃料電池システムによれば、SOCに適応させて追従下限値を設定できるため、精度の高い燃料電池システムの効率を算出することができる。
また、追従上限値に所定のゲインを加えることにより、追従上限値の値を調節することができ、燃料電池システムの特性に応じた追従上限値を算出することができる。
According to the fuel cell system according to
Further, by adding a predetermined gain to the follow-up upper limit value, the value of the follow-up upper limit value can be adjusted, and the follow-up upper limit value corresponding to the characteristics of the fuel cell system can be calculated.
(実施の形態6)
次に、実施の形態6について、図面を参照して詳細に説明する。図18は、実施の形態6に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。実施の形態6においては、実施の形態1〜5と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 6)
Next, the sixth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 6. In FIG. In the sixth embodiment, the same components as those in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図18に示すように、実施の形態6に係る燃料電池システムは、実施の形態3に係る燃料電池システムにおいて、制御部301の代わりに制御部701を具備し、制御部701がさらに履歴参照部205を具備するものである。さらに、実施の形態6に係る燃料電池システムは、実施の形態3に係る燃料電池システムに加えて、履歴記憶部510を具備している。
As shown in FIG. 18, the fuel cell system according to Embodiment 6 includes a
履歴記憶部510は、前回走行時平均値511と、前回走行時標準偏差512と、平均的走行時の平均値513と、平均的走行時の標準偏差514とを格納しているものである。ここで、平均値とは、実施の形態2で説明した一定期間における過去の燃料電池システムの出力の平均値である。また、標準偏差とは、実施の形態2で説明したFCシステム出力の頻度分布においてFCシステム出力の平均値からの標準偏差である。前回走行時平均値511とは、前回の走行時において平均値算出部2032が算出したシステム要求出力の平均値である。同様に前回走行時標準偏差512は、前回の走行時において標準偏差算出部2035が算出したシステム要求出力の標準偏差である。前回走行時平均値511や前回走行時標準偏差512は、例えば、平均値算出部2032や標準偏差算出部2035が、システム要求出力の平均値や標準偏差を算出する毎に更新される。
The history storage unit 510 stores an
また、平均的走行時の平均値513および平均的走行時の標準偏差514は、実験などで算出された値であり、入力部を介して履歴記憶部510に入力されるものである。
なお、本実施形態では、前回走行時平均値511と、前回走行時標準偏差512とをまとめて学習値と適宜記載する。
The
In the present embodiment, the previous traveling
履歴参照部205は、イグニッションがONになった直後において、履歴記憶部510に記憶されているデータを参照して必要なデータ取得し、システム要求出力の平均値や標準偏差の初期値とするものである。
The
次に、実施の形態6に係る燃料電池システムの制御部の動作について、図18と共に図19を参照して詳細に説明する。図19は、実施の形態6に係る燃料電池システムの制御部の動作を説明するためのフローチャートである。なお、図19は、図14に示すステップST1の処理の後に行われる処理である。 Next, the operation of the control unit of the fuel cell system according to Embodiment 6 will be described in detail with reference to FIG. 19 together with FIG. FIG. 19 is a flowchart for explaining the operation of the control unit of the fuel cell system according to Embodiment 6. FIG. 19 is a process performed after the process of step ST1 shown in FIG.
図19に示すように、ステップST201において、制御部301は、現在がイグニッションON直後であるかを判断する。イグニッションON直後ではないときに(ステップST1→NO)、図14に示すステップST2に進む(ステップST202)。
一方、ステップST201において、イグニッションON直後であるときに(ステップST201→YES)、履歴参照部205は、履歴記憶部510の学習値(前回走行時平均値511および前回走行時標準偏差512)が「Null」であるかを判断する(ステップST203)。学習値が「Null」である場合とは、例えば、修理などで12Vバッテリが外された際に、メモリ内の学習値が消えてしまう場合である。
As shown in FIG. 19, in step ST201, the
On the other hand, when it is immediately after the ignition is turned on in step ST201 (step ST201 → YES), the
学習値が「Null」でないときに(ステップST203→NO)、履歴参照部205は、システム要求出力の平均値の初期値として履歴記憶部510の前回走行時平均値511を代入する(ステップST204)。そして、履歴参照部205は、システム要求出力の標準偏差の初期値として履歴記憶部510の前回走行時標準偏差512を代入し(ステップST205)、図14に示すステップST2の処理へ進む(ステップST202)。
When the learned value is not “Null” (step ST203 → NO), the
学習値が「Null」であるときに(ステップST203→YES)、履歴参照部205は、システム要求出力の平均値の初期値として履歴記憶部510の平均的走行時の平均値513を代入する(ステップST206)。そして、履歴参照部205は、システム要求出力の標準偏差の初期値として履歴記憶部510の平均的走行時の標準偏差514を代入し(ステップST206)、図14に示すステップST2の処理へ進む(ステップST202)。
When the learned value is “Null” (step ST203 → YES), the
実施の形態6に係る燃料電池システムによれば、前回走行時のシステム要求出力の平均値や、標準偏差を学習値として保持しておき、次回走行時の初期値とすることにより、同様な走行パターンが繰り返されるときに走行直後から高効率な発電を行うことができる。 According to the fuel cell system of the sixth embodiment, the average value or standard deviation of the system required output during the previous run is held as a learned value, and the initial value for the next run is used as a similar run. When the pattern is repeated, highly efficient power generation can be performed immediately after traveling.
なお、前回走行時に算出した追従上限値や、追従下限値を、前回走行時追従上限値や、前回走行時追従下限値などの学習値として履歴記憶部510に保持していてもよい。 The tracking upper limit value and the tracking lower limit value calculated during the previous travel may be stored in the history storage unit 510 as learning values such as the previous travel tracking upper limit value and the previous travel tracking lower limit value.
(実施の形態7)
次に、実施の形態7について、図面を参照して詳細に説明する。図20は、実施の形態7に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。実施の形態7において、実施の形態1〜6と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 7)
Next, Embodiment 7 will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 7. In the seventh embodiment, the same components as those in the first to sixth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図20に示すように、実施の形態7に係る燃料電池システムは、実施の形態2に係る燃料電池システムにおいて、制御部201の代わりに制御部801を具備するものである。
As shown in FIG. 20, the fuel cell system according to Embodiment 7 includes a
また、燃料電池システムは、燃料電池101に配設されている電圧検出器110および電流検出器111に加えて、FC温度検出器112を具備している。FC温度検出器112も、電圧検出器110および電流検出器111と同様に制御部801に接続されている。FC温度検出器112は、燃料電池101の温度を検出して制御部801に与える。
Further, the fuel cell system includes an
制御部801の入力部202は、モータ消費電力2021、補機消費電力2022およびFC情報2023’に加えて、バッテリ制御部103からBAT(Battery)情報2024を受ける。ここで、BAT情報2024とは、バッテリ102におけるSOCの情報である。また、FC情報2023’は、燃料電池101からの電圧および電流の情報に加えて、FC温度検出器112で検出された燃料電池101の温度も有する。また、追従上限値算出部2037’は、前記した実施形態における構成に加え、図23で後記するSOC・温度補正マップ検索部415および乗算部416を含む構成となっている。
The
図21および図22は、実施の形態7に係る追従上限補正値を説明するための図である。図21において、縦軸は、追従上限補正値を示し、横軸は、燃料電池101(図20)の温度(FC温度)を示す。図21の特性曲線K1で示すように、燃料電池101の温度が低いほど追従上限補正値を高くする。
また、図22において、縦軸は、追従上限補正値を示し、横軸は、バッテリ102(図20)のSOCを示す。図22の特性曲線L1で示すように、バッテリ102のSOCが低いほど追従上限補正値を高くする。
21 and 22 are diagrams for explaining the tracking upper limit correction value according to the seventh embodiment. In FIG. 21, the vertical axis represents the follow-up upper limit correction value, and the horizontal axis represents the temperature (FC temperature) of the fuel cell 101 (FIG. 20). As shown by the characteristic curve K1 in FIG. 21, the follow-up upper limit correction value is increased as the temperature of the
In FIG. 22, the vertical axis represents the tracking upper limit correction value, and the horizontal axis represents the SOC of the battery 102 (FIG. 20). As shown by the characteristic curve L1 in FIG. 22, the lower the SOC of the
図23は、実施の形態7に係る燃料電池システムの制御部の構成を示すブロック図である。
図23に示すように、制御部801は、図13に示す構成に加えてSOC・温度補正マップ検索部415(図20の追従上限値算出部2037’に相当)と、乗算部416(図20の追従上限値算出部2037’に相当)とを具備している。
平均値算出部402および標準偏差算出部403が、過去一定期間の燃料電池システムの要求出力(システム要求出力)の平均値および過去一定期間の燃料電池システムの要求出力(システム要求出力)の標準偏差値を算出した後、SOC・温度補正マップ検索部415は、BAT情報2024(図20)のSOCや、FC情報2023’における燃料電池101の温度で追従上限補性値をマップ検索して求める。ここで、検索するマップは、図21および図22に示すマップである。そして、乗算部416が標準偏差算出部403で算出された標準偏差にSOC・温度補正マップ検索部415がマップ検索して求めた追従上限補正値を乗算し、さらに加算部404が乗算部416の結果に平均値算出部402が算出した平均値を加算して追従上限値を算出する。これにより、燃料電池101の温度が低いほど追従上限値が上がり、またバッテリ102のSOCが低いほど追従上限値が上がることとなる。算出された追従上限値は、上下限フィルタ405へ送られる。以下の処理は、図13および図14における処理と同様であるため説明を省略する。
FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the fuel cell system according to Embodiment 7.
As shown in FIG. 23, in addition to the configuration shown in FIG. 13, the
The average
実施の形態7による燃料電池システムによれば、以下に記述する効果を得ることができる。
まず、図21に示すように燃料電池101(図20)の温度が低いほど追従上限値を上げることで、標準偏差で決まる追従上限値より上の出力での燃料電池101の発電が期待できるため、燃料電池101の迅速な暖機が出来る。
例えば、仮に低温環境下において、暖機のために燃料電池101の出力自体を上げると余分な発電電力(余剰電力)が多量に存在することになる。そして、この余剰電力はバッテリ102(図20)に充電されることになる。するとバッテリ102の残容量が、すぐにいっぱいになってしまい、これ以降の燃料電池101の暖機が出来なくなるばかりか、モータ107からの回生電力をバッテリ102へ回収することもできなくなる。また、バッテリ102がいっぱいになっていない状態であっても、発電された電力は、バッテリ102に一度蓄電してからモータへ供給されることになり、システム効率の低下が懸念される。
一方、実施の形態7のように燃料電池102の温度が低くなるにつれて、追従上限値を上げることにより、燃料電池101の追従領域が上方に拡大し、燃料電池101の出力(発電電力)が増加することとなる。このため、車両走行に適した燃料電池101の発電を行いつつ燃料電池101の暖機を行なうことができる。さらに燃料電池101の出力自体を上げる場合に比べ、余剰電力によるバッテリ102の残容量上昇が、抑制されることとなる。したがってバッテリ102がいっぱいになってしまい暖機が出来なくなってしまったり、回生電力が取れなくなってしまったりするような状況を減らすことができ、さらに効率向上も期待できる。
According to the fuel cell system of the seventh embodiment, the effects described below can be obtained.
First, as shown in FIG. 21, as the temperature of the fuel cell 101 (FIG. 20) is lower, the follow-up upper limit value is raised, so that the
For example, if the output of the
On the other hand, as the temperature of the
また、図22に示すようにバッテリ102のSOCが低いほど追従上限値を上げることで、SOCが低いときに燃料電池101の追従領域の範囲を上方に拡大することとなり、燃料電池101の出力が増加する。増加した出力の一部をバッテリ102に充電することにより、バッテリ102における過度の残容量低下を防ぐことができる。
Further, as shown in FIG. 22, the lower the SOC of the
なお、図2、図5、図13、図17、図20および図23に示す各部204,205,2031〜2037,2037’,3011,401〜416,502〜505は、図示しないROM(Read Only Memory)などの記憶装置に格納されたプログラムが、RAM(Random Access Memory)に展開され、CPU(Central Processing Unit)によって実行されることにより具現化する。
2, 5, 13, 17, 20, and 23, the
(変形例)
本発明は、充電装置の放電の過多を防止することができる効果を有し。車両、船舶、航空機およびポータブル発電機等の移動体発電機または家庭用小型発電機に有用である。
また、本実施形態では、過去一定期間における燃料電池システムの出力の平均値に、標準偏差を加算または減算することによって、追従上限値または追従下限値を算出している。しかしながら、本実施形態では、これに限らず、例えば、標準偏差の値をσとすると、1.5σといった値や、1.96σといった値や、0.7σといった値など、標準偏差に応じた値を平均値に加算または減算することによって、追従上限値や、追従下限値を算出してもよい。
(Modification)
The present invention has the effect of preventing excessive discharge of the charging device. It is useful for mobile generators such as vehicles, ships, aircraft and portable generators, or small household generators.
In the present embodiment, the follow-up upper limit value or the follow-up lower limit value is calculated by adding or subtracting the standard deviation to the average value of the output of the fuel cell system in the past fixed period. However, in the present embodiment, not limited to this, for example, when the value of the standard deviation is σ, a value according to the standard deviation such as a value of 1.5σ, a value of 1.96σ, a value of 0.7σ, etc. The follow-up upper limit value or the follow-up lower limit value may be calculated by adding or subtracting to the average value.
また、本実施形態では、図9〜図12に示すグラフを基に追従下限値を決定しているが、これに限らず、図24で説明する方法で決定されてもよい。
図24は、実施の形態4に係る燃料電池システムの動作の一例を説明するための図である。図24において、図9と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
図24に示すように、特性曲線G1における低負荷域5000の範囲から追従下限値を決定してもよい。このときの追従下限値は、実験などによって低負荷域5000の範囲から最適な値が選択される。低負荷域5000は、例えは特性曲線G1においてFC出力の効率が最も高いFC出力以下の領域である。また、実験などによって、以下に記述するような燃料電池101の劣化が生じるFC出力を求めておき、この値以下の範囲から追従下限値を決定してもよい。すなわち前記燃料電池の劣化が進む低負荷域における所定の出力電力を追従下限値とする。以下、燃料電池の出力が低負荷である低負荷域について説明する。
Further, in the present embodiment, the follow-up lower limit value is determined based on the graphs illustrated in FIGS. 9 to 12, but is not limited thereto, and may be determined by the method described in FIG. 24.
FIG. 24 is a diagram for explaining an example of the operation of the fuel cell system according to Embodiment 4. 24, the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 24, the tracking lower limit value may be determined from the range of the
燃料電池101において、アノードへの水素供給が十分である場合(FC出力が平均的である場合)では、次の化学式(3)に示すような反応が進んでいる。
In the
H2→2H++2e−・・・(3) H 2 → 2H + + 2e − (3)
しかしながら、燃料電池101の出力が小さく、水素の流量が少ない状況では、アノードへの水素供給が十分ではない状態が生じる。このとき、燃料電池101内では、次の化学式(4),(5)に示すような反応が進んでいる。
However, in a situation where the output of the
C+H2O→CO2+4H++4e+・・・(4) C + H 2 O → CO 2 + 4H + + 4e + (4)
Pt→Pt2 ++2e+・・・(5) Pt → Pt 2 + + 2e + (5)
化学式(4)の右辺における「C」は、電極を構成するカーボンであり、化学式(5)の右辺における「Pt」は触媒である。すなわち、水素供給が十分でない状況では、燃料電池101の構成部品から電子を供給してしまう。これにより、燃料電池101の劣化が生じる。前記燃料電池の出力が低負荷である低負荷域とは、水素供給量が、燃料電池101の劣化を生じさせるような量であるときの出力領域である。
“C” on the right side of the chemical formula (4) is carbon constituting the electrode, and “Pt” on the right side of the chemical formula (5) is a catalyst. That is, in a situation where hydrogen supply is not sufficient, electrons are supplied from the components of the
ここで、図24に示すような方法で、追従下限値を決定することにより、燃料電池101への水素の供給が十分ではない低負荷域5000において、バッテリ102から供給される出力電力の配分を増加させたり、または燃料電池101を停止したりすることにより、燃料電池101の劣化を防ぐことができる。
Here, by determining the follow-up lower limit value by a method as shown in FIG. 24, the distribution of the output power supplied from the
101 燃料電池(FC)
102 バッテリ
103 バッテリ制御部
104 電力分配装置
105 補機
106 補機制御部
107 モータ
108 モータ制御部
109、201、301、501、605、701、801 制御部
205 履歴参照部
101 Fuel cell (FC)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
発電装置と、
前記発電装置と並列に接続され、前記発電装置から電力を受けて充電可能であり、電気負荷に対して電力供給可能な蓄電装置と、
前記電気負荷に対して供給する、前記発電装置と前記蓄電装置との出力電力の配分を行う電力分配装置と、
前記出力電力の配分を決定して前記電力分配装置を制御する制御部と、
を備えた電力供給システムにおいて、
前記制御部には、
前記電力供給システムの要求出力に対して、前記発電装置の出力が追従する出力領域である発電装置出力追従領域の上限値と下限値とが設定されており、
前記制御部は、
前記電気負荷に対して供給可能な前記電力供給システムの出力電力領域を、前記下限値より下の出力領域を低出力領域とし、前記下限値と前記上限値との間の出力領域を前記発電装置出力追従領域である中出力領域とし、前記上限値より上の出力領域を高出力領域として区分した場合、
前記中出力領域が、所定期間における前記電力供給システムの要求出力の頻度の多い領域となるように、少なくとも前記上限値が変化する
ことを特徴とする電力供給システム。 Mounted on the vehicle,
A power generator,
A power storage device connected in parallel with the power generation device, capable of being charged by receiving power from the power generation device, and capable of supplying power to an electrical load;
A power distribution device that distributes output power between the power generation device and the power storage device, which is supplied to the electrical load;
A control unit that determines the distribution of the output power and controls the power distribution device;
In a power supply system with
In the control unit,
An upper limit value and a lower limit value of a power generator output follow-up area, which is an output area in which the output of the power generator follows, is set for the required output of the power supply system,
The controller is
An output power region of the power supply system that can be supplied to the electric load is a low output region that is lower than the lower limit value, and an output region between the lower limit value and the upper limit value is the power generator. When the output area is a medium output area that is an output follow-up area, and the output area above the upper limit is classified as a high output area,
At least the upper limit value changes so that the medium output area is an area where the required output frequency of the power supply system is high in a predetermined period.
A power supply system characterized by that.
前記上限値および前記下限値の間の中央値が前記燃料電池の出力効率における最高値より高い
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。 The power generator is a fuel cell;
Power supply system according to claim 1, the center value between the upper limit and the lower limit value is equal to or higher than the highest value at the output efficiency of the fuel cell.
ことを特徴とする請求項2に記載の電力供給システム。 The power supply system according to claim 2, wherein the medium output region is an output region that is equal to or greater than an output at which the output efficiency of the fuel cell is a maximum value.
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