JP5428526B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
動力源として燃料電池とバッテリを搭載する燃料電池システムでは、運転状態に応じて燃料電池とバッテリからの出力を制御することで運転効率の向上を図っている。下記特許文献1には、燃料電池用コンバータとバッテリ用コンバータとを備えた燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、電力消費装置であるモータに安定して電力を供給するために、二つのコンバータを協調して動作させている。
In a fuel cell system in which a fuel cell and a battery are mounted as power sources, the operation efficiency is improved by controlling the output from the fuel cell and the battery according to the operating state.
ところで、燃料電池システムに設けられるバッテリ用コンバータには、バッテリ電圧を昇圧する際に、バッテリ電圧から所定電圧までの間は昇圧状態を安定して制御することが難しいため、その間を昇圧不可能な領域として設定するものがある。このようなバッテリ用コンバータを有する燃料電池システムでは、モータの要求電圧が昇圧不可能な領域にあるときには、燃料電池用コンバータの昇圧動作を停止させ、モータへの出力電圧をバッテリ電圧に低下させる制御を行う。このような制御を行うと、モータの要求電圧を充足することができなくなるため、動力性能が低下してしまいドラビリ悪化の要因となる。 By the way, in the battery converter provided in the fuel cell system, when the battery voltage is boosted, it is difficult to stably control the boosted state from the battery voltage to the predetermined voltage. Some are set as areas. In such a fuel cell system having a battery converter, when the required voltage of the motor is in a region where it cannot be boosted, the boosting operation of the fuel cell converter is stopped and the output voltage to the motor is reduced to the battery voltage. I do. If such control is performed, it becomes impossible to satisfy the required voltage of the motor, so that the power performance is lowered and the drivability deteriorates.
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、電力消費装置の要求電圧を確保することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of ensuring the required voltage of the power consuming device.
上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化ガスの供給を受けて当該燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を充電可能な畜電部と、前記燃料電池および前記畜電部からの電力を消費する電力消費装置と、前記燃料電池と前記電力消費装置との間に配置され、前記燃料電池からの出力電圧を昇圧して前記電力消費装置に出力する第一の電圧変換部と、前記畜電部と前記電力消費装置との間に配置され、前記畜電部からの出力電圧を昇圧して前記電力消費装置に出力する第二の電圧変換部と、前記電力消費装置の要求電圧が、前記畜電部の出力電圧よりも高い場合に、前記電力消費装置への出力電圧の下限値に、前記第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧を設定する負荷電圧制御手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that receives supply of a fuel gas and an oxidant gas and generates power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and a power generated by the fuel cell. An electric power unit that can be charged, an electric power consuming device that consumes electric power from the fuel cell and the electric power unit, and an output voltage from the fuel cell disposed between the fuel cell and the electric power consuming device A first voltage conversion unit that boosts and outputs to the power consuming device, and is arranged between the livestock power unit and the power consuming device, boosts an output voltage from the livestock power unit and consumes the power When the required voltage of the second voltage conversion unit that outputs to the device and the power consuming device is higher than the output voltage of the livestock power storage unit, the lower limit value of the output voltage to the power consuming device is Boostable by the voltage converter Characterized in that it comprises a load voltage control means for setting the a minimum voltage.
この発明によれば、電力消費装置の要求電圧が畜電部の出力電圧よりも高い場合には、電力消費装置への出力電圧の下限値として第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧を設定することができる。これにより、仮に電力消費装置の要求電圧が第二の電圧変換部では昇圧できない領域に含まれていたとしても、第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧を電力消費装置への出力電圧として出力させることができるため、畜電部の出力電圧を電力消費装置の要求電圧以上に確実に昇圧させることができる。 According to this invention, when the required voltage of the power consuming device is higher than the output voltage of the power storage unit, the lowest voltage that can be boosted by the second voltage converting unit is set as the lower limit value of the output voltage to the power consuming device. Can be set. As a result, even if the required voltage of the power consuming device is included in the region that cannot be boosted by the second voltage converter, the lowest voltage that can be boosted by the second voltage converter is used as the output voltage to the power consuming device. Since it can be made to output, the output voltage of an electrical storage part can be reliably raise | lifted more than the request voltage of a power consuming apparatus.
上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化ガスの供給を受けて当該燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を充電可能な畜電部と、前記燃料電池および前記畜電部からの電力を消費する電力消費装置と、前記燃料電池と前記電力消費装置との間に配置され、前記燃料電池からの出力電圧を昇圧して前記電力消費装置に出力する第一の電圧変換部と、前記畜電部と前記電力消費装置との間に配置され、前記畜電部からの出力電圧を昇圧して前記電力消費装置に出力する第二の電圧変換部と、前記電力消費装置の要求電圧が、前記第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧よりも低い場合に、前記電力消費装置への出力電圧として前記第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧を設定する負荷電圧制御手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that receives supply of a fuel gas and an oxidant gas and generates power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and a power generated by the fuel cell. An electric power unit that can be charged, an electric power consuming device that consumes electric power from the fuel cell and the electric power unit, and an output voltage from the fuel cell disposed between the fuel cell and the electric power consuming device A first voltage conversion unit that boosts and outputs to the power consuming device, and is arranged between the livestock power unit and the power consuming device, boosts an output voltage from the livestock power unit and consumes the power When the required voltage of the second voltage converter that outputs to the device and the power consuming device is lower than the lowest voltage that can be boosted by the second voltage converter, the output voltage to the power consuming device is Second voltage Characterized in that it and a load voltage control means for setting the boosting lowest possible voltage by section.
この発明によれば、電力消費装置の要求電圧が第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧よりも低い場合には、電力消費装置への出力電圧として第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧を設定することができる。これにより、仮に電力消費装置の要求電圧が第二の電圧変換部では昇圧できない領域に含まれている場合であっても、第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧を電力消費装置への出力電圧として出力させることができるため、確実に畜電部の出力電圧を電力消費装置の要求電圧以上に昇圧させることができる。 According to this invention, when the required voltage of the power consuming device is lower than the lowest voltage that can be boosted by the second voltage converter, the second voltage converter can boost the output voltage to the power consuming device. A minimum voltage can be set. As a result, even if the required voltage of the power consuming device is included in the region that cannot be boosted by the second voltage converter, the lowest voltage that can be boosted by the second voltage converter is supplied to the power consuming device. Since it can be made to output as an output voltage, the output voltage of an electrical storage part can be reliably raise | lifted more than the request voltage of an electric power consumption apparatus.
上記燃料電池システムにおいて、上記負荷電圧制御手段は、前記電力消費装置の要求電圧が、前記第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧よりも低く、かつ、前記電力消費装置の要求電圧が、前記畜電部の出力電圧よりも高い場合に、前記電力消費装置への出力電圧として前記第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧を設定することとしてもよい。 In the fuel cell system, the load voltage control means is configured such that the required voltage of the power consuming device is lower than the lowest voltage that can be boosted by the second voltage converter, and the required voltage of the power consuming device is: When the output voltage is higher than the output voltage of the livestock power storage unit, the lowest voltage that can be boosted by the second voltage conversion unit may be set as the output voltage to the power consuming device.
このようにすることで、電力消費装置の要求電圧が畜電部の出力電圧以下である場合、すなわち、第二の電圧変換部による昇圧が不要な場合には、第二の電圧変換部の駆動を停止させることができるため、不要な電力損失を抑制することができる。 In this way, when the required voltage of the power consuming device is equal to or lower than the output voltage of the livestock storage unit, that is, when boosting by the second voltage conversion unit is unnecessary, the second voltage conversion unit is driven. Therefore, unnecessary power loss can be suppressed.
上記燃料電池システムにおいて、加速操作部材の操作量に応じて前記燃料電池への要求発電量を算出する要求発電量算出手段と、前記電力消費装置への出力電圧に対応する前記電力消費装置の消費電力量を算出する消費電力量算出手段と、前記要求発電量算出手段によって算出された前記要求発電量が、前記消費電力量算出手段によって算出された前記消費電力量よりも大きい場合に、前記燃料電池への要求発電量として、当該消費電力を設定する要求発電量制御手段と、をさらに備えることとしてもよい。 In the fuel cell system, a required power generation amount calculation unit that calculates a required power generation amount to the fuel cell according to an operation amount of an acceleration operation member, and consumption of the power consumption device corresponding to an output voltage to the power consumption device A power consumption calculating means for calculating an electric energy; and the fuel consumption when the required power generation calculated by the required power generation calculating means is greater than the power consumption calculated by the power consumption calculating means. A required power generation amount control means for setting the power consumption may be further provided as the required power generation amount for the battery.
このようにすることで、燃料電池の発電量を、電力消費装置の消費電力量に抑えることができるため、燃料電池の余剰電力に起因する過電圧や過電流の発生を抑制することができる。 By doing in this way, since the electric power generation amount of a fuel cell can be restrained to the power consumption amount of a power consuming apparatus, generation | occurrence | production of the overvoltage and overcurrent resulting from the surplus electric power of a fuel cell can be suppressed.
本発明によれば、電力消費装置の要求電圧を確保することができる。 According to the present invention, the required voltage of the power consuming device can be secured.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について説明する。実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして用いた場合について説明する。なお、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池車両以外の各種移動体(ロボット、船舶、航空機等)にも適用することができ、さらに、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムにも適用することができる。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell system according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiment, a case will be described in which the fuel cell system according to the present invention is used as an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV). The fuel cell system according to the present invention can also be applied to various mobile bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than fuel cell vehicles, and further used as power generation equipment for buildings (housing, buildings, etc.). It can be applied to a stationary power generation system.
まず、図1を参照して、本実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。図1は、実施形態における燃料電池システムを模式的に示した図である。 First, the configuration of the fuel cell system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a fuel cell system according to an embodiment.
同図に示すように、燃料電池システム1は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池2、燃料電池用のDC/DCコンバータ3(第一の電圧変換部、以下「FC用コンバータ」という。)、二次電池としてのバッテリ4(蓄電部)、バッテリ用のDC/DCコンバータ5(第二の電圧変換部、以下「Bat用コンバータ」という。)、負荷としてのトラクションインバータ6およびトラクションモータ7(電力消費装置)、システム全体を統括制御する制御部8(制御手段)とを有する。燃料電池2およびFC用コンバータ3の組と、バッテリ4およびBat用コンバータ5の組は、トラクションインバータ6およびトラクションモータ7に対して並列に接続されている。
As shown in the figure, a
燃料電池2は、例えば、高分子電解質型燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス通路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス通路に酸化ガスが供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。 The fuel cell 2 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and has a stack structure in which a large number of single cells are stacked. The single cell has an air electrode on one surface of an electrolyte composed of an ion exchange membrane, a fuel electrode on the other surface, and a structure having a pair of separators so as to sandwich the air electrode and the fuel electrode from both sides. It has become. In this case, hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas passage of one separator, the oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas passage of the other separator, and electric power is generated by the chemical reaction of these reaction gases.
FC用コンバータ3は、直流の電圧変換器であり、燃料電池2から出力された直流電圧を昇圧して電力消費装置側であるトラクションインバータ6に出力する機能を有する。このFC用コンバータ3によって燃料電池2の出力電圧が制御される。FC用コンバータ3の入力側には、燃料電池2の出力電圧を検出する電圧センサV1が設けられ、FC用コンバータ3の出力側には、FC用コンバータ3の出力電圧を検出する電圧センサV2が設けられている。
The FC converter 3 is a DC voltage converter, and has a function of boosting the DC voltage output from the fuel cell 2 and outputting the boosted voltage to the
バッテリ4は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって燃料電池2の余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。バッテリ4とBat用コンバータ5との間には、バッテリ4の出力電圧を検出する電圧センサV3が設けられている。
The
Bat用コンバータ5は、直流の電圧変換器であり、バッテリ4から出力される直流電圧(以下、「バッテリ電圧」という。)を昇圧して電力消費装置側であるトラクションインバータ6に出力する機能と、燃料電池2またはトラクションモータ7側から出力される直流電圧を降圧してバッテリ4に出力する機能と、を有する。このようなBat用コンバータ5の機能により、バッテリ4の充放電が実現される。
The
Bat用コンバータ5は、バッテリ電圧から所定電圧までの間は昇圧動作を停止する特性を有する。これは、バッテリ電圧から所定電圧までの間は、昇圧状態を安定して制御することが難しいためである。つまり、Bat用コンバータ5は、バッテリ電圧を昇圧する際に、その時点のバッテリ電圧に所定電圧を加算した電圧(以下、「昇圧可能な最低電圧」という。)以上の電圧に昇圧可能な電圧変換器である。
The
トラクションインバータ6は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ7に供給する。トラクションモータ7は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム1が搭載される燃料電池車両の主動力源を構成する。
The
制御部8は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材(例えば、アクセル)の操作量を検出し、加速要求値(例えば、トラクションモータ7等の電力消費装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータ7の他に、例えば、燃料電池2を作動させるために必要な補機装置、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等が含まれる。
The control unit 8 detects an operation amount of an acceleration operation member (for example, an accelerator) provided in the fuel cell vehicle, and controls an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a power consuming device such as the traction motor 7). Receives information and controls the operation of various devices in the system. In addition to the
制御部8は、負荷であるトラクションモータ7への出力電圧を制御する負荷電圧制御手段としての機能を有する。具体的に、制御部8は、トラクションモータ7の要求電圧が、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧よりも低いか否かを判定する。制御部8は、トラクションモータ7の要求電圧が、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧よりも低い場合に、トラクションモータ7への出力電圧としてBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を設定する。制御部8は、トラクションモータ7の要求電圧が、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧以上である場合には、トラクションモータ7への出力電圧としてトラクションモータ7の要求電圧を設定する。
The control unit 8 has a function as load voltage control means for controlling an output voltage to the
図2を参照して、本実施形態におけるトラクションモータ7への出力電圧の推移状態について説明する。図2に示す横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図2に示すMVはトラクションモータ7への出力電圧を示し、BVはバッテリ電圧を示し、CVはBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を示す。トラクションモータ7への出力電圧MVは、トラクションモータ7の要求電圧に従って推移させると、時間t1から時間t2までの間は、点線で示すように推移することになる。これに対して、本実施形態における燃料電池システムによると、時間t1から時間t2までの間におけるトラクションモータ7の要求電圧は、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧CVよりも低いと判定され、時間t1から時間t2までの間のトラクションモータ7への出力電圧MVは、実線で示すようにBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧CVに設定される。つまり、時間t1から時間t2までの間は、トラクションモータ7への出力電圧MVの下限値として、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧CVを設定したときと同じ状態で推移することになる。
With reference to FIG. 2, the transition state of the output voltage to the
図1に示す制御部8は、アクセルの操作量を検出するアクセルセンサ(不図示)の検出値に応じて燃料電池2への要求発電量を算出する要求発電量算出手段としての機能を有する。具体的に、制御部8は、アクセルの操作量とトラクションモータ7のトルクとの対応関係を記憶するマップを参照して、アクセルセンサの検出値に対応するトルクを算出し、この算出したトルクを発生させるために要する電圧を算出する。そして、制御部8は、トラクションモータ7に付与する電圧とトラクションモータ7の消費電力量との対応関係を記憶するマップを参照して、算出した電圧に対応するトラクションモータ7の消費電力量を算出することで、燃料電池2への要求発電量を算出する。なお、上記各マップは後述するメモリに格納され、各マップに記憶される各値は実験等により求められる。
The control unit 8 shown in FIG. 1 has a function as a required power generation amount calculation means for calculating a required power generation amount to the fuel cell 2 in accordance with a detection value of an accelerator sensor (not shown) that detects an accelerator operation amount. Specifically, the control unit 8 refers to a map that stores the correspondence relationship between the accelerator operation amount and the torque of the
制御部8は、トラクションモータ7への出力電圧に対応するトラクションモータ7の消費電力量を算出する消費電力量算出手段としての機能を有する。具体的に、制御部8は、電圧センサV2で検出された電圧を用い、この電圧が入力されたトラクションモータ7で消費可能な最大の消費電力量を算出する。
The control unit 8 has a function as power consumption calculation means for calculating the power consumption of the
制御部8は、上記算出した燃料電池2への要求発電量が、上記算出したトラクションモータ7の消費電力量よりも大きい場合に、燃料電池2への要求発電量に、上記算出したトラクションモータ7の消費電力量を設定する要求発電量制御手段としての機能を有する。これにより、燃料電池2の発電量を、トラクションモータ7の消費電力量に抑えることができるため、燃料電池2の余剰電力に起因する過電圧や過電流の発生を抑制することができる。
When the calculated required power generation amount to the fuel cell 2 is larger than the calculated power consumption amount of the
ここで、制御部8は、物理的には、例えば、CPUと、メモリと、入出力インターフェースとを有する。メモリは、CPUで処理される制御プログラムや制御データを記憶するROMと、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるRAMとを有する。これらの要素は、互いにバスを介して接続されている。入出力インターフェースには、電圧センサやアクセルセンサ等の各種センサが接続されているとともに、トラクションモータ7等を駆動させるための各種ドライバが接続されている。
Here, the control unit 8 physically includes, for example, a CPU, a memory, and an input / output interface. The memory includes a ROM that stores a control program and control data processed by the CPU, and a RAM that is mainly used as various work areas for control processing. These elements are connected to each other via a bus. Various sensors such as a voltage sensor and an accelerator sensor are connected to the input / output interface, and various drivers for driving the
CPUは、ROMに記憶された制御プログラムに従って、入出力インターフェースを介して各種センサでの検出結果を受信し、RAM内の各種データ等を用いて処理することで、燃料電池システム1における各種制御処理を実行する。また、CPUは、入出力インターフェースを介して各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池システム1全体を制御する。
The CPU receives the detection results of the various sensors via the input / output interface according to the control program stored in the ROM, and processes them using various data in the RAM, whereby various control processes in the
次に、図3に示すフローチャートを用いて、本実施形態におけるトラクションモータ7への出力電圧を制御する際の処理について説明する。この処理は、例えば、イグニッションキーがONされたときに開始され、運転が終了するまで繰り返し実行される。
Next, processing for controlling the output voltage to the
最初に、制御部8は、トラクションモータ7の要求電圧を算出する(ステップS101)。具体的に、制御部8は、アクセルの操作量とトラクションモータ7のトルクとの対応関係を記憶するマップを参照して、アクセルセンサの検出値に対応するトルクを算出し、この算出したトルクを発生させるために要する電圧を算出することで、トラクションモータ7の要求電圧を算出する。
First, the control unit 8 calculates a required voltage for the traction motor 7 (step S101). Specifically, the control unit 8 refers to a map that stores the correspondence relationship between the accelerator operation amount and the torque of the
続いて、制御部8は、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を算出する(ステップS102)。具体的に、制御部8は、電圧センサV3で検出された電圧を用い、この電圧に上述した所定電圧を加算してBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を算出する。
Subsequently, the control unit 8 calculates the lowest voltage that can be boosted by the Bat converter 5 (step S102). Specifically, the control unit 8 uses the voltage detected by the voltage sensor V3, adds the predetermined voltage described above to this voltage, and calculates the lowest voltage that can be boosted by the
続いて、制御部8は、上記ステップS101で算出したトラクションモータ7の要求電圧が、上記ステップS102で算出したBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧よりも低いか否かを判定する(ステップS103)。この判定がYESである場合(ステップS103;YES)に、制御部8は、トラクションモータ7への出力電圧としてBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を設定する(ステップS104)。
Subsequently, the control unit 8 determines whether or not the required voltage of the
一方、ステップS103の判定において、トラクションモータ7の要求電圧がBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧以上であると判定された場合(ステップS103;NO)に、制御部8は、トラクションモータ7への出力電圧としてトラクションモータ7の要求電圧を設定する(ステップS105)。
On the other hand, when it is determined in step S103 that the required voltage of the
上述してきたように、本実施形態における燃料電池システム1によれば、トラクションモータ7の要求電圧がBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧よりも低い場合には、トラクションモータ7への出力電圧としてBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を設定することができる。これにより、仮にトラクションモータ7の要求電圧がBat用コンバータ5では昇圧できない領域に含まれている場合であっても、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧をトラクションモータ7への出力電圧として出力させることができるため、確実にバッテリ電圧をトラクションモータ7の要求電圧以上に昇圧させることができる。
As described above, according to the
なお、上述した実施形態における制御部8は、トラクションモータ7の要求電圧がBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧よりも低い場合に、トラクションモータ7への出力電圧にBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を設定しているが、トラクションモータ7への出力電圧にBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を設定する条件はこれに限定されない。例えば、トラクションモータ7の要求電圧がBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧よりも低く、かつ、トラクションモータ7の要求電圧がバッテリ電圧よりも高い場合に、トラクションモータ7への出力電圧にBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を設定することとしてもよい。
In the above-described embodiment, the control unit 8 can boost the output voltage to the
図4を参照して、本変形例におけるトラクションモータ7への出力電圧の推移状態について説明する。図4に示す横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図4に示すMVはトラクションモータ7への出力電圧を示し、BVはバッテリ電圧を示し、CVはBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を示す。トラクションモータ7への出力電圧MVは、トラクションモータ7の要求電圧に従って推移させると、時間t1から時間t2までの間および時間t3から時間t4までの間は、点線で示すように推移することになる。これに対して、本変形例における燃料電池システムによると、時間t1から時間t2までの間および時間t3から時間t4までの間におけるトラクションモータ7の要求電圧は、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧CVよりも低く、かつ、バッテリ電圧BVよりも高いと判定され、時間t1から時間t2までの間および時間t3から時間t4までの間におけるトラクションモータ7への出力電圧MVは、実線で示すようにBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧CVに設定される。つまり、時間t1から時間t2までの間および時間t3から時間t4までの間は、トラクションモータ7への出力電圧MVの下限値として、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧CVを設定したときと同様の状態で推移することになる。
With reference to FIG. 4, the transition state of the output voltage to the
一方、時間t2から時間t3までの間は、トラクションモータ7の要求電圧がバッテリ電圧BVよりも低くなるため、トラクションモータ7への出力電圧MVは、トラクションモータ7の要求電圧に従って推移することになる。つまり、この間は、Bat用コンバータ5の出力を停止させ、FC用コンバータ3の出力のみでトラクションモータ7を駆動させることとなる。
On the other hand, since the required voltage of the
これにより、トラクションモータ7の要求電圧がバッテリ電圧BV以下である場合、すなわち、Bat用コンバータ5による昇圧が不要な場合には、Bat用コンバータ5の駆動を停止させることができるため、不要な電力損失を抑制することができる。
As a result, when the required voltage of the
次に、図5に示すフローチャートを用いて、本変形例におけるトラクションモータ7への出力電圧を制御する際の処理について説明する。この処理は、例えば、イグニッションキーがONされたときに開始され、運転が終了するまで繰り返し実行される。なお、図5に示すステップS201およびS202の各処理は、上述した実施形態において説明した図3に示すステップS101およびS102の各処理とそれぞれ同一であるため、ここでは、図3に示す処理とは異なるステップS203以降の処理について説明することとする。
Next, processing when controlling the output voltage to the
まず、ステップS201においてトラクションモータ7の要求電圧が算出され、ステップS202においてBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧が算出された後に、制御部8は、上記ステップS201で算出したトラクションモータ7の要求電圧が、上記ステップS202で算出したBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧よりも低く、かつ、電圧センサV3で検出されたバッテリ電圧よりも高いか否かを判定する(ステップS203)。この判定がYESである場合(ステップS203;YES)に、制御部8は、トラクションモータ7への出力電圧としてBat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧を設定する(ステップS204)。
First, in step S201, the required voltage of the
一方、ステップS203の判定において、トラクションモータ7の要求電圧が、Bat用コンバータ5で昇圧可能な最低電圧以上またはバッテリ電圧以下であると判定された場合(ステップS203;NO)に、制御部8は、トラクションモータ7への出力電圧としてトラクションモータ7の要求電圧を設定する(ステップS205)。
On the other hand, when it is determined in step S203 that the required voltage of the
1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…FC用DC−DCコンバータ、4…バッテリ、5…Bat用DC−DCコンバータ、6…トラクションインバータ、7…トラクションモータ、8…制御部、V1,V2,V3…電圧センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記燃料電池の発電電力を充電可能な蓄電部と、
前記燃料電池および前記蓄電部からの電力を消費する電力消費装置と、
前記燃料電池と前記電力消費装置との間に配置され、前記燃料電池からの出力電圧を昇圧して前記電力消費装置に出力する第一の電圧変換部と、
前記蓄電部と前記電力消費装置との間に配置され、前記蓄電部からの出力電圧を昇圧して前記電力消費装置に出力する第二の電圧変換部と、
前記電力消費装置の要求電圧が、前記第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧よりも低く、かつ、前記電力消費装置の要求電圧が、前記蓄電部の出力電圧よりも高い場合に、前記電力消費装置への出力電圧として前記第二の電圧変換部により昇圧可能な最低電圧を設定し、一方、前記電力消費装置の要求電圧が、前記蓄電部の出力電圧よりも低い場合に、前記第二の電圧変換部の出力を停止させて、前記第一の電圧変換部の出力のみで前記電力消費装置を駆動させる負荷電圧制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that receives supply of the fuel gas and the oxidizing gas and generates power by an electrochemical reaction of the fuel gas and the oxidizing gas;
A power storage unit capable of charging the power generated by the fuel cell; and
A power consuming device that consumes power from the fuel cell and the power storage unit;
A first voltage converter disposed between the fuel cell and the power consuming device, boosting an output voltage from the fuel cell and outputting the boosted voltage to the power consuming device;
A second voltage converter disposed between the power storage unit and the power consuming device, boosting an output voltage from the power storage unit and outputting the boosted voltage to the power consuming device;
When the required voltage of the power consuming device is lower than the lowest voltage that can be boosted by the second voltage converter, and the required voltage of the power consuming device is higher than the output voltage of the power storage unit, When the minimum voltage that can be boosted by the second voltage converter is set as the output voltage to the power consuming device, while the required voltage of the power consuming device is lower than the output voltage of the power storage unit, the first voltage Load voltage control means for stopping the output of the second voltage converter and driving the power consuming device only with the output of the first voltage converter ;
A fuel cell system comprising:
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