JP5481905B2 - Fuel cell system and electric vehicle equipped with fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムを搭載した電動車両の始動時の制御に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and control at the start of an electric vehicle equipped with the fuel cell system.
燃料極に燃料ガスとしての水素を供給し、酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、水素と空気中の酸素の電気化学反応によって発電すると共に酸化剤極に水を生成する燃料電池の実用化が検討されつつある。 A fuel cell that supplies hydrogen as a fuel gas to a fuel electrode, supplies air as an oxidant gas to an oxidant electrode, generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air, and generates water at the oxidant electrode. The practical application is being studied.
このような燃料電池においては、始動の際に燃料極に供給する水素の圧力と酸化剤極に供給する空気の圧力とがそれぞれ通常運転の際の各圧力と同程度の場合には、水素ガスと空気がそれぞれ燃料極と酸化剤極の中で偏在し、このガスの偏在によって発生する電気化学反応で電極が劣化してしまう場合があった。そこで、燃料電池の始動の際に燃料極に供給する水素の圧力と酸化剤極に供給する空気の圧力とを通常の各供給圧力よりも高くすることによって電極の劣化を防止する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In such a fuel cell, when the pressure of hydrogen supplied to the fuel electrode at the start and the pressure of air supplied to the oxidizer electrode are approximately the same as the respective pressures during normal operation, hydrogen gas And air are unevenly distributed in the fuel electrode and the oxidant electrode, respectively, and the electrode may deteriorate due to an electrochemical reaction generated by the uneven distribution of gas. Therefore, a method for preventing electrode deterioration by increasing the pressure of hydrogen supplied to the fuel electrode and the pressure of air supplied to the oxidizer electrode when starting the fuel cell to be higher than the normal supply pressures has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、燃料電池の始動の際に水素ガスと空気とを高圧で燃料電池に供給した場合、燃料電池の電圧の上昇速度が高くなって燃料電池の電圧が上限電圧をオーバーシュートしてしまうという問題があった。このため、特許文献1には、燃料電池の始動の際に通常発電の際の圧力よりも高い圧力で水素ガスと空気とを供給する場合、燃料電池の電圧が上限電圧よりも低い所定の電圧に達したら、燃料電池から出力を取り出して車両駆動用モータや抵抗器などに出力する方法が提案されている。 However, when hydrogen gas and air are supplied to the fuel cell at a high pressure when starting the fuel cell, the rate of increase in the voltage of the fuel cell increases and the voltage of the fuel cell overshoots the upper limit voltage. was there. For this reason, when supplying hydrogen gas and air at a pressure higher than the pressure at the time of normal power generation when starting the fuel cell, Patent Document 1 discloses a predetermined voltage in which the voltage of the fuel cell is lower than the upper limit voltage. When reaching the above, a method has been proposed in which the output is taken out from the fuel cell and output to a vehicle driving motor or a resistor.
ところで、燃料電池が搭載された電動車両では、燃料電池の出力電力指令値は負荷からの要求電力と燃料電池の出力電流電圧特性とに基づいて計算される。しかし、燃料電池を始動する際、燃料電池の電圧が始動電圧から上昇している間は逆流防止ダイオードでブロックされるため燃料電池から電流は流れ出さない。このため、燃料電池の始動中は燃料電池の出力電流電圧特性が通常運転中と異なるので燃料電池の始動が完了するまでは出力電力指令値をゼロとする始動方法がある。しかし、この始動方法では、始動完了前に燃料電池から電力を出力させると通常運転に移行する際に燃料電池の実際の出力と出力電力指令値に差ができてしまい、通常運転への移行の際に出力電力指令値がハンチングを起こし、燃料電池システムをスムースに通常運転に移行することができない場合があった。 By the way, in an electric vehicle equipped with a fuel cell, the output power command value of the fuel cell is calculated based on the required power from the load and the output current voltage characteristic of the fuel cell. However, when starting the fuel cell, while the voltage of the fuel cell is rising from the starting voltage, current is not flown out from the fuel cell because it is blocked by the backflow prevention diode. For this reason, since the output current voltage characteristic of the fuel cell is different from that during normal operation during the start of the fuel cell, there is a start method in which the output power command value is zero until the start of the fuel cell is completed. However, in this starting method, if power is output from the fuel cell before the completion of starting, there is a difference between the actual output of the fuel cell and the output power command value when shifting to normal operation, and the transition to normal operation is not possible. In some cases, the output power command value causes hunting, and the fuel cell system cannot be smoothly shifted to normal operation.
そこで、始動の際に燃料電池の電圧を一旦、開回路電圧まで上昇させた後、始動完了後に燃料電池の制御電圧を下げて電力の取り出しをする方法がある。この方法は、燃料電池の通常運転への移行の際、燃料電池からの出力電力と出力電力指令値に差がなく出力指令値がハンチングすることはなくなるが、燃料電池の電圧を開回路電圧まで上昇させることから燃料電池の耐久性を損なう場合があるという問題があった。 Therefore, one of the voltage of the fuel cell during start-up Dan, after raising to the open circuit voltage, there is a method of removal of power by lowering the control voltage of the fuel cell after the completion of startup. In this method, when the fuel cell shifts to normal operation, there is no difference between the output power from the fuel cell and the output power command value, and the output command value does not hunt, but the fuel cell voltage is reduced to the open circuit voltage. This raises the problem that the durability of the fuel cell may be impaired.
そこで、本発明は、燃料電池の始動の際に耐久性を損なわずに燃料電池システムをスムースに始動させることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to smoothly start a fuel cell system without impairing durability when starting the fuel cell.
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池の出力電力を検出する電力検出手段と、充放電可能な二次電池と、
負荷からの要求電力に応じて燃料電池の出力電力指令値および二次電池の出力電力指令値を演算する制御部と、を備える燃料電池システムであって、制御部は、燃料電池の電圧を始動電圧から開回路電圧よりも低い通常運転時の電圧である運転電圧まで上昇させて燃料電池を始動し、この燃料電池の始動中は、負荷からの要求電力を燃料電池の出力電力と二次電池の出力電力とに分配する電力分配演算を行わずに負荷からの要求電力を二次電池の出力電力指令値とし、燃料電池が始動完了して通常運転に移行するときに前記電力分配演算を開始してそれ以後は燃料電池の出力電力指令値に応じた出力電力を燃料電池から負荷に供給するものであり、燃料電池の電圧が運転電圧に達した後、燃料電池が通常運転に移行する際に、電力検出手段によって検出した燃料電池の実出力電力によって燃料電池の出力電力指令値を初期化し、ここで、制御部は、燃料電池の始動開始から燃料電池が通常運転に移行するまでの間は、燃料電池に燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電が行われることによって燃料電池の電圧が前記運転電圧に達した後に燃料電池から実際に出力される実出力電力を燃料電池の出力電力指令値に代入することにより通常運転移行時に燃料電池の出力電力指令値を前記実出力電力に一致させることを特徴とする。
The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a power detection means for detecting output power of the fuel cell, a chargeable / dischargeable secondary battery,
A fuel cell system comprising a control unit, a for calculating an output power command value of the output power command value and the secondary battery of fuel cells according to the required power from the load, the control unit, the voltage of the fuel cell The fuel cell is started by raising the starting voltage from the starting voltage to an operating voltage that is a voltage during normal operation lower than the open circuit voltage. During the starting of the fuel cell, the required power from the load and the output power of the fuel cell are The power requested by the load is used as the output power command value of the secondary battery without performing the power distribution calculation to distribute to the output power of the battery, and the power distribution calculation is performed when the fuel cell is started and shifts to normal operation. After that, the output power corresponding to the output power command value of the fuel cell is supplied from the fuel cell to the load . After the voltage of the fuel cell reaches the operating voltage, the fuel cell shifts to the normal operation. When the power detection means An output power command value of the fuel cell is initialized by the actual output power of the fuel cell detected I, wherein, the control unit during the beginning of startup of the fuel cell to the fuel cell shifts to a normal operation, the fuel cell The actual output power actually output from the fuel cell after the fuel cell voltage reaches the operating voltage by supplying the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell is substituted for the output power command value of the fuel cell. an output power command value of the fuel cell, characterized in that to match the actual output power during normal operation proceeds by.
本発明の電動車両は、上記の燃料電池システムを搭載したものである。 The electric vehicle of the present invention is equipped with the above fuel cell system.
本発明は、燃料電池の始動の際に耐久性を損なわずに燃料電池システムをスムースに始動させることができるという効果を奏する。 The present invention has an effect that the fuel cell system can be smoothly started without impairing durability when the fuel cell is started.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に示すように、電動車両200に搭載されている燃料電池システム100は、充放電可能な二次電池12と、二次電池12の電圧を昇圧または降圧する昇降圧コンバータ13と、昇降圧コンバータ13の直流電力を交流電力に変換して走行用モータ15に供給するインバータ14と、燃料電池11と、を備えている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a
二次電池12は充放電可能なリチウムイオン電池などによって構成され、その電圧は走行用モータ15の駆動電圧よりも低い電圧であるが、走行用モータの駆動電圧と同等あるいは高い電圧であってもよい。昇降圧コンバータ13は、複数のスイッチング素子を備え、スイッチング素子のオンオフ動作によって二次電池12から供給された一次側の電圧を走行用モータ駆動用の二次側の電圧に電圧変換するものであり、基準電路32が二次電池12のマイナス側電路34とインバータ14のマイナス側電路39とに共通に接続され、1次側電路31が二次電池12のプラス側電路33に接続され、二次側電路35がインバータ14のプラス側電路38に接続された非絶縁型の双方向DC−DCコンバータである。また、二次電池12のプラス側電路33とマイナス側電路34には二次電池12と負荷系統との接続を入り切りするシステムリレー25が設けられている。
The
燃料電池11は、燃料ガスである水素ガスと酸化剤ガスである空気が供給され、水素ガスと空気中の酸素との電気化学反応により発電するもので、水素ガスは高圧の水素タンク17から水素供給弁18を介して燃料極(アノード)に供給され、空気は空気圧縮機19によって酸化剤極(カソード)に供給される。燃料電池11のプラス側電路36は昇降圧コンバータ13の二次側電路35にFCリレー24と逆流防止ダイオード23を介して接続され、燃料電池11のマイナス側電路37はFCリレー24を介して昇降圧コンバータ13の基準電路32に接続される。昇降圧コンバータ13の二次側電路35はインバータ14のプラス側電路38に接続され、昇降圧コンバータ13の基準電路32はインバータ14のマイナス側電路39に接続されているので、燃料電池11のプラス側電路36とマイナス側電路37はそれぞれインバータ14のプラス側電路38とマイナス側電路39にFCリレー24を介して接続されている。FCリレー24は負荷系統と燃料電池11との接続を入り切りするもので、FCリレー24が閉となると燃料電池11は昇降圧コンバータ13の二次側と接続され、燃料電池11の発電電力は二次電池12の一次側電力を電圧変換した二次側電力と共にインバータ14に供給されて車輪60を回転させる走行用モータ15を駆動する。この際、燃料電池11の電圧は昇降圧コンバータ13の出力電圧、インバータ14の入力電圧と同一電圧となる。また、空気圧縮機19や冷却水ポンプ、水素ポンプなど燃料電池11の補機16の駆動電力は燃料電池11または二次電池12から供給される。
The fuel cell 11 is supplied with hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxidant gas, and generates electricity by an electrochemical reaction between the hydrogen gas and oxygen in the air. The hydrogen gas is supplied from a high-pressure hydrogen tank 17 to hydrogen. The fuel is supplied to the fuel electrode (anode) via the
二次電池12のプラス側電路33とマイナス側電路34との間には一次側の電圧を平滑化する一次側コンデンサ20が接続され、一次側コンデンサ20には両端の電圧を検出する電圧センサ41が設けられている。また、インバータ14のプラス側電路38とマイナス側電路39との間には二次側の電圧を平滑にする二次側コンデンサ21が設けられ、二次側コンデンサ21にも両端の電圧を検出する電圧センサ42が設けられている。一次側コンデンサ20両端の電圧は昇降圧コンバータ13の入力電圧である一次側電圧VLであり、二次側コンデンサ21の両端の電圧は昇降圧コンバータ13の出力電圧である二次側電圧VHである。また、燃料電池11のプラス側電路36とマイナス側電路37との間には燃料電池11の電圧を検出する電圧センサ43が設けられ、燃料電池11のプラス側電路36には燃料電池11からの出力電流を検出する電流センサ44が設けられている。
A primary-
制御部50は、内部に信号処理を行うCPUとプログラムや制御データを格納する記憶部とを備えるコンピュータであり、燃料電池11、空気圧縮機19、水素供給弁18、昇降圧コンバータ13、インバータ14、走行用モータ15、補機16、FCリレー24、システムリレー25は制御部50に接続され、制御部50の指令によって動作するよう構成されている。また、二次電池12と各電圧センサ41〜43、電流センサ44はそれぞれ制御部50に接続され、二次電池12の状態と各電圧センサ41〜43、電流センサ44の検出信号が制御部50に入力されるよう構成されている。電動車両200には燃料電池システム100を始動停止させるスイッチであるイグニッションキー30が設けられている。イグニッションキー30は制御部50に接続され、イグニッションキー30のオンオフ信号が制御部50に入力されるよう構成されている。
The
このように二種類の電源を備える燃料電池システム100では、通常運転の際には走行用モータ15の駆動に必要な電力を二次電池12からの出力電力と燃料電池11からの出力電力とに分配する分配演算に基づいて各電池11,12からの出力電力を制御している。電力分配演算は燃料電池の出力電流電圧特性と、二次電池の出力電流電圧特性とに基づいて計算される。しかし、燃料電池11は、始動後、運転電圧まで電圧が上昇し燃料電池11から電力が取り出せるようになるまで時間がかかるため、二次電池12と燃料電池11とを搭載した電動車両200では、イグニッションキー30をオンとして電動車両200を始動した後、燃料電池11から電力を取り出せるようになるまでの間は電力分配演算を行わずに燃料電池11の出力電力指令値をゼロとして二次電池12からの電力によって電動車両200を駆動する。そして、燃料電池11の始動が完了した際に電力分配演算を行う通常運転に移行する。
As described above, in the
本発明の実施形態の動作について説明する前に、図2を参照して従来技術による燃料電池システム100の始動について説明する。従来技術の始動方法は、燃料電池11の始動中は電力分配を行わずに燃料電池11の出力電力指令値をゼロとして始動するものである。図2において線aは昇降圧コンバータ13の出力電圧である二次側電圧VHを示し、線bは燃料電池11の電圧であるFC電圧VFを示し、線cは燃料電池11からの実際の出力電力を示し、点線dは燃料電池11の出力電力指令値を示す。燃料電池11は図2に示すように、電圧ゼロの状態から始動される。
Before describing the operation of the embodiment of the present invention, the start of the
図2に示す時間t0に運転者がイグニッションキー30をオンするとそのオン信号が制御部50に入力され、制御部50はシステムリレー25を閉として二次電池12を系統に接続する。二次電池12が系統に接続されると二次電池12から供給される電力によって一次側コンデンサ20が充電される。一次側コンデンサ20が充電されたら制御部50は昇降圧コンバータ13の昇圧動作を開始して二次側コンデンサ21を充電し、電圧センサ42によって検出される二次側電圧VHを上昇させていく。二次側電圧VHが開回路電圧OCVに達したら二次側コンデンサ21の充電が完了し二次電池12からの電力供給が可能となるので、制御部50は図2に示す時間t1に走行用モータ15に電力を供給する準備が完了したことを示すReadyのランプを点灯させる。このReadyランプ点灯後、運転者がアクセルを踏み込むと、必要となる要求電力に応じて二次電池12からの電力が走行用モータ15に供給されて車輪60が回転し、電動車両200は走行を開始する。この時、二次電池12から電力が走行用モータ15に供給されても燃料電池11はFCリレー24が開状態となっているので系統から切り離されており、電力は燃料電池11には流れこまない。また、制御部50はイグニッションキー30のオン信号が入力されると電圧センサ43によって検出したFC電圧VFと電流センサ44によって検出したFC電流AFとから燃料電池11の出力電力の計算を開始する。この時、燃料電池11はまだ始動していないので電力分配は行われず、燃料電池11への出力電力指令値はゼロであり、燃料電池11からの実際の出力もゼロである。
When the driver turns on the
制御部50は、図2に示す時間t1に水素系統を加圧する指令を出力する。この指令によって水素供給弁18が開となり、水素タンク17から燃料電池11への水素の供給が開始される。水素が供給されると燃料電池11の燃料極の圧力が上昇するが、まだ酸化剤極に空気が供給されていないので燃料電池11の内部では電気化学反応が起きず、燃料電池11は発電しないので、燃料電池11のFC電圧VFは始動電圧と同様のゼロとなっている。
The
水素系統の加圧開始の後、FCリレー24を閉として燃料電池11と昇降圧コンバータ13、インバータ14とを接続する。そして、制御部50は、図2に示す時間t2に二次側電圧VHをOCVから運転電圧V0への低下を開始させると共に、空気圧縮機19の始動指令を出力する。この指令によって空気圧縮機19が始動し、燃料電池11への空気の供給が開始される。運転電圧V0は、例えば、開回路電圧OCVの90%程度の電圧である。
After starting the pressurization of the hydrogen system, the
空気圧縮機19が始動され、空気が燃料電池11に供給され始めると燃料電池11の内部で水素と空気中の酸素との電気化学反応が始まり、電圧センサ43によって検出される燃料電池11のFC電圧VFは始動電圧のゼロから図2の線bに示すように単調に上昇していく。燃料電池11のFC電圧VFが上昇している間は、逆流防止ダイオード23でブロックされているので燃料電池11を系統に接続しても電流は流れ出さず、電流センサ44によって検出されるFC電流AFはゼロとなっており、制御部50で計算される燃料電池11から出力される電力もゼロとなっている。
When the
図2に示す時間t3に二次側電圧VHは運転電圧V0まで低下し、その後運転電圧V0に保持される。そして、図2に示す時間t4に燃料電池11の電圧は運転電圧V0に達する。燃料電池のFC電圧VFは運転電圧V0に達した後は二次側電圧VHと同一の電圧となるので運転電圧V0に保持され、燃料電池11の出力電流電圧特性に従ってFC電圧VFに応じたFC電流AFが燃料電池11から流出を始め、燃料電池11からの実際の出力電力が上昇し始める。実際に燃料電池11からの出力電力が上昇し始めても、まだ始動動作が完了していないので、制御部50は燃料電池11の電力分配計算を行わず、燃料電池11への出力電力指令値もゼロのままとなっているが、実際には燃料電池11からの出力電力はインバータ14から走行用モータ15に供給され、燃料電池11からの出力電力分だけ二次電池12からの出力電力が減少する。
Secondary voltage V H to the time t 3 when 2 is lowered to the operation voltage V 0, is held in the subsequent operation voltage V 0. The voltage of the fuel cell 11 reaches the operating voltage V 0 at time t 4 shown in FIG. After the fuel cell FC voltage VF reaches the operating voltage V 0 , it becomes the same voltage as the secondary side voltage V H , so it is held at the operating voltage V 0 and the FC voltage V F according to the output current voltage characteristics of the fuel cell 11. The FC current A F corresponding to F starts to flow out of the fuel cell 11, and the actual output power from the fuel cell 11 begins to rise. Even if the output power from the fuel cell 11 actually starts to rise, the starting operation is not yet completed, so the
制御部50は、燃料電池11からの出力電力が上昇し始めてから所定の時間Δtの間に燃料電池11が正常に運転されているかどうか確認する。そして、所定の時間Δtの間に燃料電池11に異常がない場合には、図2に示す時間t5に燃料電池11の始動は完了したものとして通常運転に移行し、電力分配演算を開始する。
The
図2に示す時間t5においては、実際には燃料電池11から出力電力があるので、図2の点線dに示すように、制御部50は燃料電池11の出力電力指令値をゼロから実際の燃料電池11からの出力電力に向って急速に立上げようとする。この急速な立ち上がりは制御系統の応答性を悪化させ、燃料電池11の出力電力指令値がハンチングを起こしてしまう。時間t5以降は燃料電池11の出力電力は出力電力指令値となるように制御されることから、出力電力指令値がハンチングすると燃料電池11からの実際の出力電力もハンチングしてしまう。また、燃料電池11の出力電力指令値がハンチングすると燃料電池11の電圧指令値もハンチングしてしまう。そして、燃料電池11からの出力電力がハンチングすると電動車両200の加速度などが運転者の意思によらずに変動するのでドライバビリティが低下してしまう。
At time t 5 shown in FIG. 2, since there is actually output power from the fuel cell 11, the
次に、図3を参照しながら本実施形態の燃料電池システム100の始動について説明する。本実施形態の燃料電池システムでは、制御部50は、イグニッションキー30をオンとして電動車両200を始動した後、燃料電池11から電力を取り出せるようになるまでの始動中は電力分配演算を行わないが燃料電池11の出力電力指令値に燃料電池11からの実際の出力電力を代入し、燃料電池11の始動が完了した際に電力分配を開始して通常運転に移行するように始動する。図2において説明したのと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図3において線a´は昇降圧コンバータ13の出力電圧である二次側電圧VHを示し、線b´は燃料電池11の電圧であるFC電圧VFを示し、線c´は燃料電池11からの実際の出力電力を示し、点線d´は燃料電池11の出力電力指令値を示す。燃料電池11は図3に示すように、電圧ゼロの状態から始動される。
Next, starting of the
図3に示すように、時間t0にイグニッションキー30がオンとなったら、制御部50は燃料電池システム100を始動し、燃料電池11の出力電力指令値に燃料電池11からの実際の出力電力の代入を開始する。時間t0では燃料電池11のFC電圧VF、FC電流AFは共にゼロなので出力指令値にはゼロが代入される。制御部50は一次側コンデンサ20、二次側コンデンサ21を充電し、時間t1に二次側電圧VHが開回路電圧OCVに到達したら、水素供給弁18を開として水素の供給を開始する。そして、制御部50は時間t2に空気圧縮機19を始動して空気の供給を開始する。時間t2から燃料電池11のFC電圧VFは単調に上昇し、時間t4に運転電圧V0に達する。始動中、燃料電池11への出力電力指令値は常に燃料電池11の実際の出力電力に置き換えられているので、図3の一点鎖線d´で示される出力指令値は、線c´で示される燃料電池11の実際の出力電力に沿って変化していく。
As shown in FIG. 3, when the
そして、時間t5に燃料電池11の始動が完了し、通常運転に移行し、制御部50は、電力分配演算を開始する。この際、燃料電池11の出力電力指令値は実際の出力電力と同一になっているので、通常運転に移行する際に燃料電池11の実際の電圧と出力電力指令値との間にはほとんど差がない。このため、燃料電池11の出力電力指令値がハンチングすることなくスムースに電力分配演算による通常運転に移行していくことができる。また、燃料電池11の出力電力指令値がハンチングせずスムース通常運転に移行することができるので、燃料電池11の実際の出力電力もスムースに通常運転に移行し、燃料電池11の電圧指令値もスムースに通常運転に移行する。そして、燃料電池11からの出力電力がスムースに通常運転に移行するので電動車両200の加速度などが運転者の意思によらずに変動することが抑制され、ドライバビリティの低下を抑制することができる。また、本実施形態の燃料電池システム100では、燃料電池11のFC電圧VFを開回路電圧OCVまで上昇させずに始動することができるので、燃料電池の始動の際に耐久性を損なわないように始動することができる。
Then, to complete the starting of the fuel cell 11 to the time t 5, the process proceeds to the normal operation, the
以上説明したように、本実施形態は、燃料電池の始動の際に耐久性を損なわずに燃料電池システムをスムースに始動させることができるという効果を奏する。 As described above, this embodiment has an effect that the fuel cell system can be smoothly started without impairing durability when the fuel cell is started.
以上説明した実施形態では、通常運転への移行の際に燃料電池11の実際の出力電力と出力電力指令値との間に差が無いようにするため、始動中は常に燃料電池11の出力電力指令値に燃料電池11からの実際の出力電力を代入しておくこととして説明したが、通常運転への移行の際に燃料電池11の実際の出力電力と出力電力指令値との間に差が無いようにすることができれば、燃料電池が通常運転に移行する際に燃料電池11の実際の出力電力によって燃料電池11の出力電力指令値を初期化すること、としてもよい。また、燃料電池11の始動後、燃料電池11からの実出力が上昇し始めた時から燃料電池11の始動完了、通常運転移行までの間燃料電池11の出力電力指令値に燃料電池11からの実際の出力電力を代入しておくようにしてもよい。また、本実施形態では、燃料電池11からの出力電力の検出は電圧センサ43、電流センサ44の測定値に基づいて計算するものとして説明したが、別途電力センサを設けて検出することとしてもよい。
In the embodiment described above, in order to prevent a difference between the actual output power of the fuel cell 11 and the output power command value at the time of transition to the normal operation, the output power of the fuel cell 11 is always kept during starting. Although it has been described that the actual output power from the fuel cell 11 is substituted for the command value, there is a difference between the actual output power of the fuel cell 11 and the output power command value when shifting to the normal operation. If it can be avoided, the output power command value of the fuel cell 11 may be initialized by the actual output power of the fuel cell 11 when the fuel cell shifts to normal operation. In addition, after the fuel cell 11 is started, the output power command value of the fuel cell 11 is set from the fuel cell 11 to the time when the actual output from the fuel cell 11 starts to rise until the completion of the start of the fuel cell 11 and the transition to normal operation. Actual output power may be substituted. In the present embodiment, the detection of the output power from the fuel cell 11 has been described as being calculated based on the measured values of the
11 燃料電池、12 二次電池、13 昇降圧コンバータ、14 インバータ、15 走行用モータ、16 補機、17 水素タンク、18 水素供給弁、19 空気圧縮機、20 一次側コンデンサ、21 二次側コンデンサ、23 逆流防止ダイオード、24 FCリレー、25 システムリレー、30 イグニッションキー、31 一次側電路、32 基準電路、33,36,38 プラス側電路、34,37,39 マイナス側電路、35 二次側電路、41〜43 電圧センサ、44 電流センサ、50 制御部、60 車輪、100 燃料電池システム、200 電動車両。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel cell, 12 Secondary battery, 13 Buck-boost converter, 14 Inverter, 15 Driving motor, 16 Auxiliary machine, 17 Hydrogen tank, 18 Hydrogen supply valve, 19 Air compressor, 20 Primary side capacitor, 21 Secondary side capacitor , 23 Backflow prevention diode, 24 FC relay, 25 System relay, 30 Ignition key, 31 Primary side circuit, 32 Reference circuit, 33, 36, 38 Plus side circuit, 34, 37, 39 Negative side circuit, 35 Secondary side circuit 41-43 Voltage sensor, 44 Current sensor, 50 control part, 60 wheels, 100 Fuel cell system, 200 Electric vehicle.
Claims (2)
燃料電池の出力電力を検出する電力検出手段と、
充放電可能な二次電池と、
負荷からの要求電力に応じて燃料電池の出力電力指令値および二次電池の出力電力指令値を演算する制御部と、を備える燃料電池システムであって、
制御部は、
燃料電池の電圧を始動電圧から開回路電圧よりも低い通常運転時の電圧である運転電圧まで上昇させて燃料電池を始動し、この燃料電池の始動中は、負荷からの要求電力を燃料電池の出力電力と二次電池の出力電力とに分配する電力分配演算を行わずに負荷からの要求電力を二次電池の出力電力指令値とし、燃料電池が始動完了して通常運転に移行するときに前記電力分配演算を開始してそれ以後は燃料電池の出力電力指令値に応じた出力電力を燃料電池から負荷に供給するものであり、
燃料電池の電圧が運転電圧に達した後、燃料電池が通常運転に移行する際に、電力検出手段によって検出した燃料電池の実出力電力によって燃料電池の出力電力指令値を初期化し、ここで、制御部は、燃料電池の始動開始から燃料電池が通常運転に移行するまでの間は、燃料電池に燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電が行われることによって燃料電池の電圧が前記運転電圧に達した後に燃料電池から実際に出力される実出力電力を燃料電池の出力電力指令値に代入することにより通常運転移行時に燃料電池の出力電力指令値を前記実出力電力に一致させること
を特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
Power detection means for detecting the output power of the fuel cell;
A rechargeable secondary battery;
A fuel cell system comprising: a control unit that calculates the output power command value of the fuel cell and the output power command value of the secondary battery according to the required power from the load,
The control unit
The voltage of the fuel cell is increased from the starting voltage to a lower operating voltage is normal voltage during operation than the open circuit voltage to start the fuel cell, during start-up of the fuel cell, the fuel cell required power from the load When the required power from the load is used as the output power command value of the secondary battery without performing the power distribution calculation that distributes the output power of the secondary battery and the output power of the secondary battery, and the fuel cell starts up and shifts to normal operation The power distribution calculation is started, and thereafter the output power corresponding to the output power command value of the fuel cell is supplied from the fuel cell to the load.
After the voltage of the fuel cell reaches the operating voltage, when the fuel cell shifts to normal operation, the output power command value of the fuel cell is initialized by the actual output power of the fuel cell detected by the power detection means, where During the period from the start of the fuel cell start until the fuel cell shifts to normal operation, the control unit supplies the fuel cell with the fuel gas and the oxidant gas to generate power, whereby the voltage of the fuel cell is changed to the operating voltage. to match during normal operation shifts the output power command value for the fuel cell to the actual output power by the actual output power actually output from the fuel cell is assigned to the output power command value of the fuel cell after reaching A fuel cell system.
An electric vehicle equipped with the fuel cell system according to claim 1.
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