JP5525001B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1は、この発明の一実施形態に係る燃料電池システム12(以下「FCシステム12」という。)を搭載した燃料電池車両10(以下「FC車両10」又は「車両10」という。)の概略全体構成図である。図2は、FC車両10の電力系のブロック図である。図1及び図2に示すように、FC車両10は、FCシステム12に加え、走行用のモータ14と、インバータ16とを有する。
次に、ECU24における制御について説明する。
図6には、システム負荷Psysを計算するフローチャートが示されている。ステップS11において、ECU24(図1〜図4参照)は、開度センサ150からアクセルペダル154の開度θpを読み込む。ステップS12において、ECU24は、回転数センサ152からモータ14の回転数Nmを読み込む。
上記のように、本実施形態におけるエネルギマネジメント(図5のステップS3)では、FCスタック40の劣化を抑制しつつ、FCシステム12全体の出力を効率化することを企図している。
図10は、この実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。
図12には、ECU24が、FCシステム12のエネルギマネジメント(図5のS3)を行うフローチャートが示されている。
上記のように、第1モードは、主として、システム負荷Psysが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Cotgtを固定(あるいは、酸素を豊潤な状態に維持)した状態で、目標FC電圧Vfctgtを調整することによりFC電流Ifcを制御する。
上記のように、第2モードは、主として、システム負荷Psysが中負荷のときに用いられるものであり、目標セル電圧Vcelltgt(=目標FC電圧Vfctgt/セル数Nfc)を、酸化還元領域R3よりも低い電位以下で設定された基準電位{この実施形態では、電位v2(=0.8V)}に固定すると共に、目標酸素濃度Cotgtを基本的に可変とすることにより、FC電流Ifcを可変とする。
図20は、第2モードにおいて目標FC出力Pfctgtを算出するフローチャート(図14のS32の詳細)である。
図25は、第2モードにおいて目標FC電流Ifctgtを算出するフローチャート(図14のS33の詳細)である。
第3モードは、主として、システム負荷Psysが相対的に低いときに用いられるものであり、目標セル電圧Vcelltgt(=目標FC電圧Vfctgt/セル数Nfc)を、酸化還元領域R3外の電位{この実施形態では、電位v3(=0.9V)}に固定し、FC電流Ifcを一定とする。FC電力Pfcの不足分は、バッテリ20からアシストし、FC電力Pfcの余剰分は、バッテリ20に充電する。目標酸素濃度Cotgtは、通常酸素濃度Conmlに固定(あるいは、酸素を豊潤な状態に維持)される。
上記のように、FC発電制御(図5のS4)として、ECU24は、FCスタック40の周辺機器、すなわち、エアポンプ60、背圧弁64、循環弁66及びウォータポンプ80を制御する。具体的には、ECU24は、エネルギマネジメント(図5のS3)で算出したこれらの機器の指令値(例えば、図14のS35)を用いてこれらの機器を制御する。
図26には、モータ14のトルク制御のフローチャートが示されている。
図27には、第2モードの実行中に、レートリミット制御を行った場合を図示したタイムチャートの一例が示されている。
以上説明したように、この実施形態によれば、第2モード(電圧固定・出力可変制御)を実行することで、FC電圧Vfcを酸化還元進行電圧範囲の外側の電圧値(還元領域R2内又は酸化領域R4内の電圧値)に維持しつつ、カソード系43からFCスタック40に供給される空気の流量をシステム負荷Psysに追従して変化させる。これにより、空気の流量に応じてFCスタック40の出力(FC電流Ifc、FC電力Pfc)も変化する。この結果、FC電圧Vfcが酸化還元進行電圧範囲(白金凝集増加領域R1、白金酸化還元進行領域R3、カーボン酸化領域R5)に移動することを回避することで、酸化電流や還元電流が低下し、FCセルに含まれる触媒(白金)での酸化反応や還元反応の発生頻度を抑制することができる。従って、触媒の機能を維持しつつ、FCスタック40の劣化を抑制することができる。
なお、この発明は、上記の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
14…モータ 16…インバータ(負荷)
20…高電圧バッテリ 22…DC/DCコンバータ
24…ECU 40…燃料電池スタック
60…エアポンプ 66…循環弁
80…ウォータポンプ 90…エアコンディショナ
180〜198…曲線
Claims (5)
- 触媒を有し、前記触媒で反応ガスを反応させることで発電する燃料電池と、
前記反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給装置と、
前記燃料電池の出力電圧を調整する電圧調整手段と、
前記燃料電池の出力により駆動される負荷と、
前記反応ガス供給装置及び前記電圧調整手段を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電圧調整手段を用いて前記燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲外の電圧値に固定させた状態で、前記負荷の要求出力に応じて前記反応ガス供給装置から前記燃料電池に供給される前記反応ガスの供給量を追従して変化させる電圧固定・出力可変制御を実行し、
前記電圧固定・出力可変制御の実行中に前記負荷の要求出力が変動する場合、前記反応ガス供給装置から前記燃料電池に供給される前記反応ガスの供給量の変化率を制限することで前記燃料電池の劣化を抑制する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムにおいて、
前記電圧固定・出力可変制御では、前記反応ガスの供給量を変化させることによって前記燃料電池の出力電流を変化させ、
前記要求出力の増加に追従して前記反応ガスの供給量を増加させることにより前記燃料電池の出力電流を増加させる場合には、前記反応ガスの供給量の増加率を制限し、
前記要求出力の減少に追従して前記反応ガスの供給量を減少させることにより前記燃料電池の出力電流を減少させる場合には、前記出力電流の増加時と比較して、前記反応ガスの供給量の減少率に対する制限を緩和するか、又は、前記減少率に対する制限を行わない
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1又は2記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の発電が安定していない場合に、前記制御装置は、前記反応ガスの供給量が増加するように前記反応ガス供給装置を制御する
ことを特徴とする記載の燃料電池システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
該燃料電池システムは、車両に搭載されるシステムである
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 触媒を有し、前記触媒で反応ガスを反応させることで発電する燃料電池と、
前記反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給装置と、
前記燃料電池の出力電圧を調整する電圧調整手段と、
前記燃料電池の出力により駆動される負荷と、
前記反応ガス供給装置及び前記電圧調整手段を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電圧調整手段を用いて前記燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲外の電圧値に設定する第1の制御モード、あるいは、前記電圧調整手段を用いて前記燃料電池の出力電圧を前記酸化還元進行電圧範囲内の電圧値に設定する第2の制御モードを実行し、
前記酸化還元進行電圧範囲内が相対的に高電圧側であり、
前記酸化還元進行電圧範囲外が相対的に低電圧側であり、
前記第1の制御モード及び前記第2の制御モードでは、前記燃料電池の出力の増加及び減少に前記反応ガスの供給量が追従し、
単位時間当たりの前記第1の制御モードにおける前記出力電圧の変化量の絶対値から前記反応ガスの供給量の変化量の絶対値を除した第1の値と、単位時間当たりの前記第2の制御モードにおける前記出力電圧の変化量の絶対値から前記反応ガスの供給量の変化量の絶対値を除した第2の値とを比較した場合、前記第1の値に比べて前記第2の値が小さい
ことを特徴とする燃料電池システム。
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