JP5803445B2 - 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.
従来の燃料電池システムとして、燃料電池システムを停止させるときに、燃料電池の運転を継続させて、燃料電池が所定温度まで上昇したことを確認してから停止させるものがある(特許文献1参照)。 As a conventional fuel cell system, when the fuel cell system is stopped, the operation of the fuel cell is continued and stopped after confirming that the fuel cell has risen to a predetermined temperature (see Patent Document 1). .
燃料電池の昇温速度は、燃料電池の発電電力を増大させるほど熱損失が大きくなるので速くなる。しかしながら、燃料電池システムの停止後に通電可能な電気部品は、燃料電池の運転を継続させるために必要な最低限の補機類に限られるため、補機類が消費する電力以上の電力を発電することができなかった。そのため、燃料電池システムの停止後に燃料電池を所定温度まで上昇させるために必要な時間が長くなるという問題点があった。 The temperature increase rate of the fuel cell increases because the heat loss increases as the power generated by the fuel cell increases. However, since the electrical parts that can be energized after the fuel cell system is stopped are limited to the minimum auxiliary equipment necessary to continue the operation of the fuel cell, they generate more power than the power consumed by the auxiliary equipment. I couldn't. Therefore, there has been a problem that the time required for raising the fuel cell to a predetermined temperature after the fuel cell system is stopped becomes long.
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、燃料電池システムの停止後における燃料電池の発電電力を増大させて、燃料電池の昇温速度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and aims to increase the temperature rise rate of the fuel cell by increasing the generated power of the fuel cell after the fuel cell system is stopped. To do.
本発明は、アノードガス及びカソードガスを燃料電池に供給して発電し、発電電力によって車両を走行させる燃料電池システムである。そして、その燃料電池システムが、燃料電池の暖機時に燃料電池システムの停止指令がでたときに、暖機が終了するまで燃料電池の発電を継続して発電電力をバッテリに供給する停止後暖機運転手段と、停止後暖機運転時に車両走行時に設定される通常上限充電率を超えてもバッテリへの充電を許可する充電許可手段と、を備えることを特徴とする。 The present invention is a fuel cell system in which an anode gas and a cathode gas are supplied to a fuel cell to generate power and the vehicle is driven by the generated power. When the fuel cell system is instructed to stop the fuel cell system when the fuel cell is warmed up, the fuel cell system continues to generate power from the fuel cell until the warm-up is completed, and the generated power is supplied to the battery. And a charging permission means for permitting charging of the battery even when a normal upper limit charging rate set during vehicle travel is exceeded during warm-up operation after stopping.
本発明によれば、停止後暖機運転時には、車両走行時に設定される通常上限充電率を超えてもバッテリへの充電を許可するので、停止後暖機運転時における燃料電池の発電電力を増大させることができる。これにより、停止後暖機運転時における燃料電池の昇温速度を向上させることができる。 According to the present invention, during warm-up after stop, charging to the battery is permitted even if the normal upper limit charging rate set during vehicle travel is exceeded, so the power generated by the fuel cell during warm-up after stop is increased. Can be made. Thereby, the temperature increase rate of the fuel cell during the warm-up operation after the stop can be improved.
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
燃料電池は電解質膜をアノード電極(燃料極)とカソード電極(酸化剤極)とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス(燃料ガス)、カソード電極に酸素を含有するカソードガス(酸化剤ガス)を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。 In a fuel cell, an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidant) Electricity is generated by supplying gas. The electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.
アノード電極 : 2H2 →4H+ +4e- …(1)
カソード電極 : 4H+ +4e- +O2 →2H2O …(2)
Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e − (1)
Cathode electrode: 4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O (2)
この(1)(2)の電極反応によって燃料電池は1ボルト程度の起電力を生じる。 The fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).
燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。 When a fuel cell is used as a power source for automobiles, a large amount of electric power is required. Therefore, the fuel cell is used as a fuel cell stack in which several hundred fuel cells are stacked. Then, a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell stack is configured, and electric power for driving the vehicle is taken out.
図1は、本発明の一実施形態による燃料電池システム100の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
燃料電池システム100は、燃料電池スタック1と、カソードガス給排装置2と、アノードガス給排装置3と、スタック冷却装置4と、電力系5と、コントローラ6と、を備える。
The
燃料電池スタック1は、数百枚の燃料電池を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、車両の駆動に必要な電力を発電する。燃料電池スタック1は、電力を取り出す端子として、アノード電極側出力端子11と、カソード電極側出力端子12と、を備える。
The
カソードガス給排装置2は、燃料電池スタック1にカソードガスを供給するとともに、燃料電池スタック1から排出されるカソードオフガスを外気に排出する装置である。カソードガス給排装置2は、カソードガス供給通路21と、フィルタ22と、カソードコンプレッサ23と、カソードガス排出通路24と、を備える。
The cathode gas supply / discharge device 2 is a device that supplies cathode gas to the
カソードガス供給通路21は、燃料電池スタック1に供給するカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路21は、一端がフィルタ22に接続され、他端が燃料電池スタック1のカソードガス入口孔に接続される。
The cathode
フィルタ22は、カソードガス供給通路21に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。
The
カソードコンプレッサ23は、カソードガス供給通路21に設けられる。カソードコンプレッサ23は、フィルタ22を介してカソードガスとしての空気(外気)をカソードガス供給通路21に取り込み、燃料電池スタック1に供給する。
The
カソードガス排出通路24は、燃料電池スタック1から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス排出通路24は、一端が燃料電池スタック1のカソードガス出口孔に接続され、他端が開口端となっている。
The cathode
アノードガス給排装置3は、燃料電池スタック1にアノードガスを供給するとともに、燃料電池スタック1から排出されるアノードオフガスを、カソードガス排出通路24に排出する装置である。アノードガス給排装置3は、高圧タンク31と、アノードガス供給通路32と、減圧弁33と、アノードガス排出通路34と、パージ弁35と、を備える。
The anode gas supply /
高圧タンク31は、燃料電池スタック1に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。
The
アノードガス供給通路32は、高圧タンク31から排出されるアノードガスを燃料電池スタック1に供給するための通路である。アノードガス供給通路32は、一端が高圧タンク31に接続され、他端が燃料電池スタック1のアノードガス入口孔に接続される。
The anode
調圧弁33は、アノードガス供給通路32に設けられる。調圧弁33は、コントローラ6によって開閉制御されて、高圧タンク31からアノードガス供給通路32に流れ出したアノードガスの圧力を所望の圧力に調節する。
The
アノードガス排出通路34は、燃料電池スタック1から排出されるアノードオフガスが流れる通路である。アノードガス排出通路34は、一端が燃料電池スタック1のアノードガス出口孔に接続され、他端がカソードガス排出通路24に接続される。
The anode
パージ弁35は、アノードガス排出通路34に設けられる。パージ弁35は、コントローラ6によって開閉制御され、アノードガス排出通路34からカソードガス排出通路24に排出するアノードオフガスの流量を制御する。
The
スタック冷却装置4は、燃料電池スタック1を冷却し、燃料電池スタック1を発電に適した温度に保つ装置である。スタック冷却装置4は、冷却水循環通路41と、ラジエータ42と、バイパス通路43と、三方弁44と、循環ポンプ45と、PTCヒータ46と、水温センサ47と、を備える。
The stack cooling device 4 is a device that cools the
冷却水循環通路41は、燃料電池スタック1を冷却するための冷却水が循環する通路である。
The cooling
ラジエータ42は、冷却水循環通路41に設けられる。ラジエータ42は、燃料電池スタック1から排出された冷却水を冷却する。
The
バイパス通路43は、ラジエータ42をバイパスさせて冷却水を循環させることができるように、一端が冷却水循環通路41に接続され、他端が三方弁44に接続される。
The
三方弁44は、ラジエータ42よりも下流側の冷却水循環通路41に設けられる。三方弁44は、冷却水の温度に応じて冷却水の循環経路を切り替える。具体的には、冷却水の温度が相対的に高いときは、燃料電池スタック1から排出された冷却水が、ラジエータ42を介して再び燃料電池スタック1に供給されるように冷却水の循環経路を切り替える。逆に、冷却水の温度が相対的に低いときは、燃料電池スタック1から排出された冷却水から排出された冷却水が、ラジエータ42を介さずにバイパス通路43を流れて再び燃料電池スタック1に供給されるように冷却水の循環経路を切り替える。
The three-
循環ポンプ45は、三方弁44よりも下流側の冷却水循環通路41に設けられて、冷却水を循環させる。
The
PTCヒータ46は、三方弁44と循環ポンプ45との間の冷却水循環通路41に設けられる。PTCヒータ46は、燃料電池スタック1の暖機時に通電されて、冷却水の温度を上昇させる。
The
水温センサ47は、ラジエータ42よりも上流側の冷却水循環通路41に設けられる。水温センサ47は、燃料電池スタック1から排出された冷却水の温度(以下「スタック冷却水温」という。)を検出する。本実施形態では、スタック冷却水温を燃料電池スタック1の温度として使用する。
The
電力系5は、電流センサ51と、電圧センサ52と、駆動モータ53と、インバータ54と、バッテリ55と、DC/DCコンバータ56と、を備える。
The power system 5 includes a
電流センサ51は、燃料電池スタック1から取り出される電流(以下「出力電流」という。)を検出する。
The
電圧センサ52は、アノード電極側出力端子11とカソード電極側出力端子12の間の端子間電圧(以下「出力電圧」という。)を検出する。
The
駆動モータ53は、ロータに永久磁石を埋設し、ステータにステータコイルを巻き付けた三相交流同期モータである。駆動モータ53は、燃料電池スタック1及びバッテリ55から電力の供給を受けて回転駆動する電動機としての機能と、ロータが外力によって回転させられる車両の減速時にステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機としての機能と、を有する。
The
インバータ54は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの複数の半導体スイッチから構成される。インバータ54の半導体スイッチは、コントローラ6によって開閉制御され、これにより直流電力が交流電力に、又は、交流電力が直流電力に変換される。インバータ54は、駆動モータ53を電動機として機能させるときは、燃料電池スタック1の発電電力とバッテリ55の出力電力との合成直流電力を三相交流電力に変換して駆動モータ53に供給する。一方で、駆動モータ53を発電機として機能させるときは、駆動モータ53の回生電力(三相交流電力)を直流電力に変換してバッテリ55に供給する。
The
バッテリ55は、燃料電池スタック1の発電電力(出力電流×出力電圧)の余剰分及び駆動モータ53の回生電力を充電する。バッテリ55に充電された電力は、必要に応じてカソードコンプレッサ23やPTCヒータ46などの補機類及び駆動モータ53に供給される。
The battery 55 charges the surplus power generated by the fuel cell stack 1 (output current × output voltage) and the regenerative power of the
DC/DCコンバータ56は、燃料電池スタック1の出力電圧を昇降圧させる双方向性の電圧変換機である。DC/DCコンバータ56によって燃料電池スタック1の出力電圧を制御することで、燃料電池スタック1の出力電流、ひいては発電電力が制御される。
The DC /
コントローラ6は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ6には、前述した水温センサ47、電流センサ51及び電圧センサ52の他にも、外気温を検出する外気温センサ61や、始動キーのオン・オフに基づいて燃料電池システムの始動要求及び停止要求を検出するキーセンサ62、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ63、バッテリ55の充電率(以下「バッテリ充電率」という。)を検出するSOC(State Of Charge)センサ64、バッテリ55の温度を検出するバッテリ温度センサ65などの燃料電池システム100を制御するために必要な各種センサからの信号が入力される。
The controller 6 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). In addition to the
コントローラ6は、これらの入力信号に基づいて、燃料電池システム100を制御する。
The controller 6 controls the
ここで、本実施形態のように燃料電池システム100を車両に搭載する場合、外気温度が0℃を下回るような低温環境下においても、速やかな始動ができることが求められる。そのため、発電時の電極反応によって生じた水(以下「生成水」という。)の凍結に起因する次回始動時の発電性能の低下を抑制する必要がある。したがって、始動キーがオフにされた後に、次回始動時に備えてカソードコンプレッサ23を駆動して燃料電池スタック1内の水分を外部に排出し、電解質膜を乾燥させる乾燥運転を実施することが望ましい。
Here, when the
燃料電池システム100の始動後は、安定した発電を行える温度まで、電極反応によって発生した熱を利用して燃料電池スタック内の温度を上げる暖機運転が行われる。しかしながら、暖機運転中に始動キーがオフにされてしまうと、まだ暖機が完了しておらずスタック温度が相対的に低い状態なので、乾燥運転を実施しても生成水の凍結を防止できずに電解質膜を乾燥させることができないおそれがある。また、スタック温度が低い状態のときは、スタック温度が高い状態のときと比べて電解質膜を乾燥させるために必要な時間も長くなる。
After the
したがって、暖機運転中に始動キーがオフにされたときは、引き続き暖機運転を実施し、暖気が完了した後に乾燥運転を実施するのが望ましい。以下、この暖機運転中に始動キーがオフにされた後に引き続き実施される暖機運転のことを「停止後暖機運転」という。 Therefore, when the start key is turned off during the warm-up operation, it is desirable to continue the warm-up operation and perform the dry operation after the warm-up is completed. Hereinafter, the warm-up operation that is subsequently performed after the start key is turned off during the warm-up operation is referred to as “warm-up operation after stop”.
しかしながら、この停止後暖機運転は、始動キーがオフにされた後に実施されるものなので、停止後暖機運転の時間が長くなると、始動キーをオフにしてから燃料電池システム100が完全に停止されるまでの時間が長くなる。そうすると、ドライバによっては違和感を覚えるおそれがあるので、できるだけ停止後暖機運転の時間は短くしたい。
However, since the warm-up operation after the stop is performed after the start key is turned off, if the time for the warm-up operation after the stop becomes long, the
燃料電池スタック1の昇温速度は、燃料電池スタック1の発電電力が大きくなるほど損失として外部へ放出される熱エネルギの量が多くなるので速くなる。したがって、停止後暖機運転の時間を短くするには、停止後暖機運転時の発電電力を大きくすることが有効である。
The temperature increase rate of the
停止後暖機運転中の発電電力の供給先は、発電を継続させるとともに暖機を促進させるために駆動する必要のある補機類(カソードコンプレッサ23、PTCヒータ46及び冷却水循環ポンプ45)及びバッテリ55に限られる。このとき、補機類に供給可能な電力は概ね決まっているので、停止後暖機運転時の発電電力を増やすにはバッテリ55への供給電力を増やすしかない。
The supply destination of the generated power during the warm-up operation after the stop is auxiliary equipment (
ここで従来は、バッテリ55への充電を禁止するバッテリ充電率(以下「上限充電率」という。)を、車両走行時における駆動モータ53からの回生電力の受け入れや、高電位状態が長時間保持されることによるバッテリ55の劣化を考慮して、70%程度の比較的低いバッテリ充電率(以下「通常上限充電率」という。)に設定していた。
Here, conventionally, a battery charging rate (hereinafter referred to as an “upper limit charging rate”) that prohibits charging of the battery 55 is received for regenerative power from the
しかしながら、停止後暖機運転は、始動キーがオフにされた後に実施されるものなので、駆動モータ53からの回生電力の受け入れのためにバッテリ充電率を通常上限充電率に制限する必要はない。また、高電位状態が長時間保持されることによるバッテリ55の劣化に対しては、停止後暖機運転の後に実施される乾燥運転時にバッテリ55の電力を消費してカソードコンプレッサ23を駆動し、バッテリ充電率を通常上限充電率まで下げればよい。
However, since the warm-up operation after the stop is performed after the start key is turned off, it is not necessary to limit the battery charge rate to the normal upper limit charge rate in order to accept the regenerative power from the
そこで本実施形態では、停止後暖機運転時には、上限充電率を通常上限充電率よりも高くすることにした。これにより、停止後暖機運転時の発電電力を増やすことができるので、始動キーがオフにされてから燃料電池システム100を完全に停止するまでの時間を短縮することができる。以下、この本実施形態による燃料電池システム100の停止制御について説明する。
Therefore, in the present embodiment, the upper limit charging rate is set to be higher than the normal upper limit charging rate during the warm-up operation after the stop. As a result, the power generated during the warm-up operation after the stop can be increased, so that the time from when the start key is turned off until the
図2は、本実施形態による燃料電池システム100の停止制御について説明するフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating stop control of the
ステップS1において、コントローラ6は、燃料電池システム100の始動キーがオフになっているか否かを判定する。コントローラ6は、燃料電池システム100の始動キーがオフになっていればステップS2の処理を行う。一方で、燃料電池システム100の始動キーがオンになっていれば今回の処理を終了する。
In step S1, the controller 6 determines whether or not the start key of the
ステップS2において、コントローラ6は、燃料電池スタック1の暖機が完了しているか否かを判定する。具体的には、スタック冷却水温が、所定の暖機完了温度以上か否かを判定する。コントローラ6は、スタック冷却水温が暖機完了温度よりも低く、燃料電池スタック1の暖機が完了していないと判定したときは、ステップS3の処理を行う。一方で、スタック冷却水温が暖機完了温度以上で、燃料電池スタック1の暖機が完了していると判定したときは、ステップS7の処理を行う。
In step S2, the controller 6 determines whether or not the
ステップS3において、コントローラ6は、停止後暖機運転の終了後に実施される乾燥運転の継続時間(以下「乾燥運転時間」という。)の算出処理を実施する。乾燥運転時間算出処理については、図3を参照して後述する。 In step S <b> 3, the controller 6 performs a calculation process of the duration of the drying operation (hereinafter referred to as “drying operation time”) that is performed after the end of the warm-up operation after the stop. The drying operation time calculation process will be described later with reference to FIG.
ステップS4において、コントローラ6は、停止後暖機運転時の上限充電率(以下「許容上限充電率」という。)の算出処理を実施する。許容上限充電率算出処理については、図7を参照して後述する。 In step S <b> 4, the controller 6 performs a calculation process of an upper limit charging rate (hereinafter referred to as “allowable upper limit charging rate”) during the warm-up operation after stopping. The allowable upper limit charging rate calculation process will be described later with reference to FIG.
ステップS5において、コントローラ6は、停止後暖機運転時にバッテリ55に供給する電力の目標値(以下「目標充電電力」という。)を算出する。目標充電電力算出処理については、図8を参照して後述する。 In step S5, the controller 6 calculates a target value (hereinafter referred to as “target charging power”) of power supplied to the battery 55 during the warm-up operation after stopping. The target charging power calculation process will be described later with reference to FIG.
ステップS6において、コントローラ6は、目標充電電力をバッテリ55に供給し、バッテリ55を充電する。 In step S <b> 6, the controller 6 supplies the target charging power to the battery 55 and charges the battery 55.
ステップS7において、コントローラ6は、乾燥運転処理を実施する。乾燥運転処理については、図16を参照して後述する。 In step S7, the controller 6 performs a drying operation process. The drying operation process will be described later with reference to FIG.
以下、図3から図6を参照して乾燥運転時間算出処理について説明する。乾燥運転時間算出処理では、スタック冷却水温を暖機完了温度まで上昇させたときの電解質膜の膜中の水分量を推定し、乾燥運転時に駆動されるカソードコンプレッサ23の回転速度に応じて電解質膜を乾燥させるために必要な時間を算出する。
Hereinafter, the drying operation time calculation process will be described with reference to FIGS. 3 to 6. In the drying operation time calculation process, the amount of moisture in the electrolyte membrane when the stack cooling water temperature is raised to the warm-up completion temperature is estimated, and the electrolyte membrane is determined according to the rotational speed of the
図3は、乾燥運転時間算出処理について説明するフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart illustrating the drying operation time calculation process.
ステップS31において、コントローラ6は、暖機完了温度と始動キーがオフにされたときのスタック冷却水温との温度差に、予め実験等によって求めておいた燃料電池スタック1の熱容量を掛けて、燃料電池スタック1の温度を暖機完了温度にするために必要な熱量(以下「必要熱量」という。)を算出する。
In step S31, the controller 6 multiplies the temperature difference between the warm-up completion temperature and the stack cooling water temperature when the start key is turned off by the heat capacity of the
ステップS32において、コントローラ6は、電圧センサ52で検出した出力電圧を燃料電池スタック1の燃料電池の枚数で割ることで、各燃料電池の電圧の平均値(以下「平均セル電圧」という。)を算出する。
In step S <b> 32, the controller 6 divides the output voltage detected by the
ステップS33において、コントローラ6は、後述する図4のマップを参照し、必要熱量と平均セル電圧とに基づいて、スタック冷却水温が暖機完了温度になるまでの燃料電池スタック内における生成水の収支量(以下「推定生成水収支量」という。)を推定する。推定生成水収支量は、スタック冷却水温が暖機完了温度になるまでに発電によって生じる生成水量から、カソードガスによって水蒸気として燃料電池スタック1の外部に排出される生成水量を引いたものと考えることができる。
In step S33, the controller 6 refers to a map shown in FIG. 4 to be described later, and the balance of generated water in the fuel cell stack until the stack cooling water temperature reaches the warm-up completion temperature based on the required heat amount and the average cell voltage. The amount (hereinafter referred to as “estimated generated water balance”) is estimated. The estimated amount of generated water balance is considered to be obtained by subtracting the amount of generated water discharged outside the
ステップS34において、コントローラ6は、推定生成水収支量と、始動キーがオフにされたときの電解質膜の膜中の水分量と、を足し合わせて、停止後暖機運転終了時の電解質膜の膜中の水分量を推定する。電解質膜の膜中の水分量は、例えば交流インピーダンス法によって燃料電池スタック1の内部抵抗を算出し、その内部抵抗に基づいて算出することができる。電解質膜の膜中の水分量と燃料電池スタック1の内部抵抗との間には相関関係があることが知られており、電解質膜の膜中の水分量が少なく、電解質膜が乾いた状態のときほど燃料電池スタック11の内部抵抗は高くなる。
In step S34, the controller 6 adds the estimated amount of generated water balance and the amount of water in the membrane of the electrolyte membrane when the start key is turned off, so that the electrolyte membrane at the end of the warm-up operation after stoppage is added. Estimate the amount of water in the membrane. The amount of water in the membrane of the electrolyte membrane can be calculated based on the internal resistance of the
ステップS35において、コントローラ6は、後述する図5のテーブルを参照し、外気温センサ61で検出した外気温に基づいて、乾燥運転時に駆動するカソードコンプレッサ23の回転速度を推定する。
In step S35, the controller 6 refers to a table in FIG. 5 to be described later, and estimates the rotational speed of the
ステップS36において、コントローラ6は、後述する図6のマップを参照し、停止後暖機運転完了時の電解質膜の膜中の水分量と、乾燥運転時に駆動するカソードコンプレッサ23の回転速度と、に基づいて乾燥運転時間を算出する。
In step S36, the controller 6 refers to the map of FIG. 6 described later, and determines the amount of water in the electrolyte membrane when the warm-up operation is completed after the stop and the rotational speed of the
図4は、必要熱量と平均セル電圧とに基づいて、燃料電池スタック1の温度が暖機完了温度になるまでの推定生成水収支量を算出するマップである。
FIG. 4 is a map for calculating the estimated generated water balance until the temperature of the
図4に示すように、生成水収支量は、発熱量が大きくなるほど、また、平均セル電圧が高くなるほど多くなる。 As shown in FIG. 4, the generated water balance increases as the calorific value increases and the average cell voltage increases.
図5は、外気温に基づいて、乾燥運転時に駆動するカソードコンプレッサ23の回転速度を算出するテーブルである。
FIG. 5 is a table for calculating the rotational speed of the
図5に示すように、乾燥運転時に駆動するカソードコンプレッサ23の回転速度は、外気温が所定温度を超えるまでは、最大回転速度に設定される。しかしながら、カソードコンプレッサ23を最大回転速度で駆動すると、外気温によっては吐出温度が仕様上定められた上限温度を超えるおそれがある。そこで、外気温が所定温度よりも高くなったときは、外気温が高くなるほど、カソードコンプレッサ23の回転速度を低くすることにしたのである。
As shown in FIG. 5, the rotational speed of the
図6は、停止後暖機運転完了時の電解質膜の膜中の水分量と、乾燥運転時に駆動するカソードコンプレッサ23の回転速度と、に基づいて乾燥運転時間を算出するマップである。
FIG. 6 is a map for calculating the drying operation time based on the amount of moisture in the electrolyte membrane when the warm-up operation after the stop is completed and the rotational speed of the
図6に示すように、乾燥運転時間は、停止後暖機運転完了時の電解質膜の水分量が多くなるほど、また、乾燥運転時のカソードコンプレッサ23の回転速度が低くなるほど長くなる。
As shown in FIG. 6, the drying operation time becomes longer as the amount of water in the electrolyte membrane at the completion of the warm-up operation after the stop increases, and as the rotational speed of the
次に、図7を参照して許容上限充電率算出処理について説明する。許容上限充電率算出処理では、カソードコンプレッサ23を乾燥運転時間だけ駆動したときの消費電力量に応じて、停止後暖機運転時の許容上限充電率を算出する。これは、停止後暖機運転時において、バッテリ充電率を乾燥運転時の消費電力量に相当する充電率分だけ通常上限充電率よりも増加させても、停止後暖機運転の終了後に実施される乾燥運転時にその充電率分は低下させることができるためである。
Next, the allowable upper limit charging rate calculation process will be described with reference to FIG. In the allowable upper limit charging rate calculation process, the allowable upper limit charging rate during the warm-up operation after stop is calculated according to the power consumption when the
図7は、許容上限充電率算出処理について説明するフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart illustrating the allowable upper limit charging rate calculation process.
ステップS41において、コントローラ6は、乾燥運転時に駆動されるカソードコンプレッサ23の回転速度に基づいて、乾燥運転時のカソードコンプレッサ23の消費電力を算出する。
In step S41, the controller 6 calculates the power consumption of the
ステップS42において、コントローラ6は、乾燥運転時間と、乾燥運転時のカソードコンプレッサ23の消費電力と、を掛け合わせて、乾燥運転時の消費電力量を算出する。この乾燥運転時の消費電力量は、換言すれば暖機運転時にバッテリ55に充電可能な電力量である。
In step S42, the controller 6 multiplies the drying operation time by the power consumption of the
ステップS43において、コントローラ6は、乾燥運転時の消費電力量をバッテリ容量で割ることで、乾燥運転時の消費電力量、すなわち暖機運転時にバッテリ55に充電可能な電力量[kW]をバッテリ充電率[%]に変換する。以下では、この暖機運転時に許容できるバッテリ充電率の増加量を「許容増加充電率」という。 In step S43, the controller 6 divides the power consumption during the dry operation by the battery capacity, thereby charging the power consumption during the dry operation, that is, the power [kW] that can be charged to the battery 55 during the warm-up operation. Convert to rate [%]. Hereinafter, the increase amount of the battery charge rate that can be allowed during the warm-up operation is referred to as “allowable increase charge rate”.
ステップS44において、コントローラ6は、始動キーをオフにしたときのバッテリ充電率に、許容増加充電率を足して、暫定許容上限充電率を算出する。 In step S44, the controller 6 calculates the provisional allowable upper limit charging rate by adding the allowable increase charging rate to the battery charging rate when the start key is turned off.
ステップS45において、コントローラ6は、暫定許容上限充電率と限界上限充電率との大小を比較して、小さいほうを許容上限充電率として算出する。限界上限充電率は、バッテリ55の規格によって決まる充電率であって、本実施形態では85%に設定される。 In step S45, the controller 6 compares the provisional allowable upper limit charge rate and the limit upper limit charge rate, and calculates the smaller one as the allowable upper limit charge rate. The limit upper limit charging rate is a charging rate determined by the standard of the battery 55, and is set to 85% in the present embodiment.
次に、図8から図15を参照して目標充電電力算出処理について説明する。目標充電電力算出処理では、基本的に停止後暖機運転終了時にバッテリ充電率が許容上限充電率となるようにバッテリ55の充電電力を算出する。しかしながら、バッテリ55の充電電力は、バッテリ55の電力入力特性によって制限される。また、バッテリ55の温度が、バッテリ55ごとに予め決められている管理上限温度を超えないように充電する必要がある。そこで本実施形態では、バッテリ55の電力入力特性及び温度も考慮してバッテリ55の目標充電電力を算出する。 Next, the target charging power calculation process will be described with reference to FIGS. In the target charging power calculation process, the charging power of the battery 55 is basically calculated so that the battery charging rate becomes the allowable upper limit charging rate at the end of the warm-up operation after stopping. However, the charging power of the battery 55 is limited by the power input characteristics of the battery 55. In addition, it is necessary to charge the battery 55 so that the temperature does not exceed the management upper limit temperature predetermined for each battery 55. Therefore, in this embodiment, the target charging power of the battery 55 is calculated in consideration of the power input characteristics and temperature of the battery 55.
図8は、目標充電電力算出処理について説明するフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart for explaining the target charging power calculation process.
ステップS51において、コントローラ6は、停止後暖機運転終了時にバッテリ充電率を許容上限充電率にするために必要な充電電力(以下「暫定目標充電電力」という。)の算出処理を実施する。暫定目標充電電力算出処理については、図9を参照して後述する。 In step S51, the controller 6 performs a calculation process of charging power (hereinafter referred to as “provisional target charging power”) necessary for setting the battery charging rate to the allowable upper limit charging rate at the end of the warm-up operation after the stop. The provisional target charging power calculation process will be described later with reference to FIG.
ステップS52において、コントローラ6は、バッテリ55の電力入力特性によって制限されるバッテリ55の上限充電電力(以下「第1制限充電電力」という。)の算出処理を実施する。第1制限充電電力算出処理については、図10を参照して後述する。 In step S <b> 52, the controller 6 performs a calculation process of the upper limit charging power of the battery 55 that is limited by the power input characteristic of the battery 55 (hereinafter referred to as “first limited charging power”). The first limited charging power calculation process will be described later with reference to FIG.
ステップS53において、コントローラ6は、バッテリ55の温度によって制限されるバッテリ55の上限充電電力(以下「第2制限充電電力」という。)の算出処理を実施する。第2制限充電電力については、図13を参照して後述する。 In step S <b> 53, the controller 6 performs a calculation process of the upper limit charging power of the battery 55 that is limited by the temperature of the battery 55 (hereinafter referred to as “second limited charging power”). The second limited charging power will be described later with reference to FIG.
ステップS54において、コントローラ6は、暫定目標充電電力、第1制限充電電力及び第2制限充電電力のうち、最も小さいものをバッテリ55の目標充電電力として算出する。 In step S <b> 54, the controller 6 calculates the smallest of the temporary target charging power, the first limited charging power, and the second limited charging power as the target charging power for the battery 55.
図9は、暫定目標充電電力処理について説明するフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart for explaining the provisional target charging power processing.
ステップS511において、コントローラ6は、許容上限充電率からSOCセンサ64で検出されたバッテリ充電率を引いたものにバッテリ容量を掛けて、バッテリ充電率を許容上限充電率にするためにバッテリ55に充電する必要のある電力量(以下「暫定目標充電電力量」という。)を算出する。
In step S511, the controller 6 multiplies the battery capacity obtained by subtracting the battery charge rate detected by the
ステップS512において、コントローラ6は、暫定目標充電電力量を乾燥運転時間で割って、暫定目標充電電力を算出する。 In step S512, the controller 6 calculates the temporary target charging power by dividing the temporary target charging power amount by the drying operation time.
図10は、第1制限充電電力算出処理について説明するフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart illustrating the first limited charging power calculation process.
ステップS521において、コントローラ6は、図11のマップを参照し、燃料電池スタック1の発電電力と平均セル電圧とに基づいて、単位時間当たりの燃料電池スタック1の発熱量を算出する。
In step S521, the controller 6 refers to the map of FIG. 11 and calculates the heat generation amount of the
ステップS522において、コントローラ6は、必要熱量を燃料電池スタック1の発熱量で割ることで、停止後暖機運転の実施時間、すなわち、スタック冷却水温が暖機完了温度に到達するまでに必要な時間を算出する。
In step S522, the controller 6 divides the necessary heat amount by the calorific value of the
ステップS523において、コントローラ6は、図12のマップを参照し、停止後暖機運転の実施時間、バッテリ温度及びバッテリ充電率に基づいて、第1制限充電電力を算出する。 In step S523, the controller 6 refers to the map of FIG. 12, and calculates the first limited charging power based on the execution time of the post-stop warm-up operation, the battery temperature, and the battery charge rate.
図11は、燃料電池スタック1の発電電力と平均セル電圧とに基づいて、単位時間当たりの燃料電池スタック1の発熱量を算出するマップである。
FIG. 11 is a map for calculating the calorific value of the
図11に示すように、燃料電池スタック1の発電電力が大きくなるほど、また、平均セル電圧が低くなるほど、燃料電池スタック1の発熱量は大きくなる。
As shown in FIG. 11, the heat generation amount of the
図12は、停止後暖機運転の実施時間、バッテリ温度及びバッテリ充電率に基づいて、第1制限充電電力を算出するマップである。 FIG. 12 is a map for calculating the first limited charging power based on the execution time of the warm-up operation after stop, the battery temperature, and the battery charging rate.
図12に示すように、バッテリ充電率が高くなるほど、また、バッテリ温度が低くなるほど、第1制限充電電力は小さくなる。一方、停止後暖機運転の実施時間が短くなるほど、図中破線で示したように、第1制限充電電力は大きくなる。 As shown in FIG. 12, the higher the battery charge rate and the lower the battery temperature, the smaller the first limited charging power. On the other hand, as the execution time of the warm-up operation after the stop becomes shorter, the first limited charging power increases as shown by the broken line in the figure.
図13は、第2制限充電電力算出処理について説明するフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart illustrating the second limited charging power calculation process.
ステップS531において、コントローラ6は、SOCセンサ64で検出したバッテリ充電率から通常上限充電率を引いて、乾燥運転時に最低限減らさなければならないバッテリ充電率(以下「最低減少充電率」という。)を算出する。
In step S531, the controller 6 subtracts the normal upper limit charging rate from the battery charging rate detected by the
ステップS532において、コントローラ6は、図14のテーブルを参照し、最低減少充電率に基づいて、燃料電池システム100の停止時にバッテリ充電率を通常上限充電率まで低下させるために最低限放電しなくてはならない電力量(以下「最低放電電力量」という。)を算出する。
In step S532, the controller 6 refers to the table of FIG. 14 and does not discharge at the minimum in order to reduce the battery charge rate to the normal upper limit charge rate when the
ステップS533において、コントローラ6は、図15のマップを参照し、最低放電電力量とバッテリ温度とに基づいて、第2制限充電電力を算出する。 In step S533, the controller 6 refers to the map of FIG. 15 and calculates the second limited charging power based on the minimum discharge power amount and the battery temperature.
図14は、最低減少充電率に基づいて最低放電電力量を算出するテーブルである。 FIG. 14 is a table for calculating the minimum discharge electric energy based on the minimum decrease charging rate.
図14に示すように、最低減少充電率が負の値のときは、最低放電電力量はゼロとなる。一方で、最低減少充電率が正の値のときは、最低限小充電率が大きくなるほど最低放電電力量も大きくなる。 As shown in FIG. 14, when the minimum decrease charging rate is a negative value, the minimum discharge power amount is zero. On the other hand, when the minimum reduction charge rate is a positive value, the minimum discharge power amount increases as the minimum charge rate increases.
図15は、最低放電電力量とバッテリ温度とに基づいて、第2制限充電電力を算出するマップである。 FIG. 15 is a map for calculating the second limited charge power based on the minimum discharge power amount and the battery temperature.
図15に示すように、最低放電電力が大きくなるほど、また、バッテリ温度が低くなるほど、第2制限充電電力は大きくなる。 As shown in FIG. 15, the second limited charge power increases as the minimum discharge power increases and the battery temperature decreases.
次に、図16を参照して乾燥運転処理について説明する。乾燥運転処理では、乾燥運転の終了時、すなわち燃料電池システム100を完全に停止させるときに、バッテリ充電率が通常上限充電率以下となるように、カソードコンプレッサ23及びその他の補機類を駆動する。
Next, the drying operation process will be described with reference to FIG. In the drying operation process, the
図16は、乾燥運転処理について説明するフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart illustrating the drying operation process.
ステップS71において、コントローラ6は、SOCセンサ64で検出したバッテリ充電率から通常上限充電率を引いたものにバッテリ容量を掛けて、最低放電電力量を算出する。
In step S71, the controller 6 calculates the minimum discharge power amount by multiplying the battery charge rate detected by the
ステップS72において、コントローラ6は、最低放電電力量を乾燥運転時間で割って、バッテリ55の最低放電電力を算出する。 In step S72, the controller 6 calculates the minimum discharge power of the battery 55 by dividing the minimum discharge power amount by the drying operation time.
ステップS73において、コントローラ6は、バッテリ55の最低放電電力と、カソードコンプレッサ23の消費電力と、の大小を比較する。コントローラ6は、バッテリ55の最低放電電力がカソードコンプレッサ23の消費電力以上のときは、ステップS74の処理を行う。一方で、バッテリ55の最低放電電力がカソードコンプレッサ23の消費電力未満のときは、ステップS75の処理を行う。
In step S <b> 73, the controller 6 compares the minimum discharge power of the battery 55 with the power consumption of the
ステップS74において、コントローラ6は、バッテリ55の電力によってカソードコンプレッサ23を駆動するとともに、バッテリ55の放電電力が最低放電電力以上となるように、カソードコンプレッサ23以外の補機類に対してもバッテリ55の電力を供給する。この場合は、燃料電池スタック1の発電は停止される。
In step S74, the controller 6 drives the
ステップS75において、コントローラ6は、バッテリ55の電力と燃料電池スタック1の発電電力とによって、カソードコンプレッサ23を駆動する。
In step S <b> 75, the controller 6 drives the
ステップS76において、コントローラ6は、乾燥運転が開始されてから乾燥運転時間が経過したか否かを判定する。コントローラ6は、乾燥運転時間が経過していなければ今回の処理を終了する。一方で、乾燥運転時間が経過していればステップS77の処理を行う。 In step S76, the controller 6 determines whether or not the drying operation time has elapsed since the drying operation was started. If the drying operation time has not elapsed, the controller 6 ends the current process. On the other hand, if the drying operation time has elapsed, the process of step S77 is performed.
ステップS77において、コントローラ6は、カソードコンプレッサ23に対する電力供給を停止して燃料電池システム100を完全に停止させる。
In step S77, the controller 6 stops the power supply to the
図17は、本実施形態による燃料電池システム100の停止制御の動作について説明するタイムチャートである。なお、このタイムチャートは、目標充電電力算出処理において、目標暫定充電電力が目標充電電力として設定された場合のタイムチャートである。また、発明の理解を容易にするため、停止後暖機運転時の上限充電率を通常上限充電率に制限した場合のタイムチャートを比較例として示した。
FIG. 17 is a time chart illustrating the stop control operation of the
時刻t1で、暖機運転中に始動スイッチがオフにされると、停止後暖機運転が開始される。 If the start switch is turned off during the warm-up operation at time t1, the warm-up operation is started after the stop.
ここで、比較例の場合は、停止後暖機運転中の上限充電率が通常上限充電率に制限されるため、時刻t2でバッテリ充電率が通常上限充電率に到達すると、バッテリ55への充電電力がゼロになる。そのため、時刻t2以降は、燃料電池スタック1の発電電力が減少して燃料電池スタック1の昇温速度が低下する。
Here, in the case of the comparative example, since the upper limit charging rate during the warm-up operation after the stop is limited to the normal upper limit charging rate, when the battery charging rate reaches the normal upper limit charging rate at time t2, the battery 55 is charged. The power becomes zero. Therefore, after time t2, the generated power of the
これに対して本実施形態の場合は、停止後暖機運転中の上限充電率が通常上限充電率よりも高い大きい許容上限充電率に設定されるため、時刻t2でバッテリ充電率が通常上限充電率に到達した後も、バッテリ55への充電が継続される。 On the other hand, in the case of the present embodiment, the upper limit charging rate during the warm-up operation after the stop is set to a large allowable upper limit charging rate that is higher than the normal upper limit charging rate. Even after reaching the rate, charging of the battery 55 is continued.
そのため、時刻t2以降も燃料電池スタック1の発電電力の減少がないので、燃料電池スタック1の昇温速度が比較例よりも速くなる。その結果、スタック冷却水温が暖機完了温度まで到達する時刻が比較例では時刻t6であるのに対し、本実施形態では時刻t4となり、本実施形態ではスタック冷却水温が暖機完了温度まで到達する時刻が比較例よりも早くなる。
Therefore, since the generated power of the
時刻t3で、スタック冷却水温が暖機完了温度に到達すると、停止後暖機運転が終了して乾燥運転が実施される。乾燥運転が開始されると、バッテリ充電率が通常上限受電率まで低下するようにバッテリ55の電力をカソードコンプレッサ23に供給する。これにより、カソードコンプレッサ23を駆動して電解質膜を乾燥させる。
When the stack coolant temperature reaches the warm-up completion temperature at time t3, the warm-up operation is stopped after the stop and the drying operation is performed. When the drying operation is started, the electric power of the battery 55 is supplied to the
時刻4で、乾燥運転開始からの時間が乾燥運転時間になると、乾燥運転が終了される。 When the time from the start of the drying operation reaches the drying operation time at time 4, the drying operation is terminated.
図18は、本実施形態による燃料電池システム100の停止制御の動作について説明するタイムチャートである。なお、このタイムチャートは、充電電力算出処理において、第2制限充電電力が目標充電電力として設定された場合のタイムチャートである。
FIG. 18 is a time chart illustrating the stop control operation of the
時刻t11で、暖機運転中に始動スイッチがオフにされると、停止後暖機運転が開始される。 When the start switch is turned off during the warm-up operation at time t11, the warm-up operation is started after the stop.
停止後暖機運転中は、燃料電池スタック1の発電電力がバッテリ55に供給され、それに伴ってバッテリ55の充電率及びバッテリ温度が上昇する。このとき、前述した図15のマップに示すように、第2制限充電電力はバッテリ温度が高くなるにつれて小さくなる。
During the warm-up operation after the stop, the generated power of the
そのため、時刻t12で、第2制限充電電力が暫定目標充電電力よりも小さくなると、充電電力が第2制限充電電力に制限され、時刻t12以降は、バッテリ温度の上昇にあわせてバッテリ55充電電力も減少する。バッテリ55充電電力が減少することで、バッテリ温度の上昇が抑えられる。 Therefore, when the second limited charging power becomes smaller than the provisional target charging power at time t12, the charging power is limited to the second limiting charging power. After time t12, the charging power of the battery 55 also increases as the battery temperature increases. Decrease. A decrease in battery 55 charging power suppresses an increase in battery temperature.
時刻t13で、スタック冷却水温が暖機完了温度に到達すると、停止後暖機運転が終了して乾燥運転が実施される。乾燥運転が開始されると、バッテリ充電率が通常上限受電率まで低下するようにバッテリ55の電力をカソードコンプレッサ23に供給する。このとき、バッテリ55の電力をカソードコンプレッサ23に供給することによって、バッテリ55の温度が上昇するが、停止後暖機運転時に充電電力が制限されてバッテリ温度の上昇が抑制されているので、乾燥運転時にバッテリ温度が上限温度よりも高くなるのを抑制できる。
When the stack cooling water temperature reaches the warm-up completion temperature at time t13, the warm-up operation is stopped after the stop and the drying operation is performed. When the drying operation is started, the electric power of the battery 55 is supplied to the
以上説明した本実施形態によれば、暖機運転中に始動キーがオフにされたときは、停止後暖機運転を実施した後に乾燥運転を実施することにした。そして、停止後暖機運転時には、バッテリ充電率が車両走行時に設定される通常上限充電率を超えてもバッテリ55への充電を許可することにした。 According to the present embodiment described above, when the start key is turned off during the warm-up operation, the drying operation is performed after the warm-up operation after the stop. In the warm-up operation after the stop, charging to the battery 55 is permitted even if the battery charge rate exceeds the normal upper limit charge rate set during vehicle travel.
これにより、停止後暖機運転時には、バッテリ充電率が通常上限充電率を超えた後も燃料電池スタック1の発電電力をバッテリ55に供給することができるので、発電電力の低下を抑制することができる。これにより、停止後暖機運転時の燃料電池スタック1の昇温速度の低下を抑制でき、始動キーがオフにされてから乾燥運転が開始されるまでの時間を短縮することができる。
As a result, during warm-up operation after stopping, the generated power of the
また本実施形態によれば、乾燥運転時には、バッテリ55の充電率が少なくとも通常上限充電率まで低下するように、バッテリ55の電力を消費してカソードコンプレッサ23を駆動し、電解質膜を乾燥させることにした。
Further, according to the present embodiment, during the drying operation, the
これにより、乾燥運転終了時には、必ずバッテリ充電率が通常上限充電率以下となっているので、次回始動時まで期間が長くなったとしても、高電位状態が長時間保持されることがない。そのため、バッテリ55の劣化を抑制することができる。 Thereby, since the battery charge rate is always equal to or lower than the normal upper limit charge rate at the end of the drying operation, the high potential state is not maintained for a long time even if the period becomes longer until the next start. Therefore, deterioration of the battery 55 can be suppressed.
また本実施形態によれば、停止後暖機運転時にバッテリ55に供給する電力を、バッテリ55の電力入力特性に応じて制限することにした。 Further, according to the present embodiment, the power supplied to the battery 55 during the warm-up operation after the stop is limited according to the power input characteristics of the battery 55.
これにより、バッテリ55の特性に応じた最適な充電を行うことができる。 Thereby, the optimal charge according to the characteristic of the battery 55 can be performed.
また本実施形態によれば、乾燥運転終了時にバッテリ温度が管理上限温度を超えないように、バッテリ温度に応じて停止後暖機運転時にバッテリ55に供給する電力を制限することにした。 Further, according to the present embodiment, the power supplied to the battery 55 during the warm-up operation after the stop is limited according to the battery temperature so that the battery temperature does not exceed the management upper limit temperature at the end of the drying operation.
これにより、バッテリ温度が管理上限温度よりも高くなるのを抑制でき、バッテリ55の劣化を抑制することができる。 Thereby, it can suppress that battery temperature becomes higher than management upper limit temperature, and can suppress deterioration of the battery 55. FIG.
また本実施形態によれば、乾燥運転時のバッテリの消費電力を、通常上限充電率とバッテリ充電率の差分が小さくなるにつれて少なくなるようにした。 Further, according to the present embodiment, the power consumption of the battery during the drying operation is reduced as the difference between the normal upper limit charging rate and the battery charging rate is reduced.
これにより、次回始動時において、バッテリ充電率が低くなりすぎるのを抑制でき、燃料電池システムを起動するために必要な電力を確実に確保することができる。 As a result, the battery charge rate can be prevented from becoming too low at the next start, and the electric power necessary to start the fuel cell system can be reliably ensured.
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
1 燃料電池スタック(燃料電池)
55 バッテリ
100 燃料電池システム
S3〜S6 停止後暖機運転手段
S4 充電許可手段
S7 乾燥運転手段
S34 水分量推定手段
S36 乾燥運転時間推定手段
S42 消費電力量算出手段
S45 上限充電率算出手段
S74、S75 放電手段
1 Fuel cell stack (fuel cell)
55
Claims (8)
前記燃料電池の暖機時に前記燃料電池システムの停止指令がでたときは、暖機が終了するまで前記燃料電池の発電を継続し、発電電力をバッテリに供給する停止後暖機運転手段と、
停止後暖機運転時に、車両走行時に設定される通常上限充電率を超えても前記バッテリへの充電を許可する充電許可手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system in which an anode gas and a cathode gas are supplied to a fuel cell to generate power, and the vehicle is driven by the generated power,
When a stop command for the fuel cell system is issued when the fuel cell is warmed up, the power generation of the fuel cell is continued until the warm-up is completed, and the post-stop warm-up operation means for supplying the generated power to the battery;
Charging permission means for permitting charging to the battery even when exceeding a normal upper limit charging rate set during vehicle travel during warm-up operation after stopping;
A fuel cell system comprising:
乾燥運転時に、前記バッテリの電力を消費し、少なくとも前記バッテリの充電率を前記通常上限充電率まで低下させる放電手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 A drying operation means for reducing the amount of water in the fuel cell after completion of the warm-up operation after stopping;
Discharging means that consumes power of the battery during the drying operation, and at least reduces the charging rate of the battery to the normal upper limit charging rate;
The fuel cell system according to claim 1, comprising:
前記燃料電池の温度を暖機完了温度まで上昇させたときの燃料電池内の水分量を推定する水分量推定手段と、
前記燃料電池内の水分量に基づいて、乾燥運転の継続時間を推定する乾燥運転時間推定手段と、
前記乾燥運転の継続時間に基づいて、乾燥運転時の消費電力量を推定する消費電力量推定手段と、
前記乾燥運転時の消費電力量に基づいて、停止後暖機運転時における前記バッテリの上限充電率を算出する上限充電率算出手段と、
を備え、
前記バッテリの充電率が前記上限充電率になるまで前記バッテリへの充電を許可する、
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 The charging permission means includes
A moisture amount estimating means for estimating a moisture amount in the fuel cell when the temperature of the fuel cell is raised to a warm-up completion temperature;
A drying operation time estimating means for estimating the duration of the drying operation based on the amount of water in the fuel cell;
Based on the duration of the drying operation, power consumption estimation means for estimating the power consumption during the drying operation;
Based on the power consumption during the dry operation, an upper limit charge rate calculating means for calculating the upper limit charge rate of the battery during the warm-up operation after stopping;
With
Permit charging the battery until the charge rate of the battery reaches the upper limit charge rate;
The fuel cell system according to claim 2.
停止後暖機運転の終了時に前記バッテリの充電率が前記上限充電率となるように、前記上限充電率と前記バッテリの充電率との差分に基づいて前記バッテリへの最大供給電力を算出し、その最大供給電力を前記バッテリへ供給する、
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。 The warm-up operation means after the stop is
Calculating the maximum supply power to the battery based on the difference between the upper limit charge rate and the battery charge rate so that the charge rate of the battery becomes the upper limit charge rate at the end of the warm-up operation after the stop; Supplying the battery with its maximum supply power,
The fuel cell system according to claim 3.
前記バッテリの電力入力特性に基づいて、前記バッテリに供給可能な供給可能電力を算出し、
前記最大供給電力が前記供給可能電力よりも大きいときは、その供給可能電力を前記バッテリに供給する、
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。 The warm-up operation means after the stop is
Based on the power input characteristics of the battery, calculate the available power that can be supplied to the battery,
When the maximum supply power is larger than the suppliable power, the suppliable power is supplied to the battery.
The fuel cell system according to claim 4.
前記バッテリの温度が前記乾燥運転の終了時に所定の上限温度を超えないように、前記バッテリの温度に基づいて、前記バッテリに供給可能な供給可能電力を算出し、
前記最大供給電力が前記供給可能電力よりも大きいときは、その供給可能電力を前記バッテリに供給する、
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。 The warm-up operation means after the stop is
Based on the temperature of the battery, the supplyable power that can be supplied to the battery is calculated so that the temperature of the battery does not exceed a predetermined upper limit temperature at the end of the drying operation,
When the maximum supply power is larger than the suppliable power, the suppliable power is supplied to the battery.
The fuel cell system according to claim 4.
前記バッテリの温度が高くなるほど、前記バッテリに供給可能な供給可能電力を小さくする、
ことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。 The warm-up operation means after the stop is
The higher the temperature of the battery, the smaller the power that can be supplied to the battery,
The fuel cell system according to claim 6.
乾燥運転時の前記バッテリの充電率と前記通常上限充電率との差分が大きいときほど、前記バッテリの消費電力を大きくして、前記バッテリの充電率を前記通常上限充電率まで低下させる、
ことを特徴とする請求項2から請求項7までのいずれか1つに記載の燃料電池システム。 The discharging means includes
When the difference between the charging rate of the battery during the drying operation and the normal upper limit charging rate is larger, the power consumption of the battery is increased, and the charging rate of the battery is reduced to the normal upper limit charging rate .
The fuel cell system according to any one of claims 2 to 7, characterized in that:
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