JP6174553B2 - 燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車 - Google Patents
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Description
Vapd>Vfc 又は Vapd>Vbat …(1)
ステップS9にて、2次側電圧V2をエアポンプ必要電圧Vapdに設定し(V2=Vapd)、ステップS10にて、図4の時点t0〜時点t3の期間に示すように、SUC21によりFC電圧Vfcをエアポンプ必要電圧Vapdに昇圧すると共に、SUDC22によりBAT電圧Vbatをエアポンプ必要電圧Vapdまで昇圧する。これによりエアポンプ要求回転数Napreqが確保されると共に、モータ必要電圧Vmd(Vmd≦Vapd)も確保される。
Vfc>Vapd 且つ Vfc>Vbat …(2)
ステップS11にて、2次側電圧V2をFC電圧Vfcに設定し(V2=Vfc)、SUC21の直結フラグFfcを、昇圧を意味するローレベルから直結を意味するハイレベルに設定し、ステップS12にて、図4の時点t3〜時点t4の期間に示すように、スイッチング素子21bをオフ状態にすることで、SUC21を直結状態にし、2次側電圧V2をFC電圧Vfcにする。この場合、SUDC22によりBAT電圧Vbatをエアポンプ必要電圧Vapd、すなわちFC電圧Vfcまで昇圧する。これにより、この場合にも、エアポンプ要求回転数Napreqが確保されると共に、モータ必要電圧Vmdが確保される。しかも、SUC21が直結状態となっているのでSUC21のスイッチング損失がゼロ値となりシステム効率が向上する。
Vbat>Vapd 且つ Vbat>Vfc …(3)
ステップS13にて、2次側電圧V2をBAT電圧Vbatに設定し(V2=Vbat)、SUDC22の図示しない直結フラグFbatを、昇圧を意味するローレベルから直結を意味するハイレベルに設定し、ステップS14にて、スイッチング素子22b、22dをオフ状態にすることで、SUDC22を直結状態にし、2次側電圧V2をBAT電圧Vbatにする。この場合、SUC21によりFC電圧Vfcをエアポンプ必要電圧Vapd、すなわちBAT電圧Vbatまで昇圧する。これにより、この場合にも、エアポンプ要求回転数Napreqが確保されると共に、モータ必要電圧Vmdも確保される。しかも、SUDC22が直結状態となっているのでSUDC22のスイッチング損失がゼロ値となりシステム効率が向上する。
上述した図5のフローチャートは、図8のフローチャートに代替してもよい。この変形例1では、図5のフローチャート中のステップS2の判定を、図8のフローチャートのステップS2aの判定に変更している。
上述した図5のフローチャートは、図9のフローチャートに代替してもよい。この変形例2では、図5のフローチャート中のステップS2の判定を、図9のフローチャートのステップS2bの判定に変更している。
上述した図5のフローチャートは、図10のフローチャートに代替してもよい。この変形例3では、図5のフローチャート中のステップS2の判定を、図10のフローチャートのステップS2cの判定に変更している。
以上説明したように、上述した実施形態は、SUC21とSUDC22の2つの電圧変換装置を有し、エアポンプ31が、SUDC22の2次側2sに配置されているFCシステム12のエネルギマネジメント制御に関するものである。エアポンプ31を備えるエアポンプユニット40を2次側2sに配置した場合、エアポンプ駆動電圧Vapとモータ駆動電圧Vmの電圧が等しくなる。そこで、モータ必要電圧Vmdを設定する際に、エアポンプ必要電圧Vapdを考慮して設定している。これにより、エアポンプ必要電圧Vapdが確保でき、動力性能が不足する事態が発生することがない。
12、12A…燃料電池システム(FCシステム)
14…駆動モータ 16…インバータ(INV)
18…燃料電池(FC) 20…蓄電装置、高電圧バッテリ(BAT)
21…昇圧コンバータ(昇圧器、電圧変換装置、SUC)
22…昇降圧コンバータ(昇降圧器、電圧変換装置、SUDC)
23…エアポンプインバータ 24…ECU
31…エアポンプ 32…外部給電I/F
33…外部給電スイッチ 34…外部給電器
40…エアポンプユニット
Claims (5)
- 酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電し燃料電池電圧を出力する燃料電池と、
蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、
モータ駆動部を通じて駆動されるモータと、
1次側電圧としての前記蓄電装置電圧と、前記モータ駆動部に印加される2次側電圧としてのモータ駆動電圧との間で電圧変換を行う電圧変換装置と、
他の1次側電圧としての前記燃料電池電圧と、前記2次側電圧との間で、昇圧状態又は直結状態に切り替えられる他の電圧変換装置と、
エアポンプ駆動部を通じて駆動されるエアポンプと、を有し、
前記エアポンプは、前記2次側電圧が印加される前記エアポンプ駆動部を通じて駆動されると、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムから外部に給電を行う外部給電の有無を判定する外部給電有無判定工程と、
前記外部給電が行われると判定された場合に、外部給電電力に応じた前記燃料電池の目標発電電力に応じて前記エアポンプ駆動部に印加が必要なエアポンプ必要電圧を算出するエアポンプ必要電圧算出工程と、
前記エアポンプ必要電圧を満足するように、前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置の前記2次側電圧を設定する電圧変換装置電圧設定工程と、を有し、
前記電圧変換装置電圧設定工程では、
前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧と前記エアポンプ必要電圧とのうち、最も高い電圧を前記2次側電圧に設定する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 - 請求項1に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記外部給電が行われないと判定された場合、
前記モータの駆動要求に応じてモータ必要電圧を設定するモータ必要電圧設定工程と、
前記モータ必要電圧と前記エアポンプ必要電圧とを比較する電圧比較工程と、をさらに有し、
前記電圧変換装置電圧設定工程では、
前記モータ必要電圧が前記エアポンプ必要電圧より高い電圧である場合には、前記モータ必要電圧を前記電圧変換装置の前記2次側電圧に設定し、
前記モータ必要電圧が前記エアポンプ必要電圧より低い電圧である場合には、エアポンプ必要電圧を満足する範囲で、前記燃料電池電圧、前記蓄電装置電圧、及び前記エアポンプ必要電圧のうち、最も高い電圧を前記電圧変換装置の前記2次側電圧に設定する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 - 請求項1に記載の燃料電池システムの制御方法において、
電圧変換装置制御工程をさらに有し、
前記電圧変換装置制御工程では、
前記蓄電装置の電力収支がゼロ値となるように、前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置の昇降圧状態と直結状態を制御する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 - 酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電し燃料電池電圧を出力する燃料電池と、
蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、
モータ駆動部を通じて駆動されるモータと、
1次側電圧としての前記蓄電装置電圧と、前記モータ駆動部に印加される2次側電圧としてのモータ駆動電圧との間で昇圧状態、降圧状態、又は直結状態に切り替えられる電圧変換装置と、
他の1次側電圧としての前記燃料電池電圧と、前記2次側電圧との間で、昇圧状態又は直結状態に切り替えられる他の電圧変換装置と、
エアポンプ駆動部を通じて駆動されるエアポンプと、を有し、
前記エアポンプは、前記2次側電圧が印加される前記エアポンプ駆動部を通じて駆動されると、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の目標発電電力に応じて前記エアポンプ駆動部に印加が必要なエアポンプ必要電圧を設定するエアポンプ必要電圧設定工程と、
前記エアポンプ必要電圧を満足するように、前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置の前記2次側電圧を設定する電圧変換装置電圧設定工程と、
前記モータの駆動要求に応じてモータ必要電圧を設定するモータ必要電圧設定工程と、
前記モータ必要電圧と前記エアポンプ必要電圧とを比較する電圧比較工程と、をさらに有し、
前記電圧変換装置電圧設定工程では、
前記モータ必要電圧が前記エアポンプ必要電圧より高い電圧である場合には、前記モータ必要電圧を前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置の前記2次側電圧に設定して、前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置をともに昇圧状態に切り替え、
前記モータ必要電圧が前記エアポンプ必要電圧より低い電圧である場合には、エアポンプ必要電圧を満足する範囲で、前記燃料電池電圧、前記蓄電装置電圧、及び前記エアポンプ必要電圧のうち、最も高い電圧を前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置の前記2次側電圧に設定し、
最も高い電圧が前記エアポンプ必要電圧である場合には、前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置をともに昇圧状態に切り替え、最も高い電圧が前記燃料電池電圧である場合には、前記電圧変換装置は昇圧状態のまま前記他の電圧変換装置を前記直結状態に切り替え、最も高い電圧が前記蓄電装置電圧の場合には、前記他の電圧変換装置は昇圧状態のまま前記電圧変換装置を前記直結状態に切り替える
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御方法を実施する燃料電池自動車。
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