JP6631836B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、電力供給システムに関する。

近年、燃料電池及び二次電池を電源として使用する電力供給システムを搭載した燃料電池自動車が注目されている。当該電源からの電力は、走行用モータ及び補機（例えば、ラジエータファン、冷却水ポンプ、電灯など）を含む電気負荷に供給される。電気負荷の消費電力（要求電力）は、走行用モータの消費電力及び補機の消費電力等を加算することにより算出される。

特許文献１には、燃料電池自動車のアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度と車速センサからの車速とに応じて駆動軸に要求される要求トルクを設定し、設定した要求トルクにモータの回転数を乗じて走行用モータの消費電力を計算することが開示されている。また、循環ポンプやエアコンプレッサなどの補機の消費電力を計算することが開示されている。

上記の電力供給システムにおいて、予め算出された燃料電池の目標出力を電気負荷の実際の消費電力から差し引いた電力が二次電池から出力される。

特開２０１４−１１７００８号公報

従来、補機の消費電力の算出のために、各補機の電力を計測して合算するか、全ての補機の総消費電力の固定値を使用していた。各補機の電力を電流計等を使用して計測した場合、コストが増大する。また、総消費電力の固定値を使用した場合、電気負荷の要求電力の正確な算出を行うことができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものである。本発明の課題は、補機の消費電力を低コストで正確に算出する技術を提供することにある。

本発明に係る電力供給システムは、補機を含む電気負荷と、燃料電池と、二次電池と、算出部とを備える。二次電池は、電気負荷の要求電力と、燃料電池からの供給電力とに応じた電力を電気負荷に供給する。算出部は、補機への電力の供給時と非供給時の前記二次電池からの供給電力の差異に応じて前記補機の消費電力を算出する。

本発明によれば、補機の消費電力を低コストで正確に算出する技術を提供することができる。

一実施形態に係る電力供給システムの概略構成を示す図である。 一実施形態に係る電力供給システムによる処理の流れを示すフローチャートである。 一実施形態に係る車両の消費電力の変化を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、発明の範囲をこれらに限定するものではない。

［電力供給システムの構成］
図１を参照して、本発明の一実施形態において、電力供給システムの概略構成の例を説明する。電力供給システム１は、主な構成として、制御装置１１、二次電池１２、昇圧コンバータ１３、燃料電池１４、昇圧コンバータ１５、インバータ１６、モータ１７、降圧コンバータ１８、低圧蓄電装置１９、及び補機２０を備える。

電力供給システム１は、燃料電池自動車（ＦＣＶ）などの車両（移動体）に搭載可能なシステムである。なお、図１は、電力供給システム１が備える主要な構成を示しているにすぎず、電力供給システム１は、移動体に搭載される一般的な電力供給システムが備える他の構成を含むことができる。

二次電池１２は、充放電可能な蓄電部である。二次電池１２は、例えば、リチウムイオン電池、又はニッケル水素バッテリなどにより構成される。二次電池１２は、燃料電池１４の放電経路に介挿され、インバータ１６に対して燃料電池１４と並列に接続されている。二次電池１２は、モータ１７及び補機２０を含む電気負荷の要求電力のうち、予め設定された燃料電池の目標出力を差し引いた電力を電気負荷の駆動電力として出力する。また、二次電池１２は、モータ１７から回生により得られた電力を蓄電する。

昇圧コンバータ１３は、二次電池１２とインバータ１６との間に設けられたＤＣ（直流）電圧のコンバータである。昇圧コンバータ１３は、例えば、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）を使用して構成される。昇圧コンバータ１３は、二次電池１２から供給された電力のＤＣ電圧を昇圧してインバータ１６側に出力する。

燃料電池１４は、複数のセル（アノード、カソード、及び電解質を備える単一の電池（発電体））を直列に積層してなる固体高分子電解質形のセルスタックを含んで構成される。燃料電池１４による通常の発電時の運転において、アノードにおいて（１）式の酸化反応が生じ、カソードにおいて（２）式の還元反応が生じる。燃料電池１４全体としては（３）式の起電反応が生じることにより、電力を発生する。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ （２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ （３）

昇圧コンバータ１５は、燃料電池１４とインバータ１６との間に設けられたＤＣ電圧のコンバータである。昇圧コンバータ１５は、燃料電池１４から供給された電力のＤＣ電圧を昇圧してインバータ１６に出力する。昇圧コンバータ１５は、例えば、ＩＰＭ等により構成される。

インバータ１６は、昇圧コンバータ１３及び昇圧コンバータ１５とモータ１７との間に設けられたインバータである。インバータ１６は、燃料電池１４又は二次電池１２から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、モータ１７に供給する。インバータ１６は、例えばＩＰＭにより構成される。

モータ１７は、電力供給システム１を搭載する移動体の車輪等を駆動するためのモータである。モータ１７は、駆動電力として、燃料電池１４又は二次電池１２からインバータ１７を介して供給された電力を使用する。また、モータ１７は、その回転に応じて回生する。回生により発生した電力は二次電池１２に充電される。

降圧コンバータ１８は、二次電池１２の放電経路に介挿され、二次電池１２に対して昇圧コンバータ１３と並列に接続されている。降圧コンバータ１８は、二次電池１２から出力された電力のＤＣ電圧を（例えば、１２Ｖに）降圧するコンバータである。降圧コンバータ１８は、例えば、ＩＰＭを使用して構成される。

低圧蓄電装置１９は、降圧コンバータ１８により降圧された電力を蓄電し、補機２０の駆動電力を供給する蓄電部である。低圧蓄電装置１９は、例えば、鉛蓄電池等により構成される。

補機２０は、低圧系補機からなる補機群である。補機２０は、例えば、１２Ｖの電力で駆動するラジエータファン、冷却水ポンプ、電灯、及びナビゲーション装置等を含む。

制御装置１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えたコンピュータにより構成される。制御装置１１は、他の構成から入力した信号、及びＲＡＭなどの記憶部に記憶されたプログラムになどに基づいて、電力供給システム１が備える各構成の処理及び動作を制御し、また、当該制御に必要な各種演算を実行する。

例えば、制御装置１１は、モータ１７及び補機２０を含む電気負荷の要求電力を算出することが可能である。具体的には、制御装置１１は、電力供給システム１を搭載する燃料電池自動車のアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度と車速センサからの車速の情報を取得し、当該情報に応じて駆動軸に要求される要求トルクを設定し、設定した要求トルクにモータ１７の回転数を乗じてモータ１７の消費電力を算出することができる。また、制御装置１１は、補機２０への電力供給時と非供給時の二次電池１２からの供給電力の差異に応じて補機２０の消費電力を算出することができる。補機２０の消費電力の算出方法の詳細については後述する。

［補機の消費電力算出処理の制御フロー］
図２を参照して、補機２０の消費電力の算出処理の制御フローの詳細を説明する。この処理は、制御装置１１により制御により実行される。

まず、ステップＳ１１において、制御装置１１は、モータ１７及び補機２０を含む電気負荷全体の要求電力の初期値を設定する。モータ１７の要求電力については、上記のとおり、電力供給システム１を搭載する燃料電池自動車のアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度と車速センサからの車速の情報に応じて算出される。また、補機２０の要求電力の初期値としては、予め設定された固定値が使用される。制御装置１１は、モータ１７について算出された要求電力と補機２０の要求電力の固定値とを加算した値を電気負荷の要求電力の初期値として設定する。その後処理はステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２において、制御装置１１は、モータ１７及び補機２０を含む電気負荷による消費電力の計測結果の情報である消費電力Ｐ１を取得し、記録するように制御する。記録は、例えば、制御装置１１内の記憶部（図示せず。）に対して行われる。その後処理はステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３において、制御装置１１は、モータ１７及び補機２０による消費電力の変動幅が所定時間の間、所定値以下であるか否かを判断する。すなわち、消費電力の量が所定時間一定であるか否かを判断する。所定時間の間、所定値以下である場合（Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１４へ進み、他の場合、処理はステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１４において、制御装置１１は、降圧コンバータ１８の運転の停止命令を出力するように制御する。降圧コンバータ１８は当該命令の出力に応じて運転を停止する。その後処理はステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５において、制御装置１１は、電気負荷の消費電力の計測結果の情報である消費電力Ｐ２を取得し、記録するように制御する。ここで、降圧コンバータ１８はステップＳ１４において運転を停止しているため、補機２０に電力は供給されない。そのため、消費電力Ｐ２は、消費電力Ｐ１との比較で、補機２０を除いた電気負荷の消費電力となる。その後処理はステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６において、制御装置１１は、消費電力Ｐ１から消費電力Ｐ２を減じることにより低圧系補機群である補機２０の消費電力を算出するように制御する。その後処理はステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１７において、制御装置１１は、降圧コンバータ１８の運転の開始命令を出力するように制御する。降圧コンバータ１８は当該命令の出力に応じて運転を開始し、これに応じて補機２０も電力供給を受けて運転を開始する。その後処理はステップＳ１８へ進む。

ここで、図３を参照して、図２のステップＳ１４で降圧コンバータ１８の運転を停止（ＯＦＦ）し、ステップＳ１７で運転を開始（ＯＮ）したときまでの消費電力の変化を説明する。図３には、降圧コンバータ１８の運転をＯＮからＯＦＦにすると、消費電力がＰ１からＰ２へ下がり、降圧コンバータ１８の運転をＯＦＦからＯＮにすると、消費電力がＰ２からＰ１へ上がることが示されている。

図２に戻る。ステップＳ１８において、制御装置１１は、ステップＳ１１で設定された電気負荷の要求電力における補機２０の要求電力の固定値をステップＳ１６で算出された補機２０の消費電力に置換することにより、電気負荷の要求電力の値を更新する。その後図２に示す処理を終了する。

以上のように本実施形態によれば、補機２０への電力供給時と非供給時における電源からの供給電力の差異に応じて補機２０の消費電力を算出する。その結果、補機２０に含まれる各補機の電力を電流計等を使用して計測した場合と比較して低コストで補機２０の消費電力を算出することができる。また、補機２０の消費電力を固定値にした場合と比較して、モータ１７及び補機２０を含む電気負荷の総要求電力をより正確に算出することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はかかる実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。

［変形例］
上記の実施形態に対して、次のような変形例を適用することができる。
すなわち、図２を参照して説明した上記の処理において、ステップ１３によりモータ１７及び補機２０による消費電力の変動幅が所定時間の間、所定値以下であるか否かを判断した。しかしながら、この処理を省略し、消費電力の変動幅の如何に関わらず、ステップ１４以降の処理を実行してもよい。

また、上記の実施形態において、補機２０を低圧系補機からなる補機群としたがこれに限定されない。補機２０を低圧系補機以外の補機群とし、補機２０の消費電力を上記の方法で算出することも可能である。

１ 電力供給システム
１１ 制御装置
１２ 二次電池
１３ 昇圧コンバータ
１４ 燃料電池
１５ 昇圧コンバータ
１６ インバータ
１７ モータ
１８ 降圧コンバータ
１９ 低圧蓄電装置
２０ 補機

Claims (1)

1. 移動体用の駆動モータと、二次電池に接続された降圧コンバータからの出力に応じた電圧の電力供給を受ける低圧系補機とを含む電気負荷と、
   燃料電池と、
   前記電気負荷の要求電力と、前記燃料電池からの供給電力とに応じた電力を前記電気負荷に供給する前記二次電池と、
   前記駆動モータの駆動中に、前記駆動モータ及び前記低圧系補機による消費電力の変動幅が所定時間の間、所定値以下であるときに、前記低圧系補機への電力供給を停止することにより、前記低圧系補機への電力の供給時と非供給時の前記二次電池からの供給電力の差異を算出し、前記差異に応じて前記低圧系補機の消費電力を算出する算出部と、
   を備える電力供給システム。
   

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