JP7057540B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
上記第1の発明に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から前記二次電池への充電の運転モードとして、前記二次電池の充電率を上昇させる第1のモードを選択する選択手段を有し、
前記制御手段は、前記選択手段で前記第1のモードが選択された場合、前記二次電池への充電より先に、前記回復手段と前記確認手段とを交互に実施する
ことを特徴とする。
上記第2の発明に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記回復手段と前記確認手段とを交互に連続して実施する
ことを特徴とする。
上記第2又は第3の発明のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記選択手段は、前記運転モードとして、前記二次電池の充電率を維持する第2のモードを有し、
前記制御手段は、前記選択手段で前記第2のモードが選択された場合、前記二次電池の充電率が維持されるように、前記回復手段を間欠的に実施する
ことを特徴とする。
上記第1~第4の発明のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記確認手段で確認した前記燃料電池の電圧が所定電圧以上となったとき、前記回復手段と前記確認手段の交互実施を終了する
ことを特徴とする。
図1は、本実施例の燃料電池システムを示す構成図である。また、図2、図4、図6は、図1に示した燃料電池システムで実施する制御方法を説明するフローチャートである。また、図3は、図2に示した制御方法を説明するタイムチャートであり、図5は、図4に示した制御方法を説明するタイムチャートであり、図7は、図6に示した制御方法を説明するタイムチャートである。
チャージモードにおけるチャージ運転及び回復処理について、図1と共に、図2及び図3を参照して説明を行う。
制御装置50は、制御ユニット25を用いて、二次電池22のSOCを参照する。
制御装置50は、モード選択スイッチ52での選択がチャージモードかどうかを確認し、チャージモードである場合、ステップS3へ進み、チャージモードでない場合、リターンへ進む。
制御装置50は、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きいかどうか、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きいかどうかを確認し、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きい場合、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きい場合、ステップS4へ進み、それ以外の場合、つまり、電圧低下幅が所定電圧幅以下の場合、又は、経過時間が所定時間以下の場合、ステップS7へ進む。
制御装置50は、燃料電池11のセル電圧が0.2Vのときの電力(以降、0.2V時電力)、現在の駆動電力及び二次電池22の現在の受入電力を確認し、[(0.2V時電力-駆動電力)<受入電力]である場合、ステップS5へ進み、[(0.2V時電力-駆動電力)≧受入電力]である場合、ステップS6へ進む。ここでは、二次電池22の受入電力が残っているかどうか、つまり、二次電池22へ充電できる容量があるかどうかを判断しており、ある場合は、ステップS5へ進み、ない場合は、ステップS6へ進むことになる。
二次電池22へ充電できる容量がある場合には、ステップS5において、回復処理が行われ、二次電池22へ充電できる容量がない場合には、ステップS6において、出力低下制御下回復処理が行われる。回復処理及び出力低下制御下回復処理については、後述のステップS11~S15において説明を行う。
回復処理又は出力低下制御下回復処理の終了後、チャージ運転、即ち、二次電池22のSOCが所定の高いSOC(例えば、80%)になるように、燃料電池11の運転が行われる。
制御装置50は、所定電流発電時の燃料電池11のセル電圧を参照する。具体的には、現在の燃料電池11において、所定電流発電(後述のステップS15参照)と同じ発電を行って、当該発電時のセル電圧を電圧センサ11cで測定し、現在セル電圧として求める。これを、図3を参照して説明すると、所定電流発電A2が最初に実施されて、現在セル電圧が求められている。なお、所定電流とは、二次電池22へ充電する際の電流より低い電流である。
制御装置50は、上記現在セル電圧から前回セル電圧を減算した電圧が0未満であれば、ステップS13へ進み、0以上であれば、この回復処理を終了する。前回セル電圧とは、前回の回復処理時に最後に確認したセル電圧であって、所定電流発電時の燃料電池11のセル電圧のことであり、電圧センサ11cで測定したものを、前回セル電圧として記録してある。
上述したステップS4と同様に、制御装置50が、0.2V時電力、現在の駆動電力及び二次電池22の現在の受入電力を確認し、[(0.2V時電力-駆動電力)<受入電力]である場合、ステップS14へ進み、[(0.2V時電力-駆動電力)≧受入電力]である場合、リターンへ進む。つまり、ここでも、二次電池22へ充電できる容量があるかどうかを判断している。
制御装置50は、燃料電池11において、0.2V発電を行って、燃料電池11の劣化の回復を行う。このときは、燃料電池11の劣化の回復が行われるだけでなく、燃料電池11からの出力(発電量)も大きくなるので、その結果、二次電池22への充電も行われて、二次電池22のSOCも増加することになる。この0.2V発電を行う時間は、予め設定した所定の発電時間の間行っても良いし、また、二次電池22のSOCの時間変化が負の場合には(例えば、駆動モータ24の要求出力が大きい場合には)、この0.2V発電の時間を長くして、二次電池22へ充電する時間を長くするようにしても良い。
制御装置50は、燃料電池11において、所定電流発電を行う。このような所定電流での発電において、燃料電池11のセル電圧を電圧センサ11cで測定することにより、燃料電池11の回復具合を確認している。所定電流発電後は、ステップS12の条件を満たすまで、ステップS11~S15が繰り返され、燃料電池11の劣化の回復が行われることになる。
条件2:セル温度を上げる。
条件3:加湿度を下げる。
セーブモードにおけるセーブ運転及び回復処理について、図1と共に、図4及び図5を参照して説明を行う。
制御装置50は、制御ユニット25を用いて、二次電池22のSOCを参照する。
制御装置50は、モード選択スイッチ52の選択がセーブモードかどうかを確認し、セーブモードである場合、ステップS23へ進み、セーブモードでない場合、リターンへ進む。なお、このセーブモードにおいては、セーブモードを選択したときのSOCが、セーブSOCとして記憶され、このセーブSOCを維持するように、以降の制御が行われる。
制御装置50は、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きいかどうか、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きいかどうかを確認し、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きい場合、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きい場合、ステップS24へ進み、それ以外の場合、つまり、電圧低下幅が所定電圧幅以下の場合、又は、経過時間が所定時間以下の場合、ステップS27へ進む。ここでの電圧低下幅や経過時間については、上述のステップS3で説明した通りである。
制御装置50は、0.2V時電力、現在の駆動電力及び二次電池22の現在の受入電力を確認し、[(0.2V時電力-駆動電力)<受入電力]である場合、ステップS25へ進み、[(0.2V時電力-駆動電力)≧受入電力]である場合、ステップS26へ進む。つまり、二次電池22へ充電できる容量があるかどうかを判断している。ここでの0.2V時電力、駆動電力、受入電力についても、上述のステップS4で説明した通りである。
二次電池22へ充電できる容量がある場合には、ステップS25において、回復処理が行われ、二次電池22へ充電できる容量がない場合には、ステップS26において、出力低下制御下回復処理が行われる。回復処理及び出力低下制御下回復処理については、後述のステップS31~S36において説明を行う。
回復処理又は出力低下制御下回復処理の終了後、セーブ運転、即ち、二次電池22のSOCをセーブSOC(例えば、40%)に維持するように、燃料電池11の運転が行われる。
制御装置50は、所定電流発電時の燃料電池11のセル電圧を参照する。具体的には、現在の燃料電池11において、所定電流発電(後述のステップS36参照)と同じ発電を行って、当該発電時のセル電圧を電圧センサ11cで測定し、現在セル電圧として求める。これを、図5を参照して説明すると、所定電流発電B2が最初に実施されて、現在セル電圧が求められている。ここでの所定電流についても、上述のステップS11で説明した通りである。
制御装置50は、上記現在セル電圧から前回セル電圧を減算した電圧が0未満であれば、ステップS33へ進み、0以上であれば、この回復処理を終了する。ここでは、上述のステップS12と同様のことを行っており、現在セル電圧を確認することにより、燃料電池11の回復処理が必要かどうかを判断しており、現在セル電圧が前回セル電圧(所定電圧)以上になったら、回復終了と判断している。
上述したステップS24と同様に、制御装置50が、0.2V時電力、現在の駆動電力及び二次電池22の現在の受入電力を確認し、[(0.2V時電力-駆動電力)<受入電力]である場合、ステップS34へ進み、[(0.2V時電力-駆動電力)≧受入電力]である場合、リターンへ進む。つまり、ここでも、二次電池22へ充電できる容量があるかどうかを判断している。
制御装置50は、二次電池22の現在のSOC(以降、現在SOC)を確認し、[現在SOC≦(セーブSOC-回復SOC/2)]となったとき、ステップS35へ進み、それ以外の場合、つまり、[現在SOC>(セーブSOC-回復SOC/2)]の場合には、リターンへ進む。なお、この回復SOCは、前回又は直前の0.2V発電の電力量から現在の駆動電力量を減算することにより推定している。また、SOCや電力量は、所定の時間での平均値としても良い。
制御装置50は、燃料電池11において、0.2V発電を行って、燃料電池11の劣化の回復を行う。このときは、燃料電池11の劣化の回復が行われるだけでなく、燃料電池11からの出力も大きくなるので、その結果、二次電池22への充電も行われて、二次電池22のSOCも増加することになるが、このセーブモードでは、SOCの変動を抑制する必要があるため、上述した回復SOCだけSOCが増加する所定の発電時間の間、0.2V発電が行われることになる。また、ここでの0.2Vについては、上述のステップS14で述べた通りであり、適宜に変更可能である。
制御装置50は、燃料電池11において、所定電流発電を行う。このような所定電流での発電において、燃料電池11のセル電圧を電圧センサ11cで測定することにより、燃料電池11の回復具合を確認している。所定電流発電後は、ステップS32の条件を満たすまで、ステップS31~S36が繰り返され、燃料電池11の劣化の回復が行われることになる。なお、ここでの所定電流発電は、上述のステップS15で述べたように、二次電池22への充電量としては大きなものではない。
指定なしモード、つまり、チャージモードでもセーブモードでもないモードにおける維持運転及び回復処理について、図1と共に、図6及び図7を参照して説明を行う。なお、この指定なしモードにおいて、回復処理及び出力低下制御下回復処理については、セーブモードと同じであるので、ここでは、図4(b)を参照して、その説明を行う。
制御装置50は、制御ユニット25を用いて、二次電池22のSOCを参照する。
制御装置50は、モード選択スイッチ52の選択がチャージモード又はセーブモードであるかどうかを確認し、チャージモードでもセーブモードでもない場合、ステップS43へ進み、チャージモード又はセーブモードである場合、リターンへ進む。なお、この指定なしモードにおいては、電欠しない最低限のSOCが、セーブSOCとして記憶され、このセーブSOCを維持するように、以降の制御が行われる。
制御装置50は、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きいかどうか、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きいかどうかを確認し、前回の回復処理からの電圧低下幅が所定電圧幅より大きい場合、又は、前回の回復処理からの経過時間が所定時間より大きい場合、ステップS44へ進み、それ以外の場合、つまり、電圧低下幅が所定電圧幅以下の場合、又は、経過時間が所定時間以下の場合、ステップS47へ進む。ここでの電圧低下幅や経過時間については、上述のステップS3で説明した通りである。
制御装置50は、0.2V時電力、現在の駆動電力及び二次電池22の現在の受入電力を確認し、[(0.2V時電力-駆動電力)<受入電力]である場合、ステップS45へ進み、[(0.2V時電力-駆動電力)≧受入電力]である場合、ステップS46へ進む。つまり、二次電池22へ充電できる容量があるかどうかを判断している。ここでの0.2V時電力、駆動電力、受入電力についても、上述のステップS4で説明した通りである。
二次電池22へ充電できる容量がある場合には、ステップS45において、回復処理が行われ、二次電池22へ充電できる容量がない場合には、ステップS46において、出力低下制御下回復処理が行われる。回復処理及び出力低下制御下回復処理については、上述した図4(b)のステップS31~S36を参照して後述する。
回復処理又は出力低下制御下回復処理の終了後、維持運転、即ち、二次電池22のSOCをセーブSOCに維持するように、つまり、電欠しない最低限のSOC(例えば、30%)に維持するように、燃料電池11の運転が行われる。
制御装置50は、所定電流発電時の燃料電池11のセル電圧を参照する。具体的には、現在の燃料電池11において、所定電流発電(後述のステップS36参照)と同じ発電を行って、当該発電時のセル電圧を電圧センサ11cで測定し、現在セル電圧として求める。これを、図7を参照して説明すると、所定電流発電C2が最初に実施されて、現在セル電圧が求められている。ここでの所定電流についても、上述のステップS11で説明した通りである。
制御装置50は、上記現在セル電圧から前回セル電圧を減算した電圧が0未満であれば、ステップS33へ進み、0以上であれば、この回復処理を終了する。ここでは、上述のステップS12と同様のことを行っており、現在セル電圧を確認することにより、燃料電池11の回復処理が必要かどうかを判断しており、現在セル電圧が前回セル電圧(所定電圧)以上になったら、回復終了と判断している。
上述したステップS44と同様に、制御装置50が、0.2V時電力、現在の駆動電力及び二次電池22の現在の受入電力を確認し、[(0.2V時電力-駆動電力)<受入電力]である場合、ステップS34へ進み、[(0.2V時電力-駆動電力)≧受入電力]である場合、リターンへ進む。つまり、ここでも、二次電池22へ充電できる容量があるかどうかを判断している。
制御装置50は、二次電池22の現在SOCを確認し、[現在SOC≦(セーブSOC-回復SOC/2)]となったとき、ステップS35へ進み、それ以外の場合、つまり、[現在SOC>(セーブSOC-回復SOC/2)]の場合には、リターンへ進む。なお、この回復SOCは、前回又は直前の0.2V発電の電力量から現在の駆動電力量を減算することにより推定している。また、SOCや電力量は、所定の時間での平均値としても良い。
制御装置50は、燃料電池11において、0.2V発電を行って、燃料電池11の劣化の回復を行う。このときは、燃料電池11の劣化の回復が行われるだけでなく、燃料電池11からの出力も大きくなるので、その結果、二次電池22への充電も行われて、二次電池22のSOCも増加することになるが、この指定なしモードでは、SOCの変動を抑制する必要があるため、上述した回復SOCだけSOCが増加する所定の発電時間の間、0.2V発電が行われることになる。また、ここでの0.2Vについては、上述のステップS14で述べた通りであり、適宜に変更可能である。
制御装置50は、燃料電池11において、所定電流発電を行う。このような所定電流での発電において、燃料電池11のセル電圧を電圧センサ11cで測定することにより、燃料電池11の回復具合を確認している。所定電流発電後は、ステップS32の条件を満たすまで、ステップS31~S36が繰り返され、燃料電池11の劣化の回復が行われることになる。なお、ここでの所定電流発電は、上述のステップS15で述べたように、二次電池22への充電量としては大きなものではない。
22 二次電池
25 制御ユニット
50 制御装置
52 モード選択スイッチ
Claims (5)
- 燃料電池と、
前記燃料電池から供給される電力により充電が行われる二次電池と、
前記充電の際の電圧より低い電圧で前記燃料電池を発電させて、前記燃料電池の回復処理を行う回復手段と、
前記充電の際の電流より低い電流で前記燃料電池を発電させて、前記燃料電池の電圧を確認する確認手段と、
前記充電の際に前記回復手段と前記確認手段とを交互に実施する制御手段と、
前記燃料電池に供給する燃料ガス及び酸化ガスの湿度を調整する湿度調整手段とを有し、 前記制御手段は、前記回復手段及び前記確認手段を実施する際に、前記湿度調整手段により前記燃料ガス及び前記酸化ガスの湿度を調整前より下げることを実施して、前記燃料電池の内部抵抗を実施前の内部抵抗より高くすることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から前記二次電池への充電の運転モードとして、前記二次電池の充電率を上昇させる第1のモードを選択する選択手段を有し、
前記制御手段は、前記選択手段で前記第1のモードが選択された場合、前記二次電池への充電より先に、前記回復手段と前記確認手段とを交互に実施することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記回復手段と前記確認手段とを交互に連続して実施することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2又は請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記選択手段は、前記運転モードとして、前記二次電池の充電率を維持する第2のモードを有し、
前記制御手段は、前記選択手段で前記第2のモードが選択された場合、前記二次電池の充電率が維持されるように、前記回復手段を間欠的に実施することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、前記確認手段で確認した前記燃料電池の電圧が所定電圧以上となったとき、前記回復手段と前記確認手段の交互実施を終了することを特徴とする燃料電池システム。
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