JP7452502B2 - fuel cell system - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、燃料電池システムに関する。 The technology disclosed herein relates to a fuel cell system.

特許文献1に、燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、モータに電力を供給する燃料電池と、燃料電池にコンバータを介さずに並列に接続された二次電池とを備える。燃料電池と二次電池との間には、リレーが設けられており、リレーを制御することによって、二次電池の充電及び放電が制御されている。 Patent Document 1 discloses a fuel cell system. This fuel cell system includes a fuel cell that supplies power to a motor, and a secondary battery that is connected in parallel to the fuel cell without a converter. A relay is provided between the fuel cell and the secondary battery, and charging and discharging of the secondary battery is controlled by controlling the relay.

特開2006-318818号公報JP2006-318818A

上記した構成では、二次電池が、コンバータを介することなく、燃料電池に接続されている。このような構成であると、燃料電池システムの構成を簡素化することができる。その一方で、燃料電池の出力電圧に応じて、二次電池が受動的に充電又は放電されることから、燃料電池の出力電圧によっては、二次電池が過充電されるおそれがある。この点に関して、燃料電池と二次電池との間にリレーが設けられていると、二次電池が満充電の状態に近づいたときは、リレーを開放することによって、二次電池の過充電を防ぐことができる。しかしながら、比較的に大きな電流が流れている状態でリレーがオンオフされると、リレーの接点が溶着するおそれがある。本明細書では、二次電池がコンバータを介することなく燃料電池に接続された燃料電池システムにおいて、必ずしもリレーを必要とすることなく、二次電池の過充電を回避し得る技術を開示する。 In the above configuration, the secondary battery is connected to the fuel cell without a converter. With such a configuration, the configuration of the fuel cell system can be simplified. On the other hand, since the secondary battery is passively charged or discharged depending on the output voltage of the fuel cell, there is a risk that the secondary battery may be overcharged depending on the output voltage of the fuel cell. In this regard, if a relay is provided between the fuel cell and the secondary battery, when the secondary battery approaches a fully charged state, the relay is opened to prevent overcharging of the secondary battery. It can be prevented. However, if the relay is turned on and off while a relatively large current is flowing, there is a risk that the contacts of the relay will weld. This specification discloses a technique that can avoid overcharging of a secondary battery without necessarily requiring a relay in a fuel cell system in which the secondary battery is connected to a fuel cell without going through a converter.

本明細書が開示する燃料電池システムは、少なくとも一つの負荷に電力を供給する燃料電池と、燃料電池にコンバータを介さずに並列に接続されており、燃料電池の出力電圧に応じて受動的に充電又は放電される二次電池と、燃料電池の出力電圧を監視するとともに、燃料電池の出力電圧が第1の閾値を上回るときに保護動作モードを実行するコントローラと、を備える。保護動作モードでは、少なくとも一つの負荷の一部又は全部に対して、所定の最低消費電力量に対応する動作指令が与えられる。 A fuel cell system disclosed in this specification includes a fuel cell that supplies power to at least one load, and a fuel cell that is connected in parallel to the fuel cell without a converter, passively depending on the output voltage of the fuel cell. It includes a secondary battery that is charged or discharged, and a controller that monitors the output voltage of the fuel cell and executes a protective operation mode when the output voltage of the fuel cell exceeds a first threshold. In the protected operation mode, an operation command corresponding to a predetermined minimum power consumption is given to some or all of at least one load.

前述したように、二次電池が、コンバータを介することなく燃料電池に接続されていると、二次電池は、燃料電池の出力電圧に応じて受動的に充電又は放電される。ここで、燃料電池の出力電圧は、燃料電池の出力電流に応じて変化し、出力電流が小さくなるほど出力電圧は大きくなる。従って、燃料電池に接続された負荷の消費電力が小さく、燃料電池の出力電流も小さくなるときは、燃料電池の出力電圧が大きくなることによって、二次電池が過充電されるおそれがある。この点に関して、上記した燃料電池システムでは、例えば負荷による消費電力が小さく、燃料電池の出力電圧が第1の閾値を上回るときは、コントローラによって保護動作モードが実行される。保護動作モードでは、燃料電池に接続された少なくとも一つの負荷の一部又は全部に対して、所定の最低消費電力量に対応する動作指令が与えられる。その結果、燃料電池の出力電流が上昇し、燃料電池の出力電圧が低下することによって、二次電池の過充電が未然に回避される。なお、出力電圧に係る第1の閾値や、保護動作モードに係る最低消費電力量は、二次電池に許容される充電率(SOC:state of charge)に応じて、適宜定めることができる。このような構成によると、必ずしもリレーを必要とすることなく、二次電池の過充電を回避することができる。 As described above, when the secondary battery is connected to the fuel cell without going through a converter, the secondary battery is passively charged or discharged according to the output voltage of the fuel cell. Here, the output voltage of the fuel cell changes depending on the output current of the fuel cell, and the output voltage becomes larger as the output current becomes smaller. Therefore, when the power consumption of the load connected to the fuel cell is small and the output current of the fuel cell is also small, the output voltage of the fuel cell increases and there is a risk that the secondary battery will be overcharged. In this regard, in the fuel cell system described above, for example, when the power consumption by the load is small and the output voltage of the fuel cell exceeds the first threshold, the controller executes the protective operation mode. In the protected operation mode, an operation command corresponding to a predetermined minimum amount of power consumption is given to some or all of at least one load connected to the fuel cell. As a result, the output current of the fuel cell increases and the output voltage of the fuel cell decreases, thereby preventing overcharging of the secondary battery. Note that the first threshold value related to the output voltage and the minimum power consumption amount related to the protection operation mode can be determined as appropriate depending on the state of charge (SOC) allowed for the secondary battery. According to such a configuration, overcharging of the secondary battery can be avoided without necessarily requiring a relay.

実施例の飛行体の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an aircraft according to an embodiment. 二次電池及び燃料電池の電流-電圧曲線を示す。The current-voltage curves of a secondary battery and a fuel cell are shown.

本技術の一実施形態において、コントローラは、燃料電池の出力電圧が第1の閾値を上回った後に、出力電圧が第2の閾値を下回るときに、保護動作モードを中止してもよい。第2の閾値は、第1の閾値よりも小さくてもよい。このような構成によると、燃料電池の出力電圧が十分に低下した段階で、保護動作モードを中止することができる。これにより、保護動作モードの実行とその中止が、過剰に切り替えられることを抑制することができる。 In one embodiment of the present technology, the controller may discontinue the protected operating mode when the output voltage of the fuel cell exceeds a first threshold and then the output voltage falls below a second threshold. The second threshold may be smaller than the first threshold. According to such a configuration, the protective operation mode can be stopped when the output voltage of the fuel cell has sufficiently decreased. Thereby, it is possible to suppress excessive switching between execution and cancellation of the protection operation mode.

本技術の一実施形態において、コントローラは、燃料電池の起動時においても、保護動作モードを実行してもよい。また、コントローラは、燃料電池の起動開始から所定時間の経過後に、保護動作モードを中止してもよい。このような構成によると、燃料電池の起動時に一定の消費電力量が発生するため、燃料電池を適切に保護することができる。 In one embodiment of the present technology, the controller may execute the protective operating mode even during startup of the fuel cell. Further, the controller may cancel the protection operation mode after a predetermined time has elapsed from the start of activation of the fuel cell. According to such a configuration, a certain amount of power is consumed when starting up the fuel cell, so that the fuel cell can be appropriately protected.

本技術の一実施形態において、少なくとも一つの負荷は、燃料電池システムから電力供給を受ける第1の負荷と、燃料電池システムに含まれる第2の負荷とを含んでよい。保護動作モードでは、第2の負荷に対して動作指令が与えられてよい。 In one embodiment of the present technology, the at least one load may include a first load that receives power from the fuel cell system and a second load that is included in the fuel cell system. In the protected operation mode, an operation command may be given to the second load.

本技術の一実施形態において、第2の負荷は、燃料電池に空気を供給するエアポンプと、燃料電池に冷却水を供給する冷却ポンプと、冷却水から放熱させるための冷却ファンとの少なくとも一つを含んでよい。 In one embodiment of the present technology, the second load is at least one of an air pump that supplies air to the fuel cell, a cooling pump that supplies cooling water to the fuel cell, and a cooling fan that radiates heat from the cooling water. may include.

本技術の一実施形態において、飛行体は、プロペラを駆動するモータと、燃料電池システムと、を備えてよく、モータは、燃料電池が電力を供給する前記少なくとも一つの負荷に含まれてよい。 In one embodiment of the present technology, an air vehicle may include a motor driving a propeller and a fuel cell system, and the motor may be included in the at least one load powered by the fuel cell.

図面を参照して、本実施例の燃料電池システム12について説明する。本実施例の燃料電池システム12は、飛行体10に採用される。飛行体10は、いわゆるマルチコプタである。但し、飛行体10は、マルチコプタに限定されず、プロペラによって揚力を得るヘリコプタであればよい。また、飛行体10は、人が搭乗しない無人の飛行体であってもよく、人が搭乗する有人の飛行体であってもよい。 The fuel cell system 12 of this embodiment will be explained with reference to the drawings. The fuel cell system 12 of this embodiment is employed in the aircraft 10. The flying object 10 is a so-called multicopter. However, the flying object 10 is not limited to a multicopter, and may be any helicopter that obtains lift from a propeller. Further, the flying object 10 may be an unmanned flying object with no humans on board, or a manned flying vehicle with humans on board.

図1に示すように、飛行体10は、燃料電池システム12と、プロペラ14と、モータ16と、を備える。プロペラ14は、モータ16に接続されており、モータ16によって駆動する。プロペラ14がモータ16の動作に応じて回転することによって、飛行体10に揚力が発生する。プロペラ14の数は限定されない。 As shown in FIG. 1, the flying object 10 includes a fuel cell system 12, a propeller 14, and a motor 16. The propeller 14 is connected to and driven by the motor 16. When the propeller 14 rotates in accordance with the operation of the motor 16, lift is generated on the flying object 10. The number of propellers 14 is not limited.

次に、燃料電池システム12について説明する。燃料電池システム12は、燃料電池ユニット18と、電源コントローラ20と、二次電池22と、ダイオード32と、を備える。燃料電池ユニット18は、燃料電池24と、エアポンプ26と、冷却ポンプ28と、冷却ファン30と、を含む。 Next, the fuel cell system 12 will be explained. The fuel cell system 12 includes a fuel cell unit 18, a power controller 20, a secondary battery 22, and a diode 32. Fuel cell unit 18 includes a fuel cell 24, an air pump 26, a cooling pump 28, and a cooling fan 30.

燃料電池24は、不図示の燃料容器から供給された燃料ガスを使用することによって、電気を生成する。燃料電池24は、電力線34を通ってモータ16に接続されている。燃料電池24によって生成された電力は、電力線34を通ってモータ16に供給される。 The fuel cell 24 generates electricity by using fuel gas supplied from a fuel container (not shown). Fuel cell 24 is connected to motor 16 through power line 34 . Electric power generated by fuel cell 24 is supplied to motor 16 through power line 34 .

二次電池22は、電力線34に接続されている。二次電池22は、電力線34を介して燃料電池24に並列に接続され、燃料電池24と共にモータ16に接続されている。燃料電池24と二次電池22との間には、燃料電池24に向かう電流を遮断するためのダイオード32が挿入されている。二次電池22で生成された電流は、ダイオード32によって燃料電池24へ流れることが禁止されるとともに、電力線34を通ってモータ16に供給される。二次電池22は、燃料電池24が生成した電力を充電することもできる。具体的には、二次電池22は、コンバータを介することなく燃料電池24に接続されているため、燃料電池24の電圧に応じて、受動的に充電又は放電される。 Secondary battery 22 is connected to power line 34 . The secondary battery 22 is connected in parallel to the fuel cell 24 via a power line 34, and is connected to the motor 16 together with the fuel cell 24. A diode 32 is inserted between the fuel cell 24 and the secondary battery 22 to cut off the current flowing to the fuel cell 24. The current generated by the secondary battery 22 is prohibited from flowing to the fuel cell 24 by the diode 32, and is supplied to the motor 16 through the power line 34. The secondary battery 22 can also be charged with power generated by the fuel cell 24. Specifically, since the secondary battery 22 is connected to the fuel cell 24 without going through a converter, it is passively charged or discharged according to the voltage of the fuel cell 24.

電源コントローラ20は、燃料電池システム12に電気的に接続されている。電源コントローラ20は、燃料電池24に供給される燃料ガスの量を制御することによって、燃料電池24の出力電力を制御することができる。電源コントローラ20は、燃料電池24から供給された電力によって駆動可能に構成される。 Power supply controller 20 is electrically connected to fuel cell system 12 . The power supply controller 20 can control the output power of the fuel cell 24 by controlling the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 24 . The power supply controller 20 is configured to be driven by electric power supplied from the fuel cell 24.

電源コントローラ20には、第1の閾値Vth1と、第2の閾値Vth2と、上限出力電圧Vmaxとが予め記憶されている。これらの値Vth1,Vth2,Vmaxは、後述する保護動作モードで使用されるパラメータである。電源コントローラ20は、燃料電池24の電圧を監視し、当該電圧が第1の閾値Vth1を上回るときに、保護動作モードを実行する。保護動作モードの詳細については、後段にて説明する。電源コントローラ20は、さらに、燃料電池24の電圧が第1の閾値Vth1を上回った後に、第2の閾値Vth2を下回るときに、保護動作モードを中止する。なお、第2の閾値Vth2は、第1の閾値Vth1よりも小さい。 The power supply controller 20 stores in advance a first threshold value Vth1, a second threshold value Vth2, and an upper limit output voltage Vmax. These values Vth1, Vth2, and Vmax are parameters used in the protection operation mode described later. The power supply controller 20 monitors the voltage of the fuel cell 24, and executes the protection operation mode when the voltage exceeds the first threshold Vth1. Details of the protection operation mode will be explained later. The power supply controller 20 further cancels the protection operation mode when the voltage of the fuel cell 24 exceeds the first threshold Vth1 and then falls below the second threshold Vth2. Note that the second threshold value Vth2 is smaller than the first threshold value Vth1.

エアポンプ26は、空気を燃料電池24に供給する。具体的には、飛行体10の外部の空気が、エアポンプ26によって圧縮され、不図示の空気流路を通じて燃料電池24に供給される。 Air pump 26 supplies air to fuel cell 24 . Specifically, air outside the aircraft 10 is compressed by the air pump 26 and supplied to the fuel cell 24 through an air flow path (not shown).

冷却ポンプ28は、燃料電池24に冷却水を供給する。例えば、冷却ポンプ28は、燃料電池24と不図示のラジエータとの間で冷却水を循環させる。冷却ポンプ28から圧送された冷却水は、不図示の循環経路を通じて、ラジエータと燃料電池24とを順に循環する。即ち、冷却水は、発熱源である燃料電池24を通過して熱を吸収することによって温度が上昇する。その後、冷却水は、ラジエータで空気と熱交換をして冷却される。 Cooling pump 28 supplies cooling water to fuel cell 24 . For example, the cooling pump 28 circulates cooling water between the fuel cell 24 and a radiator (not shown). The cooling water pumped from the cooling pump 28 circulates through the radiator and the fuel cell 24 in order through a circulation path (not shown). That is, the temperature of the cooling water increases as it passes through the fuel cell 24, which is a heat source, and absorbs heat. Thereafter, the cooling water is cooled by exchanging heat with air in a radiator.

冷却ファン30は、例えば循環経路(例えばラジエータ)の近傍に設けられる。冷却ファンによって循環経路に空気が当てられると、冷却水の循環経路を有するラジエータは、冷却水と空気との間で熱交換する。これによって冷却水が放熱する。 The cooling fan 30 is provided, for example, near a circulation path (for example, a radiator). When air is applied to the circulation path by a cooling fan, a radiator having a circulation path for cooling water exchanges heat between the cooling water and the air. This causes the cooling water to radiate heat.

前述したように、二次電池22が、コンバータを介することなく燃料電池24に接続されていると、二次電池22は、燃料電池24の出力電圧に応じて受動的に充電又は放電される。ここで、図2に、燃料電池24の電流-電圧曲線(以下、「IV曲線」と称することがある)L1と、二次電池22のIV曲線L2と、を示す。図2のIV曲線L1が示すように、燃料電池24の出力電圧は、燃料電池24の出力電流に応じて変化し、出力電流が小さくなるほど出力電圧は大きくなる。従って、燃料電池24に接続された負荷の消費電力が小さく、燃料電池24の出力電流も小さくなるときは、燃料電池24の出力電圧が大きくなることによって、二次電池22が過充電されるおそれがある。 As described above, when the secondary battery 22 is connected to the fuel cell 24 without using a converter, the secondary battery 22 is passively charged or discharged according to the output voltage of the fuel cell 24. Here, FIG. 2 shows a current-voltage curve (hereinafter sometimes referred to as "IV curve") L1 of the fuel cell 24 and an IV curve L2 of the secondary battery 22. As shown by the IV curve L1 in FIG. 2, the output voltage of the fuel cell 24 changes depending on the output current of the fuel cell 24, and the smaller the output current, the larger the output voltage. Therefore, when the power consumption of the load connected to the fuel cell 24 is small and the output current of the fuel cell 24 is also small, there is a risk that the secondary battery 22 will be overcharged due to the increase in the output voltage of the fuel cell 24. There is.

上記の問題に関して、本実施例の飛行体10では、例えば負荷による消費電力が小さく、燃料電池24の出力電圧が第1の閾値Vth1を上回るときは、電源コントローラ20によって保護動作モードが実行される。図2を参照して、電源コントローラ20が実行する保護動作モードの処理について説明する。 Regarding the above problem, in the flying object 10 of this embodiment, for example, when the power consumption by the load is small and the output voltage of the fuel cell 24 exceeds the first threshold value Vth1, the power supply controller 20 executes the protective operation mode. . With reference to FIG. 2, the protection operation mode processing executed by the power supply controller 20 will be described.

保護動作モードでは、燃料電池24に接続された負荷に対して、所定の最低消費電力量P1に対応する動作指令が与えられる。ここでいう燃料電池24に接続された負荷は、例えば、エアポンプ26、冷却ポンプ28、及び、冷却ファン30のうち、少なくとも一つ又は全部である。エアポンプ26といった負荷は、電源コントローラ20による動作指令を受けて、最低消費電力量P1以上の電力を消費するように動作する。 In the protection operation mode, an operation command corresponding to a predetermined minimum power consumption P1 is given to the load connected to the fuel cell 24. The load connected to the fuel cell 24 here is, for example, at least one or all of the air pump 26, the cooling pump 28, and the cooling fan 30. A load such as the air pump 26 receives an operation command from the power supply controller 20 and operates so as to consume power equal to or more than the minimum power consumption amount P1.

最低消費電力量P1は、燃料電池24のIV曲線L1と、二次電池22のIV曲線L2とに基づいて定めることができる。二次電池22のIV曲線L2に示すように、二次電池22の開放電圧(電流がゼロとなるときの出力電圧)は、二次電池22の充電率に応じて変化し、二次電池22の充電率が大きくなるほど、二次電池22の開放電圧は高くなる。また、二次電池22の充電率には、過充電を避けるために、許容される上限値が定められている。例えば、二次電池22の充電率が上限値にあるときに、二次電池22の開放電圧がVmaxになるとする。この場合、燃料電池24の出力電圧が、当該電圧値Vmaxを上回ると、二次電池22の充電率がその上限値を上回ってしまう。従って、燃料電池24の出力電圧は、当該電圧値Vmax以下に制限される必要があり、以下では上限出力電圧Vmaxと称する。そして、燃料電池24のIV曲線L1に示されるように、燃料電池24の出力電圧を、上限出力電圧Vmax以下に制限するためには、燃料電池24の出力電流をImin以上に維持すればよく、以下では下限出力電流Iminと称する。従って、最低消費電力量P1は、燃料電池24の出力電流が下限出力電流Imin以上となるように、適宜定めることができる。なお、最低消費電力量P1の下限値は、燃料電池24の上限出力電圧Vmaxに、当該上限出力電圧Vmaxに対応する燃料電池24の下限出力電流Iminを乗じた値である。即ち、最低消費電力量P1は、図2の点a1(Imin、Vmax)、点a2(0、Vmax)、点a3(0、0)、点a4(Imin、0)によって囲まれる領域Pの面積に等しい。 The minimum power consumption amount P1 can be determined based on the IV curve L1 of the fuel cell 24 and the IV curve L2 of the secondary battery 22. As shown in the IV curve L2 of the secondary battery 22, the open circuit voltage (output voltage when the current becomes zero) of the secondary battery 22 changes depending on the charging rate of the secondary battery 22, and The higher the charging rate of the secondary battery 22, the higher the open circuit voltage of the secondary battery 22 becomes. Furthermore, an allowable upper limit value is set for the charging rate of the secondary battery 22 in order to avoid overcharging. For example, assume that the open-circuit voltage of the secondary battery 22 becomes Vmax when the charging rate of the secondary battery 22 is at the upper limit value. In this case, if the output voltage of the fuel cell 24 exceeds the voltage value Vmax, the charging rate of the secondary battery 22 will exceed its upper limit. Therefore, the output voltage of the fuel cell 24 needs to be limited to the voltage value Vmax or less, and is hereinafter referred to as the upper limit output voltage Vmax. As shown in the IV curve L1 of the fuel cell 24, in order to limit the output voltage of the fuel cell 24 to below the upper limit output voltage Vmax, it is sufficient to maintain the output current of the fuel cell 24 above Imin. Hereinafter, this will be referred to as the lower limit output current Imin. Therefore, the minimum power consumption P1 can be appropriately determined so that the output current of the fuel cell 24 is equal to or higher than the lower limit output current Imin. Note that the lower limit value of the minimum power consumption P1 is a value obtained by multiplying the upper limit output voltage Vmax of the fuel cell 24 by the lower limit output current Imin of the fuel cell 24 corresponding to the upper limit output voltage Vmax. That is, the minimum power consumption P1 is the area of the region P surrounded by the point a1 (Imin, Vmax), the point a2 (0, Vmax), the point a3 (0, 0), and the point a4 (Imin, 0) in FIG. be equivalent to.

上述したように、電源コントローラ20は、燃料電池24の出力電圧が第1の閾値Vth1を上回るときに、保護動作モードを実行する。保護動作モードによって、燃料電池24に接続された負荷に対して、最低消費電力量P1に対応する動作指令が与えられる。その結果、燃料電池24の出力電流が上昇し、燃料電池24の出力電圧が低下する。即ち、燃料電池24の出力電圧と出力電流との関係は、第1の閾値Vth1に対応する点a5から、燃料電池24のIV曲線に沿って、矢印x1の方向に移動する。このように、燃料電池24の出力電圧が低下することによって、燃料電池24の出力電圧と出力電流との関係が、点a5から燃料電池のIV曲線に沿って矢印x2の方向に移動することが抑制される。即ち、燃料電池24の出力電圧が、二次電池22に過充電を発生させ得る上限出力電圧Vmaxに到達しないため、二次電池22の過充電が未然に回避される。このような構成によると、必ずしもリレーを必要とすることなく、二次電池22の過充電を回避することができる。 As described above, the power supply controller 20 executes the protection operation mode when the output voltage of the fuel cell 24 exceeds the first threshold value Vth1. In the protective operation mode, an operation command corresponding to the minimum power consumption P1 is given to the load connected to the fuel cell 24. As a result, the output current of the fuel cell 24 increases and the output voltage of the fuel cell 24 decreases. That is, the relationship between the output voltage and the output current of the fuel cell 24 moves in the direction of the arrow x1 along the IV curve of the fuel cell 24 from a point a5 corresponding to the first threshold value Vth1. In this way, as the output voltage of the fuel cell 24 decreases, the relationship between the output voltage and the output current of the fuel cell 24 can move from point a5 in the direction of arrow x2 along the IV curve of the fuel cell. suppressed. That is, since the output voltage of the fuel cell 24 does not reach the upper limit output voltage Vmax that can cause overcharging of the secondary battery 22, overcharging of the secondary battery 22 is avoided. According to such a configuration, overcharging of the secondary battery 22 can be avoided without necessarily requiring a relay.

第1の閾値Vth1は、例えば不可避的な誤差の存在を考慮して、上限出力電圧Vmaxに一定の余裕(即ちマージン)を与えて設定される。不可避的な誤差とは、例えば、電源コントローラ20が、燃料電池24に接続された負荷に動作指令を与えたときの各負荷の応答時間、燃料電池24の電圧変化速度等に起因するものである。 The first threshold value Vth1 is set by giving a certain margin to the upper limit output voltage Vmax, for example, taking into consideration the existence of unavoidable errors. Unavoidable errors are, for example, those caused by the response time of each load when the power supply controller 20 gives an operation command to the loads connected to the fuel cell 24, the rate of voltage change of the fuel cell 24, etc. .

また、保護動作モードが実行されることによって、二次電池22の過充電を回避するだけでなく、燃料電池24の触媒劣化も抑制することができる。一般に、燃料電池の出力電圧が所定の値を上回ると、燃料電池の触媒劣化が促進される。この点に関して、本実施例では、電源コントローラ20は、燃料電池24の出力電圧が第1の閾値Vth1を上回るときに、保護動作モードを実行する。その結果、燃料電池24の出力電流が上昇し、燃料電池24の出力電圧が低下する。これによって、燃料電池24の触媒劣化が抑制される。 Moreover, by executing the protection operation mode, not only can overcharging of the secondary battery 22 be avoided, but also catalyst deterioration of the fuel cell 24 can be suppressed. Generally, when the output voltage of a fuel cell exceeds a predetermined value, catalyst deterioration of the fuel cell is accelerated. In this regard, in this embodiment, the power supply controller 20 executes the protection operation mode when the output voltage of the fuel cell 24 exceeds the first threshold Vth1. As a result, the output current of the fuel cell 24 increases and the output voltage of the fuel cell 24 decreases. This suppresses deterioration of the catalyst in the fuel cell 24.

電源コントローラ20が保護動作モードを実行することによって、例えば、エアポンプ26に最低消費電力量P1に対応する動作指令が与えられた場合、エアポンプ26は、空気の入口弁と出口弁との開度を大きくする。このとき、エアポンプ26が取り込んだ空気は、燃料電池24に流入する前に必要に応じて分流されるため、燃料電池24へ流入する空気の流量は変化しない。即ち、燃料電池24内の反応速度は変化しない。従って、エアポンプ26は、燃料電池24へ流入するエアの流量を変化させることなく、エアポンプ26全体における空気の入出量を増加させ、消費電力を増やすことができる。その結果、燃料電池24の出力電流が上昇し、燃料電池24の出力電圧が低下する。これによって、二次電池22の過充電が未然に回避されるとともに、燃料電池24の触媒劣化が抑制される。 For example, when the power supply controller 20 executes the protection operation mode and the air pump 26 is given an operation command corresponding to the minimum power consumption P1, the air pump 26 adjusts the opening degrees of the air inlet valve and outlet valve. Enlarge. At this time, the air taken in by the air pump 26 is divided as necessary before flowing into the fuel cell 24, so the flow rate of the air flowing into the fuel cell 24 does not change. That is, the reaction rate within the fuel cell 24 does not change. Therefore, the air pump 26 can increase the amount of air flowing into and out of the air pump 26 as a whole, without changing the flow rate of air flowing into the fuel cell 24, thereby increasing power consumption. As a result, the output current of the fuel cell 24 increases and the output voltage of the fuel cell 24 decreases. This prevents overcharging of the secondary battery 22 and suppresses catalyst deterioration of the fuel cell 24.

他の例として、例えば、冷却ポンプ28に、最低消費電力量P1に対応する動作指令が与えられた場合、ポンプの回転数を上げることによって、消費電力を増やすことができる。また、例えば、冷却ファン30に、最低消費電力量P1に対応する動作指令が与えられた場合、ファンの回転数を上げることによって、消費電力を増やすことができる。これらの場合、冷却ポンプ28によって燃料電池24に供給される冷却水の冷却効率が向上する。 As another example, when an operation command corresponding to the minimum power consumption P1 is given to the cooling pump 28, the power consumption can be increased by increasing the rotation speed of the pump. Further, for example, when the cooling fan 30 is given an operation command corresponding to the minimum power consumption amount P1, the power consumption can be increased by increasing the rotation speed of the fan. In these cases, the cooling efficiency of the cooling water supplied to the fuel cell 24 by the cooling pump 28 is improved.

保護動作モードが実行されることによって、エアポンプ26、冷却ポンプ28、及び、冷却ファン30のうち、いずれの装置に動作指令を与えるのかは、例えば、それぞれ装置によって発生する消費電力に応じて決定されてよい。例えば、エアポンプ26は比較的に消費電力が大きいため、優先的に動作指令が与えられてよい。 When the protection operation mode is executed, which of the air pump 26, the cooling pump 28, and the cooling fan 30 is given an operation command is determined depending on, for example, the power consumption generated by each device. It's fine. For example, since the air pump 26 consumes relatively large power, an operation command may be given to it preferentially.

電源コントローラ20は、さらに、燃料電池24の出力電圧が第1の閾値Vth1を上回った後に、出力電圧が第2の閾値Vth2を下回るときに、保護動作モードを中止する。図2に示されるように、第2の閾値Vth2は、第1の閾値Vth1よりも小さい。このような構成によると、燃料電池の出力電圧が十分に低下した段階で、保護動作モードを中止することができる。これにより、保護動作モードの実行とその中止が、過剰に切り替えられることを抑制することができる。第2の閾値Vth2は、例えば燃料電池24の電圧変化速度を考慮して、第1の閾値Vth1に一定の余裕を与えて設定される。変形例では、第2の閾値Vth2は、第1の閾値Vth1に等しくてもよい。 The power supply controller 20 further cancels the protection operation mode when the output voltage of the fuel cell 24 exceeds the first threshold Vth1 and then falls below the second threshold Vth2. As shown in FIG. 2, the second threshold Vth2 is smaller than the first threshold Vth1. According to such a configuration, the protective operation mode can be stopped when the output voltage of the fuel cell has sufficiently decreased. Thereby, it is possible to suppress excessive switching between execution and cancellation of the protection operation mode. The second threshold value Vth2 is set by giving a certain margin to the first threshold value Vth1, taking into account, for example, the voltage change rate of the fuel cell 24. In a modification, the second threshold Vth2 may be equal to the first threshold Vth1.

電源コントローラ20は、上述したような燃料電池24の出力電圧が第1の閾値Vth1を上回った後のタイミングだけでなく、燃料電池24の起動開始のタイミングにおいても、保護動作モードを実行する。燃料電池24の出力電圧が第1の閾値Vth1を上回った後に実行される保護動作モードでは、エアポンプ26、冷却ポンプ28、及び、冷却ファン30のうち少なくとも一つに対して最低消費電力量P1に対応する動作指令を与えるが、燃料電池24の起動時に実行される保護動作モードでは、上記に加えて、或いは上記に代えて、モータ16に動作指令が与えられてもよい。 The power supply controller 20 executes the protection operation mode not only at the timing after the output voltage of the fuel cell 24 exceeds the first threshold value Vth1 as described above, but also at the timing when the fuel cell 24 starts to be activated. In the protective operation mode executed after the output voltage of the fuel cell 24 exceeds the first threshold value Vth1, the minimum power consumption P1 is set for at least one of the air pump 26, the cooling pump 28, and the cooling fan 30. A corresponding operation command is given, but in the protective operation mode executed when the fuel cell 24 is started, an operation command may be given to the motor 16 in addition to or in place of the above.

モータ16に、最低消費電力量P1に対応する動作指令が与えられた場合、モータ16の回転数が増加することに応じて、プロペラ14の回転数が増加する。前述したように、プロペラ14の回転によって飛行体10には揚力が発生する。しかしながら、最低消費電力量P1が比較的に小さければ、モータ16によって最低消費電力量P1が消費されても、飛行体10の離陸に必要な揚力が発生することはない。そのため、例えば燃料電池24の起動時に保護動作モードを実行するときは、モータ16(及びプロペラ14)によって最低消費電力量P1を消費させたとしても、飛行体10は離陸することなく陸上でモータ16(及びプロペラ14)を回転させる状態となる。このように、飛行体10は、意図しない離陸をすることなく、モータ16によって消費電力を増やすことができる。このために、燃料電池24を適切に保護することができる。 When the motor 16 is given an operation command corresponding to the minimum power consumption P1, the rotation speed of the propeller 14 increases as the rotation speed of the motor 16 increases. As described above, the rotation of the propeller 14 generates lift on the flying object 10. However, if the minimum power consumption amount P1 is relatively small, even if the minimum power consumption amount P1 is consumed by the motor 16, the lift force necessary for takeoff of the aircraft 10 will not be generated. Therefore, for example, when executing the protective operation mode when starting up the fuel cell 24, even if the motor 16 (and propeller 14) consumes the minimum amount of power P1, the aircraft 10 does not take off and the motor 16 is operated on land without taking off. (and the propeller 14) will be in a state of rotation. In this way, the aircraft 10 can increase power consumption by the motor 16 without taking off unintentionally. For this reason, the fuel cell 24 can be appropriately protected.

電源コントローラ20は、燃料電池24の起動時に保護動作モードを実行する場合、燃料電池24の起動開始から所定時間の経過後に、保護動作モードを中止するとよい。この場合、その所定時間は、燃料電池24が適切に起動されるのに要する時間を考慮し、燃料電池24の構造等に応じて適宜定めることができる。 When the power supply controller 20 executes the protection operation mode when starting the fuel cell 24, it is preferable to cancel the protection operation mode after a predetermined period of time has elapsed from the start of the start of the fuel cell 24. In this case, the predetermined time can be determined as appropriate depending on the structure of the fuel cell 24 and the like, taking into consideration the time required for the fuel cell 24 to be properly activated.

本実施例の飛行体10において、燃料電池24と二次電池22との間には、リレーが設けられてもよい。本明細書が開示する技術によると、リレーが存在する場合であっても、リレーが動作する頻度が比較的に減少する。そのために、リレーの接点が溶着することが抑制され得る。 In the aircraft 10 of this embodiment, a relay may be provided between the fuel cell 24 and the secondary battery 22. According to the technology disclosed in this specification, even if a relay is present, the frequency at which the relay operates is relatively reduced. Therefore, welding of the contacts of the relay can be suppressed.

以上、本技術の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although the embodiments of the present technology have been described above in detail, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and changes to the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. Further, the techniques illustrated in this specification or the drawings simultaneously achieve a plurality of objectives, and achieving one of the objectives has technical utility in itself.

10:飛行体
12:燃料電池システム
14:プロペラ
16:モータ
18:燃料電池ユニット
20:電源コントローラ
22:二次電池
24:燃料電池
26:エアポンプ
28:冷却ポンプ
30:冷却ファン
32:ダイオード
34:電力線
10: Aircraft 12: Fuel cell system 14: Propeller 16: Motor 18: Fuel cell unit 20: Power controller 22: Secondary battery 24: Fuel cell 26: Air pump 28: Cooling pump 30: Cooling fan 32: Diode 34: Power line

Claims (8)

少なくとも一つの負荷に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池にコンバータを介さずに並列に接続されており、前記燃料電池の出力電圧に応じて受動的に充電又は放電される二次電池と、
前記燃料電池の前記出力電圧を監視するとともに、前記燃料電池の前記出力電圧が第1の閾値を上回るときに保護動作モードを実行するコントローラと、を備え、
前記保護動作モードでは、前記少なくとも一つの負荷の一部又は全部に対して、所定の最低消費電力量に対応する動作指令が与えられる、
燃料電池システム。
a fuel cell for powering at least one load;
a secondary battery that is connected in parallel to the fuel cell without a converter and passively charged or discharged according to the output voltage of the fuel cell;
a controller that monitors the output voltage of the fuel cell and executes a protected operating mode when the output voltage of the fuel cell exceeds a first threshold;
In the protected operation mode, an operation command corresponding to a predetermined minimum power consumption is given to some or all of the at least one load.
fuel cell system.
前記コントローラは、前記燃料電池の前記出力電圧が前記第1の閾値を上回った後に、前記出力電圧が第2の閾値を下回るときに、前記保護動作モードを中止する、請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell according to claim 1, wherein the controller discontinues the protective operation mode when the output voltage of the fuel cell exceeds the first threshold and then falls below a second threshold. battery system. 前記第2の閾値は、前記第1の閾値よりも小さい、請求項2に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein the second threshold is smaller than the first threshold. 前記コントローラは、前記燃料電池の起動時においても、前記保護動作モードを実行する、請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the controller executes the protective operation mode even when starting up the fuel cell. 前記コントローラは、前記燃料電池の起動開始から所定時間の経過後に、前記保護動作モードを中止する、請求項4に記載の燃料電池システム。 5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the controller cancels the protective operation mode after a predetermined time has elapsed from the start of activation of the fuel cell. 前記少なくとも一つの負荷は、前記燃料電池システムから電力供給を受ける第1の負荷と、前記燃料電池システムに含まれる第2の負荷とを含み、
前記保護動作モードでは、前記第2の負荷に対して前記動作指令が与えられる、請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
The at least one load includes a first load receiving power supply from the fuel cell system and a second load included in the fuel cell system,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein in the protective operation mode, the operation command is given to the second load.
第2の負荷は、前記燃料電池に空気を供給するエアポンプと、前記燃料電池に冷却水を供給する冷却ポンプと、前記冷却水から放熱させるための冷却ファンとの少なくとも一つを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 Claim: The second load includes at least one of an air pump that supplies air to the fuel cell, a cooling pump that supplies cooling water to the fuel cell, and a cooling fan that radiates heat from the cooling water. 7. The fuel cell system according to any one of 1 to 6. プロペラを駆動するモータと、
請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料電池システムと、
を備え、
前記モータは、前記燃料電池が電力を供給する前記少なくとも一つの負荷に含まれる、
飛行体。
A motor that drives a propeller,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
Equipped with
the motor is included in the at least one load to which the fuel cell supplies power;
flying object.
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