KR20180113928A

KR20180113928A - 연료 전지 시스템

Info

Publication number: KR20180113928A
Application number: KR1020180039074A
Authority: KR
Inventors: 료스케 오야
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2018-10-17
Also published as: US20180290559A1; KR102211693B1; US10882406B2; DE102018107816A1; CN108695920A

Abstract

제1 승압 컨버터(20) 및 제2 승압 컨버터(45)를 제어하는 제어 장치(60)는 제2 승압 컨버터(45)의 입력 전압에 대한 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 소정 상태가 검지된 경우, 제2 승압 컨버터(45)의 입력측 및 출력측 중 적어도 한쪽의 전압과, 제1 승압 컨버터(20)의 최소 승압비 이상인 제1 값을 사용하여 연료 전지(10)의 목표 출력 전압을 구하고, 연료 전지(10)의 출력 전압이 그 목표 출력 전압 이하로 되도록 연료 전지(10)을 제어한다.

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료 전지와 이차 전지의 각각에 승압 컨버터가 설치된 연료 전지 시스템에 관한 것이다.

반응 가스의 공급을 받아서 발전하는 연료 전지와, 이차 전지와, 이들 연료 전지 및 이차 전지의 출력측에 각각 설치된 승압 컨버터를 구비한 연료 전지 시스템에 관한 관련 기술이 존재한다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2016-10268 참조).

이러한 종류의 연료 전지 시스템에서는, 예를 들어 차량에 탑재된 경우를 예로 들면, 도 7의 흐름도에 도시하는 바와 같이, 유저 요구인 액셀러레이터 개방도나, 연료 전지에 에어를 공급하는 공기 압축기 등의 고전압 보조 기기의 상태 등으로부터 시스템 요구 출력을 산출하고, 이 시스템 요구 출력을 연료 전지에 대한 요구 출력과 이차 전지에 대한 요구 출력으로 분배하고, 각각에 분배된 요구 출력에 대응하도록 연료 전지측의 승압 컨버터(이하, FDC)와 이차 전지측의 승압 컨버터(이하, BDC)에 의해 연료 전지와 이차 전지의 각 출력 전압이 각각 소정의 전압(예를 들어, 650V)까지 승압되어, 트랙션 모터의 출력이나 고전압 보조 기기의 출력으로 요구 출력이 소비된다.

이러한 연료 전지 시스템에 있어서, 예를 들어 FDC 및 BDC와 구동 모터 및 고전압 보조 기기와의 사이의 고전압 회로에 고장이 발생하거나, 고전압 회로에 결선 이상이 발생하거나, BDC의 입력 전압 및 출력 전압을 각각 측정하는 센서의 특성에 이상이 발생하거나 하면, BDC에 의한 이차 전지 출력 전압의 승압 동작을 제한하고, BDC를 직결 상태, 달리 말하자면 도통 상태로 하는 제어가 행해지는 경우가 있다.

이와 같이, BDC가 통전 가능하지만 BDC의 입력 전압과 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 상태에 있는 경우에 있어서, 연료 전지의 출력 전압을 시스템 요구 출력에 대응하는 전압까지 FDC에 의해 승압해버리면, BDC의 입력측 및 출력측에 과전압 이상을 초래해 버리기 때문에, 연료 전지의 출력 전압도 FDC로 승압할 수 없는 상태에 빠지는 경우가 있다. 이러한 상태에 빠지면, 연료 전지의 출력과 이차 전지의 충방전이 교착하여, 연료 전지의 출력 전류 및 출력 전압이 진행에 따른 동작점으로 되어버리기 때문에, 연료 전지의 출력 제어가 곤란해진다.

본 발명은 이차 전지측의 승압 컨버터가 통전 가능하지만 입력 전압과 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 상태로 된 경우일지라도, 연료 전지의 출력 제어가 가능한 연료 전지 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 연료 전지 시스템은, 부하에의 전력 공급원으로서 연료 전지 및 이차 전지를 구비한 연료 전지 시스템이며, 상기 연료 전지의 출력 전압을 승압하는 제1 승압 컨버터와, 상기 이차 전지의 출력 전압을 승압하는 제2 승압 컨버터와, 상기 제2 승압 컨버터의 입력측 및 출력측 중 적어도 한쪽의 전압을 계측하는 계측부와, 상기 연료 전지, 상기 제1 승압 컨버터 및 상기 제2 승압 컨버터를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제1 승압 컨버터의 출력측과 상기 제2 승압 컨버터의 출력측이 전기적으로 접속되어 있고, 상기 제어 장치는, 상기 제2 승압 컨버터의 입력 전압에 대한 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 소정 상태를 검지하는 검지부와, 상기 소정 상태가 검지된 경우에, 상기 제2 승압 컨버터를 도통 상태로 하고, 상기 계측부에서 계측된 상기 제2 승압 컨버터의 입력측 및 출력측 중 적어도 한쪽의 전압과, 상기 제1 승압 컨버터의 입력 전압에 대한 출력 전압의 비가 상기 제1 승압 컨버터의 승압 동작이 보증되는 범위에서 최소로 되는 최소 승압비 이상인 제1 값을 사용하여 상기 연료 전지의 목표 출력 전압을 산출하는 산출부를 구비하고, 상기 연료 전지의 출력 전압이 상기 산출부에서 산출된 목표 출력 전압 이하로 되도록 상기 연료 전지를 제어하는 것이다.

상기 양태에 있어서, 상기 제1 값은, 상기 제1 승압 컨버터의 최소 승압비여도 된다.

상기 양태에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 상태가 검지된 경우에, 상기 연료 전지의 출력 전압이 상기 목표 출력 전압 이하의 일정값으로 되도록 상기 연료 전지를 제어해도 된다.

상기 양태에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 연료 전지에 공급하는 산화 가스의 공급량을 조정하여 상기 연료 전지로부터 출력되는 전력을 제어해도 된다.

본 발명의 연료 전지 시스템에 의하면, 제2 승압 컨버터로 그 입력 전압과 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 상태로 된 경우일지라도, 연료 전지의 출력 제어가 가능하게 된다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템의 시스템 구성도이다.
도 2는 연료 전지 시스템의 제어 장치 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 제어 장치에 의한 제어의 일례를 설명하는 흐름도이다.
도 4는 정상 시에 있어서의 연료 전지 시스템의 전압 상태를 설명하는 시스템 구성도이다.
도 5는 이상 발생 시에 있어서의 종래의 연료 전지 시스템의 전압 상태를 설명하는 시스템 구성도이다.
도 6은 이상 발생 시에 있어서의 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템의 전압 상태를 설명하는 시스템 구성도이다.
도 7은 제어 장치에 의한 정상 시의 제어의 일례를 설명하는 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템의 개략 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 연료 전지 시스템(100)은 연료 전지(10), FC 승압 컨버터(제1 승압 컨버터)(20), FC 릴레이 회로(30), 파워 컨트롤 유닛(PCU)(40), 이차 전지(50), 제어 장치(60), 이차 전지용 릴레이 회로(70), 보조 배터리(105), 공기 압축기(부하)MG1 및 트랙션 모터(부하)(MG2)를 구비한다.

연료 전지(10)는 반응 가스인 수소와 산소를 반응시켜서 발전하는 전지이다. 연료 전지 시스템(100)을 탑재한 차량은, 반응 가스로서의 수소(연료 가스)를 저류한 수소 탱크(도시 생략)를 갖고, 당해 수소 탱크로부터 연료 전지(10)에 수소가 공급된다. 공기 압축기(MG1)에 의해 대기 중의 공기가 압축되어, 반응 가스로서의 산소(산화 가스)를 포함하는 공기가 공기 압축기(MG1)로부터 연료 전지(10)에 공급된다.

FC 승압 컨버터(20)는 연료 전지(10)가 출력하는 전압을, 공기 압축기(MG1) 및 트랙션 모터(MG2)의 구동 전압까지 승압시키는 승압 컨버터이다. 이 FC 승압 컨버터(20)는 연료 전지(10)의 출력 전압, 바꿔 말하면, FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압을 일정하게 제어 가능한 컨버터이다.

트랙션 모터(MG2)는, 연료 전지 시스템(100)을 탑재하고 있는 차량의 타이어를 구동시켜서, 차량을 주행시키는 모터이다. 트랙션 모터(MG2)는, 연료 전지(10) 또는/및 이차 전지(50)로부터 공급되는 전력에 의해 구동된다.

FC 릴레이 회로(30)는 FC 승압 컨버터(20)와 PCU(40) 간의 전기적인 접속과 차단을 전환하는 회로이다. FC 릴레이 회로(30)는 FC 승압 컨버터(20)와 PCU(40) 사이에 배치되어 있다.

PCU(40)는, 제어 장치(60)로부터 송신된 제어 신호에 기초하여, 연료 전지 시스템(100)에 있어서의 각 부에 송전하는 전력량을 제어한다. PCU(40)는, 제2 콘덴서(41), 이차 전지 승압 컨버터(제2 승압 컨버터)(45), 및 IPM(Intelligent Power Module)(48)을 갖고 있다. 제2 콘덴서(41)는 평활용 축전부이다.

이차 전지 승압 컨버터(45)는 이차 전지(50)가 출력하는 전압을 공기 압축기(MG1) 및 트랙션 모터(MG2)의 구동 전압까지 승압시키는 컨버터이다. 이 이차 전지 승압 컨버터(45)는 소정의 고장 모드일 때는 도통 제어에 의해 통전 가능한 승압 컨버터이다.

예를 들어, FC 승압 컨버터(20) 및 이차 전지 승압 컨버터(45)와, 공기 압축기(MG1) 및 트랙션 모터(MG2)와의 사이의 고전압 회로에 고장이 발생되어 있는 상태나, 이 고전압 회로에 결선 이상이 발생되어 있는 상태나, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력 전압 및 출력 전압을 각각 측정하는 센서(도시 생략)의 특성에 이상이 발생되어 있는 상태 등이 고장 모드에 해당한다. 고장 모드는, 이차 전지 승압 컨버터(45)에 의해 그 입력 전압에 대한 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 상태라고 할 수도 있다.

IPM(48)은, 전기 부하인 공기 압축기(MG1) 및 트랙션 모터(MG2)에 접속된 파워 모듈이다.

이차 전지(50)는 연료 전지(10)의 발전에 의해 얻어진 전력이나 트랙션 모터(MG2)의 회생 전력을 일시적으로 축적하는 전지이다. 이차 전지(50)에 축적된 전력은, 연료 전지 시스템(100)이 구비하는 각 구성의 구동 전력으로서 사용된다. 이차 전지용 릴레이 회로(70)는 이차 전지(50)와 PCU(40)의 전기적인 접속과 차단을 전환하는 릴레이 회로이다.

보조 기기 소비 가능 디바이스(90)는 연료 전지(10)로 발전한 전력을 소비 가능한 장치이며, 보조 기기 모터(25, 26)와, 보조 기기 인버터(23, 24)와, 물 가열 히터(27)를 갖는다. 보조 기기 모터(25)는 연료 전지(10)의 수소 가스 유로로부터 배출된 수소 오프 가스를 연료 전지(10)에 환류시키기 위한 수소 펌프를 구동하는 모터이다. 보조 기기 모터(26)는 연료 전지(10)의 온도 조절에 사용되는 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 펌프를 구동하는 모터이다.

보조 기기 인버터(23, 24)는, 각각 직류 전류를 3상 교류로 변환하여 보조 기기 모터(25, 26)에 공급한다. 또한, 연료 전지 시스템(100)은 보조 기기로서 보조 기기 인버터(28) 및 에어컨(29)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 전력을 소비하는 「보조 기기」는, 보조 기기 모터(25, 26), 보조 기기 인버터(23, 24), 물 가열 히터(27), 보조 기기 인버터(28), 에어컨(29)의 예에 한정되지 않고, 기타의 전력 소비 가능한 장치를 포함한다.

보조 배터리(105)는 이차 전지(50)로부터 공급된 전력을 일시적으로 축적하는 보조 기기용의 전지이며, DC/DC 컨버터(106)를 통하여 이차 전지(50)의 회로에 접속되어 있다. 보조 배터리(105)에 축적된 전력은, 보조 기기를 구동시키기 위하여 사용된다.

제어 장치(60)는 연료 전지 시스템(100)의 각종 기기의 동작을 제어하는 컴퓨터 시스템이다. 제어 장치(60)는 연료 전지 시스템(100)을 통합 제어하기 위한 컴퓨터 시스템이며, 예를 들어 CPU, RAM, ROM 등을 갖고 있다. 제어 장치(60)는 각종 센서로부터 공급되는 신호(예를 들어, 액셀러레이터 개방도를 나타내는 신호, 차속을 나타내는 신호, 연료 전지(10)의 출력 전류나 출력 전압을 나타내는 신호 등)의 입력을 받아, 공기 압축기(MG1), 트랙션 모터(MG2) 등을 포함하는 부하 전체의 요구 전력을 산출한다.

이상 설명한 연료 전지(10), 이차 전지(50), FC 승압 컨버터(20), 및 이차 전지 승압 컨버터(45)를 구비한 연료 전지 시스템(100)에 있어서, 상기 고장 모드인 것이 검지되면, 이차 전지(50)뿐만 아니라 연료 전지(10)의 출력 전압도 승압시킬 수 없는 상태에 빠져서, 연료 전지(10)의 출력을 제어하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

본 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템(100)은 제어 장치(60)가 하기의 구성을 구비하고 있어, 이러한 고장 모드에 대응 가능하다.

도 2는, 제어 장치(60)의 구성을 설명하는 블록도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제어 장치(60)는 이차 전지 이상 검지부(검지부)(61), 이차 전지 전압 계측부(계측부)(62), 목표 전압 산출부(산출부)(63), 승압 컨버터 제어부(64), 및 연료 제어부(65)를 구비하고 있다. 또한, 이차 전지 전압 계측부(62)는 거기에서 측정된 전압이 제어 장치(60)에 입력되도록 되어 있기만 하면, 제어 장치(60)의 밖에 있어도 된다.

이어서, 본 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템(100)의 제어 장치(60)에 의한 고장 모드 시의 제어와 정상 시의 제어에 대해서, 도 3의 흐름도 및 도 4 내지 도 6의 시스템 구성도를 참조하면서 설명한다.

도 3은, 제어 장치(60)에 의한 제어의 일례를 설명하는 흐름도이다. 먼저, 이차 전지 승압 컨버터(BDC)(45)에 이상이 있는지가 제어 장치(60)에 의해 판정된다(스텝 S00). 예를 들어, 상기 고전압 회로에 고장이 발생되어 있는 상태, 이 고전압 회로에 결선 이상이 발생되어 있는 상태, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력 전압 및 출력 전압을 각각 측정하는 센서의 특성에 이상이 발생되어 있는 상태 중 어느 것인가가 발생하면, 이차 전지 이상 검지부(61)에 의해, 이차 전지 승압 컨버터(45)에 의해 그 입력 전압에 대한 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 상태, 즉, 이차 전지(50)측의 출력 이상이 검지된다(스텝 S00에서 「"예"」).

이때, 승압 컨버터 제어부(64)는 먼저, 이차 전지 승압 컨버터(BDC)(45)를 통전 가능하지만 승압할 수 없는 상태, 즉, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력측과 출력측을 도통시키도록 제어한다(스텝 S01). 그러면, 연료 전지 시스템(100)의 전압 상태는, 도 4에 도시하는 상태에서 도 5에 도시하는 상태로 된다.

도 4(정상 시)에서는, 예를 들어, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력 전압(일점쇄선 부분의 전압)이 소정의 전압 VL, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 출력 전압(실선 부분의 전압)이 소정의 승압 전압 VH, FC 승압 컨버터(20)의 출력 전압(실선 부분의 전압)이 소정의 승압 전압 VH, FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압(굵은 파선 부분의 전압)이 연료 전지(10)의 소정의 상용전압 VFC이었던 것에 비해, 도 5에서는, 일점쇄선 및 파선으로 강조한 부분의 전압, 즉, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력 전압, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 출력 전압, 및 FC 승압 컨버터(20)의 출력 전압은 모두 이차 전지(50)의 출력 전압 VB가 되고, FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압은 소정의 상용 전압 VFC가 된다.

도 3으로 돌아가서, 이차 전지 이상 검지부(61)가 이차 전지(50)측의 출력 이상이 검지되고(스텝 S00에서 「"예"」), 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력측과 출력측이 도통하면(스텝 S01), 이차 전지 전압 계측부(62)에 의해 이차 전지(50)의 출력 전압(이차 전지 전압), 즉, 제2 승압 컨버터(45)의 입력측 또는 출력측의 전압이 계측된다(스텝 S02).

목표 전압 산출부(63)은 이차 전지 전압 계측부(62)에 의해 계측된 제2 승압 컨버터(45)의 입력측 또는 출력측의 전압과, FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압에 대한 출력 전압의 비가 당해 FC 승압 컨버터(20)의 승압 동작이 보증되는 범위에서 최소로 되는 비(이하, 「최소 승압비」라 칭한다.) 이상의 값으로서 최소 승압비보다도 큰 제1 값을 사용하여, 제2 승압 컨버터(45)의 입력측 또는 출력측의 전압에 대하여 FC 승압 컨버터(20)에 의해 승압 가능한 FC 승압 컨버터(20)의 입력측 목표 전압, 즉, 연료 전지(FC)의 목표 출력 전압을 산출한다(스텝 S03).

구체적으로는, FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압과 제1 값의 곱이 FC 승압 컨버터(20)의 출력 전압이 되는 것으로부터, 이 FC 승압 컨버터(20)의 출력 전압이 이차 전지 전압 계측부(62)에 의해 계측된 제2 승압 컨버터(45)의 입력측 또는 출력측의 전압과 동일해지도록 FC 승압 컨버터(20)의 입력측 목표 전압, 즉, 연료 전지(10)의 목표 출력 전압이 산출된다.

FC 승압 컨버터(20)의 승압 동작이 보증되는 범위란, 예를 들어, FC 승압 컨버터(20)의 출력 헌팅(듀티비가 상승 또는 하락 현상)이 일어나거나 하여 제어가 성립하지 않게 된다고 하는 경우가 없도록 동작이 보증되어 있는 범위를 말한다. 제1 값은, 예를 들어 최소 승압비가 1.3일 경우에는 1.5로 설정되지만, 이것에 한정될 일은 없다.

목표 전압 산출부(63)에 의해 FC 승압 컨버터(20)의 입력측 목표 전압, 즉, 연료 전지(10)의 목표 출력 전압이 산출되면(스텝 S03), 승압 컨버터 제어부(64)은 목표 전압 산출부(63)에 의해 산출된 FC 승압 컨버터(20)의 입력측 목표 전압에 대하여 FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압이 일정해지도록 FC 승압 컨버터(20)을 제어함과 함께, 연료 전지(10)의 출력 전압이 목표 출력 전압 이하로 되도록 연료 전지(10)에 부하를 제공하여 전류를 소인한다(스텝 S04).

이때, 연료 전지 시스템(100)의 전압 상태는 도 6에 도시하는 상태로 된다. 굵은 실선으로 강조한 부분의 전압, 즉, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력 전압, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 출력 전압, 및 FC 승압 컨버터(20)의 출력 전압은 모두 이차 전지(50)의 출력 전압 VB가 되는 한편, FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압(굵은 파선 부분의 전압)은 목표 전압 산출부(63)에 의해 산출된 목표 전압에 고정된다.

도 3으로 돌아가서, 승압 컨버터 제어부(64)에 의한 FC 승압 컨버터(20)의 제어가 행해지면(스텝 S04), 연료 제어부(65)는 연료 전지(10)의 발전량이 필요한 전력과 정합하도록, 외기를 연료 전지(10)에 공급하는 유로에 배치된 공기 압축기(MG1)나 밸브를 제어함으로써, 연료 전지(10)에의 산소의 공급량을 조정하여 연료 전지(10)로부터 트랙션 모터(MG2) 등의 부하나 이차 전지(50)에의 충전에 대하여 출력되는 전력을 제어한다(스텝 S05).

제어 장치(60)은, 정상 시, 즉, 이차 전지(50)측의 출력 이상이 검지되지 않은 경우(스텝 S00에서 「"아니오"」), 트랙션 모터(MG2) 등의 부하의 요구 전압을 취득한다(스텝 S11). 예를 들어, 트랙션 모터(MG2)의 회전수가 높은 경우나, 트랙션 모터(MG2)의 필요 전력이 큰 경우에는, 트랙션 모터(MG2)의 요구 전압이 상승하기 때문이다.

스텝 S11에서 취득된 부하의 요구 전압이, FC 승압 컨버터(20)과 이차 전지 승압 컨버터(45)의 각 출력 전압 중 작은 쪽 출력 전압(이하, 「최소 출력 전압」이라 칭한다.)보다도 작은지가 판정된다(스텝 S12). 최소 출력 전압은, 연료 전지(10)의 전압, 이차 전지(50)의 전압, FC 승압 컨버터(20)과 이차 전지 승압 컨버터(45)의 각 최소 승압비로부터 산출된다. 이차 전지 승압 컨버터(45)의 최소 승압비란, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력 전압에 대한 출력 전압의 비가 당해 이차 전지 승압 컨버터(45)의 승압 동작이 보증되는 범위에서 최소로 되는 비이다.

부하의 요구 전압이 상기 최소 출력 전압보다도 작은 경우(스텝 S12에서 「"예"」), FC 승압 컨버터(20)과 이차 전지 승압 컨버터(45)의 각 출력측의 전압이 상기 최소 출력 전압이 되도록 FC 승압 컨버터(20)과 이차 전지 승압 컨버터(45)를 제어한다(스텝 S13).

부하의 요구 전압이 상기 최소 출력 전압 이상인 경우(스텝 S12에서 「"아니오"」), FC 승압 컨버터(20)과 이차 전지 승압 컨버터(45)의 각 출력측의 전압이 상기 부하의 요구 전압이 되도록 FC 승압 컨버터(20)과 이차 전지 승압 컨버터(45)를 제어한다(스텝 S14).

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템(100)에 의하면, 이차 전지 승압 컨버터(45)로 그 입력 전압과 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 고장 모드로 된 경우에는, FC 승압 컨버터(20)의 승압 동작이 보증되는 범위에서 FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압에 대한 출력 전압의 비가 최소가 되는 최소 승압비 이상인 제1 값과, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 입력측 또는 출력측의 전압(즉, 이차 전지(50)의 출력 전압)을 사용하여, 연료 전지(10)의 목표 출력 전압을 산출하고, 이 산출한 목표 출력 전압 이하로 되도록 연료 전지(10)을 제어한다.

따라서, 이차 전지 승압 컨버터(45)이 고장 모드로 된 경우에도, FC 승압 컨버터(20)의 입력 전압과 제1 값의 곱으로 결정되는 FC 승압 컨버터(20)의 출력 전압이, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 출력측의 전압보다도 높아지는 것을 방지할 수 있다.

상기 실시 형태에서는, 제어 장치(60)의 연료 제어부(65)이 승압 컨버터 제어부(64)에 의한 FC 승압 컨버터(20)의 제어 시에, 연료 전지(10)에의 공기 공급량을 조정하여 연료 전지(10)로부터 트랙션 모터(MG2) 등의 부하에 대하여 출력되는 전력을 제어하고 있다. 이에 의해, 연료 전지(10)의 열화를 억제하면서, 연료 전지(10)의 출력 전력을 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태로서, 연료 제어부(65)은 도시하지 않은 수소 탱크로부터 연료 전지(10)에 수소를 공급하는 유로에 배치된 압력 조절 밸브나 인젝터, 연료 전지(10)로부터 배출된 수소 오프 가스를 연료 전지(10)로 되돌리는 유로에 배치된 수소 펌프 등을 제어함으로써, 연료 전지(10)에의 수소 공급량을 조정하여 연료 전지(10)로부터 출력되는 전력을 제어해도 된다.

상기 실시 형태에서는, 연료 전지(10)의 목표 출력 전압(즉, FC 승압 컨버터(20)의 입력측 목표 전압)을 산출할 때에 FC 승압 컨버터(20)의 최소 승압비 이상의 제1 값으로서 최소 승압비보다도 큰 제1 값을 사용하고 있지만, 제1 값으로서 FC 승압 컨버터(20)의 최소 승압비를 사용해도 된다. 이 경우에는, 이차 전지 승압 컨버터(45)의 출력측의 전압을 FC 승압 컨버터(20)의 최소 승압비로 제산함으로써 산출되는 연료 전지(10)의 목표 출력 전압을 가능한 한 높은 전압으로 설정하는 것이 가능하게 되기 때문에, 연료 전지(10)의 발열량을 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태로서, 이차 전지 승압 컨버터(45)이 고장 모드로 된 경우에, 연료 전지(10)의 출력 전압이 목표 전압 이하의 일정값으로 되도록 연료 전지(10)을 제어하도록 해도 된다. 이와 같이, 연료 전지(10)의 출력 전압이 일정값으로 되도록 연료 전지(10)을 제어하는 경우에는, 연료 전지(10)의 출력 전력을 제어할 때에 연료 전지(10)로부터 소인하는 전류값만을 제어하기만 해도 되므로, 전력 제어가 용이해진다.

Claims

연료 전지 시스템에 있어서,
부하(MG1, MG2)에의 전력 공급원으로서의 연료 전지(10) 및 이차 전지(50);
상기 연료 전지(10)의 출력 전압을 승압하는 제1 승압 컨버터(20);
상기 이차 전지(50)의 출력 전압을 승압하는 제2 승압 컨버터(45);
상기 제2 승압 컨버터(45)의 입력측 및 출력측 중 적어도 한쪽의 전압을 계측하는 계측부(62); 및
상기 연료 전지(10), 상기 제1 승압 컨버터(20) 및 상기 제2 승압 컨버터(45)를 제어하는 제어 장치(60)를 포함하며,
상기 제어 장치(60)는, 검지부(61)와 산출부(63)를 포함하고,
상기 검지부(61)는 상기 제2 승압 컨버터(45)의 입력 전압에 대한 출력 전압의 비를 소정값 이상 출력할 수 없는 소정 상태를 검지하도록 구성되고,
상기 산출부(63)는 상기 소정 상태가 검지된 경우에, 상기 제2 승압 컨버터(45)를 도통 상태로 하고,
i) 상기 계측부에서 계측된 상기 제2 승압 컨버터(45)의 입력측 및 출력측 중 적어도 한쪽의 전압과,
ii) 상기 제1 승압 컨버터(20)의 입력 전압에 대한 출력 전압의 비가 상기 제1 승압 컨버터(20)의 승압 동작이 보증되는 범위에서 최소로 되는 최소 승압비 이상인 제1 값을 사용하여 상기 연료 전지(10)의 목표 출력 전압을 산출하며:
상기 제1 승압 컨버터(20)의 출력측과 상기 제2 승압 컨버터(45)의 출력측이 전기적으로 접속되어 있고;
상기 제어 장치(60)는, 상기 연료 전지(10)의 출력 전압이 상기 산출부(63)에서 산출된 상기 목표 출력 전압 이하로 되도록 상기 연료 전지(10)을 제어하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 값은, 상기 제1 승압 컨버터(20)의 최소 승압비인, 연료 전지 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 장치(60)는, 상기 소정 상태가 검지된 경우에, 상기 연료 전지(10)의 출력 전압이 상기 목표 출력 전압 이하의 일정값으로 되도록 상기 연료 전지(10)을 제어하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 제어 장치(60)는 상기 연료 전지(10)에 공급하는 산화 가스의 공급량을 조정하여 상기 연료 전지(10)로부터 출력되는 전력을 제어하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.