KR20190001929A - 기계의 설계 방법 - Google Patents

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Abstract

구동 모터(220)와, 구동 모터(220)를 구동하기 위한 전류를 발전하는 연료 전지 스택(100)과, 구동 모터(220)를 구동하기 위한 전류를 방전하는 이차 전지(120, 120A, 120B)를 탑재하는 기계(11, 12, 13)의 설계 방법은, 구동 모터(220)의 최고 출력을 제1 출력값으로, 차량이 순항 조건에서 주행할 때에 있어서의 구동 모터(220)의 출력을 제2 출력값으로 결정하는 것과, 상기 차량이 순항 조건에서 주행할 때에 있어서 출력 가능한 출력값이 제3 출력값인 연료 전지 스택(100)의 탑재수를 n(n은 자연수)으로 결정하는 것과, 이차 전지(120, 120A, 120B)의 최고 출력을, 제1 출력값으로부터, 연료 전지 스택(100)의 최고 출력에 n을 곱한 값을 차감한 값으로 결정하는 것을 구비한다. 제3 출력값을 n배한 값은, 제2 출력값 이상이고, 제3 출력값을 (n-1)배한 값은, 제2 출력값 미만이다.

Description

기계의 설계 방법 {METHOD OF DESIGNING MACHINE}
본 개시는, 연료 전지 스택 및 모터를 탑재하는 기계의 설계 방법에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2017-081319호 공보는, 내연 기관과, 이차 전지로부터의 급전에 의해 구동하는 모터를 구비하는 하이브리드 차를 개시하고 있다.
자동차의 설계에 있어서 만족시켜야 할 조건으로서, 순항 조건에 있어서의 주행(이하, 순항 주행)이 가능한 것을 들 수 있다. 순항 조건이란, 소정의 주행 조건을, 소정 시간 계속한다고 하는 조건이다. 소정의 주행 조건이란, 설계에 있어서 정해진 차속이나, 오르막 경사도 등으로서 정해진다.
또한, 자동차의 설계에 있어서 만족시켜야 할 조건으로서, 설계값으로서의 최고 출력을 발휘할 수 있는 것을 들 수 있다. 하이브리드 차의 경우, 내연 기관과 모터를 동시에 구동시킴으로써 최고 출력이 발휘된다. 최고 출력을 만족시킨다고 하는 점에 있어서는, 출력의 내역은 임의이다. 즉, 내연 기관에 의한 출력과, 모터에 의한 출력의 합이 최고 출력을 만족시키고 있으면, 각각의 최고 출력은, 임의의 어느 값이어도 된다.
자동차에 탑재하는 내연 기관은, 장기간, 개발이 계속되어 온 역사가 있기 때문에, 신규로 설계되는 자동차에 맞추어 사이즈나 출력을 변경하는 설계는, 비교적 용이하게 실시할 수 있다. 하이브리드 차에 탑재하는 이차 전지에 대해서는, 내연 기관의 출력을 지원할 수 있는 출력을 발휘할 수 있으면 된다고 하는 설계 사상이 주류였다. 이 때문에, 이차 전지에 대해서는 소형화가 중시되고 있었다.
상술한 바와 같이, 내연 기관을 주된 구동원으로 한다고 하는 설계에 대해서는 방법이 충분히 이루어져 있어, 개발 비용이나 개발 기간에 대해 큰 문제가 발생하는 일은 적다.
상술에 비해, 연료 전지 차의 경우, 상기한 바와 같은 하이브리드 차와는 사정이 다르다. 연료 전지의 설계에는, 내연 기관의 설계와 마찬가지로, 다양한 부품이나 모듈의 조정이 필요하다. 그러나 연료 전지는, 내연 기관에 비해, 개발의 역사가 얕다. 이 때문에, 연료 전지 스택의 사이즈나 출력을 임의로 설계하려고 하면, 설계에 요하는 공정 수나 비용이 막대해진다. 이 때문에, 하이브리드 차의 설계 사상을 유용하여, 연료 전지 차를 신규로 설계하는 경우, 개발 비용이 커지고, 개발 기간이 길어질 가능성이 발생한다.
상술한 사정은, 자동차에 한정되는 의미는 아니며, 연료 전지 스택을 탑재하는 기계에 공통이다. 여기서 말하는 기계란, 구동 모터를 탑재하는 기계 전반을 의미한다. 본 개시는, 연료 전지 스택 및 구동 모터를 탑재하는 기계를 신규로 설계하기 위한 개발 비용 및 개발 기간의 압축을 해결하는 기계의 설계 방법을 제공한다.
본 개시의 양태에 관한 기계의 설계 방법은, 구동 모터와, 상기 구동 모터를 구동하기 위한 전류를 발전하는 연료 전지 스택과, 상기 구동 모터를 구동하기 위한 전류를 방전하는 이차 전지를 탑재하는 기계의 설계 방법이며, 상기 구동 모터의 최고 출력을 제1 출력값으로, 차량이 순항 조건에서 주행할 때에 있어서의 상기 구동 모터의 출력을 제2 출력값으로 결정하는 것과, 상기 차량이 상기 순항 조건에서 주행할 때에 있어서 출력 가능한 출력값이 제3 출력값인 연료 전지 스택의 탑재수를 n(n은 자연수)으로 결정하는 것과, 상기 이차 전지의 최고 출력을, 상기 제1 출력값으로부터, 상기 연료 전지 스택의 최고 출력에 상기 n을 곱한 값을 차감한 값으로 결정하는 것을 구비한다. 상기 제3 출력값을 상기 n배한 값은, 상기 제2 출력값 이상이고, 상기 제3 출력값을 상기 (n-1)배한 값은, 상기 제2 출력값 미만이다.
본 개시의 양태에 있어서, 상기 연료 전지 스택을 설계하는 방법은, 상기 기계와는 별도로 설계된 기계에 탑재된 연료 전지 스택을 설계하는 방법과 동일해도 된다. 본 개시의 양태에 의하면, 또 다른 기계를 위해 설계된 연료 전지 스택을 유용할 수 있으므로, 기계를 신규로 설계하기 위한 개발 비용 및 개발 기간이 압축된다. 또한, 상기한 바와 같이 이차 전지를 설계함으로써, 최고 출력을 만족시키는 설계를 할 수 있다.
본 개시의 양태에 있어서, 상기 차량이 상기 순항 조건에서 주행할 때에 있어서는, 상기 이차 전지의 SOC(state of charge)가 유지 가능하도록 설계해도 된다. 본 개시의 양태에 의하면, 순항 조건에 있어서는, 이차 전지의 SOC를 유지할 수 있다. 나아가, 최고 출력을 발휘해야 하는 경우에 있어서, SOC의 부족에 의해 최고 출력을 발휘할 수 있는 시간이 근소해진다고 하는 사태를 피할 수 있다.
본 개시의 양태는, 상기 연료 전지 스택과 전기적으로 접속되고, 상기 연료 전지 스택의 발전 전압을 제어하는 연료 전지용 컨버터와, 상기 연료 전지 스택에 공급하기 위한 수소를 저장하는 수소 탱크와, 상기 연료 전지 스택에 의한 발전을 위한 보조 기기류를 탑재하도록 상기 기계를 설계하는 것과, 상기 n이 2 이상인 경우, 상기 연료 전지용 컨버터와, 상기 수소 탱크와, 상기 보조 기기류 중 적어도 어느 것을, 상기 n세트 탑재하도록 상기 기계를 설계하는 것을 더 구비해도 된다. 본 개시의 양태에 의하면, 연료 전지용 컨버터와, 수소 탱크와, 보조 기기류 중 적어도 어느 것에 대해서도 설계를 유용할 수 있다.
본 개시의 양태에 있어서, 상기 기계는, 자동차여도 된다. 본 개시의 양태에 의하면, 자동차의 설계에 적용할 수 있다.
본 개시의 양태에 있어서, 상기 n이 2 이상인 경우, 상기 자동차는 화물 자동차여도 된다. 본 개시의 양태에 의하면, 탑재 스페이스, 그리고 최고 출력 및 순항 조건의 출력의 관계에 있어서, 적절한 설계를 하기 쉬워진다. 본 개시의 양태는, 화물 자동차인 경우에 n이 1인 것을 배제하고 있지 않다.
본 개시의 양태에 있어서, 상기 자동차가 화물 자동차인 경우, 상기 n은 2 이상이어도 된다. 본 개시의 양태에 의하면, 탑재 스페이스, 그리고 최고 출력 및 순항 조건의 출력 관계에 있어서, 적절한 설계가 용이해진다. 본 개시의 양태는, n이 2 이상인 경우에, 화물 자동차 이외의 자동차인 것을 배제하고 있지 않다. 예를 들어, 대형 버스 등이어도 된다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.
도 1은 연료 전지 차를 도시하는 도면.
도 2는 연료 전지 차를 도시하는 도면.
도 3은 연료 전지 차를 도시하는 도면.
도 4는 제1 파워 유닛의 블록 구성도.
도 5는 연료 전지 스택을 도시하는 사시도.
도 6은 제2 파워 유닛의 블록 구성도.
도 7은 파워 유닛의 설계 순서를 나타내는 흐름도.
도 8은 순항 출력과, 연료 전지 스택의 개수의 관계를 나타내는 막대 그래프.
도 9는 출력의 내역을 종축에, 최고 출력을 횡축에 취한 그래프.
도 10은 연료 전지 모듈의 설계 순서를 나타내는 흐름도.
도 11은 전기계의 설계 순서를 나타내는 흐름도.
도 12는 연료 전지 차의 제조의 흐름을 개략적으로 나타내는 도면.
도 1은 연료 전지 차(11)를 도시한다. 도 2는 연료 전지 차(12)를 도시한다. 도 3은 연료 전지 차(13)를 도시한다. 연료 전지 차(11, 12)는, 승용차이다. 연료 전지 차(13)는, 화물 자동차이다. 연료 전지 차(13)는, 트레일러(19)를 견인한다.
연료 전지 차(11)는, 제1 파워 유닛(21)과, 조작계(900)를 구비한다. 연료 전지 차(12)는, 제2 파워 유닛(22)과, 조작계(900)를 구비한다. 연료 전지 차(13)는, 2개의 제3 파워 유닛(23)과, 프로펠러 샤프트(25)와, 조작계(900)를 구비한다. 제1 파워 유닛(21), 제2 파워 유닛(22) 및 2개의 제3 파워 유닛(23) 각각은, 후술하는 바와 같이, 연료 전지에 의한 발전을 실시하는 기능을 갖는다.
조작계(900)는, 운전자가 운전을 위해 조작하는 기기의 총칭이다. 조작계(900)는, 액셀러레이터 페달, 브레이크 페달, 스티어링 휠 등을 포함한다. 조작계(900)는, 연료 전지 차(11, 12, 13)에서 완전히 동일한 것인 의미는 아니다. 단, 본 실시 형태에서는, 연료 전지 차(11, 12, 13)에서 공통적으로, 조작계(900)라고 호칭한다. 연료 전지 차(11, 12, 13) 각각은, 조작계(900)를 1세트 탑재한다.
제1 파워 유닛(21)은, 조작계(900)에 전력을 공급한다. 제2 파워 유닛(22)은, 조작계(900)에 전력을 공급한다. 2개의 제3 파워 유닛(23) 각각은, 조작계(900)에 전력을 공급한다.
제1 파워 유닛(21)은, 2개의 전륜(FW)을 구동하기 위한 토크를 발생한다. 제2 파워 유닛(22)은, 2개의 전륜(FW)을 구동하기 위한 토크를 발생한다. 제3 파워 유닛(23) 각각은, 4개의 후륜(RW)을 구동하기 위한 토크를 발생한다. 2개의 제3 파워 유닛(23)에 의해 발생한 토크는, 1개의 프로펠러 샤프트(25)를 통해, 4개의 후륜(RW)에 전달된다.
도 4는, 제1 파워 유닛(21)의 블록 구성도이다. 제1 파워 유닛(21)은, 연료 전지 모듈(50)과, 전기계(61)를 구비한다. 연료 전지 모듈(50)은, 연료 전지 스택(100)과, 수소 탱크(105)와, 연료 전지용 컨버터(110)와, 보조 기기류(140)를 구비한다. 전기계(61)는, 이차 전지(120)와, 이차 전지용 컨버터(130)와, 모터용 인버터(150)와, 제어부(160)와, 구동 모터(220)를 구비한다.
도 5는, 연료 전지 스택(100)을 도시하는 사시도이다. 연료 전지 스택(100)은, 적층 방향으로 복수 적층한 셀(101)을, 한 쌍의 엔드 플레이트(170F, 170E) 사이에 끼운다. 연료 전지 스택(100)은, 그 일단부측의 엔드 플레이트(170F)와 셀(101) 사이에, 절연판(165F)을 개재시켜 터미널 플레이트(160F)를 갖는다.
연료 전지 스택(100)은, 엔드 플레이트(170E)와 셀(101) 사이에도, 마찬가지로, 후단부측의 절연판(165E)을 개재시켜 후단부측의 터미널 플레이트(160E)를 갖는다. 셀(101)과, 터미널 플레이트(160F, 160E)와, 절연판(165F, 165E) 및 엔드 플레이트(170F, 170E)의 윤곽은, 각각 대략 직사각형이다.
전단부측의 터미널 플레이트(160F) 및 후단부측의 터미널 플레이트(160E)는, 집전판이며, 집전한 전력을 집전 단자(161)로부터 외부로 출력한다.
수소 탱크(105)는, 연료 전지 스택(100)에 공급하기 위한 수소를 저장한다. 연료 전지 스택(100)은, 연료 전지용 컨버터(110)와 전기적으로 접속되어 있다. 연료 전지용 컨버터(110)는, 연료 전지 스택(100)의 출력 전압을 목표의 전압까지 승압하는 승압 동작을 행한다. 연료 전지용 컨버터(110)는, 고압 직류 배선(DCH)을 통해 모터용 인버터(150)와 전기적으로 접속되어 있다.
이차 전지(120)는, 리튬 이온 이차 전지이다. 본 실시 형태에 있어서의 이차 전지(120)는 티타늄산 리튬 이차 전지이다. 티타늄산 리튬 이차 전지는, 리튬 이온 이차 전지의 1종이다. 다른 형태에 있어서의 이차 전지(120)는, 티타늄산 리튬 이차 전지 이외의 리튬 이온 이차 전지여도 되고, 리튬 이온 이차 전지 이외의 이차 전지여도 된다. 이차 전지(120)는, 저압 직류 배선(DCL)을 통해, 이차 전지용 컨버터(130)와 전기적으로 접속되어 있다. 이차 전지(120)는, 복수의 셀을 직렬로 적층한 구조를 갖는다. 다른 형태에 있어서는, 이차 전지(120)는 직렬로 전압을 유지하고, 에너지를 병렬 접속으로 유지하는 타입이어도 된다.
이차 전지용 컨버터(130)는, 고압 직류 배선(DCH)을 통해, 연료 전지용 컨버터(110)와 모터용 인버터(150)와 전기적으로 접속되어 있다. 이차 전지용 컨버터(130)는, 모터용 인버터(150)의 입력 전압인 고압 직류 배선(DCH)에 있어서의 전압을 조정하고, 이차 전지(120)의 충방전을 제어한다.
이차 전지용 컨버터(130)는, 연료 전지용 컨버터(110)로부터의 출력 전력이 목표 출력 전력에 대해 부족한 경우에는, 이차 전지(120)에 급전을 실시하게 한다. 연료 전지용 컨버터(110)로부터의 출력 전력이 목표 출력 전력에 대해 부족한 경우를, 본 실시 형태에서는, 과도 상태라고 칭한다.
이차 전지용 컨버터(130)는, 구동 모터(220)에 있어서 회생 전력이 발생하는 경우에는, 상기 회생 전력을 교류로부터 직류로 변환하여 저압 직류 배선(DCL)측으로 출력한다.
이차 전지용 컨버터(130)는, 연료 전지 스택(100)의 출력 전력을 변환하여 저압 직류 배선(DCL)측으로 출력할 수 있다. 출력 전력을 이용하여, 제어부(160)는, 연료 전지용 컨버터(110)로부터 출력 가능한 전력이 목표 출력 전력을 상회하는 경우에, 이차 전지(120)의 SOC를 상승시키는 제어를 실시할 수 있다.
보조 기기류(140)는, 연료 전지 스택(100)의 운전에 사용되는 보조 기기류의 총칭이다. 보조 기기류(140)는, 공기 압축기, 수소 순환 펌프, 워터 펌프 등을 포함한다. 보조 기기류(140)는, 저압 직류 배선(DCL) 또는 고압 직류 배선(DCH)에 전기적으로 접속되어 있다.
모터용 인버터(150)는, 고압 직류 배선(DCH)을 통해 직류로 공급되는 전력을 삼상 교류의 전력으로 변환한다. 모터용 인버터(150)는, 구동 모터(220)와 전기적으로 접속하고, 삼상 교류 전력을 구동 모터(220)에 공급한다. 모터용 인버터(150)는, 구동 모터(220)에 있어서 발생하는 회생 전력을 직류 전력으로 변환하여 고압 직류 배선(DCH)에 출력한다.
제어부(160)는, 복수의 ECU에 의해 구성된다. 제어부(160)는, 상기한 내용을 포함하여, 제1 파워 유닛(21)의 각 부의 동작을 제어한다.
도 6은, 제2 파워 유닛(22)의 블록 구성도를 나타낸다. 제2 파워 유닛(22)은, 연료 전지 모듈(50)과, 전기계(62)를 구비한다. 제3 파워 유닛(23)은, 연료 전지 모듈(50)과, 전기계를 구비한다. 제3 파워 유닛(23)에 포함되는 전기계는 도시하지 않는다.
제2 파워 유닛(22)에 탑재되는 연료 전지 모듈(50)은, 제1 파워 유닛(21)에 탑재되는 연료 전지 모듈(50)과 동일하다. 제3 파워 유닛(23)에 탑재되는 연료 전지 모듈(50)도, 제1 파워 유닛(21)에 탑재되는 연료 전지 모듈(50)과 동일하다. 즉, 연료 전지 스택(100), 수소 탱크(105), 연료 전지용 컨버터(110) 및 보조 기기류(140) 중 어느 것에 대해서도, 제1 파워 유닛(21)에 탑재되어 있는 것과 설계가 동일하다.
전기계(62)는, 이차 전지와, 이차 전지용 컨버터와, 모터용 인버터와, 제어부와, 구동 모터를 구비하는 점에 있어서, 전기계(61)와 공통이다. 단, 전기계(62)를 구성하는 각 부는, 연료 전지 차(12)용으로 설계되어 있다. 마찬가지로, 제3 파워 유닛(23)에 포함되는 전기계를 구성하는 각 부는, 연료 전지 차(13)용으로 설계되어 있다. 예를 들어, 이차 전지의 출력 특성이나, 구동 모터의 최고 출력은, 연료 전지 차(11)의 경우와는 상이하다.
연료 전지 차(13)는, 전기계를 2개 탑재하므로, 구동 모터를 2개 탑재한다. 상기 2개의 구동 모터는, 직렬로 접속되고, 1개의 프로펠러 샤프트(25)를 회전시킨다.
도 7은, 파워 유닛의 설계 순서를 나타내는 흐름도이다. 제2 파워 유닛(22) 및 제3 파워 유닛(23)은, 제1 파워 유닛(21)의 설계를 이용하여, 도 7에 나타낸 설계 순서에 의해 설계되었다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 연료 전지 모듈을 설계하고(S200), 그 후, 전기계를 설계한다(S300). S200, S300의 설명에 앞서, 상기 설계 순서의 전제로서, 제1 파워 유닛(21)의 설계에 대해 설명한다.
도 8은, 순항 조건에 있어서의 출력을 종축에, 연료 전지 스택(100)의 개수를 횡축에 취한 막대 그래프이다. 원래, 연료 전지 모듈(50)은, 연료 전지 차(11)에 탑재하기 위해 설계된 것이다.
연료 전지 차(11)의 설계에 있어서는, 이차 전지(120)에 의한 전력 공급에 의존하지 않아도, 연료 전지 스택(100)에 의한 발전에만 의해, 순항 주행이 가능하도록 연료 전지 스택(100)을 설계한다고 하는 사상이 채용되었다. 또한, 연료 전지 차(11)는 승용차이며, 탑재 스페이스가 제한되기 때문에, 탑재하는 연료 전지 스택(100)의 개수는 1개로 한다고 하는 설계 사상이 채용되었다.
도 8에는, 연료 전지 차(11)의 순항 주행에 필요한 출력(이하, 순항 출력)이 출력값 Pc1로서 나타나 있다. 순항 조건은, 차량마다 결정되는 주행 조건이다. 구체적으로는, 수평한 도로를 주행하는 경우를 상정하여, SOC가 유지 가능한 최고 차속을 상용 영역에서 설정하였다. 즉, 수평한 도로를 주행하는 경우, 상기 최고 차속 이하의 차속이면, 원칙적으로 이차 전지(120)로부터 방전하지 않아도, 연료 전지 스택(100)에 의한 발전 전력을 구동 모터(220)에 공급하면, 순항 주행이 가능하다. 이 경우, SOC는, 거의 증감하는 일 없이 유지 가능하다. SOC가 유지 가능한 것은, 충전에 의해, SOC를 증대시키는 능력이 있는 것을 배제하고 있지 않다.
본 실시 형태에 있어서는, 상기 최고 차속에 의한 주행을 하는 경우, 확장 순항 주행에 대해서도 가능하도록, 상기 최고 차속이 결정되어 있다. 확장 순항 주행이란, 소정의 주행 거리에 있어서, 경사도의 평균이 거의 제로인 경우에, SOC의 수지를 제로로 하여 주행하는 것이다.
예를 들어, 짧은 오르막길 후에, 내리막길을 주행하는 경우, 오르막길을 주행할 때에는, 연료 전지 스택(100)에 의한 발전 외에도 이차 전지(120)로부터의 방전을 실시하고, 내리막길에 있어서, 연료 전지 스택(100)에 의한 발전 또는 회생 전력에 의해 이차 전지(120)를 충전하는 것 중 적어도 한쪽에 의해, SOC의 값을, 오르막길을 주행하기 전의 값으로 되돌릴 수 있다. 상술한 바와 같이 단기간에 이차 전지(120)의 방전량과 충전량의 수지가 맞으면, SOC를 유지할 수 있다. 상술한 바와 같은 주행을, 확장 순항 주행이라고 한다.
확장 순항 주행은, 다음과 같은 주행도 포함한다. 수평한 도로를 주행할 때, 소정 시간(10분 정도), 이차 전지(120)의 방전을 이용함으로써, 상기한 최고 차속을 초과한 차속에 의한 주행이 가능하다. SOC가 실 사용 범위의 하한값에 이르기 전에, 주행 속도가 느려져 순항 주행을 개시한 경우에, 그 후, 이차 전지(120)를 충전할 기회가 있을 때, 상기 최고 차속을 초과한 차속에 의한 주행 전에 있어서의 SOC의 값으로 되돌아가면, 확장 순항 주행을 한 것이 된다.
연료 전지 스택(100)을 설계한 결과, 연료 전지 스택(100)은, 연속해서 출력값 Pc를 출력할 수 있게 되었다. 출력값 Pc는, 출력값 Pc1보다 크다. 이 때문에, 상기한 설계 사상을 만족시키게 된다.
도 9는, 출력의 내역을 종축에, 최고 출력을 횡축에 취한 그래프이다. 차량의 설계에 있어서는, 최고 출력이 결정된다. 최고 출력은, 통상, 가속 성능을 유지하기 위해 결정된다. 예를 들어, 미리 정해진 시간(이하, 가속 시간이라고 함) 이내에, 차속이 0㎞/h로부터 100㎞/h에 도달하는 것이라고 하는 조건(이하, 가속 조건)으로서 결정된다. 연료 전지 차(11)의 최고 출력은, 도 9에 나타난 출력값 P1로 결정되어 있다.
한편, 연료 전지 스택(100)의 최고 출력은, 도 9에 나타난 출력값 Pmax이다. 출력값 Pmax는, 통상 출력값 Pc보다 크다. 그 이유는, 가속 조건에 있어서는, 순항 조건에 비해 연료 전지 스택(100)의 온도가 높아지는 것이 허용되기 때문이다.
단, 도 9에 나타낸 바와 같이, 출력값 Pmax는, 출력값 P1보다 작다. 이 때문에, 연료 전지 스택(100)에 의한 발전에만 의해서는, 연료 전지 차(11)의 최고 출력을 실현할 수 없다. 최고 출력에 대해 출력값 Pmax를 차감한, 연료 전지 스택(100)의 부족분은, 이차 전지(120)의 출력에 의해 보충한다. 즉, 이차 전지(120)는 이차 전지(120)의 최고 출력이 상기 부족분과 거의 동등해지도록 설계되어 있다. 또한, 이차 전지(120)는 가속 조건을 만족시키도록, 용량 및 실 사용 범위의 SOC가 설계되어 있다.
도 9에 있어서, 이차 전지에 대해 괄호쓰기로 부여된 과도 상태는, 순항 조건에 있어서는, 이차 전지가 구동 모터에 급전하지 않도록 설계되어 있는 것을 나타내고 있다.
연료 전지 차(12, 13)에 탑재하는 파워 유닛의 설계에는, 상기한 바와 같이 설계된 연료 전지 모듈(50)을 유용한다. 이하, 도 10, 도 11에 나타난 흐름도에 따라서 설명한다.
연료 전지 모듈의 설계 순서로서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 순항 출력을 결정한다(S210). 연료 전지 차(12)의 순항 출력으로서 결정된 값은, 도 8에 출력값 Pc2로서 나타나 있다. 연료 전지 차(13)의 최고 출력으로서 결정된 값은, 도 8에 출력값 Pc3으로서 나타나 있다.
연료 전지 모듈(50)의 개수를 결정한다(S220). 결정해야 할 연료 전지 모듈(50)의 개수를 n이라고 표기한다. n은 자연수이다. n은 다음 식을 만족시키는 값으로서 결정된다.
(n-1)Pc＜순항 출력≤nPc … (1)
도 8에 나타난 바와 같이, 연료 전지 차(12)의 경우, 식(1)을 만족시키는 n은 1이다. 도 8에 나타난 바와 같이, 연료 전지 차(13)의 경우, 식(1)을 만족시키는 n은 2이다. 본 실시 형태에 있어서는, 연료 전지 모듈(50)의 개수는, 파워 유닛의 개수와 동의이다.
상술한 바와 같이, 연료 전지 모듈(50)의 설계는, 구체적으로는, 연료 전지 모듈(50)의 탑재 수를 결정하는 것만으로 충분하다. 순항 출력의 결정에 대해서는, 하이브리드 차나 엔진 차에 있어서도 실시되는 공정이며, 연료 전지 차의 설계에 특유의 공정으로서, 개발 비용이나 개발 기간에 영향을 미치는 것은 아니다.
전기계의 설계로서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 최고 출력을 결정한다(S310). 연료 전지 차(12)의 최고 출력으로서 결정된 값은, 도 9에 출력값 P2로서 나타나 있다. 연료 전지 차(13)의 최고 출력으로서 결정된 값은, 도 9에 출력값 P3으로서 나타나 있다.
이차 전지를 설계한다(S320). 이차 전지의 설계에 대해서는, 연료 전지 차(11)의 경우와 마찬가지로 실시한다. 연료 전지 차(12)의 경우, 이차 전지의 최고 출력은, (P2-Pmax)에 상당한다. 연료 전지 차(13)의 경우, 이차 전지의 최고 출력은, (P3-2Pmax)에 상당한다. 연료 전지 차(13)의 경우, n＝2, 즉 제3 파워 유닛(23)을 2개 탑재하므로, 1개의 제3 파워 유닛(23)에 포함되는 이차 전지의 최고 출력은, (P3-2Pmax)/2에 상당한다.
본 실시 형태에 있어서의 S320은, 구체적으로는, 셀을 몇 매 적층할지를 결정하는 순서이다. 본 실시 형태에 있어서는, 사용할 셀은 미리 정해져 있다. 이 때문에, 상기한 방식에 따라서, 셀의 매수를 결정하는 것만으로, 이차 전지의 설계를 할 수 있다.
구동 모터를 설계한다(S330). 구동 모터의 설계는, S320에 있어서의 이차 전지의 설계와 마찬가지인 사상으로 실시한다. 즉, 요구되는 최고 출력 및 순항 조건에 있어서의 출력을 만족시키도록 설계된다.
이차 전지용 컨버터를 설계하고(S340), 마지막으로, 모터용 인버터를 설계한다(S350).
도 12는, 연료 전지 차(11, 12, 13)의 제조의 흐름을 개략적으로 나타낸다. 연료 전지 모듈(50)은, 연료 전지 모듈 제조 공장(400)에서 제조된다. 제조된 연료 전지 모듈(50)은, 제1 조립 공장(510) 및 제2 조립 공장(520)으로 반송된다.
이차 전지(120, 120A)는, 제1 조립 공장(510)으로 반송된다. 이차 전지(120A)는, 전기계(62)에 포함되는 이차 전지이다. 이차 전지(120B)는, 제2 조립 공장(520)으로 반송된다. 이차 전지(120B)는, 제3 파워 유닛(23)에 포함되는 이차 전지이다.
제1 조립 공장(510)에 있어서는, 연료 전지 차(11, 12)의 조립이 실시된다. 제1 조립 공장(510)은, 혼합 품종 조립 라인을 채용하고 있다. 즉, 연료 전지 차(11, 12)는, 1개의 생산 라인에서, 혼합하여 연속적으로 조립된다.
제2 조립 공장(520)에 있어서는, 연료 전지 차(13)의 조립이 실시된다. 연료 전지 차(13)의 차체는, 연료 전지 차(11, 12)의 차체보다 대폭 크기 때문에, 연료 전지 차(11, 12)와는 다른 생산 라인에서 조립된다.
이상에 설명한 실시 형태에 따르면, 신규로 연료 전지 차를 설계하기 위한 개발 비용 및 개발 기간이, 연료 전지 모듈(50)을 새롭게 설계하는 방법에 비해 압축된다. 상술한 바와 같은 효과가 얻어지는 이유 중 하나는, 순항 출력은 연료 전지 스택에 의한 출력으로 공급하고, 과도 상태에서는 이차 전지의 출력에 의해, 연료 전지 스택에 의한 출력의 부족분을 보충한다고 하는 설계 사상에 있다.
또한, 제조 공정에 있어서도, 연료 전지 모듈(50)이 공통 부품이 되므로, 제조 비용이 저감된다.
본 개시는, 본 명세서의 실시 형태나 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재된 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 실시예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절하게 바꾸거나, 조합을 할 수 있다. 상기 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절하게 삭제할 수 있다. 예를 들어, 이하의 것이 예시된다.
각 연료 전지 차에 탑재되는 파워 유닛은, 동일한 설계가 아니어도 된다. 예를 들어, 수소 탱크와, 연료 전지용 컨버터와, 보조 기기류 중 적어도 일부에 대해서는, 설계 변경해도 된다.
각 연료 전지 차에 탑재되는 연료 전지 스택에 대해서도, 완전히 동일한 설계가 아니어도 된다. 즉, 연료 전지 스택의 설계로서의 본질적이지 않은 내용에 대해서는, 설계 변경해도 된다. 예를 들어, 집전 단자(161)의 위치는, 탑재하는 자동차에 맞추어 변경해도 된다. 연료 전지 스택의 설계로서의 본질적인 내용이란, 예를 들어 최고 출력 및 순항 출력이라고 파악할 수도 있고, 혹은 셀(101)의 매수 및 발전 영역의 면적이라고 파악할 수도 있다.
화물 자동차는, 트레일러를 견인하는 타입이 아니어도 된다. 예를 들어, 풀 트레일러여도 되고, 덤프 카여도 된다.
화물 자동차의 설계에 있어서, 연료 전지 모듈(50)의 개수를 1로 결정해도 된다. 예를 들어, 픽업 트럭 등을 들 수 있다.
화물 자동차 이외의 자동차의 설계에 있어서, 연료 전지 모듈(50)의 개수를 2 이상으로 결정해도 된다. 예를 들어, 대형 버스 등을 들 수 있다.
자동차 이외로서, 모터를 탑재하는 다른 기계를 대상으로 하여, 실시 형태로서 설명한 설계 방법을 적용해도 된다. 예를 들어, 자동차용으로서 설계된 연료 전지 모듈을, 다른 전동 기계에 탑재하는 것으로서 유용해도 된다. 다른 기계로서는, 예를 들어 건설 기계, 로봇, 자동차 이외의 수송용 기기 등을 들 수 있다. 로봇은, 지상을 보행하는 타입이나, 지상을 차륜으로 주행하는 타입, 하늘을 나는 타입을 포함한다. 자동차 이외의 수송용 기기로서는, 전차, 이륜차, 헬리콥터 등을 포함한다.
기계는, 커넥티드 카여도 된다. 커넥티드 카란, 통신기를 탑재하여, 클라우드와의 통신에 의해 서비스를 받을 수 있는 자동차이다.

Claims (7)

  1. 구동 모터(220)와, 상기 구동 모터(220)를 구동하기 위한 전류를 발전하는 연료 전지 스택(100)과, 상기 구동 모터(220)를 구동하기 위한 전류를 방전하는 이차 전지(120, 120A, 120B)를 탑재하는 기계(11, 12, 13)를 설계하는 방법에 있어서,
    상기 구동 모터(220)의 최고 출력을 제1 출력값으로, 차량이 순항 조건에서 주행할 때에 있어서의 상기 구동 모터(220)의 출력을 제2 출력값으로 결정하고,
    상기 차량이 상기 순항 조건에서 주행할 때에 있어서 출력 가능한 출력값이 제3 출력값인 연료 전지 스택(100)의 탑재수를 n(n은 자연수)으로 결정하고,
    상기 이차 전지(120, 120A, 120B)의 최고 출력을, 상기 제1 출력값으로부터, 상기 연료 전지 스택(100)의 최고 출력에 상기 n을 곱한 값을 차감한 값으로 결정하는 것을 포함하고,
    상기 제3 출력값을 상기 n배한 값은, 상기 제2 출력값 이상이고, 상기 제3 출력값을 상기 (n-1)배한 값은, 상기 제2 출력값 미만인, 설계 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택(100)을 설계하는 방법은, 상기 기계(11, 12, 13)와는 별도로 설계된 기계에 탑재된 연료 전지 스택(100)을 설계하는 방법과 동일한, 설계 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차량이 상기 순항 조건에서 주행할 때에 있어서는, 상기 이차 전지(120, 120A, 120B)의 SOC가 유지 가능하도록 상기 기계를 설계하는, 설계 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택(100)과 전기적으로 접속되고, 상기 연료 전지 스택(100)의 발전 전압을 제어하는 연료 전지용 컨버터(110)와, 상기 연료 전지 스택(100)에 공급하기 위한 수소를 저장하는 수소 탱크(105)와, 상기 연료 전지 스택(100)에 의한 발전을 위한 보조 기기류(140)를 탑재하도록 상기 기계를 설계하고,
    상기 n이 2 이상인 경우, 상기 연료 전지용 컨버터(110)와, 상기 수소 탱크(105)와, 상기 보조 기기류(140) 중 적어도 어느 것을, 상기 n세트 탑재하도록 상기 기계를 설계하는 것을 더 포함하는, 설계 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계(11, 12, 13)는 자동차인, 설계 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 n이 2 이상인 경우, 상기 자동차는 화물 자동차인, 설계 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자동차가 화물 자동차인 경우, 상기 n은 2 이상인, 설계 방법.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2587666A (en) 2019-10-04 2021-04-07 Anglo American Plc Hybrid hydrogen power module
JP7310579B2 (ja) * 2019-12-06 2023-07-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車の制御装置及び燃料電池車
CN111942234B (zh) * 2020-08-20 2022-03-04 中车大同电力机车有限公司 机车动力装置的控制方法、机车动力装置和机车
CN113306456B (zh) * 2021-06-01 2023-01-06 东风柳州汽车有限公司 一种氢燃料货厢式医疗车的功率分配控制方法及装置
US20230170508A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Modular fuel cell system architecture and a control system for distributing power to the modules
US11938805B2 (en) 2022-04-25 2024-03-26 First Mode Ipp Limited Reconfiguration of diesel-powered haul truck with hybrid hydrogen fuel cell and battery power supply
US11958352B1 (en) 2023-09-28 2024-04-16 First Mode Holdings, Inc. Reconfiguration of combustion engine powered haul truck with hybrid hydrogen fuel cell and battery power supply

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03276573A (ja) * 1990-03-26 1991-12-06 Fuji Electric Co Ltd 車両搭載用燃料電池の制御方式
JP2001325976A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Toyota Motor Corp 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを利用した電力の供給
JP2002063923A (ja) * 2000-08-14 2002-02-28 Equos Research Co Ltd 燃料電池回路
JP2007323997A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Equos Research Co Ltd 燃料電池システム及びその運転方法
DE102008022226A1 (de) * 2008-05-06 2009-04-16 Daimler Ag Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4409784A (en) 1981-04-24 1983-10-18 Sperry Corporation Method of wrapping roll bales with plastic film
US5409784A (en) 1993-07-09 1995-04-25 Massachusetts Institute Of Technology Plasmatron-fuel cell system for generating electricity
JP2000073779A (ja) * 1998-08-28 2000-03-07 Fuji Heavy Ind Ltd エンジン発電機
JP2001095107A (ja) 1999-09-21 2001-04-06 Yamaha Motor Co Ltd ハイブリッド駆動式移動体の電源制御方法
JP4206630B2 (ja) * 2000-10-04 2009-01-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池を有する直流電源
US7338335B1 (en) 2001-01-23 2008-03-04 Frank Messano Hybrid electric heavy-duty vehicle drive system
JP4438232B2 (ja) * 2001-01-26 2010-03-24 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池装置及び燃料電池装置の制御方法
CN1346759A (zh) * 2001-10-25 2002-05-01 财团法人工业技术研究院 一种复合式燃料电池电动车辆的电力输出控制系统
JP2003168459A (ja) * 2001-11-26 2003-06-13 Ind Technol Res Inst 複合式燃料電池電動車両の電力出力制御システム
US20040016769A1 (en) 2002-03-15 2004-01-29 Redmond Scott D. Hydrogen storage, distribution, and recovery system
JP3997955B2 (ja) * 2003-06-23 2007-10-24 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド自動車およびその制御方法
JP4635503B2 (ja) 2004-07-28 2011-02-23 日産自動車株式会社 車両搭載型燃料電池
JP4655723B2 (ja) * 2005-03-31 2011-03-23 トヨタ自動車株式会社 車両およびその制御方法
US8381849B2 (en) * 2007-03-30 2013-02-26 The Regents Of The University Of Michigan Vehicle hybrid energy system
EP2182572A4 (en) 2007-08-02 2016-10-19 Sharp Kk FUEL CELL STACK AND FUEL CELL SYSTEM
KR20140080807A (ko) * 2012-12-18 2014-07-01 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 크루즈 운전 제어 장치 및 그 방법
JP6104635B2 (ja) * 2013-02-27 2017-03-29 本田技研工業株式会社 電力システム及び燃料電池車両
JP6044620B2 (ja) * 2014-11-13 2016-12-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP6016041B2 (ja) * 2015-02-10 2016-10-26 八洲電業株式会社 飛行体
JP2017081319A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両の制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03276573A (ja) * 1990-03-26 1991-12-06 Fuji Electric Co Ltd 車両搭載用燃料電池の制御方式
JP2001325976A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Toyota Motor Corp 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを利用した電力の供給
JP2002063923A (ja) * 2000-08-14 2002-02-28 Equos Research Co Ltd 燃料電池回路
JP2007323997A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Equos Research Co Ltd 燃料電池システム及びその運転方法
DE102008022226A1 (de) * 2008-05-06 2009-04-16 Daimler Ag Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

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