WO2011021263A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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健司 馬屋原
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • Patent Document 1 listed below discloses a fuel cell system including an FC converter that boosts the output voltage of the fuel cell.
  • the FC converter is feedback-controlled so that the input current to the FC converter becomes the target current.
  • the target current is calculated based on the target power of the motor, but the power output from the fuel cell can be consumed by other than the motor. Therefore, if the output of the fuel cell is not controlled in consideration of the consumption other than the motor, the electric power supplied to the motor will be reduced more than required. Depending on the degree of this decrease, for example, the motor torque may be suppressed from the target and the drivability may deteriorate, or the amount of discharge from the battery may increase from the target and cause overdischarge.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of appropriately controlling the output of the fuel cell.
  • a fuel cell system receives a supply of a fuel gas and an oxidizing gas and generates power by an electrochemical reaction of the fuel gas and the oxidizing gas, and generates power generated by the fuel cell.
  • a request is made for a fuel cell, a chargeable power storage unit, a fuel cell and / or a power consuming device that consumes power from the power storage unit, a voltage converter disposed between the fuel cell and the power consuming device, and the fuel cell
  • a required power generation amount calculating means for calculating a required power generation amount; and a loss power amount calculation means for calculating a lost power amount lost in the voltage converter, wherein the required power generation amount calculating means calculates the required power generation amount. And supplementing the amount of power loss.
  • the present invention when calculating the required power generation required for the fuel cell, it is possible to calculate the amount of lost power lost in the voltage converter and add it to the required power generation. As a result, it becomes possible to request the fuel cell to generate power in accordance with the required power generation amount that takes into account the amount of lost power lost in the voltage conversion unit, so that the power supplied to the power consuming device is reduced below the request. Can be suppressed as much as possible.
  • the required power generation amount calculation means may supplement the loss power amount by adding the loss power amount to another power generation amount included in the required power generation amount.
  • the power loss calculation means includes an amount of power input to or output from the voltage converter, at least a boost ratio in the voltage converter, an output voltage of the voltage converter, and a voltage converter.
  • the amount of power loss may be calculated using any one of the parameters.
  • the loss power amount calculating means may calculate the power loss amount using the power amount input to the voltage conversion unit and the power amount output from the voltage conversion unit.
  • the power consuming device may include a motor serving as a main power source and an auxiliary device necessary for operating the fuel cell.
  • the fuel cell system according to the present invention is used as an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle).
  • FCHV Fuel Cell Hybrid Vehicle
  • the fuel cell system according to the present invention can also be applied to various mobile bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than fuel cell vehicles, and further used as power generation equipment for buildings (housing, buildings, etc.). It can be applied to a stationary power generation system.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a fuel cell system according to an embodiment.
  • a fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidizing gas and a fuel gas, which are reactive gases, and a DC / DC converter 3 (voltage converter, Hereinafter referred to as “FC converter”), battery 4 (power storage unit) as a secondary battery, DC / DC converter 5 for battery (hereinafter referred to as “Bat converter”), traction inverter 6 as a load, and traction It has a motor 7 (power consuming device) and a control unit 8 that performs overall control of the entire system.
  • FC converter voltage converter
  • Battery 4 power storage unit
  • DC / DC converter 5 for battery hereinafter referred to as “Bat converter”
  • traction inverter 6 as a load
  • traction It has a motor 7 (power consuming device) and a control unit 8 that performs overall control of the entire system.
  • the fuel cell 2 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and has a stack structure in which a large number of single cells are stacked.
  • the single cell has an air electrode on one surface of an electrolyte composed of an ion exchange membrane, a fuel electrode on the other surface, and a structure having a pair of separators so as to sandwich the air electrode and the fuel electrode from both sides. It has become.
  • hydrogen which is a fuel gas
  • oxygen which is an oxidizing gas
  • the reaction gas chemically reacts to generate power.
  • a voltage sensor V1 that detects the output voltage of the fuel cell 2
  • a current sensor A1 that detects the output current of the fuel cell 2 are provided.
  • the FC converter 3 is a DC voltage converter, and has a function of boosting the DC voltage output from the fuel cell 2 and outputting it to the traction inverter 6 on the power consuming device side.
  • the output voltage of the fuel cell 2 is controlled by the FC converter 3.
  • a voltage sensor V2 that detects the output voltage of the FC converter 3
  • a current sensor A2 that detects the output current of the FC converter 3 are provided.
  • the FC converter 3 is provided with a temperature sensor T that detects the temperature of the FC converter 3.
  • the temperature sensor T can detect the temperature of the FC converter 3 by detecting the temperature of cooling water for cooling the FC converter 3.
  • the battery 4 is configured such that battery cells are stacked and a constant high voltage is used as a terminal voltage, and the surplus power of the fuel cell 2 can be charged or supplementarily supplied by control of a battery computer (not shown). ing.
  • the Bat converter 5 is a DC voltage converter, which boosts the DC voltage input from the battery 4 and outputs it to the traction inverter 6 on the power consuming device side, and input from the fuel cell 2 or traction motor 7 side. And a function of stepping down the DC voltage to be output to the battery 4.
  • the battery 4 is charged and discharged by such a function of the Bat converter 5. For example, when the charge amount of the battery 4 exceeds the target setting range, the Bat converter 5 discharges from the battery 4 and outputs it to the traction inverter 6. On the other hand, the Bat converter 5 charges the battery 4 by outputting the output power of the fuel cell 2 to the battery 4 when the charge amount of the battery 4 is below the target setting range.
  • the traction inverter 6 converts a direct current into a three-phase alternating current and supplies it to the traction motor 7.
  • the traction motor 7 is, for example, a three-phase AC motor, and constitutes a main power source of a fuel cell vehicle on which the fuel cell system 1 is mounted.
  • the control unit 8 detects an operation amount of an acceleration operation member (for example, an accelerator) provided in the fuel cell vehicle, and controls information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a power consuming device such as the traction motor 7). In response, the operation of various devices in the system is controlled.
  • the power consuming device includes various auxiliary devices in addition to the traction motor 7.
  • the auxiliary equipment for example, there are an FC auxiliary equipment necessary for operating the fuel cell 2 and a vehicle auxiliary equipment related to a vehicle other than the fuel cell 2.
  • the FC auxiliary equipment includes, for example, motors such as a compressor, a fuel pump, and a cooling water pump.
  • the vehicle auxiliary equipment includes, for example, a transmission, a wheel control device, a steering device, an actuator such as a suspension device, an air conditioning device for passenger space, lighting, audio, and the like.
  • the control unit 8 physically includes, for example, a CPU, a memory, and an input / output interface.
  • the memory includes a ROM that stores a control program and control data processed by the CPU, and a RAM that is mainly used as various work areas for control processing. These elements are connected to each other via a bus.
  • Various sensors such as a voltage sensor V and a current sensor A are connected to the input / output interface, and various drivers for driving the traction motor 7 and the like are connected.
  • the CPU receives the detection results of the various sensors via the input / output interface according to the control program stored in the ROM, and processes them using various data in the RAM, whereby various control processes in the fuel cell system 1 are performed. Execute. Further, the CPU controls the entire fuel cell system 1 by outputting control signals to various drivers via the input / output interface.
  • FC output control process that is a process peculiar to the present embodiment among various control processes executed by the control unit 8 will be described.
  • control unit 8 includes, for example, a required power generation amount calculation unit 81 (required power generation amount calculation unit), a lost power amount calculation unit 82 (loss power amount calculation unit), and a lost power amount addition unit 83 (required power amount). Power generation amount calculation means) and a power generation request unit 84.
  • the required power generation amount calculation unit 81 calculates a power generation amount required for the fuel cell 2 (hereinafter referred to as “required power generation amount”).
  • the required power generation amount for example, the amount of power supplied to the traction motor 7, the amount of power supplied to the FC auxiliary device, the amount of power supplied to the vehicle auxiliary device, the battery 4 and the traction in accordance with the charge / discharge of the battery 4
  • the amount of power supplied to the motor 7 corresponds to this.
  • the required power generation amount calculation unit 81 calculates the required power generation amount by calculating these various power supply amounts and adding them.
  • the amount of power supplied to the traction motor 7 can be calculated based on, for example, the number of rotations of the traction motor 7, the accelerator opening, the vehicle speed, and the like.
  • the loss power amount calculation unit 82 calculates the amount of power lost in the FC converter 3 (hereinafter referred to as “loss power amount”).
  • the loss power amount calculation unit 82 uses the required power generation amount (in other words, the input power amount to the FC converter 3) calculated by the required power generation amount calculation unit 81 and each parameter of the FC converter 3 to calculate the loss power amount. calculate.
  • the step-up ratio in the FC converter 3, the output voltage of the FC converter 3, the temperature of the FC converter 3, and the like correspond to the parameters.
  • the step-up ratio in the FC converter 3 can be calculated by obtaining the ratio of the detection value of the voltage sensor V1 to the detection value of the voltage sensor V2.
  • the output voltage of the FC converter 3 can be calculated by obtaining the detection value of the voltage sensor V2.
  • the temperature of the FC converter 3 can be calculated by obtaining the detection value of the temperature sensor T.
  • the power loss calculation unit 82 calculates the power loss by referring to the power loss map based on the power input to the FC converter 3 and the above parameters.
  • the loss power amount map is a table showing the correlation between the input power amount to the FC converter 3 and the above parameters and the loss power amount.
  • the power loss map is obtained in advance by experiments or the like and stored in the memory. Between the input power amount to the FC converter 3 and the above parameters and the loss power amount, there is a correlation that the loss power amount increases as the input power amount to the FC converter 3 and each parameter value increase. is there.
  • the parameters are not limited to the above parameters, and other parameters may be used as long as they can calculate the amount of power loss according to the amount of power input to the FC converter 3.
  • the loss power amount may be calculated by referring to the following loss power amount map based on the output power amount from the FC converter 3 and each parameter of the FC converter 3.
  • the loss power amount map in this case is a table showing the correlation between the output power amount from the FC converter 3 and each of the above parameters and the loss power amount.
  • the loss power amount may be calculated by subtracting the input power amount to the FC converter 3 from the output power amount of the FC converter 3 without referring to the loss power amount map.
  • the output power amount of the FC converter 3 can be calculated using the detection value of the voltage sensor V2 and the detection value of the current sensor A2.
  • the amount of power input to the FC converter 3 can be calculated using the detection value of the voltage sensor V1 and the detection value of the current sensor A1.
  • the power loss amount adding unit 83 illustrated in FIG. 1 adds the power loss amount calculated by the power loss amount calculation unit 82 to the power generation amount required calculated by the power generation amount calculation unit 81, thereby requesting the power generation amount required. Correct.
  • the power generation request unit 84 outputs a power generation request command to the fuel cell 2 so as to generate power with the required power generation amount corrected by the loss power amount addition unit 83.
  • FC output control process is started, for example, when the ignition key is turned on, and is repeatedly executed until the operation is completed.
  • the required power generation amount calculation unit 81 calculates the required power generation amount to the fuel cell 2 by adding various supplied power amounts (step S101).
  • the power loss calculation unit 82 calculates the power loss in the FC converter 3 by referring to the power loss map based on the required power generation calculated in step S101 and each parameter (step S101). S102).
  • the power loss adding unit 83 adds the power loss calculated in step S102 to the required power generation calculated in step S101 (step S103).
  • the power generation request unit 84 outputs a power generation request command to the fuel cell so as to generate power with the required power generation amount calculated in step S103 (step S104).
  • the amount of lost power lost in the FC converter 3 is calculated to obtain the required power generation amount. Can be added. As a result, it is possible to request the fuel cell 2 to generate power according to the required power generation amount that takes into account the amount of power loss lost in the FC converter 3. Therefore, the situation where the electric power supplied to the traction motor 7 decreases more than required can be suppressed as much as possible. Therefore, it is possible to appropriately control the output of the fuel cell.
  • the power loss calculated by the power loss calculation unit 82 is added to the power generation calculation required by the power generation calculation unit 81. It is not limited to.
  • the required power generation amount calculation unit 81 calculates a loss power amount when calculating various supply power amounts, and adds the various supply power amounts to calculate the required power generation amount. The amount may be added.
  • the above-described functions of the power loss calculation unit 82 may be included in the functions of the required power generation calculation unit 81. That is, it is sufficient if the required power generation amount calculation unit 81 can supplement the loss power amount when calculating the required power generation amount.
  • the required power generation amount is corrected using the power loss amount in the FC converter 3, but the method for correcting the required power generation amount is not limited to this.
  • the required power generation amount may be corrected by calculating the efficiency of the FC converter 3 and dividing the required power generation amount by the efficiency.
  • the efficiency of the FC converter 3 is calculated by referring to the efficiency map based on the required power generation amount (input power amount to the FC converter 3) calculated by the required power generation amount calculation unit 81 and each of the above parameters. .
  • the efficiency map is a table showing the correlation between the input power amount to the FC converter 3 and each of the above parameters and the efficiency, and is obtained in advance by experiments or the like and stored in the memory.
  • the efficiency of the FC converter 3 can be calculated by determining the ratio of the output power amount of the FC converter 3 to the input power amount to the FC converter 3.
  • the fuel cell system according to the present invention is suitable for appropriately controlling the output of the fuel cell.
  • SYMBOLS 1 Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 3 ... FC converter, 4 ... Battery, 5 ... Bat converter, 6 ... Traction inverter, 7 ... Traction motor, 8 ... Control part, 81 ... Required electric power generation amount calculation part, 82 ... Loss power amount calculation unit, 83 ... Loss power amount addition unit, 84 ... Power generation request unit, V1, V2 ... Voltage sensor, A1, A2 ... Current sensor, T ... Temperature sensor.

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Abstract

　燃料電池の出力を適切に制御する。要求発電量算出部８１は、トラクションモータ７に供給する電力量や、補機装置に供給する電力量、バッテリ４の充放電に合わせてバッテリ４やトラクションモータ７に供給する電力量を算出し、加算することで要求発電量を算出する。損失電力量算出部８２は、要求発電量と、ＦＣコンバータ３における昇圧比、出力電圧、温度とに基づいて損失電力量マップを参照することで損失電力量を算出する。損失電力量加算部８３は、要求発電量に損失電力量を加算することで要求発電量を補正する。発電要求部８４は、補正後の要求発電量で発電するように、燃料電池２に発電要求指令を出力する。

Description

燃料電池システム
　本発明は、燃料電池システムに関する。
　下記特許文献１には、燃料電池の出力電圧を昇圧するＦＣコンバータを備えた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では、ＦＣコンバータへの入力電流が目標電流になるようにＦＣコンバータをフィードバック制御している。
特開２００７－３１８９３８号公報
　上記特許文献１では、モータの目標電力に基づいて目標電流を算出しているが、燃料電池から出力される電力は、モータ以外でも消費され得る。したがって、モータ以外での消費分も考慮して燃料電池の出力を制御しなければ、モータに供給される電力が要求よりも減少してしまうことになる。そして、この減少の度合いによっては、例えば、モータのトルクが目標よりも抑制されてドラビリが悪化するおそれや、バッテリからの放電量が目標よりも増加して過放電を招くおそれがある。
　本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、燃料電池の出力を適切に制御することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化ガスの供給を受けて当該燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池の発電電力を充電可能な蓄電部と、燃料電池および／または蓄電部からの電力を消費する電力消費装置と、燃料電池と電力消費装置との間に配置される電圧変換部と、燃料電池に対して要求する要求発電量を算出する要求発電量算出手段と、電圧変換部において失われる損失電力量を算出する損失電力量算出手段と、を備え、上記要求発電量算出手段は、要求発電量を算出する際に、損失電力量分を補足することを特徴とする。
　この発明によれば、燃料電池に要求する要求発電量を算出する際に、電圧変換部において失われる損失電力量を算出して要求発電量に加えることが可能となる。これにより、電圧変換部において失われる損失電力量を加味した要求発電量に従って燃料電池に発電するように要求することが可能となるため、電力消費装置に供給される電力が要求よりも減少する事態を極力抑制することが可能となる。
　上記燃料電池システムにおいて、上記要求発電量算出手段は、要求発電量に含まれる他の発電量に損失電力量を付加することで、当該損失電力量分を補足することとしてもよい。
　上記燃料電池システムにおいて、上記損失電力量算出手段は、電圧変換部に入力または電圧変換部から出力される電力量と、少なくとも、電圧変換部における昇圧比、電圧変換部の出力電圧、電圧変換部の温度のうちのいずれか一のパラメタとを用いて損失電力量を算出することとしてもよい。また、上記損失電力量算出手段は、電圧変換部に入力される電力量と、電圧変換部から出力される電力量とを用いて損失電力量を算出することとしてもよい。
　上記燃料電池システムにおいて、上記電力消費装置には、主動力源となるモータと、燃料電池を作動させるために必要な補機装置とが含まれることとしてもよい。
　本発明によれば、燃料電池の出力を適切に制御することができる。
実施形態における燃料電池システムの構成を模式的に示す図である。 損失電力量マップの具体例を示す図である。 実施形態におけるＦＣコンバータ出力制限処理の流れを説明するためのフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について説明する。実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして用いた場合について説明する。なお、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）にも適用することができ、さらに、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムにも適用することができる。
　まず、図１を参照して、本実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。図１は、実施形態における燃料電池システムを模式的に示した図である。
　同図に示すように、燃料電池システム１は、反応ガスである酸化ガスおよび燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池２と、燃料電池用のＤＣ／ＤＣコンバータ３（電圧変換部、以下「ＦＣコンバータ」という。）と、二次電池としてのバッテリ４（蓄電部）と、バッテリ用のＤＣ／ＤＣコンバータ５（以下「Ｂａｔコンバータ」という。）と、負荷としてのトラクションインバータ６およびトラクションモータ７（電力消費装置）と、システム全体を統括制御する制御部８とを有する。
　燃料電池２は、例えば、高分子電解質型燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの燃料ガス通路に燃料ガスである水素が供給され、他方のセパレータの酸化ガス通路に酸化ガスである酸素が供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。燃料電池２の出力側には、燃料電池２の出力電圧を検出する電圧センサＶ１と、燃料電池２の出力電流を検出する電流センサＡ１とが設けられている。
　ＦＣコンバータ３は、直流の電圧変換器であり、燃料電池２から出力された直流電圧を昇圧して電力消費装置側であるトラクションインバータ６に出力する機能を有する。このＦＣコンバータ３によって燃料電池２の出力電圧が制御される。ＦＣコンバータ３の出力側には、ＦＣコンバータ３の出力電圧を検出する電圧センサＶ２と、ＦＣコンバータ３の出力電流を検出する電流センサＡ２とが設けられている。ＦＣコンバータ３には、ＦＣコンバータ３の温度を検出する温度センサＴが設けられている。温度センサＴは、例えば、ＦＣコンバータ３を冷却するための冷却水の温度を検出することで、ＦＣコンバータ３の温度を検出することができる。
　バッテリ４は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって燃料電池２の余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。
　Ｂａｔコンバータ５は、直流の電圧変換器であり、バッテリ４から入力される直流電圧を昇圧して電力消費装置側であるトラクションインバータ６に出力する機能と、燃料電池２またはトラクションモータ７側から入力される直流電圧を降圧してバッテリ４に出力する機能と、を有する。このようなＢａｔコンバータ５の機能により、バッテリ４の充放電が行われる。例えば、Ｂａｔコンバータ５は、バッテリ４の充電量が目標となる設定範囲を超えている場合には、バッテリ４から放電させてトラクションインバータ６に出力する。一方、Ｂａｔコンバータ５は、バッテリ４の充電量が目標となる設定範囲を下回っている場合には、燃料電池２の出力電力をバッテリ４に出力してバッテリ４を充電させる。
　トラクションインバータ６は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ７に供給する。トラクションモータ７は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム１が搭載される燃料電池車両の主動力源を構成する。
　制御部８は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材（例えばアクセル）の操作量を検出し、加速要求値（例えば、トラクションモータ７等の電力消費装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータ７の他に、各種の補機装置も含まれる。補機装置としては、例えば、燃料電池２を作動させるために必要なＦＣ補機装置と、燃料電池２以外の車両に関与する車両補機装置とがある。ＦＣ補機装置には、例えば、コンプレッサ、燃料ポンプ、冷却水ポンプ等のモータが含まれる。車両補機装置には、例えば、変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等のアクチュエータ、乗員空間の空調装置、照明、オーディオ等が含まれる。
　制御部８は、物理的には、例えば、ＣＰＵと、メモリと、入出力インターフェースとを有する。メモリは、ＣＰＵで処理される制御プログラムや制御データを記憶するＲＯＭと、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭとを有する。これらの要素は、互いにバスを介して接続されている。入出力インターフェースには、電圧センサＶや電流センサＡ等の各種センサが接続されているとともに、トラクションモータ７等を駆動させるための各種ドライバが接続されている。
　ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、入出力インターフェースを介して各種センサでの検出結果を受信し、ＲＡＭ内の各種データ等を用いて処理することで、燃料電池システム１における各種制御処理を実行する。また、ＣＰＵは、入出力インターフェースを介して各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池システム１全体を制御する。以下において、制御部８で実行される各種制御処理のうち、本実施形態に特有の処理であるＦＣ出力制御処理について説明する。
　制御部８は、機能的には、例えば、要求発電量算出部８１（要求発電量算出手段）と、損失電力量算出部８２（損失電力量算出手段）と、損失電力量加算部８３（要求発電量算出手段）と、発電要求部８４と、を有する。
　要求発電量算出部８１は、燃料電池２に対して要求する発電量（以下、「要求発電量」という。）を算出する。要求発電量としては、例えば、トラクションモータ７に供給する電力量や、ＦＣ補機装置に供給する電力量、車両補機装置に供給する電力量、バッテリ４の充放電に合わせてバッテリ４やトラクションモータ７に供給する電力量等が該当する。要求発電量算出部８１は、これら各種の供給電力量を算出し、それぞれを加算することで、要求発電量を算出する。トラクションモータ７に供給する電力量は、例えば、トラクションモータ７の回転数、アクセル開度、車速等に基づいて算出することができる。
　損失電力量算出部８２は、ＦＣコンバータ３において失われる電力量（以下、「損失電力量」という。）を算出する。損失電力量算出部８２は、要求発電量算出部８１によって算出された要求発電量（言い換えると、ＦＣコンバータ３への入力電力量）と、ＦＣコンバータ３の各パラメタとを用いて損失電力量を算出する。パラメタとしては、例えば、ＦＣコンバータ３における昇圧比や、ＦＣコンバータ３の出力電圧、ＦＣコンバータ３の温度等が該当する。ＦＣコンバータ３における昇圧比は、電圧センサＶ２の検出値に対する電圧センサＶ１の検出値の比を求めることで算出できる。ＦＣコンバータ３の出力電圧は、電圧センサＶ２の検出値を求めることで算出できる。ＦＣコンバータ３の温度は、温度センサＴの検出値を求めることで算出できる。
　具体的に、損失電力量算出部８２は、ＦＣコンバータ３への入力電力量と上記各パラメタとに基づいて損失電力量マップを参照することで、損失電力量を算出する。図２に例示するように、損失電力量マップは、ＦＣコンバータ３への入力電力量および上記各パラメタと、損失電力量との間の相関関係を示すテーブルである。損失電力量マップは、予め実験等により求められ、メモリに記憶されている。ＦＣコンバータ３への入力電力量および上記各パラメタと、損失電力量との間には、ＦＣコンバータ３への入力電力量や各パラメタ値が大きくなる程、損失電力量が大きくなるという相関関係がある。
　なお、上記各パラメタは、全てのパラメタを用いる必要はなく、何れか一のパラメタを用いることとしてもよい。また、パラメタは上記各パラメタには限定されず、ＦＣコンバータ３への入力電力量に応じて損失電力量を算定可能なパラメタであれば、他のパラメタを用いることとしてもよい。
　また、ＦＣコンバータ３からの出力電力量とＦＣコンバータ３の各パラメタとに基づいて下記損失電力量マップを参照することで、損失電力量を算出することとしてもよい。この場合の損失電力量マップは、ＦＣコンバータ３からの出力電力量および上記各パラメタと、損失電力量との間の相関関係を示すテーブルとなる。
　また、損失電力量マップを参照することなく、ＦＣコンバータ３の出力電力量から、ＦＣコンバータ３への入力電力量を減算することで、損失電力量を算出することとしてもよい。ＦＣコンバータ３の出力電力量は、電圧センサＶ２の検出値と電流センサＡ２の検出値とを用いて算出することができる。ＦＣコンバータ３への入力電力量は、電圧センサＶ１の検出値と電流センサＡ１の検出値とを用いて算出することができる。
　図１に示す損失電力量加算部８３は、要求発電量算出部８１によって算出された要求発電量に、損失電力量算出部８２によって算出された損失電力量分を加算することで、要求発電量を補正する。
　発電要求部８４は、損失電力量加算部８３によって補正された後の要求発電量で発電するように、燃料電池２に対して発電要求指令を出力する。
　次に、図３に示すフローチャートを用いて、本実施形態におけるＦＣ出力制御処理の流れについて説明する。このＦＣ出力制御処理は、例えば、イグニッションキーがＯＮされたときに開始され、運転が終了するまで繰り返し実行される。
　最初に、要求発電量算出部８１は、各種の供給電力量を加算することにより燃料電池２への要求発電量を算出する（ステップＳ１０１）。
　続いて、損失電力量算出部８２は、上記ステップＳ１０１で算出された要求発電量と各パラメタとに基づいて損失電力量マップを参照することによりＦＣコンバータ３での損失電力量を算出する（ステップＳ１０２）。
　続いて、損失電力量加算部８３は、上記ステップＳ１０１で算出された要求発電量に、上記ステップＳ１０２で算出された損失電力量を加算する（ステップＳ１０３）。
　続いて、発電要求部８４は、上記ステップＳ１０３で算出された要求発電量で発電するように、燃料電池に発電要求指令を出力する（ステップＳ１０４）。
　上述してきたように、本実施形態における燃料電池システム１によれば、燃料電池２に要求する要求発電量を算出する際に、ＦＣコンバータ３において失われる損失電力量を算出して要求発電量に加算することができる。これにより、ＦＣコンバータ３において失われる損失電力量を加味した要求発電量に従って燃料電池２に発電するように要求することができる。したがって、トラクションモータ７に供給される電力が要求よりも減少する事態を極力抑制することができる。それゆえに、燃料電池の出力を適切に制御することが可能となる。
　なお、上述した実施形態では、要求発電量算出部８１で算出した要求発電量に、損失電力量算出部８２で算出した損失電力量を加算しているが、要求発電量を算出する手法はこれに限定されない。例えば、要求発電量算出部８１が、各種の供給電力量を算出するときに併せて損失電力量を算出し、各種の供給電力量を加算して要求発電量を算出するときに併せて損失電力量も加算することとしてもよい。この場合には、損失電力量算出部８２の上述した各機能を、要求発電量算出部８１の機能に含ませることとすればよい。つまり、要求発電量算出部８１が要求発電量を算出する際に損失電力量分を補足することができればよい。
　また、上述した実施形態では、ＦＣコンバータ３での損失電力量を用いて要求発電量を補正しているが、要求発電量を補正する手法はこれに限定されない。例えば、ＦＣコンバータ３の効率を算出し、要求発電量を効率で除算することで要求発電量を補正することとしてもよい。ＦＣコンバータ３の効率は、要求発電量算出部８１によって算出された要求発電量（ＦＣコンバータ３への入力電力量）と上記各パラメタとに基づいて効率マップを参照することで、効率を算出する。効率マップは、ＦＣコンバータ３への入力電力量および上記各パラメタと、効率との間の相関関係を示すテーブルであり、予め実験等により求められ、メモリに記憶されている。ＦＣコンバータ３の効率は、ＦＣコンバータ３への入力電力量に対するＦＣコンバータ３の出力電力量の割合を求めることで算出できる。
　本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池の出力を適切に制御することに適している。
　１…燃料電池システム、２…燃料電池、３…ＦＣコンバータ、４…バッテリ、５…Ｂａｔコンバータ、６…トラクションインバータ、７…トラクションモータ、８…制御部、８１…要求発電量算出部、８２…損失電力量算出部、８３…損失電力量加算部、８４…発電要求部、Ｖ１，Ｖ２…電圧センサ、Ａ１，Ａ２…電流センサ、Ｔ…温度センサ。

Claims (5)

  1. 　燃料ガスおよび酸化ガスの供給を受けて当該燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
    　前記燃料電池の発電電力を充電可能な蓄電部と、
    　前記燃料電池および／または前記蓄電部からの電力を消費する電力消費装置と、
    　前記燃料電池と前記電力消費装置との間に配置される電圧変換部と、
    　前記燃料電池に対して要求する要求発電量を算出する要求発電量算出手段と、
    　前記電圧変換部において失われる損失電力量を算出する損失電力量算出手段と、を備え、
    　前記要求発電量算出手段は、前記要求発電量を算出する際に、前記損失電力量分を補足することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 　前記要求発電量算出手段は、前記要求発電量に含まれる他の発電量に前記損失電力量を付加することで、当該損失電力量分を補足することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 　前記損失電力量算出手段は、前記電圧変換部に入力または前記電圧変換部から出力される電力量と、少なくとも、前記電圧変換部における昇圧比、前記電圧変換部の出力電圧、前記電圧変換部の温度のうちのいずれか一のパラメタとを用いて前記損失電力量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
  4. 　前記損失電力量算出手段は、前記電圧変換部に入力される電力量と、前記電圧変換部から出力される電力量とを用いて前記損失電力量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
  5. 　前記電力消費装置には、主動力源となるモータと、前記燃料電池を作動させるために必要な補機装置とが含まれることを特徴とする請求項１～４のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
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