WO2019035169A1 - 電源システム及びその制御方法 - Google Patents

電源システム及びその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019035169A1
WO2019035169A1 PCT/JP2017/029316 JP2017029316W WO2019035169A1 WO 2019035169 A1 WO2019035169 A1 WO 2019035169A1 JP 2017029316 W JP2017029316 W JP 2017029316W WO 2019035169 A1 WO2019035169 A1 WO 2019035169A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
fuel cell
accessory
voltage
power supply
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/029316
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝一 田中
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to US16/637,823 priority Critical patent/US10840527B2/en
Priority to PCT/JP2017/029316 priority patent/WO2019035169A1/ja
Priority to EP17921835.9A priority patent/EP3671922A4/en
Priority to JP2019536370A priority patent/JP6891963B2/ja
Priority to CN201780093952.4A priority patent/CN111032417B/zh
Publication of WO2019035169A1 publication Critical patent/WO2019035169A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04611—Power, energy, capacity or load of the individual fuel cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2045—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for optimising the use of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04932—Power, energy, capacity or load of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a power supply system for supplying power to a fuel cell auxiliary machine using a power storage device and a control method thereof.
  • WO2014 / 013606A as a power supply device for an accessory attached to a fuel cell, the voltage of a secondary battery is converted to supply power to the accessory, and the voltage of the fuel cell is boosted to convert the accessory battery.
  • a system is disclosed comprising a second converter for supplying power.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a power supply system that suppresses a decrease in fuel consumption of a vehicle while securing start-up of a fuel cell, and a control method thereof. is there.
  • a power supply system includes a storage device, a fuel cell connected to the storage device, a fuel cell accessory operating in a range corresponding to an output voltage of the fuel cell, and the fuel cell And a voltage conversion device interposed in a first path between the power storage device and the storage device.
  • the power supply system further includes an auxiliary power supply device interposed between the voltage conversion device and the storage device to supply power of at least one of the fuel cell and the storage device to the auxiliary device; And a switch between the auxiliary unit and a second path which is different from the first path and capable of supplying power to the auxiliary unit.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration example of a vehicle system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of a processing procedure related to the control method of the vehicle system.
  • FIG. 3 is a view showing a configuration example of a vehicle system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram showing a first accessory feeding state in which power is supplied from the battery to the accessory of the fuel cell via the converter when starting of the fuel cell is started.
  • FIG. 4B is a diagram showing a second accessory power feeding state in which power is supplied to the accessory from both the fuel cell and the battery via the converter when power generation of the fuel cell is started.
  • FIG. 4A is a diagram showing a first accessory feeding state in which power is supplied from the battery to the accessory of the fuel cell via the converter when starting of the fuel cell is started.
  • FIG. 4B is a diagram showing a second accessory power feeding state in which power is supplied to the accessory from both the fuel cell and
  • FIG. 4C is a diagram showing a third accessory feeding state in which power is supplied from the fuel cell to the accessory through the converter as the temperature of the fuel cell rises.
  • FIG. 4D is a diagram showing a fourth accessory power feeding state in which the power of the fuel cell is distributed to the accessory and other devices when the fuel cell is in a state where the rated operation is possible.
  • FIG. 4E shows that when the fuel cell voltage is within the operating voltage range of the accessory, the output power of the fuel cell is directly supplied to the accessory and indirectly supplied to another device through the converter. It is a figure which shows a 5th auxiliary machine electric power feeding state.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a processing procedure related to a control method of the vehicle system.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the output characteristics of the fuel cell and the operating voltage range of the accessory.
  • FIG. 7 is a view showing a configuration example of a vehicle system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle system 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • Vehicle system 100 is a power supply system that supplies power to auxiliary devices and power storage devices mounted on the vehicle.
  • Examples of the vehicle include an electric car including a hybrid car and a train.
  • the vehicle system 100 of this embodiment supplies electric power to the motor 12 that drives the vehicle, using the inverter 11 that converts DC power into AC power.
  • Vehicle system 100 includes power storage device 1, fuel cell 2, voltage conversion device 3, FC accessory 4, accessory feeding device 5, switch 6, controller 7, inverter 11, and motor 12. Prepare.
  • the fuel cell 2, the voltage conversion device 3, the FC auxiliary device 4, and the auxiliary device power supply device 5 constitute a fuel cell system.
  • Power storage device 1 is a power supply that supplies power to at least one of FC accessory 4 and motor 12. For example, power storage device 1 outputs electric power by a DC voltage of several hundred volts (V). Power storage device 1 is realized by a lithium ion battery, a lead battery, or the like.
  • Fuel cell 2 is connected to power storage device 1 via first path L1. Furthermore, the fuel cell 2 is connected to the FC accessory 4 via a second path L2 different from the first path L1.
  • the fuel cell 2 receives the supply of the fuel gas and the oxidant gas to generate electric power.
  • the fuel cell 2 is realized by a solid oxidation fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, or the like.
  • the output voltage of the fuel cell 2 changes according to the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell 2, the flow rate of the oxidant gas, the temperature of the fuel cell 2, and other operating conditions.
  • the fuel cell 2 is a power supply capable of supplying power to at least one of the power storage device 1, the FC accessory 4, and the motor 12.
  • Fuel cell 2 is stacked by a plurality of cells, and outputs a voltage having a magnitude different from the output voltage of power storage device 1. For example, the fuel cell 2 outputs a DC voltage of several tens of volts lower than the value of the output voltage of the storage device 1. In this example, the fuel cell 2 is used as a power source for assisting the output of the power storage device 1.
  • Voltage conversion device 3 is interposed in first path L1 between fuel cell 2 and power storage device 1, and converts the voltage of the power output from fuel cell 2 into a voltage value different from the value of the voltage.
  • the voltage conversion device 3 is configured by a DC / DC converter that steps up or steps down the voltage of the input power and outputs it.
  • the FC auxiliary machine 4 is an accessory device required for the fuel cell 2 to generate power.
  • An example of the FC auxiliary machine 4 is a blower or a compressor that supplies air from the atmosphere to the fuel cell 2 as an oxidant gas.
  • the FC accessory 4 operates within a range of voltage values corresponding to the output voltage of the fuel cell 2. That is, the FC accessory 4 is designed to be driven within the range of voltage values output from the fuel cell 2. Further, the rated output of the FC auxiliary machine 4 is determined in consideration of the rated output of the fuel cell 2. For example, as the rated output of the fuel cell 2 decreases, the rated output of the FC auxiliary device 4 is set to a smaller value.
  • Auxiliary power feeding device 5 is interposed between voltage conversion device 3 and power storage device 1.
  • the accessory feeding device 5 supplies the output power of at least one of the storage device 1 and the fuel cell 2 to the FC accessory 4.
  • auxiliary power feeding device 5 is realized by a DC / DC converter that converts the voltage between voltage conversion device 3 and power storage device 1 into a value within the operating voltage range of FC auxiliary device 4.
  • the operation of the accessory feeding device 5 is controlled by the controller 7.
  • auxiliary power feeding device 5 When it is not necessary to convert the voltage between voltage conversion device 3 and power storage device 1, auxiliary power feeding device 5 is omitted, and a first path L 1 between voltage conversion device 3 and power storage device 1 is provided. And a power supply line (line) directly connected to the FC accessory 4 may be provided. In this case, the power supply line (line) can be regarded as the accessory power feeding device 5.
  • the switch 6 directly connects or disconnects the second path L2 between the fuel cell 2 and the FC accessory 4.
  • the switch 6 may be configured by a mechanical switch, or may be configured by an electric device such as a semiconductor switch or a diode.
  • the switch 6 makes it possible to switch the power supplied from the auxiliary power feeding device 5 to the FC auxiliary 4 to the output power of the fuel cell 2. As described above, the switch 6 switches the power supply device to the FC accessory 4 to the accessory power supply device 5 or the fuel cell 2.
  • the connection state of the switch 6 is controlled by the controller 7.
  • the controller 7 is a control device that controls the operation of the vehicle system 100.
  • the controller 7 controls each of the voltage conversion device 3, the FC accessory 4, the accessory power supply device 5, and the switch 6.
  • the controller 7 detects a switching operation in which the driver's start key of the vehicle is switched from OFF to ON, the controller 7 executes a process of activating the fuel cell 2.
  • the controller 7 controls the operation of the accessory power feeding device 5 so that the connection between the fuel cell 2 and the FC accessory 4 is cut off and power is supplied from the storage device 1 to the FC accessory 4 Do.
  • the controller 7 in the present embodiment sets the state of the switch 6 to the cutoff state, and reduces the output voltage value of the power storage device 1 to the operating voltage value of the FC accessory 4.
  • the FC auxiliary machine 4 is driven, the oxidant gas and the fuel gas are supplied to the fuel cell 2 and the fuel cell 2 is warmed up.
  • the controller 7 sets the state of the switch 6 to connect the fuel cell 2 and the FC accessory 4. Control. Then, the controller 7 controls the operation of the accessory power feeding device 5 so as to stop the power supply from the accessory power feeding device 5 to the FC accessory 4.
  • the start process of the fuel cell 2 is executed when the switching operation of the start key is detected is described.
  • the storage amount of the storage device 1 falls below a predetermined threshold value
  • the start-up process of the fuel cell 2 may be performed.
  • SOC State Of Charge
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of a processing procedure related to a control method of the vehicle system 100 by the controller 7 of the present embodiment.
  • step S1 the controller 7 determines whether a start request for the fuel cell 2 has been received, that is, whether or not the fuel cell 2 is to be started. For example, when it is detected that the start key of the vehicle is turned ON or that the SOC of the storage device 1 is lowered below a predetermined threshold value, the controller 7 requests the detection signal to start the fuel cell 2 Accept as.
  • step S2 when the fuel cell 2 is started, the controller 7 controls the operation of the accessory power feeding device 5 so that power is supplied from the power storage device 1 to the FC accessory 4. For example, when the SOC of power storage device 1 falls below a predetermined threshold, controller 7 converts the output voltage of power storage device 1 into a value within the voltage range in which FC auxiliary device 4 can operate.
  • step S3 the controller 7 controls the operation of the voltage conversion device 3 so that power is taken from the fuel cell 2.
  • the controller 7 measures the temperature of the fuel cell 2, the elapsed time after the start of startup, and the like, and when the measured value exceeds a predetermined threshold value indicating the power generation possible state of the fuel cell 2, The output voltage is converted and supplied to the storage device 1.
  • the controller 7 obtains the amount of power generation of the fuel cell 2 based on the amount of supply of the fuel gas or the oxidant gas to the fuel cell 2, and via the voltage conversion device 3 when the amount of power generation exceeds a specific value.
  • the power of the fuel cell 2 may be charged to the storage device 1.
  • step S ⁇ b> 4 the controller 7 controls the state of the switch 6 to connect the fuel cell 2 and the FC accessory 4 according to the operating state of the fuel cell 2.
  • the controller 7 acquires detected values or estimated values of the temperature, power, voltage and the like of the fuel cell 2, and determines whether the acquired value exceeds a specific threshold value.
  • the specific threshold indicates the state of the temperature, power, voltage or the like of the fuel cell 2 which can cover the required power of the FC auxiliary 4 with the output power of the fuel cell 2.
  • the controller 7 switches the switch 6 from the disconnection state (non-conduction state) to the connection state (conduction state) when the acquired value exceeds the specific threshold value.
  • step S5 the controller 7 determines whether a request for stopping the fuel cell 2 has been received, that is, whether or not the power generation of the fuel cell 2 is to be stopped. For example, the start key of the vehicle is turned OFF, the temperature of the fuel cell 2 is lower than the lower limit temperature, and the SOC of the storage device 1 has risen to a predetermined threshold value indicating the fully charged state of the storage device 1 When an event or the like is detected, the controller 7 receives the detection signal as a stop request for the fuel cell 2.
  • the controller 7 switches the switch 6 from the connected state to the disconnected state after stopping the power generation of the fuel cell 2, and ends the series of processing procedures for the control method of the vehicle system 100.
  • vehicle system 100 operates in a range equivalent to the output voltage of fuel storage device 1 mounted on a vehicle, fuel cell 2 connected to storage device 1, and fuel cell 2. It includes an FC accessory 4 and a voltage conversion device 3 interposed in a first path L1 between the fuel cell 2 and the storage device 1. This vehicle system 100 is interposed between the voltage conversion device 3 and the storage device 1, and supplies power from at least one of the fuel cell 2 and the storage device 1 to the FC accessory 4. 5 and. Vehicle system 100 includes a switch 6 interposed in second path L2 between fuel cell 2 and FC auxiliary device 4 and capable of supplying power to FC auxiliary device 4. Fuel cell 2 and FC auxiliary device 4 , And switches the power supplied from the auxiliary power feeder 5 to the FC auxiliary 4 to the power output from the fuel cell 2.
  • auxiliary power feeding device 5 between power storage device 1 and voltage conversion device 3
  • power can be supplied from power storage device 1 to FC auxiliary device 4 regardless of the power generation state of fuel cell 2.
  • FC auxiliary machine 4 can be operated reliably.
  • FC accessory 4 that operates at the output voltage of the fuel cell 2
  • power can be directly supplied from the fuel cell 2 to the FC accessory 4 via the switch 6. Therefore, by connecting between the fuel cell 2 and the FC auxiliary device 4 in a situation where power is supplied to the FC auxiliary device 4 via the voltage conversion device 3, voltage conversion processing in the voltage conversion device 3 is performed. Power loss associated with
  • the fuel gas used for the power generation of the fuel cell 2 can be suppressed from being consumed in the voltage conversion process of the vehicle system 100, so that the reduction of the fuel efficiency of the vehicle can be suppressed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of a vehicle system 101 according to a second embodiment of the present invention.
  • Vehicle system 101 includes a high voltage battery 1A, an SOFC 2A, an FC output sensor 2B, an FC temperature sensor 2C, and an FC converter 3A.
  • the vehicle system 101 further includes an FC blower 4A, a temperature sensor 4B, an accessory converter 5A, a power supply switch 5B, a switch 6, and a controller 7.
  • the switch 6 is the same as the configuration of the vehicle system 100 shown in FIG.
  • High voltage battery 1A corresponds to power storage device 1 shown in FIG.
  • High voltage battery 1A outputs a voltage higher than the output voltage of SOFC 2A.
  • the high voltage battery 1A of this embodiment outputs a DC voltage higher than 60V.
  • the high voltage battery 1A outputs a DC voltage of about 400V.
  • the SOFC 2A corresponds to the fuel cell 2 shown in FIG.
  • SOFC 2A is a solid oxidation fuel cell.
  • the SOFC 2A of the present embodiment outputs a DC voltage of several tens of volts.
  • the upper limit voltage of SOFC 2A is preferably less than 60V. The reason is that, in consideration of safety regulations for preventing direct contact (electric shock), when the upper limit voltage of the SOFC 2A is 60 V or more, both the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the SOFC 2A may be floated from the vehicle chassis It will be necessary.
  • the negative terminal of the SOFC 2A can be grounded to the chassis (earth). Therefore, by connecting the negative terminal of SOFC 2A to the chassis, the chassis can be used as a passage of electricity, so that the circuit configuration of vehicle system 101 can be simplified as compared with the circuit configuration in which SOFC 2A is floated from the chassis.
  • the FC output sensor 2B detects the voltage and current output from the SOFC 2A.
  • the FC output sensor 2B outputs a detection signal indicating each of the detected output voltage and output current to the controller 7.
  • the FC temperature sensor 2C detects the temperature of the SOFC 2A. For example, the FC temperature sensor 2C detects the temperature of the gas supplied to the fuel cell 2, the temperature of the gas discharged from the fuel cell 2, and the like. The FC temperature sensor 2C outputs a detection signal indicating the detected temperature to the controller 7.
  • the FC converter 3A corresponds to the voltage conversion device 3 shown in FIG.
  • the FC converter 3A boosts or lowers the secondary side voltage between the FC converter 3A and the high voltage battery 1A using the voltage of the power output from the SOFC 2A.
  • the FC converter 3A is configured of, for example, a unidirectional DC / DC converter. Thereby, the FC converter 3A can be simplified.
  • the FC blower 4A corresponds to the FC accessory 4 shown in FIG.
  • the FC blower 4A is an actuator that supplies air to the SOFC 2A as an oxidant gas.
  • the range of voltage values at which the FC blower 4A operates is designed to be, for example, in the range of 30 V to 50 V.
  • the temperature sensor 4B detects the temperature of the FC blower 4A.
  • the temperature sensor 4B of this embodiment detects the temperature of the drive motor which comprises FC blower 4A.
  • the temperature sensor 4B outputs a detection signal indicating the detected temperature to the controller 7.
  • Auxiliary device converter 5A corresponds to auxiliary device power supply device 5 shown in FIG.
  • Auxiliary device converter 5A is a DC / DC converter that converts the voltage between high voltage battery 1A and FC converter 3A into a value within the operable voltage range of FC blower 4A.
  • the accessory converter 5A steps down a voltage of about 400 V generated between the high voltage battery 1A and the FC converter 3A to 48 V.
  • the power supply switch 5B connects or disconnects the FC blower 4A and the accessory converter 5A.
  • the connection state of the power supply switch 5B is controlled by the controller 7. For example, when the state of the switch 6 is switched from the disconnection state to the connection state, the state of the power supply switch 5B is switched from the connection state to the disconnection state, and the state of the switch 6 is switched from the connection state to the disconnection state. The state of the power supply switch 5B is switched from the disconnection state to the disconnection state. Similar to the switch 6, the power supply switch 5B may be configured by a mechanical switch, or may be configured by an electric device such as a semiconductor switch or a diode.
  • FIGS. 4A to 4E the power supply switch 5B is omitted for convenience.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining the state of power supply to the FC blower 4A when the start of the SOFC 2A is started.
  • the start key of the vehicle is set to ON, and the fuel cell start processing is performed.
  • the output voltage of the high voltage battery 1A is stepped down to the operating voltage of the FC blower 4A, for example, 48 V by the accessory converter 5A.
  • the output power of the high voltage battery 1A is supplied to the FC blower 4A through the accessory converter 5A, the FC blower 4A is driven, and the air is supplied to the SOFC 2A.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the power supply state to the FC blower 4A when the power of the SOFC 2A is taken out.
  • the controller 7 determines that the SOFC 2A is in the power generation enable state, and the FC converter 3A operates.
  • the output voltage of SOFC 2A for example, a voltage value within the range of 30 V to 50 V, is boosted to a voltage value required to charge high voltage battery 1A, so that the power of SOFC 2A is FC converter 3A and accessory converter 5A.
  • FC blower 4A are supplied to the FC blower 4A.
  • SOFC 2A For example, if the temperature of SOFC 2A rises to a temperature suitable for power generation, and each of the supply flow rates of oxidant gas and fuel gas to SOFC 2A reaches a flow rate necessary for power generation, SOFC 2A It is judged that the power generation is possible.
  • FIG. 4C is a diagram for explaining a power supply state to the FC blower 4A when the power that can be generated by the SOFC 2A exceeds the power required by the FC blower 4A.
  • the power supplied to the FC blower 4A can be supplied only by the power of the SOFC 2A, and the output power of the SOFC 2A does not use the power of the high voltage battery 1A but the FC converter 3A and the accessory converter 5A. Are supplied to the FC blower 4A.
  • FIG. 4D is a diagram for explaining the power supply state to the FC blower 4A when the externally required power required for the SOFC 2A is greater than 0 by an external load device different from the FC blower 4A that constitutes the fuel cell system. It is.
  • the output power of the SOFC 2A is supplied not only to the FC blower 4A but also to the high voltage battery 1A and the motor 12.
  • the controller 7 controls, for example, the FC blower 4A to obtain the current value and the voltage value of the SOFC 2A every time the output current of the SOFC 2A is stepwise changed. The voltage value is applied to a predetermined approximation to estimate the IV characteristic.
  • the controller 7 may store different IV characteristics for each temperature of the SOFC 2A, and select the IV characteristics corresponding to the temperature detected by the FC temperature sensor 2C.
  • FIG. 4E is a diagram for explaining a power supply state to the FC blower 4A when the SOFC 2A is in a state where the rated operation is possible.
  • the controller 7 determines that the SOFC 2A is ready for rated operation using the temperature, IV characteristics, and the like of the SOFC 2A, and switches the switch 6 from the disconnection state to the connection state.
  • the output power of the SOFC 2A is directly supplied to the FC blower 4A.
  • the accessory converter 5A is stopped and the FC converter 3A is operated.
  • the externally required power obtained by subtracting the required power of the FC blower 4A from the output power of the SOFC 2A is extracted from the SOFC 2A by the FC converter 3A and supplied to the high voltage battery 1A and the motor 12.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a processing procedure related to a control method of the vehicle system 101 by the controller 7 in the present embodiment.
  • the control method of the present embodiment includes the processes of steps S41 to S47 in place of the process of step S4 among the steps S1 to S5 shown in FIG.
  • the processes other than step S4 are the same as the processes shown in FIG. 2, so only the processes of steps S41 to S47 will be described in detail.
  • step S41 the controller 7 determines whether FC power indicating the magnitude of the output power of the SOFC 2A exceeds blower required power indicating the magnitude of the required power of the FC blower 4A. Then, the controller 7 repeats the process of step S3 until the FC power becomes larger than the blower required power.
  • the FC power is calculated using, for example, at least one of the current and the voltage detected by the FC output sensor 2B.
  • the blower required power is calculated based on the target generated power of the SOFC 2A. For example, as the operation amount of the accelerator pedal increases, the required power of the motor 12 increases, so the target generated power of the SOFC 2A increases. Along with this, the flow rate of the air to be supplied to the SOFC 2A increases, so the required power of the FC blower 4A increases.
  • step S42 the controller 7 determines whether the externally required power of the fuel cell system is greater than zero.
  • the externally required power is the power required of the SOFC 2A by a load device other than the FC blower 4A that constitutes the fuel cell system.
  • the externally required power of this embodiment is the sum of the power required to charge the high voltage battery 1A and the required power of the motor 12.
  • step S43 when the externally required power becomes larger than 0, the controller 7 determines whether the FC temperature indicating the temperature of the SOFC 2A is equal to or higher than the temperature threshold Th_f.
  • the FC temperature is detected by, for example, the FC temperature sensor 2C.
  • the temperature threshold Th_f is determined in advance using experimental data, simulation results, and the like.
  • the temperature threshold value Th_f of the present embodiment is set to the temperature of the SOFC 2A in which the SOFC 2A can perform rated operation.
  • the controller 7 may set the temperature of the SOFC 2A at which the operating state of the SOFC 2A can output from the SOFC 2A to the externally required power in addition to the blower required power as the temperature threshold Th_f. As described above, the controller 7 changes the temperature threshold value Th_f according to the magnitude of the externally required power, so that the output terminal of the SOFC 2A can be connected directly to the power supply terminal of the FC blower 4A at an early stage.
  • step S43 If the FC temperature is lower than the temperature threshold Th_f in step S43, the controller 7 monitors the FC temperature until the FC temperature reaches the temperature threshold Th_f. If the FC temperature reaches the temperature threshold Th_f, the controller 7 performs the step The process proceeds to step S44. Also, when it is determined in step S42 that the externally required power is 0, the controller 7 proceeds to the process of step S44.
  • step S44 the controller 7 determines whether the FC voltage value indicating the magnitude of the output voltage of the SOFC 2A is within the operating voltage range R1 of the FC blower 4A.
  • the FC voltage value is detected by, for example, the FC output sensor 2B.
  • the operating voltage range R1 indicates a range of voltage values that can drive the FC blower 4A that constitutes an accessory of the SOFC 2A. The operating voltage range R1 will be described later with reference to the following drawings.
  • the controller 7 If the FC voltage value is not within the operating voltage range R1, the controller 7 returns to the process of step S42 and repeats the processes of steps S42 to S44 until the FC voltage value falls within the operating voltage range R1.
  • step S45 when the FC voltage value is within the operating voltage range R1, the controller 7 controls the state of the switch 6 to connect the SOFC 2A and the FC blower 4A.
  • the output power of SOFC 2A is directly supplied to FC blower 4A, so that the power of SOFC 2A is prevented from passing through FC converter 3A and accessory converter 5A as shown in FIG. 4D. it can. Therefore, it is possible to reduce the amount of power loss that is lost by the voltage conversion process of the FC converter 3A and the accessory converter 5A.
  • the controller 7 stops the operation of the accessory converter 5A, and switches the power supply switch 5B disposed between the accessory converter 5A and the switch 6 to the cutoff state.
  • the feeding switch 5B By arranging the feeding switch 5B in this manner, even if the switch 6 is switched to the connected state in a situation where the voltage of the smoothing capacitor in the accessory converter 5A is higher than the voltage of the SOFC 2A, the current flows back to the SOFC 2A. You can avoid the situation.
  • step S46 the controller 7 determines whether the blower temperature indicating the magnitude of the temperature of the drive motor constituting the FC blower 4A is equal to or lower than the accessory temperature threshold Th_a.
  • the blower temperature is detected by, for example, the temperature sensor 4B.
  • the above-mentioned accessory temperature threshold Th_a is the temperature of the drive motor such that the drive motor of the FC blower 4A is deteriorated or the operation efficiency is reduced, that is, the temperature of the drive motor when the load of the FC blower 4A is too large. It is determined in advance based on it. As described above, by detecting the temperature of the drive motor in the FC blower 4A, the overload state of the FC blower 4A can be accurately estimated. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the magnet characteristics of the drive motor and the reduction of the driving efficiency.
  • step S47 when the blower temperature exceeds the accessory temperature threshold Th_a, the controller 7 determines that the FC blower 4A is in the overload state, and switches the switch 6 so that the connection between the SOFC 2A and the FC blower 4A is cut off. Control the state. Then, the controller 7 controls both the FC converter 3A and the accessory converter 5A such that the power supplied to the FC blower 4A is secured. As a result, it is possible to avoid a situation in which the FC blower 4A breaks down.
  • step S46 When the blower temperature is equal to or lower than the accessory temperature threshold Th_a in step S46, or when the switch 6 is switched from the connection state to the disconnection state in step S47, the controller 7 proceeds to the process of step S5. Then, the controller 7 repeats the processes of steps S42 to S47 and the process of step S5 until the stop request of the SOFC 2A is received.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the IV characteristic of SOFC 2A and the voltage range of FC blower 4A.
  • the reference output characteristic Fb as a reference of the rated operable IV characteristic of the SOFC 2A is indicated by a solid line
  • the output characteristic F0 which is defective compared to the reference output characteristic Fb of the SOFC 2A is indicated by a dotted line.
  • FIG. 6 shows an operating voltage range R1 and a performance guaranteed voltage range R2 as the voltage range of the FC blower 4A.
  • the operating voltage range R1 indicates the range of voltage values in which the FC blower 4A can operate.
  • the open circuit voltage OCV is, for example, 50 V, and the operation lower limit voltage V0 is 30 V.
  • Performance guarantee voltage range R2 shows the range of the voltage value in which FC blower 4A can carry out rated operation.
  • the output voltage of the SOFC 2A decreases as the output current of the SOFC 2A increases.
  • the FC blower 4A operates at the rating at the rated operating point Pr of the SOFC 2A. That is, when the output power of the SOFC 2A is supplied to the FC blower 4A through the switch 6, the output voltage of the SOFC 2A becomes the rated voltage value V1 and the output current of the SOFC 2A becomes the rated current value I2. The rated operation of the FC blower 4A is performed.
  • the SOFC 2A can not perform the rated operation in this state. For example, when the temperature of the SOFC 2A is lower than the temperature suitable for power generation, the IV characteristic of the SOFC 2A is lower than the reference output characteristic Fb.
  • the operating voltage range R1 of the FC blower 4A is determined in advance in consideration of the IV characteristics of the SOFC 2A so that the FC blower 4A operates when the SOFC 2A is directly connected to the FC blower 4A.
  • the vehicle system 101 includes the SOFC 2A, which is a solid oxidation fuel cell that receives a supply of fuel gas and generates electric power. Since SOFC 2A is mainly formed of ceramics, the difference is larger than that of a polymer electrolyte fuel cell or the like. Therefore, as the number of stacked fuel cells stacked in the SOFC 2A increases, the difference in the entire SOFC 2A increases, the adhesion between the fuel cells decreases, and the electrical resistance inside the SOFC 2A increases.
  • SOFC 2A is a solid oxidation fuel cell that receives a supply of fuel gas and generates electric power. Since SOFC 2A is mainly formed of ceramics, the difference is larger than that of a polymer electrolyte fuel cell or the like. Therefore, as the number of stacked fuel cells stacked in the SOFC 2A increases, the difference in the entire SOFC 2A increases, the adhesion between the fuel cells decreases, and the electrical resistance inside the SOFC 2A increases.
  • the rated output of the SOFC 2A is smaller than the rated output of the high voltage battery 1A.
  • the rated output of the FC blower 4A used as an accessory of the SOFC 2A can be reduced, so that the operable voltage range of the FC blower 4A can be easily set to the output voltage of the SOFC 2A. Therefore, with a simple configuration, it is possible to suppress the decrease in fuel consumption of the SOFC 2A.
  • the vehicle system 101 includes, as a sensor that detects the power generation state of the SOFC 2A, an FC output sensor 2B that detects the current and voltage of the SOFC 2A, and an FC temperature sensor 2C that detects the temperature of the SOFC 2A.
  • the vehicle system 101 further includes a controller 7 that controls the connection state of the switch 6 using the FC output sensor 2B or the FC temperature sensor 2C.
  • the controller 7 controls the switch 6 in accordance with the detection signal of the FC output sensor 2B or the FC temperature sensor 2C to connect or disconnect between the FC blower 4A and the SOFC 2A that constitute the auxiliary equipment of the fuel cell.
  • the output power of SOFC 2A can be directly supplied to FC blower 4A according to the power generation state of SOFC 2A, and therefore the output power of SOFC 2A is consumed in the voltage conversion process of FC converter 3A and accessory converter 5A. Power can be reduced.
  • the FC output sensor 2B detects the output voltage or output current of the SOFC 2A as the power generation state of the SOFC 2A. Then, the controller 7 connects between the SOFC 2A and the FC blower 4A when the output power of the SOFC 2A exceeds the required power of the FC blower 4A based on the voltage value or the current value detected by the FC output sensor 2B.
  • the controller 7 omits steps S42 to S44 among steps S41 to S45 shown in FIG. 5 and switches the switch 6 from the disconnection state to the connection state when it is determined that the FC power is larger than the blower required power. It may be Alternatively, if the detected value of the output current of the SOFC 2A exceeds the current value required to secure the required power of the blower, or the detected value of the output voltage of the SOFC 2A is a voltage value required to secure the required power of the blower. The switch 6 may be switched to the connected state if
  • the switch 6 can be switched to the connection state more accurately than in the case of using the estimated value of the output current or output voltage of the SOFC 2A. Become. Therefore, the power loss of FC converter 3A and accessory converter 5A can be reduced.
  • the controller 7 switches the switch 6 to the cutoff state.
  • the FC converter 3A is secured while the power to be supplied to the FC blower 4A is secured by interrupting between the SOFC 2A and the FC blower 4A. And the power loss of the accessory converter 5A can be reduced.
  • the FC temperature sensor 2C detects the temperature of the SOFC 2A as the power generation state of the SOFC 2A, and the controller 7 determines whether the temperature detected by the FC temperature sensor 2C is equal to or higher than the predetermined temperature threshold Th_f Decide whether or not. For example, the controller 7 omits the process of step S44 among steps S43 to S45 shown in FIG. 5 and the SOFC 2A and FC when the FC temperature indicating the temperature detected by the FC temperature sensor 2C is equal to or higher than the temperature threshold Th_f. You may make it connect between blower 4A.
  • the switch 6 is set in the connected state in the state where the SOFC 2A can be rated. It becomes possible. Therefore, it is possible to avoid the situation where the output power of SOFC 2A runs short as the power demand of storage device 1 or motor 12 increases after switch 6 is set in the connected state.
  • the controller 7 shuts off the SOFC 2A and the FC blower 4A when the FC temperature is less than the temperature threshold Th_f.
  • the power to be supplied to the FC blower 4A can be secured.
  • the controller 7 obtains an IV characteristic indicating the output characteristic of the output voltage relative to the output current of the SOFC 2A based on the voltage value and the current value detected by the FC output sensor 2B, and the IV characteristic corresponds to a predetermined reference output characteristic Fb. It may be determined whether the comparison is good or not.
  • the controller 7 controls the FC converter 3A to supply the power extracted from the SOFC 2A to the FC blower 4A, while changing the output power of the SOFC 2A stepwise. Then, the controller 7 obtains one set of voltage value and current value from the FC output sensor 2B each time the output power of the SOFC 2A is changed stepwise, and applies at least two sets of voltage value and current value to a predetermined approximate expression Then estimate the IV characteristics.
  • the controller 7 connects the SOFC and the FC blower 4A.
  • the switch 6 is connected in the state where the SOFC 2A can be rated. It can be set. Therefore, the situation where the output power of the SOFC 2A runs short can be avoided.
  • the controller 7 cuts off between the SOFC 2A and the FC blower 4A. As a result, the output shortage of the SOFC 2A can be avoided, and the power to be supplied from the high voltage battery 1A to the FC blower 4A can be secured.
  • the controller 7 causes the voltage value detected by the FC output sensor 2B to fall within the operating voltage range R1 of the FC blower 4A as in the process of step S44 shown in FIG. Connects between the SOFC and the FC blower 4A. As a result, it is possible to avoid that the voltage value supplied to the FC blower 4A is low and the FC blower 4A is overloaded.
  • a fuel cell in which the upper limit voltage of the SOFC 2A is less than 60 V is used.
  • the chassis can be used to ground the negative electrode terminal of the SOFC 2A, and the need to insulate the SOFC 2A from the chassis is reduced, so that the manufacturing cost and the size of the vehicle system 101 can be reduced.
  • the controller 7 makes the output power of the SOFC 2A constant. Lower the output of the FC converter 3A.
  • the controller 7 reduces the power output from the FC converter 3A so that the output power of the SOFC 2A detected by the FC output sensor 2B becomes constant, and stops the operation of the accessory converter 5A.
  • the controller 7 may lower the output power of the FC converter 3A by an amount obtained by adding the power consumption of the FC blower 4A to the sum of the power loss of the FC converter 3A and the accessory converter 5A.
  • the vehicle system 101 includes the temperature sensor 4B that detects the temperature of the FC blower 4A as an accessory sensor that detects the operating state of the accessory. Then, the controller 7 shuts off the SOFC 2A and the FC blower 4A in accordance with the detection signal output from the temperature sensor 4B. This makes it possible to determine whether or not the FC blower 4A is in a state where malfunction may occur, thereby suppressing a situation where the FC blower 4A breaks down with the switch 6 to the connection state. can do.
  • the controller 7 determines whether the load of the FC blower 4A is excessive based on the temperature detected by the temperature sensor 4B. When the controller 7 determines that the load is excessive, the controller 7 shuts off the SOFC 2A and the FC blower 4A. As a result, the temperature of the FC blower 4A becomes too high, the output of the FC blower 4A decreases, and a situation such as an emergency stop can be avoided.
  • the vehicle system 101 includes the FC blower 4A as an actuator that supplies the gas necessary for SOFC 2A power generation to the SOFC 2A, and the temperature sensor 4B detects the temperature state of the drive motor that drives the FC blower 4A. Do. Since the temperature of the drive motor rises as the load of the FC blower 4A increases, the controller 7 can estimate the overload state of the FC blower 4A.
  • Vehicle system 101 may be provided with a current sensor for detecting the magnitude of the current supplied to FC blower 4A, for example, instead of temperature sensor 4B as a sensor for detecting the operating state of FC blower 4A. .
  • the controller 7 determines whether the load of the FC blower 4A is excessive based on the current detected by the current sensor, and when it is determined that the load is excessive, Block between SOFC 2A and FC blower 4A.
  • the failure of the FC blower 4A can be estimated more accurately than in the case where the temperature sensor 4B is used.
  • FIG. 7 is a view showing a configuration example of a vehicle system 102 in the third embodiment of the present invention.
  • Vehicle system 102 includes high voltage battery 1A and low voltage battery 1B as power storage device 1 of vehicle system 100 shown in FIG.
  • the other configuration is the same as the configuration of the vehicle system 100, and is assigned the same reference numeral to omit the description.
  • the high voltage battery 1A is a battery that outputs a voltage higher than the output voltage of the fuel cell 2, as described in FIG.
  • the high voltage battery 1A of the present embodiment supplies power to the motor 12 that drives the vehicle.
  • the high voltage battery 1A outputs a DC voltage of about 400V.
  • Low voltage battery 1B outputs a voltage lower than the output voltage of high voltage battery 1A.
  • the low voltage battery 1B outputs a voltage of several tens of volts.
  • the low voltage battery 1B is realized by a lithium ion battery, a lead battery, or the like.
  • the high voltage battery 1A is connected to the motor 12 via the inverter 11 without being connected to the accessory power feeding device 5. Then, a low voltage battery 1 B is connected to the auxiliary power feeding device 5.
  • FC auxiliary equipment 4 can It is possible to avoid a situation where the power supply is insufficient.
  • the accessory feeding device 5 is provided with a diagnostic sensor for diagnosing the presence or absence of its own failure, and the controller 7 determines the state of the switch 6 in accordance with the detection signal of the diagnostic sensor. Switch from disconnected state to connected state.
  • a diagnostic sensor a sensor that detects the temperature of the semiconductor element in the DC / DC converter that constitutes the accessory feeding device 5, the voltage and current of the primary side and the secondary side, and the like can be mentioned.
  • the controller 7 determines that the accessory power supply device 5 is broken when the detected value of the voltage, current, temperature or the like of the accessory power supply device 5 exceeds a predetermined threshold, and connects the switch 6 from the cut off state Switch to
  • the power storage device 1 is provided with a sensor that detects the voltage, current, temperature, and the like of the low voltage battery 1B.
  • the controller 7 determines that the low voltage battery 1B is broken when the voltage, current, temperature or the like of the low voltage battery 1B exceeds a specific threshold, and switches the switch 6 from the disconnection state to the connection state. As a result, there is no need to stop the power generation of the fuel cell 2 due to the failure of the low voltage battery 1B, and the power supply from the fuel cell 2 to the high voltage battery 1A or the motor 12 can be continued.
  • high voltage battery 1A is connected to motor 12, and low voltage battery 1B is connected to auxiliary power feeding device 5.
  • auxiliary power feeding device 5 As a result, it is possible to avoid a situation where the power supplied to the FC auxiliary device 4 runs short as the required power of the motor 12 rapidly increases.
  • the controller 7 detects the operating state of the accessory power feeding device 5 to determine whether the accessory power feeding device 5 is in a failure state. Then, when the controller 7 determines that the accessory feeding device 5 is in a failure state, the controller 7 connects between the fuel cell 2 and the FC accessory 4.
  • the FC auxiliary device 4 may be a blower that supplies hydrogen or ethanol used for power generation of a fuel cell, and when the fuel cell 2 is a polymer electrolyte fuel cell, a refrigerant is added to the fuel cell 2 It may be a supply pump. Even with such a device, it is possible to obtain the same effects as those of the above embodiment.
  • the power supply system described in FIG. 1 is mounted on a vehicle in the above embodiment, it may be mounted on an aircraft other than a vehicle, a ship, or the like, or may be provided in a power supply facility that is not a mobile body.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

電源システムは、蓄電装置１と、蓄電装置１に接続される燃料電池２と、燃料電池の出力電圧相当の範囲で動作する燃料電池の補機４と、燃料電池２と蓄電装置１との間の第１経路に介装される電圧変換装置３とを備える。さらに電源システムは、電圧変換装置３と蓄電装置１との間に介装され、燃料電池２及び蓄電装置１のうち少なくとも一方の電力を補機４に供給する補機給電装置５と、燃料電池２と補機４との間において前記第１経路とは異なる第２経路に介装され、補機４に電力を供給可能なスイッチ６とを備える。

Description

電源システム及びその制御方法
　この発明は、蓄電装置を用いて燃料電池の補機に電力を供給する電源システム及びその制御方法に関する。
　ＷＯ２０１４／０１３６０６Ａには、燃料電池に付属する補機への給電装置として、二次電池の電圧を変換して補機に電力を供給する第１コンバータと燃料電池の電圧を昇圧して補機に電力を供給する第２コンバータとを備えるシステムが開示されている。
　上述のようなシステムにおいては、燃料電池の起動時に第１コンバータを介して補機に電力が供給され、起動後は第２コンバータを介して補機に電力が供給される。このため、補機に電力が供給される際には、第１コンバータや第２コンバータでの電圧変換に伴い電力損失が生じる。この電力損失により燃料電池の燃料が無駄に消費されることになるため、車両における燃費が低下してしまうという問題があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、その目的は、燃料電池の起動を確保しつつ車両における燃費の低下を抑制する電源システム及びその制御方法を提供することにある。
　本発明のある態様によれば、電源システムは、蓄電装置と、前記蓄電装置に接続される燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧相当の範囲で動作する燃料電池の補機と、前記燃料電池と前記蓄電装置との間の第１経路に介装される電圧変換装置とを含む。さらに電源システムは、前記電圧変換装置と前記蓄電装置との間に介装されて前記燃料電池及び前記蓄電装置のうち少なくとも一方の電力を前記補機に供給する補機給電装置と、前記燃料電池と前記補機との間において前記第１経路とは異なる第２経路に介装され、前記補機に電力を供給可能なスイッチとを含む。
図１は、本発明の第１実施形態における車両システムの構成例を示す図である。 図２は、車両システムの制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第２実施形態における車両システムの構成例を示す図である。 図４Ａは、燃料電池の起動を開始した場合にバッテリからコンバータを介して燃料電池の補機に電力が供給される第１補機給電状態を示す図である。 図４Ｂは、燃料電池の発電を開始した場合にコンバータを介して燃料電池及びバッテリの双方から補機に電力が供給される第２補機給電状態を示す図である。 図４Ｃは、燃料電池の温度上昇に伴いコンバータを介して燃料電池から補機に電力が供給される第３補機給電状態を示す図である。 図４Ｄは、燃料電池が定格運転可能な状態になった場合に燃料電池の電力が補機及び他の装置に分配される第４補機給電状態を示す図である。 図４Ｅは、燃料電池の電圧が補機の動作電圧範囲内にある場合に燃料電池の出力電力が補機に直接的に供給されるとともにコンバータを介して他の装置に間接的に供給される第５補機給電状態を示す図である。 図５は、車両システムの制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。 図６は、燃料電池の出力特性と補機の動作電圧範囲との関係を示す図である。 図７は、本発明の第３実施形態における車両システムの構成例を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
 （第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態における車両システム１００の構成の一例を示す構成図である。
　車両システム１００は、車両に搭載される補機及び蓄電装置に電力を供給する電源システムである。車両としては、例えば、ハイブリッド車を含む電気自動車や電車などが挙げられる。本実施形態の車両システム１００は、直流電力を交流電力に変換するインバータ１１を用いて、車両を駆動するモータ１２に電力を供給する。
　車両システム１００は、蓄電装置１と、燃料電池２と、電圧変換装置３と、ＦＣ補機４と、補機給電装置５と、スイッチ６と、コントローラ７と、インバータ１１と、モータ１２とを備える。なお、燃料電池２、電圧変換装置３、ＦＣ補機４及び補機給電装置５は、燃料電池システムを構成する。
　蓄電装置１は、ＦＣ補機４及びモータ１２の少なくとも一方に電力を供給する電源である。例えば、蓄電装置１は、数百ボルト（Ｖ）の直流電圧により電力を出力する。蓄電装置１は、リチウムイオンバッテリや鉛バッテリなどにより実現される。
　燃料電池２は、第１経路Ｌ１を介して蓄電装置１に接続される。さらに燃料電池２は、第１経路Ｌ１と異なる第２経路Ｌ２を介してＦＣ補機４に接続される。燃料電池２は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する。燃料電池２は、固体酸化型燃料電池や固体高分子型燃料電池などにより実現される。燃料電池２の出力電圧は、燃料電池２に供給される燃料ガスの流量や、酸化剤ガスの流量、燃料電池２の温度などの運転状態に応じて変化する。
　燃料電池２は、蓄電装置１、ＦＣ補機４及びモータ１２のうち少なくともひとつに電力を供給可能な電源である。燃料電池２は、複数のセルにより積層されており、蓄電装置１の出力電圧に比して異なる大きさの電圧を出力する。例えば、燃料電池２は、蓄電装置１の出力電圧の値よりも低い数十Ｖの直流電圧を出力する。この例では、燃料電池２が蓄電装置１の出力を補助するための電源として用いられる。
　電圧変換装置３は、燃料電池２と蓄電装置１との間の第１経路Ｌ１に介装され、燃料電池２から出力される電力の電圧を、当該電圧の値とは異なる電圧値に変換する。例えば、電圧変換装置３は、入力電力の電圧を昇圧又は降圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータにより構成される。
　ＦＣ補機４は、燃料電池２の発電に必要となる付属機器である。ＦＣ補機４としては、例えば、燃料電池２に酸化剤ガス又は燃料ガスを供給するアクチュエータや、燃料電池２に冷媒を導入しその冷媒を燃料電池２の導入口に戻して循環させるアクチュエータなどにより実現される。ＦＣ補機４の一例としては、大気からの空気を酸化剤ガスとして燃料電池２に供給するブロア又はコンプレッサが挙げられる。
　ＦＣ補機４は、燃料電池２の出力電圧に相当する電圧値の範囲内で動作する。すなわち、ＦＣ補機４は、燃料電池２から出力される電圧値の範囲内で駆動するように設計される。また、ＦＣ補機４の定格出力は、燃料電池２の定格出力を考慮して決められる。例えば、燃料電池２の定格出力が小さくなるほど、ＦＣ補機４の定格出力は小さな値に定められる。
　補機給電装置５は、電圧変換装置３と蓄電装置１との間に介装される。補機給電装置５は、蓄電装置１及び燃料電池２のうちの少なくとも一方の出力電力をＦＣ補機４に供給する。例えば、補機給電装置５は、電圧変換装置３と蓄電装置１との間の電圧をＦＣ補機４の動作電圧範囲内の値に変換するＤＣ／ＤＣコンバータにより実現される。この例では補機給電装置５の動作はコントローラ７により制御される。
　なお、電圧変換装置３と蓄電装置１との間の電圧を変換する必要がない場合には、補機給電装置５を省略し、電圧変換装置３と蓄電装置１との間の第１経路Ｌ１から分岐してＦＣ補機４に直接接続する電源線（ライン）を配設してもよい。この場合には電源線（ライン）を補機給電装置５として捉えることができる。
　スイッチ６は、燃料電池２とＦＣ補機４との間の第２経路Ｌ２を直接的に接続又は遮断する。スイッチ６は、機械式のスイッチにより構成されてもよく、半導体スイッチやダイオードなどの電気デバイスにより構成されてもよい。スイッチ６により、補機給電装置５からＦＣ補機４への供給電力を燃料電池２の出力電力に切り替えることが可能になる。このようにスイッチ６は、ＦＣ補機４への電力供給装置を補機給電装置５又は燃料電池２に切り替える。スイッチ６の接続状態はコントローラ７により制御される。
　コントローラ７は、車両システム１００の動作を制御する制御装置である。コントローラ７は、電圧変換装置３、ＦＣ補機４、補機給電装置５及びスイッチ６の各々を制御する。コントローラ７は、ドライバにより車両の始動キーがＯＦＦからＯＮへと切り替えられる切替操作を検出すると、燃料電池２の起動処理を実行する。
　上述の起動処理においてコントローラ７は、燃料電池２とＦＣ補機４との間の接続を遮断するとともに蓄電装置１からＦＣ補機４に電力が供給されるよう補機給電装置５の動作を制御する。本実施形態におけるコントローラ７は、スイッチ６の状態を遮断状態に設定するとともに、蓄電装置１の出力電圧値をＦＣ補機４の動作電圧値まで降圧する。これにより、ＦＣ補機４が駆動するので、燃料電池２に酸化剤ガスや燃料ガスの供給が行われたり、燃料電池２の暖機が行われたりする。
　そして燃料電池２の電力がＦＣ補機４の駆動に必要となる要求電力を上回る場合には、コントローラ７は、燃料電池２とＦＣ補機４との間を接続するようにスイッチ６の状態を制御する。そしてコントローラ７は、補機給電装置５からＦＣ補機４への電力供給を停止するよう補機給電装置５の動作を制御する。
　なお、本実施形態では始動キーの切替操作を検出した場合に燃料電池２の起動処理を実行する例について説明したが、蓄電装置１の蓄電量が所定の閾値よりも低下した場合にコントローラ７が燃料電池２の起動処理を実行するようにしてもよい。蓄電装置１の蓄電量としては例えばＳＯＣ（State Of Charge）が用いられる。
　図２は、本実施形態のコントローラ７による車両システム１００の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。
　ステップＳ１においてコントローラ７は、燃料電池２の起動要求を受け付けたか否か、すなわち燃料電池２を起動するか否かを判断する。例えば、車両の始動キーがＯＮに操作されたことや、蓄電装置１のＳＯＣが所定の閾値よりも低下したことなどが検出された場合にコントローラ７は、その検出信号を燃料電池２の起動要求として受け付ける。
　ステップＳ２においてコントローラ７は、燃料電池２を起動する場合に、蓄電装置１からＦＣ補機４に電力が供給されるよう補機給電装置５の動作を制御する。例えば、コントローラ７は、蓄電装置１のＳＯＣが所定の閾値よりも低下した場合に、蓄電装置１の出力電圧をＦＣ補機４が動作可能な電圧範囲内の値に変換する。
　ステップＳ３においてコントローラ７は、燃料電池２から電力が取り出されるよう電圧変換装置３の動作を制御する。例えば、コントローラ７は、燃料電池２の温度や起動開始後の経過時間などを計測し、計測した値が燃料電池２の発電可能な状態を示す所定の閾値を上回った場合に、燃料電池２の出力電圧を変換して蓄電装置１に供給する。
　あるいは、コントローラ７は、燃料電池２への燃料ガスや酸化剤ガスの供給量に基づき燃料電池２の発電量を求め、その発電量が特定の値を上回った場合に電圧変換装置３を介して燃料電池２の電力を蓄電装置１に充電するようにしてもよい。
　ステップＳ４においてコントローラ７は、燃料電池２の運転状態に応じて、燃料電池２とＦＣ補機４との間を接続するようスイッチ６の状態を制御する。
　例えば、コントローラ７は、燃料電池２の温度や電力、電圧などの検出値又は推定値を取得し、取得した値が特定の閾値を上回るか否かを判断する。特定の閾値は、ＦＣ補機４の要求電力を燃料電池２の出力電力で賄うことが可能な燃料電池２の温度や電力、電圧などの状態を示す。コントローラ７は、取得した値が特定の閾値を上回った場合には、スイッチ６を遮断状態（非導通状態）から接続状態（導通状態）に切り替える。
　ステップＳ５においてコントローラ７は、燃料電池２の停止要求を受け付けたか否か、すなわち燃料電池２の発電を停止するか否かを判断する。例えば、車両の始動キーがＯＦＦに操作されたことや、燃料電池２の温度が下限温度よりも低下したこと、蓄電装置１のＳＯＣが蓄電装置１の満充電状態を示す所定の閾値まで上昇したことなどが検出された場合にコントローラ７は、その検出信号を燃料電池２の停止要求として受け付ける。
　そして、コントローラ７は、燃料電池２の発電を停止した後にスイッチ６を接続状態から遮断状態に切り替えて、車両システム１００の制御方法についての一連の処理手順を終了する。
　本発明の第１実施形態によれば、車両システム１００は、車両に搭載される蓄電装置１と、蓄電装置１に接続される燃料電池２と、燃料電池２の出力電圧相当の範囲で動作するＦＣ補機４と、燃料電池２と蓄電装置１との間の第１経路Ｌ１に介装される電圧変換装置３とを含む。この車両システム１００は、電圧変換装置３と蓄電装置１との間に介装されて燃料電池２及び蓄電装置１のうち少なくとも一方の電源からの電力をＦＣ補機４に供給する補機給電装置５とを含む。そして車両システム１００は、燃料電池２とＦＣ補機４との間の第２経路Ｌ２に介装され、ＦＣ補機４に電力を供給可能なスイッチ６を含み、燃料電池２とＦＣ補機４とを接続して補機給電装置５からＦＣ補機４に供給される電力を、燃料電池２から出力される電力に切り替える。
　このように、蓄電装置１と電圧変換装置３との間に補機給電装置５を配置することで、燃料電池２の発電状態に関わらず、蓄電装置１からＦＣ補機４に電力を供給でき、燃料電池２の起動時にＦＣ補機４を確実に作動させることができる。
　さらに、燃料電池２の出力電圧相当で作動するＦＣ補機４を用いることにより、スイッチ６を介して燃料電池２からＦＣ補機４に電力を直接供給することが可能になる。このため、電圧変換装置３を介してＦＣ補機４に電力が供給されるような状況において燃料電池２とＦＣ補機４との間を接続することで、電圧変換装置３での電圧変換処理に伴う電力損失を低減することができる。
　したがって、燃料電池２の発電に用いられる燃料ガスが車両システム１００の電圧変換処理で消費されるのを抑えられるので、車両における燃費の低下を抑制することができる。
 （第２実施形態）
　図３は、本発明の第２実施形態における車両システム１０１の構成の一例を示す構成図である。
　車両システム１０１は、高電圧バッテリ１Ａと、ＳＯＦＣ２Ａと、ＦＣ出力センサ２Ｂと、ＦＣ温度センサ２Ｃと、ＦＣコンバータ３Ａとを含む。さらに車両システム１０１は、ＦＣブロア４Ａと、温度センサ４Ｂと、補機コンバータ５Ａと、給電スイッチ５Ｂと、スイッチ６と、コントローラ７とを備える。なお、スイッチ６については、図１に示した車両システム１００の構成と同一であるため同じ符号を付して説明を省略する。
　高電圧バッテリ１Ａは、図１に示した蓄電装置１に対応する。高電圧バッテリ１Ａは、ＳＯＦＣ２Ａの出力電圧よりも高い電圧を出力する。本実施形態の高電圧バッテリ１Ａは、６０Ｖよりも高い直流の電圧を出力する。例えば、高電圧バッテリ１Ａは、４００Ｖ程度の直流電圧を出力する。
　ＳＯＦＣ２Ａは、図１に示した燃料電池２に対応する。ＳＯＦＣ２Ａは、固体酸化型の燃料電池である。本実施形態のＳＯＦＣ２Ａは、数十Ｖの直流電圧を出力する。
　ＳＯＦＣ２Ａの上限電圧は６０Ｖ未満であることが好ましい。その理由は、直接接触（感電）を防止するための安全規定を考慮すると、ＳＯＦＣ２Ａの上限電圧が６０Ｖ以上である場合は、ＳＯＦＣ２Ａの正極端子及び負極端子の双方を車両のシャシからフローティングさせることが必要になる。
　これに対して、ＳＯＦＣ２Ａの上限電圧が６０Ｖ未満である場合は、ＳＯＦＣ２Ａの負極端子をシャシに接地（アース）させることができる。したがって、ＳＯＦＣ２Ａの負極端子をシャシに接続することでシャシを電気の通り道として使えるので、ＳＯＦＣ２Ａをシャシから浮かせる回路構成に比べて、車両システム１０１の回路構成を簡素化することができる。
　ＦＣ出力センサ２Ｂは、ＳＯＦＣ２Ａから出力される電圧及び電流を検出する。ＦＣ出力センサ２Ｂは、検出した出力電圧及び出力電流の各々を示す検出信号をコントローラ７に出力する。
　ＦＣ温度センサ２Ｃは、ＳＯＦＣ２Ａの温度を検出する。例えば、ＦＣ温度センサ２Ｃは、燃料電池２に供給されるガスの温度や、燃料電池２から排出されるガスの温度などを検出する。ＦＣ温度センサ２Ｃは、検出した温度を示す検出信号をコントローラ７に出力する。
　ＦＣコンバータ３Ａは、図１に示した電圧変換装置３に対応する。ＦＣコンバータ３Ａは、ＳＯＦＣ２Ａから出力される電力の電圧を用いてＦＣコンバータ３Ａと高電圧バッテリ１Ａとの間の２次側電圧を昇圧又は降圧する。ＦＣコンバータ３Ａは、例えば、一方向のＤＣ／ＤＣコンバータにより構成される。これにより、ＦＣコンバータ３Ａを簡素にすることができる。
　ＦＣブロア４Ａは、図１に示したＦＣ補機４に対応する。ＦＣブロア４Ａは、ＳＯＦＣ２Ａに酸化剤ガスとして空気を供給するアクチュエータである。また、ＦＣブロア４Ａが作動する電圧値の範囲は、例えば、３０Ｖから５０Ｖまでの範囲となるように設計される。
　温度センサ４Ｂは、ＦＣブロア４Ａの温度を検出する。本実施形態の温度センサ４Ｂは、ＦＣブロア４Ａを構成する駆動モータの温度を検出する。温度センサ４Ｂは、検出した温度を示す検出信号をコントローラ７に出力する。
　補機コンバータ５Ａは、図１に示した補機給電装置５に対応する。補機コンバータ５Ａは、高電圧バッテリ１ＡとＦＣコンバータ３Ａとの間の電圧をＦＣブロア４Ａの動作可能な電圧範囲内の値に変換するＤＣ／ＤＣコンバータである。例えば、補機コンバータ５Ａは、高電圧バッテリ１ＡとＦＣコンバータ３Ａとの間に生じる４００Ｖ程度の電圧を４８Ｖに降圧する。
　給電スイッチ５Ｂは、ＦＣブロア４Ａと補機コンバータ５Ａとの間を接続又は遮断する。給電スイッチ５Ｂの接続状態はコントローラ７により制御される。例えば、スイッチ６の状態が遮断状態から接続状態に切り替えられた場合には給電スイッチ５Ｂの状態は接続状態から遮断状態に切り替えられ、スイッチ６の状態が接続状態から遮断状態に切り替えられた場合には給電スイッチ５Ｂの状態は遮断状態から切断状態に切り替えられる。給電スイッチ５Ｂは、スイッチ６と同様、機械式のスイッチにより構成されてもよく、半導体スイッチやダイオードなどの電気デバイスにより構成されてもよい。
　次に、車両システム１０１におけるＦＣブロア４Ａへの電力供給手法について図４Ａ乃至図４Ｅを参照して説明する。図４Ａ乃至図４Ｅにおいては、便宜上、給電スイッチ５Ｂは省略されている。
　図４Ａは、ＳＯＦＣ２Ａの起動を開始した場合におけるＦＣブロア４Ａへの電力供給状態を説明する図である。
　図４Ａにおいては、車両の始動キーがＯＮに設定されて燃料電池の起動処理が実行される。これに伴って、補機コンバータ５Ａにより高電圧バッテリ１Ａの出力電圧がＦＣブロア４Ａの動作電圧、例えば４８Ｖに降圧される。これにより、高電圧バッテリ１Ａの出力電力が補機コンバータ５Ａを介してＦＣブロア４Ａに供給されてＦＣブロア４Ａが駆動し、ＳＯＦＣ２Ａに空気が供給される。
　図４Ｂは、ＳＯＦＣ２Ａの電力を取り出した場合におけるＦＣブロア４Ａへの電力供給状態を説明する図である。
　図４Ｂにおいては、コントローラ７によりＳＯＦＣ２Ａが発電可能な状態になったとの判断がなされてＦＣコンバータ３Ａが作動する。これにより、ＳＯＦＣ２Ａの出力電圧、例えば３０Ｖから５０Ｖまでの範囲内の電圧値が高電圧バッテリ１Ａの充電に必要となる電圧値まで昇圧されるので、ＳＯＦＣ２Ａの電力がＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａを介してＦＣブロア４Ａに供給される。
　ＳＯＦＣ２Ａの発電可否については、例えばＳＯＦＣ２Ａの温度が発電に適した温度まで上昇し、かつ、ＳＯＦＣ２Ａへの酸化剤ガス及び燃料ガスの供給流量の各々が発電に必要な流量に達した場合に、ＳＯＦＣ２Ａが発電可能な状態になったとの判断がなされる。
　図４Ｃは、ＳＯＦＣ２Ａの発電可能電力がＦＣブロア４Ａの要求電力を上回った場合におけるＦＣブロア４Ａへの電力供給状態を説明する図である。
　図４Ｃにおいては、ＦＣブロア４Ａへの供給電力がＳＯＦＣ２Ａの電力だけで賄うことが可能な状態になり、高電圧バッテリ１Ａの電力を用いることなくＳＯＦＣ２Ａの出力電力がＦＣコンバータ３Ａと補機コンバータ５Ａを介してＦＣブロア４Ａに供給される。
　図４Ｄは、燃料電池システムを構成するＦＣブロア４Ａとは異なる外部の負荷装置によってＳＯＦＣ２Ａに要求される外部要求電力が０よりも大きくなった場合におけるＦＣブロア４Ａへの電力供給状態を説明する図である。
　図４Ｄにおいては、外部の負荷装置である高電圧バッテリ１Ａ及びモータ１２の双方の要求電力が０よりも大きくなり、ＦＣコンバータ３Ａにより取り出されるＳＯＦＣ２Ａの出力電力が増加する。これにより、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力が、ＦＣブロア４Ａに供給されるとともに、インバータ１１及び高電圧バッテリ１Ａに対しても分配される。
　例えば、車両が一定の速度で走行する状況でＳＯＦＣ２Ａの出力電力がＦＣブロア４Ａだけでなく、高電圧バッテリ１Ａやモータ１２に供給される。
　なお、負荷装置への電力供給の可否については、ＳＯＦＣ２Ａの温度やＩＶ特性などを用いて判断がなされる。ＳＯＦＣ２ＡのＩＶ特性の取得にあたり、コントローラ７は、例えばＦＣブロア４Ａを制御してＳＯＦＣ２Ａの出力電流を段階的に変化させるたびにＳＯＦＣ２Ａの電流値及び電圧値を取得し、少なくとも２組の電流値及び電圧値を所定の近似式に適用してＩＶ特性を推定する。あるいは、コントローラ７は、ＳＯＦＣ２Ａの温度ごとに異なるＩＶ特性を記憶しておき、ＦＣ温度センサ２Ｃにより検出される温度に対応するＩＶ特性を選択するものであってもよい。
　図４Ｅは、ＳＯＦＣ２Ａが定格運転可能な状態になった場合におけるＦＣブロア４Ａへの電力供給状態を説明する図である。
　図４Ｅにおいては、コントローラ７により、ＳＯＦＣ２Ａの温度やＩＶ特性などを用いてＳＯＦＣ２Ａが定格運転可能な状態になったとの判断がなされてスイッチ６が遮断状態から接続状態に切り替えられる。これにより、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力が直接ＦＣブロア４Ａに供給される。
　そして、補機コンバータ５Ａが停止されるとともにＦＣコンバータ３Ａが作動する。これにより、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力からＦＣブロア４Ａの要求電力を差し引いた外部要求電力がＦＣコンバータ３ＡによりＳＯＦＣ２Ａから取り出されて高電圧バッテリ１Ａとモータ１２に供給される。
　このように、スイッチ６を用いてＳＯＦＣ２ＡをＦＣブロア４Ａに直接接続することにより、図４Ｄに示したようにＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａを経由してＦＣブロア４Ａに電力を供給する時間を短縮することができる。このため、ＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａの各々で生じる電圧変換処理に伴う電力損失を削減することができ、電圧変換処理により消費される燃料ガスの消費量を削減することができる。したがって、車両システム１０１の燃費を向上させることができる。
　図５は、本実施形態におけるコントローラ７による車両システム１０１の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。
　本実施形態の制御方法は、図２に示したステップＳ１乃至Ｓ５のうちステップＳ４の処理に代えてステップＳ４１乃至Ｓ４７の処理を備えている。ステップＳ４以外の処理については図２に示した処理と同様であるため、ステップＳ４１乃至Ｓ４７の処理についてのみ詳細に説明する。
　ステップＳ４１においてコントローラ７は、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力の大きさを示すＦＣ電力がＦＣブロア４Ａの要求電力の大きさを示すブロア要求電力を上回るか否かを判断する。そしてＦＣ電力がブロア要求電力よりも大きくなるまでコントローラ７は、ステップＳ３の処理を繰り返す。
　なお、ＦＣ電力は、例えばＦＣ出力センサ２Ｂにより検出される電流及び電圧の少なくとも一方の値を用いて算出される。ブロア要求電力は、ＳＯＦＣ２Ａの目標発電電力に基づいて算出される。例えば、アクセルペダルの操作量が増加するほど、モータ１２の要求電力が増加するためＳＯＦＣ２Ａの目標発電電力が大きくなる。これに伴ってＳＯＦＣ２Ａに供給すべき空気の流量が増加するのでＦＣブロア４Ａの要求電力は大きくなる。
　ステップＳ４２においてコントローラ７は、燃料電池システムの外部要求電力が０よりも大きいか否かを判断する。外部要求電力とは、燃料電池システムを構成するＦＣブロア４Ａ以外の負荷装置によってＳＯＦＣ２Ａに要求される電力のことである。本実施形態の外部要求電力は、高電圧バッテリ１Ａを充電するのに必要となる電力と、モータ１２の要求電力との総和である。
　ステップＳ４３においてコントローラ７は、外部要求電力が０よりも大きくなった場合には、ＳＯＦＣ２Ａの温度の大きさを示すＦＣ温度が温度閾値Ｔｈ_ｆ以上であるか否かを判断する。ＦＣ温度は、例えばＦＣ温度センサ２Ｃにより検出される。温度閾値Ｔｈ_ｆは、実験データやシミュレーション結果などを用いてあらかじめ定められる。本実施形態の温度閾値Ｔｈ_ｆは、ＳＯＦＣ２Ａが定格運転可能な状態となるＳＯＦＣ２Ａの温度に設定される。
　なお、コントローラ７は、ＳＯＦＣ２Ａの運転状態がブロア要求電力に加えて外部要求電力までＳＯＦＣ２Ａから出力できる状態となるＳＯＦＣ２Ａの温度を温度閾値Ｔｈ_ｆに設定するものであってもよい。このようにコントローラ７が温度閾値Ｔｈ_ｆを外部要求電力の大きさに応じて変更することにより、早期にＳＯＦＣ２Ａの出力端子をＦＣブロア４Ａの電源端子に直接接続することが可能になる。
　ステップＳ４３でＦＣ温度が温度閾値Ｔｈ_ｆよりも低い場合には、コントローラ７はＦＣ温度が温度閾値Ｔｈ_ｆに達するまでＦＣ温度を監視し、ＦＣ温度が温度閾値Ｔｈ_ｆに達した場合にコントローラ７は、ステップＳ４４の処理に進む。また、ステップＳ４２で外部要求電力が０であるとの判断がなされた場合にも、コントローラ７はステップＳ４４の処理に進む。
　ステップＳ４４においてコントローラ７は、ＳＯＦＣ２Ａの出力電圧の大きさを示すＦＣ電圧値がＦＣブロア４Ａの動作電圧範囲Ｒ１内か否かを判断する。ＦＣ電圧値は、例えばＦＣ出力センサ２Ｂにより検出される。動作電圧範囲Ｒ１は、ＳＯＦＣ２Ａの補機を構成するＦＣブロア４Ａを駆動させることが可能な電圧値の範囲を示す。動作電圧範囲Ｒ１については次図を参照して後述する。
　ＦＣ電圧値が動作電圧範囲Ｒ１内にない場合には、ＦＣ電圧値が動作電圧範囲Ｒ１内に納まるまでコントローラ７は、ステップＳ４２の処理に戻ってステップＳ４２乃至Ｓ４４の各処理を繰り返す。
　ステップＳ４５においてコントローラ７は、ＦＣ電圧値が動作電圧範囲Ｒ１内にある場合には、ＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を接続するようにスイッチ６の状態を制御する。これにより、図４Ｅに示したようにＳＯＦＣ２Ａの出力電力がＦＣブロア４Ａに直接供給されるので、図４Ｄに示したようにＳＯＦＣ２Ａの電力がＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａを経由することを回避できる。それゆえ、ＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａの電圧変換処理によって失われる電力の損失量を低減することができる。
　そしてコントローラ７は、補機コンバータ５Ａの動作を停止するとともに、補機コンバータ５Ａとスイッチ６との間に配置された給電スイッチ５Ｂを遮断状態に切り替える。このように給電スイッチ５Ｂを配置することにより、仮に補機コンバータ５Ａにおける平滑コンデンサの電圧がＳＯＦＣ２Ａの電圧よりも高い状況でスイッチ６が接続状態に切り替えられたとしても、ＳＯＦＣ２Ａに電流が逆流するという事態を回避することができる。
　ステップＳ４６においてコントローラ７は、ＦＣブロア４Ａを構成する駆動モータの温度の大きさを示すブロア温度が補機温度閾値Ｔｈ_ａ以下であるか否かを判断する。ブロア温度は、例えば温度センサ４Ｂにより検出される。
　上述の補機温度閾値Ｔｈ_ａは、ＦＣブロア４Ａの駆動モータが劣化したり、運転効率が低下したりするような駆動モータの温度、すなわちＦＣブロア４Ａの負荷が大き過ぎる状態における駆動モータの温度に基づいてあらかじめ定められる。このように、ＦＣブロア４Ａのうち駆動モータの温度を検出することにより、ＦＣブロア４Ａの過負荷状態を精度良く推定することができる。したがって、駆動モータの磁石特性の劣化や運転効率の低下を抑制することができる。
　ステップＳ４７においてコントローラ７は、ブロア温度が補機温度閾値Ｔｈ_ａを上回る場合には、ＦＣブロア４Ａが過負荷状態であると判断し、ＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの接続を遮断するようにスイッチ６の状態を制御する。そしてコントローラ７は、ＦＣブロア４Ａへの供給電力が確保されるようにＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａの双方を制御する。これにより、ＦＣブロア４Ａが故障するという事態を回避することができる。
　ステップＳ４６でブロア温度が補機温度閾値Ｔｈ_ａ以下である場合、又は、ステップＳ４７でスイッチ６が接続状態から遮断状態に切り替えられた場合には、コントローラ７はステップＳ５の処理に進む。そしてＳＯＦＣ２Ａの停止要求を受け付けるまでコントローラ７は、ステップＳ４２乃至Ｓ４７の処理及びステップＳ５の処理を繰り返す。
　図６は、ＳＯＦＣ２ＡのＩＶ特性とＦＣブロア４Ａの電圧範囲との関係を示す図である。
　図６には、ＳＯＦＣ２Ａの定格運転可能なＩＶ特性の基準となる基準出力特性Ｆｂが実線により示され、ＳＯＦＣ２Ａの基準出力特性Ｆｂに比して不良である出力特性Ｆ０が点線により示されている。
　さらに図６には、ＦＣブロア４Ａの電圧範囲として動作電圧範囲Ｒ１と性能保証電圧範囲Ｒ２が示されている。動作電圧範囲Ｒ１は、ＦＣブロア４Ａが動作可能な電圧値の範囲を示す。なお、開回路電圧ＯＣＶは例えば５０Ｖであり、動作下限電圧Ｖ０は３０Ｖである。性能保証電圧範囲Ｒ２は、ＦＣブロア４Ａが定格運転可能な電圧値の範囲を示す。
　基準出力特性Ｆｂにおいては、ＳＯＦＣ２Ａの出力電流が大きくなるほど、ＳＯＦＣ２Ａの出力電圧が低下する。そしてＳＯＦＣ２Ａの定格運転点ＰｒにおいてＦＣブロア４Ａが定格で動作する。すなわち、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力がスイッチ６を介してＦＣブロア４Ａに供給される場合において、ＳＯＦＣ２Ａの出力電圧が定格電圧値Ｖ１になり、かつ、ＳＯＦＣ２Ａの出力電流が定格電流値Ｉ２になる場合に、ＦＣブロア４Ａの定格運転が行われる。
　なお、出力特性Ｆ０は基準出力特性Ｆｂに比して不良であるため、この状態ではＳＯＦＣ２Ａは定格運転を行えない。例えば、ＳＯＦＣ２Ａの温度が発電に適した温度よりも低い場合に、ＳＯＦＣ２ＡのＩＶ特性が基準出力特性Ｆｂよりも低下する。
　このように、ＦＣブロア４Ａの動作電圧範囲Ｒ１は、ＳＯＦＣ２ＡをＦＣブロア４Ａに直接接続した場合にＦＣブロア４Ａが動作するように、ＳＯＦＣ２ＡのＩＶ特性を考慮してあらかじめ定められる。
　本発明の第２実施形態によれば、車両システム１０１は、燃料ガスの供給を受けて発電する固体酸化型燃料電池であるＳＯＦＣ２Ａを備える。ＳＯＦＣ２Ａは、主にセラミックスで形成されることから、固体高分子型燃料電池などに比して較差が大きくなる。そのため、ＳＯＦＣ２Ａに積層される燃料電池セルの積層数を増やすほど、ＳＯＦＣ２Ａ全体の較差が大きくなって燃料電池セル同士の密着性が低下し、ＳＯＦＣ２Ａ内部の電気抵抗が大きくなってしまう。
　この対策としてＳＯＦＣ２Ａの積層数が制限されることから、ＳＯＦＣ２Ａの定格出力は高電圧バッテリ１Ａの定格出力よりも小さくなる。これに伴って、ＳＯＦＣ２Ａの補機として用いられるＦＣブロア４Ａの定格出力についても小さくできるので、ＦＣブロア４Ａの動作可能な電圧範囲をＳＯＦＣ２Ａの出力電圧に設定しやすくなる。したがって、簡素な構成により、ＳＯＦＣ２Ａの燃費が低下するのを抑制することができる。
　また、本実施形態によれば、車両システム１０１は、ＳＯＦＣ２Ａの発電状態を検出するセンサとして、ＳＯＦＣ２Ａの電流及び電圧を検出するＦＣ出力センサ２Ｂと、ＳＯＦＣ２Ａの温度を検出するＦＣ温度センサ２Ｃとを備える。さらに車両システム１０１は、ＦＣ出力センサ２Ｂ又はＦＣ温度センサ２Ｃを用いてスイッチ６の接続状態を制御するコントローラ７を備える。コントローラ７は、ＦＣ出力センサ２Ｂ又はＦＣ温度センサ２Ｃの検出信号に応じてスイッチ６を制御することにより、燃料電池の補機を構成するＦＣブロア４ＡとＳＯＦＣ２Ａとの間を接続又は遮断する。
　これにより、ＳＯＦＣ２Ａの発電状態に応じてＳＯＦＣ２Ａの出力電力をＦＣブロア４Ａに直接供給することが可能になるので、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力がＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａの電圧変換処理で消費される電力を削減することができる。
　本実施形態によれば、ＦＣ出力センサ２Ｂは、ＳＯＦＣ２Ａの出力電圧又は出力電流をＳＯＦＣ２Ａの発電状態として検出する。そしてコントローラ７は、ＦＣ出力センサ２Ｂにより検出される電圧値又は電流値に基づいて、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力がＦＣブロア４Ａの要求電力を超える場合にＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を接続する。
　例えば、コントローラ７は、図５に示したステップＳ４１乃至Ｓ４５のうちステップＳ４２乃至Ｓ４４を省略し、ＦＣ電力がブロア要求電力よりも大きいと判断した場合にスイッチ６を遮断状態から接続状態に切り替えるものであってもよい。あるいは、ＳＯＦＣ２Ａの出力電流の検出値がブロア要求電力を確保するのに必要となる電流値を上回る場合、又は、ＳＯＦＣ２Ａの出力電圧の検出値がブロア要求電力を確保するのに必要となる電圧値を上回る場合にスイッチ６を接続状態に切り替えるようにしてもよい。
　このように、ＳＯＦＣ２Ａから出力される電流又は電圧の検出値を用いることにより、ＳＯＦＣ２Ａの出力電流又は出力電圧の推定値を用いる場合に比べて、的確にスイッチ６を接続状態に切り替えることが可能になる。したがって、ＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａの電力損失を低減することができる。
　一方、ＦＣ電力がブロア要求電力以下であるとの判断がなされた場合に、コントローラ７はスイッチ６を遮断状態に切り替える。このように、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力がＦＣブロア４Ａの要求電力に満たない場合にＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を遮断することにより、ＦＣブロア４Ａに供給すべき電力を確保しつつ、ＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａの電力損失を低減することができる。
　また、本実施形態によれば、ＦＣ温度センサ２Ｃは、ＳＯＦＣ２Ａの温度をＳＯＦＣ２Ａの発電状態として検出し、コントローラ７は、ＦＣ温度センサ２Ｃにより検出される温度が所定の温度閾値Ｔｈ_ｆ以上であるか否かを判断する。例えば、コントローラ７は、図５に示したステップＳ４３乃至Ｓ４５のうちステップＳ４４の処理を省略し、ＦＣ温度センサ２Ｃにより検出される温度を示すＦＣ温度が温度閾値Ｔｈ_ｆ以上である場合にＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を接続するようにしてもよい。
　このように、ＳＯＦＣ２Ａの温度を検出することにより、ＳＯＦＣ２Ａが定格出力で運転できる状態か否かを判断することが可能になるので、ＳＯＦＣ２Ａが定格運転可能な状態でスイッチ６を接続状態に設定することが可能になる。したがって、スイッチ６を接続状態に設定した後に蓄電装置１又はモータ１２の要求電力の増加に伴ってＳＯＦＣ２Ａの出力電力が不足するという事態を回避することができる。
　一方、コントローラ７は、ＦＣ温度が温度閾値Ｔｈ_ｆ未満である場合にＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を遮断する。これにより、ＦＣブロア４Ａに供給すべき電力を確保することができる。
　なお、コントローラ７は、ＦＣ出力センサ２Ｂにより検出される電圧値及び電流値に基づいてＳＯＦＣ２Ａの出力電流に対する出力電圧の出力特性を示すＩＶ特性を求め、そのＩＶ特性が所定の基準出力特性Ｆｂに比して良好であるか否かを判断するものであってもよい。
　例えば、コントローラ７は、ＦＣコンバータ３Ａを制御してＳＯＦＣ２Ａから取り出される電力をＦＣブロア４Ａに供給しつつ、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力を段階的に変化させる。そしてコントローラ７は、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力を段階的に変化させるたびにＦＣ出力センサ２Ｂから１組の電圧値及び電流値を取得し、少なくとも２組の電圧値及び電流値を所定の近似式に適用してＩＶ特性を推定する。
　さらにコントローラ７は、推定したＩＶ特性が良好であると判断した場合には、ＳＯＦＣとＦＣブロア４Ａとの間を接続する。このようにＳＯＦＣ２ＡのＩＶ特性を推定することにより、ＳＯＦＣ２Ａが定格出力で運転できる状態か否かを正確に判断することが可能になるので、ＳＯＦＣ２Ａが定格運転可能な状態でスイッチ６を接続状態に設定することができる。したがって、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力が不足するという事態を回避することができる。
　一方、コントローラ７は、推定したＩＶ特性が良好でないと判断した場合にはＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を遮断する。これにより、ＳＯＦＣ２Ａの出力不足を回避し、高電圧バッテリ１ＡからＦＣブロア４Ａに供給すべき電力を確保することができる。
　また、本実施形態によれば、コントローラ７は、図５に示したステップＳ４４の処理のように、ＦＣ出力センサ２Ｂにより検出される電圧値がＦＣブロア４Ａの動作電圧範囲Ｒ１内に収まる場合には、ＳＯＦＣとＦＣブロア４Ａとの間を接続する。これにより、ＦＣブロア４Ａに供給される電圧値が低くＦＣブロア４Ａが過負荷状態になるのを回避することができる。
　また、本実施形態によれば、ＳＯＦＣ２Ａの上限電圧が６０Ｖ未満である燃料電池が用いられる。これにより、ＳＯＦＣ２Ａの負極端子を接地するのにシャシを用いることが可能となり、ＳＯＦＣ２Ａをシャシから絶縁する必要性が低くなるので、車両システム１０１の製造コスト及びサイズを低減することができる。
　また、本実施形態によれば、図４Ｅに示したように、スイッチ６を用いてＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間が接続された場合には、コントローラ７は、ＳＯＦＣ２Ａの出力電力が一定となるようＦＣコンバータ３Ａの出力を下げる。
　例えば、コントローラ７は、ＦＣ出力センサ２Ｂにより検出されるＳＯＦＣ２Ａの出力電力が一定となるようＦＣコンバータ３Ａから出力される電力を減らすとともに、補機コンバータ５Ａの動作を停止する。あるいは、コントローラ７は、ＦＣコンバータ３Ａ及び補機コンバータ５Ａの電力損失の総和にＦＣブロア４Ａの消費電力を加えた分だけ、ＦＣコンバータ３Ａの出力電力を下げるようにしてもよい。
　これにより、スイッチ６の遮断状態から接続状態への切替えに伴いＳＯＦＣ２Ａから電力が過剰に取り出されてＳＯＦＣ２Ａを構成する燃料電池セルが劣化したり、ＳＯＦＣ２Ａの発電状態が不安定になったりするのを回避することができる。
　また、本実施形態によれば、車両システム１０１は、補機の作動状態を検出する補機センサとして、ＦＣブロア４Ａの温度を検出する温度センサ４Ｂを備える。そしてコントローラ７は、温度センサ４Ｂから出力される検出信号に応じてＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を遮断する。これにより、ＦＣブロア４Ａが動作不良を起しうる状態であるか否かを判断することが可能になるので、スイッチ６における接続状態への切替えに伴ってＦＣブロア４Ａが故障するという事態を抑制することができる。
　特に、コントローラ７は、温度センサ４Ｂにより検出される温度に基づいてＦＣブロア４Ａの負荷が過剰であるか否かを判断する。そしてコントローラ７は、負荷が過剰であると判断した場合にはＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を遮断する。これにより、ＦＣブロア４Ａの温度が高くなりすぎ、ＦＣブロア４Ａの出力が低下してり、緊急停止したりするという事態を回避することができる。
　本実施形態によれば、車両システム１０１は、ＳＯＦＣ２Ａの発電に必要となるガスをＳＯＦＣ２Ａに供給するアクチュエータとしてＦＣブロア４Ａを備え、温度センサ４ＢがＦＣブロア４Ａを駆動する駆動モータの温度状態を検出する。ＦＣブロア４Ａの負荷が高くなるほど駆動モータの温度が上昇するため、コントローラ７は、ＦＣブロア４Ａの過負荷状態を推定することが可能になる。
　なお、車両システム１０１には、ＦＣブロア４Ａの作動状態を検出するセンサとして、温度センサ４Ｂに代えて、例えばＦＣブロア４Ａに供給される電流の大きさを検出する電流センサが備えられてもよい。このような場合には、コントローラ７は、その電流センサにより検出される電流に基づいてＦＣブロア４Ａの負荷が過剰であるか否かを判断し、負荷が過剰であると判断した場合には、ＳＯＦＣ２ＡとＦＣブロア４Ａとの間を遮断する。これにより、温度センサ４Ｂを用いる場合に比べて、ＦＣブロア４Ａの故障を精度よく推定することができる。
 （第３実施形態）
　図７は、本発明の第３実施形態における車両システム１０２の構成例を示す図である。
　車両システム１０２は、図１に示した車両システム１００の蓄電装置１として、高電圧バッテリ１Ａ及び低電圧バッテリ１Ｂを備えている。他の構成については、車両システム１００の構成と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
　高電圧バッテリ１Ａは、図２で述べたように、燃料電池２の出力電圧よりも高い電圧を出力するバッテリである。本実施形態の高電圧バッテリ１Ａは、車両を駆動するモータ１２に対して電力を供給する。例えば、高電圧バッテリ１Ａは、４００Ｖ程度の直流電圧を出力する。
　低電圧バッテリ１Ｂは、高電圧バッテリ１Ａの出力電圧よりも低い電圧を出力する。例えば、低電圧バッテリ１Ｂは、十数Ｖの電圧を出力する。低電圧バッテリ１Ｂは、リチウムイオンバッテリや鉛バッテリなどにより実現される。
　本実施形態では、図３に示した接続構成とは異なり、高電圧バッテリ１Ａが、補機給電装置５に対して接続されることなく、インバータ１１を介してモータ１２に接続される。そして補機給電装置５には低電圧バッテリ１Ｂが接続される。
　これにより、１つの高電圧バッテリ１Ａを用いてＦＣ補機４及びモータ１２の双方に電力を供給する構成に比べて、モータ１２の要求電力が急峻に増加した場合に、ＦＣ補機４への供給電力が不足するという事態を回避することができる。
　また、本実施形態では、補機給電装置５には自己の故障の有無を診断するための診断センサが備えられており、コントローラ７は、診断センサの検出信号に応じて、スイッチ６の状態を遮断状態から接続状態に切り替える。
　例えば、診断センサとしては、補機給電装置５を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ内の半導体素子の温度や、１次側及び２次側の電圧及び電流などを検出するセンサが挙げられる。コントローラ７は、補機給電装置５の電圧や電流、温度などの検出値が所定の閾値を超える場合に、補機給電装置５が故障していると判断し、スイッチ６を遮断状態から接続状態に切り替える。
　これにより、燃料電池２からＦＣ補機４に電力が供給されるので、補機給電装置５の故障が原因で燃料電池２の発電を停止する必要がなくなり、燃料電池２から高電圧バッテリ１Ａ又はモータ１２への電力供給を継続することができる。
　さらに、蓄電装置１には、低電圧バッテリ１Ｂの電圧や電流、温度などを検出するセンサが備えられている。そしてコントローラ７は、低電圧バッテリ１Ｂの電圧や電流、温度などが特定の閾値を超えた場合に、低電圧バッテリ１Ｂが故障していると判断し、スイッチ６を遮断状態から接続状態に切り替える。これにより、低電圧バッテリ１Ｂの故障が原因で燃料電池２の発電を停止する必要がなくなり、燃料電池２から高電圧バッテリ１Ａ又はモータ１２への電力供給を継続することができる。
　本発明の第３実施形態によれば、高電圧バッテリ１Ａがモータ１２に接続されるとともに低電圧バッテリ１Ｂが補機給電装置５に接続される。これにより、モータ１２の要求電力の急増に伴ってＦＣ補機４に供給される電力が不足するという事態を回避することができる。
　また、本実施形態によれば、コントローラ７は、補機給電装置５の作動状態を検出して補機給電装置５が故障状態であるか否かを判断する。そしてコントローラ７は、補機給電装置５が故障状態であると判断した場合には、燃料電池２とＦＣ補機４との間を接続する。
　これにより、補機給電装置５が故障した場合であっても燃料電池２からＦＣ補機４に電力が供給されるので、燃料電池２の発電を停止することなく燃料電池２の電力をモータ１２及び高電圧バッテリ１Ａに供給することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、第２実施形態では燃料電池２に空気を供給するブロアをＦＣ補機４として用いる例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ＦＣ補機４は、燃料電池の発電に用いられる水素やエタノールなどを供給するブロアであってもよく、燃料電池２が固体高分子型の燃料電池である場合は燃料電池２に冷媒を供給するポンプであってもよい。このような装置であっても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
　また、上記実施形態では図１に記載した電源システムを車両に搭載したが、車両以外の航空機や船舶などに搭載してもよく、移動体ではない電源設備に設けるようにしてもよい。
　なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

Claims (18)

  1. 　蓄電装置と、
    　前記蓄電装置に接続される燃料電池と、
    　前記燃料電池の電圧相当の範囲で動作する燃料電池の補機と、
    　前記燃料電池と前記蓄電装置との間の第一経路に介装される電圧変換装置と、
    　前記電圧変換装置と前記蓄電装置との間に介装され、前記燃料電池及び前記蓄電装置のうち少なくとも一方の電力を前記補機に供給する補機給電装置と、
    　前記燃料電池と前記補機との間において前記第一経路と異なる第二経路に介装され、前記補機に電力を供給可能なスイッチと、
    を含む電源システム。
  2. 　請求項１に記載の電源システムであって、
    　前記燃料電池の発電状態を検出するセンサと、
    　前記センサを用いて前記スイッチの状態を制御するコントローラと、を備え、
    　前記コントローラは、前記センサから出力される検出信号に応じて、前記スイッチにより前記燃料電池と前記補機との間を接続又は遮断する、
    電源システム。
  3. 　請求項２に記載の電源システムであって、
    　前記センサは、前記発電状態として前記燃料電池の電圧又は電流を検出し、
    　前記コントローラは、前記センサにより検出される電圧又は電流に基づいて、前記燃料電池の出力電力が前記補機の要求電力を超える場合に前記燃料電池と前記補機との間を接続する、
    電源システム。
  4. 　請求項３に記載の電源システムであって、
    　前記コントローラは、前記燃料電池の出力電力が前記補機の要求電力を超えない場合には、前記燃料電池と前記補機との間を遮断する、
    電源システム。
  5. 　請求項２に記載の電源システムであって、
    　前記センサは、前記発電状態として前記燃料電池の温度を検出し、
    　前記コントローラは、前記センサにより検出される温度が所定の閾値以上である場合には、前記燃料電池と前記補機との間を接続する、
    電源システム。
  6. 　請求項５に記載の電源システムであって、
    　前記コントローラは、前記センサにより検出される温度が所定の閾値未満である場合には、前記燃料電池と前記補機との間を遮断する、
    電源システム。
  7. 　請求項２に記載の電源システムであって、
    　前記センサは、前記発電状態として前記燃料電池の電流及び電圧を検出し、
    　前記コントローラは、前記燃料電池の発電状態に基づいて前記燃料電池のＩＶ特性を求め、当該ＩＶ特性が所定の基準特性よりも良好であるか否かを判断し、前記良好であると判断した場合には、前記燃料電池と前記補機との間を接続する、
    電源システム。
  8. 　請求項７に記載の電源システムであって、
    　前記コントローラは、前記ＩＶ特性が前記基準特性よりも良好でないと判断した場合には、前記燃料電池と前記補機との間を遮断する、
    電源システム。
  9. 　請求項２に記載の電源システムであって、
    　前記センサは、前記発電状態として前記燃料電池の電圧を検出し、
    　前記コントローラは、前記補機が動作する電圧の前記範囲内に、前記センサにより検出される電圧がある場合には、前記燃料電池と前記補機との間を接続する、
    電源システム。
  10. 　請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の電源システムであって、
    　前記燃料電池は、燃料の供給を受けて発電する固体酸化型の燃料電池を含み、
    　前記燃料電池の上限電圧は、６０Ｖ未満である、
    電源システム。
  11. 　請求項２から請求項９までのいずれか１項に記載の電源システムであって、
    　前記コントローラは、前記燃料電池と前記補機との間を接続した場合には、前記燃料電池から出力される電力が一定となるように前記電圧変換装置の出力を下げる、
    電源システム。
  12. 　請求項２から請求項９までのいずれか１項に記載の電源システムであって、
    　前記補機の作動状態を検出する補機センサをさらに含み、
    　前記コントローラは、前記補機センサから出力される検出信号に応じて、前記燃料電池と前記補機との間を遮断する、
    電源システム。
  13. 　請求項１２に記載の電源システムであって、
    　前記補機センサは、前記作動状態として前記補機の温度を検出し、
    　前記コントローラは、前記補機センサにより検出される温度に基づいて前記補機の負荷が過剰であるか否かを判断し、前記負荷が過剰であると判断した場合には、前記燃料電池と前記補機との間を遮断する、
    電源システム。
  14. 　請求項１２又は請求項１３に記載の電源システムであって、
    　前記補機センサは、前記作動状態として前記補機に供給される電流を検出し、
    　前記コントローラは、前記補機センサにより検出される電流に基づいて前記補機の負荷が過剰であるか否かを判断し、前記負荷が過剰であると判断した場合には、前記燃料電池と前記補機との間を遮断する、
    電源システム。
  15. 　請求項１２から請求項１４までのいずれか１項に記載の電源システムであって、
    　前記補機は、前記燃料電池に対して発電に必要となるガスを供給するアクチュエータを含み、
    　前記補機センサは、前記アクチュエータを駆動するモータの作動状態を検出する、
    電源システム。
  16. 　請求項２から請求項９までのいずれか１項に記載の電源システムであって、
    　前記蓄電装置は、前記燃料電池の電圧よりも高い電圧を出力する高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリの電圧よりも低い電圧を出力する低電圧バッテリと、を含み、
    　前記高電圧バッテリは、車両を駆動するモータに接続され、前記低電圧バッテリは、前記補機給電装置に接続される、
    電源システム。
  17. 請求項１６に記載の電源システムであって、
    　前記コントローラは、前記補機給電装置が故障状態であるか否かを判断し、前記故障状態であると判断した場合には、前記燃料電池と前記補機との間を接続する、
    電源システム。
  18. 　蓄電装置と、前記蓄電装置に接続される燃料電池の電圧相当の範囲で動作する燃料電池の補機と、前記燃料電池と前記蓄電装置との間に介装される電圧変換装置と、前記電圧変換装置と前記蓄電装置との間の電圧を変換して当該電圧を前記補機に供給する補機給電装置と、を備える電源システムの制御方法であって、
    　前記補機給電装置から前記補機に供給される電力を、前記燃料電池と前記補機との間を接続して前記燃料電池から出力される電力に切り替える電源システムの制御方法。
PCT/JP2017/029316 2017-08-14 2017-08-14 電源システム及びその制御方法 WO2019035169A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/637,823 US10840527B2 (en) 2017-08-14 2017-08-14 Power supply system and control method thereof
PCT/JP2017/029316 WO2019035169A1 (ja) 2017-08-14 2017-08-14 電源システム及びその制御方法
EP17921835.9A EP3671922A4 (en) 2017-08-14 2017-08-14 POWER SUPPLY SYSTEM AND RELATED CONTROL PROCEDURE
JP2019536370A JP6891963B2 (ja) 2017-08-14 2017-08-14 電源システム及びその制御方法
CN201780093952.4A CN111032417B (zh) 2017-08-14 2017-08-14 电源系统及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/029316 WO2019035169A1 (ja) 2017-08-14 2017-08-14 電源システム及びその制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019035169A1 true WO2019035169A1 (ja) 2019-02-21

Family

ID=65361874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/029316 WO2019035169A1 (ja) 2017-08-14 2017-08-14 電源システム及びその制御方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10840527B2 (ja)
EP (1) EP3671922A4 (ja)
JP (1) JP6891963B2 (ja)
CN (1) CN111032417B (ja)
WO (1) WO2019035169A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022114691A (ja) * 2021-01-27 2022-08-08 本田技研工業株式会社 電力供給システムおよび電力供給方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108032862B (zh) * 2017-12-08 2020-01-17 中车株洲电力机车有限公司 一种内燃动车组混合供电动力系统及供电方法
CN113169362A (zh) * 2018-12-13 2021-07-23 本田技研工业株式会社 控制装置、电力供应装置、作业机器、管理装置、控制方法、管理方法和程序
JP7147621B2 (ja) * 2019-02-20 2022-10-05 トヨタ自動車株式会社 充電制御装置及び方法
KR102578585B1 (ko) * 2019-03-19 2023-09-15 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 안전성 시험 장치 및 방법
KR20220053762A (ko) * 2020-10-22 2022-05-02 현대자동차주식회사 운전자의 안전 지원 장치 및 그 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004087403A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2004222376A (ja) * 2003-01-10 2004-08-05 Nissan Motor Co Ltd 電源システム
JP2008166042A (ja) * 2006-12-27 2008-07-17 Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp 燃料電池コジェネレーションシステム
JP2011216429A (ja) * 2010-04-02 2011-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2012130207A (ja) * 2010-12-17 2012-07-05 Toyota Motor Corp 車両および車両の制御方法
WO2014013606A1 (ja) 2012-07-20 2014-01-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2016103931A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 三浦工業株式会社 燃料電池系統連系システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040217732A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-04 Ballard Power Systems Inc. Power converter architecture and method for integrated fuel cell based power supplies
JP5076928B2 (ja) 2008-01-30 2012-11-21 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP5168308B2 (ja) * 2010-04-14 2013-03-21 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを搭載する車両
US9190831B2 (en) * 2011-03-29 2015-11-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power supply system, vehicle incorporating the same and method for controlling power supply system
KR20150115849A (ko) * 2013-03-07 2015-10-14 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 전원 제어 장치 및 전원 제어 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004087403A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2004222376A (ja) * 2003-01-10 2004-08-05 Nissan Motor Co Ltd 電源システム
JP2008166042A (ja) * 2006-12-27 2008-07-17 Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp 燃料電池コジェネレーションシステム
JP2011216429A (ja) * 2010-04-02 2011-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2012130207A (ja) * 2010-12-17 2012-07-05 Toyota Motor Corp 車両および車両の制御方法
WO2014013606A1 (ja) 2012-07-20 2014-01-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2016103931A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 三浦工業株式会社 燃料電池系統連系システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3671922A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022114691A (ja) * 2021-01-27 2022-08-08 本田技研工業株式会社 電力供給システムおよび電力供給方法
JP7223043B2 (ja) 2021-01-27 2023-02-15 本田技研工業株式会社 電力供給システムおよび電力供給方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3671922A4 (en) 2020-08-12
US10840527B2 (en) 2020-11-17
US20200168929A1 (en) 2020-05-28
JPWO2019035169A1 (ja) 2020-11-19
EP3671922A1 (en) 2020-06-24
JP6891963B2 (ja) 2021-06-18
CN111032417B (zh) 2020-10-27
CN111032417A (zh) 2020-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109562698B (zh) 车辆系统
JP6891963B2 (ja) 電源システム及びその制御方法
JP4397739B2 (ja) 燃料電池車両の電圧状態設定方法
EP3336943B1 (en) Power adjustment system and control method therefor
US10099573B2 (en) Drive system and vehicle
CN110997395B (zh) 车辆用电源系统
US8283082B2 (en) Method of starting operation of fuel cell system
JP4636313B2 (ja) 車両用制御装置
US8698359B2 (en) Electric storage system
CN108432012B (zh) 燃料电池系统
JP6876992B2 (ja) 車両電源装置
US9912025B2 (en) Usage of regenerative brake power for system restart in start-stop operation of fuel cell hybrid vehicles
JP6394998B2 (ja) 二次電池切り離し方法
JP6520745B2 (ja) 燃料電池システム
KR101047022B1 (ko) 계통연계형 연료전지시스템의 전원제어방법 및 장치
JP2010244980A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムを搭載した電動車両
JP2005302446A (ja) 燃料電池電源装置
JP7384192B2 (ja) 燃料電池車
JP2009129679A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019536370

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017921835

Country of ref document: EP

Effective date: 20200316