CN102473943A - 燃料电池*** - Google Patents

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Abstract

适当地控制燃料电池的输出。要求发电量计算部(81)算出向牵引电动机(7)供给的电力量、向辅机装置供给的电力量、按照蓄电池(4)的充放电而向蓄电池(4)、牵引电动机(7)供给的电力量，通过相加而算出要求发电量。损失电力量计算部(82)基于要求发电量、FC转换器(3)中的升压比、输出电压、温度，参照损失电力量映射，由此算出损失电力量。损失电力量加法运算部(83)通过在要求发电量中加上损失电力量来校正要求发电量。发电要求部(84)对燃料电池(2)输出发电要求指令以按照校正后的要求发电量进行发电。

Description

燃料电池***
技术领域
本发明涉及燃料电池***。
背景技术
在下述专利文献1中公开了一种具备对燃料电池的输出电压进行升压的FC转换器的燃料电池***。在该燃料电池***中，为了使向FC转换器输入的输入电流成为目标电流而对FC转换器进行反馈控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-318938号公报
发明内容
在上述专利文献1中，基于电动机的目标电力来算出目标电流，但从燃料电池输出的电力在电动机以外也能被消耗。因此，若未考虑电动机以外的消耗量来控制燃料电池的输出，则向电动机供给的电力比要求减少。并且，根据该减少的程度，例如电动机的转矩比目标受抑制而有可能驾驶性恶化、来自蓄电池的放电量比目标增加而导致过放电。
本发明为了解决上述的现有技术的问题点而作出，其目的在于提供一种能够适当地控制燃料电池的输出的燃料电池***。
为了解决上述的课题，本发明的燃料电池***的特征在于，具备：接受燃料气体及氧化气体的供给而利用该燃料气体及氧化气体的电化学反应进行发电的燃料电池；能够将燃料电池的发电电力予以充电的蓄电部；消耗来自燃料电池及/或蓄电部的电力的电力消耗装置；配置在燃料电池与电力消耗装置之间的电压转换部；算出对燃料电池要求的要求发电量的要求发电量计算单元；及算出在电压转换部损失的损失电力量的损失电力量计算单元，所述要求发电量计算单元在计算要求发电量时，补充损失电力量部分。
根据本发明，在算出燃料电池所要求的要求发电量时，可以算出在电压转换部损失的损失电力量而加入到要求发电量中。由此，能够按照加入了在电压转换部损失的损失电力量之后的要求发电量来要求燃料电池发电，因此能够极力抑制向电力消耗装置供给的电力比要求减少的事态。
在上述燃料电池***中，也可以是上述要求发电量计算单元通过对要求发电量中包含的其他的发电量附加损失电力量，来补充该损失电力量部分。
在上述燃料电池***中，也可以是上述损失电力量计算单元使用向电压转换部输入或从电压转换部输出的电力量、及至少电压转换部的升压比、电压转换部的输出电压、电压转换部的温度中的任一个参数，来算出损失电力量。另外，也可以是上述损失电力量计算单元使用向电压转换部输入的电力量和从电压转换部输出的电力量来算出损失电力量。
在上述燃料电池***中，也可以是上述电力消耗装置中包括作为主动力源的电动机和为了使燃料电池工作所需的辅机装置。
发明效果
根据本发明，能够适当地控制燃料电池的输出。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式中的燃料电池***的结构的图。
图2是表示损失电力量映射的具体例子的图。
图3是用于说明实施方式中的FC转换器输出限制处理的流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的燃料电池***的优选的实施方式。在实施方式中，说明将本发明的燃料电池***使用作为燃料电池车辆(FCHV；Fuel Cell Hybrid Vehicle)的车载发电***的情况。需要说明的是，本发明的燃料电池***也可以适用于燃料电池车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、航空器等)，此外，还可以适用于作为建筑物(住宅、大楼等)用的发电设备而使用的固定用发电***。
首先，参照图1，说明本实施方式中的燃料电池***的结构。图1是示意性地表示实施方式中的燃料电池***的图。
如该图所示，燃料电池***1具有：通过作为反应气体的氧化气体及燃料气体的电化学反应而产生电力的燃料电池2；燃料电池用的DC/DC转换器3(电压转换部，以下称为“FC转换器”)；作为二次电池的蓄电池4(蓄电部)；蓄电池用的DC/DC转换器5(以下称为“Bat转换器”)；作为负载的牵引逆变器6及牵引电动机7(电力消耗装置)；及对***整体进行集中控制的控制部8。
燃料电池2例如是高分子电解质型燃料电池，成为将多个单电池层叠而成的堆叠结构。单电池的构造为在由离子交换膜构成的电解质的一面具有空气极，在另一面具有燃料极，此外为了从两侧夹入空气极及燃料极而具有一对隔板。这种情况下，向一方的隔板的燃料气体通路供给作为燃料气体的氢，向另一方的隔板的氧化气体通路供给作为氧化气体的氧，这些反应气体进行化学反应从而产生电力。在燃料电池2的输出侧设有检测燃料电池2的输出电压的电压传感器V1和检测燃料电池2的输出电流的电流传感器A1。
FC转换器3是直流的电压转换器，具有对从燃料电池2输出的直流电压进行升压而向电力消耗装置侧即牵引逆变器6输出的功能。通过该FC转换器3来控制燃料电池2的输出电压。在FC转换器3的输出侧设有检测FC转换器3的输出电压的电压传感器V2和检测FC转换器3的输出电流的电流传感器A2。在FC转换器3设有检测FC转换器3的温度的温度传感器T。温度传感器T例如通过检测用于对FC转换器3进行冷却的冷却水的温度，而能够检测FC转换器3的温度。
蓄电池4层叠蓄电池单元且以一定的高电压作为端子电压，通过未图示的蓄电池计算机的控制而能够对燃料电池2的剩余电力进行充电或辅助性地供给电力。
Bat转换器5是直流的电压转换器，具有对从蓄电池4输入的直流电压进行升压而向电力消耗装置侧即牵引逆变器6输出的功能及对从燃料电池2或牵引电动机7侧输入的直流电压进行降压而向蓄电池4输出的功能。通过这样的Bat转换器5的功能，进行蓄电池4的充放电。例如，Bat转换器5在蓄电池4的充电量超过成为目标的设定范围时，从蓄电池4放电而向牵引逆变器6输出。另一方面，Bat转换器5在蓄电池4的充电量低于成为目标的设定范围时，将燃料电池2的输出电力向蓄电池4输出而对蓄电池4进行充电。
牵引逆变器6将直流电流转换成三相交流，并向牵引电动机7供给。牵引电动机7例如是三相交流电动机，构成搭载燃料电池***1的燃料电池车辆的主动力源。
控制部8检测设置在燃料电池车辆上的加速操作构件(例如油门)的操作量，接受加速要求值(例如，来自牵引电动机7等电力消耗装置的要求发电量)等的控制信息，控制***内的各种设备的动作。需要说明的是，在电力消耗装置中，除了牵引电动机7之外，还包含各种辅机装置。作为辅机装置，例如存在为了使燃料电池2工作所需的FC辅机装置和燃料电池2以外的与车辆相关的车辆辅机装置。在FC辅机装置中包括例如压缩机、燃料泵、冷却水泵等的电动机。在车辆辅机装置中包括例如变速器、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等的促动器、乘员空间的空调装置、照明、音响等。
控制部8在物理上具有例如CPU、存储器、输入输出接口。存储器具有存储由CPU处理的控制程序、控制数据的ROM及主要被使用作为用于控制处理的各种作业区域的RAM。这些要素彼此经由总线连接。在输入输出接口连接有电压传感器V、电流传感器A等各种传感器，并连接有用于驱动牵引电动机7等的各种驱动器。
CPU按照存储于ROM的控制程序，经由输入输出接口来接收由各种传感器的检测结果，并通过使用RAM内的各种数据等进行处理，来执行燃料电池***1中的各种控制处理。另外，CPU经由输入输出接口向各种驱动器输出控制信号，由此控制燃料电池***1整体。以下，说明由控制部8执行的各种控制处理中的本实施方式特有的处理即FC输出控制处理。
控制部8在功能上具有例如要求发电量计算部81(要求发电量计算单元)、损失电力量计算部82(损失电力量计算单元)、损失电力量加法运算部83(要求发电量计算单元)、及发电要求部84。
要求发电量计算部81计算对燃料电池2要求的发电量(以下，称为“要求发电量”)。作为要求发电量，相当于例如向牵引电动机7供给的电力量、向FC辅机装置供给的电力量、向车辆辅机装置供给的电力量、按照蓄电池4的充放电而向蓄电池4、牵引电动机7供给的电力量等。要求发电量计算部81计算这些各种供给电力量，分别相加，由此算出要求发电量。向牵引电动机7供给的电力量例如可以基于牵引电动机7的转速、油门开度、车速等来计算。
损失电力量计算部82计算在FC转换器3损失的电力量(以下，称为“损失电力量”)。损失电力量计算部82使用由要求发电量计算部81算出的要求发电量(换言之是向FC转换器3的输入电力量)和FC转换器3的各参数来算出损失电力量。作为参数，相当于例如FC转换器3中的升压比、FC转换器3的输出电压、FC转换器3的温度等。FC转换器3中的升压比可以通过求出电压传感器V1的检测值相对于电压传感器V2的检测值之比来算出。FC转换器3的输出电压可以通过求出电压传感器V2的检测值来算出。FC转换器3的温度可以通过求出温度传感器T的检测值来算出。
具体而言，损失电力量计算部82基于向FC转换器3输入的输入电力量和上述各参数，参照损失电力量映射，由此算出损失电力量。如图2所例示那样，损失电力量映射是表示向FC转换器3输入的输入电力量及上述各参数与损失电力量之间的相关关系的表。损失电力量映射预先通过试验等求出，存储在存储器中。在向FC转换器3输入的输入电力量及上述各参数与损失电力量之间具有向FC转换器3输入的输入电力量、各参数值越大而损失电力量越大这样的相关关系。
需要说明的是，上述各参数无需使用全部的参数，也可以使用任一参数。另外，参数并未限定于上述各参数，只要是能够根据向FC转换器3输入的输入电力量算出损失电力量的参数即可，也可以使用其他的参数。
另外，也可以基于来自FC转换器3的输出电力量和FC转换器3的各参数，参照下述损失电力量映射，由此算出损失电力量。这种情况下的损失电力量映射作为表示来自FC转换器3的输出电力量及上述各参数与损失电力量之间的相关关系的表。
另外，也可以不参照损失电力量映射，通过从FC转换器3的输出电力量减去向FC转换器3输入的输入电力量，来算出损失电力量。FC转换器3的输出电力量可以使用电压传感器V2的检测值和电流传感器A2的检测值来算出。向FC转换器3输入的输入电力量可以使用电压传感器V1的检测值和电流传感器A1的检测值来算出。
图1所示的损失电力量加法运算部83将由要求发电量计算部81算出的要求发电量和由损失电力量计算部82算出的损失电力量部分相加，由此来校正要求发电量。
发电要求部84对燃料电池2输出发电要求指令以按照由损失电力量加法运算部83校正后的要求发电量进行发电。
接下来，使用图3所示的流程图，说明本实施方式中的FC输出控制处理的流程。该FC输出控制处理在例如点火开关为接通时开始，在运转结束之前反复执行。
首先，要求发电量计算部81通过将各种供给电力量相加来算出向燃料电池2的要求发电量(步骤S101)。
接下来，损失电力量计算部82基于在上述步骤S101中算出的要求发电量和各参数，参照损失电力量映射，来算出FC转换器3中的损失电力量(步骤S102)。
接下来，损失电力量加法运算部83将在上述步骤S101中算出的要求发电量与在上述步骤S102中算出的损失电力量相加(步骤S103)。
接下来，发电要求部84对燃料电池输出发电要求指令以按照在上述步骤S103中算出的要求发电量进行发电(步骤S104)。
如上述那样，根据本实施方式中的燃料电池***1，在计算对燃料电池2要求的要求发电量时，可以算出在FC转换器3损失的损失电力量而加入到要求发电量中。由此，能够按照加入了在FC转换器3损失的损失电力量而得到的要求发电量来对燃料电池2要求发电。因此，能够极力抑制向牵引电动机7供给的电力比要求减少的事态。因而，能够适当地控制燃料电池的输出。
需要说明的是，在上述的实施方式中，将由要求发电量计算部81算出的要求发电量与由损失电力量计算部82算出的损失电力量相加，但算出要求发电量的方法并未限定于此。例如，要求发电量计算部81也可以在算出各种供给电力量时一并算出损失电力量，在将各种供给电力量相加而算出要求发电量时一并也加上损失电力量。这种情况下，只要将损失电力量计算部82的上述的各功能包含在要求发电量计算部81的功能中即可。即，要求发电量计算部81只要能够在算出要求发电量时补充损失电力量部分即可。
另外，在上述的实施方式中，使用FC转换器3中的损失电力量来校正要求发电量，但校正要求发电量的方法并未限定于此。例如，也可以算出FC转换器3的效率，将要求发电量除以效率，由此来校正要求发电量。FC转换器3的效率基于由要求发电量计算部81算出的要求发电量(向FC转换器3输入的输入电力量)和上述各参数，参照效率映射，由此算出效率。效率映射是表示向FC转换器3输入的输入电力量及上述各参数与效率之间的相关关系的表，预先通过试验等求出，存储在存储器中。FC转换器3的效率可以通过FC转换器3的输出电力量相对于向FC转换器3输入的输入电力量的比例来算出。
工业实用性
本发明的燃料电池***适合于对燃料电池的输出进行适当控制的情况。
标号说明：
1…燃料电池***，2…燃料电池，3…FC转换器，4…蓄电池，5…Bat转换器，6…牵引逆变器，7…牵引电动机，8…控制部，81…要求发电量计算部，82…损失电力量计算部，83…损失电力量加法运算部，84…发电要求部，V1、V2…电压传感器，A1、A2…电流传感器，T…温度传感器。

Claims (5)

1.一种燃料电池***，其特征在于，具备：
接受燃料气体及氧化气体的供给而利用该燃料气体及氧化气体的电化学反应进行发电的燃料电池；
能够将所述燃料电池的发电电力予以充电的蓄电部；
消耗来自所述燃料电池及/或所述蓄电部的电力的电力消耗装置；
配置在所述燃料电池与所述电力消耗装置之间的电压转换部；
算出对所述燃料电池要求的要求发电量的要求发电量计算单元；及
算出在所述电压转换部损失的损失电力量的损失电力量计算单元，
所述要求发电量计算单元在计算所述要求发电量时，补充所述损失电力量部分。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
所述要求发电量计算单元通过对所述要求发电量中包含的其他的发电量附加所述损失电力量，来补充该损失电力量部分。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池***，其特征在于，
所述损失电力量计算单元使用向所述电压转换部输入或从所述电压转换部输出的电力量、及至少所述电压转换部的升压比、所述电压转换部的输出电压、所述电压转换部的温度中的任一个参数，来算出所述损失电力量。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池***，其特征在于，
所述损失电力量计算单元使用向所述电压转换部输入的电力量和从所述电压转换部输出的电力量来算出所述损失电力量。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池***，其特征在于，
所述电力消耗装置中包括作为主动力源的电动机和为了使所述燃料电池工作所需要的辅机装置。
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