JP2001307758A - 燃料電池システムおよび電気自動車 - Google Patents
燃料電池システムおよび電気自動車Info
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Abstract
と2次電池を有するシステム全体としての効率向上を図
る。 【解決手段】 燃料電池システム10は、アクセルペダ
ルの踏込操作を介して運転者が要求する車両の駆動要求
パワーの大きさにより、燃料電池20とその周辺装置を
含む燃料電池機器群の運転・停止を定める。この駆動要
求パワーが閾値パワーXps以下の低負荷領域の燃料電
池発電運転で得られるものである場合には、燃料電池機
器群を停止させ、2次電池30単独でその残存容量Qに
よりモータ32を回転させて、車両を駆動要求パワーで
駆動する。
Description
および電気自動車に関し、詳しくは燃料電池と2次電池
とを備えた燃料電池システムと、この燃料電池システム
を搭載した電気自動車に関する。
て、燃料電池と2次電池とを電源として備え、この両電
池からモータ等の負荷に電力を供給するものが提案され
ている(例えば特開平7−240212号公報など)。
この燃料電池システムは、負荷の増減に応じて単純に燃
料電池の出力を制御するのではなく、燃料電池を、その
用いる燃料の変換効率が高い範囲で運転するようにし
て、システムの変換効率を高い範囲で維持するようにし
ている。
池システムでは、負荷に供給が必要とされる電力の大小
に拘わらず、燃料電池では高い変換効率のまま運転され
ることになる。したがって、負荷が小さい場合でも燃料
電池は高変換効率範囲での運転を継続することになるた
め、燃料電池の発電が無駄になることもあった。
され、燃料電池での発電の無駄を削減し、燃料電池と2
次電池を有するシステム全体としての効率向上を図るこ
とを目的とする。
かる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の燃
料電池システムは、並列に接続された燃料電池と2次電
池と、負荷に対して前記両電池から前記負荷への電力の
供給を行なう電力供給手段とを有する燃料電池システム
であって、前記電力供給手段は、接続される負荷の大き
さを検出する検出手段と、検出負荷が所定の低負荷領域
である場合には、前記燃料電池の発電運転を停止して前
記燃料電池からの電力供給を停止する停止手段とを備え
ることをその要旨とする。
ムでは、負荷の大きさが所定の低負荷領域である場合に
は、燃料電池の発電運転を停止してその燃料電池からの
電力供給を停止する。そして、この場合には、電力制御
手段により、2次電池から負荷に電力の供給を行なう。
このため、低負荷領域では、燃料電池の発電運転を要し
ないので、燃料電池の発電が無駄になるようなことがな
くシステム全体としての効率を向上できる。この低負荷
領域としては、燃料電池の電力供給能力の約10%以下
の領域とすることができる。
た発電電力を燃料電池システム外に供給する場合の第1
の負荷のみならず、燃料電池システムの維持に関与する
第2の負荷(即ち、燃料電池システム内での負荷)が含
まれる。そして、第2の負荷の大きさが上記低負荷領域
であるとすると、2次電池からの電力供給によりシステ
ム維持を図る。
場合と同様に、燃料電池システムのシステム効率が所定
値以下であると、燃料電池の発電運転を停止して燃料電
池からの電力供給を停止するようにすることもできる。
こうしても、システム効率が低いときには、2次電池か
ら電力供給を行なって、燃料電池の発電を無駄にしない
ようにできる。
テムは、以下の態様を採ることもできる。即ち、前記停
止手段を、前記発電運転に関与する燃料電池補機の運転
を停止する手段を有するものとすることができる。こう
すれば、これら燃料電池補機の運転に要するエネルギも
使わないようにできるので、よりシステム効率を向上で
きる。
の残存容量を検出する手段と、前記検出残存容量で前記
低負荷領域の場合の前記検出負荷を賄えるときには、前
記停止手段の動作を禁止する手段とを有するものとする
ことができる。
次電池の残存容量が低いときでは、燃料電池の発電運転
を起こして負荷を充足することができ、負荷停止といっ
た不具合を招かない。
ギによってモータを回転させ、該モータの回転力を車軸
に伝えることによって駆動力を得る電気自動車であっ
て、並列に接続された燃料電池と2次電池と、負荷に対
して前記両電池から前記負荷への電力の供給を行なう電
力供給手段とを有する燃料電池システムを搭載し、前記
燃料電池システムの前記電力供給手段は、接続される負
荷の大きさを検出する検出手段と、検出負荷が所定の低
負荷領域である場合には、前記燃料電池の発電運転を停
止して前記燃料電池からの電力供給を停止する停止手段
とを備え、前記モータは、前記燃料電池システムから電
力の供給を受けることをその要旨とする。
は、車両駆動に求められるモータの回転力が小さい所定
の領域(低負荷領域)である場合には、燃料電池を発電
運転することなく、2次電池からモータに電力の供給を
行なう。このため、低負荷領域では、燃料電池の発電運
転を要しないので、燃料電池の発電が無駄になるような
ことがなく電気自動車としてシステム効率を向上でき
る。
池の発電運転に則して燃料電池補機の運転を停止するよ
うにすれば、これら燃料電池補機の運転に要するエネル
ギも使わないようにできるので、よりシステム効率を向
上できる。
負荷(求められるモータ回転力)を2次電池の残存容量
で賄えないときには、燃料電池の発電運転を行うように
することもできる。こうすれば、燃料電池の発電運転に
より得られた電力をモータに供給してこれを回転させる
ので、モータ停止といった事態を招かずモータ停止によ
る車両挙動を起こさない。よって、モータを回転させて
車両を駆動させるための操作を行う運転者に、モータ停
止による車両挙動に伴なう違和感を与えないようにでき
る。
と同様に、燃料電池システムのシステム効率が所定値以
下であると、燃料電池の発電運転を停止して燃料電池か
らの電力供給を停止するようにすることもできる。こう
しても、システム効率が低いときの車両走行に際して
は、2次電池から電力供給を行なって走行し、燃料電池
の発電を無駄にしないようにできる。
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。図1は、本発明の好適な一実
施例である燃料電池システム10を搭載した電気自動車
の構成の概略を表すブロック図である。本実施例の燃料
電池システム10は、車両に搭載されて車両駆動用の電
源として働く。燃料電池システム10は、燃料電池2
0、2次電池30、車両駆動用のモータ32、補機類3
4、DC/DCコンバータ36、残存容量モニタ46、
制御部50、インバータ80、電流センサ90を主な構
成要素とする。以下、燃料電池システム10の各構成要
素について説明する。
料電池であり、構成単位である単セル28を複数積層し
たスタック構造を有している。燃料電池20は、陰極側
に水素を含有する燃料ガスの供給を受け、陽極側には酸
素を含有する酸化ガスの供給を受けて以下に示す電気化
学反応によって起電力を得る。
は陽極側における反応を示し、(3)式は電池全体で起
こる反応を表わす。図2は、この燃料電池20を構成す
る単セル28の構成を例示する断面図である。単セル2
8は、電解質膜21と、アノード22およびカソード2
3と、セパレータ24,25とから構成されている。
質膜21を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス
拡散電極である。セパレータ24,25は、このサンド
イッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード22お
よびカソード23との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの
流路を形成する。アノード22とセパレータ24との間
には燃料ガス流路24Pが形成されており、カソード2
3とセパレータ25との間には酸化ガス流路25Pが形
成されている。セパレータ24,25は、図2ではそれ
ぞれ片面にのみ流路を形成しているが、実際にはその両
面にリブが形成されており、片面はアノード22との間
で燃料ガス流路24Pを形成し、他面は隣接する単セル
が備えるカソード23との間で酸化ガス流路25Pを形
成する。このように、セパレータ24,25は、ガス拡
散電極との間でガス流路を形成するとともに、隣接する
単セル間で燃料ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を
果たしている。もとより、単セル28を積層してスタッ
ク構造を形成する際、スタック構造の両端に位置する2
枚のセパレータは、ガス拡散電極と接する片面にだけリ
ブを形成することとしてもよい。
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜(デュポン社製)
を使用した。電解質膜21の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が塗布されてい
る。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他
の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、こ
の触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散さ
せ、電解質溶液(例えば、Aldrich Chemi
cal社、Nafion Solution)を適量添
加してペースト化し、電解質膜21上にスクリーン印刷
するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持し
たカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを
作製し、このシートを電解質膜21上にプレスする構成
も好適である。また、白金などの触媒は、電解質膜21
ではなく、電解質膜21を接するアノード22およびカ
ソード23側に塗布することとしてもよい。
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されている。なお、本実施例では、アノード22およ
びカソード23をカーボンクロスにより形成したが、炭
素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルト
により形成する構成も好適である。
電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とし
た緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ2
4,25はその両面に、平行に配置された複数のリブを
形成しており、既述したように、アノード22の表面と
で燃料ガス流路24Pを形成し、隣接する単セルのカソ
ード23の表面とで酸化ガス流路25Pを形成する。こ
こで、各セパレータの表面に形成されたリブは、両面と
もに平行に形成する必要はなく、面毎に直行するなど所
定の角度をなすこととしてもよい。また、リブの形状は
平行な溝状である必要はなく、ガス拡散電極に対して燃
料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。
ル28の構成について説明した。実際に燃料電池20と
して組み立てるときには、セパレータ24、アノード2
2、電解質膜21、カソード23、セパレータ25の順
序で構成される単セル28を複数組積層し(本実施例で
は100組)、その両端に緻密質カーボンや銅板などに
より形成される集電板26,27を配置することによっ
て、スタック構造を構成する。
実際に燃料電池を用いて発電を行なうには、上記スタッ
ク構造を有する燃料電池本体の他に所定の周辺装置(燃
料電池補機)を必要とする。図3は、燃料電池20とそ
の周辺装置とからなる燃料電池部60の構成を例示する
ブロック図である。燃料電池部60は、上記燃料電池2
0と、メタノールタンク61および水タンク62と、改
質器64と、エアコンプレッサ66とを主な構成要素と
するほか、メタノールと水をタンクから流出供給させる
ためのポンプ61a、62aを有する。
び水タンク62から、メタノールおよび水の供給を受け
る。改質器64では、供給されたメタノールを原燃料と
して水蒸気改質法による改質を行ない、水素リッチな燃
料ガスを生成する。以下に、改質器64で行なわれる改
質反応を示す。
反応は、(4)式で表わされるメタノールの分解反応と
(5)式で表わされる一酸化炭素の変成反応とが同時に
進行し、全体として(6)式の反応が起きる。このよう
な改質反応は全体として吸熱反応である。改質器64で
生成された水素リッチな燃料ガスは燃料供給路68を介
して燃料電池20に供給され、燃料電池20内では各単
セル28において、前記燃料ガス流路24Pに導かれて
アノード22における電池反応に供される。アノード2
2で行なわれる反応は記述した(1)式で表わされる
が、この反応で必要な水を補って電解質膜21の乾燥を
防ぐために、燃料供給路68に加湿器を設け、燃料ガス
を加湿した後に燃料電池20に供給することとしてもよ
い。なお、このように加湿器を設けた場合は、この加湿
器も上記した周辺機器に含まれる。
取り込んだ空気を燃料電池20に加圧供給する。エアコ
ンプレッサ66に取り込まれて加圧された空気は、空気
供給路69を介して燃料電池20に供給され、燃料電池
20内では各単セル28において、前記酸化ガス流路2
5Pに導かれてカソード23における電池反応に供され
る。一般に燃料電池では、両極に供給されるガスの圧力
が増大するほど反応速度が上昇するため電池性能が向上
する。そこで、カソード23に供給する空気は、このよ
うにエアコンプレッサ66によって加圧を行なってい
る。なお、アノード22に供給する燃料ガスの圧力は、
記述した燃料供給路68に設けたマスフロコントローラ
の電磁バルブ67の開閉状態を制御することによって容
易に調節可能である。
に使用された後の燃料排ガスと、エアコンプレッサ66
によって圧縮された空気の一部とは改質器64に供給さ
れる。既述したように、改質器64における改質反応は
吸熱反応であって外部から熱の供給が必要であるため、
改質器64内部には図示しないバーナが加熱用に備えら
れている。上記燃料ガスと圧縮空気とは、このバーナの
燃焼のために用いられる。燃料電池20の陽極側から排
出された燃料排ガスは燃料排出路71によって改質器6
4に導かれ、圧縮空気は空気供給路69から分岐する分
岐空気路70によって改質器64に導かれる。燃料排ガ
スに残存する水素と圧縮空気中の酸素とはバーナの燃焼
に用いられ、改質反応に必要な熱量を供給する。
荷の大きさに応じて燃料ガス量および酸化ガス量を調節
することによって出力を制御することができる。この出
力の制御は制御部50によって行なわれる。すなわち、
既述したエアコンプレッサ66や燃料供給路68に設け
た電磁バルブ67に対して制御部50からの駆動信号を
出力し、その駆動量や開閉状態を調節することで供給ガ
ス量を制御して燃料電池20の出力を調節している。
ように、2次電池30、モータ32および補機類34と
接続している。この燃料電池20は、モータ32および
補機類34に対して電力の供給を行なうと共に、これら
負荷の状態に応じて2次電池30の充電を行なう。この
場合、燃料電池20は、モータ32および補機類34と
スイッチ20aを介して接続されており、制御部50に
よるこのスイッチ20aや2次電池側のスイッチ30a
の開閉制御を経て、モータ32や補機類34への電力供
給、2次電池30の充電が実行される。
する。2次電池30は、上記燃料電池20とともにモー
タ32および補機類34に電力を供給する電源装置であ
る。本実施例では鉛蓄電池を用いたが、ニッケル−カド
ミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム2次電
池など他種の2次電池を用いることもできる。この2次
電池30の容量は、燃料電池システム10を搭載する車
両の大きさやこの車両の想定される走行条件、あるいは
要求される車両の性能(最高速度や走行距離など)など
によって決定される。
料電池20や2次電池30が出力する直流電流は、後述
するインバータ80によって三相交流に変換されてモー
タ32に供給される。このような電力の供給を受けてモ
ータ32は回転駆動力を発生し、この回転駆動力は、燃
料電池システム10を搭載する車両における車軸を介し
て、車両の前輪および/または後輪に伝えられ、車両を
走行させる動力となる。このモータ32は、制御装置3
3の制御を受ける。制御装置33は、アクセルペダル3
3aの操作量を検出するアクセルペダルポジションセン
サ33bなどとも接続されている。また、制御装置33
は、制御部50とも接続されており、この制御部50と
の間でモータ32の駆動などに関する種々の情報をやり
取りしている。
ける燃料電池20の稼働中に所定範囲内の電力を消費す
る負荷である。例えば、周辺装置として既述したエアコ
ンプレッサ66や、メタノール・水の各ポンプ61a、
62aのほか、マスフロコントローラや図示しないウオ
ータポンプなどがこの補機類に相当する。エアコンプレ
ッサ66は、既述したように、燃料電池20に供給する
酸化ガス圧を調節するものである。また、ウオータポン
プは、冷却水を加圧して燃料電池20内を循環させるも
のであり、このように冷却水を循環させて燃料電池20
内で熱交換を行なわせることによって、燃料電池20の
内部温度を所定の温度以下に制御する。マスフロコント
ローラは、既述したように燃料電池20に供給する燃料
ガスの圧力と流量を調節する。従って、図1のブロック
図では燃料電池20と補機類34とは独立して表わされ
ているが、これら燃料電池20の運転状態の制御に関わ
る機器については燃料電池20の周辺機器ということも
できる。このような補機類34の電力消費量は、モータ
32の消費電力に比べて少なくものの、燃料電池20の
発電量が多くなるほど多くなる。また、この補機類は、
燃料電池20が発電運転している状況下では、発電量の
大小に拘わらず運転される。この点について説明する。
るための説明図であり、図4(a)は電流密度と単セル
単体の効率、電池(FC)出力との関係を表す説明図、
図4(b)は補機動力とFC出力との関係を表す説明
図、図4(c)はFC出力とFCシステム効率との関係
を表す説明図である。単セルでは、発電のための燃料ガ
ス(酸素、改質ガス)は、電流密度を高めて発電量を増
やそうとする際、それに応じて増量供給される。このよ
うにガス供給が増えると、既述した陰陽での電極反応に
供することなく単セルを通過するガス量も増え、発電に
未関与のガス量が増えることになる。よって、単セル効
率を供給ガス量当たりの発電量(電流密度)と規定する
と、図4(a)に示すように、電流密度が増えると単セ
ル効率は低下する。なお、単セルの集合である燃料電池
20としては、その出力(FC出力)は、図中点線で示す
ように、電流密度が大きくなるほど大きくなる。
周辺装置は、供給ガス量の増加(即ち、FC出力)に応じ
てほぼ増加する動力を必要とし、FC出力が低い場合で
あっても所定の動力を必要とする(図4(b)参照)。これ
らの結果、燃料電池20としてのシステム効率(例え
ば、発電量から補機駆動に要する電力を差し引いた電力
をガス供給量で除算した値)は、図4(c)に示すよう
に、FC出力が小さいほど低下する。
0および2次電池30が出力する電気エネルギの電圧を
変換して補機類34に供給する。モータ32を駆動する
のに必要な電圧は、通常200V〜300V程度であ
り、燃料電池20および2次電池30からはこれに見合
った電圧が出力されている。しかしながら、既述したウ
オータポンプなどの補機類34を駆動するときの電圧は
12V程度であり、燃料電池20および2次電池30か
ら出力される電圧をそのままの状態で供給することはで
きない。したがって、DC/DCコンバータ36によっ
て電圧を降下させている。
次電池側のスイッチ30aを切り替えることによって、
燃料電池20および2次電池30とモータ32とを接続
したり切り離したりすることができる。上記各スイッチ
の接続状態は、制御部50によって制御されている。
存容量を検出するものであり、ここではSOCメータに
よって構成されている。SOCメータは2次電池30に
おける充電・放電の電流値と時間とを積算するものであ
り、この値を基に制御部50は2次電池30の残存容量
を演算する。ここで残存容量モニタ46は、SOCメー
タの代わりに電圧センサによって構成することとしても
よい。2次電池30は、その残存容量が少なくなるにつ
れて電圧値が低下するため、この性質を利用して電圧を
測定することによって2次電池30の残存容量を検出す
ることができる。このような電圧センサは制御部50に
接続させるものであり、制御部50に予め電圧センサに
おける電圧値と残存容量との関係を記憶しておくことに
よって、電圧センサから入力される測定値を基に制御部
50は2次電池30の残存容量を求めることができる。
あるいは、残存容量モニタ46は、2次電池30の電解
液の比重を測定して残存容量を検出する構成としてもよ
い。
心とした論理回路として構成され、CPU52、ROM
54、RAM56および入出力ポート58からなる。C
PU52は、予め設定された制御プログラムに従って所
定の演算などを実行する。ROM54には、CPU52
で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや
制御データなどが予め格納されており、RAM56に
は、同じくCPU52で各種演算処理を実行するのに必
要な各種データが一時的に読み書きされる。入出力ポー
ト58は、残存容量モニタ46など各種センサからの検
出信号などを入力すると共に、CPU52での演算結果
に応じて、インバータ80などに駆動信号を出力して燃
料電池システムの各部の駆動状態を制御する。
量モニタ46からの検出信号および電流センサ90から
の信号の入力と、インバータ80の駆動信号の出力と、
制御装置33との間の信号のやり取りのみを示したが、
制御部50はこの他にも燃料電池システムにおける種々
の制御を行なっている。制御部50による図示しない制
御の中で主要なものとしては、燃料電池20の運転状態
の制御を挙げることができる。既述したように、エアコ
ンプレッサ66やマスフロコントローラに駆動信号を出
力して酸化ガス量や燃料ガス量を制御したり、改質器6
4に供給するメタノールおよび水の量を制御したり、燃
料電池20の温度管理や改質器64の温度管理も制御部
50が行なっている。
池30から供給される直流電流を、3相交流電流に変換
してモータ32に供給する。ここでは、制御部50から
の指示に基づいて、モータ32に供給する3相交流の振
幅(実際にはパルス幅)および周波数を調節することに
よって、モータ32で発生する駆動力を制御可能となっ
ている。このインバータ80は、6個のスイッチング素
子(例えば、バイポーラ形MOSFET(IGBT))
を主回路素子として構成されており、これらのスイッチ
ング素子のスイッチング動作により燃料電池20および
2次電池30から供給される直流電流を任意の振幅およ
び周波数の三相交流に変換する。インバータ80が備え
る各スイッチング素子は、導電ラインにより制御部50
に接続されており、制御部50からの駆動信号によりそ
のスイッチングのタイミングの制御を受ける。
2次電池30との接続状態は上記のスイッチ20a、3
0aの制御により決定される。つまり、インバータ80
と燃料電池20との接続のほか、インバータ80と2次
電池30の接続や、インバータ80への燃料電池20と
2次電池30の同時接続が可能である。そして、これら
の接続状態を採る間において、燃料電池20の出力制御
(発電運転制御)を任意に実行でき、また、2次電池3
0の出力制御(出力ON・出力OFFの制御)も任意に
実行できる。これに対し、既述した特開平7−2402
12号ではその構成から燃料電池や2次電池を任意に出
力調整できないので、本実施例では、この特開平7−2
40212号のシステムに対して有利である。
力電流を検出する。2次電池30の出力状態は放電の場
合も充電の場合もあるが、以後、充放電両方の場合につ
いて出力電流という。この電流センサ90は制御部50
と接続しており、電流センサ90によって検出された電
流値は制御部50に入力される。入力された電流値は、
2次電池30における充放電状態を判断する際に用いら
れる。
テム10が実行する燃料電池制御について説明する。図
5はこの燃料電池制御の処理の内容を表すフローチャー
トである。この燃料電池制御は、燃料電池システム10
を搭載する車両において、この燃料電池システムを始動
させる所定のスタートスイッチがオン状態になったとき
から、CPU52によって所定時間ごと、例えば10μ
secごとに実行される。
テムを搭載した電気自動車の運転者がアクセル操作を介
して要求する駆動要求パワーの読み込みと、2次電池3
0の残存容量Qの読み込みを実行する(ステップS10
0)。この駆動要求パワーは、車両を運転者の要求に応
じてモータ32を回転させるためのパワー(電力)であ
り、燃料電池20の発電電力と2次電池30の放電電力
で賄われる。この場合、駆動要求パワーは、アクセルペ
ダル33aの操作量(アクセルペダルポジションセンサ
33bの出力)を制御装置33を経て入力することで読
み込み演算される。また、2次電池30の残存容量Qは
残存容量モニタ46の出力値から読み込み演算される。
これら読み込み演算に続いては、燃料電池20を間欠的
に運転する間欠運転モードである旨を示す間欠フラグf
kのセット状態を判定する(ステップS110)。この間
欠フラグfkは、後述の処理にてセット・リセットさ
れ、セット状態であれば燃料電池20を間欠運転させる
ことを、リセット状態であれば燃料電池20を連続運転
させることを表す。
態;連続運転)であると判定した場合は、駆動要求パワ
ーが所定の閾値パワーXpwより小さいか否かの判定を
行う(ステップS120)。閾値パワーXpwは、図4
(c)に示すように、燃料電池20の出力が低いためにシ
ステム効率が低くなっている領域の値(燃料電池出力)
であり、本実施例では、燃料電池20の発電能力(電力
供給能力)の約10%に設定されている。なお、この閾
値パワーXpwは、2次電池30の充放電能力やステッ
プS100で読み込んだ残存容量Q等に応じて種々設定
することが可能であり、上記したものに限られるわけで
はない。
は、ステップS110での判定(fk=0)を受けて燃
料電池20を連続運転させる状況ではあるものの、駆動
要求パワーが閾値パワーXpwより小さいことになる。
よって、この場合は、燃料電池20の運転モードを連続
運転モードから間欠運転モードに移行する旨を示すよ
う、間欠フラグfkに値1を入れてこれをセットする
(ステップS130)。次に、ステップS100で読み
取った残存容量Qと駆動要求パワーとを対比し、2次電
池30の残存容量Qだけの電力でモータ32を駆動要求
パワー通りに回転させることができるか否かを判定する
(ステップS140)。つまり、残存容量Qで駆動要求
パワーを充足できるかを判定する。
動要求パワーを充足できると判定した場合は、低い発電
領域での燃料電池20と上記したエアコンプレッサ66
等の燃料電池周辺装置を含む燃料電池機器群の運転を実
際に停止する(ステップS150)。続いて、2次電池
30から残存容量Qの電力をモータ32に供給して(ス
テップS160)、一旦本ルーチンを終了する。これに
より、モータ32は2次電池30のみからの電力供給に
より回転し、車両は駆動要求パワーで駆動する。
けでは駆動要求パワーを充足できないと判定した場合
は、2次電池30と燃料電池20を併用すべく、上記の
燃料電池機器群を発電運転させると共に、燃料電池20
の連続運転モードに移行する旨を示すよう、間欠フラグ
fkに値0「ゼロ」を入れてこれをリセットする(ステ
ップS170)。これにより、2次電池30の残存容量
Qの電力と燃料電池20が発電した電力とで、モータ3
2の回転並びに駆動要求パワーでの車両駆動が可能とな
る。
求パワーが2次電池30の残存容量Qの電力と燃料電池
20が発電した電力とで賄えるよう、2次電池30と燃
料電池20とからモータ32に電力を供給して(ステッ
プS180)、一旦本ルーチンを終了する。より詳しく
説明すると、駆動要求パワーと残存容量QはステップS
100での読み込みにより既知であることから、この両
者から、燃料電池20で発電すべき電力は定まる。よっ
て、この定まった電力を発電するための既述した燃料ガ
ス供給量を演算し、その結果に応じて上記の周辺装置を
運転し、上記定まった電力を燃料電池20で発電する。
これにより、モータ32は2次電池30と燃料電池20
とからの電力供給により回転し、車両は駆動要求パワー
で駆動する。
が閾値パワーXpw以上であると判定した場合は、駆動
要求パワーを得るには燃料電池20をシステム効率が高
い状況で発電運転をすればよいと言える。よって、駆動
要求パワーを2次電池30の電力と燃料電池20の発電
電力で賄うべくステップS170に移行する。これによ
り、モータ32は2次電池30と燃料電池20とからの
電力供給により回転し、車両は駆動要求パワーで駆動す
る。
フラグfk=1(セット状態;間欠運転)であると判定し
た場合は、駆動要求パワーが閾値パワーXpw+αより
大きいか否かの判定を行う(ステップS190)。ここ
で、肯定判定した場合は、ステップS110での判定
(fk=1)を受けて燃料電池20を間欠運転させる状
況ではあるものの、駆動要求パワーが閾値パワーXpw
+αより大きいことになる。よって、この大きな駆動要
求パワーを2次電池30の電力と燃料電池20の発電電
力で賄うべく、ステップS170に移行する。これによ
り、モータ32は2次電池30と燃料電池20とからの
電力供給により回転し、車両は駆動要求パワーで駆動す
る。
合は、駆動要求パワーはまだ小さいままである。よっ
て、燃料電池20とその周辺装置を含む燃料電池機器群
を停止したままこの駆動要求パワーを2次電池30の残
存容量Qで賄うべく、ステップS140に移行して、既
述したそれ以降の処理を実行する。これにより、燃料電
池システム10は、燃料電池機器群の停止状況下で(ス
テップS150)、2次電池30の残存容量Qによりモ
ータ32を回転させて(ステップS160)、車両を駆
動要求パワーで駆動する。また、残存容量Qでは不足の
場合は(ステップS140;否定判定)、2次電池30
と燃料電池20とからの電力供給によりモータ32を回
転させて(ステップS170、180)、車両を駆動要
求パワーで駆動する。
ステム10は、アクセルペダル33aの踏込操作を介し
て運転者が要求する車両の駆動要求パワーの大きさによ
り、燃料電池20とその周辺装置を含む燃料電池機器群
の運転・停止を定める。即ち、この駆動要求パワーが燃
料電池20にとって高負荷領域の発電運転で得られるも
のである場合には(ステップS120;否定判定)、燃
料電池機器群を運転して燃料電池20で発電を起こし
(ステップS170)、この電力と2次電池30の電力
でモータ32を回転させて車両を駆動する(ステップS
180)。よって、この場合は、燃料電池20を高負荷
領域で効率よく発電運転でき、燃料電池システム10、
延いてはこれを搭載した電気自動車としてシステム効率
を向上することができる。
って低負荷領域の発電運転で得られるものである場合に
は(ステップS120;肯定判定)、2次電池30の残
存容量Qでモータ回転を賄うことができれば(ステップ
S140;肯定判定)、燃料電池20とその周辺装置を
含む燃料電池機器群を停止させ(ステップS150)、
2次電池30単独でその残存容量Qによりモータ32を
回転させて(ステップS160)、車両を駆動要求パワ
ーで駆動する。よって、燃料電池20を低負荷領域で発
電運転しないようにできるので、燃料電池20の無駄な
発電を起こすことが無くなり燃料電池システム10、延
いてはこれを搭載した電気自動車としてシステム効率を
向上することができる。しかも、燃料電池20の運転停
止と併せてエアコンプレッサ66等の周辺装置の運転も
停止するので、これら装置の運転に要するエネルギも使
わないようにしてシステム効率をより向上することがで
きる。
であっても、2次電池30の残存容量Qがモータ回転に
不足する場合は(ステップS140;否定判定)、燃料
電池機器群を運転させて、2次電池30と燃料電池20
との電力でモータ32を回転させて(ステップS17
0、180)、車両を駆動要求パワーで駆動する。この
ため、運転者が意図する駆動状態で車両を駆動できるの
で、運転者に違和感を与えない。
値パワーXpw以下であるために燃料電池20を停止さ
せた状況から、駆動要求パワーが増加したために燃料電
池20の運転を行う際には、この駆動要求パワーが閾値
パワーXpw+αより大きくなるまで燃料電池20を停
止させたままとした(ステップS190)。よって、駆
動要求パワーが閾値パワーXpwの周辺で増減しても、
燃料電池20の運転・停止を繰り返すようなハンチング
を回避できる。このため、ハンチングによる不具合、例
えば、燃料電池20の周辺装置であるポンプ等の異音発
生等を回避できる。
本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。
転制御)と2次電池30の出力制御を任意に実行できる
ようにするに当たり、次のようにすることもできる。図
6は変形例の要部の構成を説明するためのブロック図で
ある。この図6に示す変形例では、DC/DCコンバー
タ30bを介在させて、2次電池30を燃料電池20に
並列に接続した。こうすれば、DC/DCコンバータ3
0bにより2次電池30の出力調整をした上で、当該出
力(電力)をモータ32に供給できる。
機類34を含む燃料電池スタックが一つである場合につ
いて説明したが、複数の燃料電池スタックを有するシス
テムについても適用できる。この場合は、各燃料電池ス
タックごとに、負荷の大きさに基づいて、燃料電池発電
停止や補記類までを含めた運転停止を実行するようにす
ることができ、こうすれば、各燃料電池スタックでの発
電を無駄にすることがない。
ム10を搭載した電気自動車の概略構成を表すブロック
図である。
す断面模式図である。
池部60の構成を表すブロック図である。
明図である。
理の内容を表すフローチャートである。
図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 並列に接続された燃料電池と2次電池
と、 負荷に対して前記両電池から前記負荷への電力の供給を
行なう電力供給手段とを有する燃料電池システムであっ
て、 前記電力供給手段は、 接続される負荷の大きさを検出する検出手段と、 検出負荷が所定の低負荷領域である場合には、前記燃料
電池の発電運転を停止して前記燃料電池からの電力供給
を停止する停止手段とを備えた燃料電池システム。 - 【請求項2】 請求項1記載の燃料電池システムであっ
て、 前記停止手段は、前記発電運転に関与する燃料電池補機
の運転を停止する手段を有する、燃料電池システム。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の燃料電池シ
ステムであって、 前記電力供給手段は、 前記2次電池の残存容量を検出する手段と、 前記検出残存容量で前記低負荷領域の場合の前記検出負
荷を賄えるときには、前記停止手段の動作を禁止する手
段とを有する、燃料電池システム。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3いずれか記載の
燃料電池システムであって、 前記低負荷領域は、前記燃料電池の電力供給能力の約1
0%以下の領域とされている、燃料電池システム。 - 【請求項5】 請求項1記載の燃料電池システムであっ
て、 前記接続される負荷は、燃料電池システム外への電力供
給先である第1の負荷と、燃料電池システム内への電力
供給先である第2の負荷とからなる、燃料電池システ
ム。 - 【請求項6】 並列に接続された燃料電池と2次電池
と、 負荷に対して前記両電池から前記負荷への電力の供給を
行なう電力供給手段とを有する燃料電池システムであっ
て、 前記電力供給手段は、 燃料電池システムのシステム効率が所定値以下である場
合には、前記燃料電池の発電運転を停止して前記燃料電
池からの電力供給を停止する停止手段を備えた燃料電池
システム。 - 【請求項7】 電気エネルギによってモータを回転さ
せ、該モータの回転力を車軸に伝えることによって駆動
力を得る電気自動車であって、 並列に接続された燃料電池と2次電池と、負荷に対して
前記両電池から前記負荷への電力の供給を行なう電力供
給手段とを有する燃料電池システムを搭載し、前記燃料
電池システムの前記電力供給手段は、 接続される負荷の大きさを検出する検出手段と、 検出負荷が所定の低負荷領域である場合には、前記燃料
電池の発電運転を停止して前記燃料電池からの電力供給
を停止する停止手段とを備え、 前記モータは、前記燃料電池システムから電力の供給を
受ける、電気自動車。 - 【請求項8】 請求項7記載の電気自動車であって、 前記接続される負荷は、燃料電池システム外への電力供
給先である第1の負荷と、燃料電池システム内への電力
供給先である第2の負荷とからなる、電気自動車。 - 【請求項9】 電気エネルギによってモータを回転さ
せ、該モータの回転力を車軸に伝えることによって駆動
力を得る電気自動車であって、 並列に接続された燃料電池と2次電池と、負荷に対して
前記両電池から前記負荷への電力の供給を行なう電力供
給手段とを有する燃料電池システムを搭載し、前記燃料
電池システムの前記電力供給手段は、 燃料電池システムのシステム効率が所定値以下である場
合には、前記燃料電池の発電運転を停止して前記燃料電
池からの電力供給を停止する停止手段を備え、 前記モータは、前記燃料電池システムから電力の供給を
受ける、電気自動車。
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