JP2007053854A - Fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池及び二次電池を搭載した燃料電池車両に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell and a secondary battery.
燃料電池及び二次バッテリを搭載した燃料電池車両においては、燃料電池は、二次バッテリと並列に接続されており、この二次バッテリと共に、車両の動力源であるトラクションモータに対し電力を供給をしている。すなわち、トラクションモータに供給される電力は、通常、燃料電池から出力された電力によって賄われるが、動力の増加要求が出されて、燃料電池から出力された電力だけでは足りない場合は、二次バッテリから出力される電力によって不足分を補うようしている。 In a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell and a secondary battery, the fuel cell is connected in parallel with the secondary battery, and supplies power to the traction motor that is the power source of the vehicle together with the secondary battery. is doing. In other words, the power supplied to the traction motor is usually covered by the power output from the fuel cell, but when a request for increasing power is issued and the power output from the fuel cell is not sufficient, The shortage is compensated by the power output from the battery.
また、このような燃料電池車両においては、暖機用ヒータが搭載される場合がある。かかる暖機用ヒータは、燃料電池の温度が低温である場合に、燃料電池に供給される冷却水を加熱して、燃料電池の暖機を行う。このような暖機用ヒータは、リレースイッチを介して、上記のごとく互いに並列に接続された燃料電池及び二次バッテリに接続されている。低温時において、暖機要求に基づきリレースイッチがオンされると、燃料電池の発電電力が増加するまでの間は、二次バッテリから暖機用ヒータに電力が供給されることになる。通常、燃料電池では、発電電力を増加させる際、燃料ガス(例えば、水素)の供給量や酸化ガス(例えば、エア)の供給量を増加させて、発電電力を増やそうとするが、エアコンプレッサなどの動作遅れに起因して、応答性が悪いため、要求される発電電力まで増加するのに時間を要する。 In such a fuel cell vehicle, a warm-up heater may be mounted. Such a warm-up heater heats the cooling water supplied to the fuel cell when the temperature of the fuel cell is low, thereby warming up the fuel cell. Such a warm-up heater is connected via a relay switch to the fuel cell and the secondary battery connected in parallel as described above. When the relay switch is turned on based on a warm-up request at low temperatures, power is supplied from the secondary battery to the warm-up heater until the power generated by the fuel cell increases. Normally, in a fuel cell, when generating power is increased, the amount of fuel gas (for example, hydrogen) or the amount of oxidizing gas (for example, air) is increased to increase the generated power. Since the response is poor due to the operation delay, it takes time to increase to the required generated power.
なお、このような、燃料電池から外部負荷に対して電力を供給するシステムとして、例えば、下記の特許文献1に記載の技術が知られている。 As a system for supplying power from a fuel cell to an external load, for example, a technique described in Patent Document 1 below is known.
しかしながら、このような燃料電池車両においては、暖機用ヒータによる電力消費に起因して、以下のような問題があった。 However, such a fuel cell vehicle has the following problems due to power consumption by the warm-up heater.
例えば、車両停止時において、燃料電池の温度が低温である場合、暖機要求に基づき、リレースイッチがオンされると、すぐさま、二次バッテリから暖機用ヒータに電力が供給され、暖機用ヒータでは、一定の電力消費が開始される。その後、車両が停止状態から発進し、さらに、運転者がアクセル操作を行って加速を要求すると、通常、トラクションモータには、燃料電池の発電電力が増加するまで、二次バッテリから電力が供給されることになる。しかしながら、今回の場合、既に、二次バッテリから暖機用ヒータに対し電力が供給され、暖機用ヒータにおいて一定の電力消費がなされているため、二次バッテリは、トラクションモータに対して、十分な電力を供給することができない。この結果、運転者がアクセル操作を行って加速を要求したにも関わらず、電力の不足により、トラクションモータの動力が増加されず、車両が加速されないため、ドライバビリティが悪化するという問題があった。 For example, when the temperature of the fuel cell is low when the vehicle is stopped, when the relay switch is turned on based on the warm-up request, power is immediately supplied from the secondary battery to the warm-up heater. In the heater, constant power consumption is started. After that, when the vehicle starts from a stop state and the driver performs an accelerator operation to request acceleration, normally, the traction motor is supplied with power from the secondary battery until the power generated by the fuel cell increases. Will be. However, in this case, since power is already supplied from the secondary battery to the warming-up heater, and a certain amount of power is consumed in the warming-up heater, the secondary battery is sufficient for the traction motor. Power cannot be supplied. As a result, there is a problem that drivability deteriorates because the power of the traction motor is not increased and the vehicle is not accelerated due to the lack of electric power, even though the driver performs an accelerator operation and requests acceleration. .
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、燃料電池車両において、暖機用ヒータによる電力消費に起因したドライバビリティの悪化を防ぐことができる技術を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and provide a technique capable of preventing deterioration of drivability due to power consumption by a warm-up heater in a fuel cell vehicle. .
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池車両は、燃料電池と二次電池とを備えた燃料電池車両であって、
前記燃料電池及び二次電池からの電力の供給を受けて、前記燃料電池車両に推進力を与える駆動モータと、
前記燃料電池を暖機するための暖機用ヒータと、
制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記暖機用ヒータに対する運転要求を受けた場合に、前記燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られた電力を前記二次電池に充電させると共に、増加により得られた前記電力が、前記暖機用ヒータの予想消費電力を上回った場合に、前記燃料電池から電力を前記暖機用ヒータに供給させることを要旨とする。
In order to achieve at least a part of the above object, a fuel cell vehicle of the present invention is a fuel cell vehicle including a fuel cell and a secondary battery,
A drive motor that receives a supply of electric power from the fuel cell and the secondary battery and applies a propulsive force to the fuel cell vehicle;
A warm-up heater for warming up the fuel cell;
A control unit;
Further comprising
When the control unit receives an operation request for the warm-up heater, the control unit increases the generated power in the fuel cell, charges the secondary battery with the power obtained by the increase, and is obtained by the increase. The gist is to supply power from the fuel cell to the warm-up heater when the power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater.
このように、本発明の燃料電池車両では、制御部が、暖機用ヒータに対する運転要求を受けても、直ちに、暖機用ヒータへ電力供給を開始するのではなく、燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られる電力が暖機用ヒータの予想消費電力を上回るまで待機し、その後、上回った場合に、燃料電池から暖機用ヒータへの電力供給を開始するようにしている。従って、例えば、暖機用ヒータに対する運転要求の前または後において、運転者がアクセル操作を行って加速を要求したとしても、燃料電池において、増加により得られる電力が十分でない間は、暖機用ヒータへの電力供給がなされないため、駆動モータには、二次電池から十分な電力が供給されることになる。この結果、加速要求がなされた後、直ちに、駆動モータの動力が増加し、車両が加速されることになるため、ドライバビリティが悪化することがない。 Thus, in the fuel cell vehicle of the present invention, even when the control unit receives an operation request for the warm-up heater, the controller does not immediately start supplying power to the warm-up heater, but generates power generated in the fuel cell. The power supply is increased and waits until the electric power obtained by the increase exceeds the expected power consumption of the warm-up heater, and thereafter, when it exceeds, the power supply from the fuel cell to the warm-up heater is started. Therefore, for example, even if the driver performs an accelerator operation and requests acceleration before or after an operation request for the warm-up heater, while the fuel cell does not have enough power obtained by the increase, Since power is not supplied to the heater, sufficient power is supplied from the secondary battery to the drive motor. As a result, immediately after the acceleration request is made, the power of the drive motor increases and the vehicle is accelerated, so that drivability does not deteriorate.
従って、本発明の燃料電池車両によれば、暖機用ヒータによる電力消費に起因したドライバビリティの悪化を防ぐことができる。 Therefore, according to the fuel cell vehicle of the present invention, it is possible to prevent deterioration in drivability due to power consumption by the warm-up heater.
本発明の燃料電池車両において、前記制御部は、前記二次電池への充電電力を監視して、その充電電力が前記暖機用ヒータの消費電力を上回った場合に、前記燃料電池から電力を前記暖機用ヒータに供給させることが好ましい。 In the fuel cell vehicle of the present invention, the control unit monitors the charging power to the secondary battery, and when the charging power exceeds the power consumption of the warm-up heater, power is supplied from the fuel cell. It is preferable to supply the warm-up heater.
このように、二次電池への充電電力を監視して、その充電電力が暖機用ヒータの消費電力を上回った否かを判定することにより、燃料電池において、増加により得られた電力が、暖機用ヒータの予想消費電力を上回るようになったタイミングを正確に捉えることができる。 Thus, by monitoring the charging power to the secondary battery and determining whether or not the charging power exceeds the power consumption of the warm-up heater, the power obtained by the increase in the fuel cell is It is possible to accurately grasp the timing when the expected power consumption of the warm-up heater is exceeded.
本発明の燃料電池車両において、前記制御部は、前記暖機用ヒータに対する運転要求を受けた場合に、前記燃料電池の温度に基づいて前記燃料電池の最大出力を導き出し、導き出した前記最大出力に基づいて、前記燃料電池から前記暖機用ヒータへ供給することが可能な電力を求め、求めた前記供給可能電力が前記暖機用ヒータの予想消費電力を上回っている場合に、前記燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られた電力を前記二次電池に充電させることが好ましい。 In the fuel cell vehicle of the present invention, when the control unit receives an operation request for the warm-up heater, the control unit derives the maximum output of the fuel cell based on the temperature of the fuel cell, and the derived maximum output is obtained. Based on the electric power that can be supplied from the fuel cell to the warm-up heater, and when the calculated available electric power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater, It is preferable to increase the generated power and charge the secondary battery with the power obtained by the increase.
このように、燃料電池の最大出力に基づいて供給可能電力を求め、その供給可能電力が暖機用ヒータの予想消費電力を上回っているか否かを判定することにより、燃料電池の動作状態によって、燃料電池が最大出力で発電を行っても、暖機用ヒータの消費電力を賄うことができない場合を排除することができる。 In this way, by obtaining the suppliable power based on the maximum output of the fuel cell and determining whether the suppliable power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater, depending on the operating state of the fuel cell, Even when the fuel cell generates power at the maximum output, the case where the power consumption of the warm-up heater cannot be covered can be eliminated.
本発明の燃料電池車両において、前記制御部は、前記燃料電池の温度を、前記燃料電池の電流−電圧特性に基づいて推定するようにしてもよい。
燃料電池の電流−電圧特性には、温度依存性があるため、これを利用することにより、燃料電池の温度を推定することができる。
In the fuel cell vehicle of the present invention, the control unit may estimate the temperature of the fuel cell based on a current-voltage characteristic of the fuel cell.
Since the current-voltage characteristic of the fuel cell has temperature dependence, the temperature of the fuel cell can be estimated by using this.
本発明の燃料電池車両において、前記制御部は、前記燃料電池の温度を、前記燃料電池の交流インピーダンスに基づいて推定するようにしてもよい。
燃料電池の交流インピーダンスには、温度依存性があるため、これを利用することにより、燃料電池の温度を推定することができる。
In the fuel cell vehicle of the present invention, the control unit may estimate the temperature of the fuel cell based on an AC impedance of the fuel cell.
Since the AC impedance of the fuel cell has temperature dependency, the temperature of the fuel cell can be estimated by using this.
なお、本発明は、上記した燃料電池車両などの装置発明の態様に限ることなく、燃料電池車両における暖機用ヒータの運転方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described aspects of the device invention of the fuel cell vehicle or the like, but can be realized in the form of a method invention such as a method for operating the warm-up heater in the fuel cell vehicle.
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.実施例の構成:
B.実施例の動作:
C.実施例の効果:
D.変形例:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Example configuration:
B. Example operation:
C. Effects of the embodiment:
D. Variation:
A.実施例の構成:
図1は本発明の一実施例としての燃料電池車両に搭載される主要構成要素を示すブロック図である。図1に示す車両100は、主として、燃料電池102と、二次バッテリ104と、トラクションモータ118と、暖機用ヒータ124と、制御部128と、を搭載している。
A. Example configuration:
FIG. 1 is a block diagram showing main components mounted on a fuel cell vehicle as one embodiment of the present invention. A
このうち、二次バッテリ104は、コンバータ108を介して、燃料電池102と並列に接続されている。燃料電池102には、電流/電圧センサ126が、二次バッテリ104にも電流/電圧センサ106が、それぞれ接続されている。一方、トラクションモータ118,エアコンプレッサ120,水素ポンプ122は、それぞれ、インバータ110,112,114を介して、互いに並列に接続されており、さらに、暖機用ヒータ124が、リレースイッチ116を介して、それらに並列に接続されている。燃料電池102,二次バッテリ104と、トラクションモータ118,エアコンプレッサ120,水素ポンプ122,暖機用ヒータ124と、は直列に接続されている。
Among these, the
なお、図1において、各構成要素の配置は、図を見やすくするために、車両100内における実際の配置場所とは無関係な配置となっている。
In FIG. 1, the arrangement of each component is an arrangement that is unrelated to the actual arrangement location in the
燃料電池102は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。燃料電池102としては、種々のタイプを適用可能であるが、本実施例では、固体高分子型を用いている。燃料電池102の水素極(図示せず)には、燃料ガスとしての水素が、車両内に設置された水素タンク(図示せず)から水素供給流路(図示せず)を介して供給される。燃料電池102から排出された水素オフガス(図示せず)は、水素ポンプ122の駆動により、水槽循環流路(図示せず)を介して水素供給流路に戻され、水素の循環に供される。また、燃料電池102の酸素極(図示せず)には、酸化ガスとしてのエアが、エアコンプレッサ120の駆動によって外部から取り入れられて、エア供給流路(図示せず)を介して供給される。
The
一方、二次バッテリ104は、コンバータ108によって、燃料電池102で発電された電力やトラクションモータ118で回生された電力を充電したり、充電された電力を放電したりする。
On the other hand, the
燃料電池102で発電された電力や二次バッテリ104から放電された電力は、インバータ110,112,114によって、トラクションモータ118,エアコンプレッサ120,水素ポンプ122に供給され、それらの駆動に用いられる。トラクションモータ118は、その回転軸(図示せず)がギヤ,シャフトなど(図示せず)を介して車輪(図示せず)に結合されており、トラクションモータ118の駆動によって、車両100に推進力を与える。
The electric power generated by the
また、燃料電池102,二次バッテリ104からの電力は、リレースイッチ116がオンすることにより、暖機用ヒータ124にも供給されて、その駆動に供される。暖機用ヒータ124は、燃料電池102の近傍に配置されており、暖機用ヒータ124の駆動によって燃料電池102の暖機を行う。
電流/電圧センサ106は、二次バッテリ104の、電流/電圧センサ126は、燃料電池102の、それぞれ、電流及び電圧を測定する。
Further, the electric power from the
The current /
制御部128は、電流/電圧センサ106,126からの測定値などを取得し、種々の処理を行い、燃料電池102、コンバータ108、インバータ110,112,114及びリレースイッチ116などの制御を行う。
The
B.実施例の動作:
図2及び図3は図1の制御部128による暖機用ヒータ124の運転処理ルーチンを示すフローチャートである。運転者が車両100の運転開始を指示すると、制御部128は、燃料電池102等を起動する。その後、図2及び図3に示す処理ルーチンが開始され、制御部128は、暖機用ヒータ124に対する運転要求を受けるまで待機する(ステップS102)。燃料電池102の温度が低温であって、制御部128が、暖機用ヒータ124に対する運転要求を受けると、制御部128は、電流/電圧センサ126から、燃料電池102の電流,電圧の測定値を取得する(ステップS104)。
B. Example operation:
2 and 3 are flowcharts showing an operation processing routine of the warm-up
制御部128は、予めメモリ(図示せず)に格納されている、暖機用ヒータ124の抵抗値の情報に基づき、取得した燃料電池102の電圧の測定値から、暖機用ヒータ124の予想消費電力を算出する(ステップS106)。
The
また、制御部128は、取得した燃料電池102の電流,電圧の測定値から、その時点での燃料電池102の温度を推定する(ステップS108)。ここで、電流,電圧の測定値から温度を推定する方法について、図4及び図5を用いて説明する。
Further, the
一般に、燃料電池の内部で発生する損失としては、活性化分極、抵抗分極、拡散分極が挙げられる。このうち、触媒活性に起因する活性化分極と、プロトン導電性に起因する抵抗分極(内部抵抗)については、温度依存性があり、両者とも、温度上昇に伴って小さくなる。 In general, loss generated inside the fuel cell includes activation polarization, resistance polarization, and diffusion polarization. Among these, activation polarization due to catalytic activity and resistance polarization (internal resistance) due to proton conductivity are temperature-dependent, and both become smaller as the temperature rises.
図4は燃料電池において標準起電力に対する各損失の寄与分を示す説明図である。図4において、縦軸は電圧を、横軸は電流をそれぞれ示している。燃料電池では、図4に示すように、標準起電力に対して、活性化分極と内部抵抗の寄与分だけ、発電の効率は落ちるが、温度が上昇すれば、これら損失は小さくなるため、発電の効率は改善する。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the contribution of each loss to the standard electromotive force in the fuel cell. In FIG. 4, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents current. In the fuel cell, as shown in FIG. 4, the efficiency of power generation is reduced by the contribution of activation polarization and internal resistance with respect to the standard electromotive force, but as the temperature rises, these losses become smaller. Efficiency is improved.
図5は燃料電池における電流−電圧特性の温度に対する変化を示す説明図である。図5において、縦軸は電圧を、横軸は電流をそれぞれ示している。図5に示すように、低温状態では、上記した活性化分極と内部抵抗の寄与分に起因して発電の効率が悪く、電流−電圧特性は斜めに傾斜した状態となっているが、高温状態になると、発電の効率が改善され、電流−電圧特性は横軸に平行な状態に近づく。従って、このような電流−電圧特性の温度に対する変化を利用すれば、燃料電池の温度を容易に推定することができる。 FIG. 5 is an explanatory view showing a change of current-voltage characteristics with respect to temperature in the fuel cell. In FIG. 5, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents current. As shown in FIG. 5, in the low temperature state, the power generation efficiency is poor due to the contribution of the activation polarization and the internal resistance described above, and the current-voltage characteristics are inclined obliquely. Then, the efficiency of power generation is improved, and the current-voltage characteristic approaches a state parallel to the horizontal axis. Therefore, the temperature of the fuel cell can be easily estimated by utilizing such a change of the current-voltage characteristic with respect to the temperature.
具体的には、各温度ごとの電流−電圧特性のマップを予めメモり(図示せず)に用意しておき、制御部128が、これらマップを参照して、取得した燃料電池の電流,電圧の測定値に基づき、何れの電流−電圧特性に近いかを求めて、燃料電池の温度を推定するのである。
Specifically, a current-voltage characteristic map for each temperature is prepared in advance in a memory (not shown), and the
さて、図2に戻って、次に、制御部128は、推定した燃料電池102の温度や、別途燃料電池102から取得した燃料電池102の状態(湿潤状態等)などに基づいて、その時点での燃料電池102の最大出力を導き出す(ステップS110)。そして、制御部128は、その時点でインバータ110,112,114に与えている、トラクションモータ118,エアコンプレッサ120,水素ポンプ122に対する電力指令値から、トラクションモータ118等に対する供給電力を算出し(ステップS112)、導き出した燃料電池102の最大出力から、算出したトラクションモータ118等に対する供給電力を減算することにより、燃料電池102から新たな負荷である暖機用ヒータ124へ供給することが可能な電力を求める(ステップS114)。そして、制御部128は、算出した供給可能電力と、ステップS106で算出した暖機用ヒータ124の予想消費電力と、を比較し、前者が後者を上回っているか否かを判定する(ステップS116)。
Now, referring back to FIG. 2, the
判定の結果、燃料電池102から暖機用ヒータ124への供給可能電力が、暖機用ヒータ124の予想消費電力を上回っている場合には、図3のZに処理を進める。逆に、上回っていない場合には、その時点で、燃料電池102が例え、最大出力で発電を行ったとしても、暖機用ヒータ124の消費電力を賄うことができないため、処理をリターンする。
As a result of the determination, when the power that can be supplied from the
図3のZに処理が進むと、次に、制御部128は、燃料電池102の発電電力が増加するよう制御する(ステップS202)。具体的には、制御部128は、燃料電池102に対する水素やエアの供給量を上げるよう、インバータ112,114や、供給流路に設けられたバルブ(図示せず)などを制御する。これにより、燃料電池102の発電電力は徐々に増加する。また、制御部128は、こうして燃料電池102の発電電力を増加することにより得られた電力を、二次バッテリ104に充電させるよう、コンバータ108を制御する(ステップS204)。この結果、燃料電池102において発電電力の増加により得られた電力は、コンバータ108を介して、二次バッテリ104に充電される。
When the process proceeds to Z in FIG. 3, the
次に、制御部128は、電流/電圧センサ106から、二次バッテリ104の電流,電圧の測定値を取得し(ステップS206)、それら測定値から、その時点において二次バッテリ104に充電される電力を算出する(ステップS208)。そして、制御部128は、その二次バッテリ104への充電電力が、ステップS106で算出した暖機用ヒータ124の予想消費電力を上回ったか否かを判定する(ステップS210)。
Next, the
判定の結果、上回っていない場合には、再度、ステップS202に戻って同様の処理を繰り返す。すなわち、制御部128は、燃料電池102の発電電力を増加させながら、二次バッテリ104の電流,電圧の測定値に基づいて、二次バッテリ104への充電電力を監視する。
As a result of the determination, if not exceeded, the process returns to step S202 again and the same processing is repeated. That is, the
逆に、二次バッテリ104への充電電力が暖機用ヒータ124の予想消費電力を上回っている場合には、燃料電池102において、暖機用ヒータ124の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得ることができたとして、二次バッテリ104への充電を停止するよう、コンバータ108を制御する(ステップS211)と共に、リレースイッチ116をオンして、燃料電池102で発電された電力をリレースイッチ116を介して暖機用ヒータ124に供給する。これにより、暖機用ヒータ124が駆動して、燃料電池102の暖機を開始する。その後、この一連の処理をリターンする。
On the other hand, when the charging power to the
C.実施例の効果:
以上説明したように、本実施例では、制御部128は、暖機用ヒータ124に対する運転要求を受けても、直ちにリレースイッチ116をオンして、暖機用ヒータ124へ電力を供給するのではなく、燃料電池102において、暖機用ヒータ124の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得ることができるまで待機し、その発電電力を得ることができるようになってから、リレースイッチ116をオンして、暖機用ヒータ124へ電力を供給するようにしている。従って、例えば、暖機用ヒータ124に対する運転要求の前または後において、運転者がアクセル操作を行って加速を要求したとしても、燃料電池102の発電電力が十分でない間は、暖機用ヒータ124への電力供給がなされないため、トラクションモータ118には、二次バッテリ104から十分な電力が供給されることになる。よって、運転者がアクセル操作を行って加速を要求すると、直ちに、トラクションモータ118の動力が増加し、車両100が加速されるため、ドライバビリティが向上するという効果を奏する。
C. Effects of the embodiment:
As described above, in this embodiment, even if the
また、本実施例では、燃料電池102において、暖機用ヒータ124の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得ることができるようになるまでの間、その発電電力の増加によりその間に得られる余剰電力を捨てることなく、全て、二次バッテリ104に充電しているため、発電した電力が無駄になることはない。
Further, in the present embodiment, in the
さらに、本実施例では、二次バッテリ104に充電される電力を監視して、その充電電力が暖機用ヒータ124の消費電力を上回った場合に、リレースイッチ116をオンして、暖機用ヒータ124への電力を供給するようにしている。このように、二次バッテリ104への充電電力を監視することにより、燃料電池102において、暖機用ヒータ124の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得ることができるようになったタイミングを正確に捉えることができる。従って、リレースイッチ116をオンして、暖機用ヒータ124への電力供給を開始した場合に、暖機用ヒータ124での電力消費に、二次バッテリ104に充電されている電力が用いられることなく、暖機用ヒータ124での消費電力は燃料電池102で発電された電力によって賄われることになる。
Furthermore, in this embodiment, the power charged in the
D.変形例:
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
D−1.変形例1:
上記した実施例においては、燃料電池102の温度は、燃料電池102の電流,電圧の測定値から、燃料電池102の温度を推定していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、燃料電池102の交流インピーダンスの測定値から、燃料電池102の温度を推定するようにしてもよい。
D. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
D-1. Modification 1:
In the above embodiment, the temperature of the
一般に、燃料電池の交流インピーダンスに含まれる情報としては、主として、活性化分極、内部抵抗、パルク抵抗がある。それらのうち、活性化分極及び内部抵抗については、前述したとおり温度依存性があるため、交流インピーダンスの測定値から、燃料電池の温度を推定することができる。 In general, information included in the AC impedance of the fuel cell mainly includes activation polarization, internal resistance, and parc resistance. Among them, the activation polarization and the internal resistance have temperature dependency as described above, and therefore the temperature of the fuel cell can be estimated from the measured value of the AC impedance.
燃料電池のコール・コールプロットで交流インピーダンスの温度依存性を示すと、図6に示すごとくになる。図6において、縦軸は交流インピーダンス測定値の虚部を示し、横軸はその実部を示す。前述したとおり、活性化分極及び内部抵抗は、温度上昇に伴って小さくなるため、交流インピーダンスの測定値も、温度上昇に伴って小さくなり、図6に示すように、プロットされた半円も小さくなる。
従って、或る周波数での交流インピーダンス測定値の実部の値に着目し、その値の変化から燃料電池の温度を推定することができる。
FIG. 6 shows the temperature dependence of the AC impedance in the Cole-Cole plot of the fuel cell. In FIG. 6, the vertical axis represents the imaginary part of the AC impedance measurement value, and the horizontal axis represents the real part. As described above, since the activation polarization and the internal resistance decrease with increasing temperature, the measured value of AC impedance also decreases with increasing temperature, and the plotted semicircle also decreases as shown in FIG. Become.
Therefore, paying attention to the value of the real part of the AC impedance measurement value at a certain frequency, the temperature of the fuel cell can be estimated from the change in the value.
D−2.変形例2:
上記した実施例では、二次バッテリ104に充電される電力を監視して、その充電電力が暖機用ヒータ124の消費電力を上回った場合に、リレースイッチ116をオンして、暖機用ヒータ124への電力供給を開始するようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようにして、暖機用ヒータ124への電力供給を開始するようにしてもよい。
D-2. Modification 2:
In the embodiment described above, the power charged in the
一般に、燃料電池における発電電力の増加遅れは、前述したとおり、エアコンプレッサなどの動作遅れに起因している。そこで、図3のZに処理が進んだ際に、まず、制御部128は、燃料電池102において、暖機用ヒータ124の消費電力を賄うのに十分な発電電力を得るのに必要なエア流量(以下、必要エア流量という)を求める。次に、制御部128は、燃料電池102の発電電力が増加するよう制御する。具体的には、例えば、制御部128は、インバータ112を制御して、エアコンプレッサ120の回転数を上げてゆき、燃料電池102へ供給されるエア供給量を増加させる。また、制御部128は、燃料電池102の発電電力を増加することにより得られた電力を、二次バッテリ104に充電させるよう、コンバータ108を制御する。
In general, the increase delay of the generated power in the fuel cell is caused by the operation delay of the air compressor or the like as described above. Therefore, when the process proceeds to Z in FIG. 3, first, the
続いて、制御部128は、エアコンプレッサ120から、その回転数を取得し、その値から、燃料電池102に供給されるエア流量を算出する。制御部128は、算出したエア流量が、先に求めた必要エア流量を上回ったか否かを判定し、上回っている場合には、二次バッテリ104への充電を停止するよう、コンバータ108を制御すると共に、リレースイッチ116をオンして、燃料電池102で発電された電力をリレースイッチ116を介して暖機用ヒータ124に供給するようにする。
Subsequently, the
なお、エアコンプレッサ120の回転数から、燃料電池102へ供給されるエア流量を求める代わりに、エア供給流路中にエアフロメータを設けて、燃料電池102へ供給されるエア流量を直接測定するようにしてもよい。
Instead of obtaining the air flow rate supplied to the
また、燃料電池102へ供給される水素流量を直接または間接的に測定できるのであれば、エア流量に代えて、水素流量に基づいて、暖機用ヒータ124への電力供給開始タイミングを得るようにしてもよい。
If the flow rate of hydrogen supplied to the
100...燃料電池車両
102...燃料電池
104...二次バッテリ
106,126...電流/電圧センサ
108...コンバータ
110,112,114...インバータ
116...リレースイッチ
118...トラクションモータ
120...エアコンプレッサ
122...水素ポンプ
124...暖機用ヒータ
128...制御部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記燃料電池及び二次電池からの電力の供給を受けて、前記燃料電池車両に推進力を与える駆動モータと、
前記燃料電池を暖機するための暖機用ヒータと、
制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記暖機用ヒータに対する運転要求を受けた場合に、前記燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られた電力を前記二次電池に充電させると共に、増加により得られた前記電力が、前記暖機用ヒータの予想消費電力を上回った場合に、前記燃料電池から電力を前記暖機用ヒータに供給させることを特徴とする燃料電池車両。 A fuel cell vehicle comprising a fuel cell and a secondary battery,
A drive motor that receives a supply of electric power from the fuel cell and the secondary battery and applies a propulsive force to the fuel cell vehicle;
A warm-up heater for warming up the fuel cell;
A control unit;
Further comprising
When the control unit receives an operation request for the warm-up heater, the control unit increases the generated power in the fuel cell, charges the secondary battery with the power obtained by the increase, and is obtained by the increase. A fuel cell vehicle, wherein power is supplied from the fuel cell to the warm-up heater when the power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater.
前記制御部は、前記二次電池への充電電力を監視して、その充電電力が前記暖機用ヒータの予想消費電力を上回った場合に、前記燃料電池から電力を前記暖機用ヒータに供給させることを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 1,
The controller monitors charging power to the secondary battery, and supplies power from the fuel cell to the warming heater when the charging power exceeds expected power consumption of the warming heater. A fuel cell vehicle characterized by being made to cause.
前記制御部は、前記暖機用ヒータに対する運転要求を受けた場合に、前記燃料電池の温度に基づいて前記燃料電池の最大出力を導き出し、導き出した前記燃料電池の最大出力に基づいて、前記燃料電池から前記暖機用ヒータへ供給することが可能な電力を求め、求めた前記供給可能電力が前記暖機用ヒータの予想消費電力を上回っている場合に、前記燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られた電力を前記二次電池に充電させることを特徴とする燃料電池車両。 In the fuel cell vehicle according to claim 1 or 2,
The control unit derives a maximum output of the fuel cell based on the temperature of the fuel cell when receiving an operation request for the warm-up heater, and based on the derived maximum output of the fuel cell, the fuel Obtain electric power that can be supplied from the battery to the warm-up heater, and increase the generated power in the fuel cell when the obtained supply power exceeds the expected power consumption of the warm-up heater. A fuel cell vehicle characterized in that the secondary battery is charged with electric power obtained by the increase.
前記制御部は、前記燃料電池の温度を、前記燃料電池の電流−電圧特性に基づいて推定することを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 3, wherein
The fuel cell vehicle, wherein the controller estimates the temperature of the fuel cell based on a current-voltage characteristic of the fuel cell.
前記制御部は、前記燃料電池の温度を、前記燃料電池の交流インピーダンスに基づいて推定することを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 3, wherein
The said control part estimates the temperature of the said fuel cell based on the alternating current impedance of the said fuel cell, The fuel cell vehicle characterized by the above-mentioned.
(a)前記暖機用ヒータに対する運転要求があった場合に、前記燃料電池における発電電力を増加させ、増加により得られた電力を前記二次電池に充電させる工程と、
(b)増加により得られた前記電力が、前記暖機用ヒータの予想消費電力を上回ったか否かを判定する工程と、
(c)前記工程(c)において上回ったと判定された場合に、前記燃料電池から電力を前記暖機用ヒータに供給させる工程と、
を備える暖機用ヒータ運転方法。 A fuel cell, a secondary battery, a drive motor that receives a supply of electric power from the fuel cell and the secondary battery, and gives a propulsive force to the fuel cell vehicle, and a warm-up device for warming up the fuel cell In a fuel cell vehicle equipped with a heater, a warm-up heater operation method for operating the warm-up heater,
(A) when there is an operation request for the warm-up heater, a step of increasing the generated power in the fuel cell and charging the secondary battery with the electric power obtained by the increase;
(B) determining whether the power obtained by the increase exceeds the expected power consumption of the warm-up heater;
(C) a step of supplying electric power from the fuel cell to the warm-up heater when it is determined that the electric power is exceeded in the step (c);
A heater operation method for warm-up comprising:
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