JP2017152279A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1を用いて燃料電池システム12(FCシステム12ともいう)の構成に関して説明する。本実施形態に係るFCシステム12の基本的な装置構成としては、既知のものを使用可能である。例えば、特開2016−12480号公報で示される構成を使用可能である。本明細書では、発明の特徴と関係する構成を中心に説明し、既知の構成については説明(及び図示)を省略するか、又は、簡単な説明(及び図示)に留める。なお、本実施形態では、FCシステム12を搭載する燃料電池車両10(単に車両10ともいう)を想定している。
水素供給システム16は、水素供給流路16Sを介してFC14に対して水素ガスを供給すると共に、ガス排出流路16Dを介してFC14で発生するアノードオフガスを排出する。水素供給流路16S及びガス排出流路16Dはアノード流路34に連通する。
エア供給システム18は、エア供給流路18Sを介してFC14に対してエアを供給すると共に、ガス排出流路18Dを介してFC14で発生するカソードオフガスを排出する。エア供給流路18Sとしては、上流側(吸入口側)から順に配管40a、エアポンプ42、配管40b、加湿器44、配管40cが設けられる。下流側の配管40cはFC14のカソード流路36に連通する。ガス排出流路18Dとしては、上流側(FC14側)から順に配管46a、加湿器44、配管46b、背圧弁48、配管46cが設けられる。上流側の配管46aはFC14のカソード流路36に連通する。配管52には循環ポンプ54が設けられる。エア供給流路18Sの配管40bと配管40cは、加湿器44をバイパスする配管56で接続される。配管56には弁58が設けられる。配管46bには圧力センサ64が設けられる。配管40bには流量センサ66が設けられる。
冷却システム20は、冷媒供給流路20Sを介してFC14に対して冷媒を供給すると共に、冷媒排出流路20Dを介してFC14から冷媒を回収する。冷媒は冷却システム20とFC14の間で循環しており、FC14で吸熱し、冷却システム20で放熱する。
図2を用いて電力システム22に関して説明する。FC14は、FCコンタクタ70と昇圧コンバータ72(FCVCU(Voltage Control Unit)72ともいう)とインバータ74(MOTPDU(Power Drive Unit)74ともいう)を介して、トラクションモータ76(TRC76ともいう)に接続される。また、高電圧バッテリ78(BAT78ともいう)は、BATコンタクタ80と昇降圧コンバータ82(BATVCU82ともいう)を介して、TRC76に接続される。FCVCU72とBATVCU82は、TRC76に対して2次側2Sで並列に接続される。BATVCU82の1次側1Sbには各種の高電圧補機、例えばエアポンプ42とエアコンディショナ84(A/C84ともいう)とヒータ86と降圧コンバータ88(DC/DC88ともいう)が並列に接続される。A/C84とヒータ86はデフロスタ装置としても機能する。
図1、図2を用いてECU24に関して説明する。ECU24は、エネルギーマネージメントECU100(EMECU100ともいう)とFCECU102を備える。各ECU100、102は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、CPU、ROM(EEPROMも含む)、RAM、その他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有する。各ECU100、102は、CPUがROMに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部(機能実現手段)、例えば、制御部、演算部、及び、処理部等として機能する。各ECU100、102は、1つのECUのみから構成されてもよく、複数のECUから構成されてもよい。
図3で示すフローチャートを用いつつ、適宜図1、図2を参照してFCシステム12で行われる処理を説明する。なお、FCVCU72又はBATVCU82に異常がある場合は、以下の処理とは別に、電力システム制御部114により、FCVCU72又はBATVCU82の通過電力が制限されるものとする。
電力システム制御部114がFCVCU72又はBATVCU82の通過電力を制限した場合、エアポンプ42を含む補機が使えるFC14の電力は限られる。ここで、補機には、エアポンプ42と、DC/DC88と、デフロスタ装置としてのA/C84及びヒータ86が含まれる。なお、デフロスタ装置として機能しないA/C84、すなわち単なる空調機器として使用されるA/C84は、ここの補機には含まれない。本実施形態では、これらの補機に対する電力供給の優先順位を予め決められている。優先順位を上位から示すと以下のようになる。
・ DC/DC88の消費電力の最大値Pdc
・ エアポンプ42の消費電力下限値Pll
・ デフロスタ装置としてのA/C84及びヒータ86の消費電力Pde
・ エアポンプ42の消費電力上限値Pul
ポンプ電力演算部110は、FCVCU72又はBATVCU82の通過電力が制限された場合に、次の方法によりエアポンプ42の消費電力上限値Pulを制限する。ここで、FCVCU72又はBATVCU82の通過電力をPpとする。また、通過電力Ppから、DC/DC88の消費電力の最大値Pdcと、デフロスタ装置としてのA/C84及びヒータ86の消費電力Pdeとを差し引いた値Pp−Pdc−Pdeを制限値PAとする。制限値PAにエアポンプ42の消費電力下限値Pllが含まれないのは、エアポンプ42の消費電力上限値Pulが確保されれば、必然的に消費電力下限値Pllが確保されるためである。
図4Bは図4Aの各時点におけるFC14のガス圧力を示し、図4Cは図4Aの各時点におけるエア流量を示す。図4A、図4Bで示すように、時点ta3でカソード圧力(Ca圧力)は急激に低下するものの、アノード圧力(An圧力)との差圧が一定値ΔP[kpa]以内となるように制御される。図4Cで示すように、Ca圧力の低下に伴い、エア流量Qも一時的に低下する。
本発明は、図7で示す電力システム22´、すなわちエアポンプ42がBATVCU82の2次側2Sに接続される電力システム22´を備えるFCシステム12にも適用可能である。この場合、FCVCU72の異常時にのみ、エアポンプ42の電力を制限する。
FCシステム12は、水素ガス(燃料ガス)及びエア(酸化剤ガス)を用いて発電する燃料電池14と、BAT78(蓄電装置)と、燃料電池14又はBAT78から負荷に印加される電圧を調整するFCVCU72又はBATVCU82(電圧調整装置)と、燃料電池14及び/又はBAT78から供給される電力を消費して燃料電池14にエアを供給するエアポンプ42と、エアポンプ42の電力を制御するECU24(制御装置)と、を備える。FCVCU72又はBATVCU82は、燃料電池14とエアポンプ42との間に介在する。FCシステム12は、更に、FCVCU72又はBATVCU82の異常を検知する第1温度センサ92と第2温度センサ98(異常検知装置)を備える。ECU24は、第1温度センサ92又は第2温度センサ98がFCVCU72又はBATVCU82の温度異常を検知した場合に、エアポンプ42の消費電力上限値Pulを制限する。
12…燃料電池システム(FCシステム)
14…燃料電池(FC) 18…エア供給システム
22…電力システム 24…ECU
42…エアポンプ 72…昇圧コンバータ(FCVCU)
78…高電圧バッテリ(BAT)
82…昇降圧コンバータ(BATVCU)
84…エアコンディショナ(A/C) 86…ヒータ
92…第1温度センサ 98…第2温度センサ
100…エネルギーマネージメントECU(EMECU)
102…FCECU
110…ポンプ電力演算部 114…電力システム制御部
Claims (3)
- 燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
蓄電装置と、
前記燃料電池又は前記蓄電装置から負荷に印加される電圧を調整する電圧調整装置と、
前記燃料電池及び/又は前記蓄電装置から供給される電力を消費して前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するポンプと、
前記ポンプの電力を制御する制御装置と、
を備え、前記電圧調整装置が前記燃料電池と前記ポンプとの間に介在する燃料電池システムであって、
前記電圧調整装置の異常を検知する異常検知装置を更に備え、
前記制御装置は、前記異常検知装置が前記電圧調整装置の異常を検知した場合に、前記ポンプの電力を制限する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
デフロスタ装置を更に備え、
前記制御装置は、
前記デフロスタ装置の電力を確保したうえで、前記ポンプの電力の制限量を設定する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1又は2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、
前記ポンプの電力を制限する場合に、制限前の前記ポンプの電力が大きいときほど電力の減少幅を大きくし、制限前の前記ポンプの電力が小さいときほど電力の減少幅を小さくする
ことを特徴とする燃料電池システム。
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