JP3596468B2

JP3596468B2 - Control device for fuel cell vehicle

Info

Publication number: JP3596468B2
Application number: JP2001000096A
Authority: JP
Inventors: 一真大蔵
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2021-01-04
Also published as: JP2002204505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を電源とする燃料電池車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電気自動車においては、減速時や降坂時に車両駆動用モータに回生制動を行わせ、回生制動より得られる回生電力を蓄電池に蓄え、次の発進加速時に利用することで、走行可能距離、燃費、運転性を向上させている。
【０００３】
ところが燃料電池車両においては、燃料電池は発電装置であって、蓄電池のように回生電力を蓄積させることはできない。このため回生電力蓄積用及び燃料電池起動用として、比較的小容量の蓄電池やコンデンサ等の蓄電手段を備えて、運転状態に応じて蓄電手段の充電状態（以下、ＳＯＣと呼ぶ）を制御している。
【０００４】
例えば、特開２０００−９２６１０号公報には、車速が高い場合には蓄電手段の目標ＳＯＣを低く設定し、また車速が低い場合には目標ＳＯＣを高く設定することにより、減速時に発生する回生電力を充電するための蓄電容量を確保する方法を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術においては、車速により蓄電手段のＳＯＣを変化させて、回生電力を充電する容量を確保するという制御方法を用いるため、ＳＯＣの制御が間に合わず蓄電手段のＳＯＣが上限に達するという問題点があった。
【０００６】
特に、下り坂では、駆動用モータが蓄電手段の電力を消費することなく、車速が高くなるため、蓄電手段のＳＯＣを低下させることができず、回生制動中にＳＯＣが上限値に達した場合には、回生制動中断による制動力の低下が生じるという問題点があった。
【０００７】
また、回生制動時やアイドル運転時に蓄電手段のＳＯＣが上限に達した場合には、燃料電池の発電を停止して余剰電力の発生を防止しようとすれば、燃料電池の再起動に時間がかかる、及び発進時や再加速時の加速が不良となるという問題点が生じる。
【０００８】
また、燃料電池は、通常起動直後は定格運転温度より低く、直ちに定格出力を取り出すことができなので、暖機運転を必要とする。そこで、暖機運転に最適な出力電流で暖機運転を行えば、速やかに燃料電池の暖機を完了することができるが、暖機運転中に蓄電手段のＳＯＣが上限値に達すると、通常補機の消費電力に相当する出力電流に制限して暖機運転しなければならず、暖機時間が長引くという問題点があった。
【０００９】
また、燃料電池車両において、上記の余剰電力を消費させるための抵抗器等を設けることが考えられるが、抵抗器の電力消費による温度上昇を制限するための送風装置や周囲の装置への熱影響を避けるための熱絶縁部材等の付加的な装置も必要とするため、車両搭載上の問題点が生じる。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、大容量の蓄電手段や余剰電力を消費させるための抵抗器等の機器を備えることなく、回生制動中に蓄電手段のＳＯＣが上限に達しても回生制動力を確保することができる燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また本発明は、大容量の蓄電手段や余剰電力を消費させるための抵抗器等の機器を備えることなく、アイドル運転中に蓄電手段のＳＯＣが上限に達しても燃料電池のアイドル運転を継続することができる燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに本発明は、大容量の蓄電手段や余剰電力を消費させるための抵抗器等の機器を備えることなく、燃料電池の暖機時間を短縮することができる燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、燃料電池と、蓄電手段と、これら燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力で燃料電池車両を駆動する車両駆動用モータと、前記燃料電池を運転するために必要な補機と、を備えた燃料電池車両を制御する燃料電池車両の制御装置において、前記蓄電手段の充電状態を検出する充電状態検出手段と、前記充電状態検出手段の検出結果が充電上限状態にあるときに余剰電力が発生した場合、前記補機の運転効率を低下させて余剰電力を消費させる運転効率制御手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１４】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の燃料電池車両の制御装置において、前記余剰電力は、前記車両駆動用モータの回生電力であることを要旨とする。
【００１５】
請求項３記載の本発明は、請求項１記載の燃料電池車両の制御装置において、前記余剰電力は、前記燃料電池のアイドル発電電力であることを要旨とする。
【００１６】
請求項４記載の本発明は、請求項１記載の燃料電池車両の制御装置において、前記余剰電力は、前記燃料電池の暖機発電電力であることを要旨とする。
【００１７】
請求項５記載の本発明は、請求項１記載の燃料電池車両の制御装置において、前記補機は、それぞれ交流モータで駆動され、前記燃料電池に空気を供給するコンプレッサ、前記燃料電池の加湿用純水を供給するポンプ、前記燃料電池に冷却水を供給するポンプのいずれか１つ、またはこれらの任意の組合せであることを要旨とする。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、燃料電池と、蓄電手段と、これら燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力で燃料電池車両を駆動する車両駆動用モータと、前記燃料電池を運転するために必要な補機と、を備えた燃料電池車両を制御する燃料電池車両の制御装置において、前記蓄電手段の充電状態を検出する充電状態検出手段と、前記充電状態検出手段の検出結果が充電上限状態にあるときに余剰電力が発生した場合、前記補機の運転効率を低下させて余剰電力を消費させる運転効率制御手段と、を備えたことにより、大容量の蓄電手段や余剰電力消費用の機器を必要とせずに、蓄電手段が充電上限状態となったときに補機に余剰電力を消費させ燃料電池の運転継続が可能であるという効果を奏する。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記余剰電力は、前記車両駆動用モータの回生電力であるとしたので、回生制動中に蓄電手段が充電上限状態となったときに、補機に余剰電力を消費させ回生制動を継続できるという効果を奏する。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記余剰電力は、前記燃料電池のアイドル発電電力であるとしたので、燃料電池車両の停車時等における燃料電池のアイドル運転中に蓄電手段が充電上限状態となったときに、アイドル運転により発生する余剰電力を燃料電池の補機に消費させてアイドル運転を継続することにより、発進加速時の燃料電池運転の再開を速やかに行えるという効果を奏する。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記余剰電力は、前記燃料電池の暖機発電電力であるとしたので、暖機運転中に蓄電手段が充電上限状態となったときに、補機に余剰電力を消費させて暖機運転に最適な出力電流で燃料電池の暖機運転を継続できるようになり、燃料電池の暖機時間を短縮し、速やかに通常運転に移行できるという効果を奏する。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記補機は、それぞれ交流モータで駆動され、前記燃料電池に空気を供給するコンプレッサ、前記燃料電池の加湿用純水を供給するポンプ、前記燃料電池に冷却水を供給するポンプのいずれか１つ、またはこれらの任意の組合せとしたので、燃料電池が通常備える補機の運転効率を低下させるだけで、余剰電力を消費することができるという効果を奏する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る燃料電池車両の制御装置の実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【００２４】
図１において、本発明の制御装置が適用される燃料電池車両は、電源である燃料電池１０１と、蓄電手段であるバッテリ１０２と、燃料電池１０１及びバッテリ１０２の少なくとも一方から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ１０３と、インバータ１０３からの交流電力を車両の駆動力に変換する車両駆動用モータ１０４と、車両駆動用モータ１０４で生じた駆動力を駆動輪１０６に伝える作動装置１０５と、駆動輪１０６と、バッテリ１０２の充電状態（ＳＯＣ）を検出する充電状態検出手段であるバッテリセンサ１０７と、燃料電池１０１に水素ガスを供給する水素ガス供給装置１１２と、燃料電池１０１に供給される水素ガスと空気を加湿する加湿器１１１と、加湿器１１１に加湿用純水を供給する純水供給ポンプ１１３と、純水供給ポンプ１１３を制御するインバータ１１６と、燃料電池１０１に空気を供給するコンプレッサ１１４と、コンプレッサ１１４を制御するインバータ１１７と、燃料電池１０１に冷却水を供給する冷却水供給ポンプ１１５と、冷却水供給ポンプ１１５を制御するインバータ１１８と、アクセルセンサ１２２と、車速センサ１２３と、ブレーキセンサ１２４と、シフトスイッチ１２５と、充電状態検出手段であるバッテリセンサ１０７の検出結果が充電上限状態にあるときに余剰電力が発生した場合、燃料電池１０１の補機の運転効率を低下させて余剰電力を消費させる運転効率制御手段としての制御装置１２１とを備えている。
【００２５】
なお、本実施形態において、制御装置１２１から運転効率の制御可能な燃料電池１０１の補機は、純水供給ポンプ１１３、コンプレッサ１１４、および冷却水供給ポンプ１１５である。これらはそれぞれ図示しない駆動用交流モータを内蔵し、制御装置１２１からインバータ１１６、１１７、１１８へ出力する補機指令値により運転効率の制御が可能となっている。
【００２６】
車両の力行時には、燃料電池１０１とバッテリ１０２から供給される直流電力は、インバータ１０３で交流電力に変換され、車両駆動用モータ１０４を駆動し、発生した駆動力が作動装置１０５を介して駆動輪１０６に伝達される。
【００２７】
また減速時または降坂時には、回生エネルギーが駆動輪１０６を介して車両駆動用モータ１０４で交流電力に変換され、さらにインバータ１０３で直流電力に変換されてバッテリ１０２に充電される。
【００２８】
燃料電池１０１の水素極には、燃料である水素ガスが水素ガス供給装置１１２から供給され、空気極にはインバータ１１７が制御するコンプレッサ１１４によって酸化剤である酸素を含んだ空気が供給されるが、水素ガスと空気とは加湿器１１１で加湿されてから各電極に供給される。加湿器１１１にはインバータ１１６が制御する純水供給ポンプ１１３によって加湿用純水が供給される。また、燃料電池１０１にはインバータ１１８が制御する冷却水供給ポンプ１１５によって冷却水が供給される。
【００２９】
制御装置１２１は、アクセルセンサ１２２と、車速センサ１２３、ブレーキセンサ１２４、シフトスイッチ１２５などによる運転状態検出結果と、バッテリセンサ１０７が検出したバッテリ１０２のＳＯＣとに基づいて、純水供給ポンプ１１３、コンプレッサ１１４、冷却水供給ポンプ１１５の運転効率と、燃料電池への空気、水素ガス、加湿用純水、冷却水等の供給量を算出する。
【００３０】
そして、これらの算出結果に基づいて、インバータ１１６、インバータ１１７、及びインバータ１１８を介して、純水供給ポンプ１１３、コンプレッサ１１４、冷却水供給ポンプ１１５をそれぞれ制御し、発電に必要な加湿用純水と空気と冷却水を供給する。さらに、算出された水素ガス供給量に従って水素ガス供給装置１１２を制御し、発電に必要な水素ガスを供給する。
【００３１】
また、制御装置１２１は、アクセルセンサ１２２、車速センサ１２３、ブレーキセンサ１２４、シフトスイッチ１２５などの運転状態検出結果に基づいて、力行制御、回生制御、アイドル発電制御、暖機発電制御等を行う。
【００３２】
次に、図２のフローチャートを参照して、力行制御時に制御装置１２１が行う制御の詳細について説明する。尚、以下の説明では、バッテリ１０２のＳＯＣは、最大充電容量Ｑｍａｘに対する現在の充電量Ｑの比率として式（１）で表すこととする。
【００３３】
【数１】
ＳＯＣ＝Ｑ／Ｑｍａｘ …（１）
図２において、まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）２０１で車両駆動トルク指令値Ｔｄを算出する。この車両駆動トルク指令値Ｔｄは、運転者の要求と車両状態とを判断して、算出される車両駆動用モータ１０４の要求駆動トルクである。
【００３４】
なお、車両駆動トルク指令値Ｔｄが正値の場合は力行制御を行い、負値の場合は制動制御を行う。また、制動制御時には車両駆動トルク指令値Ｔｄを車両制動トルク指令値Ｔｄと呼ぶ。
【００３５】
車両駆動トルク指令値Ｔｄは、アクセルセンサ１２２が出力するアクセル開度やシフトスイッチ１２５が出力するシフトポジションなどの運転者の操作量、および車速センサ１２３が出力する車両速度などに基づいてマップ等から算出される。そして、算出された車両駆動トルク指令値Ｔｄに従ってインバータ１０３が車両駆動用モータ１０４の駆動トルクを制御する。
【００３６】
Ｓ２０２では車両駆動電力Ｐｄを算出する。この車両駆動電力Ｐｄは、車両駆動用モータ１０４が車両駆動トルク指令値Ｔｄを出力するために必要な電力である。車両駆動電力Ｐｄは、式（２）に示すように、車両駆動トルク指令値Ｔｄと、車両速度ｖと、ギヤ比およびモータ効率などで決まる比例定数ｋとの積である。なお、制動制御時には車両駆動電力Ｐｄを車両制動電力Ｐｄと呼ぶ。
【００３７】
【数２】
Ｐｄ＝ｋ×Ｔｄ×ｖ …（２）
Ｓ２０３ではバッテリ充放電電力目標値Ｐｂを算出する。このバッテリ充放電電力目標値Ｐｂは、バッテリ１０２のＳＯＣを目標ＳＯＣと一致させる際に行われる充電、または放電による目標電力であり、バッテリ放電時を正、充電時を負とした値である。このバッテリ充放電電力目標値Ｐｂは、充放電のバッテリ電流Ｉｂとバッテリ電圧Ｖｂとの積である。なお、バッテリ電流Ｉｂは、式（４）に示すように、ＳＯＣから目標ＳＯＣを差し引いた値とバッテリ１０２の最大充電容量Ｑｍａｘとの積を、ＳＯＣから目標ＳＯＣに達するまでの時間である目標到達時間Ｔｂで割った値であり、放電方向を正、充電方向を負とする。
【００３８】
【数３】
Ｐｂ＝Ｉｂ×Ｖｂ …（３）
Ｉｂ＝（ＳＯＣ−目標ＳＯＣ）×Ｑｍａｘ／Ｔｂ …（４）
バッテリ電流Ｉｂは、バッテリ１０２の電流容量及びインバータ１０３の電流容量等を考慮して算出されるが、運転状態により変動する値であってもよい。
【００３９】
ＳＯＣが目標ＳＯＣ未満の場合には、バッテリ充放電電力目標値Ｐｂ及びバッテリ電流Ｉｂは負値になり、目標到達時間Ｔｂの間、バッテリ電流｜Ｉｂ｜でバッテリ１０２を充電する。また、ＳＯＣが目標ＳＯＣ以上の場合には、バッテリ充放電電力目標値Ｐｂは正値となり、目標到達時間Ｔｂの間、バッテリ電流Ｉｂでバッテリ１０２を放電、つまり蓄電電力を消費する。なお目標ＳＯＣは一定値でもよいし、車速の大小を考慮して、高速時には目標ＳＯＣを低く設定し、低速時には目標ＳＯＣを高く設定してもよい。
【００４０】
Ｓ２０４では発電電力指令値Ｐｇを算出する。この発電電力指令値Ｐｇは、燃料電池１０１が発電するべき電力である。発電電力指令値Ｐｇは車両駆動電力Ｐｄからバッテリ充放電電力目標値Ｐｂを差し引いた値である。
【００４１】
【数４】
Ｐｇ＝Ｐｄ−Ｐｂ …（５）
Ｓ２０５では、発電電力指令値Ｐｇに基づいて補機指令値を算出する。そして、この補機指令値に従って最適効率運転制御指令をインバータ１１６、１１７、１１８に出し、コンプレッサ１１４と純水供給ポンプ１１３と冷却水供給ポンプ１１５とを制御して、発電に必要な空気と加湿用純水と冷却水を燃料電池に供給する。さらに、補機指令値に従って水素ガス供給装置１１２を制御し、発電に必要な水素ガスを燃料電池に供給する。
【００４２】
次に、図３のフローチャートを参照して、回生制動時に制御装置１２１が行う制御の詳細について説明する。
【００４３】
まず、Ｓ３０１で車両制動トルク指令値Ｔｄを算出する。この車両制動トルク指令値Ｔｄは、車両制動中の運転状態で必要とされる車両駆動用モータ１０４の制動トルクである。車両制動トルク指令値Ｔｄは、アクセルセンサ１２２が出力するアクセル開度とシフトスイッチ１２５が出力するシフトポジションとブレーキセンサ１２４が出力するブレーキ操作量などの運転者の操作量、および車速センサ１２３が出力する車両速度などの検出結果に基づいてマップ等から算出される。
【００４４】
制動制御時には車両制動トルク指令値Ｔｄは負値なので、インバータ１０３は車両制動トルク指令値Ｔｄに基づいて車両駆動用モータ１０４の回生制動制御を行う。
【００４５】
Ｓ３０２では車両制動電力Ｐｄを算出する。この車両制動電力Ｐｄは、車両制動トルク指令値Ｔｄに従って行われる回生制動によって得られる電力である。車両制動電力Ｐｄは、式（２）に示したように、車両制動トルク指令値Ｔｄと、車両速度ｖと、ギヤ比およびモータ効率などで決まる比例定数ｋとの積で、制動制御時は車両制動トルク指令値Ｔｄと同様に負値である。
【００４６】
Ｓ３０３では、バッテリ充放電電力目標値Ｐｂを算出する。このバッテリ充放電電力目標値Ｐｂは、車両制動中の運転状態におけるバッテリ１０２のＳＯＣを目標ＳＯＣと一致させる際に行われる充電、または放電によるバッテリ電流Ｉｂにバッテリ電圧Ｖｂを乗じた値であり、式（３）、（４）となる。
【００４７】
バッテリ電流Ｉｂは、バッテリ１０２の電流容量及びインバータ１０３の電流容量などを考慮して算出される。バッテリ１０２のＳＯＣが目標ＳＯＣ未満の場合には、バッテリ充放電電力目標値Ｐｂ及びバッテリ電流Ｉｂは負値になり、バッテリ１０２を充電する。
【００４８】
また、ＳＯＣが目標ＳＯＣ以上の場合には、バッテリ充放電電力目標値Ｐｂ及びバッテリ電流Ｉｂは正値となり、バッテリ電流Ｉｂでバッテリ１０２を放電、つまり蓄電電力を消費する。なお目標ＳＯＣは、一定値としてもよいが、車速の大小を考慮して変動する値に設定することも可能であり、高速時には目標ＳＯＣを高くし、低速時には目標ＳＯＣを低くしても構わない。
【００４９】
Ｓ３０４では発電電力指令値Ｐｇを算出する。この発電電力指令値Ｐｇは燃料電池１０１が回生制動状態で発電すべき電力であり、車両制動電力Ｐｄからバッテリ充放電電力目標値Ｐｂを差し引いた値である。
【００５０】
次いで、Ｓ３０５でアイドル状態の発電電力最低指令値Ｐｇ０を算出する。この発電電力最低指令値Ｐｇ０は、燃料電池１０１の発電部でイオン交換膜の乾燥などを起こさない最低限の発電電力である。ただし、発電電力最低指令値Ｐｇ０は燃料電池１０１の正味発電電力ではなく実発電電力値である。
【００５１】
次いで、Ｓ３０６で発電電力指令値Ｐｇが発電電力最低指令値Ｐｇ０以上か否かを判定する。Ｓ３０６の判定において、発電電力指令値Ｐｇが発電電力最低指令値Ｐｇ０未満であれば、Ｓ３０７で発電電力指令値Ｐｇを発電電力最低指令値Ｐｇ０に設定し、Ｓ３０８で余剰電力（Ｐｇ０−Ｐｇ）に相当する電力だけ余分に消費するように補機指令値を演算し、補機指令値に従って効率低下運転制御指令をインバータ１１６、１１７、１１８に出し、コンプレッサ１１４と純水供給ポンプ１１３と冷却水供給ポンプ１１５で消費される電力を増大させながら、発電に必要な空気と加湿用純水と冷却水を燃料電池に供給する。さらに、補機指令値に従って水素ガス供給装置１１２を制御し、発電に必要な水素ガスを燃料電池に供給する。こうして、回生制動中でも燃料電池１０１の運転は継続される。
【００５２】
Ｓ３０６の判定において、Ｐｇが発電電力最低指令値Ｐｇ０以上であれば、Ｓ３０９で補機効率を最適効率とした補機指令値を演算し、この補機指令値に従って最適効率運転制御指令をインバータ１１６、１１７、１１８に出し、コンプレッサ１１４と純水供給ポンプ１１３と冷却水供給ポンプ１１５とを制御して、発電に必要な空気と加湿用純水と冷却水を燃料電池に供給する。さらに、補機指令値に従って水素ガス供給装置１１２を制御し、発電に必要な水素ガスを燃料電池に供給する。
【００５３】
以上の回生制動ルーチンを実行することにより、回生制動中でも余剰電力が処理されて、回生制動が維持されるので、安定した制動力が確保できる。さらに、空気供給量、加湿用純水流量、燃料電池冷却水流量など、燃料電池の発電条件の変更も必要ないため、燃料電池の発電を停止するなどの影響を与えることがない。
【００５４】
次に、図４のフローチャートを参照して、アイドル運転時に制御装置１２１が行う制御の詳細について説明する。信号待ち、渋滞などで車両停車中に、バッテリ１０２のＳＯＣが上限値に達した場合に、燃料電池１０１の発電を停止すると、イオン交換膜の乾燥、および水素極への空気透過が起こり、再起動に時間がかかるなどの問題が生じる。そこで本発明においては、補機の運転効率を低下させて、アイドル運転時の余剰電力を消費させることにより、アイドル運転を継続できるように制御している。
【００５５】
図４において、まず、Ｓ４０１で発電電力最低指令値Ｐｇ０を算出する。この発電電力最低指令値Ｐｇ０は、燃料電池１０１の発電部でイオン交換膜の乾燥などを起こさない最低限の発電電力である。ただし、発電電力最低指令値Ｐｇ０は燃料電池１０１の正味発電電力ではなく実発電電力値である。
【００５６】
Ｓ４０２では、バッテリセンサ１０７によってバッテリ１０２のＳＯＣを判定し、ＳＯＣ上限値より小さいかどうかを判定する。そして、ＳＯＣが上限値未満の場合はＳ４０３を実行し、ＳＯＣが上限値以上の場合はＳ４０４を実行する。
【００５７】
Ｓ４０３では、発電電力最低指令値Ｐｇ０から算出される補機指令値に従って最適効率運転制御指令をインバータ１１６、１１７、１１８に出し、コンプレッサ１１４と純水供給ポンプ１１３と冷却水供給ポンプ１１５とを最適運転効率で制御して、発電に必要な空気と加湿用純水と冷却水を燃料電池に供給する。さらに、補機指令値に従って水素ガス供給装置１１２を制御し、発電に必要な水素ガスを燃料電池に供給する。加えて、燃料電池１０１で発電された発電電力をバッテリ１０２に充電する。
【００５８】
Ｓ４０４では、発電電力最低指令値Ｐｇ０から算出される補機指令値に従って効率低下運転制御指令をインバータ１１６、１１７、１１８に出し、コンプレッサ１１４と純水供給ポンプ１１３と冷却水供給ポンプ１１５で消費される電力を増大させながら、発電に必要な空気と加湿用純水と冷却水を燃料電池に供給する。さらに、補機指令値に従って水素ガス供給装置１１２を制御し、発電に必要な水素ガスを燃料電池に供給する。このＳ４０４を実行することで、アイドル運転中でも燃料電池１０１の正味発電量はゼロまたは負値に制御される。
【００５９】
Ｓ４０１からＳ４０４の制御を実行することにより、アイドル運転中でも余剰電力が処理されて、バッテリ１０２が過充電にならないので、アイドル運転の維持が可能になり、定格運転の再開を速やかに行える。
【００６０】
次に、図５のフローチャートを参照して、暖機運転時に制御装置１２１が行う制御の詳細について説明する。本実施形態における暖機運転は、燃料電池１０１の暖機に最適な出力電流に相当する暖機発電電力で暖機を行い、暖機運転中にバッテリ１０２のＳＯＣが上限値に達すると充電を停止させるとともに、補機の運転効率を低下させて、余剰電流を補機に消費させることにより、最適出力電流による暖機を継続させて、迅速な燃料電池の暖機を行うものである。
【００６１】
図５において、まずＳ５０１で暖機発電電力指令値Ｐｇ１を算出する。この暖機発電電力指令値Ｐｇ１は燃料電池１０１の温度が速やかに上昇する発電電力である。ただし、暖機発電電力指令値Ｐｇ１は燃料電池１０１の正味発電電力ではなく、実発電電力である。
【００６２】
Ｓ５０２では、バッテリセンサ１０７によってバッテリ１０２のＳＯＣを判定する。そして、ＳＯＣが上限値未満の場合はＳ５０３を実行し、ＳＯＣが上限値以上の場合はＳ５０４を実行する。
【００６３】
Ｓ５０３では、暖機発電電力指令値Ｐｇ１から算出される補機指令値に従って暖機運転用の最適効率運転制御指令をインバータ１１６、１１７、１１８に出し、コンプレッサ１１４と純水供給ポンプ１１３と冷却水供給ポンプ１１５とを制御して、発電に必要な空気と加湿用純水と冷却水を燃料電池に供給する。さらに、補機指令値に従って水素ガス供給装置１１２を制御し、発電に必要な水素ガスを燃料電池に供給する。加えて、燃料電池１０１で発電された発電電力をバッテリ１０２に充電する。
【００６４】
Ｓ５０４では、暖機発電電力指令値Ｐｇ１から算出される補機指令値に従って暖機運転用の効率低下運転制御指令をインバータ１１６、１１７、１１８に出し、コンプレッサ１１４と純水供給ポンプ１１３と冷却水供給ポンプ１１５で消費される電力を増大させながら、発電に必要な空気と加湿用純水と冷却水を燃料電池に供給する。さらに、補機指令値に従って水素ガス供給装置１１２を制御し、発電に必要な水素ガスを燃料電池に供給する。Ｓ５０４を実行することで、暖機中でも燃料電池１０１の正味発電量はゼロまたは負値に制御される。
【００６５】
Ｓ５０１からＳ５０４の制御を実行することにより、暖機運転中でも余剰電力が処理されて、バッテリ１０２が過充電にならないため、燃料電池温度を速やかに上昇させることが可能になり、燃料電池１０１は短時間の暖機運転で定格出力可能な状態に移行できる。
【００６６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するものではない。したがって、上記の実施形態に示された各要素は、本発明の技術範囲に属する全ての設計上の選択事項をも含む趣旨である。たとえば、本実施形態では蓄電手段にバッテリを用いたが、キャパシタとＤＣ−ＤＣコンバータとを組み合わせて用いることもできる。また、本実施形態では燃料ガスに水素ガスを使用したが、メタノール、天然ガス等を改質した改質ガスを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池車両の制御装置の実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【図２】実施形態における制御装置の力行制御動作を示すフローチャートである。
【図３】実施形態における制御装置の回生制御動作を示すフローチャートである。
【図４】実施形態における制御装置のアイドル運転制御動作を示すフローチャートである。
【図５】実施形態における制御装置の暖機制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１燃料電池
１０２バッテリ
１０３インバータ
１０４車両駆動用交流モータ
１０７バッテリセンサ
１１１加湿器
１１２水素ガス供給装置
１１３純水供給ポンプ
１１４コンプレッサ
１１５冷却水供給ポンプ
１１６インバータ
１１７インバータ
１１８インバータ
１２１制御装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a fuel cell vehicle powered by a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
In general, in an electric vehicle, the vehicle driving motor performs regenerative braking at the time of deceleration or downhill, and the regenerative electric power obtained from the regenerative braking is stored in a storage battery, and is used at the time of the next start acceleration, so that the travelable distance and fuel efficiency can be obtained. , Improving drivability.
[0003]
However, in a fuel cell vehicle, the fuel cell is a power generator, and cannot store regenerative electric power like a storage battery. For this reason, a relatively small-capacity storage device such as a storage battery or a capacitor is provided for regenerative power storage and fuel cell startup, and the state of charge (hereinafter referred to as SOC) of the storage device is controlled in accordance with the operation state. I have.
[0004]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-92610 discloses that when the vehicle speed is high, the target SOC of the power storage means is set low, and when the vehicle speed is low, the target SOC is set high. Has proposed a method of securing a storage capacity for charging the battery.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, since the control method of changing the SOC of the power storage means according to the vehicle speed to secure a capacity for charging the regenerative electric power is used, the SOC of the power storage means reaches the upper limit due to insufficient SOC control. There was a problem.
[0006]
In particular, on a downhill, the driving motor does not consume the power of the power storage means and the vehicle speed increases, so that the SOC of the power storage means cannot be reduced, and the SOC reaches the upper limit value during regenerative braking. Has a problem in that the braking force is reduced due to the regenerative braking interruption.
[0007]
In addition, when the SOC of the power storage unit reaches the upper limit during regenerative braking or idle operation, it takes time to restart the fuel cell if power generation of the fuel cell is stopped to prevent generation of surplus power. In addition, there arises a problem that acceleration at the time of starting or re-acceleration becomes poor.
[0008]
In addition, the fuel cell requires a warm-up operation since it is normally lower than the rated operating temperature immediately after startup and can take out the rated output immediately. Therefore, if the warm-up operation is performed with the optimum output current for the warm-up operation, the warm-up of the fuel cell can be completed promptly. However, when the SOC of the power storage means reaches the upper limit during the warm-up operation, the normal operation is performed. The warm-up operation has to be performed with the output current limited to the power consumption of the auxiliary equipment, and there is a problem that the warm-up time is prolonged.
[0009]
Further, in a fuel cell vehicle, it is conceivable to provide a resistor or the like for consuming the above-mentioned surplus power. However, thermal effects on a blower and surrounding devices for limiting a temperature rise due to power consumption of the resistor are considered. Since additional devices such as a heat insulating member for avoiding the problem are required, there is a problem in mounting on a vehicle.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problem, and has no upper limit of the SOC of the power storage unit during regenerative braking without including a device such as a large-capacity power storage unit or a resistor for consuming excess power. It is an object of the present invention to provide a control device for a fuel cell vehicle, which can secure a regenerative braking force even when the control device reaches the control position.
[0011]
Further, the present invention continues the idle operation of the fuel cell even when the SOC of the power storage unit reaches the upper limit during the idle operation without providing a device such as a large-capacity power storage unit or a resistor for consuming excess power. It is an object of the present invention to provide a control device for a fuel cell vehicle that can perform the control.
[0012]
Further, the present invention provides a control device for a fuel cell vehicle, which can shorten the warm-up time of the fuel cell without including a device such as a large-capacity power storage means or a resistor for consuming excess power. With the goal.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a fuel cell, a power storage means, a vehicle driving motor for driving a fuel cell vehicle with electric power supplied from at least one of the fuel cell and the power storage means, and driving the fuel cell A control device for a fuel cell vehicle, which controls a fuel cell vehicle including an auxiliary device necessary for the charging, detects a charging state of the power storage unit and a detection result of the charging state detection unit. When the surplus power is generated in the upper limit state, the operation efficiency control means for reducing the operation efficiency of the auxiliary machine and consuming the surplus power is provided.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the control device for a fuel cell vehicle according to the first aspect, the surplus electric power is a regenerative electric power of the motor for driving the vehicle.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the control device for a fuel cell vehicle according to the first aspect, the surplus power is idle power generated by the fuel cell.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the control device for a fuel cell vehicle according to the first aspect, the surplus power is generated by warming up the fuel cell.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the control device for a fuel cell vehicle according to the first aspect, the auxiliary devices are each driven by an AC motor to supply air to the fuel cell, and a humidifier for the fuel cell. The gist is any one of a pump for supplying pure water, a pump for supplying cooling water to the fuel cell, or an arbitrary combination thereof.
[0018]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a fuel cell, a power storage means, a vehicle driving motor for driving a fuel cell vehicle with electric power supplied from at least one of the fuel cell and the power storage means, and operating the fuel cell And a control device for controlling the fuel cell vehicle, the control device including: a charge state detection means for detecting a charge state of the power storage means; and a detection result of the charge state detection means. Operating efficiency control means for reducing the operating efficiency of the auxiliary equipment and consuming surplus power when surplus power is generated in the upper charging state, thereby providing a large-capacity power storage means and excess power consumption. This eliminates the necessity of a device for use and makes it possible to consume the surplus power in the auxiliary equipment when the power storage means reaches the upper charging limit state, thereby enabling the fuel cell to continue operating.
[0019]
According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, the surplus power is the regenerative power of the vehicle drive motor. When the state is reached, there is an effect that the surplus power is consumed by the auxiliary machine and the regenerative braking can be continued.
[0020]
According to the third aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, the surplus power is the idle power generated by the fuel cell. When the power storage means reaches the upper limit state of charge during the idle operation of the fuel cell, the surplus power generated by the idle operation is consumed by the auxiliary equipment of the fuel cell and the idle operation is continued, so that the fuel cell operation at the time of starting acceleration is performed. This has the effect that resumption can be performed promptly.
[0021]
According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in claim 1, the surplus power is the warm-up generated power of the fuel cell, so that the power storage means is charged during the warm-up operation. When the upper limit is reached, excess power is consumed by the auxiliary equipment, and the warm-up operation of the fuel cell can be continued with the optimum output current for the warm-up operation. The effect is that the operation can be shifted to the normal operation.
[0022]
According to the fifth aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect, the auxiliary machines are each driven by an AC motor to supply air to the fuel cell, and a humidifier for the fuel cell. Since any one of a pump for supplying pure water and a pump for supplying cooling water to the fuel cell, or an arbitrary combination of these pumps, only reduces the operation efficiency of the auxiliary equipment normally provided in the fuel cell, resulting in a surplus. There is an effect that power can be consumed.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of an embodiment of a control device for a fuel cell vehicle according to the present invention.
[0024]
In FIG. 1, a fuel cell vehicle to which the control device of the present invention is applied includes a fuel cell 101 serving as a power supply, a battery 102 serving as power storage means, and DC power supplied from at least one of the fuel cell 101 and the battery 102. An inverter 103 for converting AC power, a vehicle drive motor 104 for converting AC power from the inverter 103 into a vehicle driving force, and an actuator 105 for transmitting driving force generated by the vehicle driving motor 104 to driving wheels 106; , A driving wheel 106, a battery sensor 107, which is a state-of-charge detecting means for detecting the state of charge (SOC) of the battery 102, a hydrogen gas supply device 112 for supplying hydrogen gas to the fuel cell 101, and a fuel cell 101. Humidifier 111 for humidifying hydrogen gas and air, and a pure water supply pump 1 for supplying pure water for humidification to humidifier 111 3, an inverter 116 for controlling the pure water supply pump 113, a compressor 114 for supplying air to the fuel cell 101, an inverter 117 for controlling the compressor 114, and a cooling water supply pump 115 for supplying cooling water to the fuel cell 101. The inverter 118 that controls the cooling water supply pump 115, the accelerator sensor 122, the vehicle speed sensor 123, the brake sensor 124, the shift switch 125, and the detection result of the battery sensor 107, which is the state-of-charge detection means, indicates the upper limit state of charge And a control device 121 as operation efficiency control means for reducing the operation efficiency of the auxiliary equipment of the fuel cell 101 and consuming the surplus electric power when the surplus electric power is generated.
[0025]
In the present embodiment, the auxiliary devices of the fuel cell 101 whose operation efficiency can be controlled by the control device 121 are a pure water supply pump 113, a compressor 114, and a cooling water supply pump 115. Each of them incorporates a driving AC motor (not shown), and the operation efficiency can be controlled by auxiliary device command values output from the control device 121 to the inverters 116, 117, and 118.
[0026]
During power running of the vehicle, DC power supplied from the fuel cell 101 and the battery 102 is converted into AC power by the inverter 103, drives the vehicle driving motor 104, and the generated driving force is transmitted to the driving wheels via the operating device 105. It is transmitted to 106.
[0027]
Also, during deceleration or downhill, regenerative energy is converted to AC power by the vehicle drive motor 104 via the drive wheels 106, further converted to DC power by the inverter 103, and charged to the battery 102.
[0028]
The hydrogen electrode of the fuel cell 101 is supplied with hydrogen gas as a fuel from a hydrogen gas supply device 112, and the air electrode is supplied with air containing oxygen as an oxidant by a compressor 114 controlled by an inverter 117. The hydrogen gas and the air are humidified by the humidifier 111 and then supplied to each electrode. The humidifier 111 is supplied with pure water for humidification by a pure water supply pump 113 controlled by an inverter 116. Cooling water is supplied to the fuel cell 101 by a cooling water supply pump 115 controlled by an inverter 118.
[0029]
The control device 121 controls the pure water supply pump 113 based on the operation state detection results obtained by the accelerator sensor 122, the vehicle speed sensor 123, the brake sensor 124, the shift switch 125, and the like, and the SOC of the battery 102 detected by the battery sensor 107. The operation efficiency of the compressor 114 and the cooling water supply pump 115 and the supply amounts of air, hydrogen gas, pure water for humidification, cooling water, and the like to the fuel cell are calculated.
[0030]
Then, based on these calculation results, the pure water supply pump 113, the compressor 114, and the cooling water supply pump 115 are controlled via the inverter 116, the inverter 117, and the inverter 118, respectively, and the pure water for humidification required for power generation is controlled. And supply air and cooling water. Further, the hydrogen gas supply device 112 is controlled according to the calculated hydrogen gas supply amount to supply hydrogen gas necessary for power generation.
[0031]
Further, the control device 121 performs powering control, regenerative control, idle power generation control, warm-up power generation control, and the like, based on the operation state detection results of the accelerator sensor 122, the vehicle speed sensor 123, the brake sensor 124, the shift switch 125, and the like.
[0032]
Next, details of the control performed by the control device 121 at the time of power running control will be described with reference to the flowchart of FIG. In the following description, the SOC of the battery 102 is represented by the formula (1) as the ratio of the current charge amount Q to the maximum charge capacity Qmax.
[0033]
(Equation 1)
SOC = Q / Qmax (1)
In FIG. 2, first, a vehicle drive torque command value Td is calculated in step (hereinafter, step is abbreviated as S) 201. The vehicle drive torque command value Td is a required drive torque of the vehicle drive motor 104 calculated by determining the driver's request and the vehicle state.
[0034]
If the vehicle drive torque command value Td is a positive value, power running control is performed, and if the vehicle drive torque command value Td is a negative value, braking control is performed. At the time of braking control, the vehicle driving torque command value Td is referred to as a vehicle braking torque command value Td.
[0035]
The vehicle drive torque command value Td is obtained from a map or the like based on the driver's operation amount such as the accelerator opening output from the accelerator sensor 122 and the shift position output from the shift switch 125, and the vehicle speed output from the vehicle speed sensor 123. Is calculated. Then, the inverter 103 controls the drive torque of the vehicle drive motor 104 according to the calculated vehicle drive torque command value Td.
[0036]
In S202, the vehicle drive power Pd is calculated. The vehicle drive power Pd is power required for the vehicle drive motor 104 to output the vehicle drive torque command value Td. The vehicle drive power Pd is a product of a vehicle drive torque command value Td, a vehicle speed v, and a proportional constant k determined by a gear ratio, a motor efficiency, and the like, as shown in Expression (2). At the time of braking control, the vehicle driving power Pd is referred to as vehicle braking power Pd.
[0037]
(Equation 2)
Pd = k × Td × v (2)
In S203, a battery charge / discharge power target value Pb is calculated. The battery charge / discharge power target value Pb is a target power by charging or discharging performed when the SOC of the battery 102 is made to coincide with the target SOC, and has a positive value when the battery is discharged and a negative value when the battery is charged. The battery charge / discharge power target value Pb is a product of the charge / discharge battery current Ib and the battery voltage Vb. As shown in equation (4), the battery current Ib is calculated by multiplying the product of the value obtained by subtracting the target SOC from the SOC and the maximum charge capacity Qmax of the battery 102 as the time required to reach the target SOC from the SOC. This is a value obtained by dividing by the time Tb, where the discharging direction is positive and the charging direction is negative.
[0038]
(Equation 3)
Pb = Ib × Vb (3)
Ib = (SOC−target SOC) × Qmax / Tb (4)
The battery current Ib is calculated in consideration of the current capacity of the battery 102, the current capacity of the inverter 103, and the like, but may be a value that varies depending on the operation state.
[0039]
When the SOC is lower than the target SOC, the battery charge / discharge power target value Pb and the battery current Ib become negative values, and the battery 102 is charged with the battery current | Ib | during the target arrival time Tb. When the SOC is equal to or higher than the target SOC, the battery charge / discharge power target value Pb becomes a positive value, and the battery 102 is discharged by the battery current Ib during the target arrival time Tb, that is, the stored power is consumed. Note that the target SOC may be a constant value, or the target SOC may be set low at high speeds and high at low speeds in consideration of the magnitude of the vehicle speed.
[0040]
In S204, a generated power command value Pg is calculated. The generated power command value Pg is power to be generated by the fuel cell 101. The generated power command value Pg is a value obtained by subtracting the battery charge / discharge power target value Pb from the vehicle drive power Pd.
[0041]
(Equation 4)
Pg = Pd-Pb (5)
In S205, an auxiliary machine command value is calculated based on the generated power command value Pg. Then, an optimum efficiency operation control command is issued to the inverters 116, 117, and 118 in accordance with the auxiliary device command value, and the compressor 114, the pure water supply pump 113, and the cooling water supply pump 115 are controlled so that air and humidification necessary for power generation are obtained. Supply pure water and cooling water to the fuel cell. Further, the hydrogen gas supply device 112 is controlled in accordance with the accessory command value, and hydrogen gas necessary for power generation is supplied to the fuel cell.
[0042]
Next, details of the control performed by the control device 121 during regenerative braking will be described with reference to the flowchart in FIG.
[0043]
First, a vehicle braking torque command value Td is calculated in S301. The vehicle braking torque command value Td is a braking torque of the vehicle drive motor 104 required in the driving state during the vehicle braking. The vehicle braking torque command value Td is output by the driver such as the accelerator opening output by the accelerator sensor 122, the shift position output by the shift switch 125, the brake operation amount output by the brake sensor 124, and the vehicle speed sensor 123. Is calculated from a map or the like based on the detection result of the vehicle speed or the like.
[0044]
Since the vehicle braking torque command value Td is a negative value during the braking control, the inverter 103 performs regenerative braking control of the vehicle driving motor 104 based on the vehicle braking torque command value Td.
[0045]
In S302, the vehicle braking power Pd is calculated. The vehicle braking power Pd is power obtained by regenerative braking performed according to the vehicle braking torque command value Td. The vehicle braking power Pd is a product of a vehicle braking torque command value Td, a vehicle speed v, and a proportional constant k determined by a gear ratio, a motor efficiency, and the like as shown in Expression (2). It is a negative value like the braking torque command value Td.
[0046]
In S303, the battery charge / discharge power target value Pb is calculated. The battery charge / discharge power target value Pb is a value obtained by multiplying a battery current Ib by charging or discharging performed when the SOC of the battery 102 in the operating state during vehicle braking matches the target SOC by a battery voltage Vb, Expressions (3) and (4) are obtained.
[0047]
The battery current Ib is calculated in consideration of the current capacity of the battery 102, the current capacity of the inverter 103, and the like. When the SOC of the battery 102 is lower than the target SOC, the battery charge / discharge power target value Pb and the battery current Ib become negative values, and the battery 102 is charged.
[0048]
When the SOC is equal to or higher than the target SOC, the battery charge / discharge power target value Pb and the battery current Ib become positive values, and the battery 102 is discharged with the battery current Ib, that is, the stored power is consumed. Note that the target SOC may be a constant value, but may be set to a value that fluctuates in consideration of the magnitude of the vehicle speed. The target SOC may be increased at a high speed and decreased at a low speed. .
[0049]
In S304, a generated power command value Pg is calculated. The generated power command value Pg is power to be generated when the fuel cell 101 is in the regenerative braking state, and is a value obtained by subtracting the battery charge / discharge power target value Pb from the vehicle braking power Pd.
[0050]
Next, in S305, the generated power minimum command value Pg0 in the idle state is calculated. This generated power minimum command value Pg0 is the minimum generated power that does not cause drying of the ion exchange membrane in the power generation unit of the fuel cell 101. However, the generated power minimum command value Pg0 is not the net generated power of the fuel cell 101 but the actual generated power value.
[0051]
Next, in S306, it is determined whether the generated power command value Pg is equal to or more than the generated power minimum command value Pg0. If the generated power command value Pg is smaller than the generated power minimum command value Pg0 in the determination of S306, the generated power command value Pg is set to the generated power minimum command value Pg0 in S307, and the surplus power (Pg0-Pg) is set in S308. Auxiliary equipment command values are calculated so as to consume extra power by a corresponding amount, and efficiency reduction operation control commands are issued to inverters 116, 117, and 118 in accordance with the auxiliary equipment command values, and compressor 114, pure water supply pump 113, and cooling water supply While increasing the power consumed by the pump 115, the air, humidifying pure water, and cooling water required for power generation are supplied to the fuel cell. Further, the hydrogen gas supply device 112 is controlled in accordance with the accessory command value, and hydrogen gas necessary for power generation is supplied to the fuel cell. Thus, the operation of the fuel cell 101 is continued even during the regenerative braking.
[0052]
If it is determined in S306 that Pg is equal to or greater than the generated power minimum command value Pg0, an auxiliary device command value with the auxiliary device efficiency set to the optimum efficiency is calculated in S309, and the optimum efficiency operation control command is converted to the inverter 116 according to the auxiliary device command value. , 117 and 118, and controls the compressor 114, the pure water supply pump 113 and the cooling water supply pump 115 to supply air, humidifying pure water and cooling water necessary for power generation to the fuel cell. Further, the hydrogen gas supply device 112 is controlled in accordance with the accessory command value, and hydrogen gas necessary for power generation is supplied to the fuel cell.
[0053]
By executing the above-described regenerative braking routine, surplus power is processed even during regenerative braking, and regenerative braking is maintained, so that stable braking force can be secured. Further, since there is no need to change the power generation conditions of the fuel cell, such as the air supply amount, the humidifying pure water flow rate, and the fuel cell cooling water flow rate, there is no influence such as stopping the power generation of the fuel cell.
[0054]
Next, details of the control performed by the control device 121 during the idling operation will be described with reference to the flowchart of FIG. When the power of the fuel cell 101 is stopped when the SOC of the battery 102 reaches the upper limit while the vehicle is stopped due to a traffic light, traffic congestion, etc., drying of the ion exchange membrane and air permeation to the hydrogen electrode occur, and Problems such as a long startup time occur. Therefore, in the present invention, the control is performed so that the idle operation can be continued by reducing the operation efficiency of the auxiliary equipment and consuming the surplus power during the idle operation.
[0055]
In FIG. 4, first, in S401, the generated power minimum command value Pg0 is calculated. This generated power minimum command value Pg0 is the minimum generated power that does not cause drying of the ion exchange membrane in the power generation unit of the fuel cell 101. However, the generated power minimum command value Pg0 is not the net generated power of the fuel cell 101 but the actual generated power value.
[0056]
In S402, the SOC of the battery 102 is determined by the battery sensor 107, and it is determined whether the SOC is smaller than the SOC upper limit value. If the SOC is less than the upper limit, S403 is executed, and if the SOC is equal to or more than the upper limit, S404 is executed.
[0057]
In S403, an optimal efficiency operation control command is issued to the inverters 116, 117, and 118 in accordance with the accessory command value calculated from the generated power minimum command value Pg0, and the compressor 114, the pure water supply pump 113, and the cooling water supply pump 115 are optimized. By controlling the operation efficiency, the air required for power generation, pure water for humidification, and cooling water are supplied to the fuel cell. Further, the hydrogen gas supply device 112 is controlled in accordance with the accessory command value, and hydrogen gas necessary for power generation is supplied to the fuel cell. In addition, the electric power generated by the fuel cell 101 is charged in the battery 102.
[0058]
In S404, an efficiency reduction operation control command is issued to the inverters 116, 117, and 118 in accordance with the accessory command value calculated from the generated power minimum command value Pg0, and is consumed by the compressor 114, the pure water supply pump 113, and the cooling water supply pump 115. Supplying air, humidifying pure water, and cooling water necessary for power generation to the fuel cell while increasing the electric power. Further, the hydrogen gas supply device 112 is controlled in accordance with the accessory command value, and hydrogen gas necessary for power generation is supplied to the fuel cell. By executing S404, the net power generation amount of the fuel cell 101 is controlled to zero or a negative value even during idle operation.
[0059]
By executing the control from S401 to S404, the surplus power is processed even during the idling operation, and the battery 102 is not overcharged. Therefore, the idling operation can be maintained, and the rated operation can be quickly resumed.
[0060]
Next, details of the control performed by the control device 121 during the warm-up operation will be described with reference to the flowchart in FIG. In the warm-up operation according to the present embodiment, the warm-up is performed with the warm-up generated power corresponding to the output current that is optimal for warming up the fuel cell 101. When the SOC of the battery 102 reaches the upper limit during the warm-up operation, charging is performed. In addition to stopping the operation, the auxiliary device consumes excess current by reducing the operation efficiency of the auxiliary device, thereby continuing the warming-up with the optimum output current and quickly warming up the fuel cell.
[0061]
In FIG. 5, first, a warm-up generated power command value Pg1 is calculated in S501. This warm-up generated power command value Pg1 is generated power in which the temperature of the fuel cell 101 increases quickly. However, the warm-up generated power command value Pg1 is not the net generated power of the fuel cell 101 but the actual generated power.
[0062]
In S502, the SOC of the battery 102 is determined by the battery sensor 107. If the SOC is less than the upper limit, S503 is executed, and if the SOC is equal to or more than the upper limit, S504 is executed.
[0063]
In step S503, an optimum efficiency operation control command for warm-up operation is issued to the inverters 116, 117, and 118 in accordance with the auxiliary device command value calculated from the warm-up generated power command value Pg1, and the compressor 114, the pure water supply pump 113, and the cooling water By controlling the supply pump 115, the air required for power generation, pure water for humidification, and cooling water are supplied to the fuel cell. Further, the hydrogen gas supply device 112 is controlled in accordance with the accessory command value, and hydrogen gas necessary for power generation is supplied to the fuel cell. In addition, the electric power generated by the fuel cell 101 is charged in the battery 102.
[0064]
In S504, an efficiency reduction operation control command for warm-up operation is issued to the inverters 116, 117, and 118 according to the auxiliary device command value calculated from the warm-up generated power command value Pg1, and the compressor 114, the pure water supply pump 113, and the cooling water The air required for power generation, pure water for humidification, and cooling water are supplied to the fuel cell while increasing the power consumed by the supply pump 115. Further, the hydrogen gas supply device 112 is controlled in accordance with the accessory command value, and hydrogen gas necessary for power generation is supplied to the fuel cell. By executing S504, the net power generation amount of the fuel cell 101 is controlled to zero or a negative value even during warm-up.
[0065]
By executing the control from S501 to S504, the surplus power is processed even during the warm-up operation, and the battery 102 is not overcharged. Therefore, the temperature of the fuel cell 101 can be quickly increased, and the fuel cell 101 can be shortened. It is possible to shift to a state where rated output is possible by warming-up operation for a long time.
[0066]
The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and do not limit the present invention. Therefore, each element described in the above embodiment is intended to include all design choices belonging to the technical scope of the present invention. For example, in this embodiment, a battery is used as the power storage means, but a capacitor and a DC-DC converter can be used in combination. In this embodiment, hydrogen gas is used as the fuel gas. However, a reformed gas obtained by reforming methanol, natural gas, or the like may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of an embodiment of a control device for a fuel cell vehicle according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a powering control operation of the control device according to the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a regenerative control operation of the control device in the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an idle operation control operation of the control device in the embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a warm-up control operation of the control device in the embodiment.
[Explanation of symbols]
101 fuel cell
102 Battery
103 Inverter
104 AC motor for driving vehicle
107 Battery sensor
111 humidifier
112 Hydrogen gas supply device
113 Pure water supply pump
114 compressor
115 Cooling water supply pump
116 Inverter
117 Inverter
118 Inverter
121 control device

Claims

燃料電池と、蓄電手段と、これら燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力で燃料電池車両を駆動する車両駆動用モータと、前記燃料電池を運転するために必要な補機と、を備えた燃料電池車両を制御する燃料電池車両の制御装置において、
前記蓄電手段の充電状態を検出する充電状態検出手段と、
前記充電状態検出手段の検出結果が充電上限状態にあるときに余剰電力が発生した場合、前記補機の運転効率を低下させて余剰電力を消費させる運転効率制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池車両の制御装置。A fuel cell, a power storage unit, a vehicle drive motor that drives a fuel cell vehicle with electric power supplied from at least one of the fuel cell and the power storage unit, and auxiliary equipment necessary for operating the fuel cell. A fuel cell vehicle control device for controlling a fuel cell vehicle provided with:
Charge state detection means for detecting a charge state of the power storage means,
When surplus power is generated when the detection result of the state-of-charge detection means is in a charging upper limit state, an operation efficiency control means for reducing the operation efficiency of the auxiliary machine and consuming surplus power,
A control device for a fuel cell vehicle, comprising:

前記余剰電力は、前記車両駆動用モータの回生電力であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の制御装置。The control device for a fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the surplus power is regenerative power of the vehicle drive motor.

前記余剰電力は、前記燃料電池のアイドル発電電力であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の制御装置。2. The control device according to claim 1, wherein the surplus power is idle power generated by the fuel cell.

前記余剰電力は、前記燃料電池の暖機発電電力であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の制御装置。The control device for a fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the surplus power is warm-up power generated by the fuel cell.

前記補機は、それぞれ交流モータで駆動され、前記燃料電池に空気を供給するコンプレッサ、前記燃料電池の加湿用純水を供給するポンプ、前記燃料電池に冷却水を供給するポンプのいずれか１つ、またはこれらの任意の組合せであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の制御装置。The auxiliary device is driven by an AC motor, and is one of a compressor that supplies air to the fuel cell, a pump that supplies pure water for humidifying the fuel cell, and a pump that supplies cooling water to the fuel cell. The control device for a fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the control device is a combination of any one of the following.