JP4710323B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
(数式1)
全体システム効率=(燃料電池システム効率×燃料電池システム出力+2次電池エネルギ効率×電力貯蔵手段出力電力)/燃料電池に対する要求電力
(数式2)
電力貯蔵手段出力電力=燃料電池に対する要求電力−燃料電池システム出力
(空気極側)2H++1/2O2+2e-→H2O
燃料電池10と2次電池12との間には、電圧変換を行うDC/DCコンバータ13が設けられている。また、燃料電池システムには、各セルの電圧を検出するセルモニタ14と、燃料電池10の発電電流を検出する電流センサ15が設けられている。なお、セルモニタ14は本発明の電圧検出手段に相当し、電流センサ15は本発明の電流検出手段に相当している。
(数式3)
燃料電池システム効率=燃料電池システム出力/水素燃焼エネルギ
また、水素燃焼エネルギは、次の数式4で求めることができる。
(数式4)
水素燃焼エネルギ=水素燃焼熱〔kJ/mol〕×発電電流〔A〕×セル枚数/(2×ファラデー定数〔C/mol〕)
以上の数式3、4から燃料電池システム効率を求めることができる。図5は、燃料電池システム効率と燃料電池10の発電電流との関係を示している。図5に示すように、燃料電池システム効率は電流によって変動する。
(数式5)
瞬時の2次電池効率=(充電時の燃料電池システム効率)×(2次電池12の充電効率)
さらに、2次電池エネルギ効率は、以下の数式6で求めることができる。
(数式6)
2次電池エネルギ効率=Σ瞬時の2次電池効率×(充電電流×Δt)/2次電池容量
次に、アクセル開度等に基づいて車両要求電力を演算し(S14)、全体システム効率を演算する(S15)。全体システム効率は、車両要求電力に対する燃料電池10からの出力と2次電池12からの出力との電力分配を演算する際に、燃料電池システム効率および2次電池エネルギ効率とを考慮した燃料電池システム全体の効率である。全体システム効率は以下の数式7で求めることができる。
(数式7)
全体システム効率=(燃料電池システム効率×燃料電池システム出力+2次電池エネルギ効率×2次電池アシスト電力)/車両要求電力
ここで、2次電池アシスト電力は以下の数式8で求めることができる。
(数式8)
2次電池アシスト電力=車両要求電力−燃料電池システム出力
次に、2次電池12の残存容量を検出する(S16)。そして、最適な2次電池アシスト電力を演算する(S17)。図8は、図6で示した燃料電池システム出力と図7で示した2次電池エネルギ効率との関係を示している。本実施形態における2次電池12の出力電力の最大値が25kW程度であるので、2次電池エネルギ効率は25kW程度まで実線で表示し、25kW程度より出力が大きい領域では2次電池エネルギ効率と燃料電池システム効率との比較のために破線を表示している。
Claims (1)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電し、電気負荷(11)に対して電力供給可能な燃料電池(10)と、
前記燃料電池(10)から電力供給を受けて充電可能であるとともに、前記電気負荷(11)に対して電力供給可能な電力貯蔵手段(12)と、
前記燃料電池(10)の出力電圧を検出する電圧検出手段(14)と、
前記燃料電池(10)の出力電流を検出する電流検出手段(15)と、
前記燃料電池(10)の出力電圧と出力電流とから前記燃料電池(10)の発電電力を演算し、前記燃料電池(10)の発電電力と前記燃料電池(10)の発電電流との関係を演算する発電電力演算手段(40、S10)と、
前記燃料電池(10)の作動に関与する電動式補機(21、33)を作動させるための補機動力と前記燃料電池(10)の発電電流との関係を演算する補機動力演算手段(40、S11)と、
前記燃料電池(10)の発電電力から前記補機動力を引いた値であるとともに前記電気負荷(11)に供給可能な電力である燃料電池システム出力と前記燃料電池(10)の出力電流との関係を演算するシステム出力演算手段(40、S11)と、
前記燃料電池システム出力および前記燃料電池(10)における燃料ガスの燃焼エネルギとに基づいて演算される燃料電池システム効率と、前記燃料電池システム出力との関係を演算するシステム効率演算手段(40、S12)と、
前記電力貯蔵手段(12)に充電が行われる際のエネルギ効率である電力貯蔵手段エネルギ効率と、前記電力貯蔵手段(12)の出力電力との関係を演算する電力貯蔵手段エネルギ効率演算手段(40、S13)と、
前記燃料電池システム効率と、前記燃料電池システム出力と、前記電力貯蔵手段出力電力と、前記燃料電池(10)に対する要求電力とに基づいて全体システム効率を演算する全体システム効率演算手段(40、S15)と、
前記全体システム効率が最大となるように、前記燃料電池(10)からの前記電気負荷(11)に対する供給電力と前記電力貯蔵手段(12)からの前記電気負荷(11)に対する供給電力との配分を決定する電力配分決定手段(40、S17)とを備え、
前記全体システム効率演算手段(40、S15)は、以下の数式1および数式2を用いて前記全体システム効率を演算し、
前記電力貯蔵手段(12)の残存容量が所定の下限値を下回り、かつ、前記燃料電池システム効率が充電許可効率を上回っている場合に、前記電力貯蔵手段(12)を充電するように前記燃料電池(10)の発電を制御する充電制御手段(40、S22)を備えることを特徴とする燃料電池システム。
(数式1)
全体システム効率=(燃料電池システム効率×燃料電池システム出力+2次電池エネルギ効率×電力貯蔵手段出力電力)/燃料電池に対する要求電力
(数式2)
電力貯蔵手段出力電力=燃料電池に対する要求電力−燃料電池システム出力
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