JP5076928B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、移動体である車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
図3は、本発明の第2の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。第2の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、電力供給ラインの切り替えを第1および第2の電源ライン20,21における電流に基づいて行う点にある。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明を行うこととし、重複する説明については省略する。
図11は、本発明の第3の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。第3の実施形態にかかる燃料電池システムが、第2の実施形態のそれと相違する点は、電力供給ラインの切り替えを行う際の電流の検出ポイントである。以下、第2の実施形態との相違点を中心に説明を行うこととし、重複する説明については省略する。
(数式1)
Iau/2>Iba’
ここで、Iauは、第5の電流センサ16において検出される第5の電流であり、Iba’は、第3の電流センサ14において検出される第3の電流である。
(数式2)
Iau/2>Ifc’
ここで、Ifc’は、第4の電流センサ15において検出される第4の電流である。
図18は、本発明の第4の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャートである。第4の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、電力供給ラインの切り替えを行う際の処理内容である。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明を行うこととし、重複する説明については省略する。
2 駆動モータ
3 インバータ
4 DC/DCコンバータ
5 バッテリ
6 電気補機
7 第1のスイッチ
8 第2のスイッチ
9 制御部
10 第1の電力センサ
11 第2の電力センサ
12 第1の電流センサ
13 第2の電流センサ
14 第3の電流センサ
15 第4の電流センサ
16 第5の電流センサ
20 第1の電源ライン
21 第2の電源ライン
22 第1の電力供給ライン
23 第2の電力供給ライン
Claims (14)
- 燃料極に燃料ガスが供給されるともに酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
電力を充電可能であるとともに、当該充電した電力を放電可能な蓄電手段と、
第1の電源ラインを介して前記蓄電手段と電気的に接続するとともに第2の電源ラインを介して前記燃料電池と電気的に接続しており、前記燃料電池または前記蓄電手段からの電流を電圧変換して出力する双方向性の変換手段と、
前記第2の電源ラインから分岐しており、負荷に電力を供給するための負荷系ラインと、
前記第1の電源ラインから分岐しており、システムに必要な電気補機に電力を供給するための第1の電力供給ラインと、
前記第1の電力供給ラインに設けられて、オンとオフとが切替可能な第1のスイッチ手段と、
前記第2の電源ラインにおいて前記負荷系ラインの分岐点と前記変換手段との間から分岐しており、前記電気補機に電力を供給するための第2の電力供給ラインと、
前記第2の電力供給ラインに設けられて、オンとオフとが切替可能な第2のスイッチ手段と、
前記双方向性の変換手段の両側の電力、もしくは電流の大小の比較に基づいて、前記第1のスイッチ手段および前記第2のスイッチ手段を制御することにより、前記変換手段を通過する電力が小さくなるように、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインの選択を行う制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記第1の電源ラインにおいて前記第1の電力供給ラインの分岐点と前記蓄電手段との間の電力を第1の電力として検出する第1の電力検出手段と、
前記第2の電源ラインにおいて前記第2の電力供給ラインの分岐点と前記負荷系ラインの分岐点との間の電力を第2の電力として検出する第2の電力検出手段とをさらに有し、
前記制御手段は、前記第1の電力および前記第2の電力に基づいて、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの選択を行うことを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。 - 前記第1の電源ラインにおいて前記第1の電力供給ラインの分岐点と前記蓄電手段との間の電流を第1の電流として検出する第1の電流検出手段と、
前記第2の電源ラインにおいて前記第2の電力供給ラインの分岐点と前記負荷系ラインの分岐点との間の電流を第2の電流として検出する第2の電流検出手段とをさらに有し、
前記制御手段は、前記第1の電流および前記第2の電流に基づいて、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの選択を行うことを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。 - 前記第1の電源ラインにおいて前記第1の電力供給ラインの分岐点と前記変換手段との間の電流を第3の電流として検出する第3の電流検出手段と、
前記第2の電源ラインにおいて前記第2の電力供給ラインの分岐点と前記変換手段との間の電流を第4の電流として検出する第4の電流検出手段と、
前記電気補機に入力する電流を第5の電流として検出する第5の電流検出手段とをさらに有し、
前記制御手段は、前記第3の電流、前記第4の電流および前記第5の電流に基づいて、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの選択を行うことを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。 - 前記第1のスイッチ手段は、前記蓄電手段側への電流の流れ抑制する逆流抑制機能を備えるとともに、
前記第2のスイッチ手段は、前記燃料電池側への電流の流れを抑制する逆流抑制機能を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行う場合、前記第1の電源ラインと前記第2の電源ラインとにおける電圧が対応するように前記変換手段を制御することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
- 前記制御手段は、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの切り替えが完了するまでの期間、前記第1の電源ラインと前記第2の電源ラインとにおける電圧が対応するように、前記変換手段を制御することを特徴とする請求項6に記載された燃料電池システム。
- 前記制御手段は、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行う場合、一方のスイッチ手段をオンすることにより、第1のスイッチ手段と第2のスイッチ手段との双方をタイミング的にオーバーラップさせてオンした後に、他方のスイッチ手段をオフすることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
- 前記制御手段は、第1または第2のスイッチ手段がオンするのに必要な時間だけオーバーラップさせて、第1のスイッチ手段と第2のスイッチ手段との双方をオンすることを特徴とする請求項8に記載された燃料電池システム。
- 前記第1の電力検出手段および前記第2の電力検出手段は、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行っている場合、電力の検出を行わないことを特徴とする請求項2に記載された燃料電池システム。
- 前記第1の電流検出手段および前記第2の電流検出手段は、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行っている場合、電流の検出を行わないことを特徴とする請求項3に記載された燃料電池システム。
- 前記第3の電流検出手段、前記第4の電流検出手段および第5の電流検出手段は、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行っている場合、電流の検出を行わないことを特徴とする請求項4に記載された燃料電池システム。
- 前記第1のスイッチ手段および前記第2のスイッチ手段は、ダイオードで構成されることを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
- 燃料極に燃料ガスが供給されるともに酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法において、
第1の電源ラインを介して蓄電手段と電気的に接続するとともに第2の電源ラインを介して前記燃料電池と電気的に接続しており前記燃料電池または前記蓄電手段からの電流を電圧変換して出力する双方向性の変換手段の両側の電力、もしくは電流の大小の比較に基づいて、前記変換手段を通過する電力が小さくなるように、前記第1の電力供給ラインと前記第2の電力供給ラインのラインの選択を行う第1のステップと、
前記第1のステップの選択結果に基づいて、前記第1の電源ラインから分岐してシステムに必要な電気補機に電力を供給するための第1の電力供給ラインであって、当該第1の電力供給ラインに設けられる第1のスイッチ手段のオンとオフとを切り替える第2のステップと、
前記第1のステップの選択結果に基づいて、第2の電源ラインにおいて、負荷に電力を供給するための負荷系ラインの分岐点と変換手段との間から分岐して前記電気補機に電力を供給するための第2の電力供給ラインであって、当該第2の電力供給ラインに設けられる第2のスイッチ手段のオンとオフとを切り替える第3のステップと
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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