JP5125301B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
アノードに水素を含む燃料ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含む酸化ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス流路と、
前記反応ガス流路に配置されたコンプレッサと、
前記コンプレッサの駆動軸に連結され、原動機および発電機として機能する回転電機と、
前記反応ガスの供給量を減量する場合に、前記コンプレッサの回転力により前記回転電機を駆動して、電気エネルギを回生する回生手段と、
前記燃料電池の補器類の許容電力を設定する許容電力設定手段と、
前記補器類に入力される電力が前記許容電力以下となるように、前記回生手段による回生電力を制御する制御手段と、
前記補器類の異常を検出する異常検出手段と、を備え、
前記許容電力設定手段は、前記異常検出手段により異常が検出された補器の許容電力を、通常時に比して低く設定することを特徴とする。
また、第2の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
アノードに水素を含む燃料ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含む酸化ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス流路と、
前記反応ガス流路に配置されたコンプレッサと、
前記コンプレッサの駆動軸に連結され、原動機および発電機として機能する回転電機と、
前記反応ガスの供給量を減量する場合に、前記コンプレッサの回転力により前記回転電機を駆動して、電気エネルギを回生する回生手段と、
前記燃料電池の補器類の許容電力を設定する許容電力設定手段と、
前記補器類に入力される電力が前記許容電力以下となるように、前記回生手段による回生電力を制御する制御手段と、
前記補器類の異常を検出する異常検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記異常が検出された場合に、前記回生手段による回生動作を禁止することを特徴とする。
前記補器類は、前記燃料電池と電力を蓄えるための蓄電装置との間に介設されたコンバータを含み、
前記制御手段は、前記燃料電池システムにおいて発電および回生される電力の総和と前記燃料電池システムにおいて消費される電力との差が前記許容電力以下となるように、前記回生手段による回生電力を制御することを特徴とする。
前記補器類は、電力を蓄えるための蓄電装置を含み、
前記蓄電装置への蓄電可否を判定する蓄電可否判定手段を更に備え、
前記許容電力設定手段は、前記蓄電装置が蓄電できない状態であると判定された場合に、前記蓄電装置の許容電力をゼロに設定することを特徴とする。
前記補器類は、電力を蓄えるための蓄電装置を含み、
前記異常検出手段は、前記蓄電装置の異常を検出することを特徴とする。
前記補器類は、前記燃料電池と電力を蓄えるための蓄電装置との間に介設されたコンバータを含み、
前記異常検出手段は、前記コンバータの異常を検出することを特徴とする。
前記補器類は、前記燃料電池と前記回転電機との間に介設されたインバータを含み、
前記異常検出手段は、前記インバータの異常を検出することを特徴とする。
前記異常検出手段は、前記燃料電池システムの電源遮断異常を検出することを特徴とする。
また、第1の発明によれば、燃料電池システムの異常が検出された場合に、異常が検出された補器の許容電力が通常時に比して低く設定される。このため、本発明によれば、異常が発生している補器の損傷が拡大する事態を効果的に抑制することができる。
また、第2の発明によれば、補器類の異常が検出された場合に、コンプレッサによる回生動作が禁止される。このため、本発明によれば、補器類の異常が拡大する事態を効果的に抑制することができる。
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すとおり、本実施の形態のシステムは、燃料電池スタック(FCスタック)10を搭載した燃料電池車両に適用されるシステムである。FCスタック10は複数枚の燃料電池セルが積層されて構成されている。各燃料電池セルは、図示しないプロトン伝導性の電解質膜の両側をアノードおよびカソードで挟まれ、更にその両側を導電性のセパレータによって挟まれて構成されている。
次に、本実施の形態1の動作について説明する。本実施の形態の車両は、燃料電池スタック10を搭載した車両である。FCスタック10では、燃料ガスとして供給される水素ガスと、酸化ガスとして供給される空気とを反応させることにより、要求負荷に応じた電力を発電する。発電された電力は、トラクションモータインバータ32を介してトラクションモータ26に供給される。そして、トラクションモータ26により発生した回転力が駆動軸28などを介して車輪30に伝達されて車両の推進力を得る仕組みになっている。
本実施の形態の車両は、コンプレッサ20の慣性力を利用した回生システムを備えている。具体的には、FCスタック10への低発電要求時など、酸化ガスの減量要求が出された場合に、コンプレッサ20の運動エネルギの一部がコンプレッサモータ34により電気エネルギに変換される。
本実施の形態の燃料電池車両におけるシステムで発電される電力としては、FCスタック10の発電電力、およびトラクションモータ26の回生電力に加えて、コンプレッサ回生による回生電力が挙げられる。以下、これらの総和として構成される電力を「総発電電力」と称する。総発電電力はトラクションモータ26およびコンプレッサモータ34の駆動により消費される。以下、総発電電力からこれらの補器類の消費電力を差し引いた電力を「総電力」と称する。総電力はDC−DCコンバータ22において所定の電圧値に変換された後に蓄電装置24に蓄電される。ECU50は、燃料電池車両を円滑に駆動すべく、これらの電力を一括して制御する。
次に、図3を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図3は、ECU50がコンプレッサ回生処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[実施の形態2の特徴]
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU50に後述する図4に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
次に、図4を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図4は、ECU50がコンプレッサ回生処理を実行するルーチンのフローチャートである。
12 水素ガス配管
14 水素ガス供給源
16 調圧弁
18 酸化ガス配管
20 コンプレッサ
22 DC−DCコンバータ
24 蓄電装置
26 トラクションモータ
28 駆動軸
30 車輪
32 トラクションモータインバータ
34 コンプレッサモータ
36 コンプレッサインバータ
50 ECU(Electronic Control Unit)
52 電圧計
54 車速センサ
56 アクセル開度センサ
Claims (8)
- アノードに水素を含む燃料ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含む酸化ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス流路と、
前記反応ガス流路に配置されたコンプレッサと、
前記コンプレッサの駆動軸に連結され、原動機および発電機として機能する回転電機と、
前記反応ガスの供給量を減量する場合に、前記コンプレッサの回転力により前記回転電機を駆動して、電気エネルギを回生する回生手段と、
前記燃料電池の補器類の許容電力を設定する許容電力設定手段と、
前記補器類に入力される電力が前記許容電力以下となるように、前記回生手段による回生電力を制御する制御手段と、
前記補器類の異常を検出する異常検出手段と、を備え、
前記許容電力設定手段は、前記異常検出手段により異常が検出された補器の許容電力を、通常時に比して低く設定することを特徴とする燃料電池システム。 - アノードに水素を含む燃料ガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含む酸化ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス流路と、
前記反応ガス流路に配置されたコンプレッサと、
前記コンプレッサの駆動軸に連結され、原動機および発電機として機能する回転電機と、
前記反応ガスの供給量を減量する場合に、前記コンプレッサの回転力により前記回転電機を駆動して、電気エネルギを回生する回生手段と、
前記燃料電池の補器類の許容電力を設定する許容電力設定手段と、
前記補器類に入力される電力が前記許容電力以下となるように、前記回生手段による回生電力を制御する制御手段と、
前記補器類の異常を検出する異常検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記異常が検出された場合に、前記回生手段による回生動作を禁止することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記補器類は、前記燃料電池と電力を蓄えるための蓄電装置との間に介設されたコンバータを含み、
前記制御手段は、前記燃料電池システムにおいて発電および回生される電力の総和と前記燃料電池システムにおいて消費される電力との差が前記許容電力以下となるように、前記回生手段による回生電力を制御することを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池システム。 - 前記補器類は、電力を蓄えるための蓄電装置を含み、
前記蓄電装置への蓄電可否を判定する蓄電可否判定手段を更に備え、
前記許容電力設定手段は、前記蓄電装置が蓄電できない状態であると判定された場合に、前記蓄電装置の許容電力をゼロに設定することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の燃料電池システム。 - 前記補器類は、電力を蓄えるための蓄電装置を含み、
前記異常検出手段は、前記蓄電装置の異常を検出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の燃料電池システム。 - 前記補器類は、前記燃料電池と電力を蓄えるための蓄電装置との間に介設されたコンバータを含み、
前記異常検出手段は、前記コンバータの異常を検出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の燃料電池システム。 - 前記補器類は、前記燃料電池と前記回転電機との間に介設されたインバータを含み、
前記異常検出手段は、前記インバータの異常を検出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の燃料電池システム。 - 前記異常検出手段は、前記燃料電池システムの電源遮断異常を検出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の燃料電池システム。
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