JP7268998B2 - 移動体 - Google Patents
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Description
<移動体の構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムを含む移動体の構成例を模式的に示すブロック図である。本発明の第1実施形態においては、燃料電池システムが搭載される移動体として、フォークリフトを例に挙げて説明する。
次に、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム100を備える移動体の処理および動作について説明する。なお、本第1実施形態においては、燃料電池システム100内でFC制御装置5が行う各種の制御処理のうち、特に燃料電池1の出力状態に関連する制御処理について説明する。
まず、FC制御装置5が通常給電モードで燃料電池1の出力状態を制御する場合について説明する。
図2は、通常給電モードにおける電力の供給経路を示す概念図である。
通常給電モードでは、燃料電池1から内部負荷20に電力を供給する経路R1と、燃料電池1から蓄電装置12に電力を供給する経路R2と、蓄電装置12から内部負荷20に電力を供給する経路R3と、内部負荷20から蓄電装置12に電力を戻す経路R4がある。内部負荷20から蓄電装置12に戻される電力は、移動体の回生エネルギーによる電力である。
FC制御装置5は、燃料電池1の出力状態が発電停止状態のときに、蓄電装置12の充電率(SOC)が予め設定された閾値50%以下になると、燃料電池1の出力状態を発電停止状態から低出力状態に切り換える(ステップS1)。また、FC制御装置5は、燃料電池1の出力状態が低出力状態のときに、蓄電装置12の充電率が予め決められた閾値45%以下になると、燃料電池1の出力電状態を低出力状態から中出力状態に切り換える(ステップS2)。また、FC制御装置5は、燃料電池1の出力状態が中出力状態のときに、蓄電装置12の充電率が予め決められた閾値30%以下になると、燃料電池1の出力状態を中出力状態から高出力状態に切り換える(ステップS3)。
FC制御装置5は、燃料電池1の出力状態が高出力状態のときに、蓄電装置12の充電率が予め決められた閾値45%以上になると、燃料電池1の出力状態を高出力状態から中出力状態に切り換える(ステップS4)。また、FC制御装置5は、燃料電池1の出力状態が中出力状態のときに、蓄電装置12の充電率が予め決められた閾値60%以上になると、燃料電池1の出力状態を中出力状態から低出力状態に切り換える(ステップS5)。また、FC制御装置5は、燃料電池1の出力状態が低出力状態のときに、蓄電装置12の充電率が予め決められた閾値70%以上になると、燃料電池1の出力状態を低出力状態から発電停止状態に切り換える(ステップS6)。
なお、上述した通常給電モードや後述する外部給電モードで適用する各々の閾値は、必要に応じて変更可能である。
次に、FC制御装置5が外部給電モードで燃料電池1の出力状態を制御する場合について説明する。
図4は、外部給電モードにおける電力の供給経路を示す概念図である。
外部給電モードでは、燃料電池1から外部負荷17に電力を供給する経路R11と、燃料電池1から蓄電装置12に電力を供給する経路R12と、蓄電装置12から外部負荷17に電力を供給する経路R13がある。
まず、FC制御装置5は、外部給電スイッチ15の押下操作に応答して外部給電モードに切り替わった後、外部給電部16のコンセント16aに外部負荷17の電源プラグ17aが差し込まれると、蓄電装置12を利用して外部負荷17への給電を開始する(ステップS11)。蓄電装置12を利用した外部給電は、蓄電装置12に蓄積された電力を、外部給電部16を介して外部負荷17に供給することで行う。このとき、燃料電池1の出力状態は発電停止状態になっている。このため、蓄電装置12による外部給電を開始すると、外部負荷17で消費される電力量に応じて蓄電装置12の充電率が低下していく。
図7においては、縦軸に蓄電装置12の充電率、横軸に時間をとっている。また、外部負荷17によって消費される電力量が一定であるという前提で、本第1実施形態における充電率の変化を一点鎖線で示し、参考形態における充電率の変化を破線で示している。ここで記述する参考形態とは、通常給電モードに適用される多段階の切り替え制御をそのまま外部給電モードに適用する場合、すなわち従来例に相当するものである。
以上説明したように、本発明の第1実施形態においては、給電モードが外部給電モードの場合に、通常給電モードとは異なる制御条件を適用してFC制御装置5が燃料電池1の出力状態を制御する。すなわち、FC制御装置5は、外部負荷17に電力を供給する場合は、内部負荷20に電力を供給する場合よりも少ない段階の制御条件を適用して燃料電池1の出力状態を制御する。このため、外部給電モードでは、燃料電池1の発電効率を優先した制御条件を適用して燃料電池1の出力状態を制御することができる。これにより、外部給電時における燃料電池1の発電効率を従来よりも高めることができる。
続いて、本発明の第2実施形態に係る移動体について説明する。なお、第2実施形態においては、上述した第1実施形態と比べて、外部給電モードにおけるFC制御装置の処理手順が異なる。
まず、FC制御装置5は、外部給電スイッチ15の押下操作に応答して外部給電モードに切り替わった後、外部給電部16のコンセント16aに外部負荷17の電源プラグ17aが差し込まれると、外部負荷17によって消費される電力量の監視を開始する(ステップS21)。この場合、電力量検出センサ14は外部負荷17によって消費される電力量を検出し、この検出結果をFC制御装置5に入力する。そうすると、FC制御装置5は、外部負荷17で消費される電力量を、たとえば時間tごとの消費電力量の平均、すなわち時間平均によって求める。その際、時間tが短すぎる、または長すぎると、消費電力量に対する発電量の追従性が悪化する。このため、時間tは、好ましくは10秒以下、より好ましくは4秒以上6秒以下の範囲に設定するとよい。これにより、消費電力量に対する発電量の追従性が良好になる。
以降は、FC制御装置5の給電モードが外部給電モードから通常給電モードに切り替わるまで、FC制御装置5は、Q21=Q22の条件で燃料電池1の出力状態を制御する。
以上説明したように、本発明の第2実施形態においては、FC制御装置5の給電モードが外部給電モードの場合に、通常給電モードとは異なる制御条件を適用してFC制御装置5が燃料電池1の出力状態を制御する。このため、上記第1実施形態と同様に、外部給電時における燃料電池1の発電効率を従来よりも高めることができる。また、上記第1実施形態でも述べたように、外部負荷17で消費される電力やその変動は、内部負荷20の場合に比べて非常に小さいため、外部給電モードでは、燃料電池1の発電量に対する制約が小さく、その分、発電量の設定自由度が高くなる。よって、上記第1実施形態と同様に、燃料電池1を高い発電効率で発電させることができる。
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
Claims (6)
- 燃料電池システムを搭載する移動体であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続される蓄電手段と、
前記蓄電手段の充電率を検出する充電率検出手段と、
前記充電率検出手段が検出する前記蓄電手段の充電率に基づいて前記燃料電池の出力状態を多段階に切り換えて制御可能な制御手段と、
移動体に搭載されて前記燃料電池又は前記蓄電手段の電力により移動体を駆動する内部負荷と、
前記内部負荷に電力を供給するための内部給電手段と、
移動体外に設けられる外部負荷に電力を供給するための外部給電手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記外部負荷に電力を供給する場合、前記内部負荷に電力を供給する場合よりも少ない段階の制御条件を適用して前記燃料電池の出力状態を制御し、
前記燃料電池の出力状態を、前記内部負荷に電力を供給する出力において発電停止を除く最低出力の発電量よりも低い、発電停止状態を除く出力の発電量に設定して制御し、
発電停止状態から前記外部負荷に電力を供給する状態へ切り換える前記充電率の閾値を、前記発電停止状態から前記内部負荷に電力を供給する状態へ切り換える前記充電率の閾値より低く設定する、
移動体。 - 燃料電池システムを搭載する移動体であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続される蓄電手段と、
前記蓄電手段の充電率を検出する充電率検出手段と、
前記充電率検出手段が検出する前記蓄電手段の充電率に基づいて前記燃料電池の出力状態を多段階に切り換えて制御可能な制御手段と、
移動体に搭載されて前記燃料電池又は前記蓄電手段の電力により移動体を駆動する内部負荷と、
前記内部負荷に電力を供給するための内部給電手段と、
移動体外に設けられる外部負荷に電力を供給するための外部給電手段と、
前記外部負荷によって消費される電力量を検出する電力量検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記外部負荷に電力を供給する場合、
前記内部負荷に電力を供給する場合よりも少ない段階の制御条件を適用して前記燃料電池の出力状態を制御し、前記電力量検出手段が検出する前記電力量に基づいて前記燃料電池の出力状態を制御し、
前記充電率検出手段が検出する前記蓄電手段の充電率に基づいて前記燃料電池の出力状態を制御し、かつ、発電停止状態から前記外部負荷に電力を供給する状態へ切り換える充電率の閾値を、発電停止状態から前記内部負荷に電力を供給する状態へ切り換える前記充電率の閾値よりも低い状態とする
移動体。 - 前記制御手段は、前記内部負荷に電力を供給する場合、前記燃料電池の出力状態を発電停止状態を含む3段階以上に切り換えて制御し、前記外部負荷に電力を供給する場合、前記燃料電池の出力状態を発電停止状態および所定の出力状態のみの2段階に切り換えて制御する
請求項1または2に記載の移動体。 - 前記所定の出力状態は、前記内部負荷に電力を供給する出力において発電停止を除く最低出力の発電量よりも低い出力の発電量で設定される
請求項3に記載の移動体。 - 前記所定の出力状態は、前記燃料電池の最高発電効率の0.8倍以上の発電効率となる発電量が得られる条件の出力状態である
請求項3に記載の移動体。 - 前記外部負荷によって消費される電力量を検出する電力量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記外部負荷に電力を供給する場合、前記電力量検出手段が検出する前記電力量に基づいて前記燃料電池の出力状態を制御する
請求項1に記載の移動体。
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