JP7396262B2 - 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
少なくとも前記FC昇圧コンバータおよび前記二次電池昇圧コンバータを動作させて前記燃料電池システムの動作を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記二次電池からの入力電圧を昇圧せずに出力するように前記二次電池昇圧コンバータを動作させる導通制御の実行時において、前記導通制御における前記二次電池の出力よりも大きい出力が要求される場合に、前記燃料電池システムと前記二次電池との電気的な接続を遮断する遮断制御を実行してよい。この形態の燃料電池システムによれば、導通制御時において、二次電池と、燃料電池システムとの電気的な接続を遮断する遮断制御を実行することにより、燃料電池からの出力電圧を、遮断制御を実行しない導通制御における二次電池の出力電圧よりも高い出力電圧にまで昇圧することができる。したがって、導通制御を実行中において、ユーザからの要求出力が二次電池の出力よりも高い場合であっても、ユーザは所望の出力を得ることができる。
(2)上記実施形態の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記二次電池の残容量が予め定められた閾値以下である場合には、前記遮断制御を実行しなくてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、二次電池の残容量が低い場合には、遮断制御による高い電圧の出力よりも導通制御を優先することにより、二次電池が故障することを低減または防止することができる。
(3)上記実施形態の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記遮断制御において、前記二次電池昇圧コンバータのスイッチング素子のオフ制御により、前記燃料電池システムと前記二次電池との電気的な接続を遮断してよい。この形態の燃料電池システムによれば、二次電池昇圧コンバータが有する既存の構成を利用した簡易な制御により遮断制御を実行することができる。
(4)上記実施形態の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記二次電池の残容量が予め定められた閾値以下である場合に、前記燃料電池の発電電力を用いて、前記燃料電池を発電させるための補機を駆動してよい。この形態の燃料電池システムによれば、二次電池の残容量が低い場合には、燃料電池の発電に用いられる補機の駆動には二次電池の電力は用いられない。したがって、遮断制御の実行時において二次電池の電力の消費を低減または抑制することができるとともに、二次電池の残容量が低い場合であっても、ユーザは、二次電池の出力よりも高い出力を得ることができる。
本開示は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池システムを搭載した車両、燃料電池システムの制御方法、導通制御時における燃料電池の出力電圧を昇圧する方法、これらの方法を実現するためのコンピュータプログラム、かかるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体等の形態で実現可能である。
図1は、燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム10は、例えば、燃料電池を駆動源とする燃料電池車両に搭載される。燃料電池システム10は、燃料電池ユニット100と、燃料電池用昇圧コンバータユニット110(以下、「FC昇圧コンバータ110」とも呼ぶ。)と、FCリレーユニット120(以下、「FCリレー120」とも呼ぶ。)と、インテリジェントパワーモジュールユニット130(以下、「IPM130」とも呼ぶ。)と、エアコンディショナユニット150と、分岐ユニット160と、ウォータポンプユニット170と、水素ポンプユニット180と、二次電池ユニット190と、制御装置400と、を備えている。IPM130は、エアコンプレッサユニット135と、駆動モータユニット137と、DC-DCコンバータユニット140(以下、「二次電池昇圧コンバータ140」とも呼ぶ。)と、を備えている。燃料電池システム10は、燃料電池車両のほか、家庭用電源や定置発電などに用いられてもよい。
高電圧配線142Bは、プラス側の高電圧配線132Bと電気的に接続されており、同一の電位である。高電圧配線142Gは、マイナス側の高電圧配線132Gと電気的に接続されており、同一の電位である。平滑コンデンサC2は、プラス側の高電圧配線142Bと、マイナス側の高電圧配線142Gとの間に設けられている。平滑コンデンサC3は、プラス側の高電圧配線132Bと、マイナス側の高電圧配線132Gとの間に設けられている。電圧センサ133は、高電圧配線132Bと、高電圧配線132Gとの間の電圧VHを取得する。電圧センサ143は、高電圧配線142Bと、高電圧配線142Gとの間の電圧VLを取得する。
図3は、本開示の第2実施形態としての燃料電池システム10の制御方法を示すフローチャートである。第2実施形態の燃料電池システム10の制御方法は、ステップS30で二次電池194のSOCが閾値以下である場合に、ステップS70に代えてステップS32~S38が実行される点において、第1実施形態の燃料電池システム10の制御方法とは相違する。また、第1実施形態の燃料電池システム10では、遮断制御の実行中において、二次電池194からのみ補機としての水素ポンプユニット180およびウォータポンプユニット170へ電力供給される。これに対して、第2実施形態の燃料電池システム10では、二次電池194に加え、さらに燃料電池104から水素ポンプユニット180およびウォータポンプユニット170へ電力が供給される点において、第1実施形態の燃料電池システム10とは相違する。遮断制御の実行中における燃料電池104から水素ポンプユニット180およびウォータポンプユニット170への電力の供給は、例えば、燃料電池ユニット100と、水素ポンプユニット180およびウォータポンプユニット170とを、リレー回路や、スイッチング素子を有する高圧配線等を介して電気的に接続することによって実現することができる。第2実施形態の燃料電池システム10のその他の構成は、第1実施形態の燃料電池システム10の構成と同様である。ステップS10からステップS50、ならびにステップS70は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
(C1)上記第1実施形態では、遮断制御の例として、二次電池昇圧コンバータ140のスイッチングトランジスタTR2をオフにする例を示し、上記第2実施形態では、システムメインリレー195をオフにする例を示した。これに対して、例えば、二次電池ユニット190,分岐ユニット160,DC-DCコンバータユニット140,インテリジェントパワーモジュールユニット130に他のスイッチング素子が設けられてもよく、他のスイッチング素子のオン・オフ制御によって、二次電池194と燃料電池システム10との電気的な接続を遮断してもよい。また、スイッチング素子としては、トランジスタには限らず、ダイオード、サイリスタ、IGBT,MOSFET等の種々のスイッチング素子が用いられてよい。
Claims (5)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
入力側が前記燃料電池と接続されているFC昇圧コンバータと、
二次電池と、
入力側が前記二次電池と接続され、出力側が前記FC昇圧コンバータの出力側と接続されている二次電池昇圧コンバータと、
少なくとも前記FC昇圧コンバータおよび前記二次電池昇圧コンバータを動作させて前記燃料電池システムの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記二次電池からの入力電圧を昇圧せずに出力するように前記二次電池昇圧コンバータを動作させる導通制御の実行時において、
前記導通制御における前記二次電池の出力よりも大きい出力が要求される場合に、前記燃料電池システムと前記二次電池との電気的な接続を遮断する遮断制御を実行する、
燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記二次電池の残容量が予め定められた閾値以下である場合には、前記遮断制御を実行しない、
燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記遮断制御において、前記二次電池昇圧コンバータのスイッチング素子のオフ制御により、前記燃料電池システムと前記二次電池との電気的な接続を遮断する、
燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記二次電池の残容量が予め定められた閾値以下である場合に、前記燃料電池の発電電力を用いて、前記燃料電池を発電させるための補機を駆動する、
燃料電池システム。 - 燃料電池システムの制御方法であって、
二次電池からの入力電圧を昇圧せずに出力するように二次電池昇圧コンバータを動作させる導通制御の実行時において、
前記導通制御における前記二次電池の出力よりも大きい出力が要求される場合に、前記燃料電池システムと前記二次電池との電気的な接続を遮断し、
燃料電池からの入力電圧をFC昇圧コンバータによって昇圧する、
燃料電池システムの制御方法。
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