JP2002216783A - Fuel cell hybrid system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池とこれに
よって充電される複数の2次電池を備える燃料電池ハイ
ブリッドシステムに関する。The present invention relates to a fuel cell hybrid system including a fuel cell and a plurality of secondary batteries charged by the fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池とこれによって充電される複数
の2次電池との双方から電動モータ等の負荷に電力を供
給することができるようにした燃料電池ハイブリッドシ
ステムが提案され、既に実用に供されている。2. Description of the Related Art A fuel cell hybrid system has been proposed in which both a fuel cell and a plurality of secondary batteries charged by the fuel cell can supply power to a load such as an electric motor. Have been.
【0003】ところで、従来の燃料電池ハイブリッドシ
ステムでは、負荷に十分な電力を供給することができる
ように複数の2次電池を負荷に対して直列に接続し、全
体としての電圧を高くするようにしている。In a conventional fuel cell hybrid system, a plurality of secondary batteries are connected in series to a load so that a sufficient power can be supplied to the load, and the overall voltage is increased. ing.
【0004】ところが、直列に接続された2次電池の充
電を可能とするためには、高電圧に見合った出力の燃料
電池を採用する必要があり、高電圧の燃料電池を得るた
めにはセルスタックの段数を増やす必要があり、それだ
け該燃料電池の信頼性が低下するという問題が発生す
る。However, in order to enable charging of a secondary battery connected in series, it is necessary to employ a fuel cell having an output corresponding to a high voltage. It is necessary to increase the number of stages in the stack, which causes a problem that the reliability of the fuel cell is reduced.
【0005】そこで、本出願人は、燃料電池に複数の2
次電池を並列に接続し、各2次電池と燃料電池とを断接
するスイッチング手段を設け、2次電池が時分割的に充
電されるように前記スイッチング手段の断接を制御する
ようにした電源装置を先に提案した(特開平4−183
230号公報参照)。Therefore, the present applicant has proposed that a plurality of fuel cells be provided in a fuel cell.
A power source for connecting the secondary batteries in parallel and providing switching means for connecting and disconnecting each secondary battery and the fuel cell, and controlling the connection and disconnection of the switching means so that the secondary batteries are charged in a time-division manner; The device was proposed earlier (Japanese Patent Laid-Open No. 4-183).
No. 230).
【0006】上記提案に係る電源装置によれば、充電は
複数の2次電池に対して個々に行われるため、燃料電池
としては各2次電池の電圧に見合った出力電圧を有する
ものであれば良く、該燃料電池のセルスタックの段数が
少なくて済むためにその信頼性が高く保たれる。[0006] According to the power supply device according to the above proposal, charging is performed individually for a plurality of secondary batteries, so that any fuel cell having an output voltage corresponding to the voltage of each secondary battery is used. Since the number of cell stacks of the fuel cell can be reduced, the reliability of the fuel cell can be kept high.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の充電システムでは、充電管理を2次電池の電圧情報
のみで行っていたため、特に動力用システムにおいて顕
著である過大な電流及びそれによる2次電池の発熱によ
って2次電池にダメージを与えてしまい、これによって
2次電池の劣化が早まる可能性がある。However, in the above-mentioned conventional charging system, the charge management is performed only by the voltage information of the secondary battery, so that the excessive current which is particularly remarkable in the power system and the secondary battery due to the excessive current are obtained. The heat generated in the secondary battery may damage the secondary battery, which may accelerate the deterioration of the secondary battery.
【0008】又、2次電池の充電受け入れ電流が大きい
ために燃料電池の出力電流値が限度以上となる場合があ
り、このような場合には燃料電池にダメージを与えてし
まうという問題がある。Further, the output current value of the fuel cell may exceed the limit due to the large charge receiving current of the secondary battery. In such a case, there is a problem that the fuel cell is damaged.
【0009】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、過剰な電流を防止して燃料電
池の発熱を抑え、2次電池の高出力化と長寿命化を実現
することができるとともに、燃料電池へのダメージを抑
制することができる燃料電池ハイブリッドシステムを提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to prevent excessive current and suppress heat generation of a fuel cell, thereby realizing high output and long life of a secondary battery. It is another object of the present invention to provide a fuel cell hybrid system capable of suppressing damage to the fuel cell.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、燃料電池とこれによって充
電される複数の2次電池を備える燃料電池ハイブリッド
システムにおいて、複数の前記2次電池を直列に接続す
るとともに、前記燃料電池と各2次電池との接続を切り
替える切替手段と、各2次電池の充電状態を検出する検
出手段及び管理する管理手段を設け、各2次電池の充電
状態に応じて燃料電池と各2次電池との接続を時分割的
に切り替えるようにしたことを特徴とする。According to one aspect of the present invention, there is provided a fuel cell hybrid system including a fuel cell and a plurality of secondary batteries charged by the fuel cell. A battery is connected in series, switching means for switching the connection between the fuel cell and each secondary battery, detection means for detecting the state of charge of each secondary battery, and management means for managing are provided. The connection between the fuel cell and each of the secondary batteries is switched in a time-division manner according to the state of charge.
【0011】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記燃料電池の電圧を、直列接続された前
記2次電池の各電圧の和よりも低く設定したことを特徴
とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the voltage of the fuel cell is set lower than the sum of the voltages of the secondary batteries connected in series.
【0012】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記各2次電池の充電量に応じて充電時間
の比率を変えるようにしたことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a ratio of a charging time is changed according to a charged amount of each of the secondary batteries.
【0013】請求項4記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記管理手段によって充電不要と判断され
た2次電池については充電処理をスキップするようにし
たことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the charging process is skipped for the secondary battery determined to be unnecessary by the management means.
【0014】請求項5記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記管理手段による2次電池の充電状態の
管理は、各2次電池に内蔵されたコントローラが主コン
トローラに情報を伝送することによって行われるように
したことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the management of the state of charge of the secondary battery by the management means is such that a controller built in each secondary battery transmits information to a main controller. It is characterized in that it is performed by doing.
【0015】請求項6記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記検出手段を、2次電池の電流と電圧及
び温度を検出するセンサで構成したことを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the detecting means comprises a sensor for detecting a current, a voltage and a temperature of the secondary battery.
【0016】従って、本発明によれば、各2次電池の充
電状態を検出及び管理しながら充電状態に応じた最適な
充電を行うことができるため、過剰な電流を防止して燃
料電池の発熱を抑え、2次電池の高出力化と長寿命化を
実現することができる。Therefore, according to the present invention, it is possible to perform optimal charging according to the state of charge while detecting and managing the state of charge of each secondary battery. And a longer output and longer life of the secondary battery can be realized.
【0017】又、2次電池の充電受け入れ電流が大きい
ために燃料電池の出力電流値が限度以上となる場合であ
っても、各2次電池を時分割的に充電することによって
燃料電池の出力電流値を調整して限界値以下に抑えるこ
とができるため、該燃料電池がダメージを受けることが
ない。Even if the output current value of the fuel cell exceeds the limit due to the large charge receiving current of the secondary battery, the output of the fuel cell is charged by time-divisionally charging each secondary battery. Since the current value can be adjusted to be less than the limit value, the fuel cell is not damaged.
【0018】更に、同じ燃料電池を異なる電圧のシステ
ムに適用することができるため、ハイブリッドシステム
構築時の自由度が高められる。Further, since the same fuel cell can be applied to systems having different voltages, the degree of freedom in constructing a hybrid system is increased.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0020】先ず、本発明に係る燃料電池ハイブリッド
システムの全体構成を図1に示すブロック図に基づいて
説明する。First, the overall configuration of the fuel cell hybrid system according to the present invention will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
【0021】本発明に係る燃料電池ハイブリッドシステ
ムにおいては、負荷であるモータ1に対して電源である
燃料電池2と電池ユニット3の双方から電力が供給され
得るとともに、電池ユニット3を構成する複数の2次電
池3A,3B,3C(図3参照)は燃料電池によって充
電される。In the fuel cell hybrid system according to the present invention, electric power can be supplied from both the fuel cell 2 as the power source and the battery unit 3 to the motor 1 as the load, and the plurality of motors constituting the battery unit 3 can be supplied. The secondary batteries 3A, 3B, 3C (see FIG. 3) are charged by the fuel cells.
【0022】而して、上記モータ1には燃料電池2と電
池ユニット3が接続されており、燃料電池2とモータ1
との間にはDC/DCコンバータ5と逆流防止ダイオー
ド35及びモータコントローラ13が設けられ、燃料電
池2と電池ユニット3との間にはDC/DCコンバータ
5と逆流防止ダイオード35及び切替手段36が設けら
れている。The fuel cell 2 and the battery unit 3 are connected to the motor 1, and the fuel cell 2 and the motor 1 are connected to the motor 1.
A DC / DC converter 5, a backflow prevention diode 35, and a motor controller 13 are provided between them. A DC / DC converter 5, a backflow prevention diode 35, and a switching unit 36 are provided between the fuel cell 2 and the battery unit 3. Is provided.
【0023】そして、モータ1、燃料電池2、電池ユニ
ット3及び切替手段36は、図1に2点鎖線にて示す主
コントローラ4に接続されている。The motor 1, the fuel cell 2, the battery unit 3, and the switching means 36 are connected to a main controller 4 shown by a two-dot chain line in FIG.
【0024】尚、前記DC/DCコンバータ5は、出力
可変型のものであって、出力指令信号に応じて燃料電池
2からの電圧をモータ1の駆動に必要な値に変換してモ
ータ1に供給する。従って、このDC/DCコンバータ
5によって、運転状態や電池ユニット3の容量等に応じ
て燃料電池2から電池ユニット3又はモータ1に流れる
電流値が調整される。The DC / DC converter 5 is of a variable output type. The DC / DC converter 5 converts the voltage from the fuel cell 2 into a value required for driving the motor 1 in accordance with an output command signal, Supply. Therefore, the value of the current flowing from the fuel cell 2 to the battery unit 3 or the motor 1 is adjusted by the DC / DC converter 5 according to the operating state, the capacity of the battery unit 3 and the like.
【0025】ここで、燃料電池2の構成を簡単に説明す
ると、該燃料電池2は、アノード極に燃料となる水素を
供給し、カソード極に酸化剤として空気を供給し、触媒
による電気化学反応によって発電するものであって、両
電極間には高分子イオン交換膜が介装されている。この
イオン交換膜には水素イオンの透過性を確保して該水素
イオンを円滑に移動させるべく濡れ状態とするために水
が供給される。このような電極対を単位としてセルが構
成され、複数のセルを組み合わせて燃料電池2が構成さ
れ、該燃料電池2は各セルの起電力を合計した値の起電
力を出力する。尚、各セルは起電力反応によって発熱す
るため、これらはその外周に流される空は又は水によっ
て冷却される。Here, the configuration of the fuel cell 2 will be briefly described. The fuel cell 2 supplies hydrogen as a fuel to an anode, supplies air as an oxidant to a cathode, and performs an electrochemical reaction by a catalyst. The polymer ion exchange membrane is interposed between the two electrodes. Water is supplied to the ion exchange membrane in order to ensure the permeability of hydrogen ions and to make the hydrogen ions wet so as to move smoothly. A cell is formed using such an electrode pair as a unit, and a fuel cell 2 is formed by combining a plurality of cells. The fuel cell 2 outputs an electromotive force having a value obtained by adding the electromotive forces of the cells. Since each cell generates heat by an electromotive force reaction, these cells are cooled by the air or water flowing around the cell.
【0026】ところで、燃料となる水素は、例えばメタ
ノールを1次燃料としてこれを水と混合して加熱蒸発さ
せ、改質器の触媒反応によって水素と二酸化炭素に分解
することよって得られるが、シフトコンバータや選択酸
化反応器等を介して改質器で発生した微量の一酸化炭素
の濃度を低下させた後に水素ガスが燃料電池2の各セル
のアノード極に供給される。尚、水素ガスを水素ボンベ
から燃料電池2の各セルのアノード極に直接供給するよ
うにしても良い。Hydrogen as a fuel is obtained, for example, by mixing methanol with a primary fuel such as methanol, heating and evaporating the mixture, and decomposing the mixture into hydrogen and carbon dioxide by a catalytic reaction in a reformer. After reducing the concentration of the trace amount of carbon monoxide generated in the reformer via a converter, a selective oxidation reactor, or the like, hydrogen gas is supplied to the anode of each cell of the fuel cell 2. The hydrogen gas may be directly supplied from the hydrogen cylinder to the anode of each cell of the fuel cell 2.
【0027】又、発電用の空気は空気ポンプによって燃
料電池2の各セルのカソード極に供給される。そして、
燃料電池2には、該燃料電池2内の水の凍結防止のため
のヒーター6と、該ヒーター6の加熱温度を均一化する
ためと発電時の冷却のための冷却ファン7が設けられて
いる。Air for power generation is supplied to the cathode of each cell of the fuel cell 2 by an air pump. And
The fuel cell 2 is provided with a heater 6 for preventing freezing of water in the fuel cell 2 and a cooling fan 7 for equalizing the heating temperature of the heater 6 and for cooling during power generation. .
【0028】ユーザスイッチ8は、例えば夜間充電モー
ド等の運転モードの設定を行うものである。メインスイ
ッチ9がONされると、これが主コントローラ4内のメ
インスイッチ検出部10で検出され、システム電源制御
部11を介してコントローラ電源12とDC/DCコン
バータ5及びモータコントローラ13の電源がONとな
り、主コントローラ4によるシステム全体の電力供給制
御が可能な状態となる。The user switch 8 sets an operation mode such as a night charging mode. When the main switch 9 is turned on, this is detected by the main switch detection unit 10 in the main controller 4, and the controller power supply 12, the DC / DC converter 5, and the motor controller 13 are turned on via the system power supply control unit 11. Then, the power supply control of the entire system by the main controller 4 is enabled.
【0029】タイマー時間算出部14は、夜間低温時等
に燃料電池2内の水の凍結防止のためにヒーター6又は
燃料電池2自体を駆動するためのタイマー時間を算出
し、メインスイッチ9がOFFであってもシステム電源
制御部11を介して電源をONにして暖機運転を行う。
この暖機運転は、外気温度検出部16及びセル温度検出
部17からの検出温度に基づいて暖機運転制御部18が
判断し、ヒーター制御部19又はFC出力制御部20を
介してヒーター6又は燃料電池2を駆動する。尚、ヒー
ター6を駆動するときには、温度均一化のために冷却フ
ァン制御部21を介して冷却ファン7も駆動する。又、
燃料電池2を駆動する場合においても、セル温度に応じ
て冷却ファン7を駆動する。The timer time calculating section 14 calculates a timer time for driving the heater 6 or the fuel cell 2 itself to prevent freezing of water in the fuel cell 2 at a low temperature at night or the like, and the main switch 9 is turned off. Even in this case, the power supply is turned on via the system power supply control unit 11 to perform the warm-up operation.
This warm-up operation is determined by the warm-up operation control unit 18 based on the temperatures detected from the outside air temperature detection unit 16 and the cell temperature detection unit 17, and the heater 6 or the heater 6 is controlled via the heater control unit 19 or the FC output control unit 20. The fuel cell 2 is driven. When the heater 6 is driven, the cooling fan 7 is also driven via the cooling fan control unit 21 to make the temperature uniform. or,
When the fuel cell 2 is driven, the cooling fan 7 is driven according to the cell temperature.
【0030】モータ出力演算部22は、スロットル23
の操作によるスロットル開度信号からモータ1への供給
電力を算出するものである。尚、電池ユニット3の残存
容量や温度に応じて電池ユニット3を保護するため、2
次電池保護制御部24によって燃料電池2と電池ユニッ
ト3との電力分担割合に制限が加えられ、この制限値を
加味してモータ1の制御信号がモータコントローラ13
に送られる。The motor output calculation unit 22 includes a throttle 23
Is used to calculate the power to be supplied to the motor 1 from the throttle opening signal by the above operation. In order to protect the battery unit 3 in accordance with the remaining capacity and the temperature of the battery unit 3, 2
The secondary battery protection control unit 24 places a limit on the power sharing ratio between the fuel cell 2 and the battery unit 3, and the control signal of the motor 1
Sent to
【0031】充電状態検出部25は、電池ユニット3が
充電状態か放電状態かを判別するとともに、充電状態の
場合には燃料電池2による充電か回生電流による充電か
を判別する。即ち、電池ユニット3の電流センサ26か
らの電流検出信号を電流検出部27で充電方向か放電方
向かを判別するとともに、モータ1の電流センサ28に
よって回生電流が電池ユニット3側に流れているか否か
を検出して充電状態を判別する。The state-of-charge detection unit 25 determines whether the battery unit 3 is in a charged state or a discharged state, and in the case of a charged state, determines whether charging is performed by the fuel cell 2 or charging by regenerative current. That is, the current detection signal from the current sensor 26 of the battery unit 3 is used to determine whether the battery is in the charging direction or the discharging direction by the current detecting unit 27. To determine the state of charge.
【0032】容量計算部29は、電池ユニット3の電圧
検出部30及び温度検出部31からの検出信号と検出デ
ータに基づいて電池ユニット3の容量を計算し、これを
前記2次電池保護制御部24に送るとともに、FC出力
制御部20に送り、電池ユニット3の容量に応じて燃料
電池2の電力配分を制御する。The capacity calculation unit 29 calculates the capacity of the battery unit 3 based on the detection signals and the detection data from the voltage detection unit 30 and the temperature detection unit 31 of the battery unit 3 and calculates the capacity of the secondary battery protection control unit. 24, and to the FC output control unit 20 to control the power distribution of the fuel cell 2 according to the capacity of the battery unit 3.
【0033】FC出力制御部20は、D/A変換器32
を介して電圧指令値をDC/DCコンバータ5に送るも
のであり、燃料電池2からDC/DCコンバータ5を介
してモータ1に供給される電力が前記電圧指令値によっ
て制御される。この場合、燃料電池2の異常(例えば、
燃料切れやセル温度の異常等)が発生した場合には、そ
の検出データが異常データ受信部33に送られる。そし
て、異常データは前記FC出力制御部20を介してFC
起動/停止判断部34に送られ、ここで燃料電池2の駆
動が可能であるか否かが判断されて燃料電池2のON/
OFF信号が送出される。The FC output control unit 20 includes a D / A converter 32
The electric power supplied to the motor 1 from the fuel cell 2 via the DC / DC converter 5 is controlled by the voltage instruction value. In this case, the abnormality of the fuel cell 2 (for example,
When a fuel shortage or abnormal cell temperature occurs, the detected data is sent to the abnormal data receiving unit 33. The abnormal data is sent to the FC output control unit 20 via the FC output control unit 20.
It is sent to a start / stop judging section 34, where it is judged whether or not the fuel cell 2 can be driven.
An OFF signal is sent.
【0034】尚、図2に示すように、燃料電池2の出力
側に図1に示すDC/DCコンバータ5に代えてスイッ
チ(SW)37を設けても良い。この場合はDC/DC
コンバータのような大きくて重い装置が省略できるた
め、車両用として好適な小型軽量のシステムを構築する
ことができる。As shown in FIG. 2, a switch (SW) 37 may be provided on the output side of the fuel cell 2 instead of the DC / DC converter 5 shown in FIG. In this case, DC / DC
Since a large and heavy device such as a converter can be omitted, a small and lightweight system suitable for a vehicle can be constructed.
【0035】ここで、本発明の要旨を構成する充電シス
テムを図3〜図6に基づいて説明する。尚、図3は充電
システムの構成を示す回路図、図4は切替手段の内部構
造を示す回路図、図5は各2次電池に対する充電タイミ
ングを示すタイミングチャート、図6は燃料電池の出力
特性と2次電池の電流電圧特性を示す図である。Here, a charging system constituting the gist of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the charging system, FIG. 4 is a circuit diagram showing the internal structure of the switching means, FIG. 5 is a timing chart showing charging timing for each secondary battery, and FIG. 6 is an output characteristic of the fuel cell. FIG. 4 is a diagram illustrating current-voltage characteristics of a secondary battery and a secondary battery.
【0036】本実施の形態においては、図3に示すよう
に、前記電池ユニット3は互いに直列に接続された3組
の2次電池3A,3B,3Cを備えており、これらの2
次電池3A〜3Cはモータ1に直列に接続されている。
尚、燃料電池2の電圧は、直列接続された前記2次電池
3A,3B,3Cの各電圧の和よりも低く設定されてい
る。In this embodiment, as shown in FIG. 3, the battery unit 3 includes three sets of secondary batteries 3A, 3B, 3C connected in series to each other.
The secondary batteries 3A to 3C are connected to the motor 1 in series.
The voltage of the fuel cell 2 is set lower than the sum of the voltages of the secondary batteries 3A, 3B, 3C connected in series.
【0037】又、各2次電池3A〜3Cには、図4に示
すように充電状態を検出する検出手段39と充電状態を
管理する管理手段としてのコントローラ40(図4には
2次電池3Aについてのみ図示)が内蔵されている。こ
こで、検出手段39は、各2次電池3A〜3Cの電流を
検出する電流センサと電圧を検出する電圧センサ及び温
度を検出する温度センサによって構成されている。As shown in FIG. 4, each of the secondary batteries 3A to 3C has a detecting means 39 for detecting the state of charge and a controller 40 as a managing means for managing the state of charge (FIG. 4 shows a secondary battery 3A). Is shown only). Here, the detecting means 39 includes a current sensor for detecting a current of each of the secondary batteries 3A to 3C, a voltage sensor for detecting a voltage, and a temperature sensor for detecting a temperature.
【0038】更に、前記切替手段36は、図4に示すよ
うに、各2次電池3A〜3Cに対応して設けられた3組
のFETスイッチ回路(図4には1組のみ図示)41を
備えており、各FETスイッチ回路41は、スイッチ4
1aと、逆流防止ダイオード41bと、スイッチ41a
を開閉するゲート回路41c及び該ゲート回路41cに
ON/OFF信号を出力するON/OFF管理部41d
で構成されている。Further, as shown in FIG. 4, the switching means 36 includes three sets of FET switch circuits (only one set is shown in FIG. 4) 41 provided for each of the secondary batteries 3A to 3C. Each FET switch circuit 41 includes a switch 4
1a, a backflow prevention diode 41b, and a switch 41a
Circuit 41c that opens and closes the gate and an ON / OFF management unit 41d that outputs an ON / OFF signal to the gate circuit 41c
It is composed of
【0039】而して、本発明に係る燃料電池ハイブリッ
ドシステムにおいては、各2次電池3A〜3Cの充電状
態がそれぞれに内蔵された検出手段39によって検出さ
れ、各2次電池3A〜3Cの充電状態(電流、電圧及び
温度情報)がそれぞれに内蔵されたコントローラ40か
ら主コントローラ4に伝送される。Thus, in the fuel cell hybrid system according to the present invention, the charging state of each of the secondary batteries 3A to 3C is detected by the built-in detecting means 39, and the charging of each of the secondary batteries 3A to 3C is performed. The state (current, voltage and temperature information) is transmitted from the built-in controller 40 to the main controller 4.
【0040】すると、主コントローラ4は、切替手段3
6の各FETスイッチ回路41に制御信号を送信して各
FETスイッチ回路41を駆動制御することによって各
2次電池3A〜3Cの充電状態に応じて燃料電池2と各
2次電池3A〜3Cとの接続を時分割的に切り換える。Then, the main controller 4 switches the switching means 3
6 to control the driving of each FET switch circuit 41 by transmitting a control signal to each FET switch circuit 41, so that the fuel cell 2 and each of the secondary batteries 3A to 3C are controlled according to the state of charge of each of the secondary batteries 3A to 3C. Connections are switched in a time-sharing manner.
【0041】例えば、図5のタイミングチャートに示す
ように時間t0 〜t1 では2次電池3Aが燃料電池2に
接続(ON)されて該2次電池3Aが燃料電池2によっ
て充電され、時間t1 〜t2 では2次電池3Bが燃料電
池2に接続(ON)されて該2次電池3Bが充電され、
時間t2 〜t3 では2次電池3Cが燃料電池2に接続
(ON)されて該2次電池3Cが充電され、時間t3 〜
t4 では2次電池3Aが再び燃料電池2に接続(ON)
されて該2次電池3Aが充電され、以後、同様にして2
次電池3A〜3Cが時分割的に順次充電される。この場
合、各2次電池3A〜3Cの充電量に応じて充電時間の
比率が変えられる。又、充電不要と判断された2次電池
(3A,3B,3C)については充電処理がスキップさ
れて当該2次電池(3A,3B,3C)については充電
がなされない。For example, as shown in the timing chart of FIG. 5, between times t 0 and t 1 , the secondary battery 3A is connected to the fuel cell 2 (ON), and the secondary battery 3A is charged by the fuel cell 2 and t 1 connected ~t 2 in secondary batteries 3B is the fuel cell 2 (oN) has been the secondary battery 3B is charged,
And time t 2 ~t 3 in a secondary battery 3C is connected to the fuel cell 2 (ON) is charged the secondary battery 3C, the time t 3 ~
In t 4 connected to the fuel cell 2 is again 2 battery 3A (ON)
To charge the secondary battery 3A.
The secondary batteries 3A to 3C are sequentially charged in a time-division manner. In this case, the ratio of the charging time is changed according to the charged amount of each of the secondary batteries 3A to 3C. Also, the charging process is skipped for the secondary batteries (3A, 3B, 3C) for which it is determined that charging is unnecessary, and the secondary batteries (3A, 3B, 3C) are not charged.
【0042】ここで、燃料電池2の出力特性と2次電池
3A〜3Cの電流電圧特性を図6に基づいて説明する。Here, the output characteristics of the fuel cell 2 and the current-voltage characteristics of the secondary batteries 3A to 3C will be described with reference to FIG.
【0043】燃料電池2の出力特性は図6に2次曲線a
にて示され、各2次電池3A〜3Cの充電残量が大きい
場合の2次電池3A〜3Cの充電時の電流電圧特性は実
線曲線bにて示され、各2次電池3A〜3Cの充電残量
が小さい場合の2次電池3A〜3Cの充電時の電流電圧
特性は鎖線曲線b’にて示される。又、電圧補正後の燃
料電池2の電流電圧特性は曲線cにて示され、2次電池
3A〜3Cの放電特性は曲線dにて示される。The output characteristic of the fuel cell 2 is shown in FIG.
The current-voltage characteristics of the secondary batteries 3A to 3C at the time of charging when the remaining charge of each of the secondary batteries 3A to 3C is large are shown by a solid curve b. The current-voltage characteristics at the time of charging the secondary batteries 3A to 3C when the remaining charge is small are indicated by a chain line curve b '. The current-voltage characteristics of the fuel cell 2 after the voltage correction are shown by a curve c, and the discharge characteristics of the secondary batteries 3A to 3C are shown by a curve d.
【0044】而して、燃料電池2は、モータ等の負荷が
なく、バッテリ充電モードで運転されるときには、出力
電流IC の最大値ICmaxを超えないA〜B点の範囲で運
転される。When the fuel cell 2 is operated in the battery charging mode without a load such as a motor, the fuel cell 2 is operated in a range between points A and B not exceeding the maximum value I C max of the output current I C. You.
【0045】ところで、モータ等の負荷がある場合は以
下の動作がなされる。When there is a load such as a motor, the following operation is performed.
【0046】即ち、図2に示すように、燃料電池2の出
力側に図1に示したDC/DCコンバータ5が設けられ
ていない場合には、2次電池3A〜3Cの放電時に負荷
であるモータ1の出力の大きさによっては最大値ICmax
よりも大きな電流が流れて燃料電池2がダメージを受け
ることが考えられる。例えば、燃料電池2はG点で運転
され、2次電池3A〜3CがH点で放電されている場合
には、図2に示すスイッチ(SW)37を切って燃料電
池2に過大な電流が流れないようにして該燃料電池2を
保護する。That is, as shown in FIG. 2, when the DC / DC converter 5 shown in FIG. 1 is not provided on the output side of the fuel cell 2, the load is used when the secondary batteries 3A to 3C are discharged. Depending on the magnitude of the output of the motor 1, the maximum value I C max
It is conceivable that a larger current flows and the fuel cell 2 is damaged. For example, when the fuel cell 2 is operated at the point G and the secondary batteries 3A to 3C are discharged at the point H, the switch (SW) 37 shown in FIG. The fuel cell 2 is protected from flowing.
【0047】又、図1に示すように燃料電池2の出力側
にDC/DCコンバータ5が設けられている場合には、
DC/DCコンバータ5によって出力電流IC が最大値
ICmax以下になるように出力電圧を下げて例えばG’点
で燃料電池2を運転するようにする。When the DC / DC converter 5 is provided on the output side of the fuel cell 2 as shown in FIG.
The output voltage is reduced by the DC / DC converter 5 so that the output current I C becomes equal to or less than the maximum value I C max, and the fuel cell 2 is operated at, for example, a point G ′.
【0048】以上のように、本発明に係る燃料電池ハイ
ブリッドシステムにおいては、各2次電池3A〜3Cの
充電状態を検出及び管理しながら充電状態に応じた最適
な充電を行うことができるため、過剰な電流を防止して
燃料電池2の発熱を抑え、2次電池3A〜3Cの高出力
化と長寿命化を実現することができる。そして、燃料電
池2のスタック段数を削減することができるため、部品
点数と組立工数を削減してシステムのコストダウンを図
ることができる。As described above, in the fuel cell hybrid system according to the present invention, it is possible to perform optimal charging according to the state of charge while detecting and managing the state of charge of each of the secondary batteries 3A to 3C. Excessive current can be prevented to suppress heat generation of the fuel cell 2, and high output and long life of the secondary batteries 3 </ b> A to 3 </ b> C can be realized. Since the number of stacks of the fuel cell 2 can be reduced, the number of parts and the number of assembly steps can be reduced, and the cost of the system can be reduced.
【0049】又、2次電池3A〜3Cの定格電圧が燃料
電池2の出力電圧よりも高い場合であってもハイブリッ
ドシステムを構成することができ、システム構成の自由
度が高められて燃料電池2の適用範囲が拡大される。Further, even when the rated voltages of the secondary batteries 3A to 3C are higher than the output voltage of the fuel cell 2, a hybrid system can be constructed, and the degree of freedom of the system configuration is increased, so that the fuel cell 2 Is expanded.
【0050】更に、図1に示すDC/DCコンバータ5
に代えて図2に示すスイッチ37を用いることによって
DC/DCコンバータ5等の電力装置が不要となるた
め、システムのコストダウンを図ることができる。Further, the DC / DC converter 5 shown in FIG.
By using the switch 37 shown in FIG. 2 instead of the power supply, a power device such as the DC / DC converter 5 becomes unnecessary, so that the cost of the system can be reduced.
【0051】[0051]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、燃料電池とこれによって充電される複数の2次
電池を備える燃料電池ハイブリッドシステムにおいて、
複数の前記2次電池を直列に接続するとともに、前記燃
料電池と各2次電池との接続を切り替える切替手段と、
各2次電池の充電状態を検出する検出手段及び管理する
管理手段を設け、各2次電池の充電状態に応じて燃料電
池と各2次電池との接続を時分割的に切り替えるように
したため、過剰な電流を防止して燃料電池の発熱を抑
え、2次電池の高出力化と長寿命化を実現することがで
きるとともに、燃料電池へのダメージを抑制することが
でき、更には同じ燃料電池を異なる電圧のシステムに適
用することができるためにハイブリッドシステム構築時
の自由度が高められるという効果が得られる。As is apparent from the above description, according to the present invention, in a fuel cell hybrid system including a fuel cell and a plurality of secondary batteries charged by the fuel cell,
Switching means for connecting a plurality of the secondary batteries in series and switching connection between the fuel cell and each secondary battery;
A detecting means for detecting the state of charge of each secondary battery and a managing means for managing the state of charge are provided, and the connection between the fuel cell and each secondary battery is switched in a time-sharing manner according to the state of charge of each secondary battery. It is possible to prevent excessive current, suppress heat generation of the fuel cell, achieve high output and long life of the secondary battery, suppress damage to the fuel cell, and further reduce the same fuel cell. Can be applied to systems of different voltages, so that the effect of increasing the degree of freedom when constructing a hybrid system is obtained.
【図1】本発明に係る燃料電池ハイブリッドシステムの
全体構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a fuel cell hybrid system according to the present invention.
【図2】本発明に係る燃料電池ハイブリッドシステムの
別形態を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell hybrid system according to the present invention.
【図3】本発明に係る燃料電池ハイブリッドシステムに
おける充電システムの構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a charging system in the fuel cell hybrid system according to the present invention.
【図4】本発明に係る燃料電池ハイブリッドシステムの
切替手段の内部構造を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an internal structure of a switching unit of the fuel cell hybrid system according to the present invention.
【図5】2次電池に対する充電タイミングを示すタイミ
ングチャートである。FIG. 5 is a timing chart showing charging timing for a secondary battery.
【図6】燃料電池の出力特性と2次電池の電流電圧特性
を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing output characteristics of a fuel cell and current-voltage characteristics of a secondary battery.
1 モータ(負荷) 2 燃料電池 3 電池ユニット 3A〜3C 2次電池 4 主コントローラ 5 DC/DCコンバータ 36 切替手段 39 検出手段 40 コントローラ(管理手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor (load) 2 Fuel cell 3 Battery unit 3A-3C Secondary battery 4 Main controller 5 DC / DC converter 36 Switching means 39 Detecting means 40 Controller (Managing means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02J 7/34 H02J 7/34 B Fターム(参考) 5G003 AA05 BA03 CA01 CA11 CB01 FA06 GA01 GB03 5H030 AA01 AA03 AA04 AS08 BB08 BB22 BB26 DD20 FF22 FF43 FF52 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H02J 7/34 H02J 7/34 BF Term (Reference) 5G003 AA05 BA03 CA01 CA11 CB01 FA06 GA01 GB03 5H030 AA01 AA03 AA04 AS08 BB08 BB22 BB26 DD20 FF22 FF43 FF52
Claims (6)
の2次電池を備える燃料電池ハイブリッドシステムにお
いて、 複数の前記2次電池を直列に接続するとともに、前記燃
料電池と各2次電池との接続を切り替える切替手段と、
各2次電池の充電状態を検出する検出手段及び管理する
管理手段を設け、各2次電池の充電状態に応じて燃料電
池と各2次電池との接続を時分割的に切り替えるように
したことを特徴とする燃料電池ハイブリッドシステム。1. A fuel cell hybrid system comprising a fuel cell and a plurality of secondary batteries charged by the fuel cell, wherein a plurality of the secondary batteries are connected in series and a connection between the fuel cell and each of the secondary batteries is provided. Switching means for switching between
Detecting means for detecting the state of charge of each secondary battery and management means for managing the state of charge are provided, and the connection between the fuel cell and each secondary battery is switched in a time-sharing manner according to the state of charge of each secondary battery. A fuel cell hybrid system comprising:
前記2次電池の各電圧の和よりも低く設定したことを特
徴とする請求項1記載の燃料電池ハイブリッドシステ
ム。2. The fuel cell hybrid system according to claim 1, wherein a voltage of said fuel cell is set lower than a sum of respective voltages of said secondary batteries connected in series.
間の比率を変えるようにしたことを特徴とする請求項1
記載の燃料電池ハイブリッドシステム。3. A charge time ratio according to a charge amount of each of said secondary batteries.
A fuel cell hybrid system as described.
れた2次電池については充電処理をスキップするように
したことを特徴とする請求項1記載の燃料電池ハイブリ
ッドシステム。4. The fuel cell hybrid system according to claim 1, wherein a charging process is skipped for a secondary battery determined to be unnecessary for charging by the management unit.
の管理は、各2次電池に内蔵されたコントローラが主コ
ントローラに情報を伝送することによって行われるよう
にしたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池ハイブ
リッドシステム。5. The management of the state of charge of a secondary battery by the management means is performed by a controller built in each secondary battery transmitting information to a main controller. 2. The fuel cell hybrid system according to 1.
及び温度を検出するセンサで構成したことを特徴とする
請求項1記載の燃料電池ハイブリッドシステム。6. The fuel cell hybrid system according to claim 1, wherein said detecting means comprises a sensor for detecting current, voltage and temperature of the secondary battery.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001010597A JP2002216783A (en) | 2001-01-18 | 2001-01-18 | Fuel cell hybrid system |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001010597A JP2002216783A (en) | 2001-01-18 | 2001-01-18 | Fuel cell hybrid system |
Publications (1)
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---|---|
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Country | Link |
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JP (1) | JP2002216783A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008029862A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system amd mobile body |
JP2017118813A (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Battery control method, battery control device, and battery pack |
CN113595120A (en) * | 2021-07-30 | 2021-11-02 | 杭州蓝力电动科技有限公司 | Novel power supply control method and system |
-
2001
- 2001-01-18 JP JP2001010597A patent/JP2002216783A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2008029862A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system amd mobile body |
US8088522B2 (en) | 2006-09-01 | 2012-01-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and mobile body |
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