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JP2020068051A - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 Download PDF

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JP2020068051A JP2018197933A JP2018197933A JP2020068051A JP 2020068051 A JP2020068051 A JP 2020068051A JP 2018197933 A JP2018197933 A JP 2018197933A JP 2018197933 A JP2018197933 A JP 2018197933A JP 2020068051 A JP2020068051 A JP 2020068051A
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良次 酒井
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Akihiro Matsui
旭紘 松井
邦明 尾島
Kuniaki Oshima
邦明 尾島
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Abstract

【課題】暖機性能の向上、並びに駆動力要求に対応した電力の生成を実現して、駆動力を制限する頻度の低下を図ることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供する。【解決手段】ＦＣ制御部６０は、少なくともバッテリ４０のＳＯＣと予め設定された閾値Ｓｔｈとの高低、並びにバッテリ温度Ｔｂと予め設定された閾温度Ｔｔｈとの高低に基づいて、ＦＣユニット２０の電力をバッテリ４０及びバッテリヒータ４３のいずれか一方又は両方に選択的に供給する。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
特許文献１は、燃料電池システムにおいて、二次電池を暖機する場合において、燃料電池スタックの発電性能と耐久性とを確保しつつ、二次電池を所定の温度に早く昇温させることを目的としている（［００１０］、要約）。当該目的を達成するため、特許文献１記載の燃料電池システムは、制御部により、燃料電池スタックの発電電力を補機及び二次電池に供給するように電力分配部を制御する第１処理と、燃料電池スタックの発電電力及び二次電池の放電電力を補機に供給するように電力分配部を制御する第２処理とを繰り返す。制御部は、第２処理を行う際に、酸化ガス供給流路から分岐させたバイパス流路に設けた流量制御弁を制御することにより、エアコンプレッサから吐出された空気の一部を、燃料電池スタックの内部を通過させることなくバイパス流路を介して外部に排出する。
特開２００８−１０３２２８号公報
しかしながら、従来の燃料電池システムでは、単に、駆動力要求に沿って発電した場合、燃料電池の暖機に時間がかかるという問題がある。反対に、燃料電池の暖機制御を優先した場合、駆動力要求に対する電力が不足するおそれがあった。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、暖機性能の向上、並びに駆動力要求に対応した電力の生成を実現して、駆動力を制限する頻度の低下を図ることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係る燃料電池システムは、負荷と、前記負荷に接続され、前記負荷に選択的に電力を供給する燃料電池と、前記負荷に接続され、前記負荷に選択的に電力を供給するバッテリと、前記バッテリに熱を供給するバッテリヒータと、少なくとも前記燃料電池の暖機制御を行う電力制御部と、を有し、前記電力制御部は、少なくともバッテリのＳＯＣと予め設定された閾値との高低、並びにバッテリ温度と予め設定された閾温度との高低に基づいて、前記燃料電池の電力を前記バッテリ及び前記バッテリヒータのいずれか一方又は両方に選択的に供給する。
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、負荷と、前記負荷に接続され、前記負荷に選択的に電力を供給する燃料電池と、前記負荷に接続され、前記負荷に選択的に電力を供給するバッテリと、前記バッテリに熱を供給するバッテリヒータと、少なくとも前記燃料電池の暖機制御を行う電力制御部と、を有する燃料電池システムの制御方法において、少なくともバッテリのＳＯＣと予め設定された閾値との高低、並びにバッテリ温度と予め設定された閾温度との高低に基づいて、前記燃料電池の電力を前記バッテリ及び前記バッテリヒータのいずれか一方又は両方に選択的に供給する。
本発明によれば、暖機性能の向上並びに駆動力要求に対応した電力の生成を実現して、駆動力を制限する頻度の低下を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略全体構成図である。 実施形態のＦＣユニットの概略全体構成図である。 図３Ａは通常運転での暖機制御に必要な発熱量の関係を示す説明図であり、図３Ｂは暖機性能を高めたい場合での暖機制御に必要な発熱量の関係を示す説明図である。 バッテリ温度の高低とバッテリのＳＯＣの高低による場合分けの一例を示す表である。 ＦＣ制御部での処理動作を示すフローチャートである。 ケース１での各パラメータの動きを示すタイムチャートである。 ケース２での各パラメータの動きを示すタイムチャートである。 ケース３での各パラメータの動きを示すタイムチャートである。 ケース４での各パラメータの動きを示すタイムチャートである。
以下、本発明について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係る燃料電池システム１０（以下、「ＦＣシステム１０」と記す）を図１〜図９を参照しながら説明する。
先ず、図１に示すように、ＦＣシステム１０に適用される燃料電池車両１２（以下、単に「車両１２」と記す）は、ＦＣシステム１０に加え、走行モータ１４（以下「モータ１４」という。）と、インバータ１６とを有する。
ＦＣシステム１０は、燃料電池ユニット２０（以下「ＦＣユニット２０」という。）と、バッテリユニット２２と、パワートレイン用の電子制御装置（以下「ＰＴＥＣＵ２４」と記す）と、ＦＣユニット用の電子制御装置（以下「ＦＣＥＣＵ２６」という。）とを有する。
本実施の形態のモータ１４は、３相交流ブラシレス式である。モータ１４は、ＦＣユニット２０及びバッテリユニット２２から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション３０を通じて車輪３２を回転させる。また、モータ１４は、回生を行うことで生成した電力（回生電力）をバッテリユニット２２等に出力する。
インバータ１６は、例えば３相フルブリッジ型の構成を有し、直流−交流変換を行う。より具体的には、インバータ１６は、直流を３相の交流に変換してモータ１４に供給する一方、回生動作に伴う交流−直流変換後の直流をバッテリユニット２２のバッテリコンバータ４２を通じて高電圧バッテリ４０（以下「バッテリ４０」ともいう。）等に供給する。なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷４１という。
図１に示すように、バッテリユニット２２は、バッテリ４０と、バッテリコンバータ４２と、バッテリヒータ４３とを有する。バッテリ４０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池等を利用することができる。バッテリ４０の代わりに、キャパシタ等の蓄電装置を用いてもよい。
バッテリコンバータ４２は、昇圧チョッパ型の電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）である。すなわち、バッテリコンバータ４２は、バッテリ４０の出力電圧（バッテリ電圧）を昇圧して又は直結状態でインバータ１６に供給する。また、バッテリコンバータ４２は、モータ１４の回生電圧又はＦＣ電圧を直結状態でバッテリ４０に供給することが可能である。
ＰＴＥＣＵ２４は、第１演算部５０ａ、第１記憶部５２ａ及び第１入出力部５４ａを有する。第１演算部５０ａは、パワートレイン制御部（ＰＴ制御部５６）を有する。すなわち、ＰＴＥＣＵ２４は、第１記憶部５２ａに記憶されたプログラムを実行することで、ＰＴ制御部５６として機能する。ＰＴ制御部５６は、第１入出力部５４ａ及び通信線５８を介して、モータ１４、インバータ１６、バッテリユニット２２を制御する。
ＦＣＥＣＵ２６は、第２演算部５０ｂ、第２記憶部５２ｂ及び第２入出力部５４ｂを有する。第２演算部５０ｂは、燃料電池制御部（ＦＣ制御部６０）を有する。すなわち、ＦＣＥＣＵ２６は、第２記憶部５２ｂに記憶されたプログラムを実行することで、ＦＣ制御部６０として機能する。ＦＣ制御部６０は、第２入出力部５４ｂ及び通信線５８を介して、ＦＣユニット２０を制御する。
各種センサとしては、開度センサ７０及びモータ回転数センサ７２が含まれる。開度センサ７０は、アクセルペダル７４の開度θｐを検出する。モータ回転数センサ７２は、モータ１４の回転数（「モータ回転数Ｎｍｏｔ」）を検出する。また、各種センサとしては、バッテリ４０のＳＯＣを検出するＳＯＣセンサ８０と、バッテリ４０の温度を検知する温度センサ８２とを有する。
ＦＣユニット２０は、図２に示すように、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタック（以下、「ＦＣスタック１００」と記す）と、ＦＣユニット２０から流出したカソード排ガスを車両外部へと排出する排気管１０２とを備える。
ＦＣユニット２０は、さらに、ＦＣスタック１００に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する燃料ガス供給装置１０４と、ＦＣスタック１００に酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス供給装置１０６と備える。図示は省略するが、燃料電池システム１０はさらに、ＦＣスタック１００に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置を備える。
ＦＣスタック１００を構成する各発電セルは、電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）の両面にそれぞれアノード電極及びカソード電極が配置されて構成された電解質膜・電極構造体と、この電解質膜・電極構造体を両側から挟持する一対のセパレータとを有する。
燃料ガス供給装置１０４は、高圧の燃料ガス（高圧水素）を貯留する燃料ガスタンク１０７と、燃料ガスをＦＣスタック１００へと導く燃料ガス供給ライン１０８と、燃料ガス供給ライン１０８に設けられたインジェクタ１１０と、インジェクタ１１０よりも下流側に設けられたエジェクタ１１２とを有する。燃料ガス供給ライン１０８は、ＦＣスタック１００の燃料ガス入口１１４ａに接続されている。インジェクタ１１０とエジェクタ１１２とにより燃料ガス噴射装置が構成されている。
ＦＣスタック１００の燃料ガス出口１１４ｂには、燃料ガス排出ライン１１６が接続されている。燃料ガス排出ライン１１６は、ＦＣスタック１００のアノードで少なくとも一部が使用された燃料ガスであるアノード排ガス（燃料オフガス）を、ＦＣスタック１００から導出する。燃料ガス排出ライン１１６には、循環ライン１１８が連結されている。循環ライン１１８は、アノード排ガスをエジェクタ１１２に導く。循環ライン１１８には、水素ポンプ１２０（循環ポンプ）が設けられている。なお、水素ポンプ１２０は設けられなくてもよい。
燃料ガス排出ライン１１６には、気液分離器１２２が設けられる。気液分離器１２２の液体排出口１２４ｂには、接続ライン１２６が接続されている。接続ライン１２６には、ＦＣＥＣＵ２６（図１参照）によって開閉制御される排水バルブ１２８が設けられている。
酸化剤ガス供給装置１０６は、燃料電池スタック１００の酸化剤ガス入口１１４ｃに接続された酸化剤ガス供給ライン１３０と、燃料電池スタック１００の酸化剤ガス出口１１４ｄに接続された酸化剤ガス排出ライン１３２と、燃料電池スタック１００に向けて空気を送給するエアポンプ１３４と、燃料電池スタック１００に供給する空気を加湿する加湿器１３６とを有する。
エアポンプ１３４は、空気を圧縮するコンプレッサ１３４ａと、コンプレッサ１３４ａを回転駆動するモータ１３４ｂと、コンプレッサ１３４ａに連結されたエキスパンダ１３４ｃ（回生機構）とを有する。エアポンプ１３４は、ＦＣＥＣＵ２６により制御される。コンプレッサ１３４ａは、酸化剤ガス供給ライン１３０に設けられている。酸化剤ガス供給ライン１３０において、コンプレッサ１３４ａよりも上流側にはエアクリーナ１３８が設けられている。空気は、エアクリーナ１３８を介してコンプレッサ１３４ａに導入される。
エキスパンダ１３４ｃは、酸化剤ガス排出ライン１３２に設けられている。エキスパンダ１３４ｃのインペラは、連結シャフト１３４ｄを介して、コンプレッサ１３４ａのインペラに連結されている。コンプレッサ１３４ａのインペラと、連結シャフト１３４ｄと、エキスパンダ１３４ｃのインペラとは、回転軸を中心に一体に回転する。エキスパンダ１３４ｃのインペラにはカソード排ガスが導入されて、カソード排ガスから流体エネルギを回生する。回生エネルギは、コンプレッサ１３４ａを回転させるための駆動力の一部を賄う。
加湿器１３６は、水分が透過可能な多数の中空糸膜を有し、中空糸膜によって、ＦＣスタック１００に向かう空気と、ＦＣスタック１００から排出された多湿のカソード排ガスとの間で水分交換させて、ＦＣスタック１００に向かう空気を加湿する。
酸化剤ガス供給ライン１３０において、加湿器１３６とＦＣスタック１００の酸化剤ガス入口１１４ｃとの間に、気液分離器１４０が設けられている。気液分離器１４０に接続ライン１２６が接続されている。気液分離器１４０の液体排出口１４０ａにはドレイン管１４２の一端が接続されている。ドレイン管１４２の他端は排気管１０２に接続されている。ドレイン管１４２にはオリフィス１４４が設けられている。なお、気液分離器１４０は設けられなくてもよい。気液分離器１４０が設けられない場合、接続ライン１２６は酸化剤ガス供給ライン１３０に直接接続されてもよい。
排気管１０２はエキスパンダ１３４ｃの出口１３４ｅに接続されている。排気管１０２は、エキスパンダ１３４ｃの出口１３４ｅから延出し、車体底部に沿って、車体後部まで延在している。
次に、上記のように構成された燃料電池システム１０の作用を説明する。
燃料電池システム１０は、通常運転時において、以下のように動作する。図２において、燃料ガス供給装置１０４では、燃料ガスタンク１０７から燃料ガス供給ライン１０８に燃料ガスが供給される。このとき、燃料ガスは、インジェクタ１１０によりエジェクタ１１２に向けて噴射され、エジェクタ１１２を介して、燃料ガス入口１１４ａからＦＣスタック１００内の燃料ガス流路へと導入され、アノードに供給される。
一方、酸化剤ガス供給装置１０６では、エアポンプ１３４（コンプレッサ１３４ａ）の回転作用下に、酸化剤ガス供給ライン１３０に酸化剤ガスである空気が送られる。空気は、加湿器１３６にて加湿された後、酸化剤ガス入口１１４ｃからＦＣスタック１００内の酸化剤ガス流路に導入され、カソードに供給される。各発電セルでは、アノードに供給される燃料ガスと、カソードに供給される空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
アノードで消費されなかった燃料ガスは、アノード排ガスとして燃料ガス出口１１４ｂから燃料ガス排出ライン１１６に排出される。気液分離器１２２にはアノード排ガスと共に、アノードから排出された液水が導入される。アノード排ガスは気液分離器１２２にて液水から分離され、気液分離器１２２の気体排出口１２４ａを介して循環ライン１１８へ流入する。気液分離器１２２内の液量は、ＦＣＥＣＵ２６の指示に基づく排水バルブ１２８の開閉により調整される。なお、ＦＣスタック１００の運転停止時に排水バルブ１２８は開弁され、気液分離器１２２内の液水は、重力により、接続ライン１２６を介して、酸化剤ガス供給ライン１３０に設けられた気液分離器１４０へ排出される。液水は、気液分離器１４０からドレイン管１４２及び排気管１０２を介して車外へと排出される。
アノード排ガスは、燃料ガス排出ライン１１６から循環ライン１１８を介してエジェクタ１１２に導入される。エジェクタ１１２に導入されたアノード排ガスは、インジェクタ１１０により噴射された燃料ガスと混合されて、ＦＣスタック１００へと供給される。
ＦＣスタック１００の酸化剤ガス出口１１４ｄからは、カソードで消費されなかった酸素を含む多湿のカソード排ガスと、カソードでの反応生成物である水とが、酸化剤ガス排出ライン１３２へと排出される。カソード排ガスは、加湿器１３６にて、ＦＣスタック１００へと向かう空気と水分交換を行った後、エアポンプ１３４のエキスパンダ１３４ｃに導入される。エキスパンダ１３４ｃでは、カソード排ガスからエネルギ回収（回生）を行い、回生エネルギがコンプレッサ１３４ａの駆動力の一部となる。カソード排ガス及び水は、エキスパンダ１３４ｃから排気管１０２へと排出され、排気管１０２を介して車外へと放出される。
燃料電池システム１０の運転開始時に、ＦＣＥＣＵ２６が温度に基づきＦＣスタック１００の暖機が必要と判断した場合には、通常運転に先行して暖機運転を行う。暖機運転では、ＦＣＥＣＵ２６の指示により、気液分離器１２２に接続された接続ライン１２６に設けられた排水バルブ１２８が開けられる。そして、通常運転と同様に、燃料ガス供給装置１０４によりＦＣスタック１００のアノードに燃料ガスが供給されると共に、酸化剤ガス供給装置１０６によりＦＣスタック１００のカソードに酸化剤ガスが供給されて、発電が行われる。
排水バルブ１２８は開弁しているため、接続ライン１２６を介して燃料ガスが酸化剤ガス供給ライン１３０に導入される。従って、ＦＣスタック１００のカソードには、酸化剤ガスと共に燃料ガスも供給される。その結果、酸化剤ガスと燃料ガスとにより、カソード触媒で発熱反応（触媒燃焼）が生じる。この発熱反応に伴う熱と上記の発電反応に伴う熱とによって、ＦＣスタック１００が迅速に加熱される。そして、暖機完了温度に到達したと判断された場合には、排水バルブ１２８が閉じられて、上述した通常運転に移行する。
上述の通常運転では、例えば図３Ａに示すように、必要発熱量から駆動力要求に基づく発電時の損失分を差し引いた発熱量が、暖機制御で必要な発熱量となるように制御する。すなわち、駆動力要求に基づく発電時の損失分と暖機制御で必要な発熱量とを加算した熱量が必要発熱量となる。
また、暖機性能を高めたい場合は、図３Ｂに示すように、必要発熱量から合計損失分（駆動力要求に基づく発電時の損失分＋暖機性能向上のための追加発電損失分）を差し引いた発熱量が、暖機制御で必要な発熱量となるように制御する。すなわち、上記合計損失分と暖機制御で必要な発熱量とを加算した熱量が必要発熱量となる。
そして、本実施の形態に係るＦＣ制御部６０（電力制御部）は、少なくともバッテリ４０のＳＯＣと予め設定された閾値との高低、並びにバッテリ温度と予め設定された閾温度との高低に基づいて、燃料電池の電力をバッテリ４０及びバッテリヒータ４３のいずれか一方又は両方に選択的に供給する。また、ＦＣ制御部６０は、ＳＯＣセンサ８０からの検知信号に基づいてバッテリ４０のＳＯＣを取得し、温度センサ８２からの検知信号に基づいてバッテリ温度を取得する。
具体的に、ＦＣ制御部６０のいくつかの処理動作を図４の表、図５のフローチャート及び図６〜図９のタイムチャートを参照しながら説明する。
先ず、図５のステップＳ１において、ＦＣ制御部６０は、ＳＯＣセンサ８０からバッテリ４０のＳＯＣを取得する。ステップＳ２において、ＦＣ制御部６０は、温度センサ８２からバッテリ温度Ｔｂを取得する。
ステップＳ３において、ＦＣ制御部６０は、バッテリ４０のＳＯＣと予め設定した閾値Ｓｔｈとを比較し、バッテリ温度Ｔｂと予め設定した閾温度Ｔｔｈとを比較する。
比較の結果、バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも高く、且つ、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより高い場合（図４のケース１参照）は、ステップＳ４に進み、ＦＣ制御部６０は、ＦＣユニット２０の発電量が最低になるように、暖機制御を行う。
すなわち、図６（ケース１）に示すように、時点ｔ１でモータ１４に対する駆動力要求があった段階で、ＦＣ制御部６０は、ＣＣＨ（暖機）フラグをオンにして、ＦＣユニット２０の発電量が最低になるように、暖機制御を行う。
このステップＳ４では、基本的に、駆動力要求電力をバッテリ４０から取り出し、バッテリ４０の電力が不足する場合は、不足分の電力をＦＣユニット２０の発電電力で補う。また、バッテリヒータ４３への供給電力は、バッテリ４０の温度が高いため、０ｋＷである。
バッテリ４０のＳＯＣは、バッテリ４０からの電力で駆動力要求を賄っているため、時間の経過に従って減少する傾向となる。なお、このケース１では、バッテリ４０は高い温度を保つ。
一方、図５の上記ステップＳ３での比較において、バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも低く、且つ、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより高い場合（ケース２）は、ステップＳ５に進み、電力制御部６０は、暖機制御のための電力に加えて、バッテリ４０に充電できる範囲で追加発電を行う。
すなわち、図７に示すように、時点ｔ２でモータ１４に対する駆動力要求があった段階で、ＦＣ制御部６０は、ＣＣＨ（暖機）フラグをオンにして、ＦＣユニット２０において、暖機制御を開始し、さらに、暖機制御と共に実施される追加発電による余剰電力をバッテリ４０に供給して、バッテリ４０の充電を実施する。バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも低いことから、バッテリ４０からの電力で駆動力要求を賄うことはしない。
なお、バッテリヒータ４３への供給電力は、バッテリ４０の温度が高いため、０ｋＷである。バッテリ４０のＳＯＣは、ＦＣユニット２０からの余剰電力をバッテリ４０に充電するため、上昇する。
他方、図５の上記ステップＳ３において、バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも高く、且つ、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより低い場合（ケース３）は、ステップＳ６に進み、ＦＣ制御部６０は、暖機制御のための電力に加えて、少なくともバッテリヒータ４３に通電できる範囲で追加発電を行う。
このケース３では、基本的に、バッテリ４０に対する充放電は行わない。駆動力要求電力が大きい場合や、バッテリヒータ４３への電力が足りない場合は、バッテリ４０の電力で補う。
すなわち、図８に示すように、時点ｔ３１でモータ１４に対する駆動力要求があった段階で、ＦＣ制御部６０は、ＣＣＨ（暖機）フラグをオンにして、ＦＣユニット２０において、暖機制御を開始し、その後、時点ｔ３２において、追加発電による余剰電力をバッテリヒータ４３に供給して、バッテリ４０の温度を上昇させる。
なお、このケース３では、バッテリ４０のＳＯＣが高いため、上述したように、基本的にバッテリ４０への充電はできない。
図５の上記ステップＳ３において、バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも低く、且つ、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより低い場合（ケース４）は、ステップＳ７に進み、ＦＣ制御部６０は、暖機制御のための電力に加えて、バッテリヒータ４３に通電できる範囲で追加発電を行う。さらに、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈを越えた時点から、バッテリ４０に充電できる範囲で追加発電を行う。
すなわち、図９に示すように、時点ｔ４１でモータ１４に対する駆動力要求があった段階で、ＦＣ制御部６０は、ＣＣＨ（暖機）フラグをオンにし、ＦＣユニット２０において暖機制御を開始する。その後、時点ｔ４２において、追加発電による余剰電力をバッテリヒータ４３に供給して、バッテリ４０の温度を上昇させる。このケース４では、基本的に、バッテリ４０に対する充放電は行わないが、バッテリ温度Ｔｂが、閾温度Ｔｔｈを超えた時点ｔ４３からバッテリ４０に対する充電が実施される。
そして、バッテリ温度Ｔｂが、閾温度Ｔｔｈを超えた時点ｔ４３から、上述したように、バッテリ４０に対する充電が実施され、これに伴って、バッテリのＳＯＣが上昇する。
［実施の形態から得られる発明］
上述の実施の形態から把握しうる発明について、以下に記載する。
本実施の形態に係るＦＣシステム１０は、負荷（モータ１４等）と、負荷に接続され、負荷に選択的に電力を供給するＦＣユニット２０と、負荷に接続され、負荷に選択的に電力を供給するバッテリ４０と、バッテリ４０に熱を供給するバッテリヒータ４３と、少なくともＦＣユニット２０の暖機制御を行うＦＣ制御部６０と、を有し、ＦＣ制御部６０は、少なくともバッテリ４０のＳＯＣと予め設定された閾値Ｓｔｈとの高低、並びにバッテリ温度Ｔｂと予め設定された閾温度Ｔｔｈとの高低に基づいて、ＦＣユニット２０の電力をバッテリ４０及びバッテリヒータ４３のいずれか一方又は両方に選択的に供給する。
従来、単に駆動力要求に沿って発電した場合、ＦＣの暖機に時間がかかる。反対に、暖機制御を優先すると、駆動力要求に対する電力が不足するおそれがある。本実施の形態では、少なくともバッテリ４０のＳＯＣと予め設定された閾値Ｓｔｈとの高低、並びにバッテリ温度Ｔｂと予め設定された閾温度Ｔｔｈとの高低に基づいて、燃料電池の電力をバッテリ４０及びバッテリヒータ４３のいずれか一方又は両方に選択的に供給するようにしたので、暖機性能の向上並びに駆動力要求に対応した電力の生成を実現して、駆動力を制限する頻度の低下を図ることができる。
本実施の形態に係るＦＣシステムにおいて、ＦＣ制御部６０は、少なくともバッテリ４０のＳＯＣと閾値Ｓｔｈとの高低、並びにバッテリ温度Ｔｂと閾温度Ｔｔｈとの高低に基づいて、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリ４０及びバッテリヒータ４３のいずれか一方又は両方に選択的に供給する。
これにより、駆動力要求に対してバッテリ４０の電力が低下している場合は、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリ４０に供給（充電）する。バッテリ温度Ｔｂが低下している場合は、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリヒータ４３に供給して、バッテリ温度Ｔｂを上げる。これにより、ＦＣユニット２０での余剰電力をバッテリ４０の充電やバッテリヒータ４３への電力供給に有効利用することができ、暖機性能の向上並びに駆動力要求に対応した電力の生成を実現することができる。
本実施の形態において、ＦＣ制御部６０は、バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも低く、且つ、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより高い場合に、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリ４０に供給する。
これにより、バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも低く、且つ、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより高い場合に、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリ４０に供給することで、ＦＣユニット２０での余剰電力をバッテリ４０の充電に有効利用することができ、暖機性能の向上並びに駆動力要求に対応した電力の生成を実現することができる。
本実施の形態において、ＦＣ制御部６０は、バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも高く、且つ、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより低い場合に、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリヒータ４３に供給する。
バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも高く、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより低い場合に、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリヒータ４３に供給することで、ＦＣユニット２０での余剰電力をバッテリヒータ４３への電力供給に有効利用することができ、暖機性能の向上並びに駆動力要求に対応した電力の生成を実現することができる。
本実施の形態において、ＦＣ制御部６０は、バッテリ４０のＳＯＣが閾値Ｓｔｈよりも低く、且つ、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈより低い場合に、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリヒータ４３に供給し、バッテリ温度Ｔｂが閾温度Ｔｔｈに達した後、ＦＣユニット２０の余剰電力をバッテリ４０に供給する。
ＦＣユニット２０での余剰電力をバッテリ４０の充電やバッテリヒータ４３への電力供給に有効利用することができ、暖機性能の向上並びに駆動力要求に対応した電力の生成を実現することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
１０…ＦＣシステム １２…車両
１４…走行モータ ２０…ＦＣユニット
２２…バッテリユニット ２４…ＰＴＥＣＵ
２６…ＦＣＥＣＵ ４０…高電圧バッテリ（バッテリ）
５０ａ…第１演算部 ５０ｂ…第２演算部
５２ａ…第１記憶部 ５２ｂ…第２記憶部
５４ａ…第１入出力部 ５４ｂ…第２入出力部
５６…ＰＴ制御部 ６０…ＦＣ制御部
８０…ＳＯＣセンサ ８２…温度センサ
１００…ＦＣスタック

Claims (10)

  1. 負荷と、
    前記負荷に接続され、前記負荷に選択的に電力を供給する燃料電池と、
    前記負荷に接続され、前記負荷に選択的に電力を供給するバッテリと、
    前記バッテリに熱を供給するバッテリヒータと、
    少なくとも前記燃料電池の暖機制御を行う電力制御部と、を有し、
    前記電力制御部は、少なくともバッテリのＳＯＣと予め設定された閾値との高低、並びにバッテリ温度と予め設定された閾温度との高低に基づいて、前記燃料電池の電力を前記バッテリ及び前記バッテリヒータのいずれか一方又は両方に選択的に供給する、燃料電池システム。
  2. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
    前記電力制御部は、少なくともバッテリのＳＯＣと前記閾値との高低、並びにバッテリ温度と前記閾温度との高低に基づいて、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリ及び前記バッテリヒータのいずれか一方又は両方に選択的に供給する、燃料電池システム。
  3. 請求項２記載の燃料電池システムにおいて、
    前記電力制御部は、前記バッテリのＳＯＣが前記閾値よりも低く、且つ、バッテリ温度が前記閾温度より高い場合に、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリに供給する、燃料電池システム。
  4. 請求項２記載の燃料電池システムにおいて、
    前記電力制御部は、前記バッテリのＳＯＣが前記閾値よりも高く、且つ、バッテリ温度が前記閾温度より低い場合に、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリヒータに供給する、燃料電池システム。
  5. 請求項２記載の燃料電池システムにおいて、
    前記電力制御部は、前記バッテリのＳＯＣが前記閾値よりも低く、且つ、バッテリ温度が前記閾温度より低い場合に、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリヒータに供給し、前記バッテリ温度が前記閾温度に達した後、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリに供給する、燃料電池システム。
  6. 負荷と、
    前記負荷に接続され、前記負荷に選択的に電力を供給する燃料電池と、
    前記負荷に接続され、前記負荷に選択的に電力を供給するバッテリと、
    前記バッテリに熱を供給するバッテリヒータと、
    少なくとも前記燃料電池の暖機制御を行う電力制御部と、を有する燃料電池システムの制御方法において、
    少なくともバッテリのＳＯＣと予め設定された閾値との高低、並びにバッテリ温度と予め設定された閾温度との高低に基づいて、前記燃料電池の電力を前記バッテリ及び前記バッテリヒータのいずれか一方又は両方に選択的に供給する、燃料電池システムの制御方法。
  7. 請求項６記載の燃料電池システムの制御方法において、
    少なくともバッテリのＳＯＣと前記閾値との高低、並びにバッテリ温度と前記閾温度との高低に基づいて、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリ及び前記バッテリヒータのいずれか一方又は両方に選択的に供給する、燃料電池システムの制御方法。
  8. 請求項７記載の燃料電池システムの制御方法において、
    前記バッテリのＳＯＣが前記閾値よりも低く、且つ、バッテリ温度が前記閾温度より高い場合に、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリに供給する、燃料電池システムの制御方法。
  9. 請求項７記載の燃料電池システムの制御方法において、
    前記バッテリのＳＯＣが前記閾値よりも高く、且つ、バッテリ温度が前記閾温度より低い場合に、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリヒータに供給する、燃料電池システムの制御方法。
  10. 請求項７記載の燃料電池システムの制御方法において、
    前記電力制御部は、前記バッテリのＳＯＣが前記閾値よりも低く、且つ、バッテリ温度が前記閾温度より低い場合に、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリヒータに供給し、前記バッテリ温度が前記閾温度に達した後、前記燃料電池の余剰電力を前記バッテリに供給する、燃料電池システムの制御方法。
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