[go: up one dir, main page]

WO2017104256A1 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
WO2017104256A1
WO2017104256A1 PCT/JP2016/081132 JP2016081132W WO2017104256A1 WO 2017104256 A1 WO2017104256 A1 WO 2017104256A1 JP 2016081132 W JP2016081132 W JP 2016081132W WO 2017104256 A1 WO2017104256 A1 WO 2017104256A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
converter
battery
power supply
cell system
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/081132
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木　健太
光徳 熊田
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to JP2017556391A priority Critical patent/JP6508360B2/ja
Priority to CN201680074033.8A priority patent/CN108432012B/zh
Priority to CA3008117A priority patent/CA3008117C/en
Priority to BR112018011983-0A priority patent/BR112018011983B1/pt
Priority to EP16875241.8A priority patent/EP3392942B1/en
Priority to US16/061,433 priority patent/US11465505B2/en
Publication of WO2017104256A1 publication Critical patent/WO2017104256A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66—Arrangements of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/71—Arrangement of fuel cells within vehicles specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/04873—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • Japanese Patent Laying-Open No. 2014-68490 discloses a configuration in which a fuel cell is connected to a line connecting a motor driving battery and a driving motor, and a low voltage battery is connected to the line via a voltage converter. Is used as a power supply source of the vehicle control device. Further, it has been proposed to use a solid oxide fuel cell having higher conversion efficiency than a conventional solid polymer fuel cell as a vehicle fuel cell.
  • an auxiliary machine is required to drive the solid oxide fuel cell.
  • power cannot be generated during start-up control and stop control of the fuel cell, it is necessary to supply auxiliary power from the outside.
  • the structure which connects the said auxiliary machine to the above-mentioned voltage converter can be considered, the burden with respect to a voltage converter increases.
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of autonomous operation of a fuel cell while reducing a burden on a voltage converter electrically connected to a motor driving battery.
  • the fuel cell system is a fuel cell system in which a fuel cell is connected to a motor driving battery and a vehicle auxiliary machine is connected via a first voltage converter, wherein the first voltage is A fuel cell auxiliary device connected to the converter; and a second voltage converter for connecting the fuel cell auxiliary device and the fuel cell.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of the fuel cell system of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a start-up control procedure of the fuel cell system according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a stop control procedure of the fuel cell system according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the low-speed charge control of the fuel cell system of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of quick charge control of the fuel cell system of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of external device connection control during normal power generation of the fuel cell system of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of external device connection control when the vehicle of the fuel cell system of this embodiment is stopped.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a fuel cell system 10 in the present embodiment.
  • the fuel cell system 10 of this embodiment is entirely controlled by the control unit 84.
  • a fuel cell stack 52 (fuel cell) or the like is connected via a connection line 50 to a power supply line 12 (eg, 360 V) that connects the motor drive battery 14 and the drive motor 26 (motor drive inverter 24).
  • a fuel cell auxiliary device 80 and the like are connected to a low voltage line 72 (for example, 12 V) connecting the DC-DC converter 30 (first voltage converter) connected to the power supply line 12 and the auxiliary battery 74.
  • the connection line 50 and the low voltage line 72 are connected by a DC-DC converter 82 (second voltage converter).
  • the power supply line 12 includes a motor drive battery 14, a motor drive inverter 24 (drive motor 26), a DC-DC converter 30, a low speed charge terminal 32, a quick charge terminal 36, an external connection terminal 40, an IR sensor 46, an air conditioner.
  • An inverter 48 is connected.
  • the connection line 50 includes a DC-DC converter 56 (fuel cell stack 52), a DC-DC converter 58 (compressor 60, a compressor battery 62), a switch 66A (switching switch), a switch 66B, a resistance element 70, and a switch 66C.
  • a charging circuit 68 composed of a series circuit and a DC-DC converter 82 are connected.
  • the low voltage line 72 is connected to the DC-DC converter 30, the auxiliary battery 74, the vehicle auxiliary machine 78, the fuel cell auxiliary machine 80, and the DC-DC converter 82.
  • the motor drive battery 14 is connected to the main power supply 16 (for example, 360 V) connected to the power supply line 12, the switch 22 ⁇ / b> C connected to the positive pole side of the main power supply 16, and the negative pole side of the main power supply 16. And a switch 22D.
  • One of the switches 22 ⁇ / b> C is connected to the positive pole side of the main power supply 16, and the other is connected to the positive pole side of the power supply line 12.
  • One of the switches 22 ⁇ / b> D is connected to the negative pole side of the main power supply 16, and the other is connected to the negative pole side of the power supply line 12.
  • a charging circuit 18A which is a series circuit of a resistance element 20A and a switch 22A, is connected in parallel with the switch 22C.
  • a charging circuit 18B which is a series circuit of a resistance element 20B and a switch 22B, is connected to the power supply line 12 side of the switch 22C and the power supply line 12 side of the switch 22D.
  • the charging circuits 18A and 18B are used temporarily when the motor driving battery 14 is connected to the power supply line 12 to charge the capacitor or the like in the motor driving inverter 24. By avoiding the current, damage to the motor drive battery 14 and the motor drive inverter 24 is avoided.
  • the motor driving inverter 24 is connected to the power supply line 12 (positive electrode side, negative electrode side), and converts the electric power (DC voltage) supplied from the motor driving battery 14 or the fuel cell stack 52 into three-phase AC power. This is converted and supplied to the drive motor 26 to rotate the drive motor 26.
  • the motor drive inverter 24 converts the regenerative power generated by the drive motor 26 when the vehicle is braked into DC voltage power and supplies it to the motor drive battery 14.
  • the motor drive battery 14 is disconnected from the power supply line 12. At this time, since the electric charge is still stored in the capacitor provided in the motor drive inverter 24, However, the power supply line 12 maintains a high voltage. However, in order to prevent leakage, it is necessary to reduce the voltage of the power supply line 12 to a predetermined voltage (for example, 60 V) or less. Therefore, the motor drive inverter 24 is provided with a discharge circuit 28 for discharging the electric charge stored in the capacitor to step down the voltage of the power supply line 12.
  • a predetermined voltage for example, 60 V
  • the DC-DC converter 30 (first voltage conversion circuit) is connected to the power supply line 12 and steps down the DC voltage of the power supply line 12 to supply the low-voltage line 72 with power from a DC low voltage. .
  • the low-speed charging terminal 32 is connected to an external AC power source having an AC voltage such as a household power source to charge the motor driving battery 14.
  • the low-speed charging terminal 32 is connected to the power supply line 12 via a charger 34 that converts an AC voltage into a DC voltage applied to the power supply line 12.
  • a limit switch (not shown) is attached to the low-speed charging terminal 32 and outputs a detection signal to the control unit 84 when the low-speed charging terminal 32 is connected to an external AC power source.
  • the quick charge terminal 36 is connected to an external DC power source such as a stand that is installed in the same manner as a gasoline station, for example, supplies DC voltage, and outputs the DC voltage to the power supply line 12 to rapidly charge the motor drive battery 14. Is.
  • the quick charge terminal 36 is connected to the power supply line 12 through switches 38A and 38B. Further, a limit switch (not shown) is also attached to the quick charge terminal 36, and outputs a detection signal to the control unit 84 when the quick charge terminal 36 is connected to an external DC power source.
  • the external connection terminal 40 is connected to an external device such as a home device, and drives the external device with electric power from the motor driving battery 14 or the fuel cell stack 52.
  • the external connection terminal 40 is connected to the power supply line 12 via an external connection inverter 42 and switches 44A and 44B.
  • a limit switch (not shown) is also attached to the external connection terminal 40, and when the external connection terminal 40 is connected to an external device, the limit switch outputs a detection signal to the control unit 84.
  • the IR sensor 46 is connected to the negative pole side of the power supply line 12 and the vehicle body (not shown), and applies a constant voltage between them to measure the stray capacitance between them.
  • the insulation resistance with respect to the body of the power supply line 12 can be measured from the stray capacitance, and the presence or absence of leakage in the power supply line 21 can be determined from the magnitude.
  • the power supply line 12 is connected to an air conditioner inverter 48 for an air conditioner in the vehicle.
  • the fuel cell stack 52 is a solid oxide fuel cell (SOFC), and is supplied with fuel gas obtained by reforming an electrolyte layer formed of a solid oxide such as ceramic by a reformer. A cell obtained by being sandwiched between an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode) to which air containing oxygen as an oxidizing gas is supplied.
  • the fuel cell stack 52 is connected to the connection line 50 via the DC-DC converter 56.
  • the fuel cell stack 52 is provided with a temperature sensor 54 that measures the temperature in the fuel cell stack 52.
  • the DC-DC converter 56 has an input side connected to the fuel cell stack 52 and an output side (step-up side) connected to the connection line 50.
  • the DC-DC converter 56 boosts the output voltage (for example, 60 V or less) of the fuel cell stack 52 to the voltage of the power supply line 12 and supplies the boosted voltage to the connection line 50.
  • electric power is supplied from the fuel cell stack 52 to the motor drive battery 14 or the drive motor 26 (motor drive inverter 24) via the connection line 50 and the power supply line 12.
  • the DC-DC converter 58 has an input side connected to the connection line 50 and an output side (for example, 42V) connected to the compressor 60.
  • a compressor 60 and a compressor battery 62 are connected in parallel to the step-down side of the DC-DC converter 58.
  • the compressor 60 supplies oxidizing gas (air) or the like to the fuel cell stack 52.
  • the compressor battery 62 is connected to a charge checker 64 that measures the amount of charge.
  • the switch 66A (changeover switch) is provided on the positive pole side of the connection line 50, one connected to the positive pole side of the power supply line 12, and the other connected to the DC-DC converter 56 and the like.
  • the switch 66B is provided on the negative pole side of the connection line 50, one is connected to the negative pole side of the power supply line 12, and the other is connected to the DC-DC converter 56 and the like.
  • the switch 66A and the switch 66B perform switching (OFF) and connection (ON) of the connection line 50.
  • a charging circuit 68 which is a series circuit of a resistance element 70 and a switch 66C, is connected in parallel with the switch 66A on the positive pole side of the connection line 50.
  • the charging circuit 68 is temporarily used when the motor driving battery 14 is connected to the DC-DC converter 56 and the like, and charges a capacitor attached to the DC-DC converter 56 and the like. By avoiding current, damage to the motor drive battery 14 and the DC-DC converter 56 is avoided.
  • the auxiliary battery 74 is a battery having a lower voltage output than the motor driving battery 14.
  • the auxiliary battery 74 is charged by supplying power from the DC-DC converter 30 (first voltage converter) and the DC-DC converter 82 (second voltage converter), and the auxiliary battery 78 for the vehicle and the fuel cell. Electric power is supplied to the auxiliary machine 80.
  • the auxiliary battery 74 is connected to a charge checker 76 for measuring the amount of charge.
  • the vehicular auxiliary machine 78 is, for example, a vehicle illumination system, a car navigation system, or the like, and is a device that operates with low-current power (low power) having a voltage range lower than that of the drive motor 26.
  • the fuel cell auxiliary machine 80 includes, for example, a fuel supply unit (pump, injector) that supplies fuel to the fuel cell stack 52. Further, the fuel cell auxiliary machine 80 includes a valve (not shown) that opens and closes a path through which the fuel gas and the oxidizing gas flow, and diffusion combustion that generates a combustion gas for heating supplied to the fuel cell stack 52 during start-up control. A device (not shown), a circuit (not shown) for applying a reverse bias for anode pole protection to the fuel cell stack 52 during stop control, etc., and a device that operates with low power as described above.
  • a combustion gas is produced by mixing the start-up fuel and air using a diffusion combustor or the like, and the combustion gas is supplied to the fuel cell stack 52 instead of the oxidizing gas. Then, the fuel cell stack 52 is heated to a temperature necessary for power generation.
  • the oxidizing gas is continuously supplied as a cooling gas to lower it to a temperature at which the anode oxidation can be avoided, and then the fuel cell auxiliary device 80 and the compressor 60 are stopped. At that time, in order to prevent the oxidation of the anode, the valve in the anode off-gas path after use is closed to prevent the back flow of oxygen, and the electromotive force opposite to the polarity of the fuel cell stack 52 is applied to the fuel cell. Control to be applied to the stack 52 is performed.
  • the DC-DC converter 82 (second voltage conversion circuit) has an input side connected to the connection line 50 and an output side (step-down side) connected to the low voltage line 72.
  • the voltage of the connection line 50 is stepped down to a low voltage line. Power is supplied to 72.
  • the DC-DC converter 82 is connected to the fuel cell stack 52 side of the connection line 50 with respect to the switches 66A and 66B and the charging circuit 68. Thus, even if the switches 66A and 66B cut off the connection line 50, the DC-DC converter 82 can supply the power from the fuel cell stack 52 to the low voltage line 72.
  • a discharge circuit (not shown) is also attached to the connection line 50 side of the DC-DC converter 56, the DC-DC converter 58, and the DC-DC converter 82.
  • the control unit 84 includes a general-purpose electronic circuit including a microcomputer, a microprocessor, and a CPU and peripheral devices, and executes a process for controlling the fuel cell system 10 by executing a specific program. At that time, the control unit 84 can perform ON / OFF control for driving and stopping each of the above-described components.
  • step S101 the control unit 84 turns on the fuel cell auxiliary device 80 and the compressor 60, and starts the startup control for the fuel cell stack 52.
  • the fuel cell auxiliary machine 80 is driven by the electric power from the auxiliary battery 74
  • the compressor 60 is driven by the electric power from the compressor battery 62.
  • the start-up control of the fuel cell stack 52 is performed until the fuel cell stack 52 reaches a temperature necessary for power generation.
  • step S102 the control unit 84 turns on the switches 22A and 22D to connect the motor drive battery 14 to the power supply line 12 via the charging circuits 18A and 18B.
  • the power supply line 12 and the motor drive inverter are connected. 24, a predetermined voltage (eg, 360 V) is applied to the DC-DC converter 30 and the air conditioner inverter 48.
  • the control unit 84 also applies a voltage to the charging circuit 18B connected to the power supply line 12 with the switch 22B turned ON.
  • step S103 the control unit 84 turns on the switch 22C, then turns off the switch 22A, shuts off the charging circuit 18A, and directly connects the motor drive battery 14 to the power supply line 12. Connecting.
  • the control unit 84 also turns off the switch 22B to shut off the charging circuit 18B.
  • the drive motor 26 can be rotated at an arbitrary rotation speed based on the driver's accelerator operation.
  • step S104 the control unit 84 turns on the DC-DC converter 30 and applies a predetermined voltage (for example, 12V) to the low voltage line 72.
  • a predetermined voltage for example, 12V
  • the vehicular auxiliary machine 78 and the fuel cell auxiliary machine 80 can be driven by receiving power supply from the auxiliary battery 74 and the DC-DC converter 30.
  • the auxiliary battery 74 is charged by the DC-DC converter 30.
  • the control unit 84 turns on the air conditioner inverter 48 so that the in-vehicle air conditioner can be used.
  • step S105 the control unit 84 turns on the switch 66B and the switch 66C, and applies a predetermined voltage to the connection line 50 (DC-DC converter 56, etc.) via the charging circuit 68. Then, after a predetermined time in step S105, in step S106, the control unit 84 turns on the switch 66A, then turns off the switch 66C, interrupts the charging circuit 68, and connects the power supply line 12 and the connection line 50 (DC-DC). Directly connect the converter 56 and the like.
  • step S107 the control unit 84 determines whether or not the fuel cell stack 52 has reached the operating temperature necessary for power generation based on the temperature measured by the temperature sensor 54. After the fuel cell stack 52 reaches the operating temperature, in step S108, the control unit 84 ends the start-up control for the fuel cell stack 52, and supplies the fuel gas (reformed gas) and the oxidizing gas to the fuel cell stack 52. Power is generated by an electrochemical reaction.
  • step S109 the control unit 84 turns on the DC-DC converter 56, the DC-DC converter 58, and the DC-DC converter 82.
  • the fuel cell stack 52 supplies the generated power to the power supply line 12 via the DC-DC converter 56 and to the low voltage line 72 via the DC-DC converter 56 and the DC-DC converter 82. It becomes like this.
  • the fuel cell stack 52 supplies the generated power to the compressor 60 and the compressor battery 62 via the DC-DC converter 56 and the DC-DC converter 58.
  • the start control of the fuel cell system 10 is completed.
  • the drive motor 26 is supplied with electric power from the motor drive battery 14 and the fuel cell stack 52, and is rotated at an arbitrary rotation speed by the driver's accelerator operation.
  • the drive motor 26 generates regenerative power during braking, and this is charged to the motor drive battery 14 via the motor drive inverter 24.
  • the motor drive battery 14 is charged by supplying power from the fuel cell stack 52 when the battery charge becomes equal to or less than a predetermined charge amount.
  • the auxiliary battery 74 is charged by supplying power from the DC-DC converter 30 and the DC-DC converter 82, and supplies electric power to the vehicular auxiliary 78 and the fuel cell auxiliary 80.
  • the vehicular auxiliary machine 78 and the fuel cell auxiliary machine 80 can be driven by power supply from the DC-DC converter 30, the DC-DC converter 82, and the auxiliary battery 74.
  • the compressor 60 is driven by being supplied with electric power from the compressor battery 62 and the DC-DC converter 58, and the compressor battery 62 is charged by being supplied with electric power from the DC-DC converter 58.
  • the control unit 84 controls the DC-DC converter 30 and the DC-DC converter 82 in a coordinated manner.
  • electric power is supplied from the motor driving battery 14 and the fuel cell stack 52 is operating, electric power is supplied from the fuel cell stack 52 to the above-described fuel supply unit (pump, injector).
  • the fuel supply to the fuel cell stack 52 can be maintained while reducing the load on the DC converter 30.
  • step S201 the control unit 84 turns off the switches 22C and 22D to disconnect the motor drive battery 14 from the power supply line 12, turns off the switches 66A and 66B, and connects the connection line 50 to the power supply line 12.
  • step S201 the control unit 84 turns off the switches 22C and 22D to disconnect the motor drive battery 14 from the power supply line 12, turns off the switches 66A and 66B, and connects the connection line 50 to the power supply line 12.
  • Shut off from As a result, the power supply to the motor drive inverter 24 and the DC-DC converter 30 is stopped.
  • the motor drive inverter 24, the DC-DC converter 30, and the air conditioner inverter 48 are turned off.
  • power supply from the DC-DC converter 30 is stopped on the low voltage line 72, but power supply from the fuel cell stack 52 is maintained via the DC-DC converter 82.
  • step S202 the control unit 84 turns on the discharge circuit 28, reduces the voltage of the power supply line 12 to a predetermined voltage (for example, 60 V) or less, and then turns off the discharge circuit 28.
  • a predetermined voltage for example, 60 V
  • the switch 66A and the switch 66B are already OFF, the charges held by the DC-DC converter 56, the DC-DC converter 58, and the DC-DC converter 82 do not flow into the discharge circuit 28.
  • step S203 the control unit 84 performs stop control for the fuel cell stack 52.
  • the stop control as described above, the supply of the fuel gas is stopped to stop the power generation of the fuel cell stack 52 to cool the fuel cell stack 52, or the supply of the fuel gas is minimized to the fuel cell stack.
  • the fuel cell stack 52 may be cooled while generating power that can drive the compressor 60 and the fuel cell auxiliary device 80 and further charge the auxiliary battery 74.
  • the power generated by the fuel cell stack 52 is continuously supplied to the compressor 60 via the DC-DC converter 58, and the fuel cell auxiliary device via the DC-DC converter 82. 80 and further supplied to the auxiliary battery 74.
  • step S204 the control unit 84 determines whether or not the temperature of the fuel cell stack 52 has decreased to a predetermined temperature at which the anode is not oxidized by the temperature measured by the temperature sensor 54.
  • step S205 the control unit 84 determines whether or not the charge amount of the auxiliary battery 74 measured by the charge checker 76 and the charge amount of the compressor battery 62 measured by the charge checker 64 have reached a predetermined amount. To do.
  • step S206 the controller 84 determines that the fuel cell stack 52 has been lowered to a predetermined temperature and that the auxiliary battery 74 and the compressor battery 62 have reached a predetermined charge amount. 80 and the compressor 60 are turned OFF, and the stop control of the fuel cell stack 52 is finished.
  • step S207 the control unit 84 turns off the DC-DC converter 56, the DC-DC converter 58, and the DC-DC converter 82, turns on these discharge circuits (not shown), and sets the connection line 50 to a predetermined value.
  • the voltage is lowered to a voltage (for example, 60 V) or less, and then the discharge circuit is turned off.
  • a voltage for example, 60 V
  • step S203 may be reversed or may be performed simultaneously.
  • step S301 when the low-speed charging terminal 32 is connected to the external AC power source, a limit switch (not shown) outputs a detection signal to the control unit 84.
  • step S302 when the detection signal is input, the control unit 84 turns on the charger 34, the switch 22C, and the switch 22D. Thereby, the power supply line 12 is boosted to a predetermined voltage (for example, 360 V), and the motor drive battery 14 is charged by the power supply of the external AC power supply.
  • the control unit 84 may charge the auxiliary battery 74 by turning on the DC-DC converter 30.
  • step S303 when the detection signal is interrupted, that is, when the low-speed charging terminal 32 is disconnected from the external AC power source, in step S304, the control unit 84 turns off the charger 34, the switch 22C, and the switch 22D. In step S305, the control unit 84 turns on the discharge circuit 28, lowers the power supply line 12 to a predetermined voltage (for example, 60 V) or less, and then turns off the discharge circuit 28.
  • a predetermined voltage for example, 60 V
  • step S401 when the quick charge terminal 36 is connected to an external DC power supply, a limit switch (not shown) outputs a detection signal to the control unit 84.
  • step S402 when the detection signal is input, the control unit 84 turns on the IR sensor 46 and starts measuring the value of the insulation resistance between the power supply line 12 and the body (not shown).
  • step S403 the control unit 84 determines whether or not the above-described insulation resistance is equal to or greater than a predetermined value.
  • step S404 when the above-described insulation resistance is equal to or greater than a predetermined value, the control unit 84 turns on the switches 38A and 38B and the switches 22C and 22D. As a result, the quick charging terminal 36 is connected to the power supply line 12 and the power supply line 12 is boosted to a predetermined voltage (for example, 360 V), and the motor drive battery 14 (and the motor drive inverter 24 and the like) is connected to the external DC power supply. Is charged quickly. At this time, the control unit 84 may turn on the DC-DC converter 30 to charge the auxiliary battery 74. Further, the control unit 84 turns off the IR sensor 46 and ends the measurement of the insulation resistance value.
  • a predetermined voltage for example, 360 V
  • step S405 when the detection signal is interrupted, that is, when the quick charging terminal 36 is disconnected from the external DC power supply, in step S406, the control unit 84 turns off the switches 22C and 22D and the switches 38A and 38B to 12, the motor drive battery 14 and the quick charge terminal 36 are disconnected.
  • step S407 the control unit 84 turns on the discharge circuit 28 to lower the power supply line 12 to a predetermined voltage (for example, 60 V) or less, and then turns off the discharge circuit 28.
  • a predetermined voltage for example, 60 V
  • step S ⁇ b> 501 when the external connection terminal 40 is connected to an external device, a limit switch (not shown) outputs a detection signal to the control unit 84.
  • step S ⁇ b> 502 the control unit 84 turns on the external connection inverter 42 and the switches 44 ⁇ / b> A and 44 ⁇ / b> B, and connects the external connection terminal 40 to the power supply line 12.
  • the external device can be driven by the electric power from the motor driving battery 14 or the fuel cell stack 52.
  • step S503 when the detection signal is interrupted, that is, when the external connection terminal 40 is disconnected from the external device, in step S504, the control unit 84 turns off the external connection inverter 42 and the switches 44A and 44B and turns off the external connection terminal 40. Shut off from the power supply line 12.
  • the control unit 84 turns off the external connection inverter 42 and the switches 44A and 44B and turns off the external connection terminal 40. Shut off from the power supply line 12.
  • the external device can be driven by power from the motor driving battery 14 or the external AC power supply.
  • the external device can be driven by the electric power from the motor driving battery 14 or the external DC power source.
  • step S601 when the external connection terminal 40 is connected to an external device, a limit switch (not shown) outputs a detection signal to the control unit 84.
  • step S602 the control unit 84 turns on the switch 22A and the switch 22D, connects the motor drive battery 14 to the power supply line 12 via the charging circuit 18A, and connects the power supply line 12 (and the motor drive inverter 24 and the like). ) Is applied with a predetermined voltage (for example, 360 V).
  • control unit 84 also turns on the switch 22B to make the charging circuit 18B conductive. Further, after a predetermined time in step S602, in step S603, the control unit 84 turns on the switch 22C, then turns off the switch 22A, shuts off the charging circuit 18A, and directly connects the motor drive battery 14 to the power supply line 12. Connecting. At this time, the control unit 84 also turns off the switch 22B and shuts off the charging circuit 18B.
  • step S604 the control unit 84 turns on the external connection inverter 42 and the switches 44A and 44B, and connects the external connection terminal 40 to the power supply line 12. Thereby, the external device can be driven by the electric power from the motor driving battery 14.
  • the control unit 84 turns off the external connection inverter 42, the switches 44A and 44B, and the switches 22C and 22D in step S606.
  • the motor drive battery 14 and the external connection terminal 40 are disconnected from the power supply line 12.
  • step S607 the control unit 84 turns on the discharge circuit 28 to step down the power supply line 12 to a predetermined voltage (for example, 60V) or less, and then turns off the discharge circuit 28.
  • a predetermined voltage for example, 60V
  • the fuel cell auxiliary device 80 includes the DC-DC converter 30 (first voltage converter) that supplies power to the vehicle auxiliary device 78, and the fuel cell stack 52. It is connected to the connected DC-DC converter 82 (second voltage converter) and can receive power supply from each. Therefore, the burden on the DC-DC converter 30 can be reduced, and the power capacity of the DC-DC converter 30 can be designed to be small.
  • the fuel cell stack 52 As the stop control of the fuel cell stack 52, the fuel cell stack 52 is cooled while generating power to the extent that the fuel cell stack 52 can drive the compressor 60 and the fuel cell auxiliary device 80 by minimizing the supply of fuel gas. There is a case. Even in such a case, power can be supplied to the fuel cell auxiliary device 80 via the DC-DC converters 56 and 82, and power can be supplied to the compressor 60 via the DC-DC converters 56 and 58. Since it can be supplied, the fuel cell stack 52 can be operated independently.
  • the fuel cell auxiliary machine 80 can also receive power supply from an auxiliary battery 74 that supplies electric power to the vehicle auxiliary machine 78.
  • the auxiliary battery 74 is also connected to the DC-DC converter 30 (first voltage converter) and the DC-DC converter 82 (second voltage converter), and can receive power supply from each. Therefore, the charging of the auxiliary battery 74 can be easily supplemented.
  • the controller 84 controls the fuel cell stack 52 when the auxiliary battery 74 charged via the DC-DC converter 82 (second voltage converter) reaches a predetermined charging amount during stop control of the fuel cell stack 52. Control to stop the driving of the battery auxiliary device 80 is performed. Thereby, it is possible to secure the charge amount of the auxiliary battery 74 for reliably operating the vehicle auxiliary machine 78 and the fuel cell auxiliary machine 80 at the next start-up.
  • the control unit 84 controls the switches 66A and 66B to shut off the connection line 50 when the motor driving battery 14 is cut off from the power supply line 12.
  • the electric charge (the electric charge of the connection line 50) of the DC-DC converter 56, the DC-DC converter 58, and the DC-DC converter 82 is prevented from flowing into the motor drive inverter 24 (drive motor 26). It is possible to avoid the discharge circuit 28 connected to the drive inverter 24 from being damaged by an excessive current.
  • the connection from the fuel cell stack 52 to the DC-DC converter 82 and the connection to the DC-DC converter 58 are maintained. Therefore, even after the motor drive battery 14 is shut off, power can be supplied from the fuel cell stack 52 to the fuel cell auxiliary machine 80 and the compressor 60, even if the power of the auxiliary battery 74 is depleted.
  • the fuel cell stack 52 can be operated independently.
  • the fuel cell stack 52 when the fuel cell stack 52 is generating power to the extent that it can charge not only the power supply to the fuel cell auxiliary machine 80 and the compressor 60 but also the auxiliary battery 74 during the stop control, the fuel cell Since the power for the auxiliary machine 80 can be supplied by the auxiliary battery 74, the power required for the next stop process can be supplied without relying on the compressor battery 62.
  • the control unit 84 performs control to turn on the charging circuit 68 when the motor driving battery 14 is connected to the power supply line 12 and to turn on the switch 66A (changeover switch) after a predetermined time. As a result, inrush current to the connection line 50 can be avoided, and damage to the components such as the DC-DC converter 56 connected to the connection line 50 and the motor drive battery 14 can be prevented.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本発明の燃料電池システムは、モータ駆動用バッテリに燃料電池が接続されるとともに第１電圧変換器を介して車両用補機が接続された燃料電池システムであって、前記第１電圧変換器に接続された燃料電池用補機と、前記燃料電池用補機と前記燃料電池とを接続する第２電圧変換器と、を備える。

Description

燃料電池システム
　本発明は、燃料電池システムに関する。
　特開２０１４－６８４９０号公報は、モータ駆動用バッテリと駆動モータとを接続するラインに燃料電池を接続した構成において、前記ラインに電圧変換器を介して低電圧バッテリを接続し、この低電圧バッテリを車両制御装置の電力供給源とする構成を開示している。また、車載用の燃料電池として、従来の固体高分子型燃料電池よりも変換効率の高い固体酸化物型燃料電池を用いることが提案されている。
　しかし、固体酸化物型燃料電池の駆動には補機が必要となるが、燃料電池の起動制御時及び停止制御時は発電できないので、外部から補機用の電力を供給する必要がある。この場合、当該補機を前述の電圧変換器に接続する構成が考えられるが、電圧変換器に対する負担が増加する。
　本発明は、モータ駆動用バッテリに電気的に接続する電圧変換器に対する負担を軽減しつつ燃料電池の自立運転が可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様における燃料電池システムは、モータ駆動用バッテリに燃料電池が接続されるとともに第１電圧変換器を介して車両用補機が接続された燃料電池システムであって、前記第１電圧変換器に接続された燃料電池用補機と、前記燃料電池用補機と前記燃料電池とを接続する第２電圧変換器と、を備える。
図１は、本実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。 図２は、本実施形態の燃料電池システムの起動制御の手順を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態の燃料電池システムの停止制御の手順を示すフローチャートである。 図４は、本実施形態の燃料電池システムの低速充電制御の手順を示すフローチャートである。 図５は、本実施形態の燃料電池システムの急速充電制御の手順を示すフローチャートである。 図６は、本実施形態の燃料電池システムの通常発電時における外部機器接続制御の手順を示すフローチャートである。 図７は、本実施形態の燃料電池システムの車両停止時における外部機器接続制御の手順を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
［本実施形態の燃料電池システムの構成］
　図１は、本実施形態における燃料電池システム１０の主要構成を示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、制御部８４により全体が制御されるものである。そして、モータ駆動用バッテリ１４と駆動モータ２６（モータ駆動用インバータ２４）とを接続する電力供給ライン１２（例えば３６０Ｖ）に、燃料電池スタック５２（燃料電池）等が接続ライン５０を介して接続されたものである。また、電力供給ライン１２に接続するＤＣ－ＤＣコンバータ３０（第１電圧変換器）と補機用バッテリ７４とを接続する低電圧ライン７２（例えば１２Ｖ）に燃料電池用補機８０等が接続されたものである。さらに、接続ライン５０と低電圧ライン７２とがＤＣ－ＤＣコンバータ８２（第２電圧変換器）により接続されたものである。
　電力供給ライン１２には、モータ駆動用バッテリ１４、モータ駆動用インバータ２４（駆動モータ２６）、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０、低速充電端子３２、急速充電端子３６、外部接続端子４０、ＩＲセンサ４６、エアコンインバータ４８が接続されている。
　接続ライン５０には、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６（燃料電池スタック５２）、ＤＣ－ＤＣコンバータ５８（コンプレッサー６０、コンプレッサー用バッテリ６２）、スイッチ６６Ａ（切替スイッチ）、スイッチ６６Ｂ、抵抗素子７０及びスイッチ６６Ｃの直列回路からなる充電回路６８、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２が接続されている。
　低電圧ライン７２には、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０、補機用バッテリ７４、車両用補機７８、燃料電池用補機８０、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２が接続されている。
　モータ駆動用バッテリ１４は、電力供給ライン１２に接続された主電源１６（例えば３６０Ｖ）と、主電源１６のプラス極側に接続されたスイッチ２２Ｃと、主電源１６のマイナス極側に接続されたスイッチ２２Ｄと、を有する。スイッチ２２Ｃは、一方が主電源１６のプラス極側に接続され、他方が電力供給ライン１２のプラス極側に接続されている。スイッチ２２Ｄは、一方が主電源１６のマイナス極側に接続され、他方が電力供給ライン１２のマイナス極側に接続されている。また、主電源１６のプラス極側において、抵抗素子２０Ａとスイッチ２２Ａの直列回路である充電回路１８Ａがスイッチ２２Ｃと並列に接続されている。さらに、抵抗素子２０Ｂとスイッチ２２Ｂとの直列回路である充電回路１８Ｂがスイッチ２２Ｃの電力供給ライン１２側とスイッチ２２Ｄの電力供給ライン１２側とに接続されている。充電回路１８Ａ，１８Ｂは、モータ駆動用バッテリ１４を電力供給ライン１２に接続する際に一時的に使用してモータ駆動用インバータ２４内のキャパシタ等に電荷を充電させるものであり、接続時の突入電流を回避してモータ駆動用バッテリ１４やモータ駆動用インバータ２４等の破損を回避する。
　モータ駆動用インバータ２４は、電力供給ライン１２（プラス極側、マイナス極側）に接続され、モータ駆動用バッテリ１４または燃料電池スタック５２から供給される電力（直流電圧）を三相交流の電力に変換し、これを駆動モータ２６に供給して駆動モータ２６を回転させるものである。また、モータ駆動用インバータ２４は、車両のブレーキ時に駆動モータ２６が発生する回生電力を直流電圧の電力に変換してモータ駆動用バッテリ１４に供給するものである。
　燃料電池システム１０を停止させる場合は、モータ駆動用バッテリ１４を電力供給ライン１２から遮断するが、このとき、モータ駆動用インバータ２４が備えるキャパシタには電荷が蓄えられたままであるので、遮断後においても電力供給ライン１２は高い電圧を維持している。しかし、漏電防止のため、電力供給ライン１２の電圧を所定電圧（例えば６０Ｖ）以下に低下させる必要がある。そこで、モータ駆動用インバータ２４には、キャパシタが蓄えた電荷を放電して電力供給ライン１２の電圧を降圧させるための放電回路２８が取り付けられている。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ３０（第１電圧変換回路）は、電力供給ライン１２に接続され、電力供給ライン１２の直流電圧を降圧して直流の低電圧による電力を低電圧ライン７２に供給するものである。
　低速充電端子３２は、例えば家庭用電源等の交流電圧の外部交流電源に接続してモータ駆動用バッテリ１４を充電するものである。低速充電端子３２は、交流電圧を電力供給ライン１２に印加する直流電圧に変換する充電器３４を介して電力供給ライン１２に接続されている。また、低速充電端子３２にはリミットスイッチ（不図示）が取り付けられ、低速充電端子３２が外部交流電源に接続されると制御部８４に検知信号を出力する。
　急速充電端子３６は、例えばガソリンスタンドと同様に設置され直流電圧を供給するスタンド等の外部直流電源に接続され、当該直流電圧を電力供給ライン１２に出力してモータ駆動用バッテリ１４を急速充電するものである。急速充電端子３６は、スイッチ３８Ａ，３８Ｂを介して電力供給ライン１２に接続されている。また、急速充電端子３６にもリミットスイッチ（不図示）が取り付けられ、急速充電端子３６が外部直流電源に接続されると制御部８４に検知信号を出力する。
　外部接続端子４０は、家庭用機器等の外部機器に接続され、モータ駆動用バッテリ１４または燃料電池スタック５２からの電力により外部機器を駆動させるものである。外部接続端子４０は、外部接続インバータ４２及びスイッチ４４Ａ，４４Ｂを介して電力供給ライン１２に接続されている。なお、外部接続端子４０にもリミットスイッチ（不図示）が取り付けられ、外部接続端子４０が外部機器に接続されるとリミットスイッチが制御部８４に検知信号を出力する。
　ＩＲセンサ４６は、電力供給ライン１２のマイナス極側と車両のボディ（不図示）に接続され、両者の間に一定の電圧を印加して両者間の浮遊容量を測定するものである。この浮遊容量から電力供給ライン１２のボディに対する絶縁抵抗を測定し、その大きさから電力供給ライン２１の漏電の有無を判別することができる。
　その他、電力供給ライン１２には、車内のエアコン用のエアコンインバータ４８等が接続されている。
　燃料電池スタック５２は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）であり、セラミック等の固体酸化物で形成された電解質層を、改質器により改質された燃料ガスが供給されるアノード（燃料極）と、酸化ガスとして酸素を含む空気が供給されるカソード（空気極）により挟み込んで得られるセルを積層したものである。燃料電池スタック５２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６を介して接続ライン５０に接続される。なお、燃料電池スタック５２には、燃料電池スタック５２内の温度を測定する温度センサ５４が取り付けられている。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ５６は、入力側が燃料電池スタック５２に接続され、出力側（昇圧側）が接続ライン５０に接続されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ５６は、燃料電池スタック５２の出力電圧（例えば６０Ｖ，若しくはそれ以下の電圧）を電力供給ライン１２の電圧に昇圧して接続ライン５０に供給するものである。これにより、燃料電池スタック５２から接続ライン５０及び電力供給ライン１２を介してモータ駆動用バッテリ１４または駆動モータ２６（モータ駆動用インバータ２４）に電力が供給される。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ５８は、入力側が接続ライン５０に接続され出力側（例えば４２Ｖ）がコンプレッサー６０に接続されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ５８の降圧側にはコンプレッサー６０とコンプレッサー用バッテリ６２が並列に接続されている。コンプレッサー６０は、燃料電池スタック５２に対して酸化ガス（空気）等を供給するものである。なお、コンプレッサー用バッテリ６２には、その充電量を測定する充電チェッカー６４が接続されている。
　スイッチ６６Ａ（切替スイッチ）は、接続ライン５０のプラス極側に設けられ、一方が電力供給ライン１２のプラス極側に接続し、他方がＤＣ－ＤＣコンバータ５６等に接続されている。同様にスイッチ６６Ｂは接続ライン５０のマイナス極側に設けられ、一方が電力供給ライン１２のマイナス極側に接続し、他方がＤＣ－ＤＣコンバータ５６等に接続されている。スイッチ６６Ａ及びスイッチ６６Ｂは、接続ライン５０の遮断（ＯＦＦ）及び接続（ＯＮ）の切り替えを行う。接続ライン５０のプラス極側には、抵抗素子７０とスイッチ６６Ｃとの直列回路である充電回路６８がスイッチ６６Ａと並列に接続されている。充電回路６８は、モータ駆動用バッテリ１４をＤＣ－ＤＣコンバータ５６等に接続する際に一時的に使用されＤＣ－ＤＣコンバータ５６等に付属するキャパシタに電荷を充電させるものであり、接続時の突入電流を回避してモータ駆動用バッテリ１４及びＤＣ－ＤＣコンバータ５６等の破損を回避する。
　補機用バッテリ７４は、モータ駆動用バッテリ１４よりも低電圧な出力のバッテリである。補機用バッテリ７４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０（第１電圧変換器）、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２（第２電圧変換器）からの電力供給により充電されるとともに、車両用補機７８及び燃料電池用補機８０に電力を供給するものである。また補機用バッテリ７４には、その充電量を測定する充電チェッカー７６が接続されている。
　車両用補機７８は、例えば、車両の照明やカーナビゲーションシステム等であって、駆動モータ２６よりも電圧範囲が低く低電流な電力（小電力）によって作動する機器である。
　燃料電池用補機８０は、例えば燃料電池スタック５２に燃料を供給する燃料供給部（ポンプ、インジェクタ）がある。また燃料電池用補機８０としては、燃料ガスや酸化ガスを流通させる経路の開閉を行う弁（不図示）、起動制御中に燃料電池スタック５２に供給する加熱用の燃焼ガスを生成する拡散燃焼器（不図示）、停止制御中に燃料電池スタック５２にアノード極保護用の逆バイアスを印加する回路（不図示）等であって、前述同様に小電力で作動する機器である。
　燃料電池スタック５２の起動制御においては、拡散燃焼器等を用いて、起動用の燃料と空気を混合して燃焼させた燃焼ガスを生成し、これを酸化ガスの代わりに燃料電池スタック５２に供給して燃料電池スタック５２を発電に必要になる温度になるまで加熱する。
　燃料電池スタック５２の停止制御においては、酸化ガスを引き続き冷却ガスとして供給してアノードの酸化を回避できる温度にまで低下させ、その後燃料電池用補機８０、コンプレッサー６０を停止させる。その際、アノードの酸化を防止するために、使用後のアノードオフガスの経路にある弁を閉止して酸素の逆流を防止する制御や、燃料電池スタック５２の極性とは逆の起電力を燃料電池スタック５２に印加する制御を行う。また、他の停止制御として、燃料ガスの流量を低下させてコンプレッサー６０や燃料電池用補機８０を駆動できる程度の発電量を維持しながら燃料電池スタック５２の温度を低下させていくという方法もある。よって、コンプレッサー６０及び燃料電池用補機８０は、燃料電池スタック５２の起動制御時のみならず停止制御時においても使用するため、そのための電力が必要となる。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ８２（第２電圧変換回路）は、入力側が接続ライン５０に接続され、出力側（降圧側）が低電圧ライン７２に接続され、接続ライン５０の電圧を降圧して低電圧ライン７２に電力を供給するものである。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２は、接続ライン５０において、スイッチ６６Ａ，６６Ｂ及び充電回路６８よりも燃料電池スタック５２側に接続されている。これにより、スイッチ６６Ａ，６６Ｂが接続ライン５０を遮断してもＤＣ－ＤＣコンバータ８２は燃料電池スタック５２からの電力を低電圧ライン７２に供給することができる。なお、図示は省略するが、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６、ＤＣ－ＤＣコンバータ５８、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２の接続ライン５０側にも放電回路（不図示）が取り付けられている。
　制御部８４は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路と周辺機器から構成され、特定のプログラムを実行することにより燃料電池システム１０を制御するための処理を実行する。その際、制御部８４は、上記各構成要素を駆動・停止させるＯＮ・ＯＦＦ制御を行うことができる。
［燃料電池システムの起動制御の手順］
　本実施形態の燃料電池システム１０の起動制御の手順を図２のフローチャートに従って説明する。初期状態において、スイッチ２２Ａ～２２Ｄ，３８Ａ，３８Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ，６６Ａ～６６Ｃは全てＯＦＦになっており、電力供給ライン１２及び接続ライン５０は所定の電圧（例えば６０Ｖ）以下に降圧されている。また、モータ駆動用バッテリ１４、補機用バッテリ７４、コンプレッサー用バッテリ６２は、それぞれ所定の充電量に達しているものとする。
　システムが起動制御を開始すると、ステップＳ１０１において、制御部８４は、燃料電池用補機８０及びコンプレッサー６０をＯＮにし、燃料電池スタック５２に対する起動制御を開始する。その際、燃料電池用補機８０は、補機用バッテリ７４からの電力により駆動し、コンプレッサー６０は、コンプレッサー用バッテリ６２からの電力により駆動する。これにより、燃料電池スタック５２には発電に必要な温度に到達するまで燃料電池スタック５２の起動制御が行われる。
　ステップＳ１０２において、制御部８４は、スイッチ２２Ａ、スイッチ２２ＤをＯＮにしてモータ駆動用バッテリ１４を、充電回路１８Ａ，１８Ｂを介して電力供給ライン１２に接続し、電力供給ライン１２、モータ駆動用インバータ２４、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０、エアコンインバータ４８に所定の電圧（例えば３６０Ｖ）を印加する。このとき、制御部８４は、スイッチ２２ＢもＯＮにして電力供給ライン１２に並列に接続した充電回路１８Ｂにも電圧を印加する。また、ステップＳ１０２の所定時間後に、ステップＳ１０３において、制御部８４は、スイッチ２２ＣをＯＮにし、その後スイッチ２２ＡをＯＦＦにし、充電回路１８Ａを遮断してモータ駆動用バッテリ１４を電力供給ライン１２に直接接続する。このとき、制御部８４は、スイッチ２２ＢもＯＦＦにして充電回路１８Ｂを遮断する。これにより、ドライバーのアクセル操作に基づいて駆動モータ２６を任意の回転速度で回転させることができる。
　ステップＳ１０４において、制御部８４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０をＯＮにし、低電圧ライン７２に所定の電圧（例えば１２Ｖ）を印加する。これにより、車両用補機７８及び燃料電池用補機８０は、補機用バッテリ７４及びＤＣ－ＤＣコンバータ３０から電力供給を受けて駆動することができる。このとき、補機用バッテリ７４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０により充電される。また、このとき、制御部８４は、エアコンインバータ４８をＯＮにし、車内用のエアコンを使用可能な状態にする。
　ステップＳ１０５において、制御部８４は、スイッチ６６Ｂ、スイッチ６６ＣをＯＮにし、充電回路６８を介して接続ライン５０（ＤＣ－ＤＣコンバータ５６等）に所定の電圧を印加する。そしてステップＳ１０５の所定時間後、ステップＳ１０６において、制御部８４は、スイッチ６６ＡをＯＮにし、その後スイッチ６６ＣをＯＦＦにして、充電回路６８を遮断して電力供給ライン１２と接続ライン５０（ＤＣ－ＤＣコンバータ５６等）を直接接続する。
　ステップＳ１０７において、制御部８４は、温度センサ５４が測定する温度により、燃料電池スタック５２が発電に必要な作動温度に到達したか否か判断する。燃料電池スタック５２が作動温度に到達したのち、ステップＳ１０８において、制御部８４は、燃料電池スタック５２に対する起動制御を終了し、燃料電池スタック５２に燃料ガス（改質ガス）と酸化ガスを供給して電気化学反応により発電させる。
　ステップＳ１０９において、制御部８４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６、ＤＣ－ＤＣコンバータ５８、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２をＯＮにする。これにより、燃料電池スタック５２は、発電した電力をＤＣ－ＤＣコンバータ５６を介して電力供給ライン１２に供給し、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６及びＤＣ－ＤＣコンバータ８２を介して低電圧ライン７２に供給するようになる。また、燃料電池スタック５２は、発電した電力をＤＣ－ＤＣコンバータ５６及びＤＣ－ＤＣコンバータ５８を介してコンプレッサー６０及びコンプレッサー用バッテリ６２に供給する。以上より、燃料電池システム１０の起動制御が終了する。
［燃料電池システムの通常発電時の動作］
　駆動モータ２６は、モータ駆動用バッテリ１４及び燃料電池スタック５２から電力供給を受け、ドライバーのアクセル操作により任意の回転数で回転している。また、駆動モータ２６は、ブレーキ時に回生電力を発生させるが、これがモータ駆動用インバータ２４を介してモータ駆動用バッテリ１４に充電される。また、モータ駆動用バッテリ１４は、一定の充電量以下になったら燃料電池スタック５２からの電力供給により充電される。補機用バッテリ７４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０及びＤＣ－ＤＣコンバータ８２からの電力供給により充電され、また車両用補機７８及び燃料電池用補機８０に電力供給する。さらに、車両用補機７８及び燃料電池用補機８０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２、補機用バッテリ７４からの電力供給により駆動することができる。コンプレッサー６０は、コンプレッサー用バッテリ６２及びＤＣ－ＤＣコンバータ５８から電力供給を受けて駆動され、コンプレッサー用バッテリ６２はＤＣ－ＤＣコンバータ５８からの電力供給を受けて充電される。このように、通常発電時において、制御部８４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０とＤＣ－ＤＣコンバータ８２を協調制御している。これにより、モータ駆動用バッテリ１４から電力を供給し、かつ燃料電池スタック５２が運転している状況で、燃料電池スタック５２から前述の燃料供給部（ポンプ、インジェクタ）に電力を供給するので、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０の負荷を減らしつつ、燃料電池スタック５２への燃料の供給を維持することができる。
［燃料電池システムの停止制御の手順］
　本実施形態の燃料電池システム１０の停止制御の手順を図３に示すフローチャートに従って説明する。ステップＳ２０１において、制御部８４は、スイッチ２２Ｃ、スイッチ２２ＤをＯＦＦにして、モータ駆動用バッテリ１４を電力供給ライン１２から遮断し、スイッチ６６Ａ、スイッチ６６ＢをＯＦＦにして接続ライン５０を電力供給ライン１２から遮断する。これにより、モータ駆動用インバータ２４及びＤＣ－ＤＣコンバータ３０に対する電力供給は停止する。また、これと同時にモータ駆動用インバータ２４、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０、エアコンインバータ４８をＯＦＦにする。このとき、低電圧ライン７２において、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０からの電力供給は停止するが、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２を介して燃料電池スタック５２からの電力供給は維持される。
　ステップＳ２０２において、制御部８４は、放電回路２８をＯＮにし、電力供給ライン１２の電圧を所定電圧（例えば６０Ｖ）以下に降圧させその後放電回路２８をＯＦＦにする。その際、すでにスイッチ６６Ａ、スイッチ６６ＢがＯＦＦになっているので、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６、ＤＣ－ＤＣコンバータ５８、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２が保持する電荷が放電回路２８に流れ込むことはない。
　ステップＳ２０３において、制御部８４は、燃料電池スタック５２に対する停止制御を行う。停止制御としては、前述のように燃料ガスの供給を停止して燃料電池スタック５２の発電を停止させて燃料電池スタック５２の冷却を行う場合や、燃料ガスの供給を最小限にして燃料電池スタック５２がコンプレッサー６０や燃料電池用補機８０を駆動できる程度、さらには補機用バッテリ７４に対する充電が可能な程度の発電を行いながら燃料電池スタック５２の冷却を行う場合がある。燃料電池スタック５２に発電を継続させる場合は、燃料電池スタック５２が発電した電力が引き続き、ＤＣ－ＤＣコンバータ５８を介してコンプレッサー６０に供給され、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２を介して燃料電池用補機８０に供給され、さらには補機用バッテリ７４にも供給される。
　ステップＳ２０４において、制御部８４は、温度センサ５４が測定する温度により、アノードが酸化しない所定温度にまで燃料電池スタック５２の温度が低下したか否か判断する。ステップＳ２０５において、制御部８４は、充電チェッカー７６が測定する補機用バッテリ７４の充電量、及び充電チェッカー６４が測定するコンプレッサー用バッテリ６２の充電量がそれぞれ所定量に到達しているか否か判断する。
　ステップＳ２０６において、制御部８４は、燃料電池スタック５２が所定温度にまで低下したこと、補機用バッテリ７４及びコンプレッサー用バッテリ６２が所定の充電量に達していることを条件に燃料電池用補機８０及びコンプレッサー６０をＯＦＦにして、燃料電池スタック５２の停止制御を終了する。
　ステップＳ２０７において、制御部８４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６、ＤＣ－ＤＣコンバータ５８、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２をＯＦＦにするとともに、これらの放電回路（不図示）をＯＮにし、接続ライン５０を所定の電圧（例えば６０Ｖ）以下に降圧させ、その後放電回路をＯＦＦにする。以上より、燃料電池システム１０の停止制御が終了する。なお、ステップＳ２０２とステップＳ２０３は順番が逆でもよいし、同時に行ってもよい。
［燃料電池システムの低速充電制御の手順］
　本実施形態の燃料電池システム１０の低速充電制御の手順を図４に示すフローチャートに従って説明する。初期状態は、前述の起動制御時の初期状態と同様である。ステップＳ３０１において、低速充電端子３２が外部交流電源に接続されるとリミットスイッチ（不図示）が検知信号を制御部８４に出力する。ステップＳ３０２において、制御部８４は、検知信号が入力されると、充電器３４、スイッチ２２Ｃ、スイッチ２２ＤをＯＮにする。これにより、電力供給ライン１２が所定の電圧（例えば３６０Ｖ）に昇圧され、モータ駆動用バッテリ１４が外部交流電源の電力供給により充電される。このとき、制御部８４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０をＯＮにして補機用バッテリ７４を充電してもよい。
　ステップＳ３０３において、検知信号が途絶える、すなわち低速充電端子３２が外部交流電源から遮断されると、ステップＳ３０４において、制御部８４は、充電器３４、スイッチ２２Ｃ、スイッチ２２ＤをＯＦＦにする。ステップＳ３０５において、制御部８４は、放電回路２８をＯＮにして電力供給ライン１２を所定の電圧（例えば６０Ｖ）以下に低下させその後放電回路２８をＯＦＦにする。
［燃料電池システムの急速充電制御の手順］
　本実施形態の燃料電池システム１０の急速充電制御の手順を図５に示すフローチャートに従って説明する。初期状態は、前述の起動制御時の初期状態と同様である。ステップＳ４０１において、急速充電端子３６が外部直流電源に接続されるとリミットスイッチ（不図示）が検知信号を制御部８４に出力する。ステップＳ４０２において、制御部８４は、検知信号が入力されると、ＩＲセンサ４６をＯＮにして、電力供給ライン１２とボディ（不図示）との間の絶縁抵抗の値の計測を開始する。
　ステップＳ４０３において、制御部８４は、前述の絶縁抵抗が所定の値以上になっているか否か判断する。ステップＳ４０４において、前述の絶縁抵抗が所定の値以上である場合に、制御部８４は、スイッチ３８Ａ，３８Ｂ、スイッチ２２Ｃ，２２ＤをＯＮにする。これにより、急速充電端子３６が電力供給ライン１２に接続されて電力供給ライン１２が所定の電圧（例えば３６０Ｖ）に昇圧され、モータ駆動用バッテリ１４（及びモータ駆動用インバータ２４等）が外部直流電源により急速充電される。このとき、制御部８４はＤＣ－ＤＣコンバータ３０をＯＮにして補機用バッテリ７４を充電してもよい。また、制御部８４はＩＲセンサ４６をＯＦＦにし、前述の絶縁抵抗の値の計測を終了する。
　ステップＳ４０５において、検知信号が途絶える、すなわち急速充電端子３６が外部直流電源から遮断されると、ステップＳ４０６において、制御部８４は、スイッチ２２Ｃ，２２Ｄ、スイッチ３８Ａ，３８ＢをＯＦＦにして、電力供給ライン１２からモータ駆動用バッテリ１４及び急速充電端子３６を遮断する。ステップＳ４０７において、制御部８４は、放電回路２８をＯＮにして電力供給ライン１２を所定の電圧（例えば６０Ｖ）以下に低下させその後放電回路２８をＯＦＦにする。
［燃料電池システムの通常発電時における外部機器接続制御の手順］
　本実施形態の燃料電池システム１０の通常発電時における外部機器接続制御の手順を図６に示すフローチャートに従って説明する。ステップＳ５０１において、外部接続端子４０が外部機器に接続されるとリミットスイッチ（不図示）が検知信号を制御部８４に出力する。ステップＳ５０２において、制御部８４は、外部接続インバータ４２、スイッチ４４Ａ，４４ＢをＯＮにし、外部接続端子４０を電力供給ライン１２に接続する。これにより、外部機器をモータ駆動用バッテリ１４または燃料電池スタック５２からの電力により駆動することができる。
　ステップＳ５０３において、検知信号が途絶える、すなわち外部接続端子４０が外部機器から遮断されると、ステップＳ５０４において、制御部８４は、外部接続インバータ４２、スイッチ４４Ａ，４４ＢをＯＦＦにし、外部接続端子４０を電力供給ライン１２から遮断する。なお、上記手順は、低速充電時及び急速充電時においても可能である。低速充電時においては、モータ駆動用バッテリ１４または外部交流電源からの電力により外部機器を駆動できる。急速充電時においては、モータ駆動用バッテリ１４または外部直流電源からの電力により外部機器を駆動できる。
［燃料電池システムの車両停止時における外部機器接続制御の動作］
　本実施形態の燃料電池システム１０の車両停止時における外部機器接続制御の手順を図７に示すフローチャートに従って説明する。ステップＳ６０１において、外部接続端子４０が外部機器に接続されるとリミットスイッチ（不図示）が検知信号を制御部８４に出力する。ステップＳ６０２において、制御部８４は、スイッチ２２Ａ、スイッチ２２ＤをＯＮにし、充電回路１８Ａを介してモータ駆動用バッテリ１４を電力供給ライン１２に接続し、電力供給ライン１２（及びモータ駆動用インバータ２４等）に所定の電圧（例えば３６０Ｖ）を印加する。このとき、制御部８４は、スイッチ２２ＢもＯＮにし、充電回路１８Ｂを導通させる。また、ステップＳ６０２の所定時間後に、ステップＳ６０３として、制御部８４は、スイッチ２２ＣをＯＮにし、その後スイッチ２２ＡをＯＦＦにし、充電回路１８Ａを遮断してモータ駆動用バッテリ１４を電力供給ライン１２に直接接続する。このとき、制御部８４はスイッチ２２ＢもＯＦＦにし、充電回路１８Ｂを遮断する。
　ステップＳ６０４において、制御部８４は、外部接続インバータ４２、スイッチ４４Ａ，４４ＢをＯＮにし、外部接続端子４０を電力供給ライン１２に接続する。これにより、外部機器はモータ駆動用バッテリ１４からの電力により駆動することができる。ステップＳ６０５において、検知信号が途絶える、すなわち外部接続端子４０が外部機器から遮断されると、制御部８４は、ステップＳ６０６において、外部接続インバータ４２、スイッチ４４Ａ，４４Ｂ、スイッチ２２Ｃ，２２ＤをＯＦＦにし、電力供給ライン１２からモータ駆動用バッテリ１４及び外部接続端子４０を遮断する。ステップＳ６０７において、制御部８４は、放電回路２８をＯＮにして電力供給ライン１２を所定の電圧（例えば６０Ｖ）以下に降圧させ、その後放電回路２８をＯＦＦにする。
［本実施形態の燃料電池システムの効果］
　本実施形態に係る燃料電池システム１０によれば、燃料電池用補機８０は、車両用補機７８に電力を供給するＤＣ－ＤＣコンバータ３０（第１電圧変換器）と、燃料電池スタック５２に接続したＤＣ－ＤＣコンバータ８２（第２電圧変換器）と、に接続され、それぞれから電力供給を受けることができる。よって、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０の負担を軽減することができ、ＤＣ－ＤＣコンバータ３０の電力容量を小さく設計することができる。
　燃料電池スタック５２の停止制御としては、燃料ガスの供給を最小限にして燃料電池スタック５２がコンプレッサー６０や燃料電池用補機８０を駆動できる程度の発電を行いながら燃料電池スタック５２の冷却を行う場合がある。このような場合であっても、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６、８２を介して燃料電池用補機８０に電力を供給することができ、またＤＣ－ＤＣコンバータ５６，５８を介してコンプレッサー６０に電力を供給することができるので、燃料電池スタック５２の自立運転が可能となる。
　燃料電池用補機８０は、車両用補機７８に電力を供給する補機用バッテリ７４からも電力供給を受けることができる。しかし、補機用バッテリ７４もＤＣ－ＤＣコンバータ３０（第１電圧変換器）及びＤＣ－ＤＣコンバータ８２（第２電圧変換器）に接続され、それぞれから電力供給を受けることができる。よって、補機用バッテリ７４の充電を容易に補うことができる。
　制御部８４は、燃料電池スタック５２の停止制御の際に、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２（第２電圧変換器）を介して充電される補機用バッテリ７４が所定の充電量に達したときに燃料電池用補機８０の駆動を停止させる制御を行っている。これにより、次の起動時において車両用補機７８及び燃料電池用補機８０を確実に作動させるための補機用バッテリ７４の充電量を確保できる。
　制御部８４は、モータ駆動用バッテリ１４を電力供給ライン１２から遮断する際に接続ライン５０を遮断する制御をスイッチ６６Ａ（切替スイッチ），６６Ｂに行っている。これにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ５６、ＤＣ－ＤＣコンバータ５８、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２が有する電荷（接続ライン５０が有する電荷）がモータ駆動用インバータ２４（駆動モータ２６）に流れ込むことを回避し、モータ駆動用インバータ２４に接続する放電回路２８が過大電流で破損することを回避することができる。
　また、モータ駆動用バッテリ１４の遮断後においても、燃料電池スタック５２からＤＣ－ＤＣコンバータ８２への接続、及びＤＣ－ＤＣコンバータ５８への接続は維持される。よって、モータ駆動用バッテリ１４の遮断後であっても燃料電池用補機８０及びコンプレッサー６０に燃料電池スタック５２から電力を供給することができ、たとえ補機用バッテリ７４の電力が枯渇しても燃料電池スタック５２の自立運転が可能となる。さらに、燃料電池スタック５２が、停止制御中において、燃料電池用補機８０及びコンプレッサー６０への電力の供給のみならず、補機用バッテリ７４を充電できる程度に発電している場合は、燃料電池用補機８０用の電力を補機用バッテリ７４で賄うことができるので、次の停止処理に必要な電力をコンプレッサー用バッテリ６２に頼らず確実に賄うことができる。
　制御部８４は、モータ駆動用バッテリ１４を電力供給ライン１２に接続する際に、充電回路６８を導通させ、所定時間後にスイッチ６６Ａ（切替スイッチ）を導通させる制御を行っている。これにより、接続ライン５０に対する突入電流を回避し、接続ライン５０に接続するＤＣ－ＤＣコンバータ５６等の構成要素及びモータ駆動用バッテリ１４の破損を防止することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は、２０１５年１２月１５日に日本国特許庁に出願された特願２０１５－２４３８３７に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

  1. 　モータ駆動用バッテリに燃料電池が接続されるとともに第１電圧変換器を介して車両用補機が接続された燃料電池システムであって、
    　前記第１電圧変換器に接続された燃料電池用補機と、
    　前記燃料電池用補機と前記燃料電池とを接続する第２電圧変換器と、
    　を備えた燃料電池システム。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    　前記第１電圧変換器に接続され前記モータ駆動用バッテリよりも低電圧な補機用バッテリをさらに含み、
    　前記燃料電池用補機及び前記第２電圧変換器は、前記補機用バッテリに接続されている燃料電池システム。
  3. 　請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の停止制御の際に、前記補機用バッテリが所定の充電量に達するまで前記燃料電池の発電を継続する燃料電池システム。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池用補機は、前記燃料電池へ燃料を供給する燃料供給部である燃料電池システム。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池は、前記モータ駆動用バッテリと駆動モータとを接続する電力供給ラインに接続され、
    　前記燃料電池を前記電力供給ラインに接続する接続ラインの遮断及び導通の切り替えを行う切替スイッチと、
    　前記切替スイッチを制御する制御部と、をさらに含み、
    　前記第２電圧変換器は、
    　前記接続ラインにおいて前記切替スイッチよりも前記燃料電池側に接続され、
    　前記制御部は、
    　前記モータ駆動用バッテリを前記電力供給ラインから遮断する制御を行う際に前記接続ラインを遮断する制御を前記切替スイッチに行う燃料電池システム。
PCT/JP2016/081132 2015-12-15 2016-10-20 燃料電池システム WO2017104256A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017556391A JP6508360B2 (ja) 2015-12-15 2016-10-20 燃料電池システム
CN201680074033.8A CN108432012B (zh) 2015-12-15 2016-10-20 燃料电池系统
CA3008117A CA3008117C (en) 2015-12-15 2016-10-20 Fuel cell system
BR112018011983-0A BR112018011983B1 (pt) 2015-12-15 2016-10-20 Sistema de célula de combustível
EP16875241.8A EP3392942B1 (en) 2015-12-15 2016-10-20 Fuel cell system
US16/061,433 US11465505B2 (en) 2015-12-15 2016-10-20 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015243837 2015-12-15
JP2015-243837 2015-12-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017104256A1 true WO2017104256A1 (ja) 2017-06-22

Family

ID=59056028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/081132 WO2017104256A1 (ja) 2015-12-15 2016-10-20 燃料電池システム

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11465505B2 (ja)
EP (1) EP3392942B1 (ja)
JP (1) JP6508360B2 (ja)
CN (1) CN108432012B (ja)
BR (1) BR112018011983B1 (ja)
CA (1) CA3008117C (ja)
WO (1) WO2017104256A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021090278A (ja) * 2019-12-04 2021-06-10 トヨタ自動車株式会社 車両および車両の制御方法
EP3634803B1 (de) * 2017-08-01 2023-11-01 Siemens Mobility GmbH Energieversorgungseinrichtung für ein schienenfahrzeug

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7230635B2 (ja) * 2019-03-27 2023-03-01 トヨタ自動車株式会社 電力システムおよびその制御方法
DE102019214240B3 (de) * 2019-09-18 2020-12-31 Vitesco Technologies GmbH Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung und Fahrzeugbordnetz
CN211106993U (zh) * 2019-09-26 2020-07-28 潍柴动力股份有限公司 一种车辆供电系统和固态氧化物燃料电池汽车
US12325314B2 (en) * 2019-10-15 2025-06-10 Vitesco Technologies GmbH Vehicle on-board electrical system
JP7526963B2 (ja) * 2020-01-17 2024-08-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
DE102022211845A1 (de) * 2022-11-09 2024-05-16 Zf Friedrichshafen Ag Elektrische Vorrichtung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit elektrischer Vorrichtung
DE102022211846A1 (de) * 2022-11-09 2024-05-16 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Systems für ein Fahrzeug, elektrisches System für ein Fahrzeug und Fahrzeug
FR3154660A1 (fr) * 2023-10-26 2025-05-02 Alstom Holdings Systeme d’entrainement de vehicule et procede de chargement

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009140757A (ja) * 2007-12-06 2009-06-25 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2010282831A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2013099081A (ja) * 2011-10-31 2013-05-20 Denso Corp 燃料電池システム
WO2013099009A1 (ja) * 2011-12-28 2013-07-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2014068490A (ja) 2012-09-26 2014-04-17 Honda Motor Co Ltd 電力供給システム
JP2014220152A (ja) * 2013-05-09 2014-11-20 株式会社ノーリツ 発電装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19954306B4 (de) * 1999-11-11 2004-09-02 Ballard Power Systems Ag Vorrichtung zur elektrischen Energieerzeugnung mit einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung
JP4783580B2 (ja) * 2005-03-31 2011-09-28 本田技研工業株式会社 燃料電池の電気システム、燃料電池車両及び電力供給方法
JP2007157477A (ja) * 2005-12-05 2007-06-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5308268B2 (ja) * 2009-08-05 2013-10-09 本田技研工業株式会社 電力供給システム
DE102014224574A1 (de) * 2014-12-02 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Eigensichere Bleed-Down-Schaltung und Regelstrategie für Brennstoffzellen-systeme
CA3032333C (en) * 2016-07-29 2019-07-16 Nissan Motor Co., Ltd. Vehicle system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009140757A (ja) * 2007-12-06 2009-06-25 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2010282831A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2013099081A (ja) * 2011-10-31 2013-05-20 Denso Corp 燃料電池システム
WO2013099009A1 (ja) * 2011-12-28 2013-07-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2014068490A (ja) 2012-09-26 2014-04-17 Honda Motor Co Ltd 電力供給システム
JP2014220152A (ja) * 2013-05-09 2014-11-20 株式会社ノーリツ 発電装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3634803B1 (de) * 2017-08-01 2023-11-01 Siemens Mobility GmbH Energieversorgungseinrichtung für ein schienenfahrzeug
JP2021090278A (ja) * 2019-12-04 2021-06-10 トヨタ自動車株式会社 車両および車両の制御方法
JP7205451B2 (ja) 2019-12-04 2023-01-17 トヨタ自動車株式会社 車両および車両の制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
BR112018011983B1 (pt) 2022-09-06
JPWO2017104256A1 (ja) 2018-11-08
US11465505B2 (en) 2022-10-11
CA3008117A1 (en) 2017-06-22
CN108432012A (zh) 2018-08-21
CN108432012B (zh) 2021-02-23
CA3008117C (en) 2023-09-26
EP3392942B1 (en) 2022-09-21
EP3392942A1 (en) 2018-10-24
US20200282848A1 (en) 2020-09-10
BR112018011983A2 (ja) 2018-12-11
EP3392942A4 (en) 2018-12-05
JP6508360B2 (ja) 2019-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017104256A1 (ja) 燃料電池システム
US10239405B2 (en) Fuel cell equipped vehicle system and control method for fuel cell equipped vehicle system
US10723236B2 (en) Electrical vehicle system with converters to share power between fuel, cell, high voltage battery and low voltage battery
JP4397739B2 (ja) 燃料電池車両の電圧状態設定方法
JP4893127B2 (ja) 燃料電池車両の制御装置
JP6528846B2 (ja) 電力調整システム及びその制御方法
JP5822021B2 (ja) 車両用電力供給制御装置、車両
JP6500881B2 (ja) 駆動システムおよび車両
JP6891963B2 (ja) 電源システム及びその制御方法
JP2003229138A (ja) 燃料電池システム
JP2017152079A (ja) 電力供給方法及び電力供給システム
US8258740B2 (en) Fuel cell system and method of starting operation of fuel cell system
WO2013150619A1 (ja) 燃料電池システム
JP2009129679A (ja) 燃料電池システム
JP5339195B2 (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16875241

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017556391

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3008117

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112018011983

Country of ref document: BR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016875241

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016875241

Country of ref document: EP

Effective date: 20180716

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112018011983

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20180613