JP2023030368A - fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、燃料電池システムに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a fuel cell system.
燃料電池システムを搭載した車両が特許文献1に開示されている。燃料電池スタックは運転及び起動に電気デバイスを必要とする。燃料電池スタックを起動または運転するために、燃料電池システムはバッテリを備えている。一方、車両には、ラジオなど、燃料電池スタックの起動及び運転とは関係ない電気デバイスも搭載されている。 A vehicle equipped with a fuel cell system is disclosed in Patent Document 1. Fuel cell stacks require electrical devices for operation and start-up. To start or operate the fuel cell stack, the fuel cell system is equipped with a battery. On the other hand, the vehicle is also equipped with electrical devices, such as radios, that are not related to fuel cell stack start-up and operation.
燃料電池スタックは、水抜きに代表される保守動作を定期的に実行する必要があるため、車両が停止しているとき(車両のメインスイッチがオフになっているとき)でも、保守に関わる電気デバイスには電力を供給しておく必要がある。すなわち、燃料電池スタックの保守に関わる電気デバイスは常時バッテリと接続しておく必要がある。一方、燃料電池スタックの保守に関わらない電気デバイス(例えばラジオなど)には、車両が停止している間は(車両のメインスイッチがオフになっている間は)、電力を供給する必要はない。保守に関わらない電気デバイスまで常時バッテリと接続しておくと、バッテリから保守に関わらない電気デバイスへ流れる暗電流の分だけバッテリの電力が無駄に消費されてしまう。本明細書は、常に燃料電池スタックの保守が可能であるとともに、燃料電池システムが備えるバッテリの電力の無駄な消費を抑える技術を提供する。 Since the fuel cell stack needs to periodically perform maintenance operations such as draining water, even when the vehicle is stopped (when the vehicle's main switch is turned off), the electrical The device must be powered. That is, electrical devices involved in maintenance of the fuel cell stack must always be connected to the battery. On the other hand, electrical devices that are not involved in the maintenance of the fuel cell stack (e.g. radios) do not need to be powered while the vehicle is stationary (while the vehicle's main switch is off). . If an electrical device that is not related to maintenance is always connected to the battery, the power of the battery is wasted by the dark current that flows from the battery to the electrical device that is not related to maintenance. The present specification provides a technology that enables constant maintenance of a fuel cell stack and suppresses wasteful consumption of electric power of a battery provided in a fuel cell system.
本明細書が開示する燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックの保守に関わる第1電気デバイスと、燃料電池スタックの保守に関わらない第2電気デバイスと、第1電気デバイスに電力を供給する第1バッテリと、第2電気デバイスに電力を供給する第2バッテリと、第2バッテリを第2電気デバイスから遮断するリレーを備える。第1電気デバイスと第1バッテリは常時接続されており、第1電気デバイスはいつでも動作できる。一方、第2電気デバイスに通電する必要が無い場合にはリレーを開くことで、第2バッテリから第2電気デバイスへ暗電流が流れることがなくなり、第2バッテリの電力の無駄な消費が抑えられる。本明細書が開示する燃料電池システムは、車両以外にも適用可能である。例えば、本明細書が開示する燃料電池システムは、災害時の非常用電源に適用することもできる。その場合、第2電気デバイスの例は、燃料電池システムの操作盤を照らす照明などである。 The fuel cell system disclosed herein includes a fuel cell stack, a first electrical device involved in maintenance of the fuel cell stack, a second electrical device not involved in maintenance of the fuel cell stack, and power to the first electrical device. A first battery for supplying power, a second battery for supplying power to a second electrical device, and a relay for isolating the second battery from the second electrical device. The first electrical device and the first battery are always connected and the first electrical device can be operated at any time. On the other hand, by opening the relay when there is no need to energize the second electric device, dark current does not flow from the second battery to the second electric device, and wasteful consumption of electric power of the second battery is suppressed. . The fuel cell system disclosed in this specification can be applied to other than vehicles. For example, the fuel cell system disclosed in this specification can also be applied as an emergency power supply in the event of a disaster. In that case, an example of the second electrical device is a light that illuminates the control panel of the fuel cell system.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technique disclosed in this specification are described in the following "Mode for Carrying Out the Invention".
図1を参照して実施例の燃料電池システム10を説明する。燃料電池システム10は、自動車2に搭載されている。図1は、燃料電池システム10を含む自動車2のブロック図である。自動車2は、走行用のモータ4を有している。燃料電池システム10は、燃料電池スタック13を備えており、燃料電池スタック13の出力電力(直流)がインバータ3で交流電力に変換されてモータ4に供給される。
A
燃料電池システム10は、燃料電池スタック13のほか、第1バッテリ11、第2バッテリ12、燃料電池コントローラ16、水抜き用のポンプ15、自動車コントローラ22、リレー21、ラジオ24、照明25を備えている。なお、燃料電池システム10は、ほかにも水素タンク、燃料電池スタック13へ送る空気を圧縮する圧縮機、各種ポンプ、冷却器、気液分離器などを備えるが、それらの図示は省略した。また、図1の破線矢印線は、信号線を表している。
The
燃料電池スタック13の出力電圧は100ボルト以上である。第1バッテリ11と第2バッテリ12は、その出力電圧が燃料電池スタック13の出力電圧よりも低く、例えば50ボルト以下である。燃料電池スタック13の出力は、モータ4の駆動に用いられ、第1バッテリ11と第2バッテリ12は、モータ4以外の小電力デバイスへ電力を供給する。
The output voltage of the
燃料電池システム10は、さらに、降圧コンバータ17を備えている。燃料電池スタック13が発電している間、降圧コンバータ17が燃料電池スタック13の出力を降圧して第1バッテリ11と第2バッテリ12に供給する。すなわち、第1バッテリ11と第2バッテリ12は、燃料電池スタック13の電力で充電される。
燃料電池スタック13は、定期的に水を抜く必要があり、燃料電池スタック13の排水管14に、水抜き用のポンプ15が備えられている。燃料電池コントローラ16は、一定の時間ごとにポンプ15を起動し、燃料電池スタック13に溜まった水を抜く。燃料電池コントローラ16とポンプ15は、第1バッテリ11から供給される電力で動作する。燃料電池コントローラ16とポンプ15は第1バッテリ11に電気的に直結されており、燃料電池スタック13が停止している間を含め、第1バッテリ11から常時電力供給を受ける。燃料電池システム10は、自動車2のメインスイッチ5がオフになっているときにも燃料電池スタック13の水抜きを実施することができる。
The
一方、第2バッテリ12には、リレー21を介してラジオ24と照明25が接続されている。第2バッテリ12には、自動車コントローラ22が電気的に直結されている。自動車コントローラ22は、メインスイッチ5がオンになるとリレー21と閉じ、メインスイッチ5がオフになるとリレー21を開く。メインスイッチ5がオンになると、リレー21が閉じ、第2バッテリ12からラジオ24と照明25に電力が供給される。メインスイッチ5がオフになると、ラジオ24と照明25は第2バッテリ12から遮断される。
On the other hand, a
燃料電池システム10は、小電力デバイス用に2個のバッテリ(第1バッテリ11と第2バッテリ12)を備えている。第1バッテリ11は、燃料電池スタック13の保守に関わる第1電気デバイス(燃料電池コントローラ16と水抜き用のポンプ15)と電気的に直結されている。メインスイッチ5がオフの間でも、燃料電池コントローラ16と水抜き用のポンプ15には電力が供給されるので、燃料電池スタック13の水抜きを定期的に(あるいは、いつでも)実施することができる。
The
第2バッテリ12は、燃料電池スタック13の保守に関わらない第2電気デバイス(ラジオ24と照明25)と、リレー21を介して電気的に接続されている。メインスイッチ5がオフのとき、リレー21が開かれ、第2電気デバイスは第2バッテリ12から遮断される。リレー21が開かれている間は、第2バッテリ12から第2電気デバイスへ暗電流が流れることがないので、実施例の燃料電池システム10は、第2バッテリ12の電力の無駄な消費が抑えられる。
The
メインスイッチ5は、自動車2のメインスイッチであるとともに、燃料電池システム10のメインスイッチでもある。燃料電池システム10は、メインスイッチ5がオフの間も燃料電池スタック13の保守を行うことができるとともに、メインスイッチ5がオフの間はリレー21を開き、第2バッテリ12の電力の無駄な消費を抑えることができる。
The
なお、自動車コントローラ22は、燃料電池スタック13の保守には関わらないが、第2バッテリ12に電気的に直結されている。自動車コントローラ22は、メインスイッチ5の状態を常に監視する必要があるため、第2バッテリ12に常に接続されている。このように、燃料電池スタック13の保守に関わらない電気デバイスのいくつかは、第2バッテリ12(または第1バッテリ11)に電気的に直結されていてもよい。少なくとも1個の第2電気デバイスがリレー21を介して第2バッテリ12に接続されていれば、第2バッテリ12の電力の無駄な消費を抑えることができる。
The
図2を参照して参考例の燃料電池システム110を説明する。燃料電池システム110も自動車2に搭載されている。実施例の燃料電池システム10が2個のバッテリ(第1バッテリ11と第2バッテリ12)を備えているのに対して、参考例の燃料電池システム110は第2バッテリ12を備えておらず、小電力デバイス(第1電気デバイスと第2電気デバイス)のために第1バッテリ11のみを備える。
A
燃料電池システム110は、燃料電池スタック13と、燃料電池スタック13を保守するために必要な第1電気デバイス(水抜き用のポンプ15、燃料電池コントローラ16)と、燃料電池スタック13の保守に関わらない第2電気デバイス(ラジオ24、照明25)と、第1バッテリ11と、リレー21を備える。第1電気デバイスは第1バッテリ11と電気的に直結されており、第2電気デバイスはリレー21を介して第1バッテリ11と接続されている。
The
第2バッテリ12を除いて、参考例の燃料電池システム110の構成は、実施例の燃料電池システム10の構成と同じである。燃料電池システム110では、燃料電池スタック13の保守に関わる第1電気デバイス(燃料電池コントローラ16と水抜き用のポンプ15)は、第1バッテリ11に電気的に直結されており、燃料電池スタック13の保守に関わらない第2電気デバイス(ラジオ24と照明25)は、リレー21を介して第1バッテリ11に接続されている。
Except for the
メインスイッチ5がオフのとき、リレー21は開かれる。参考例の燃料電池システム110も、いつでも燃料電池スタック13の保守(例えば水抜き)を実行することができるとともに、メインスイッチ5がオフのときは、リレー21が開き、第2電気デバイスが第1バッテリ11から遮断される。第1バッテリ11の電力の無駄な消費が抑えられる。
When the
参考例の燃料電池システム110でも、燃料電池スタック13の保守に関わらない自動車コントローラ22は第1バッテリ11に電気的に直結されている。少なくとも1個の第2電気デバイスがリレー21を介して第1バッテリ11に接続されていれば、第1バッテリ11の電力の無駄な消費が抑えられる。
In the
実施例と参考例の技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する燃料電池システムは、自動車以外の装置、例えば、災害時の電源システムに適用することができる。本明細書が開示する技術は、メインスイッチのオンとオフの切り換えの頻度が高い商用車に適用することが好適である。 Points to note regarding the techniques of the examples and reference examples will be described. The fuel cell system disclosed in the present specification can be applied to devices other than automobiles, such as power supply systems during disasters. The technology disclosed in this specification is preferably applied to commercial vehicles in which the main switch is frequently turned on and off.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as of the filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of them has technical utility in itself.
2:自動車 3:インバータ 4:モータ 5:メインスイッチ 10:燃料電池システム 11:第1バッテリ 12:第2バッテリ 13:燃料電池スタック 14:排水管 15:ポンプ 16:燃料電池コントローラ 17:降圧コンバータ 21:リレー 22:自動車コントローラ 24:ラジオ 25:照明 110:燃料電池システム(参考例) 2: Automobile 3: Inverter 4: Motor 5: Main switch 10: Fuel cell system 11: First battery 12: Second battery 13: Fuel cell stack 14: Drain pipe 15: Pump 16: Fuel cell controller 17: Buck converter 21 : Relay 22: Automobile controller 24: Radio 25: Lighting 110: Fuel cell system (reference example)
Claims (1)
前記燃料電池スタックの保守に関わる第1電気デバイスと、
前記燃料電池スタックの保守に関わらない第2電気デバイスと、
前記第1電気デバイスに電力を供給する第1バッテリと、
前記第2電気デバイスに電力を供給する第2バッテリと、
前記第2バッテリを前記第2電気デバイスから遮断するリレーと、
を備えている、燃料電池システム。 a fuel cell stack;
a first electrical device involved in maintenance of the fuel cell stack;
a second electrical device not involved in maintenance of the fuel cell stack;
a first battery that powers the first electrical device;
a second battery for powering the second electrical device;
a relay that disconnects the second battery from the second electrical device;
A fuel cell system with
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