JP2024071120A - Fuel cell system and fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、電力を生成する燃料電池システムと、燃料電池スタックが生成した電力で走行する燃料電池車に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a fuel cell system that generates electricity and a fuel cell vehicle that runs on the electricity generated by the fuel cell stack.
特許文献１に、燃料電池スタックを搭載した自動車（燃料電池車）が開示されている。燃料電池車は様々な電気デバイスを搭載している。特許文献１の燃料電池車は、燃料電池スタックの出力電圧を降圧する複数の電圧コンバータを備えている。複数の電圧コンバータから複数の電気デバイスへ電力が供給される。特許文献１の燃料電池車は、負荷の大きさに応じて複数の電圧コンバータを使い分ける。 Patent Document 1 discloses an automobile (fuel cell vehicle) equipped with a fuel cell stack. The fuel cell vehicle is equipped with various electric devices. The fuel cell vehicle of Patent Document 1 is equipped with multiple voltage converters that step down the output voltage of the fuel cell stack. Power is supplied from the multiple voltage converters to multiple electric devices. The fuel cell vehicle of Patent Document 1 uses multiple voltage converters depending on the size of the load.
電圧コンバータには出力上限が定められている。電圧コンバータの出力上限は、電圧コンバータの状態で変化し得る。本明細書が開示する一つの技術は、電圧コンバータの状態に応じて出力上限を調整し、電圧コンバータを有効に活用することである。本明細書が開示する別の技術は、電圧コンバータの出力が出力上限を超えないように、駆動する電気デバイスの出力を調整することである。 A voltage converter has a set output upper limit. The output upper limit of the voltage converter can change depending on the state of the voltage converter. One technique disclosed in this specification is to adjust the output upper limit according to the state of the voltage converter and make effective use of the voltage converter. Another technique disclosed in this specification is to adjust the output of the driven electrical device so that the output of the voltage converter does not exceed the output upper limit.
本明細書が開示する技術の一つの態様は、燃料電池システムに具現化される。この燃料電池システムは、電力を生成する燃料電池スタックと、スイッチング素子の回路によって燃料電池スタックの出力電圧を降圧する電圧コンバータと、電圧コンバータを冷却する冷媒を備える冷却器と、電圧コンバータを制御するコントローラを備える。電圧コンバータは、複数の電気デバイスに電力を供給することができる。コントローラは、スイッチング素子の温度と冷媒の温度に応じて電圧コンバータの出力上限を決定する。この燃料電池システムは、電圧コンバータの状態（スイッチング素子と冷媒の温度）に応じて出力上限を調整することで、電圧コンバータを有効に活用することができる。 One aspect of the technology disclosed in this specification is embodied in a fuel cell system. This fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electric power, a voltage converter that steps down the output voltage of the fuel cell stack using a switching element circuit, a cooler that includes a refrigerant that cools the voltage converter, and a controller that controls the voltage converter. The voltage converter can supply electric power to multiple electric devices. The controller determines the upper output limit of the voltage converter according to the temperature of the switching element and the temperature of the refrigerant. This fuel cell system can effectively utilize the voltage converter by adjusting the upper output limit according to the state of the voltage converter (the temperature of the switching element and the refrigerant).
コントローラは、スイッチング素子の温度と冷媒の温度に加えて燃料電池スタックの温度と燃料電池スタックの状態に基づいて出力上限を決定してもよい。多くのパラメータによって電圧コンバータの出力上限を調整することで、電圧コンバータをさらに有効に活用することができる。 The controller may determine the upper output limit based on the temperature of the fuel cell stack and the state of the fuel cell stack in addition to the temperature of the switching element and the temperature of the coolant. By adjusting the upper output limit of the voltage converter using a number of parameters, the voltage converter can be utilized more effectively.
電圧コンバータから電力供給を受ける複数の電気デバイスには優先順位があらかじめ定められていてもよい。この場合、コントローラは、現在稼働している電気デバイスの総消費電力が出力上限よりも低い出力許容値を超える場合、現在稼働している電気デバイスの中で最も優先順位の低い電気デバイスの出力を下げるようにしてもよい。出力許容値は出力上限からマージンを引いた値である。すなわち、コントローラは、総消費電力が出力上限に近づいたら、優先順位の低い電気デバイスの出力を下げ、総消費電力が出力上限を超えないようにすることができる。 A priority order may be set in advance for the multiple electrical devices that receive power from the voltage converter. In this case, the controller may lower the output of the electrical device with the lowest priority among the currently operating electrical devices when the total power consumption of the currently operating electrical devices exceeds an output allowable value that is lower than the output upper limit. The output allowable value is a value obtained by subtracting a margin from the output upper limit. In other words, when the total power consumption approaches the output upper limit, the controller can lower the output of the electrical device with the lowest priority so that the total power consumption does not exceed the output upper limit.
本明細書が開示する技術の別の態様は、燃料電池車に具現化される。この燃料電池車は、電力を生成する燃料電池スタックと、燃料電池スタックの出力電圧を降圧する電圧コンバータと、電圧コンバータの出力電力で動作する複数の電気デバイスと、電圧コンバータと電気デバイスを制御するコントローラを備える。複数のデバイスは、燃料電池スタックを運転するのに必要なＦＣ必須デバイスと、燃料電池スタックを運転するのに必要でないオプションデバイスを含む。オプションデバイスには、優先順位があらかじめ定められている。コントローラは、電圧コンバータの出力上限からＦＣ必須デバイスの総消費電力を減じた余剰電力を算出する。コントローラは、オプションデバイスの総消費電力が余剰電力よりも低い出力許容値を超えた場合、稼働しているオプションデバイスの中で最も優先順位の低いオプションデバイスの出力を下げる。先に述べた燃料電池システムでは、電圧コンバータの出力上限を調整する。本明細書が開示する燃料電池車では、コントローラは、まず、ＦＣ必須デバイスを動かすための電力を確保する。次いでコントローラは、電圧コンバータの余剰電力の範囲内でオプションデバイスの出力を調整する。この燃料電池車は、電圧コンバータの出力電力を有効に活用することができる。 Another aspect of the technology disclosed in this specification is embodied in a fuel cell vehicle. This fuel cell vehicle includes a fuel cell stack that generates electric power, a voltage converter that steps down the output voltage of the fuel cell stack, a plurality of electric devices that operate with the output power of the voltage converter, and a controller that controls the voltage converter and the electric devices. The plurality of devices include FC-required devices that are necessary for operating the fuel cell stack, and optional devices that are not necessary for operating the fuel cell stack. Priority is predefined for the optional devices. The controller calculates surplus power by subtracting the total power consumption of the FC-required devices from the output upper limit of the voltage converter. When the total power consumption of the optional devices exceeds an output allowable value that is lower than the surplus power, the controller reduces the output of the optional device with the lowest priority among the optional devices that are in operation. In the fuel cell system described above, the output upper limit of the voltage converter is adjusted. In the fuel cell vehicle disclosed in this specification, the controller first secures power to operate the FC-required devices. Then, the controller adjusts the output of the optional devices within the range of the surplus power of the voltage converter. This fuel cell vehicle can effectively utilize the output power of the voltage converter.
電圧コンバータから電力供給を受ける複数の電気デバイスには、燃料電池車の外の電気デバイス（燃料電池車に予め搭載されていない電気デバイス）に電力を供給する外部給電器が含まれていてよい。外部給電器には最大供給電力が定められている。この場合コントローラは次の処理を実行するように構成されていてもよい。コントローラは、電圧コンバータの出力上限からＦＣ必須デバイスの総消費電力と前述した最大供給電力を減じた余剰電力を算出する。コントローラは、オプションデバイスの総消費電力が余剰電力よりも低い出力許容値を超えた場合、稼働しているオプションデバイスの中で最も優先順位の低いオプションデバイスの出力を下げる。ＦＣ必須デバイスの動作と外部への給電電力を保証した上で、電圧コンバータの出力が出力上限を超えないようにすることができる。 The multiple electrical devices that receive power from the voltage converter may include an external power supply that supplies power to electrical devices outside the fuel cell vehicle (electrical devices that are not pre-installed in the fuel cell vehicle). A maximum supply power is set for the external power supply. In this case, the controller may be configured to execute the following process. The controller calculates surplus power by subtracting the total power consumption of the FC-required devices and the aforementioned maximum supply power from the output upper limit of the voltage converter. If the total power consumption of the optional devices exceeds an output allowable value that is lower than the surplus power, the controller reduces the output of the optional device with the lowest priority among the optional devices that are in operation. It is possible to ensure that the output of the voltage converter does not exceed the output upper limit while guaranteeing the operation of the FC-required devices and the power supply to the outside.
電気デバイスには、燃料電池車を走行させるのに必要な走行必須デバイスが含まれていてもよい。この場合、コントローラは次の処理を実行するように構成されていてもよい。コントローラは、外部給電器が使われているときには、走行必須デバイスを停止したままに保持するとともに、電圧コンバータの出力上限からＦＣ必須デバイスの総消費電力と最大供給電力を減じた余剰電力を計算する。コントローラは、燃料電池車が走行可能であるときには、外部給電器を停止したままに保持するとともに、電圧コンバータの出力上限からＦＣ必須デバイスと走行必須デバイスの総消費電力を減じた余剰電力を計算する。コントローラは、外部給電器が使えるときと使えないときのいずれにおいても、オプションデバイスの総消費電力が余剰電力を超えないように、最低順位のオプションデバイスの出力を下げる。走行可能な場合は走行必須デバイスが必要とする電力が保証される。 The electric devices may include essential devices required for driving the fuel cell vehicle. In this case, the controller may be configured to execute the following process. When the external power supply is being used, the controller keeps the essential devices stopped and calculates the surplus power obtained by subtracting the total power consumption of the FC essential devices and the maximum supply power from the output upper limit of the voltage converter. When the fuel cell vehicle is capable of driving, the controller keeps the external power supply stopped and calculates the surplus power obtained by subtracting the total power consumption of the FC essential devices and the essential devices from the output upper limit of the voltage converter. The controller lowers the output of the lowest-ranked optional device so that the total power consumption of the optional devices does not exceed the surplus power, whether the external power supply is available or not. When driving is possible, the power required by the essential devices is guaranteed.
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 technology disclosed in this specification are explained in the "Description of Embodiments" below.
以下では、説明の便宜上、「燃料電池」を「ＦＣ」と表記する場合がある。「燃料電池システム」、「燃料電池スタック」、「燃料電池車」は、それぞれ、「ＦＣシステム」、「ＦＣスタック」、「ＦＣ車」と表記される。 For ease of explanation, below, "fuel cell" may be abbreviated as "FC." "Fuel cell system," "fuel cell stack," and "fuel cell vehicle" will be abbreviated as "FC system," "FC stack," and "FC vehicle," respectively.
（第１実施例）図１に、第１実施例のＦＣシステムのブロック図を示す。第１実施例のＦＣシステムは、ＦＣ車２である。ＦＣ車２は、ＦＣスタック１０、電圧コンバータ４、２０、インバータ５、走行用のモータ６、コントローラ３０を備える。電圧コンバータ４は昇圧コンバータであり、電圧コンバータ２０は降圧コンバータである。ＦＣスタック１０が生成した電力は、電圧コンバータ４が昇圧し、インバータ５へ供給する。インバータ５は、昇圧された直流電力をモータ６の駆動に適した交流電力に変換する。インバータ５が出力する交流電力によってモータ６が駆動される。モータ６の出力軸は車輪と連動する。モータ６の出力トルクによってＦＣ車２は走行する。ＦＣスタック１０、電圧コンバータ４、インバータ５は、コントローラ３０が制御する。
(First embodiment) Figure 1 shows a block diagram of the FC system of the first embodiment. The FC system of the first embodiment is an
よく知られているように、ＦＣスタック１０は、空気と水素を反応させて電力を生成する。ＦＣスタック１０には、温度センサ１５、状態センサ１６、冷却器（ＦＣ冷却器１２）が付随する。温度センサ１５はＦＣスタック１０の温度を計測する、状態センサ１６は、ＦＣスタック１０の状態を計測する。ＦＣスタック１０の状態の例は、ＦＣスタック１０の出力電流と出力電圧であるが、これらに限られない。コントローラ３０は、温度センサ１５、状態センサ１６の計測値を取得し、それらの情報をＦＣスタック１０の運転に用いる。ＦＣスタック１０にはさらに多くのデバイスが付随するが、それらの図示は省略する。ＦＣスタック１０を運転するのに必須の電気デバイスの例として、ＦＣスタック１０へ空気を送るコンプレッサやＦＣスタック１０へ水素を送る水素ポンプなどがある。
As is well known, the
ＦＣ冷却器１２は、ＦＣスタック１０を冷却する。ＦＣ冷却器１２は冷媒流路１３を有している。冷媒流路１３はＦＣスタック１０を通過している。ＦＣ冷却器１２は、不図示のポンプを使って冷媒流路１３へ冷媒を流し、ＦＣスタック１０を冷却する。冷媒流路１３のＦＣスタック出口側には温度センサ１４が備えられている。温度センサ１４は、ＦＣスタック１０を冷却した後の冷媒温度を計測する。温度センサ１４の計測値はＦＣ冷却器１２のパフォーマンスの指標となる。コントローラ３０は、温度センサ１４の計測値が高ければＦＣ冷却器１２のポンプの出力を高め、冷媒流量を増やす。
The FC cooler 12 cools the
コントローラ３０には、ＦＣ車２のメインスイッチ３１、車速センサ３２、アクセル開度センサ３３などがつながっている。メインスイッチ３１は、オフ／アクセサリオン／パワーオンの三種類の切り替えが可能である。「オフ」はＦＣ車２のすべての電気デバイスが停止した状態を意味する。「アクセサリオン」は、走行系（インバータ５とモータ６）は停止状態が保持されるが、それ以外の電気デバイスは利用可能であることを意味する。なお、「アクセサリオン」と「パワーオン」では、コントローラ３０はＦＣスタック１０を運転する。
The
メインスイッチ３１の状態が「パワーオン」の場合、コントローラ３０は、車速センサ３２から車速を取得し、アクセル開度センサ３３からアクセル開度を取得する。コントローラ３０は、車速とアクセル開度からモータ６の目標出力を決定し、モータ６の出力が目標出力に追従するようにＦＣスタック１０、電圧コンバータ４、インバータ５を制御する。
When the
ＦＣスタック１０の電力出力端には電圧コンバータ２０も接続されている。電圧コンバータ２０は降圧コンバータであり、スイッチング素子２１の回路によってＦＣスタック１０の出力電圧を降圧する。スイッチング素子２１を用いた電圧コンバータの回路はよく知られているので、ここでは具体的な回路の説明は省略する。ＦＣスタック１０の出力電圧の例は５００－７００ボルトである。電圧コンバータ２０の出力電圧の例は、２００－４００ボルトである。
A
電圧コンバータ２０には、温度センサ２５と冷却器（ＤＤＣ冷却器２２）が付随する。温度センサ２５はスイッチング素子２１の温度を計測する。ＤＤＣ冷却器２２は、電圧コンバータ２０（すなわちスイッチング素子２１）を冷却する。ＤＤＣ冷却器２２は冷媒流路２３を有している。冷媒流路２３は電圧コンバータ２０を通過している。ＤＤＣ冷却器２２は、不図示のポンプを使って冷媒流路２３へ冷媒を流し、電圧コンバータ２０（すなわちスイッチング素子２１）を冷却する。冷媒流路２３の電圧コンバータ出口側には温度センサ２４が備えられている。温度センサ２４は、電圧コンバータ２０（すなわちスイッチング素子２１）を冷却した後の冷媒温度を計測する。温度センサ２４の計測値は、ＤＤＣ冷却器２２のパフォーマンスの指標となる。コントローラ３０は、温度センサ２４の計測値が高ければＤＤＣ冷却器２２のポンプの出力を高め、冷媒流量を増やす。
The
電圧コンバータ２０は、複数の電気デバイスに電力を供給することができる。電圧コンバータ２０の出力端（低電圧端）には、複数の電気デバイス４１（４１ａ－４１ｃ）、４２（４２ａ－４２ｃ）、４３（４３ａ－４３ｃ）が接続されている。
The
電圧コンバータ２０から電力供給を受ける電気デバイスは、いくつかのカテゴリ（ＦＣ必須デバイス４１、走行必須デバイス４２、オプションデバイス４３）に分類される。ＦＣスタック１０を運転するのに必要な電気デバイスをＦＣ必須デバイス４１と総称する。ＦＣ必須デバイス４１の例は、ＦＣスタック１０に空気を送るコンプレッサ４１ａ、ＦＣスタック１０に燃料を送る水素ポンプ４１ｂ、ＦＣスタック１０の温度が許容範囲を下回っているときにＦＣスタック１０を温めるＦＣヒータ４１ｃなどである。コンプレッサ４１ａ、水素ポンプ４１ｂ、ＦＣヒータ４１ｃはＦＣ必須デバイス４１の例であり、ほかにも複数のＦＣ必須デバイス４１があるが、それらの図示と説明は省略する。
The electric devices that receive power from the
ＦＣ車２を走らせるのに必要な電気デバイスを走行必須デバイス４２と総称する。走行必須デバイス４２の例は、パワーステアリングモータ４２ａ、ブレーキアシストモータ４２ｂ、ヘッドライド４２ｃなどである。パワーステアリングモータ４２ａ、ブレーキアシストモータ４２ｂ、ヘッドライド４２ｃは走行必須デバイス４２の例であり、ほかにも複数の走行必須デバイス４２があるが、それらの図示と説明は省略する。
The electrical devices required to run the
ＦＣ必須デバイス４１と走行必須デバイス４２のいずれにも属さない電気デバイスをオプションデバイス４３と総称する。オプションデバイス４３の例は、車室内の空気温度を調整する空調機４３ａ、シートヒータ４３ｂ、外部給電器４３ｃなどである。外部給電器４３ｃは、車外の電気デバイスに電力を供給する電気デバイスである。「車外の電気デバイス」とは、ＦＣ車２に組み込まれていない電気デバイスを意味する。外部給電器４３ｃは、電圧コンバータ２０が出力する直流電力を、一般の家庭電化製品（例えばランプ４４ａやオーディオ４４ｂなど）を駆動する交流電力に変換して出力することができる。空調機４３ａ、シートヒータ４３ｂ、外部給電器４３ｃはオプションデバイス４３の例であり、ほかにも複数のオプションデバイス４３があるが、それらの図示と説明は省略する。
Electrical devices that do not belong to either the FC required
コントローラ３０には、電圧コンバータ２０から電力供給を受ける電気デバイス（外部給電器４３ｃに接続される車外の電気デバイスは除く）と通信が可能であり、電圧コンバータ２０から電力供給を受けて稼働している電気デバイスが、どのカテゴリの電気デバイスであるかを把握することができる。また、空調機４３ａなどのオプションデバイス４３はユーザによって操作されるが、コントローラ３０がオプションデバイス４３の出力を調整することもできる。ＦＣ必須デバイス４１と走行必須デバイス４２はコントローラ３０が制御する。
The
電圧コンバータ２０には出力上限が決められている。出力上限は、ＤＤＣ冷却器２２の冷媒の温度と電圧コンバータ２０のスイッチング素子２１の温度に基づいて定められる。説明を簡単にするために、ＤＤＣ冷却器２２の冷媒の温度のＤＤＣ冷媒温度と表記し、スイッチング素子２１の温度をＳＷ素子温度と表記する。コントローラ３０には、ＤＤＣ冷媒温度とＳＷ素子温度から出力上限を求める関係が記憶されている。ＤＤＣ冷媒温度とＳＷ素子温度から出力上限を求める関係は、マップ（対応表）の形式でコントローラ３０に記憶されていてもよいし、数式としてコントローラ３０に記憶されていてもよい。ＳＷ素子温度が高くなるほど出力上限は低くなるように定められている。また、ＤＤＣ冷媒温度が高くなるほど出力上限は低くなるように定められている。ＳＷ素子温度が高くなるほど、および、ＤＤＣ冷媒温度が高くなるほど、スイッチング素子２１の動作条件が厳しくなるからである。
An output upper limit is determined for the
図２に、コントローラ３０が実行する出力上限決定処理のフローチャートを示す。コントローラ３０は、ＳＷ素子温度とＤＤＣ冷媒温度を取得する（ステップＳ２）。先に述べたように、ＳＷ素子温度は温度センサ２５によって計測される。ＤＤＣ冷媒温度は温度センサ２４から取得される。コントローラ３０は、取得した温度（ＳＷ素子温度とＤＤＣ冷媒温度）から電圧コンバータ２０の出力上限を決定する（ステップＳ３）。コントローラ３０は、定期的に図２の処理を繰り返す。コントローラ３０は、電圧コンバータ２０の出力が出力上限を超えないように、電圧コンバータ２０（すなわちスイッチング素子２１）を制御する。
Figure 2 shows a flowchart of the output upper limit determination process executed by the
図２の処理により、ＦＣ車２は、電圧コンバータ２０を効率よく使うことができる。
The processing in Figure 2 allows the
出力上限を決定する処理の変形例を説明する。変形例の処理では、コントローラ３０は、ＳＷ素子温度とＤＤＣ冷媒温度に加えて、ＦＣスタック１０の温度（ＦＣ温度）とＦＣスタック１０の状態（ＦＣ状態）も考慮して出力上限を決定する。先に述べたように、ＦＣ温度は温度センサ１５によって計測される。ＦＣ状態は状態センサ１６によって計測される。ＦＣ状態の例は、ＦＣスタック１０の出力電流と出力電圧などである。
A modified example of the process for determining the upper output limit will be described. In the modified process, the
また、変形例では、電気デバイスの総消費電力が電圧コンバータ２０の出力上限に近づくと、コントローラ３０は優先順位の低い電気デバイスの出力を下げる。
In addition, in a modified example, when the total power consumption of the electrical devices approaches the upper output limit of the
図３に、変形例の出力上限決定処理のフローチャートを示す。コントローラ３０は定期的に図３の処理を繰り返す。
Figure 3 shows a flowchart of the modified output upper limit determination process. The
コントローラ３０は、ＳＷ素子温度、ＤＤＣ冷媒温度、ＦＣ温度、ＦＣ状態を取得する（ステップＳ１２）。次いでコントローラ３０は、取得した情報から電圧コンバータ２０の出力上限を決定する（ステップＳ１３）。コントローラ３０には、あらかじめ、ＳＷ素子温度、ＤＤＣ冷媒温度、ＦＣ温度、ＦＣ状態と、出力上限の関係が記憶されている。この関係は、マップ（対応表）の形式であってもよいし、関係式であってもよい。先に述べたように、コントローラ３０は、電圧コンバータ２０の出力が出力上限を超えないように電圧コンバータ２０を制御する。
The
コントローラ３０は、電圧コンバータ２０から電力供給を受けている電気デバイスと通信し、稼働している電気デバイス（外部給電器４３ｃから電力供給を受けている外部デバイスを除く）の消費電力を取得する。コントローラ３０は、取得した消費電力の合計（総消費電力）を算出する（ステップＳ１４）。続いて、コントローラ３０は、総消費電力を出力許容値と比較する（ステップＳ１５）。出力許容値は、出力上限よりもわずかに低い値に設定されている。より詳しくは、出力許容値は、出力上限からマージンを引いた値に設定される。
The
総消費電力が出力許容値よりも大きい場合、コントローラ３０は、稼働している電気デバイスの中で最も優先順位の低い電気デバイスの出力を下げる（ステップＳ１５：ＹＥＳ、Ｓ１６）。
If the total power consumption is greater than the output allowable value, the
電圧コンバータ２０から電力供給を受けるオプションデバイス４３（外部給電器４３ｃに接続されている外部のデバイスを除く）のそれぞれには、あらかじめ優先順位が割り当てられている。外部給電器４３ｃには最も高い優先順位が割り当てられている。空調機４３ａには、外部給電器４３ｃの次に高い優先順位が割り当てられている。シートヒータ４３ｂには、最も低い優先順位が割り当てられている。優先順位はコントローラ３０に記憶されている。
Each of the optional devices 43 (excluding external devices connected to the
空調機４３ａとシートヒータ４３ｂと外部給電器４３ｃが稼働しているときに総消費電力が出力許容値を超えたら、コントローラ３０は、最も優先順位の低いシートヒータ４３ｂの出力を下げる。コントローラ３０は、総消費電力から出力許容値を引いた値（超過電力）に相当する分だけシートヒータ４３ｂの出力を下げる。シートヒータ４３ｂの現在の出力が超過電力に満たない場合、コントローラ３０は、シートヒータ４３ｂの出力をゼロまで下げる。すなわち、コントローラ３０はシートヒータ４３ｂを停止する。シートヒータ４３ｂを停止すると、稼働しているオプションデバイス４３の中で空調機４３ａの優先順位が最も低くなる。コントローラ３０は、シートヒータ４３ｂを停止したのち、再び図３の処理を実行する。総消費電力が出力許容値を超えている場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、コントローラ３０は、超過電力（＝総消費電力－出力許容値）に相当する分だけ空調機４３ａの出力を下げる（ステップＳ１６）。
When the
こうして、コントローラ３０は、電圧コンバータ２０の出力が出力上限を超えない範囲で、できるだけ多くの電力を有効に電気デバイスに供給する。
In this way, the
なお、コントローラ３０は、ＦＣ必須デバイス４１と走行必須デバイス４２の出力は下げることはない。電圧コンバータ２０は、出力上限が最も低い場合でも、ＦＣ必須デバイス４１と走行必須デバイス４２を動かすのに十分な電力を出力することができるように設計されている。ＦＣ車２のメインスイッチ３１の状態が「アクセサリオン」の場合、ＦＣ車２は走行できないので、走行必須デバイスの総消費電力はゼロである。
The
（第２実施例）第２実施例のＦＣ車を説明する。第２実施例のＦＣ車のハードウエア構成は、図１に示したＦＣ車２のものと同じである。第２実施例では、電圧コンバータ２０の出力が出力上限を超えないようにするための処理が第１実施例の場合と異なる。
(Second embodiment) An FC vehicle of the second embodiment will be described. The hardware configuration of the FC vehicle of the second embodiment is the same as that of the
図４に、第２実施例のＦＣ車２においてコントローラ３０が行う処理のフローチャートを示す。コントローラ３０は、図４の処理を所定の周期で繰り返し実行する。
Figure 4 shows a flowchart of the process performed by the
コントローラ３０は、ＦＣ必須デバイス４１の総消費電力を算出する（ステップＳ２２）。続いてコントローラ３０は、余剰電力を算出する（ステップＳ２３）。余剰電力は、電圧コンバータ２０の出力上限からＦＣ必須デバイス４１の総消費電力を減じた値である。次に、コントローラ３０は、稼働しているオプションデバイス４３の総消費電力と、電圧コンバータ２０の出力許容値を比較する（ステップＳ２４）。出力許容値は、余剰電力よりも低い値に設定される。具体的には、出力許容値は、余剰電力からマージンを減じた値に設定される。
The
オプションデバイス４３の総消費電力が出力許容値を超えていたら、コントローラ３０は、稼働しているオプションデバイス４３の中で最も優先順位の低いオプションデバイスの出力を下げる（ステップＳ２４：ＹＥＳ、Ｓ２５）。各オプションデバイスの優先順位は予め定められており、コントローラ３０に記憶されている。
If the total power consumption of the
コントローラ３０は、超過電力（＝オプションデバイスの総消費電力－出力許容値）に相当する分だけ、最低順位のオプションデバイスの出力を下げる。
The
上記の処理により、電圧コンバータ２０の出力が出力上限を超えないようにすることができる。
The above process ensures that the output of the
外部給電器４３ｃのスイッチが入れられているときには、コントローラ３０は余剰電力の計算式を変更する。外部給電器４３ｃには、最大供給電力が定められている。外部給電器４３ｃのスイッチがオンのとき、コントローラ３０は、電圧コンバータ２０の出力上限から、ＦＣ必須デバイス４１の総消費電力と最大供給電力（外部給電器４３ｃの最大供給電力）を減じた値を余剰電力として算出する。そして、稼働しているオプションデバイス４３の総消費電力が出力許容値（＝余剰電力－マージン）を超えていたら、コントローラ３０は、稼働しているオプションデバイス４３の中で最も優先順位の低いオプションデバイスの出力を下げる（ステップＳ２４：ＹＥＳ、Ｓ２５）。
When the
外部給電器４３ｃは、ＦＣ車２が走行していないときのみ、使用が許可される。先に述べたように、ＦＣ車２のメインスイッチ３１は、オフ／アクセサリオン／パワーオンの三種類の切り替えが可能である。メインスイッチ３１の状態が「アクセサリオン」のとき、コントローラ３０は走行系（インバータ５とモータ６）の停止状態を保持する。別言すれば、メインスイッチ３１の状態が「アクセサリオン」のとき、走行必須デバイス４２が動作することはない。メインスイッチ３１の状態が「アクセサリオン」のとき、コントローラ３０は外部給電器４３ｃの利用を許可する。外部給電器４３ｃが利用可能であるとき、コントローラ３０は、走行必須デバイス４２の消費電力を考慮することなく、余剰電力を算出する。
The
メインスイッチ３１の状態が「パワーオン」のとき、コントローラ３０は走行系（インバータ５とモータ６）を起動する。すなわち、ＦＣ車２は走行可能となる。このときコントローラ３０は、外部給電器４３ｃを起動しない。別言すれば、コントローラ３０は外部給電器４３ｃを停止した状態に保持する。ＦＣ車２が走行しているときには車外のデバイスを接続できないからである。説明の便宜上、メインスイッチ３１の状態が「パワーオン」のときを「走行モード」と称する。走行モードのとき、コントローラ３０は外部給電器４３ｃを起動しない。走行モードのとき、外部給電器４３ｃは利用不可である。
When the
ＦＣ車２が走行モードのとき、コントローラ３０は、電圧コンバータ２０の出力上限から、ＦＣ必須デバイス４１の総消費電力と走行必須デバイス４２の総消費電力を減じた値を余剰電力として算出する。そして、稼働しているオプションデバイス４３の総消費電力が出力許容値（＝余剰電力－マージン）を超えていたら、コントローラ３０は、稼働しているオプションデバイス４３の中で最も優先順位の低いオプションデバイスの出力を下げる（ステップＳ２４：ＹＥＳ、Ｓ２５）。
When the
以上のとおり、第２実施例のＦＣ車も、電圧コンバータ２０の出力が出力上限を超えないようにすることができる。また、第２実施例のＦＣ車は、電圧コンバータ２０が供給可能な電力を有効に分配することができる。
As described above, the FC vehicle of the second embodiment can also prevent the output of the
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。優先順位の最も低いオプションデバイスがオンとオフの二値のみをとるデバイスの場合、ステップＳ２５において、コントローラ３０は、優先順位の最も低いオプションデバイスを停止する。一方、空調機４３ａの消費電力は設定温度に応じて変化する。シートヒータ４３ｂの消費電力も設定温度に応じて変化する。そこで、コントローラ３０は、ステップＳ２４にて、オプションデバイス４３の総消費電力が余剰電力を超えないように、優先順位の最も低いオプションデバイス４３の出力を下げる。ステップＳ２４にてコントローラ３０はオプションデバイス４３の出力をゼロまで下げる場合があってもよい。
Notes regarding the technology described in the embodiment are as follows. If the optional device with the lowest priority is a device that can only take the two values of on and off, in step S25, the
ＦＣ必須デバイスの総消費電力は、コントローラ３０がリアルタイムに取得するものであってもよいし、予め定められた値であってもよい。ＦＣスタック１０の運転中に想定される総消費電力は予め設定することができる。また、ＦＣスタック１０を運転するときに必要な総消費電力は外気温度やＦＣスタックの出力に依存する。ＦＣ必須デバイスの総消費電力は、外気温度やＦＣスタック１０の出力に依存して定められるものであってもよい。コントローラ３０は、外気温度やＦＣスタック１０の出力に依存してＦＣ必須デバイスの総消費電力を決めるマップを記憶していてもよい。
The total power consumption of the FC-required devices may be obtained by the
走行必須デバイスの総消費電力も、コントローラ３０がリアルタイムに取得するものであってもよいし、予め定められた値であってもよい。走行必須デバイスの総消費電力は、外気温度や走行中の道路の種別（市街地道路や高速道路などの種別）に依存して定められるものであってもよい。コントローラ３０は、外気温度や道路の種別に依存して走行必須デバイスの総消費電力を決めるマップを記憶していてもよい。
The total power consumption of the travel-required devices may also be acquired by the
外気温度が氷点下の場合、コントローラ３０は、メインスイッチ３１の状態が「アクセサリオン」であっても外部給電器４３ｃの起動を禁止するようにしてもよい。外部給電器４３ｃの消費電力は大きくなる可能性がある。一方、外気温度が氷点下の場合、ＦＣ必須デバイス４１の総消費電力が大きくなり、また、オプションデバイスである空調機４３ａの重要性が高まるからである。
When the outside temperature is below freezing, the
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 above in detail, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples exemplified above. The technical elements described in this specification or drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Furthermore, the technology exemplified in this specification or drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of those objectives is itself technically useful.
２：燃料電池車（燃料電池システム） ４：電圧コンバータ ５：インバータ ６：モータ １０：ＦＣスタック １２：ＦＣ冷却器 １３、２３：冷媒流路 １４、１５、２４、２５：温度センサ １６：状態センサ ２０：電圧コンバータ ２１：スイッチング素子 ２２：ＤＤＣ冷却器 ３０：コントローラ ３１：メインスイッチ ３２：車速センサ ３３：アクセル開度センサ ４１：ＦＣ必須デバイス ４２：走行必須デバイス ４３：オプションデバイス ４３ｃ：外部給電器
2: Fuel cell vehicle (fuel cell system) 4: Voltage converter 5: Inverter 6: Motor 10: FC stack 12: FC cooler 13, 23:
Claims (6)
スイッチング素子の回路によって前記燃料電池スタックの出力電圧を降圧する電圧コンバータであって、複数の電気デバイスに電力を供給する電圧コンバータと、
前記電圧コンバータを冷却する冷媒を備える冷却器と、
前記電圧コンバータを制御するコントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、前記スイッチング素子の温度と前記冷媒の温度に応じて前記電圧コンバータの出力上限を決定する、
燃料電池システム。 A fuel cell stack;
a voltage converter that steps down an output voltage of the fuel cell stack using a switching element circuit, the voltage converter supplying power to a plurality of electric devices;
a cooler having a refrigerant for cooling the voltage converter;
A controller for controlling the voltage converter;
It is equipped with
the controller determines an upper limit of an output of the voltage converter in response to a temperature of the switching element and a temperature of the coolant.
Fuel cell system.
請求項１に記載の燃料電池システム。 the controller determines the output upper limit based on a temperature of the switching element, a temperature of the coolant, a temperature of the fuel cell stack, and a state of the fuel cell stack.
The fuel cell system according to claim 1 .
前記コントローラは、現在稼働している前記電気デバイスの総消費電力が前記出力上限よりも低い出力許容値を超えた場合、稼働している前記電気デバイスの中で最も優先順位の低い前記電気デバイスを停止する、請求項１または２に記載の燃料電池システム。 A priority order is assigned to the plurality of electrical devices;
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the controller stops the electric device having the lowest priority among the electric devices in operation when a total power consumption of the electric devices in operation exceeds an output allowable value that is lower than the output upper limit.
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの出力電圧を降圧する電圧コンバータと、
前記電圧コンバータの出力電力で動作する複数の電気デバイスと、
前記電圧コンバータと前記電気デバイスを制御するコントローラと、
を備えており、
前記複数の電気デバイスは、前記燃料電池スタックを運転するのに必要なＦＣ必須デバイスと、前記燃料電池スタックを運転するのに必要でないオプションデバイスを含んでおり、前記オプションデバイスには、優先順位が定められており、
前記コントローラは、
前記電圧コンバータの出力上限から前記ＦＣ必須デバイスの総消費電力を減じた余剰電力を算出し、
前記オプションデバイスの総消費電力が前記余剰電力よりも低い出力許容値を超えた場合、稼働している前記オプションデバイスの中で最も優先順位の低い前記オプションデバイスの出力を下げる、
燃料電池車。 A fuel cell vehicle,
A fuel cell stack;
a voltage converter that steps down an output voltage of the fuel cell stack;
a plurality of electric devices operating on the output power of the voltage converter;
a controller for controlling the voltage converter and the electrical device;
Equipped with
the plurality of electric devices include FC essential devices necessary for operating the fuel cell stack and optional devices not necessary for operating the fuel cell stack, and a priority order is assigned to the optional devices;
The controller:
Calculating surplus power by subtracting the total power consumption of the FC essential devices from the output upper limit of the voltage converter;
When the total power consumption of the optional devices exceeds an output allowable value that is lower than the surplus power, reducing the output of the optional device that has the lowest priority among the optional devices that are in operation.
Fuel cell vehicle.
前記コントローラは、
前記電圧コンバータの前記出力上限から前記ＦＣ必須デバイスの総消費電力と前記最大供給電力を減じた前記余剰電力を算出し、
前記オプションデバイスの総消費電力が前記余剰電力よりも低い前記出力許容値を超えた場合、稼働している前記オプションデバイスの中で最も優先順位の低い前記オプションデバイスの出力を下げる、
請求項４に記載の燃料電池車。 the electric device includes an external power supply device capable of supplying electric power to an external electric device outside the fuel cell vehicle, the external power supply device having a maximum supply power defined;
The controller:
calculating the surplus power by subtracting the total power consumption of the FC essential devices and the maximum supply power from the output upper limit of the voltage converter;
When the total power consumption of the optional devices exceeds the output allowable value which is lower than the surplus power, reducing the output of the optional device having the lowest priority among the optional devices that are in operation.
5. The fuel cell vehicle according to claim 4.
前記コントローラは、
前記外部給電器が使われているときには、前記走行必須デバイスを停止するとともに、前記電圧コンバータの前記出力上限から前記ＦＣ必須デバイスの総消費電力と前記最大供給電力を減じた前記余剰電力を計算し、
前記燃料電池車が走行可能であるときには、前記外部給電器を停止するとともに、前記電圧コンバータの前記出力上限から前記ＦＣ必須デバイスと前記走行必須デバイスの総消費電力を減じた前記余剰電力を計算し、
前記オプションデバイスの総消費電力が前記余剰電力を超えないように、稼働している前記オプションデバイスの中で最も優先順位の低い前記オプションデバイスの出力を下げる、
請求項４に記載の燃料電池車。 The electric device includes a driving essential device necessary for driving the fuel cell vehicle,
The controller:
When the external power supply is being used, the driving essential device is stopped, and the surplus power is calculated by subtracting the total power consumption of the FC essential device and the maximum supply power from the output upper limit of the voltage converter,
When the fuel cell vehicle is capable of running, the external power feeder is stopped, and the surplus power is calculated by subtracting a total power consumption of the FC essential device and the running essential device from the output upper limit of the voltage converter;
reducing the output of the optional device having the lowest priority among the optional devices that are in operation so that the total power consumption of the optional devices does not exceed the surplus power;
5. The fuel cell vehicle according to claim 4.
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