JP2004288530A

JP2004288530A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2004288530A
Application number: JP2003080960A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Aso; 剛麻生
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP4666130B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system shortening a warm-up period by efficiently warming up the system. <P>SOLUTION: The fuel cell system warms up a fuel cell stack 1 and a secondary battery 7 at starting of the system by making a control part 8 repeat a process of controlling a power distribution part 4 so as to provide the power generated at the fuel cell stack 1 to a load 5 and the secondary battery 7, and a process of controlling the power distribution part 4 so as to provide the power generated at the fuel cell stack 1 and the power discharged from the secondary battery 7 to the load 5. At this time, the control part 8 changes a possible power generation value of the fuel cell stack 1 for determining the completion of the warm-up of the fuel cell stack 1 depending on the state of operation after the start of the system is finished. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両に搭載されて、車両の駆動モータや燃料電池発電用の補機等の負荷に電力供給をするための燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料電池システムの起動時において、燃料電池などが低温状態であっても、駆動モータ等の負荷や補機に正常に電力を供給する技術が下記の特許文献１などにて知られている。
【０００３】
この技術は、燃料電池が低温で過大な電力を発電した際に燃料電池の出力電圧低下を抑制するために、システムの起動時では、二次電池に充電された電力を負荷である駆動モータに供給し、燃料電池を低出力で発電させて低電流で駆動可能な負荷や補機に限って電力供給をしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２３１９９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術にあっては、二次電池に貯蔵されているエネルギ量には限りがあり、負荷である駆動モータに十分な電力供給ができない恐れがある。すなわち、燃料電池が低温な状況であるときには二次電池の温度も低温である場合が十分に想定され、燃料電池と同様に、二次電池の出力特性が低下している恐れがあり、その際に負荷に十分な電力を供給できない場合も考えられる。
【０００６】
また、従来の技術では、システムの起動時に、燃料電池の発電量を低く抑えているので、燃料電池の暖機時間が長時間となる可能性もある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、システムの起動時において、システムを効率的に暖機して暖機時間を短時間とすることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、電力の充放電をする二次電池と、前記燃料電池で発電した発電電力を負荷に供給して消費させると共に前記二次電池に供給して充電させ、前記二次電池を放電させて前記負荷に供給する電力分配手段とを有する。
【０００９】
この燃料電池システムでは、システムの起動時に、制御手段により、前記燃料電池の発電電力を、前記負荷及び前記二次電池に供給するように前記電力分配手段を制御する処理と、前記燃料電池の発電電力及び前記二次電池の放電電力を、前記負荷に供給するように前記電力分配手段を制御する処理とを繰り返して、前記燃料電池及び前記二次電池を暖機させる。このとき、制御手段は、システム起動完了後の運転状態に基づいて、燃料電池の暖機が完了したことを判定するための燃料電池の発電可能電力の判定値を変更することで、上述の課題を解決する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、システム起動完了後の運転状態に基づいて、燃料電池の暖機が完了したことを判定するための燃料電池の発電可能電力の判定値を変更するので、システム起動完了後に高負荷が必要な場合や低負荷である場合に応じて、より実用的な適切な判定値を設定することができ、システムを効率的に暖機して暖機時間を最適な時間とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
［燃料電池システムの構成］
本発明は、例えば図１に示すように構成された燃料電池システムに適用される。この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質を挟んで水素極と空気極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層して構成されている。本例においては、燃料電池スタック１に発電反応を発生させるための燃料ガスとして水素ガスを水素極に供給すると共に、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を空気極に供給する燃料電池システムについて説明する。
【００１３】
この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１を発電させるに際して、水素供給部２により、水素極に水素ガスを供給すると共に、空気供給部３により、空気極に空気を供給する。
【００１４】
水素供給部２は、水素供給管に、水素タンク、水素圧力調整弁、イジェクタなどが設けられて構成されている。この水素供給部２では、水素タンクに水素を貯蔵しておき、水素圧力調整弁、イジェクタを経由して、水素ガスを水素極に供給する。また、水素極から排出された未使用の水素は、水素供給部２を構成する水素循環管を介してイジェクタに戻され、イジェクタによって再度水素極に循環される。
【００１５】
なお、水素の循環は、イジェクタを用いる代わりに水素ポンプを用いても良い。
【００１６】
このとき、制御部８は、水素極に供給する水素圧力を調整する。また、この燃料電池システムでは、水素極の水素排出側に図示しない水素パージ弁等が設けられており、制御部８により、当該水素パージ弁が必要に応じて開状態にされる。
【００１７】
空気供給部３は、空気供給管に、コンプレッサが設けられて構成されている。この空気供給部３は、コンプレッサが制御部８により制御されることで、大気をコンプレッサにより加圧して燃料電池スタック１の空気極に供給させる。このとき、制御部８では、コンプレッサと接続されたコンプレッサモータの回転数あるいはトルクを制御すると共に、空気極の空気排出側に設けられた図示しない空気調圧弁の開度を制御することにより空気極に供給する空気流量及び空気圧力を調整する。
【００１８】
この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１を発電させるに際して、制御部８により、現在の燃料電池スタック１の温度、出力電流値及び出力電圧値を認識し、目標とする発電量となるように水素ガス圧力及び水素ガス流量、空気圧力及び空気流量することで、燃料電池スタック１の発電状態を制御する。
【００１９】
このような燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１で発電された電力は、電力分配部４に供給される。この電力分配部４は、制御部８により制御されて、燃料電池スタック１からの発電電力を負荷５や加熱装置６、補機に供給すると共に、必要に応じて二次電池７を放電させて負荷５や加熱装置６、補機に供給する。また、この電力分配部４は、制御部８により制御されて、燃料電池スタック１の発電電力を二次電池７に充電させる。このように電力分配部４により充放電が制御される二次電池７は、そのＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ：バッテリ充電率）や温度が制御部８により検出される。
【００２０】
本例において、負荷は、車両駆動させるトルクを発生させるための駆動モータ、燃料電池スタック１及び二次電池７を昇温可能な加熱装置６であり、補機は、コンプレッサや冷却水供給ポンプ、ラジエータ冷却ファン、電力分配部４内のインバータや制御部８等の燃料電池スタック１を発電させるために必要な機器である。
【００２１】
制御部８は、上述した燃料電池システムの各部を制御するために、図示しないメモリに制御プログラムを記憶し、当該制御プログラムを実行することで、燃料電池スタック１の発電状態を制御すると共に、負荷や補機に供給する電力を制御するように電力分配部４を制御する。特に、制御部８では、燃料電池システムを起動するに際して、制御プログラムを実行することで、燃料電池スタック１を発電させることで自己発熱をさせると共に、二次電池７の充放電を複数回繰り返して二次電池７を自己発熱させることにより、燃料電池スタック１及び二次電池７から負荷５に安定した電力を供給可能とする起動制御処理を実行する。
【００２２】
［暖機制御処理］
つぎに、上述したような燃料電池システムにおいて、制御部８により、燃料電池スタック１を発電開始させて負荷５を駆動するときの起動制御処理について図２のフローチャートを参照して説明する。
【００２３】
この暖機制御処理は、例えば制御部８に燃料電池スタック１の発電を開始させる命令が入力されることで開始される。そして、制御部８では、ステップＳ１〜ステップＳ２２までの処理を実行して、ステップＳ３にて燃料電池スタック１及び二次電池７の暖機が必要でないと判定した後に、通常運転モードに移行する。
【００２４】
先ず、制御部８により、燃料電池スタック１の発電可能電力を演算すると共に（ステップＳ１）、二次電池７の放電可能量を演算する（ステップＳ２）。
【００２５】
すなわち、燃料電池スタック１は、温度によって出力特性が変化し、低温においては発電反応能力が低下するので、出力電圧が高温時より低下する傾向がある。そこで、制御部８では、燃料電池スタック１の温度を検出し、検出した温度に応じた燃料電池スタック１の発電可能電力を算出する。このとき、制御部８では、予め実験等により求めておいた燃料電池スタック１の温度に対する発電可能電力を記述したマップデータを記憶しておいて参照しても良く、更には、燃料電池スタック１の温度に対する電流−電圧特性を表現した演算式を使用しても良い。
【００２６】
なお、燃料電池スタック１の温度は、直接燃料電池スタック１から検出する場合のみならず、燃料電池スタック１の冷却水の温度を検出しても良い。また、燃料電池システムは、燃料電池スタック１の発電を停止してからの時間を計時し、停止してから十分時間が経過した場合には、外気温度を燃料電池スタック１の温度として用いても良い。
【００２７】
また、二次電池７についても燃料電池スタック１と同様に、低温においては、反応が十分行われない恐れがあり、放電可能な電力が減少する。また、二次電池７は、充電状態（ＳＯＣ：充電率）によっても放電可能な電力が変化し、すなわちＳＯＣが高い場合には放電可能量が大きく、ＳＯＣが低く放電が進んでいる場合には放電可能量が減少する。そこで、ステップＳ２では、制御部８により二次電池７の温度及びＳＯＣを検出して、二次電池７の放電可能量を演算する。このとき、制御部８は、予め実験等により求めておいた二次電池７の温度及びＳＯＣに対する放電可能量を記述したマップデータを記憶しておいて参照しても良く、更には、二次電池７の温度及びＳＯＣに対して放電可能量を求める演算式を使用しても良い。
【００２８】
次のステップＳ３においては、制御部８により、ステップＳ１にて演算した燃料電池スタック１の発電可能電力と予め設定した所定値とを比較すると共に、ステップＳ２にて演算した二次電池７の放電可能量と予め設定した所定値とを比較することで、ステップＳ１１以降の暖機モードに移行するか否かを判定する。このとき、制御部８では、燃料電池スタック１の発電可能電力が所定値よりも低い場合、且つ二次電池７の放電可能量が所定値よりも低い場合に、ステップＳ４に移行し、そうでない場合には処理を終了して通常運転モードに移行する。なお、このステップＳ３における暖機判定処理の詳細については後述する。
【００２９】
ここで、燃料電池システムにおいて必要な電力は、駆動モータや加熱装置６の負荷や、アクチュエータや各種センサ、制御部８の電源、空気供給部３のコンプレッサ等の補機に必要な電力の総和であって、各負荷や補機によっては要求される最大電力に下限値が設定される場合がある。例えば、負荷５及び補機に電力供給を開始した後、当該負荷５に必要な電力が負荷５からの要求に応じて変化し、燃料電池スタック１及び二次電池７から負荷５が要求する電力供給ができない場合、負荷の運転に不都合が生じることがある。
【００３０】
したがって、燃料電池スタック１や二次電池７の電力供給側は、負荷５が要求する最大電力を供給可能な状態であることが必要とされる。そこで、ステップＳ３においては、制御部８により、負荷５が必要とする最大電力が、燃料電池スタック１及び二次電池７から供給可能か否かを判定し、供給可能であると判定した場合にはステップＳ１１以降の暖機モードには移行せず、負荷５が要求する電力を供給する通常運転モードに移行する。これに対し、制御部８では、燃料電池スタック１及び二次電池７から負荷５が必要とする最大電力が供給できないと判定した場合には、ステップＳ４に処理を進めて燃料電池スタック１及び二次電池７の暖機を行って、燃料電池スタック１及び二次電池７を負荷５が要求する最大電力が供給可能な状態にする制御をする。
【００３１】
次のステップＳ４においては、制御部８により、ステップＳ３にて負荷５及び補機が要求する最大電力の供給を燃料電池スタック１ができないので、二次電池７の温度及びＳＯＣを検出することで、二次電池７の温度及びＳＯＣの状態を判定して、二次電池７に暖機が必要か否かを判定する。すなわち、制御部８では、二次電池７の温度が負荷５及び補機に必要な電力を放電するのに充分高い温度となっていないと判定した場合には、二次電池７の暖機が必要であると判定して、ステップＳ１１から開始される暖機モードに処理を進める。一方、制御部８では、二次電池７の温度が負荷５及び補機に必要な電力を放電するのに充分高い温度となっているが、ＳＯＣが低いために負荷５及び補機に必要な電力が放電できない状態である判定した場合には、ステップＳ５以降の充電モードに処理を進める。
【００３２】
ステップＳ５においては、ステップＳ４の判定により二次電池７のＳＯＣを上昇させることで負荷５及び補機に必要な電力が供給可能であるので、制御部８により、二次電池７の充電が必要か否かを判定する。制御部８では、二次電池７の充電が必要でないと判定した場合には、充電モードを終了して通常運転モードに移行して負荷５及び補機に要求される電力を供給する状態に移行する。一方、制御部８では、二次電池７の充電が必要と判定した場合にはステップＳ６に処理を進めて、二次電池７の充電を行う制御に移行する。
【００３３】
ステップＳ６においては、制御部８により、二次電池７の温度及びＳＯＣ等に基づいて、二次電池７が受け入れ可能な充電量（充電可能量）を演算する。このように二次電池７の温度及びＳＯＣを参照するのは、二次電池７に放電させる場合と同様に、二次電池７の充電可能量が温度やＳＯＣ等に応じて変化するためであって、現在の二次電池７の状態に基づいて充電可能な電力を演算する必要があることによる。これにより、二次電池７が受け入れ不能な過剰な電力を供給することによる過充電や、燃料電池スタック１にて発電した電力が二次電池７に充電されないために、消費されずに余ってしまうなどの不都合を解消させる。
【００３４】
次のステップＳ７においては、制御部８により、補機の消費電力を演算する。このとき、制御部８では、各補機の動作状態に応じて消費電力を演算することになるが、例えば図示しない冷却水供給ポンプの消費電力を、現在の流量指令等から算出する。
【００３５】
次のステップＳ８においては、制御部８により、空気供給部３のコンプレッサの消費電力を演算する。ここで、燃料電池スタック１に供給する空気の圧力及び流量は、燃料電池スタック１に要求される発電量に応じて変化させるため、制御部８では、ステップＳ６にて演算した二次電池７の充電可能量とステップＳ７にて演算した補機の消費電力とから、燃料電池スタック１に要求される発電電力を推定し、推定した発電電力に応じた空気圧力及び空気流量からコンプレッサの運転状態を求めて、コンプレッサの消費電力を求める。
【００３６】
なお、このステップＳ８において制御部８は、ステップＳ１と同様の演算により求められる燃料電池スタック１の発電可能電力を上回らないように、推定する燃料電池スタック１の発電電力の上限値を制限する。また、制御部８では、燃料電池スタック１の発電電力を推定する際に、予めコンプレッサの消費電力を考慮しても良い。すなわち、実際負荷に供給される電力は、燃料電池スタック１の発電電力からコンプレッサの消費電力を差し引いた残りとなるので、燃料電池スタック１の発電量の算出において、二次電池７の充電電力と負荷の消費電力に加えて、コンプレッサの消費電力を加算する。これにより、燃料電池スタック１の発電量を管理する精度を向上することが可能となる。更に、コンプレッサの消費電力は、制御部８の制御プログラムを実行して前回の起動制御処理にて算出された値を使用しても良く、更にはコンプレッサの消費電力を測定する検出部を設けて、検出値を使用しても良い。
【００３７】
次のステップＳ９においては、制御部８により、ステップＳ６にて求めた二次電池７の充電可能量と、ステップＳ７にて求めた補機の消費電力と、ステップＳ８にて求めたコンプレッサの消費電力とから、燃料電池スタック１の発電電力を演算し、燃料電池スタック１の発電量を制御する。
【００３８】
これにより、ステップＳ１０では、制御部８により、ステップＳ６にて演算した二次電池７の充電可能量の電力を、二次電池７に充電させるように電力分配部４を制御して、二次電池７の充電が行われる。
【００３９】
このようなステップＳ５〜ステップＳ１０の充電モードにおける処理は、ステップＳ５にて充電が必要と判定される毎に、予め定められた周期にて実行され、負荷５及び補機に要求される電力が供給可能なＳＯＣとなったら、負荷５及び補機への放電が実現されることになる。
【００４０】
つぎに、ステップＳ４にて二次電池７の暖機を必要と判定した後の暖機モードについて説明する。この暖機モードでは、先ずステップＳ１１において、制御部８により、二次電池７を充電させるか、又は二次電池７を放電させるかのモードを決定する。このとき、制御部８では、ステップＳ４にて検出した二次電池７のＳＯＣと、予め設定しておいた基準値とを比較し、ＳＯＣが基準値よりも高い場合には二次電池７を放電させるモードを行うためにステップＳ１３に処理を進め、ＳＯＣが基準値よりも低い場合には二次電池７を充電させるモードを行うためにステップＳ１８に処理を進める。
【００４１】
また、以前にステップＳ１３〜ステップＳ１７の処理、又はステップＳ１８〜ステップＳ２２の処理を行った後の２回目以降のステップＳ１２においては、前回に行った充電又は放電が、それぞれ予め設定された時間継続して行われたか否かにより何れかのモードを決定しても良く、予め設定された時間継続して放電することにより所望の電力が放電できなくなったことを検出して充電するモードへと切り替えても良く、更には予め設定された時間継続して充電することにより所望の電力が充電できなくなったことを検出して放電するモードへと切り替えても良い。
【００４２】
そして、ステップＳ１２においては、制御部８により、ステップＳ１１にて決定したモードが放電モードである場合にはステップＳ１３に処理を進め、ステップＳ１１にて決定したモードが充電モードである場合にはステップＳ１８に処理を進める。
【００４３】
放電モードでは、制御部８により、ステップＳ１３においてステップＳ２と同様に二次電池７の放電可能量を演算し、ステップＳ１４においてステップＳ７と同様に補機の消費電力を演算し、更にステップＳ１５においてステップＳ８と同様にコンプレッサの消費電力を演算する。
【００４４】
次のステップＳ１６においては、制御部８により、燃料電池スタック１の発電電力を演算する。ここで、二次電池７の自己発熱を促すために、コンプレッサの消費電力は、燃料電池スタック１の発電よりも優先して二次電池７を放電させて、当該放電電力を基本的に使用し、残りの不足分を燃料電池スタック１の発電電力により賄われるようにする。したがって、制御部８では、コンプレッサの消費電力から二次電池７の放電可能量を減算して求められた電力を、コンプレッサにより消費させる燃料電池スタック１の発電電力とする。
【００４５】
また、このステップＳ１６においては、コンプレッサ以外の他の補機や負荷５、加熱装置６に電力供給をするために、制御部８により、ステップＳ１３にて求めた二次電池７の放電可能量と、ステップＳ１４にて求めた補機の消費電力と、ステップＳ１５にて求めたコンプレッサの消費電力とから、燃料電池スタック１の発電電力を算出し、燃料電池スタック１の発電量を制御する。
【００４６】
なお、燃料電池スタック１の発電量を演算する際、制御部８では、燃料電池スタック１の発電量の下限値が設定されている場合には、当該下限値を下回らないように発電量を決定しても良い。
【００４７】
そして、制御部８では、演算した燃料電池スタック１の発電電力を発電するように空気供給部３のコンプレッサや水素供給部２の水素圧力調整弁を制御する。
【００４８】
次のステップＳ１７においては、制御部８により、ステップＳ１３にて決定した放電可能量にて二次電池７を放電させると共に、ステップＳ１６にて演算した発電量にて燃料電池スタック１を発電させる制御をして、ステップＳ１に処理を戻す。このとき、制御部８では、ステップＳ１６にて説明したように、二次電池７の放電電力を主としてコンプレッサに供給すると共に、補機や負荷５、加熱装置６に燃料電池スタック１の発電電力を供給するように電力分配部４を制御する。
【００４９】
一方、ステップＳ１２にて充電モードと判定された場合には、制御部８により、先ず、ステップＳ１８においてステップＳ６と同様に二次電池７の充電可能量を演算し、ステップＳ１９においてステップＳ７と同様に補機の消費電力を演算し、更にステップＳ２０においてステップＳ８と同様にコンプレッサの消費電力を演算する。
【００５０】
次のステップＳ２１においては、制御部８により、燃料電池スタック１の発電電力を演算する。このとき、制御部８では、ステップＳ１８〜ステップＳ２０にて求めた二次電池７の充電可能量、補機の消費電力及びコンプレッサの消費電力を発電するように、燃料電池スタック１の発電電力を演算し、当該発電電力を発電させるようにコンプレッサや水素圧力調整弁を制御する。なお、制御部８は、ステップＳ１と同様の演算により求められる燃料電池スタック１の発電可能電力を上回らないように、燃料電池スタック１の発電電力の上限値を制限する。
【００５１】
次のステップＳ２２においては、制御部８により、燃料電池スタック１にて発電した発電電力のうち、充電可能量を二次電池７に供給し、更に補機及びコンプレッサに電力供給するように電力分配部４を制御して、ステップＳ１に処理を戻す。これにより、燃料電池スタック１の発電電力は、二次電池７に充電され、充電電力の損失により二次電池７の自己発電を促す。
【００５２】
このような処理を行うことで、制御部８では、ステップＳ４にて二次電池７の暖機が必要でないと判定されるまで充電モード及び放電モードを繰り返し、二次電池７のＳＯＣや各モードの継続時間によって、充電モードと放電モードとを切り換えて二次電池７の充放電による自己発熱を促すと共に、燃料電池スタック１の発電による自己発熱を促す。これにより、制御部８では、二次電池７及び燃料電池スタック１の暖機を促して昇温させる。
【００５３】
なお、制御部８では、充電モードと放電モードを繰り返す制御の他に、燃料電池スタック１の発電電力や二次電池７の放電電力の一方又は両方を加熱装置６に供給し、加熱装置６による発熱により燃料電池スタック１及び二次電池７を暖機する制御を併用しても良い。
【００５４】
「暖機判定処理」
つぎに、上述した暖機制御処理において、ステップＳ３における暖機判定処理の処理について説明する。
【００５５】
制御部８では、ステップＳ３に移行すると、図３に示すように、先ず、ステップＳ３１において、燃料電池システムを搭載した車両の位置を取得する。このとき、制御部８では、車両に搭載された図示しないナビゲーションシステムからの現在位置情報を取得しても良く、図示しないＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）アンテナで受信した信号を直接入力して現在位置を演算しても良い。なお、この現在位置情報には、現在車両が存在する位置を示す緯度や経度の他に、車両高度などの地理的特徴や、周辺地域に関する情報を含むものとする。
【００５６】
次のステップＳ３２においては、制御部８により、ステップＳ３１にて取得した現在位置情報に基づいて、上述した暖機制御処理を終了して燃料電池システムが起動した後に走行を開始したときの走行状態を推定する。このとき、制御部８では、予め設定された地理的な高度に関する所定値と、ステップＳ３１にて取得した現在位置情報に含まれる車両高度とを比較し、車両高度が所定値より高いと判定した場合には、車両走行を開始した後、登板路を走行する頻度よりも降板路を走行する頻度の方が多い走行状態であると推定する。
【００５７】
また、制御部８では、車両高度に加えて、現在位置情報に含まれる車両周辺の地域の地理的特徴から、登板路を走行する頻度や降板路を走行する頻度を認識しても良い。
【００５８】
また、制御部８では、周辺の道路の特徴及び現在の時刻から、交通の状態を推定し、暖機後の平均車両速度が高く、燃料電池スタック１の負荷が高い状態、あるいは、暖機後の平均車両速度が低く、燃料電池スタック１の負荷が低い状態になる可能性があるかどうかを判定しても良い。
【００５９】
すなわち、制御部８は、車両周辺の地域の地理的特徴から周囲の道路構成を判定し、起動後の走行状態として、市街地走行の可能性が高いか、或いは、ある所定時間以内に高速道路等を走行するために高負荷が要求される可能性が高いか、或いは、市街地でも交通状態が良く高負荷な状態が継続する可能性が高いか、などを推定する。
【００６０】
次のステップＳ３３においては、制御部８により、ステップＳ３２にて推定した起動後の走行状態から、継続的に要求される電力値を推定し、燃料電池スタック１及び二次電池７に要求される出力電力の目標値を算出する。すなわち、このステップＳ３３では、ステップＳ３において暖機モードに移行するか否かを判定するのに使用する燃料電池スタック１の発電可能電力の目標値（判定値）及び二次電池７の放電可能量の目標値（判定値）を演算する。
【００６１】
このとき、制御部８では、登板路や高速道路などの高い負荷が継続的に要求される走行状態であるとステップＳ３２にて推定した場合には、燃料電池スタック１の出力電力の目標値を十分大きく設定し、二次電池７の出力電力の目標値を低い値に設定する。これにより、制御部８では、燃料電池スタック１の昇温を二次電池７の昇温よりも優先して行うように制御する。これは、起動後に高い出力電力を継続的に負荷５に供給するために、出力電力量が限られた二次電池７から電力を供給するのではなく、主として燃料電池スタック１の方から電力を供給する必要があるためである。
【００６２】
このように燃料電池スタック１の昇温を優先する場合、制御部８では、ステップＳ１０及びステップＳ２２にて二次電池７を充電させるときや、ステップＳ１７にて二次電池７を放電させるときに、図４（Ａ）に示すように、負荷５に要求された電力を主に燃料電池スタック１から供給し、二次電池７から負荷５への電力供給を抑制するように電力分配部４を制御する。これにより、燃料電池スタック１では、連続した発電を行うこととなり、その自己発熱が促進されることになる。
【００６３】
一方、制御部８では、降板路を継続的に走行する走行状態であるとステップＳ３２にて推定された場合には、燃料電池スタック１の出力電力の目標値を低く設定し、二次電池７の出力電力の目標値を充分に高い値に設定する。これにより、制御部８では、二次電池７の昇温を燃料電池スタック１の昇温よりも優先して行うように制御する。これは、降板路を走行するような場合には起動後に高い出力電力を継続的に負荷５に供給する必要が少なく、二次電池７の放電可能電力値を優先して上昇させて走行を許可した後に、燃料電池スタック１の昇温を行っても良いことによる。
【００６４】
このように二次電池７の昇温を優先する場合、制御部８では、ステップＳ１０及びステップＳ２２にて二次電池７に充電するときや、ステップＳ１７にて二次電池７を放電させるときに、図４（Ｂ）に示すように、燃料電池スタック１の出力電力を減少させて二次電池７の放電電力を負荷５で消費させるために、燃料電池スタック１の発電電力を減少させるように水素供給部２及び空気供給部３を制御する。これにより、制御部８では、燃料電池スタック１から負荷５への電力供給を断続的に行い、燃料電池スタック１の昇温に優先して二次電池７の昇温を促す。このように燃料電池スタック１に断続的に発電させるときの発電電力の要求値は、ステップＳ３２にて推定した起動後の走行状態、すなわち走行路の勾配及び車両速度や、予め制御部８内の記憶部に格納しておいた車両質量等の車両諸元から制御部８により算出される。
【００６５】
また、この暖機判定処理では、ステップＳ３２にて起動後の走行状態を推定するに際して、起動後に負荷５に要求される電力値を学習しておき、当該学習の結果に基づいて、起動後の燃料電池スタック１の出力電力の目標値及び二次電池７の出力電力の目標値を設定しても良い。ここで、制御部８では、上述の起動判定処理において、現在位置及び走行状態を取得したことに応じて、図示しない記憶部に現在位置情報及び走行状態を蓄積して記憶しておく。
【００６６】
すなわち、図５に示すように、先ず、ステップＳ４１においては上述のステップＳ３１と同様に現在位置情報を取得し、次のステップＳ４２においては、制御部８により、ステップＳ４１にて取得した現在位置が、予め登録された位置であるか否かを判定する。
【００６７】
この予め登録された位置とは、例えば運転者の自宅などであって、ナビゲーションシステムなどを利用してユーザによって登録される。また、予め登録された位置とは、以前の起動判定処理において取得した現在位置情報を蓄積しておき、当該蓄積した現在位置情報のうち取得する頻度が高い位置が自動的に登録されたものである。そして、制御部８では、ステップＳ４１にて取得した現在位置が予め登録された位置でないと判定した場合にはステップＳ３２に処理を進め、ステップＳ４１にて取得した現在位置が予め登録された位置であると判定した場合には、学習済の走行状態を使用するためにステップＳ４３に処理を進める。
【００６８】
ステップＳ４３においては、制御部８により、蓄積しておいた起動後の走行状態（学習結果）を読み出して、ステップＳ３３に処理を進め、ステップＳ３３において、読み出した走行状態から、起動後の燃料電池スタック１及び二次電池７の出力電力の目標値を設定させる。
【００６９】
なお、この暖機判定処理においては、システムの起動を実施した位置を示す位置情報又はシステムの起動を実施した周辺状況を示す周辺情報と、当該位置情報で示される位置又は周辺情報で示される周辺状況でシステム起動を実施した後の運転状態とを対応づけて蓄積しておいて、ステップＳ４２にて蓄積した情報が使用可能か否かを判定して、ステップＳ４３にて走行状態を取得しても良い。
【００７０】
「燃料電池スタックの発電目標値設定処理」
つぎに、上述した暖機制御処理において、燃料電池スタック１の発電電力を演算するステップＳ２１及びステップＳ９での他の処理内容を説明する。
【００７１】
この燃料電池スタック１の発電目標値設定処理では、燃料電池スタック１の暖機時間に対して燃料電池スタック１を発電させるときの効率を優先して、燃料電池スタック１の発電電力の目標値を設定することを特徴とする。
【００７２】
すなわち、上述した暖機制御処理においては、ステップＳ１８及びステップＳ６で演算された二次電池７の充電可能電力量や、ステップＳ１９及びステップＳ７で演算された補機類の消費電力、更にはステップＳ２０及びステップＳ８で演算されたコンプレッサの消費電力を考慮し、燃料電池スタック１及び二次電池７の暖機時間を短くするために、ステップＳ１で演算された燃料電池スタック１の発電可能量より低い範囲で、二次電池７の充電時には燃料電池スタック１の発電可能量の最大値を燃料電池スタック１の発電量目標値として設定しているが、水素消費量等を考慮した効率の観点からは必ずしも最適な発電量の目標値ではない場合もある。
【００７３】
そこで、この発電目標値設定処理において、制御部８では、走行開始までの暖機時間に対して効率を優先するか否かを判定する。このとき、制御部８では、燃料電池スタック１の温度及び二次電池７の温度を検出し、燃料電池スタック１の温度が二次電池７の温度よりも高く、二次電池７を昇温させるために燃料電池スタック１の発電をする必要がある場合に、燃料電池スタック１を発電させるのに必要な水素などの使用効率を優先させると判定し、二次電池７の昇温のための消費電力を抑制しつつ二次電池７の昇温を促進させる。また、制御部８では、運転者がリモートコントローラを操作して、燃料電池システムから離れた所で発せられた起動要求を受信した場合、車両操作による起動要求を受信した場合と比較して走行開始までの時間が長いので、燃料電池スタック１を発電させるための水素の使用効率を優先すると判定しても良い。
【００７４】
そして、制御部８では、走行開始までの暖機時間に対して効率を優先すると判定した場合には、ステップＳ１８及びステップＳ６で演算された二次電池７の充電可能電力量、ステップＳ１９及びステップＳ７で演算された補機類の消費電力、更にはステップＳ２０及びステップＳ８で演算されたコンプレッサの消費電力を考慮して燃料電池スタック１の発電量の最大値を求め、当該最大値と、効率が最良となる発電量とを比較する。
【００７５】
制御部８では、最大値が効率が最良となる発電量よりも大きい場合には、燃料電池スタック１の発電量の目標値を効率が最良となる発電量に設定する。すなわち、制御部８では、燃料電池スタック１の発電量の最大値から効率が最良となる発電量まで燃料電池スタック１の発電量を低減する。そして、制御部８では、二次電池７の充電量を増加させたり、消費電力が調整可能な補機類の消費電力を低減させたりして、燃料電池スタック１の低減分の電力を調整する。
【００７６】
なお、燃料電池スタック１の効率が最良となる発電量は、予め実験などにて求めて制御部８内の記憶部に記憶しておいても良く、燃料電池スタック１の温度や水素ガスの供給圧力などの運転条件から算出しても良く、更には燃料電池スタック１の発電効率から暖機に要する時間を推定し、暖機が完了するまでに必要な水素消費量から最適な燃料電池スタック１の発電量を算出しても良い。また、本例において、補機はコンプレッサ、冷却水供給ポンプ、ラジエータ冷却ファン、加熱装置６等を示したが、燃料電池スタック１の発電量の低減分により消費電力を調整する補機としては、車両に搭載された何れかの機器であればよく、例えばエアコンシステムなどであっても良い。
【００７７】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した燃料電池システムによれば、システムの起動時に、燃料電池スタック１の発電電力を、補機及び二次電池７に供給する動作と、燃料電池スタック１の発電電力及び二次電池７の放電電力を、補機に供給する動作とを繰り返して、燃料電池スタック１及び二次電池７を暖機させるときに、システム起動完了後の運転状態に基づいて、燃料電池スタック１の暖機が完了したことを判定するための燃料電池スタック１の発電可能電力の判定値（目標値）を変更するので、例えば車両を走行させるための駆動トルクを発生させる場合に、システム起動完了後に高負荷走行をする場合や低負荷走行をする場合に応じて、より実用的な適切な判定値を設定することができ、システムを効率的に暖機して暖機時間を最適な時間とすることができる。
【００７８】
また、本発明を適用した燃料電池システムによれば、システム起動完了後の運転状態が、継続的に低い電力が必要となると判定した場合には、燃料電池スタック１の暖機が完了したことを判定するための燃料電池スタック１の発電可能電力の判定値を低く変更するので、燃料電池スタック１を暖機して負荷５に電力供給を開始するまでの暖機時間を短縮することができる。
【００７９】
更に、この燃料電池システムによれば、システム起動完了後の運転状態が、継続的に高い電力が必要となると判定した場合には、二次電池７の暖機が完了したことを判定するための二次電池７の放電放電電力の判定値を低く設定するので、二次電池７を暖機して負荷５に電力供給を開始するまでの暖機時間を短縮することができる。
【００８０】
更にまた、この燃料電池システムによれば、システム起動完了後の運転状態を、システムの起動を実施する位置又は周辺の情報に基づいて推定するので、システム起動完了後の運転状態を正確に認識して燃料電池スタック１及び二次電池７の暖機時間を最適な時間とすることができる。
【００８１】
更にまた、この燃料電池システムによれば、システムの起動を実施した位置を示す位置情報又はシステムの起動を実施した周辺状況を示す周辺情報と、当該位置情報で示される位置又は周辺情報で示される周辺状況でシステム起動を実施した後の運転状態とを対応づけて蓄積し、システム起動完了後の運転状態を、蓄積した位置情報又は周辺情報、及び当該位置情報又は周辺情報に対応した運転状態に基づいて推定するので、以前のシステムの運転状態から正確に現在のシステム起動完了後の運転状態を認識して、燃料電池スタック１及び二次電池７の暖機時間を更に最適な時間とすることができる。
【００８２】
更にまた、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１及び二次電池７の暖機時間に対して、燃料電池スタック１を発電させるための効率を優先するか否かを判定し、燃料電池スタック１を発電させるための効率を優先する場合に、燃料電池スタック１の発電電力を水素の使用効率が最良な電力値に設定するので、燃料電池スタック１及び二次電池７の暖機を早急に行う必要がない場合に、燃料電池スタック１を発電させるために必要な水素の消費量を削減しながら燃料電池スタック１及び二次電池７の暖機を行うことができる。
【００８３】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した燃料電池システムにおける暖機制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明を適用した燃料電池システムにおける暖機制御処理で行う暖機判定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】負荷に対する電力供給状態を説明するための図であって、（Ａ）は燃料電池スタックの昇温を優先する場合、（Ｂ）は二次電池の昇温を優先する場合である。
【図５】本発明を適用した燃料電池システムにおける暖機制御処理で行う暖機判定処理において、システム起動後の走行状態を推定するときの他の処理について説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１燃料電池スタック
２水素供給部
３空気供給部
４電力分配部
５負荷
６加熱装置
７二次電池
８制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system mounted on a vehicle, for example, for supplying power to a load such as a drive motor of the vehicle or an auxiliary device for fuel cell power generation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a technology for normally supplying power to a load such as a drive motor or an auxiliary machine even when a fuel cell or the like is in a low temperature state at the time of starting a fuel cell system is known from Patent Document 1 below. I have.
[0003]
This technology suppresses the output voltage drop of the fuel cell when the fuel cell generates excessive power at a low temperature, so when the system starts up, the power charged in the secondary battery is supplied to the drive motor as a load. The power is supplied to the load and the auxiliary equipment that can be driven at a low current by causing the fuel cell to generate power at a low output.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-9-231991
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, the amount of energy stored in the secondary battery is limited, and there is a possibility that sufficient power cannot be supplied to the drive motor as a load. That is, when the temperature of the fuel cell is low, it is sufficiently assumed that the temperature of the secondary battery is also low, and similarly to the fuel cell, the output characteristics of the secondary battery may be deteriorated. May not be able to supply sufficient power to the load.
[0006]
Further, in the related art, when the system is started, the amount of power generation of the fuel cell is suppressed to a low level, so that the warm-up time of the fuel cell may be long.
[0007]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and provides a fuel cell system capable of efficiently warming up the system and shortening the warm-up time when the system is started. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that is supplied with a fuel gas and an oxidizing gas to generate power, an oxidizing gas supply unit that supplies the oxidizing gas to the fuel cell, and a fuel gas that supplies the fuel cell. Fuel gas supply means, a secondary battery for charging and discharging electric power, and supplying and consuming the generated power generated by the fuel cell to a load and supplying and charging the secondary battery for the secondary battery. And a power distribution means for discharging the power and supplying the power to the load.
[0009]
In this fuel cell system, when the system is started, the control unit controls the power distribution unit so as to supply the power generated by the fuel cell to the load and the secondary battery. The process of controlling the power distribution means so as to supply the power and the discharge power of the secondary battery to the load is repeated to warm up the fuel cell and the secondary battery. At this time, the control unit changes the determination value of the power that can be generated by the fuel cell to determine that the warm-up of the fuel cell has been completed, based on the operating state after the completion of the system startup, thereby achieving the above-described problem. Solve.
[0010]
【The invention's effect】
According to the fuel cell system of the present invention, the determination value of the power that can be generated by the fuel cell for determining that the warm-up of the fuel cell has been completed is changed based on the operating state after the completion of the system startup. When a high load is required or a low load is required after the system startup is completed, a more practical appropriate judgment value can be set, and the system can be warmed up efficiently and the warm-up time can be optimized. Can be time.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
[Configuration of fuel cell system]
The present invention is applied to, for example, a fuel cell system configured as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell stack 1 that generates power by being supplied with a fuel gas and an oxidizing gas. The fuel cell stack 1 has a structure in which a fuel cell structure in which a hydrogen electrode and an air electrode are opposed to each other with a solid polymer electrolyte interposed therebetween is sandwiched between separators, and a plurality of cell structures are stacked. In the present embodiment, a fuel cell system will be described in which hydrogen gas is supplied to a hydrogen electrode as a fuel gas for generating a power generation reaction in the fuel cell stack 1 and air containing oxygen is supplied to an air electrode as an oxidant gas. .
[0013]
In this fuel cell system, when the fuel cell stack 1 generates power, the hydrogen supply unit 2 supplies hydrogen gas to the hydrogen electrode, and the air supply unit 3 supplies air to the air electrode.
[0014]
The hydrogen supply unit 2 includes a hydrogen supply pipe provided with a hydrogen tank, a hydrogen pressure regulating valve, an ejector, and the like. In the hydrogen supply unit 2, hydrogen is stored in a hydrogen tank, and hydrogen gas is supplied to a hydrogen electrode via a hydrogen pressure regulating valve and an ejector. Unused hydrogen discharged from the hydrogen electrode is returned to the ejector via a hydrogen circulation pipe constituting the hydrogen supply unit 2, and is circulated to the hydrogen electrode again by the ejector.
[0015]
Note that the circulation of hydrogen may use a hydrogen pump instead of using an ejector.
[0016]
At this time, the control unit 8 adjusts the hydrogen pressure supplied to the hydrogen electrode. In this fuel cell system, a hydrogen purge valve (not shown) is provided on the hydrogen discharge side of the hydrogen electrode, and the control unit 8 opens the hydrogen purge valve as necessary.
[0017]
The air supply unit 3 is configured by providing a compressor on an air supply pipe. The air supply unit 3 controls the compressor to be controlled by the control unit 8 so that the air is pressurized by the compressor and supplied to the air electrode of the fuel cell stack 1. At this time, the control unit 8 controls the rotation speed or torque of the compressor motor connected to the compressor and controls the opening of an air pressure regulating valve (not shown) provided on the air discharge side of the air electrode, thereby controlling the air electrode. Adjust the air flow rate and air pressure supplied to the air conditioner.
[0018]
In this fuel cell system, when the fuel cell stack 1 is caused to generate power, the control unit 8 recognizes the current temperature, output current value, and output voltage value of the fuel cell stack 1 and generates hydrogen so as to achieve the target power generation amount. By controlling the gas pressure and the hydrogen gas flow rate, the air pressure and the air flow rate, the power generation state of the fuel cell stack 1 is controlled.
[0019]
In such a fuel cell system, the power generated by the fuel cell stack 1 is supplied to the power distribution unit 4. The power distribution unit 4 is controlled by the control unit 8 to supply the generated power from the fuel cell stack 1 to the load 5, the heating device 6, and the auxiliary machine, and to discharge the secondary battery 7 as necessary. Supply to load 5, heating device 6, and auxiliary equipment. Further, the power distribution unit 4 is controlled by the control unit 8 to charge the secondary battery 7 with the power generated by the fuel cell stack 1. The control unit 8 detects the SOC (State Of Charge: battery charge rate) and the temperature of the secondary battery 7 whose charging and discharging is controlled by the power distribution unit 4 in this manner.
[0020]
In this example, the load is a drive motor for generating torque for driving the vehicle, the heating device 6 capable of raising the temperature of the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7, and the auxiliary equipment is a compressor, a cooling water supply pump, The radiator cooling fan, the inverter in the power distribution unit 4, the control unit 8, and the like are necessary devices for causing the fuel cell stack 1 to generate power.
[0021]
The control unit 8 stores a control program in a memory (not shown) in order to control each unit of the fuel cell system described above, and controls the power generation state of the fuel cell stack 1 by executing the control program. The power distribution unit 4 is controlled so as to control the power supplied to the power supply and the auxiliary equipment. In particular, when starting the fuel cell system, the control unit 8 causes the fuel cell stack 1 to generate power by executing a control program, thereby causing self-heating, and repeating charging and discharging of the secondary battery 7 a plurality of times. By causing the secondary battery 7 to generate heat, a start-up control process that enables stable power to be supplied from the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 to the load 5 is executed.
[0022]
[Warm-up control processing]
Next, in the above-described fuel cell system, a start-up control process when the control unit 8 starts power generation of the fuel cell stack 1 and drives the load 5 will be described with reference to a flowchart of FIG.
[0023]
This warm-up control process is started, for example, when a command to start power generation of the fuel cell stack 1 is input to the control unit 8. Then, the control unit 8 executes the processing from step S1 to step S22, and shifts to the normal operation mode after determining in step S3 that the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 do not need to be warmed up. .
[0024]
First, the control unit 8 calculates the power that can be generated by the fuel cell stack 1 (step S1), and calculates the dischargeable amount of the secondary battery 7 (step S2).
[0025]
That is, the output characteristics of the fuel cell stack 1 change depending on the temperature, and the power generation reaction capacity decreases at low temperatures, so that the output voltage tends to be lower than at high temperatures. Therefore, the control unit 8 detects the temperature of the fuel cell stack 1 and calculates the power that can be generated by the fuel cell stack 1 according to the detected temperature. At this time, the control unit 8 may store and refer to map data describing the power that can be generated with respect to the temperature of the fuel cell stack 1 obtained in advance through experiments or the like. An arithmetic expression expressing the current-voltage characteristic with respect to the temperature may be used.
[0026]
The temperature of the fuel cell stack 1 may be detected not only when the temperature is directly detected from the fuel cell stack 1 but also when the temperature of the cooling water of the fuel cell stack 1 is detected. Further, the fuel cell system measures the time from when the power generation of the fuel cell stack 1 is stopped, and when a sufficient time has elapsed since the stop, the outside air temperature may be used as the temperature of the fuel cell stack 1. good.
[0027]
Also, similarly to the fuel cell stack 1, the secondary battery 7 may not be sufficiently reacted at a low temperature, and the power that can be discharged is reduced. In the secondary battery 7, the dischargeable power also changes depending on the state of charge (SOC: charging rate). That is, the dischargeable amount is large when the SOC is high, and when the SOC is low and the discharge is progressing. The dischargeable amount decreases. Therefore, in step S2, the controller 8 detects the temperature and the SOC of the secondary battery 7 and calculates the dischargeable amount of the secondary battery 7. At this time, the control unit 8 may store and refer to map data describing the temperature of the secondary battery 7 and the dischargeable amount with respect to the SOC, which are obtained in advance through experiments or the like. An arithmetic expression for calculating the dischargeable amount with respect to the temperature and the SOC of the battery 7 may be used.
[0028]
In the next step S3, the control unit 8 compares the power that can be generated by the fuel cell stack 1 calculated in step S1 with a predetermined value, and discharges the secondary battery 7 calculated in step S2. By comparing the possible amount with a predetermined value set in advance, it is determined whether to shift to the warm-up mode after step S11. At this time, when the power that can be generated by the fuel cell stack 1 is lower than the predetermined value and when the dischargeable amount of the secondary battery 7 is lower than the predetermined value, the control unit 8 proceeds to step S4. In this case, the process is terminated and the mode is shifted to the normal operation mode. The details of the warm-up determination process in step S3 will be described later.
[0029]
Here, the power required in the fuel cell system is the sum of the power required for the loads of the drive motor and the heating device 6, the actuators and various sensors, the power supply of the control unit 8, and the auxiliary equipment such as the compressor of the air supply unit 3. Therefore, a lower limit value may be set for the required maximum power depending on each load or accessory. For example, after starting the power supply to the load 5 and the auxiliary equipment, the power required for the load 5 changes according to the request from the load 5, and the power required by the load 5 from the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7. If supply is not possible, the operation of the load may be inconvenient.
[0030]
Therefore, the power supply side of the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 needs to be in a state where the maximum power required by the load 5 can be supplied. Therefore, in step S3, the control unit 8 determines whether the maximum power required by the load 5 can be supplied from the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7, and determines that the maximum power can be supplied. Does not shift to the warm-up mode after step S11, but shifts to the normal operation mode for supplying the electric power required by the load 5. On the other hand, when the control unit 8 determines that the maximum power required by the load 5 cannot be supplied from the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7, the process proceeds to step S <b> 4 and the fuel cell stacks 1 and 2 The secondary battery 7 is warmed up so that the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 are controlled so that the maximum power required by the load 5 can be supplied.
[0031]
In the next step S4, the control unit 8 detects the temperature and the SOC of the secondary battery 7 because the fuel cell stack 1 cannot supply the maximum power required by the load 5 and the auxiliary equipment in step S3. , The temperature of the secondary battery 7 and the state of the SOC are determined to determine whether the secondary battery 7 needs to be warmed up. That is, when the control unit 8 determines that the temperature of the secondary battery 7 is not high enough to discharge the power necessary for the load 5 and the auxiliary equipment, the warm-up of the secondary battery 7 is performed. It is determined that it is necessary, and the process proceeds to the warm-up mode started from step S11. On the other hand, in the control unit 8, although the temperature of the secondary battery 7 is high enough to discharge the power required for the load 5 and the auxiliary equipment, the SOC is low, so that the temperature required for the load 5 and the auxiliary equipment is low. If it is determined that the power cannot be discharged, the process proceeds to the charging mode after step S5.
[0032]
In step S5, the necessary power can be supplied to the load 5 and the auxiliary equipment by raising the SOC of the secondary battery 7 according to the determination in step S4. Therefore, the control unit 8 needs to charge the secondary battery 7. It is determined whether or not. When the control unit 8 determines that the charging of the secondary battery 7 is not necessary, the control unit 8 ends the charging mode, shifts to the normal operation mode, and shifts to a state of supplying power required for the load 5 and the auxiliary equipment. I do. On the other hand, when the control unit 8 determines that the charging of the secondary battery 7 is necessary, the process proceeds to step S6, and shifts to control for charging the secondary battery 7.
[0033]
In step S6, the control unit 8 calculates a charge amount (a chargeable amount) that can be accepted by the secondary battery 7 based on the temperature, the SOC, and the like of the secondary battery 7. The reason why the temperature and the SOC of the secondary battery 7 are referred to is that the chargeable amount of the secondary battery 7 changes according to the temperature, the SOC, and the like, similarly to the case where the secondary battery 7 is discharged. Therefore, it is necessary to calculate chargeable power based on the current state of the secondary battery 7. As a result, the secondary battery 7 is overcharged by supplying unacceptable excess power, or the power generated by the fuel cell stack 1 is not charged to the secondary battery 7, so that the secondary battery 7 is not consumed and remains. And eliminate inconveniences.
[0034]
In the next step S7, the control unit 8 calculates the power consumption of the auxiliary equipment. At this time, the control unit 8 calculates the power consumption according to the operation state of each auxiliary device. For example, the control unit 8 calculates the power consumption of a cooling water supply pump (not shown) from the current flow rate command and the like.
[0035]
In the next step S8, the control unit 8 calculates the power consumption of the compressor of the air supply unit 3. Here, in order to change the pressure and flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 1 according to the amount of power generation required for the fuel cell stack 1, the control unit 8 controls the secondary battery 7 calculated in step S6. The power generation required for the fuel cell stack 1 is estimated from the chargeable amount and the power consumption of the auxiliary machine calculated in step S7, and the operating state of the compressor is determined from the air pressure and the air flow according to the estimated power generation. Calculate the power consumption of the compressor.
[0036]
In step S8, the control unit 8 limits the estimated upper limit of the generated power of the fuel cell stack 1 so as not to exceed the power that can be generated by the fuel cell stack 1 obtained by the same calculation as in step S1. When estimating the power generated by the fuel cell stack 1, the controller 8 may consider the power consumption of the compressor in advance. That is, the power supplied to the actual load is the remaining power obtained by subtracting the power consumption of the compressor from the power generated by the fuel cell stack 1. The power consumption of the compressor is added to the power consumption of the load. This makes it possible to improve the accuracy of managing the power generation amount of the fuel cell stack 1. Further, as the power consumption of the compressor, the value calculated in the previous start control process by executing the control program of the control unit 8 may be used, and a detection unit for measuring the power consumption of the compressor may be provided. , The detected value may be used.
[0037]
In the next step S9, the control unit 8 causes the chargeable amount of the secondary battery 7 obtained in step S6, the power consumption of the auxiliary equipment obtained in step S7, and the consumption of the compressor obtained in step S8. The electric power generated by the fuel cell stack 1 is calculated from the electric power, and the power generation amount of the fuel cell stack 1 is controlled.
[0038]
Accordingly, in step S10, the control unit 8 controls the power distribution unit 4 to charge the rechargeable battery 7 with the power of the chargeable amount of the secondary battery 7 calculated in step S6, and The battery 7 is charged.
[0039]
The processing in the charging mode in steps S5 to S10 is executed at a predetermined cycle every time it is determined that charging is necessary in step S5, and the power required for the load 5 and the auxiliary equipment is reduced. When the SOC that can be supplied is reached, discharge to the load 5 and the auxiliary machine is realized.
[0040]
Next, a description will be given of a warm-up mode after it is determined in step S4 that warm-up of the secondary battery 7 is necessary. In the warm-up mode, first, in step S11, the control unit 8 determines a mode of charging the secondary battery 7 or discharging the secondary battery 7. At this time, the control unit 8 compares the SOC of the secondary battery 7 detected in step S4 with a preset reference value. If the SOC is higher than the reference value, the control unit 8 switches the secondary battery 7 The process proceeds to step S13 to perform the mode for discharging, and proceeds to step S18 to perform the mode for charging the secondary battery 7 when the SOC is lower than the reference value.
[0041]
Further, in the second and subsequent steps S12 after the processing of steps S13 to S17 or the processing of steps S18 to S22 has been performed previously, the previously performed charging or discharging lasts for a preset time, respectively. Any of the modes may be determined depending on whether or not the operation has been performed, and the mode is switched to a mode of charging by detecting that the desired power cannot be discharged by continuously discharging for a preset time. Alternatively, the mode may be switched to a mode of discharging by detecting that the desired power cannot be charged by continuously charging for a preset time.
[0042]
Then, in step S12, the control unit 8 advances the process to step S13 when the mode determined in step S11 is the discharging mode, and proceeds to step S13 when the mode determined in step S11 is the charging mode. The process proceeds to S18.
[0043]
In the discharge mode, the control unit 8 calculates the dischargeable amount of the secondary battery 7 in step S13 as in step S2, calculates the power consumption of auxiliary equipment in step S14 as in step S7, and further calculates in step S15 The power consumption of the compressor is calculated as in step S8.
[0044]
In the next step S16, the control unit 8 calculates the power generated by the fuel cell stack 1. Here, in order to promote self-heating of the secondary battery 7, the power consumption of the compressor discharges the secondary battery 7 in preference to the power generation of the fuel cell stack 1, and the discharged power is basically used. The remaining shortfall is covered by the power generated by the fuel cell stack 1. Therefore, the control unit 8 sets the power obtained by subtracting the dischargeable amount of the secondary battery 7 from the power consumption of the compressor as the power generated by the fuel cell stack 1 to be consumed by the compressor.
[0045]
In step S16, in order to supply power to the auxiliary equipment other than the compressor, the load 5, and the heating device 6, the control unit 8 sets the dischargeable amount of the secondary battery 7 calculated in step S13 to Then, the power generation of the fuel cell stack 1 is calculated from the power consumption of the auxiliary equipment obtained in step S14 and the power consumption of the compressor obtained in step S15, and the power generation amount of the fuel cell stack 1 is controlled.
[0046]
When calculating the power generation amount of the fuel cell stack 1, the control unit 8 determines the power generation amount so as not to fall below the lower limit value if the lower limit value of the power generation amount of the fuel cell stack 1 is set. You may.
[0047]
Then, the control unit 8 controls the compressor of the air supply unit 3 and the hydrogen pressure regulating valve of the hydrogen supply unit 2 so as to generate the calculated power generated by the fuel cell stack 1.
[0048]
In the next step S17, the control unit 8 controls the secondary battery 7 to discharge with the dischargeable amount determined in step S13 and to generate power in the fuel cell stack 1 with the power generation amount calculated in step S16. And the process returns to step S1. At this time, the control unit 8 supplies the discharge power of the secondary battery 7 mainly to the compressor, and supplies the power generated by the fuel cell stack 1 to the auxiliary machine, the load 5, and the heating device 6 as described in step S16. The power distribution unit 4 is controlled to supply power.
[0049]
On the other hand, when it is determined in step S12 that the charging mode is set, the control unit 8 first calculates the chargeable amount of the secondary battery 7 in step S18 as in step S6, and in step S19 as in step S7. In step S20, the power consumption of the compressor is calculated in the same manner as in step S8.
[0050]
In the next step S21, the control unit 8 calculates the power generated by the fuel cell stack 1. At this time, the control unit 8 controls the power generation of the fuel cell stack 1 so as to generate the chargeable amount of the secondary battery 7, the power consumption of the auxiliary equipment, and the power consumption of the compressor determined in steps S18 to S20. Calculate and control the compressor and the hydrogen pressure regulating valve to generate the generated power. Note that the control unit 8 limits the upper limit of the generated power of the fuel cell stack 1 so as not to exceed the power that can be generated by the fuel cell stack 1 obtained by the same calculation as in step S1.
[0051]
In the next step S22, the control unit 8 supplies the chargeable amount of the power generated by the fuel cell stack 1 to the secondary battery 7, and further distributes the power so as to supply power to the auxiliary equipment and the compressor. The unit 4 is controlled, and the process returns to step S1. As a result, the power generated by the fuel cell stack 1 is charged in the secondary battery 7, and a loss of the charged power urges the secondary battery 7 to generate its own power.
[0052]
By performing such a process, the control unit 8 repeats the charging mode and the discharging mode until it is determined in step S4 that the secondary battery 7 does not need to be warmed up, and controls the SOC of the secondary battery 7 and each mode. By switching between the charging mode and the discharging mode, the self-heating due to the charging and discharging of the secondary battery 7 is promoted, and the self-heating due to the power generation of the fuel cell stack 1 is promoted. As a result, the control unit 8 promotes warm-up of the secondary battery 7 and the fuel cell stack 1 to increase the temperature.
[0053]
The control unit 8 supplies one or both of the generated power of the fuel cell stack 1 and the discharged power of the secondary battery 7 to the heating device 6 in addition to the control of repeating the charging mode and the discharging mode. Control for warming up the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 due to heat generation may be used together.
[0054]
"Warm-up determination process"
Next, in the warm-up control process described above, the process of the warm-up determination process in step S3 will be described.
[0055]
When the control unit 8 proceeds to step S3, as shown in FIG. 3, first, in step S31, the position of the vehicle equipped with the fuel cell system is acquired. At this time, the control unit 8 may acquire current position information from a navigation system (not shown) mounted on the vehicle, and directly inputs a signal received by a GPS (Global Positioning System) antenna (not shown) to determine the current position. It may be calculated. It is assumed that the current position information includes, in addition to the latitude and longitude indicating the position where the vehicle is currently located, geographical characteristics such as vehicle altitude and information on surrounding areas.
[0056]
In the next step S32, based on the current position information acquired in step S31, the control unit 8 completes the warm-up control process and starts running after the fuel cell system is started. Is estimated. At this time, the control unit 8 compares the predetermined value regarding the geographical altitude set in advance with the vehicle altitude included in the current position information acquired in step S31, and determines that the vehicle altitude is higher than the predetermined value. In this case, it is estimated that after the vehicle starts running, the vehicle travels on the descending road more frequently than on the climbing road.
[0057]
The control unit 8 may recognize the frequency of traveling on the uphill road or the frequency of traveling on the downhill road from the geographical features of the area around the vehicle included in the current position information, in addition to the vehicle altitude.
[0058]
Further, the control unit 8 estimates the traffic condition from the characteristics of the surrounding roads and the current time, and the average vehicle speed after the warm-up is high and the load on the fuel cell stack 1 is high, or after the warm-up. May be determined whether the average vehicle speed is low and the load on the fuel cell stack 1 may be low.
[0059]
That is, the control unit 8 determines the surrounding road configuration from the geographical features of the area around the vehicle, and determines whether or not the driving state after the start-up has a high possibility of driving in an urban area, or within a certain predetermined time, an expressway or the like. It is estimated whether there is a high possibility that a high load is required to travel on the road, or whether there is a high possibility that the traffic condition is good and the high load condition continues even in the city area.
[0060]
In the next step S33, the control unit 8 continuously estimates the required power value from the running state after the start estimated in step S32, and requests the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 to obtain the required power value. Calculate the target value of the output power. That is, in step S33, the target value (determination value) of the power that can be generated by the fuel cell stack 1 and the dischargeable amount of the secondary battery 7 used to determine whether to shift to the warm-up mode in step S3. The target value (judgment value) is calculated.
[0061]
At this time, when the control unit 8 estimates in step S32 that the vehicle is in a traveling state in which a high load such as an uphill road or a highway is continuously required, the target value of the output power of the fuel cell stack 1 is determined. It is set large enough to set the target value of the output power of the secondary battery 7 to a low value. As a result, the control unit 8 controls the fuel cell stack 1 such that the temperature of the fuel cell stack 1 is raised prior to the temperature of the secondary battery 7. This is because, in order to continuously supply high output power to the load 5 after startup, power is not supplied from the secondary battery 7 having a limited output power amount, but is supplied mainly from the fuel cell stack 1. It is necessary to supply.
[0062]
When giving priority to raising the temperature of the fuel cell stack 1 as described above, the control unit 8 determines whether to charge the secondary battery 7 in steps S10 and S22 or to discharge the secondary battery 7 in step S17. As shown in FIG. 4A, the power distribution unit 4 supplies the power required for the load 5 mainly from the fuel cell stack 1 and suppresses the power supply from the secondary battery 7 to the load 5. Control. Thereby, in the fuel cell stack 1, continuous power generation is performed, and self-heating is promoted.
[0063]
On the other hand, when it is estimated in step S32 that the vehicle is in the traveling state of continuously traveling on the descending road, the control unit 8 sets the target value of the output power of the fuel cell stack 1 low, and Is set to a sufficiently high value. As a result, the control unit 8 controls the temperature of the secondary battery 7 to be higher than the temperature of the fuel cell stack 1. This is because when traveling on a descending road, it is not necessary to continuously supply high output power to the load 5 after starting, and the traveling is permitted by increasing the dischargeable power value of the secondary battery 7 with priority. After that, the temperature of the fuel cell stack 1 may be raised.
[0064]
When priority is given to the temperature rise of the secondary battery 7 in this manner, the control unit 8 determines whether to charge the secondary battery 7 in steps S10 and S22 or to discharge the secondary battery 7 in step S17. As shown in FIG. 4B, in order to reduce the output power of the fuel cell stack 1 so that the discharge power of the secondary battery 7 is consumed by the load 5, the power generated by the fuel cell stack 1 is reduced. The hydrogen supply unit 2 and the air supply unit 3 are controlled. As a result, the control unit 8 intermittently supplies power from the fuel cell stack 1 to the load 5, and promotes the temperature rise of the secondary battery 7 prior to the temperature rise of the fuel cell stack 1. The required value of the generated power when the fuel cell stack 1 is intermittently generated as described above depends on the running state after startup estimated in step S32, that is, the gradient of the running road and the vehicle speed, and It is calculated by the control unit 8 from vehicle specifications such as vehicle mass stored in the storage unit.
[0065]
Further, in this warm-up determination process, when estimating the running state after startup in step S32, the power value required for the load 5 after startup is learned, and based on the learning result, the power value after startup is determined. The target value of the output power of the fuel cell stack 1 and the target value of the output power of the secondary battery 7 may be set. Here, the control unit 8 accumulates and stores the current position information and the running state in a storage unit (not shown) in response to the acquisition of the current position and the running state in the above-described activation determination processing.
[0066]
That is, as shown in FIG. 5, first, in step S41, the current position information is acquired as in step S31 described above, and in the next step S42, the current position acquired in step S41 is It is determined whether the position is a position registered in advance.
[0067]
The pre-registered position is, for example, the driver's home or the like, and is registered by the user using a navigation system or the like. The pre-registered position is a position in which the current position information acquired in the previous activation determination process is stored, and a position that is frequently acquired among the stored current position information is automatically registered. is there. When the control unit 8 determines that the current position acquired in step S41 is not the position registered in advance, the process proceeds to step S32, and the current position acquired in step S41 is determined as the position registered in advance. If it is determined that there is, the process proceeds to step S43 in order to use the learned traveling state.
[0068]
In step S43, the control unit 8 reads out the accumulated running state after start (learning result) and proceeds to step S33. In step S33, the control unit 8 changes the read running state from the fuel cell after starting. The target value of the output power of the stack 1 and the secondary battery 7 is set.
[0069]
In this warm-up determination process, the position information indicating the position where the system was started or the surrounding information indicating the surrounding situation where the system was started and the position indicated by the position information or the vicinity indicated by the position information are indicated. The driving state is stored in association with the driving state after the system is started in the situation, and it is determined whether or not the stored information is usable in step S42, and the driving state is acquired in step S43. Is also good.
[0070]
"Target generation value setting process for fuel cell stack"
Next, in the warm-up control processing described above, other processing contents in steps S21 and S9 for calculating the generated power of the fuel cell stack 1 will be described.
[0071]
In the power generation target value setting process of the fuel cell stack 1, the efficiency of the fuel cell stack 1 to generate power is prioritized with respect to the warm-up time of the fuel cell stack 1, and the target value of the generated power of the fuel cell stack 1 is set. It is characterized by setting.
[0072]
That is, in the warm-up control process described above, the chargeable power amount of the secondary battery 7 calculated in steps S18 and S6, the power consumption of the auxiliary devices calculated in steps S19 and S7, and In consideration of the power consumption of the compressor calculated in step S20 and step S8, in order to shorten the warm-up time of the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7, the amount of power generation of the fuel cell stack 1 calculated in step S1 is calculated. In the low range, the maximum value of the power generation capacity of the fuel cell stack 1 is set as the power generation target value of the fuel cell stack 1 when the secondary battery 7 is charged, but from the viewpoint of efficiency in consideration of the hydrogen consumption and the like. May not always be the target value of the optimal power generation.
[0073]
Therefore, in the power generation target value setting processing, the control unit 8 determines whether or not to give priority to the efficiency with respect to the warm-up time until the start of traveling. At this time, the control unit 8 detects the temperature of the fuel cell stack 1 and the temperature of the secondary battery 7, and the temperature of the fuel cell stack 1 is higher than the temperature of the secondary battery 7, so that the temperature of the secondary battery 7 is increased. Therefore, when it is necessary to generate the power of the fuel cell stack 1, it is determined that the usage efficiency of the hydrogen and the like necessary for generating the fuel cell stack 1 is given priority, and the consumption for raising the temperature of the secondary battery 7 is determined. The temperature rise of the secondary battery 7 is promoted while suppressing the power. Further, in the control unit 8, when the driver operates the remote controller to receive a start request issued from a place away from the fuel cell system, the driver starts driving compared to a case where the driver receives a start request by vehicle operation. It may be determined that the use efficiency of hydrogen for generating power in the fuel cell stack 1 is prioritized because the time until the time is long.
[0074]
If the control unit 8 determines that the priority is given to the efficiency with respect to the warm-up time before the start of traveling, the chargeable power amount of the secondary battery 7 calculated in step S18 and step S6, step S19 and step S19 The maximum value of the power generation amount of the fuel cell stack 1 is determined in consideration of the power consumption of the accessories calculated in S7 and the power consumption of the compressor calculated in Steps S20 and S8. Is compared with the best power generation.
[0075]
When the maximum value is larger than the power generation amount at which the efficiency is the best, the control unit 8 sets the target value of the power generation amount of the fuel cell stack 1 to the power generation amount at which the efficiency is the best. That is, the control unit 8 reduces the power generation amount of the fuel cell stack 1 from the maximum value of the power generation amount of the fuel cell stack 1 to the power generation amount at which the efficiency is the best. Then, the control unit 8 adjusts the reduced power of the fuel cell stack 1 by increasing the charge amount of the secondary battery 7 or reducing the power consumption of auxiliary devices whose power consumption is adjustable. .
[0076]
The amount of power generation at which the efficiency of the fuel cell stack 1 is the best may be obtained in advance through experiments or the like and stored in the storage unit in the control unit 8, and the temperature of the fuel cell stack 1 and the supply of hydrogen gas may be determined. It may be calculated from operating conditions such as pressure, and further, the time required for warm-up is estimated from the power generation efficiency of the fuel cell stack 1, and the optimal fuel cell stack 1 is determined from the hydrogen consumption required until the warm-up is completed. May be calculated. Further, in the present embodiment, the auxiliary equipment includes the compressor, the cooling water supply pump, the radiator cooling fan, the heating device 6, and the like. However, as the auxiliary equipment that adjusts the power consumption by reducing the power generation amount of the fuel cell stack 1, Any device mounted on the vehicle may be used, such as an air conditioner system.
[0077]
[Effects of Embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system to which the present invention is applied, when the system is started, the operation of supplying the generated power of the fuel cell stack 1 to the auxiliary equipment and the secondary battery 7 is performed. When the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 are warmed up by repeating the operation of supplying the generated power of No. 1 and the discharge power of the secondary battery 7 to the auxiliary equipment, based on the operation state after the completion of the system startup. Thus, the determination value (target value) of the power that can be generated by the fuel cell stack 1 for determining that the warm-up of the fuel cell stack 1 has been completed is changed. For example, a drive torque for running the vehicle is generated. In this case, it is possible to set a more practical appropriate judgment value depending on whether the vehicle is running under a high load or running under a low load after the start of the system, and efficiently warms up the system to warm up the system. Time It can be the be the best time.
[0078]
Further, according to the fuel cell system to which the present invention is applied, when it is determined that the operation state after the completion of the system startup requires continuously low power, the warm-up of the fuel cell stack 1 is completed. Since the determination value of the power that can be generated by the fuel cell stack 1 for determination is changed to a low value, the warm-up time required to warm up the fuel cell stack 1 and start supplying power to the load 5 can be reduced.
[0079]
Further, according to this fuel cell system, when it is determined that the operation state after the start of the system requires high power continuously, it is necessary to determine that the warm-up of the secondary battery 7 has been completed. Since the determination value of the discharge power of the secondary battery 7 is set low, the warm-up time from when the secondary battery 7 is warmed up to when power supply to the load 5 is started can be reduced.
[0080]
Furthermore, according to this fuel cell system, the operating state after the completion of the system startup is estimated based on the information on the position or surroundings where the system is to be started, so that the operating state after the completion of the system startup can be accurately recognized. Thus, the warm-up time of the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 can be set to an optimum time.
[0081]
Furthermore, according to this fuel cell system, the position information indicating the position where the system was started or the peripheral information indicating the surrounding situation where the system was started is indicated by the position or the peripheral information indicated by the position information. The operating state after the system startup is performed in the surrounding situation is stored in association with the operating state, and the operating state after the system startup is completed is stored in the stored position information or the peripheral information and the operating state corresponding to the position information or the peripheral information. Based on the estimation based on the previous operation state, the current operation state after the start of the system is accurately recognized from the operation state of the previous system, and the warm-up time of the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 is further optimized. Can be.
[0082]
Furthermore, according to this fuel cell system, it is determined whether to prioritize the efficiency for power generation of the fuel cell stack 1 with respect to the warm-up time of the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7, and When priority is given to the efficiency for power generation of the fuel cell stack 1, the power generation power of the fuel cell stack 1 is set to the power value at which the usage efficiency of hydrogen is the best, so that the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 are quickly warmed up. When the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 need to be warmed up, the fuel cell stack 1 and the secondary battery 7 can be warmed up while reducing the amount of consumption of hydrogen required to generate power in the fuel cell stack 1.
[0083]
Note that the above embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other than the present embodiment, various modifications may be made according to the design and the like within a range not departing from the technical idea according to the present invention. Can be changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of a warm-up control process in the fuel cell system to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure of a warm-up determination process performed in a warm-up control process in the fuel cell system to which the present invention is applied.
4A and 4B are diagrams for explaining a power supply state to a load, wherein FIG. 4A shows a case where priority is given to temperature rise of a fuel cell stack, and FIG. 4B shows a case where priority is given to temperature rise of a secondary battery. .
FIG. 5 is a flowchart for explaining another process for estimating the running state after the system is started in the warm-up determination process performed in the warm-up control process in the fuel cell system to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell stack
2 Hydrogen supply unit
3 Air supply unit
4 Power distribution unit
5 Load
6. Heating device
7 Secondary battery
8 Control part

Claims

A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power,
Oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the fuel cell,
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell;
A secondary battery that charges and discharges power,
Power distribution means for supplying the power generated by the fuel cell to the load for consumption and for supplying the secondary battery for charging, discharging the secondary battery and supplying the load to the load,
At the time of starting the system, a process of controlling the power distribution means so as to supply the generated power of the fuel cell to the load and the secondary battery, and a process of controlling the generated power of the fuel cell and the discharged power of the secondary battery. Control means for warming up the fuel cell and the secondary battery by repeating a process of controlling the power distribution means so as to supply the power to the load,
The control unit changes a determination value of the power that can be generated by the fuel cell for determining that the warm-up of the fuel cell has been completed, based on an operation state after the completion of system startup. Battery system.

The control unit, when the operating state after the completion of the system startup is determined to require a continuously low power, the power generation of the fuel cell for determining that the warm-up of the fuel cell is completed is possible. The fuel cell system according to claim 1, wherein the power determination value is changed to a low value.

The control means, when the operation state after the completion of system startup is determined to require continuous high power, the secondary battery for determining that the warm-up of the secondary battery is completed 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the determination value of the discharge power is set low.

When it is determined that the continuously high power is required, the vehicle traveling conditions include at least one of high-speed traveling, climbing traveling, and high-altitude traveling, and it is determined that the continuously low power is required. 4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the vehicle traveling condition includes at least one of a descending traveling and a traffic jam traveling.

5. The fuel according to claim 1, wherein the control unit estimates an operation state after the completion of the system startup based on information on a position where the system is to be activated or around the location. Battery system.

Operation after the system is started at the position information indicating the position where the system was started or the surrounding information indicating the surrounding situation where the system was started, and the position indicated by the position information or the surrounding situation indicated by the surrounding information. A storage unit for storing the state in association with the state,
The control unit estimates the operation state after the completion of the system startup based on the position information or the peripheral information stored in the storage unit and the operation state corresponding to the position information or the peripheral information. The fuel cell system according to claim 1.

The control means determines whether to prioritize the efficiency for power generation of the fuel cell with respect to the warm-up time of the fuel cell and the secondary battery, and gives priority to the efficiency for power generation of the fuel cell. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the power generation power of the fuel cell is set to a power value at which fuel gas use efficiency is the best.