(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04858 20160101AFI20241001BHJP
B60L 58/40 20190101ALI20241001BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20241001BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20241001BHJP
H01M 8/04313 20160101ALI20241001BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20241001BHJP
【FI】
H01M8/04858
B60L58/40
H01M8/00 A
H01M8/04 H
H01M8/04313
H01M8/04537
(21)【出願番号】P 2021164927
(22)【出願日】2021-10-06
【審査請求日】2024-02-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100074099
【氏名又は名称】大菅 義之
(72)【発明者】
【氏名】富本 尚也
【審査官】藤森 一真
(56)【参考文献】
【文献】特開2020-149882(JP,A)
【文献】特開2018-073796(JP,A)
【文献】特開2009-104833(JP,A)
【文献】特開2018-063803(JP,A)
【文献】特開2001-095107(JP,A)
【文献】特開2006-286436(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B60L 50/70 - 50/75
B60L 58/30 - 58/40
H01M 8/04 - 8/0668
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
負荷に電力を供給する蓄電装置と、
前記蓄電装置に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記負荷が高負荷状態でないと判定しているとき、前記蓄電装置の状態変数と複数の閾値との比較結果により設定される複数の目標発電電力に応じて前記燃料電池の発電電力を制御し、
前記負荷が高負荷状態であると判定しているとき、前記蓄電装置の充電が、前記負荷が高負荷状態でないと判定しているときと比べて回避されるように前記燃料電池の発電電力を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項2】
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記負荷が高負荷状態であると判定しているとき、前記蓄電装置の状態変数が所定の状態変数で維持されるように、前記燃料電池の発電電力を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記蓄電装置は、キャパシタであり、
前記蓄電装置の状態変数は、前記キャパシタの電圧に基づいて算出される充電率である
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項4】
請求項1~3の何れか1項に記載の燃料電池システムであって、
当該燃料電池システムは、車両に搭載され、
前記制御部は、
前記車両が登り坂を走行していないと判定しているとき、前記負荷が高負荷状態でないと判定し、
前記車両が登り坂を走行していると判定しているとき、前記負荷が高負荷状態であると判定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項5】
請求項1~4の何れか1項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記負荷が高負荷状態であると判定する直前に設定した目標発電電力を、前記負荷が高負荷状態であると判定しているときの目標発電電力の下限値とする
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
燃料電池システムとして、負荷から燃料電池システムに要求される電力が比較的小さい場合、すなわち、負荷が高負荷状態でない場合、燃料電池システム内の蓄電装置の状態変数(蓄電装置の電圧や充電率など)に対応する複数の目標発電電力に応じて燃料電池の発電電力を段階的に制御し、負荷が高負荷状態である場合、目標発電電力を強制的に最大値にするものがある。関連する技術として、特許文献1がある。
【0003】
ところで、燃料電池の発電電力が負荷から要求される電力より大きい場合、その余剰分の発電電力が蓄電装置に供給されることで蓄電装置が充電され、蓄電装置の状態変数が大きくなる。そのため、蓄電装置の状態変数が比較的大きくなると、蓄電装置が過充電状態になることを抑制するために蓄電装置の発電が強制的に停止する。
【0004】
また、燃料電池の発電電力の変動幅が比較的大きい場合、燃料電池に燃料ガスや酸化剤ガスなどを供給するための補機に供給される電力も大きく変動してしまうため、補機の動作が不安定になり燃料電池システム全体の動作が不安定に陥るおそれがある。
【0005】
そのため、上記燃料電池システムでは、負荷が高負荷状態になることで目標発電電力が最大値になった後、燃料電池の発電電力が負荷から要求される電力より大きくなることで蓄電装置が充電状態になり、その後、蓄電装置の状態変数が増加して燃料電池の発電が強制的に停止すると、燃料電池の発電電力が最大値からゼロに大きく変化してしまう。このように、上記燃料電池システムでは、燃料電池の発電電力が大きく変化するおそれがあるため、補機の動作が不安定になり燃料電池システム全体の動作が不安定に陥るおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の一側面に係る目的は、燃料電池システムにおいて、負荷が高負荷状態である場合に、燃料電池システム全体の動作が不安定に陥ることを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、負荷に電力を供給する蓄電装置と、前記蓄電装置に電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を制御する制御部とを備える。
【0009】
前記制御部は、前記負荷が高負荷状態でないと判定しているとき、前記蓄電装置の状態変数と複数の閾値との比較結果により設定される目標発電電力に応じて前記燃料電池の発電電力を制御し、前記負荷が高負荷状態であると判定しているとき、前記負荷が高負荷状態でないと判定しているときと比べて、前記蓄電装置の充電が回避されるように前記燃料電池の発電電力を制御する。
【0010】
これにより、負荷が高負荷状態になった後に、蓄電装置の状態変数が増加することを抑えることができるため、蓄電装置の状態変数が増加することで燃料電池が強制的に停止することを抑えることができ、燃料電池の発電電力の変動幅が比較的大きくなることを抑制することができる。そのため、燃料電池から補機に供給される電力の変動幅を抑えることができ、燃料電池システム全体の動作が不安定に陥ることを抑制することができる。
【0011】
また、前記制御部は、前記負荷が高負荷状態であると判定しているとき、前記蓄電装置の状態変数が所定の状態変数で維持されるように、前記燃料電池の発電電力を制御するように構成してもよい。
【0012】
また、前記蓄電装置をキャパシタとし、前記蓄電装置の状態変数を前記キャパシタの電圧に基づいて算出される充電率としてもよい。
【0013】
また、当該燃料電池システムは、車両に搭載され、前記制御部は、前記車両が登り坂を走行していないと判定しているとき、前記負荷が高負荷状態でないと判定し、前記車両が登り坂を走行していると判定しているとき、前記負荷が高負荷状態であると判定するように構成してもよい。
【0014】
これにより、車両に搭載される燃料電池システム全体の動作が不安定に陥ることを抑制することができるため、車両の走行制御が不安定に陥ることを抑制することができる。
【0015】
また、前記制御部は、前記負荷が高負荷状態であると判定する直前に設定した目標発電電力を、前記負荷が高負荷状態であると判定しているときの目標発電電力の下限値とするように構成してもよい。
【0016】
これにより、負荷が高負荷状態である場合から負荷が高負荷状態でない場合に戻るとき、燃料電池の発電電力の安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、燃料電池システムにおいて、負荷が高負荷状態である場合に、燃料電池システム全体の動作が不安定に陥ることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【
図2】多段階発電制御による燃料電池の発電制御を説明するための図である。
【
図3】フラグの状態に関する制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【
図4】燃料電池の発電制御に関する制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
【0020】
図1は、実施形態の燃料電池車両の一例を示す図である。
【0021】
図1に示す燃料電池システム1は、車両Veに搭載され、負荷Loなどに電力を供給する。なお、車両Veは、フォークリフトなどの産業車両や自動車などとする。また、負荷Loは、走行用モータを駆動するインバータなどとする。
【0022】
また、燃料電池システム1は、燃料電池FCと、水素タンクHTと、水素タンク弁HTVと、インジェクタINJと、気液分離機GLSと、水素循環ポンプHPと、排気排水弁EDVと、希釈器DILと、エアコンプレッサACPと、エア調圧弁ARVと、エアシャット弁ASVとを備える。
【0023】
また、燃料電池システム1は、さらに、ラジエタRと、ファンFと、ウォータポンプWPと、インタークーラICと、DCDCコンバータCNVと、蓄電装置Bと、電流センサSifと、電圧センサSvfと、電流センサSibと、電圧センサSvbと、記憶部2と、制御部3とを備える。
【0024】
燃料電池FCは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池スタックであり、燃料ガス(水素ガスなど)に含まれる水素と酸化剤ガス(空気など)に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。
【0025】
水素タンクHTは、燃料ガスの貯蔵容器である。水素タンクHTに貯蔵された燃料ガスは水素タンク弁HTV及びインジェクタINJを介して燃料電池FCに供給される。
【0026】
水素タンク弁HTVは、燃料電池FCに供給される燃料ガスを減圧する。
【0027】
インジェクタINJは、燃料電池FCに供給される燃料ガスの流量を調整する。
【0028】
気液分離機GLSは、燃料電池FCから排出される燃料ガスと液水とを分離する。
【0029】
水素循環ポンプHPは、気液分離機GLSにより分離された燃料ガスを燃料電池FCに再度供給する。
【0030】
排気排水弁EDVは、気液分離機GLSにより分離された液水を希釈器DILに送る。希釈器DILに送られた液水は、希釈器DIL内のタンクに溜まる。また、燃料電池FCから排出された燃料ガスと酸化剤ガスは希釈器DILで合流し、燃料電池システム1の外部に排出される。
【0031】
エアコンプレッサACPは、燃料電池システム1の周囲に存在する酸化剤ガスを圧縮しインタークーラIC及びエアシャット弁ASVを介して燃料電池FCに供給する。なお、エアコンプレッサACPの圧縮率は、燃料電池FCの下流に設けられるエア調圧弁ARVの開度を調節することで制御される。
【0032】
インタークーラICは、圧縮により高温になった酸化剤ガスをインタークーラICに流れる冷却水などの冷媒と熱交換させる。
【0033】
エアシャット弁ASVは、燃料電池FCに供給される酸化剤ガスを遮断する。なお、車両Veのイグニッションキーがオンしているとき、エアシャット弁ASVは常に全開になっているものとする。
【0034】
エア調圧弁ARVは、燃料電池FCに供給される酸化剤ガスの圧力や流量を調整する。
【0035】
ラジエタRは、燃料電池FCの発熱により温められた冷媒を外気と熱交換させる。
【0036】
ファンFは、ラジエタRの放熱量を上昇させる。
【0037】
ウォータポンプWPは、ラジエタRにより冷却された冷媒をインタークーラICを介して燃料電池FCに供給する。
【0038】
DCDCコンバータCNVは、燃料電池FCの後段に接続され、燃料電池FCから出力される電圧Vfを所定の電圧に変換する。DCDCコンバータCNVから出力される電力は、負荷Lo、水素循環ポンプHPなどの補機、及び蓄電装置Bに供給される。例えば、DCDCコンバータCNVは、燃料電池FCの電圧を48[V]に変換する。DCDCコンバータCNVから出力される電力の一部は、48[V]系の補機である水素循環ポンプHP、エアコンプレッサACP、及びウォータポンプWPに供給される。また、DCDCコンバータCNVにより48[V]に変換された電圧は、他のDCDCコンバータ(不図示)により12[V]の電圧に変換される。他のDCDCコンバータから出力される電力は、12[V]系の補機であるファンF、エアシャット弁ASV、及びエア調圧弁ARVに供給される。
【0039】
蓄電装置Bは、キャパシタなどにより構成され、DCDCコンバータCNVと負荷Loとの間に接続されている。DCDCコンバータCNVから出力される電力と、48[V]系の補機及び12[V]系の補機にそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、燃料電池システム1の外部(例えば、車両Veに搭載される走行制御部4)から要求される要求電力より大きい場合、その供給電力のうち、要求電力分の電力が負荷Loに供給されるとともに、残りの電力が蓄電装置Bに供給される。DCDCコンバータCNVから蓄電装置Bに電力が供給されると、蓄電装置Bが充電され蓄電装置Bの状態変数Sが増加する。また、DCDCコンバータCNVから出力される電力と、48[V]系の補機及び12[V]系の補機にそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、燃料電池システム1の外部から要求される要求電力より小さい場合、その供給電力が負荷Loに供給されるとともに、足りない分の電力が蓄電装置Bから負荷Loに供給される。蓄電装置Bから負荷Loに電力が供給されると、蓄電装置Bが放電され蓄電装置Bの状態変数Sが減少する。なお、状態変数Sとは、蓄電装置Bの充電率[%](蓄電装置Bの満充電容量に対する残容量の割合)、または、蓄電装置Bに電流が流れていないときの蓄電装置Bの開回路電圧[V]、または、蓄電装置Bに電流が流れているときの蓄電装置Bの閉回路電圧[V]、または、蓄電装置Bに流れる電流の積算値[Ah]などとする。
【0040】
電流センサSifは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、燃料電池FCからDCDCコンバータCNVに流れる電流Ifを検出し、その検出した電流Ifを制御部3に送る。
【0041】
電圧センサSvfは、分圧抵抗などにより構成され、燃料電池FCから出力される電圧Vfを検出し、その検出した電圧Vfを制御部3に送る。
【0042】
電流センサSibは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、DCDCコンバータCNVから蓄電装置Bに流れる電流Ibまたは蓄電装置Bから負荷Loに流れる電流Ibを検出し、その検出した電流Ibを制御部3に送る。
【0043】
電圧センサSvbは、分圧抵抗などにより構成され、蓄電装置Bの電圧Vbを検出し、その検出した電圧Vbを制御部3に送る。
【0044】
記憶部2は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などにより構成され、後述する閾値Cth10などを記憶する。
【0045】
制御部3は、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【0046】
また、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているとき、多段階発電制御により燃料電池FCの発電電力を制御し、負荷Loが高負荷状態であると判定しているとき、無段階発電制御により燃料電池FCの発電電力を制御する。例えば、制御部3は、車両Veが登り坂を走行していない(車両Veが勾配を有する坂を上っていない)と判定しているとき、負荷Loが高負荷状態でないと判定する。また、制御部3は、車両Veが登り坂を走行している(車両Veが勾配を有する坂を上っている)と判定しているとき、負荷Loが高負荷状態であると判定する。なお、車両Veが登り坂を走行しているか否かの判定方法については後述する。
【0047】
すなわち、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているとき、多段階発電制御として、蓄電装置Bの状態変数Sに応じて目標発電電力Ptを段階的に変化させる。
【0048】
また、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているとき、多段階発電制御として、燃料電池FCの発電電力が目標発電電力Ptに追従するように、48[V]系の補機や12[V]系の補機の動作を制御することで、燃料電池FCの発電電力を制御する。例えば、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているとき、多段階発電制御として、PI(Proportional-Integral)制御により、燃料電池FCの発電電力と目標発電電力Ptとの差がゼロになるように、48[V]系の補機や12[V]系の補機の動作を制御する。
【0049】
ここで、
図2は、多段階発電制御による燃料電池FCの発電制御を説明するための図である。なお、閾値Sth10、閾値Sth21、及び閾値Sth32を充電側閾値とし、閾値Sth01、閾値Sth12、及び閾値Sth23を放電側閾値とする。また、閾値Sth23<閾値Sth32<閾値Sth12<閾値Sth21<閾値Sth01<閾値Sth10とする。また、目標発電電力Pt0<目標発電電力Pt1<目標発電電力Pt2<目標発電電力Pt3とし、目標発電電力Pt0をゼロとする。また、目標発電電力Pt3と目標発電電力Pt2との差、目標発電電力Pt2と目標発電電力Pt1との差、目標発電電力Pt1と目標発電電力Pt0との差は、それぞれ、一定値でもよいし、異なる値でもよい。目標発電電力Ptが大きくなるほど、燃料電池FCから出力される電力が大きくなり、目標発電電力Ptが小さくなるほど、燃料電池FCから出力される電力が小さくなるものとする。また、目標発電電力Ptが目標発電電力Pt0になると、燃料電池FCの発電が停止して燃料電池FCから出力される電力がゼロになるものとする。なお、多段階発電制御において変化する目標発電電力Ptの数は4つに限定されない。
【0050】
制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているとき、蓄電装置Bの状態変数Sが閾値Sth32より大きくなると、目標発電電力Ptを目標発電電力Pt3から目標発電電力Pt2に変化させ、蓄電装置Bの状態変数Sが閾値Sth21より大きくなると、目標発電電力Ptを目標発電電力Pt2から目標発電電力Pt1に変化させ、蓄電装置Bの状態変数Sが閾値Sth10より大きくなると、目標発電電力Ptを目標発電電力Pt1から目標発電電力Pt0に変化させる。すなわち、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているとき、蓄電装置Bの状態変数Sが大きくなるほど、燃料電池FCから出力される電力が段階的に小さくなるように、燃料電池FCの発電を制御する。なお、蓄電装置Bがキャパシタの場合、蓄電装置Bの状態変数Sは、キャパシタの電圧に基づいて判定されるのが好ましい。その理由として、一般的な二次電池と比べて、キャパシタの充電率の変化に対してキャパシタの電圧変化が大きく表れやすいためである。
【0051】
また、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているとき、蓄電装置Bの状態変数Sが閾値Sth01より小さくなると、目標発電電力Ptを目標発電電力Pt0から目標発電電力Pt1に変化させ、蓄電装置Bの状態変数Sが閾値Sth12より小さくなると、目標発電電力Ptを目標発電電力Pt1から目標発電電力Pt2に変化させ、蓄電装置Bの状態変数Sが閾値Sth23より小さくなると、目標発電電力Ptを目標発電電力Pt2から目標発電電力Pt3に変化させる。すなわち、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているとき、蓄電装置Bの状態変数Sが小さくなるほど、燃料電池FCから出力される電力が段階的に大きくなるように、燃料電池FCの発電を制御する。
【0052】
このように、蓄電装置Bの状態変数Sに応じて燃料電池FCから出力される電力を段階的に変化させているため、燃料電池FCから出力される電圧の単位時間あたりの変動回数を抑制することができ、燃料電池FCの劣化を抑制することができる。
【0053】
一方、制御部3は、負荷Loが高負荷状態であると判定しているとき、負荷が高負荷状態でないと判定しているときと比べて、無段階発電制御として、蓄電装置Bが充電されること(蓄電装置Bの状態変数Sが増加すること)が回避されるように、目標発電電力Ptを線形的に制御する。例えば、制御部3は、無段階発電制御中の蓄電装置Bの状態変数Sが、多段階発電制御から無段階発電制御に切り替わったときの蓄電装置Bの状態変数Sに維持されるように、目標発電電力Ptを線形的に変化させる。または、制御部3は、無段階発電制御中の蓄電装置Bの状態変数Sが閾値Sth10より大きくならないように、かつ、燃料電池システム1から負荷Loに供給される電力が走行制御部4から要求される電力に追従するように、目標発電電力Ptを線形的に変化させる。なお、蓄電装置Bが充電されること(蓄電装置Bの状態変数Sが増加すること)が回避されるように、目標発電電力Ptを線形的に制御する場合に限られず、状態変数Sが多少変化する(蓄電装置Bの状態変数Sが多少増加する)形態も含む。ただし、負荷Loが高負荷状態でないと判定しているときと比べて、蓄電装置Bの充電が抑制されることが必要である。
【0054】
また、制御部3は、負荷Loが高負荷状態であると判定する直前において状態変数Sと閾値Sthとの比較結果により設定した目標発電電力Ptを、負荷Loが高負荷状態であると判定しているときの目標発電電力Ptの下限値とするように構成してもよい。
【0055】
これにより、多段階発電制御から無段階発電制御に遷移した後、無段階発電制御から多段階発電制御に戻ったときの目標発電電力Ptの変動幅を抑えることができるため、補機の動作制御の安定性を向上させることができ、燃料電池システム1全体の動作制御の安定性を向上させることができる。
【0056】
また、制御部3は、負荷Loが高負荷状態であると判定すると、負荷Loの状態を示すフラグを立ち上げ、負荷Loが高負荷状態でないと判定すると、フラグを立ち下げる。
【0057】
ここで、
図3は、フラグに関する制御部3の動作の一例を示すフローチャートである。なお、
図3に示すフローチャートは制御タイミング毎に繰り返し実行されるものとする。
【0058】
制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定し(ステップS11:No)、かつ、フラグが立ち下がっていないと判定すると(ステップS12:Yes)、フラグを立ち下げる(ステップS13)。
【0059】
一方、制御部3は、負荷Loが高負荷状態であると判定し(ステップS11:Yes)、かつ、フラグが立ち上がっていないと判定すると(ステップS14:Yes)、フラグを立ち上げる(ステップS15)。
【0060】
なお、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定し(ステップS11:No)、かつ、フラグが立ち下がっていると判定すると(ステップS12:No)、または、負荷Loが高負荷状態であると判定し(ステップS11:Yes)、かつ、フラグが立ち上がっていると判定すると(ステップS14:No)、次の制御タイミングまでフラグの状態を維持する。
【0061】
また、
図4は、燃料電池FCの発電制御に関する制御部3の動作の一例を示すフローチャートである。なお、
図4に示すフローチャートは制御タイミング毎に繰り返し実行されるものとする。
【0062】
まず、制御部3は、負荷Loが高負荷状態でないと判定すると(ステップS21:No)、多段階発電制御により燃料電池FCの発電を制御する(ステップS22)。
【0063】
一方、制御部3は、負荷Loが高負荷状態であると判定し(ステップS21:Yes)、かつ、今回の制御タイミングがフラグの立ち上がりタイミングと一致する場合(ステップS23:Yes)、今回の制御タイミングにおける蓄電装置Bの状態変数Sを記憶部2に記憶する(ステップS24)。
【0064】
また、制御部3は、負荷Loが高負荷状態であると判定し(ステップS21:Yes)、かつ、今回の制御タイミングがフラグの立ち上がりタイミングと一致しない場合、すなわち、すでにフラグが立ち上がっている場合(ステップS23:No)、蓄電装置Bの状態変数Sが記憶部2に記憶されている状態変数Sに維持されるように、無段階発電制御により燃料電池FCの発電を制御する(ステップS25)。
【0065】
このように実施形態の燃料電池システム1では、無段階発電制御において、蓄電装置Bの充電が回避されるように、燃料電池FCの発電を制御する構成であるため、負荷Loが高負荷状態になることで多段階発電制御から無段階発電制御に遷移した後、蓄電装置Bの状態変数Sが比較的大きくなることを防止することができる。これにより、蓄電装置Bの状態変数Sが比較的大きくなることで燃料電池FCが強制的に停止することを抑制することができるため、燃料電池FCの発電電力の変動幅が比較的大きくなることを抑制することができる。そのため、燃料電池FCから補機に供給される電力の変動幅を抑えることができ、燃料電池システム1全体の動作が不安定に陥ることを抑制することができる。
【0066】
また、実施形態の燃料電池システム1では、燃料電池システム1から出力される電力が車両Veに搭載される負荷Loに供給する構成であるため、燃料電池システム1全体の動作が不安定に陥ることを抑制することができるため、車両Veの走行制御が不安定に陥ることを抑制することができる。
【0067】
<車両Veが登り坂を走行しているか否かの判定方法>
制御部3は、走行制御部4から送られてくる情報に基づいて、車両Veが登り坂を走行しているか否かの判定を行う。
【0068】
走行制御部4は、負荷Loの動作を制御することで、車両Veの走行や荷役などを制御する。
【0069】
また、走行制御部4は、運転者によるアクセルペダルの操作量をアクセル開度として制御部3に送る。
【0070】
また、走行制御部4は、負荷Loを動作させるために必要な電力を要求電力として制御部3に送る。例えば、走行制御部4は、運転者の指示に基づく負荷Loの動作制御から予想される負荷Loの消費電力を、要求電力とする。
【0071】
また、走行制御部4は、車両Veの速度及び加速度を制御部3に送る。例えば、走行制御部4は、(走行用モータの回転数[rpm]×タイヤ外径[m]×円周率)/(ギア比×減速比)の計算結果を、速度Vとする。また、走行制御部4は、1秒間あたりの速度の変化量を、加速度とする。
【0072】
制御部3は、走行制御部4から送られてくる、アクセル開度、要求電力、速度、及び加速度に基づいて、車両Veが登り坂を走行しているか否かを判定する。
【0073】
一般に、登り坂の勾配[%]が大きくなるほど、走行用モータで消費される電力が大きくなる傾向がある。特に、車両Veが産業車両である場合、車両Veの重量が比較的大きくなるため、上り坂の勾配が大きくなるほど、走行用モータで消費される電力がさらに大きくなる傾向がある。また、登り坂の勾配が大きくなるほど、車両Veの速度が小さくなる傾向がある。また、車両Veが登り坂を走行している場合、平坦路を走行している場合に比べて、車両Veの速度が小さくなるため、平坦路と同じ速度に保とうとする運転者の心理によりアクセルペダルの操作量が比較的大きくなる傾向がある。また、車両Veが登り坂を走行している場合、車両Veの速度が一定速度になり易いため、車両Veの加速度が比較的小さくなる傾向がある。すなわち、車両Veが登り坂を走行しているとき、要求電力及びアクセル開度が比較的大きくなるとともに、速度及び加速度が比較的小さくなる傾向がある。
【0074】
そこで、制御部3は、要求電力が所定要求電力以上であり、かつ、アクセル開度が所定アクセル開度以上であり、かつ、速度が所定速度以下であり、かつ、加速度が所定加速度以下である場合、車両Veが登り坂を走行していると判定する。また、制御部3は、要求電力が所定要求電力より小さい場合、または、アクセル開度が所定アクセル開度より小さい場合、または、速度が所定速度より大きい場合、または、加速度が所定加速度より大きい場合、車両Veが登り坂を走行していない(車両Veが平坦な道または下り坂を走行している)と判定する。
【0075】
なお、制御部3は、要求電力、アクセル開度、速度、及び加速度の4つのパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータを用いて、車両Veが登り坂を走行しているか否かを判定するように構成してもよい。
【0076】
また、走行制御部4において、車両Veが登り坂を走行しているか否かを判定し、その判定結果を制御部3に送るように構成してもよい。
【0077】
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【0078】
<変形例>
上記実施形態の燃料電池システム1は、車両Veに搭載される負荷Loに電力を供給する発電機として構成しているが、燃料電池システム1を、商用電源と協働して燃料電池システム1の外部に設けられる負荷に電力を供給する定置発電機として構成してもよい。その場合、制御部が負荷の要求電力量を監視し、要求電力量が所定電力閾値以上、かつ所定時間以上継続場合に、高負荷状態であると判断するのが好ましい。
【符号の説明】
【0079】
1 燃料電池システム
2 記憶部
3 制御部
4 走行制御部
Ve 車両
Lo 負荷
FC 燃料電池
HT 水素タンク
HTV 水素タンク弁
INJ インジェクタ
GLS 気液分離機
HP 水素循環ポンプ
EDV 排気排水弁
DIL 希釈器
ACP エアコンプレッサ
ARV エア調整弁
ASV エアシャット弁
R ラジエタ
F ファン
WP ウォータポンプ
IC インタークーラ
CNV DCDCコンバータ
B 蓄電装置
Sif、Sib 電流センサ
Svf、Svb 電圧センサ