JP2005302446A - Fuel cell power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池とキャパシタを並列に接続して構成された燃料電池電源装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell power supply device configured by connecting a fuel cell and a capacitor in parallel.
従来、燃料電池とキャパシタを並列に接続した、燃料電池電源装置が知られている(特許文献1参照)。
燃料電池は空気極側に送り込んだ空気と、水素極側に送り込んだ水素とを電気化学反応させ、電力を発生させている。そこで、燃料電池システムを起動させる場合には、エアコンプレッサを回転させ空気を供給し、さらに水素を供給し、水の循環を開始するなどの手順が必要であり、所定の時間を要する。そのため、燃料電池システム起動のためには、いわゆる「起動電力」と称される電力が必要であり、燃料電池電源装置に付随するキャパシタまたは鉛蓄電池などの2次電池によって賄われるのが一般的である。
Conventionally, a fuel cell power supply device in which a fuel cell and a capacitor are connected in parallel is known (see Patent Document 1).
The fuel cell generates electric power by causing an electrochemical reaction between air sent to the air electrode side and hydrogen sent to the hydrogen electrode side. Therefore, when starting up the fuel cell system, a procedure such as rotating the air compressor to supply air, supplying hydrogen, and starting the circulation of water is required, and a predetermined time is required. Therefore, in order to start the fuel cell system, a so-called “startup power” is required, which is generally covered by a secondary battery such as a capacitor or a lead storage battery attached to the fuel cell power supply device. is there.
燃料電池とキャパシタとを組み合わせた燃料電池電源装置を搭載した燃料電池自動車において、燃料電池システムの起動のためにキャパシタ電力を消費すると、燃料電池が動作を開始したとき、キャパシタ電圧が燃料電池開放電圧より低下した状態となる場合がある。
この状態で燃料電池をキャパシタと回路接続すると、双方の電位差により燃料電池からキャパシタに向かって過大な突入電流が発生する。燃料電池は急激な負荷変動に対する応答性が遅く、このような場合には、反応ガスが不足する状態、つまりいわゆるガス欠に陥る。
燃料電池がガス欠状態になると、燃料電池の電解質膜の劣化を生じて、燃料電池の性能の劣化を招き、寿命も短くなるので好ましくない。また、燃料電池とキャパシタ接続時の突入電流により、回路開閉器の接点が溶着する可能性もある。
In a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell power supply device in which a fuel cell and a capacitor are combined, when the capacitor power is consumed to start the fuel cell system, the capacitor voltage becomes the fuel cell open voltage when the fuel cell starts operating. It may be in a lower state.
When the fuel cell is connected to the capacitor in this state, an excessive inrush current is generated from the fuel cell toward the capacitor due to the potential difference between the two. The fuel cell is slow in response to sudden load fluctuations, and in such a case, the reaction gas runs short, that is, a so-called gas shortage.
If the fuel cell is out of gas, the electrolyte membrane of the fuel cell is deteriorated, resulting in deterioration of the performance of the fuel cell and shortening the life. In addition, the contact of the circuit switch may be welded due to the inrush current when the fuel cell and the capacitor are connected.
燃料電池システム起動時のこの問題を解決するために、燃料電池とキャパシタの間に、スイッチング素子を組み込んで、スイッチング素子をデューティ制御により、回路接続時に低いデューティ比から高いデューティ比へと制御し、最終的にはスイッチング素子を常時オンすることで、キャパシタと燃料電池との接続点における電圧を調整し、燃料電池からキャパシタに流れる電流を制限する方法が提案されている(非特許文献1参照)。 In order to solve this problem at the time of starting the fuel cell system, a switching element is incorporated between the fuel cell and the capacitor, and the switching element is controlled from a low duty ratio to a high duty ratio by connecting the circuit by duty control, Finally, a method has been proposed in which the voltage at the connection point between the capacitor and the fuel cell is adjusted by always turning on the switching element to limit the current flowing from the fuel cell to the capacitor (see Non-Patent Document 1). .
この方法では、燃料電池から負荷への大電流が定常的に流れる電流回路に、スイッチング素子を介在させることになり、スイッチング素子の電力容量を大きくする必要が生じ、またこの素子における定常的な電力損失が発生する。
その結果、電力容量の大きいスイッチング素子を用いることから、コストの増大、燃料電池電源装置の重量増大と、定常的な電力損失の発生による燃費の低下につながるという問題があった。
As a result, since a switching element having a large power capacity is used, there has been a problem that the cost is increased, the weight of the fuel cell power supply device is increased, and fuel consumption is reduced due to the occurrence of steady power loss.
本発明は、上記の問題点を解決するために、電力容量の大きいスイッチング素子を用いないで、燃料電池システム起動後の燃料電池からキャパシタへの突入電流を緩和することができる燃料電池電源装置を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a fuel cell power supply device that can alleviate the inrush current from the fuel cell to the capacitor after starting the fuel cell system without using a switching element having a large power capacity. The purpose is to provide.
このため、本発明は、燃料電池起動後にキャパシタ電圧が燃料電池の開放電圧を下回ったことを検出した場合は、キャパシタを切り離し、燃料電池で負荷に電力を供給し、燃料電池の出力電圧が低下して、キャパシタ電圧に近づいたとき、キャパシタを燃料電池および負荷に接続するものとした。 For this reason, in the present invention, when it is detected that the capacitor voltage has fallen below the open voltage of the fuel cell after starting the fuel cell, the capacitor is disconnected and power is supplied to the load by the fuel cell, and the output voltage of the fuel cell decreases. When the capacitor voltage approaches, the capacitor is connected to the fuel cell and the load.
本発明により、燃料電池起動のために燃料電池補機へのキャパシタからの電力供給の結果、キャパシタ電圧が燃料電池の出力端の開放電圧よりも低くなった場合、キャパシタを負荷から切り離して、燃料電池から負荷への電力供給により燃料電池電圧が低下してキャパシタ電圧に近づいたときに、キャパシタを負荷に接続することとしたので、燃料電池からキャパシタへの過大な突入電流を防止できる。 According to the present invention, when the capacitor voltage becomes lower than the open voltage at the output end of the fuel cell as a result of power supply from the capacitor to the fuel cell auxiliary machine for starting the fuel cell, the capacitor is disconnected from the load, Since the capacitor is connected to the load when the fuel cell voltage drops and approaches the capacitor voltage due to power supply from the battery to the load, an excessive inrush current from the fuel cell to the capacitor can be prevented.
以下本発明の実施の形態を説明する。
図1は実施の形態の燃料電池電源装置を適用した電気自動車の動力部のブロック構成図である。
本実施の形態の燃料電池電源装置1は、車両に搭載されて車両のモータ駆動用電源として機能する。燃料電池電源装置1は、水素と空気を反応ガスとした電気化学反応を生じさせて電力を発生する燃料電池11と、電気二重層キャパシタ12(以下、単にキャパシタ12という)を並列に接続して構成されたハイブリッド型のものである。図1中、太実線は駆動電流を流す電流回路を示す。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram of a power unit of an electric vehicle to which the fuel cell power supply device of the embodiment is applied.
The fuel cell power supply device 1 of the present embodiment is mounted on a vehicle and functions as a power source for driving the motor of the vehicle. The fuel cell power supply device 1 includes a
燃料電池11と、燃料電池11へ水素と空気を供給する反応ガス供給部13と、燃料電池11の出力電流を目標値(以下、供給目標電流値と称する)になるように反応ガス供給部13を制御する燃料電池制御部14は、燃料電池システムを構成している。燃料電池11は、多数の燃料電池セルをスタックに積層した構造である。
燃料電池電源装置1全体の出力電力は、燃料電池制御部14と、燃料電池制御部14に供給目標電流値を入力し、燃料電池11とキャパシタ12それぞれからの出力電流を開閉制御する電力制御部15とにより制御される。
The
As for the output power of the entire fuel cell power supply device 1, the fuel
燃料電池電源装置1からの電力は、インバータ2を通じてモータ3の他に、電装補機、例えば燃料電池電源装置11の補機(以下、電源補機と称する)である反応ガス供給部13のエアコンプレッサ部41や、エアコン42、および図示省略のDC/DCコンバータを介して12V負荷(12V)43や、図示省略の二次電池、例えば鉛蓄電池、またはリチウムイオン電池の充電のために供給される。
12V負荷43には、燃料電池制御部14、電力制御部15と、後述のモータ制御部21およびエネルギ制御部22を含んでいる。なお、燃料電池制御部14、電力制御部15、モータ制御部21およびエネルギ制御部22は、上述の二次電池からも電力を供給される。
In addition to the
The
燃料電池11の出力端には、出力電流(以下、燃料電池電流と称する)Ifを検出する燃料電池電流センサ(IFC)35、出力電圧(以下、燃料電池電圧と称する)Vfを検出する燃料電池電圧センサ(VFC)36が設けられ、各検出信号が電力制御部15に入力される。
さらに、燃料電池11のプラス側出力端には、燃料電池接続スイッチ16と逆接防止ダイオード17が直列に接続され、その逆接防止ダイオード17より下流側にキャパシタ12、電装補機などの負荷、インバータ2が並列に接続されている。燃料電池接続スイッチ16は、電力制御部15によってオン、オフを制御される。
At the output end of the
Further, a fuel
なお、キャパシタ12のプラス側端子はキャパシタ接続スイッチ18を介して、燃料電池11のプラス側出力端の逆接防止ダイオード17の下流側つまり負荷側に接続する。キャパシタ接続スイッチ18は、電力制御部15によってオン、オフを制御される。
キャパシタ12には、充放電電流(以下、キャパシタ電流と称する)Icを検出するキャパシタ電流センサ(Icap)33および端子間電圧(以下、キャパシタ電圧と称する)Vcを検出するキャパシタ電圧センサ(Vcap)34が備えられ、これらのセンサの検出信号も電力制御部15に入力される。
The positive terminal of the
The
燃料電池11またはキャパシタ12から電力を供給されるモータ3以外の、電装補機で消費される電力を把握するために、負荷電流センサ(Iload)38と、負荷電圧センサ(Vload)39が設けられ、これらセンサの検出信号が電力制御部15に入力される。
A load current sensor (Iload) 38 and a load voltage sensor (Vload) 39 are provided to grasp the power consumed by the electrical auxiliary equipment other than the
次に電気自動車の駆動制御を行うエネルギ制御部22とモータ制御部21の構成を説明する。
エネルギ制御部22には、図示しないキースイッチのオン信号と、アクセルセンサ23からのアクセルペダルの踏込み量に応じたアクセル信号と、車速センサ24からの車輪速信号と、ブレーキセンサ26からのブレーキ信号が入力される。なお、キースイッチがオフからオンになったとき、エネルギ制御部22から電力制御部15に燃料電池起動信号が出力される。
さらに、エネルギ制御部22には電力制御部15から、燃料電池接続スイッチ16とキャパシタ接続スイッチ18の接続状態に即した、そのときの燃料電池11とキャパシタ12の両方によってインバータ2に供給可能な電力レベルの信号が入力される。
Next, the structure of the
The
Further, the
エネルギ制御部22は、インバータ2に供給可能な電力レベルを超えないように、アクセル信号に応じてモータ制御部21に対してトルク指令を出力する。モータ制御部21は、入力されたトルク指令に応じてモータ3がトルクを発生するように、インバータ2を制御する。
また、モータ制御部21は、インバータ2を介して、モータ3の回転数、及びモータ3の電機子に印加される電圧と電機子に流れる電流に基づいて、インバータ2で必要とする所要電力を算出し、エネルギ制御部22にインバータ2の所要電力レベルの信号を送る。
インバータ2は、角度センサ25によりモータ3の図示しないロータの電気角を検知し、電気角に応じた3相の交流電圧をモータ3の図示しない電機子に出力し、モータ3の電機子に流れる電流を制御する。このときインバータ2は、q軸電流とd軸電流とを互いに独立かつ高速に制御するベクトル制御によりモータ3の電機子に流れる電流を制御する。
そして、モータ3の駆動力は図示しないトランスミッションを介して駆動輪に伝達される。
The
Further, the
The
The driving force of the
図2はキャパシタ12の構造を示す図である。キャパシタ12はキャパシタ・モジュール31a、31bと直並切換スイッチ32A、32Bで構成される。直並切換スイッチ32A、32Bは、電力制御部15によって制御され、(a)の並列状態と、(b)の直列状態に切換可能な構造である。キャパシタ・モジュール31a、31bは、多数の図示省略のキャパシタセルを集め、所要の仕様に適合するようにキャパシタセルの電極端子同士を並列または直列に接続したものである。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of the
次に、反応ガス供給部13の構成と、燃料電池制御部14による反応ガス供給部13および燃料電池11の制御の概要を説明する(特許文献1参照)。
反応ガス供給部13は、空気極に所望の空気量を供給するためのエアコンプレッサ部41と、空気極への空気供給量に比例して所要量の水素を供給する図示省略の水素タンクなどの機器により構成される。
Next, a configuration of the reaction
The reactive
燃料電池制御部14には、電力制御部15から目標供給電流値が入力され、この目標供給電流値になるように、燃料電池11の空気極に空気を供給するエアコンプレッサ部41に対して、回転数指令値を出力する。
エアコンプレッサ部41が、目標供給電流値に応じた流量の空気を燃料電池11の空気極に供給する。そしてこのとき、反応ガス供給部13は、空気の供給量に応じて水素タンクから燃料電池11の水素極へ水素を供給する。
A target supply current value is input from the
The
燃料電池11の空気極に供給される空気の圧力、量などの信号と、燃料電池11の水素極に供給される水素の圧力、量などの信号が、反応ガス供給部13から燃料電池制御部14に入力される。さらに、燃料電池11の燃料電池セル個々の状態信号が燃料電池制御部14に入力される。
燃料電池制御部14は、これらの信号から把握される燃料電池11の状態を考慮して燃料電池11から供給可能な電流の上限値を決定する。
得られた燃料電池11から供給可能な電流の上限値は、電力制御部15に出力され、電力制御部15を介してさらにエネルギ制御部22にも出力される。
A signal such as pressure and amount of air supplied to the air electrode of the
The fuel
The obtained upper limit value of the current that can be supplied from the
次に、電力制御部15の機能を説明する。
電力制御部15は、負荷電流センサ(Iload)38と、負荷電圧センサ(Vload)39からの検出信号により、モータ3以外の電装補機で消費される電力を把握する。
そして、電力制御部15は、燃料電池制御部14から出力される燃料電池11から供給可能な電流の上限値と、キャパシタ電圧Vcを検出して、インバータ2で消費される電力とモータ3以外の電装補機で消費される電力との合計電力に応じた燃料電池11の目標供給電流値を決定し、該目標供給電流値を指示する信号を燃料電池制御部14に出力する。
Next, the function of the
The
The
また、電力制御部15は、燃料電池11の燃料電池電圧Vfおよび燃料電池11から供給可能な電流の上限値と、電装補機で消費される電力レベルの信号と、キャパシタ電圧Vcにもとづき、燃料電池11とキャパシタ12によりインバータ2に供給可能な電力レベルの信号をエネルギ制御部22に出力する。
電力制御部15は、燃料電池接続スイッチ16、キャパシタ接続スイッチ18のオン、オフを制御し、燃料電池電源装置1またはキャパシタ12からの負荷への給電、モータ3からの回生電流をキャパシタ12に充電する制御を行う。
さらに、電力制御部15は、燃料電池11の起動後にキャパシタ12の充放電状態に応じ、キャパシタ12を負荷に接続するときのキャパシタ・モジュール31a、31bの直列接続、並列接続を切換制御する。
In addition, the
The
Furthermore, the
燃料電池接続スイッチ16、キャパシタ接続スイッチ18、および直並切換スイッチ32A、32Bの直列/並列切換制御について、図3から図5のフローチャートに基づいて説明する。
この制御は、エネルギ制御部22と電力制御部15において、プログラムとして処理される。
The series / parallel switching control of the fuel
This control is processed as a program in the
ステップ101では、キースイッチをオンすることによって、燃料電池制御部14、電力制御部15、モータ制御部21、エネルギ制御部22がオンし、エネルギ制御部22が燃料電池起動信号を電力制御部15に出力する。
ステップ102では、電力制御部15は、キャパシタ・モジュール31a、31bを図2の(a)に示すように並列接続状態にする。
その後、ステップ103では、電力制御部15は、キャパシタ接続スイッチ18をオンする。これにより、キャパシタ12に充電されていた電力が、反応ガス供給部13のエアコンプレッサ部41などの電源補機に供給可能となる。
In
In
Thereafter, in
ステップ104では、電力制御部15からの燃料電池起動信号によって、燃料電池制御部14が電源補機を起動する。それによってステップ105では、燃料電池11が起動する。
ステップ106では、電力制御部15は、燃料電池11が起動完了かどうかをチェックする。
電力制御部15は、燃料電池電圧センサ36の検出信号が所定値以上で、燃料電池制御部14からの、燃料電池11から供給可能な電流の上限値が、所定レベル以上のとき燃料電池11が起動完了と判定し、そうでない場合はステップ106を繰り返す。
In
In
When the detection signal of the fuel
ステップ107では、電力制御部15は、キャパシタ電圧Vcが、燃料電池11の開放電圧Vf0以上かどうかをチェックする。キャパシタ電圧Vcが燃料電池11の開放電圧Vf0以上の場合は、ステップ108に進み、そうで無い場合はステップ111に進む。
ステップ108では、電力制御部15は、燃料電池接続スイッチ16をオンし、ステップ109に進み、車両走行許可の信号をエネルギ制御部22に出力する。
In
In
ステップ109の後ステップ110に進み、通常制御状態となる。
通常制御状態では、キャパシタ12と燃料電池11は並列で、インバータ2と電源補機や、エアコン42、12V負荷43と接続状態になり、キャパシタ電圧Vcが燃料電池電圧Vfより高い場合は、キャパシタ12からの電流は逆接防止ダイオード17により、燃料電池11への逆流は防止され、キャパシタ12から負荷へ電力が供給される。また、燃料電池電圧Vfの方が高くなれば、キャパシタ12は自動的に燃料電池電圧Vfまで充電される。
After
In the normal control state, the
また、エネルギ制御部22が、アクセル信号、車輪速信号、ブレーキ信号により車両の加速状態、コースト状態、減速状態を判定し、判定された車両の各状態とアクセル信号、車輪速信号、および電力制御部15からのインバータ2に供給可能な電力レベルの信号、燃料電池11から供給可能な電流の上限値等にもとづき、モータ制御部21へトルク指令を発する。
Further, the
モータ制御部21は、トルク指令に応じたインバータ2の所要電力レベルの信号をエネルギ制御部22へ送り返し、エネルギ制御部22がインバータ2の所要電力レベルの信号を電力制御部15に転送し、電力制御部15および燃料電池制御部14を介して燃料電池11からの出力電流を制御する。
特に減速時には、エネルギ制御部22は、モータ3の回生発電によるキャパシタ12の充電のため、モータ制御部21を介したインバータ2の回生発電制御を行う。
The
In particular, during deceleration, the
ステップ107からステップ111に進んだ場合は、電力制御部15は、キャパシタ接続スイッチ18をオフする。
ステップ112では、電力制御部15は、キャパシタ電圧Vcが、燃料電池11の開放電圧Vf0の半値の電圧Vf1より高いかどうかチェックする。高い場合はステップ113に進み、以下の場合はステップ201に進む。
ステップ113では、電力制御部15は、燃料電池接続スイッチ16をオンし、ステップ114で、エネルギ制御部22に車両走行許可信号を出力する。
When the process proceeds from
In
In
これを受けて、エネルギ制御部22は、アクセル信号と電力制御部15からのインバータ2に供給可能な電力レベルの信号に応じて、モータ制御部21にトルク指令を発し、モータ制御部21からのインバータ2の所要電力レベルの信号を電力制御部15に出力する。電力制御部15は、インバータ2の所要電力および電装補機の消費電力を全て燃料電池11から供給するよう、供給目標電流値を燃料電池制御部14に指令し、燃料制御部14が反応ガス供給部13を制御する。
ステップ115では、電力制御部15は、燃料電池11が電力供給を開始して、燃料電池電圧Vfが低下し、キャパシタ電圧Vcと同じになったかどうかをチェックする。
In response to this, the
In
図6は、縦軸が燃料電池電圧Vfを、横軸が燃料電池電流Ifを示した燃料電池の出力電流−電圧特性図である。
このように、開放電圧Vf0であった燃料電池11は、負荷に接続されて燃料電池電流Ifが増加すると、燃料電池電圧Vfが低下する。なお、燃料電池車両の加速時などに、供給電流が増加すると燃料電池電圧Vfが開放電圧Vf0の半値Vf1近くまで低下することは、高頻度で生じることである。
燃料電池電圧Vfがキャパシタ電圧Vcと同じになったとき、ステップ116に進み、そうでない場合はステップ117に進む。
ステップ116では、電力制御部15は、キャパシタ接続スイッチ18をオンとし、ステップ110に進み、燃料電池電源装置1の通常制御状態となる。
FIG. 6 is an output current-voltage characteristic diagram of the fuel cell in which the vertical axis indicates the fuel cell voltage Vf and the horizontal axis indicates the fuel cell current If.
Thus, when the
When the fuel cell voltage Vf becomes the same as the capacitor voltage Vc, the routine proceeds to step 116, otherwise proceeds to step 117.
In
ステップ117では、エネルギ制御部22は、加速状態が続いているかどうかをチェックする。加速が続いているときはステップ115に戻り、燃料電池電圧Vfの低下を待つ。
加速が続いて燃料電池電圧Vfが、キャパシタ電圧Vcに達する前に、加速が終わった場合は、ステップ118に進み、エネルギ制御部22は、モータ制御部21にd軸電流増加を指令し、ステップ115に戻る。
In
If the acceleration is completed before the fuel cell voltage Vf reaches the capacitor voltage Vc following the acceleration, the process proceeds to step 118, where the
d軸電流増加のインバータ制御により、モータ制御部21は、モータ回転数−トルク特性に応じたId−Iqマップにより算出されるId電流を増加させて、モータトルクをあまり増加させずにインバータ2での消費電力を増加させるので、燃料電池電圧Vfはさらに低下する。
なお、Id電流増加はモータトルクに若干影響するので、Iq電流の補正を合わせて行う。
この結果、ステップ115、117、118を繰り返す間に燃料電池電圧Vfは、キャパシタ電圧Vcと同じになり、ステップ116に進み、キャパシタ接続スイッチ18がオンとなり、ステップ110の通常制御状態になる。
By the inverter control for increasing the d-axis current, the
Since the increase in Id current slightly affects the motor torque, the Iq current is corrected together.
As a result, while repeating
ステップ112からステップ201に進んだ場合は、電力制御部15はキャパシタ・モジュール31a、31bを直列に切り換える。
これによって、並列の場合にキャパシタ電圧Vcが、燃料電池の開放電圧の半値Vf1以下の場合も、直列接続によって半値Vf1より高くなる。
When the process proceeds from
As a result, even when the capacitor voltage Vc is equal to or less than the half value Vf1 of the open voltage of the fuel cell in the case of parallel connection, it becomes higher than the half value Vf1 due to the series connection.
ステップ202では、電力制御部15は、燃料電池接続スイッチ16をオンとし、その後、ステップ203において、車両走行許可信号をエネルギ制御部22に出力する。
これを受けて、エネルギ制御部22は、アクセル信号と電力制御部15からのインバータ2に供給可能な電力レベルの信号に応じて、モータ制御部21にトルク指令を発し、モータ制御部21からの所要電力信号を電力制御部15に出力する。電力制御部15は、所要電力を全て燃料電池11から供給するよう、供給目標電流値を燃料電池制御部14に指令し、燃料制御部14が反応ガス供給部13を制御する。
燃料電池電圧Vfは、図6のように開放電圧Vf0から低下する。
In
In response to this, the
The fuel cell voltage Vf decreases from the open circuit voltage Vf0 as shown in FIG.
ステップ204では、電力制御部15は、燃料電池11が電力供給を開始して、燃料電池電圧Vfが低下し、キャパシタ・モジュール31a、31bが直列接続状態のキャパシタ12のキャパシタ電圧Vcと同じになったかどうかをチェックする。キャパシタ電圧Vcと同じ電圧になったときステップ205に進み、そうでない場合はステップ204を繰り返す。
ステップ205では、電力制御部15は、キャパシタ接続スイッチ18をオンとする。
その後、運転者がアクセルを緩めると車両がコースト状態になり、キャパシタ12が燃料電池11からの電流により充電される。
In
In
Thereafter, when the driver loosens the accelerator, the vehicle enters a coasting state, and the
コースト状態では、エネルギ制御部22は、コースト状態の電力制御を電力制御部15とモータ制御部21に指令し、インバータ2の要求電力はほとんどゼロとなり、燃料電池電流Ifは、キャパシタ12を充電するに必要な電流だけとなり、キャパシタ12の充電が進めば、キャパシタ電圧Vcは増加し、燃料電池電流Ifつまりキャパシタ電流Icは低下してくる。
キャパシタ12への充電電流であるキャパシタ電流Icがゼロになるとき、燃料電池電圧Vfは開放電圧Vf0に近い値となり、キャパシタ12は、キャパシタ・モジュール31a、31bが直列状態で開放電圧Vf0近くまで充電される。
In the coast state, the
When the capacitor current Ic, which is the charging current to the
ステップ206では、エネルギ制御部22は、アクセル信号、ブレーキ信号、車輪速信号にもとづき、車両がコースト状態かどうかをチェックし、さらに電力制御部15はキャパシタ電流Icがゼロであるどうかをチェックする。
コースト状態でキャパシタ電流Icがゼロの場合はステップ207に進み、そうで無い場合はステップ206を繰り返す。
In
If the capacitor current Ic is zero in the coast state, the process proceeds to step 207, and if not, step 206 is repeated.
ステップ207では、電力制御部15は、キャパシタ接続スイッチ18をオフし、続いてステップ208において、キャパシタ・モジュール31a、31bを図2の(b)に示す直列状態から(a)に示す並列状態に切り換える。
並列状態に切り換えられた直後のキャパシタ電圧Vcは、燃料電池11の開放電圧の半値Vf1近くの値となる。
ステップ209では、エネルギ制御部22は、アクセル信号、ブレーキ信号、車輪速信号から、車両の加速または減速を検知したか、またはそのいずれでもないかを判定する。
加速を検知した場合はステップ210に進み、減速を検知した場合はステップ231に進み、そのいずれでも無い場合はステップ209を繰り返す。
In
The capacitor voltage Vc immediately after switching to the parallel state becomes a value near the half value Vf1 of the open circuit voltage of the
In
If acceleration is detected, the process proceeds to step 210. If deceleration is detected, the process proceeds to step 231. If none of them is detected,
ステップ210では、電力制御部15は、エネルギ制御部22からの加速判定を受けて、燃料電池電圧Vfが燃料電池電流Ifの増加につれて低下するのを監視し、燃料電池電圧Vfがキャパシタ電圧Vcと同じになったかどうかをチェックする。両者の電圧が同じになったときステップ116に進み、そうでないときはステップ211に進む。
ステップ211では、エネルギ制御部22は、加速状態が続いているかどうかをチェックする。加速が続いているときはステップ210に戻り、燃料電池電圧Vfの低下を待つ。
加速が続いて燃料電池電圧Vfが、キャパシタ電圧Vcに達する前に、加速が終わった場合は、ステップ212に進み、エネルギ制御部22は、モータ制御部21にd軸電流増加の制御を指令し、ステップ210に戻る。
In
In
If the acceleration is completed before the fuel cell voltage Vf reaches the capacitor voltage Vc following the acceleration, the process proceeds to step 212, and the
ステップ210からステップ212を繰り返す間に、燃料電池電圧Vfは、キャパシタ電圧Vcと同じになり、ステップ116に進み、キャパシタ接続スイッチ18がオンとなり、ステップ110の通常制御状態になる。
While
ステップ209で減速と判定され、ステップ231に進んだ場合、エネルギ制御部22は電力制御部15とモータ制御部21に回生発電の制御指令を出す。
ステップ231では、電力制御部15は回生発電の制御指令を受け、燃料電池接続スイッチ16をオフし、その後ステップ232ではキャパシタ接続スイッチ18をオンとする。
ステップ233では、モータ制御部21がインバータ2を回生発電制御し、キャパシタ12にインバータ2からの回生電流が充電される。
If it is determined in
In
In
ステップ234では、電力制御部15は、キャパシタ12が充電されキャパシタ電圧Vcが上昇するのを監視し、燃料電池11の開放電圧Vf0達したかどうかをチェックする。キャパシタ電圧Vcが開放電圧Vf0と同じになったときステップ235に進み、そうでないときはステップ236に進む。
ステップ235では、電力制御部15は燃料電池接続スイッチ16をオンし、ステップ110に進み、通常制御状態になる。
ステップ236では、エネルギ制御部22は減速が続いているかどうかをチェックする。減速が続いている場合はステップ234に戻り、減速が続いてキャパシタ電圧Vcが、燃料電池11の開放電圧Vf0に達する前に、減速が終わった場合は、回生発電制御を終了し、ステップ237に進む。
In
In
In
ステップ237では、電力制御部15は、キャパシタ接続スイッチ18をオフし、続いてステップ238で、燃料電池接続スイッチ16をオンする。
ステップ238の後ステップ209に戻り、加速による燃料電池電圧Vfの低下により、燃料電池電圧Vfとキャパシタ電圧Vcが同じになるまで、または減速時の回生発電によるキャパシタ12への充電に伴うキャパシタ電圧Vcの上昇により、燃料電池11の開放電圧Vf0とキャパシタ電圧Vcが同じになるまで繰り返す。
In step 237, the
After
以下に、燃料電池11をキャパシタ12からの電力供給によって起動し、その時点でキャパシタ電圧Vcが燃料電池の開放電圧Vf0の半値Vf1以下の場合の流れ(ステップ101〜107、続いてステップ111、112、201〜212、最後にステップ116)について、燃料電池11およびキャパシタ12の電圧、電流の挙動を、図7にもとづいて説明する。
図7の(a)は横軸が制御の時間経過を、縦軸がそのときのキャパシタ電流および燃料電池電流の変化を示し、(b)は横軸が制御の時間経過を、縦軸がそのときのキャパシタ電圧および燃料電池電圧の変化を示す。
Hereinafter, the flow in the case where the
In FIG. 7A, the horizontal axis shows the control time lapse, the vertical axis shows the change in the capacitor current and the fuel cell current, and FIG. Changes in capacitor voltage and fuel cell voltage are shown.
時刻t0で燃料電池11を起動するため、キャパシタ12からの供給電力で電源補機を起動し、燃料電池11を運転状態にもって行く(ステップ101〜106)。図7の(a)に示すようにキャパシタ電流Icが流れ、(b)に示すようにキャパシタ電圧Vcは低下する。
In order to start the
時刻t1〜t2の間で、ステップ107の判定によりステップ111、112、201、202と進む。つまり、ステップ111でキャパシタ接続スイッチ18がオフされ、ステップ201でキャパシタ・モジュール31a、31bは並列接続状態から直列接続状態に切り換えられる。
キャパシタ・モジュール31a、31bが並列接続状態ではキャパシタ電圧Vcが燃料電池開放電圧Vf0の半値Vf1を下回っていたものが、直列接続状態に切り換わったことにより半値Vf1を上回る。
Between times t1 and t2, the process proceeds to
When the
ステップ202において、燃料電池接続スイッチ16がオンされ、負荷と接続される。
時刻t2で車両走行許可となり、エネルギ制御部22が運転者のアクセル踏み込みを検知して、所定のトルク指令値を演算し、モータ制御部21はトルク指令値に応じてインバータ2を作動させ、モータ3に電流を供給する。
図7の(a)に示すようにモータ3への電流供給に応じて、燃料電池電流Ifは増加し、(b)に示すように燃料電池電圧Vfは開放電圧Vf0から低下する。図6の燃料電池の出力電流−電圧特性が示すように、開放電圧の半値Vf1近くまで燃料電池電圧Vfが低下する。
電力制御部15は、燃料電池電圧Vfを監視し、キャパシタ電圧Vcと一致した時刻t3において、キャパシタ接続スイッチ18をオンとし、キャパシタ12を負荷と接続する(ステップ204、205)。
In
At time t2, the vehicle travel is permitted, the
As shown in FIG. 7A, the fuel cell current If increases in accordance with the current supply to the
The
負荷に接続されたキャパシタ12は、負荷に電流を供給し始める。時刻t4において運転者がアクセルを緩めると、エネルギ制御部22はそれを検知して、トルク指令値をゼロとして、モータ制御部21に出力する。いわゆるコースト状態に移行する。
燃料電池電流Ifは、キャパシタ12に充電される。図7の(a)に示すようにキャパシタ電流Icは充電を示すマイナス値となる。
燃料電池電圧Vfは開放電圧Vf0まで上昇し、それに応じキャパシタ電圧VcはほぼVf0まで上昇する。
エネルギ制御部22がコースト状態と判定し、電力制御部15がキャパシタ電流Icはゼロと判定した時刻t5において、キャパシタ接続スイッチ18がオフとされ、負荷から切り離される(ステップ206、207)。
The
The fuel cell current If is charged in the
The fuel cell voltage Vf rises to the open circuit voltage Vf0, and the capacitor voltage Vc rises to approximately Vf0 accordingly.
At time t5 when the
その後、キャパシタ・モジュール31a、31bは並列接続状態に切り換えられる(ステップ208)。その結果、キャパシタ電圧は図7の(b)に示すようにほぼ燃料電池開放電圧の半値Vf1となる。
時刻t6において、運転者が再びアクセルペダルを踏み込むと、燃料電池11から電流がモータ3に供給され、燃料電池電圧Vfが低下する。ここで、燃料電池電圧Vfがキャパシタ電圧Vcと一致するまで低下する前に時刻t7において加速が終了した場合(ステップ211からステップ212へ進んだ場合)、エネルギ制御部22はモータ制御部21に、d軸電流増加の制御指令を出し、インバータ2の消費電流を増加させ、図7の(b)に示すように燃料電池電圧Vfをさらに低下するように制御する。
Thereafter, the
When the driver depresses the accelerator pedal again at time t6, current is supplied from the
電力制御部15は、燃料電池電圧Vfを監視し、キャパシタ電圧Vc(この場合は開放電圧の半値Vf1)と一致したとき、キャパシタ接続スイッチ18をオンとし(ステップ116)、通常制御状態に戻る。
なお、本フローチャートでは、ステップ206、207は、簡単のため車両が走行を開始して、最初のコースト状態でキャパシタ・モジュール31a、31bが直列状態のキャパシタ12は、燃料電池11からの電流で開放電圧Vf0近くまで充電されるとしたが、開放電圧Vf0近くまで充電されない場合は、直列状態のキャパシタ12のまま再び加速、減速などを繰り返し、エネルギ制御部22からのトルク指令がゼロでキャパシタ電流がゼロのときにキャパシタ12が負荷から切り離され、キャパシタ・モジュール31a、31bを並列状態に切り換える。
The
In this flowchart, steps 206 and 207 are simplified for the sake of simplicity. The
本実施の形態のフローチャートにおけるステップ107、112、206、234は本発明の充放電状態検出手段を、ステップ115、204、210は燃料電池電圧検出手段を、ステップ118、212はd軸電流制御手段を構成する。 In the flowchart of the present embodiment, steps 107, 112, 206, and 234 are charging / discharging state detection means of the present invention, steps 115, 204, and 210 are fuel cell voltage detection means, and steps 118 and 212 are d-axis current control means. Configure.
以上のように本実施の形態によれば、燃料電池とともにキャパシタを並列に負荷に接続した燃料電池電源装置において、燃料電池の起動電力をキャパシタに充電した電力でまかなう場合に、電流回路の燃料電池11のプラス側出力端に設けた逆接防止ダイオード17の負荷側で、キャパシタ接続スイッチ18を介してキャパシタ12のプラス側端子と接続し、燃料電池出力端子と逆接防止ダイオード17の間に燃料電池接続スイッチ16を配置しているので、燃料電池11が起動完了した時点で、キャパシタ電圧Vcが燃料電池11の開放電圧Vf0より低い場合でも、燃料電池接続スイッチ16をオンにする前に、キャパシタ接続スイッチ18をオフとし、負荷に燃料電池11から電流を供給することができる。
従って、燃料電池11を負荷に接続した直後に燃料電池11からキャパシタ12への過大な突入電流が生じ、電流回路のスイッチ接点が溶けたり、燃料電池11の電解質膜の性能が劣化したりすることがない。
As described above, according to the present embodiment, in a fuel cell power supply apparatus in which a capacitor is connected to a load in parallel with a fuel cell, when the starting power of the fuel cell is covered by the power charged in the capacitor, the fuel cell of the
Therefore, immediately after the
また燃料電池電圧センサ36、キャパシタ電圧センサ34によって電力制御部15が燃料電池11の出力電圧Vf、キャパシタ電圧Vcを監視し、キャパシタ12が負荷から切り離された状態で燃料電池11から負荷への電流供給に応じて燃料電池電圧Vfが低下して、キャパシタ電圧Vcと一致したときにキャパシタ接続スイッチ18をオンとし、燃料電池11とキャパシタ12が共に負荷に接続した通常状態の制御とするので、燃料電池11からキャパシタ12への突入電流の発生が防止される。
Further, the
特に、上記のような燃料電池11の起動完了後の時点で、キャパシタ電圧Vcが燃料電池11の開放電圧Vf0より低く、燃料電池車両の走行開始電力を燃料電池11からのみ供給し、走行開始の最初の加速で燃料電池電圧Vfがキャパシタ電圧Vcまで一気に低下しない場合は、モータ制御部21がインバータ2にd軸電流増加の制御を行って、インバータ2の消費電力を増加させ、燃料電池電圧Vfをさらに一段低下させるので、車両の走行開始後の短時間の加速操作過程で、キャパシタ12を負荷と接続可能にできる。
In particular, at the time after the completion of the start-up of the
燃料電池11の起動完了時点でキャパシタ電圧Vcが、燃料電池開放電圧の半値Vf1以下の場合、キャパシタ12を切り離してキャパシタ・モジュール31a、31bを並列接続状態から直列接続状態に切り換え、キャパシタ電圧Vfを2倍に増加させ半値Vf1以上とするので、燃料電池11の出力特性による燃料電池電圧Vfの低下時に、キャパシタ12を負荷および燃料電池に並列接続しやすくなる。
If the capacitor voltage Vc is equal to or less than the half value Vf1 of the fuel cell open voltage when the
また、車両がコースト運転状態で、キャパシタ電流Icがゼロの状態で、キャパシタ12を切り離し、キャパシタ・モジュール31a、31bを直列接続状態から並列接続状態に切り換え、その後の加速時の燃料電池電圧Vfのキャパシタ電圧Vcまでの低下、または減速時のキャパシタ12への回生発電による充電でキャパシタ電圧Vcが燃料電池11の開放電圧Vf0まで上昇したときに、キャパシタ12を負荷および燃料電池11と接続するので、最終的にキャパシタ・モジュール31a、31bが通常の並列接続状態のキャパシタ12の状態で、通常の燃料電池11とキャパシタ12の並列接続の制御状態に戻ることができる。
Further, when the vehicle is in a coast driving state and the capacitor current Ic is zero, the
以上のように、燃料電池11の起動のためキャパシタ12の電力を使用することによって、燃料電池11の起動完了時点の開放電圧Vf0より低いキャパシタ電圧Vcとなった場合に、燃料電池11を負荷に接続したときキャパシタ12への過大な突入電流を抑制するため、従来燃料電池11の出力端側に大容量のスイッチング素子を設ける代わりに、電力制御部15により燃料電池接続スイッチ16とキャパシタ接続スイッチ18をオン、オフ制御することとしているので、これらのスイッチには汎用的なリレースイッチを用いることが可能である。
その結果、大容量のスイッチング素子による燃料電池電源装置のコストおよび重量の増大、スイッチング素子による定常な電力損失を生じない。
As described above, when the power of the
As a result, there is no increase in cost and weight of the fuel cell power supply device due to the large capacity switching element, and no steady power loss due to the switching element.
なお、本実施の形態のフローチャートのステップ115、204、210、234において、キャパシタ電圧Vcと、燃料電池電圧Vfまたは燃料電池11の開放電圧Vf0とが一致したときとしたが、両者の差が所定の範囲内に入ったときとしても良い。
さらに、本実施の形態では電力制御部15とエネルギ制御部22は別のものとしたが、一つのマイクロコンピュータを用いたものでも良い。
In
Furthermore, in the present embodiment, the
本実施の形態で、燃料電池11の起動後のキャパシタ電圧Vcが燃料電池11の開放電圧Vf0未満で、開放電圧の半値Vf1以上のとき、キャパシタ・モジュール31a、31bは並列接続状態のまま、燃料電池電圧Vfがキャパシタ電圧Vcまで低下するのを待って、キャパシタ12を負荷および燃料電池11と接続することとしたが、キャパシタ・モジュール31a、31bを直列接続状態に切り換え、キャパシタ電圧Vcを開放電圧Vf0より大きくして、キャパシタ12を負荷および燃料電池11と接続しても良い。
この場合、車両走行開始時の加速にキャパシタ12からの出力電流を利用することができる。
In this embodiment, when the capacitor voltage Vc after activation of the
In this case, the output current from the
その後車両のコースト状態でキャパシタ電流Icがゼロのとき、キャパシタ12を切り離し、キャパシタ・モジュール31a、31bを並列状態に切り換え、その後の車両の加速時の燃料電池電圧Vfのキャパシタ電圧Vcまでの低下、または減速時の回生発電によるキャパシタ12の充電によるキャパシタ電圧Vcの開放電圧Vf0までの増加時に、キャパシタ12と燃料電池12が同時に負荷に並列接続している状態にする。
Thereafter, when the capacitor current Ic is zero in the vehicle coast state, the
さらに、燃料電池11の起動後のキャパシタ電圧Vcが燃料電池11の開放電圧Vf0未満で、開放電圧の半値Vf1以上のとき、ステップ115において最初の加速で燃料電池電圧Vfがキャパシタ電圧Vcにまで低下しなかった場合、モータ制御部21にd軸電流増加の制御をさせて、燃料電池電圧Vfをもう一段低下させる代わりに、その後の減速時の回生発電によるキャパシタ12への充電によるキャパシタ電圧の増加、加速時の燃料電池電圧Vfの低下を監視し、キャパシタ電圧Vcの開放電圧Vf0までの増加時または燃料電池電圧Vfのキャパシタ電圧Vcまでの低下時に、キャパシタ12と燃料電池12が同時に負荷に並列接続している状態にしても良い。
Further, when the capacitor voltage Vc after starting of the
1 燃料電池電源装置
2 インバータ
3 モータ
11 燃料電池
12 電気二重層キャパシタ
13 反応ガス供給部
14 燃料電池制御部
15 電力制御部
16 燃料電池接続スイッチ
17 逆接防止ダイオード
18 キャパシタ接続スイッチ
21 モータ制御部
22 エネルギ制御部
23 アクセルセンサ
24 車速センサ
25 角度センサ
26 ブレーキセンサ
31a、31b キャパシタ・モジュール
32A、32B 直並切換スイッチ
33 キャパシタ電流センサ
34 キャパシタ電圧センサ
35 燃料電池電流センサ
36 燃料電池電圧センサ
38 負荷電流センサ
39 負荷電圧センサ
41 エアコンプレッサ部
42 エアコン
43 12V負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell
Claims (7)
前記逆接防止ダイオードの負荷側に前記キャパシタの一方の端子側がキャパシタ接続スイッチを介して接続するように構成され、
前記電力制御部は、前記キャパシタの充放電状態を検出する充放電状態検出手段と、前記燃料電池の出力電圧を検出する燃料電池電圧検出手段とを有し、
前記燃料電池起動後に前記充放電状態検出手段が前記キャパシタの電圧が前記燃料電池の開放電圧を下回ったことを検出した場合は、前記キャパシタ接続スイッチをオフとし、前記燃料電池で負荷の車両駆動用のモータに電力を供給し、燃料電池の出力電圧が低下して、前記キャパシタの電圧に近づいたとき、前記キャパシタ接続スイッチをオンとすることを特徴とする燃料電池電源装置。 A fuel cell, a capacitor connected in parallel to the fuel cell to a load by a current circuit, a reaction gas supply unit for supplying a reaction gas to the fuel cell, and the reaction gas supply unit from the reaction gas supply unit based on a target supply power signal A fuel cell control unit that controls a supply amount of a reaction gas supplied to the fuel cell; a power control unit that outputs the target supply power signal to the fuel cell control unit in accordance with a required power of the load; and a current circuit A reverse connection prevention diode inserted and disposed to prevent a reverse flow of current from the capacitor to the fuel cell, wherein the capacitor is a fuel cell power supply that supplies start-up power of the fuel cell;
One terminal side of the capacitor is connected to the load side of the reverse connection prevention diode via a capacitor connection switch,
The power control unit includes charge / discharge state detection means for detecting a charge / discharge state of the capacitor, and fuel cell voltage detection means for detecting an output voltage of the fuel cell,
When the charging / discharging state detecting means detects that the voltage of the capacitor is lower than the open voltage of the fuel cell after the fuel cell is started, the capacitor connection switch is turned off, and the fuel cell is used for driving a load vehicle An electric power is supplied to the motor, and when the output voltage of the fuel cell decreases and approaches the voltage of the capacitor, the capacitor connection switch is turned on.
前記モータ制御部は、通常のモータのトルク制御の外に、前記モータの出力トルクをトルク指令に合わせつつ界磁電流をより多く消費する制御をするd軸電流制御手段を有し、
前記電力制御部は、
前記燃料電池起動後に前記充放電状態検出手段が前記キャパシタの電圧が前記燃料電池の開放電圧を下回ったことを検出した場合は、前記キャパシタ接続スイッチをオフとし、前記燃料電池で負荷の車両駆動用のモータに電力を供給し、
必要に応じ前記モータ制御部のd軸電流制御手段により所望の燃料電池の出力電圧まで低下させ、前記キャパシタの電圧に近づいたとき、前記キャパシタ接続スイッチをオンとすることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池電源装置。 The motor for driving the vehicle is driven by an inverter controlled by receiving a torque command from a motor control unit,
In addition to the normal motor torque control, the motor control unit includes d-axis current control means for performing control to consume more field current while matching the output torque of the motor with a torque command.
The power control unit
When the charging / discharging state detecting means detects that the voltage of the capacitor is lower than the open voltage of the fuel cell after the fuel cell is started, the capacitor connection switch is turned off, and the fuel cell is used for driving a load vehicle Power to the motor
2. The d-axis current control means of the motor control unit lowers the output voltage of the fuel cell to a desired value as necessary, and the capacitor connection switch is turned on when approaching the voltage of the capacitor. The fuel cell power supply device described in 1.
前記電力制御部は、
前記燃料電池起動後に前記充放電状態検出手段が前記キャパシタの電圧が前記燃料電池の開放電圧を下回ったことを検出した場合は、前記燃料電池で負荷の車両駆動用のモータを駆動し、
回生発電時に、前記燃料電池接続スイッチをオフかつ前記キャパシタ接続スイッチをオンとし、前記キャパシタを回生発電で充電し、キャパシタの電圧が燃料電池の開放電圧に近づいたとき、前記キャパシタ接続スイッチをオンとすることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池電源装置。 The current circuit includes a fuel cell connection switch between the reverse connection prevention diode and the fuel cell,
The power control unit
When the charge / discharge state detection means detects that the voltage of the capacitor is lower than the open voltage of the fuel cell after the fuel cell is started, the motor for driving the vehicle of the load is driven by the fuel cell,
During regenerative power generation, the fuel cell connection switch is turned off and the capacitor connection switch is turned on, the capacitor is charged by regenerative power generation, and the capacitor connection switch is turned on when the capacitor voltage approaches the open voltage of the fuel cell. The fuel cell power supply device according to claim 1 or 2, wherein
前記燃料電池起動後に、前記充放電状態検出手段が、前記複数のキャパシタの並列接続状態における前記キャパシタの電圧が前記燃料電池の開放電圧を下回ったことを検出した場合は、前記電力制御部は前記キャパシタ接続スイッチのオフ状態で、前記複数のキャパシタを直列接続状態に切り換え、その後前記キャパシタ接続スイッチをオンとすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載燃料電池電源装置。 The capacitor comprises a plurality of capacitors configured to be switchable between series connection and parallel connection,
When the charge / discharge state detection means detects that the voltage of the capacitor in the parallel connection state of the plurality of capacitors has fallen below the open voltage of the fuel cell after the fuel cell is started, the power control unit 4. The fuel cell power supply device according to claim 1, wherein the plurality of capacitors are switched to a serial connection state when the capacitor connection switch is in an off state, and then the capacitor connection switch is turned on. 5.
前記充放電状態検出手段がキャパシタ電流のゼロの状態を検出したとき、前記電力制御部は、前記キャパシタ接続スイッチをオフとし、前記複数のキャパシタを並列接続状態に切り換えて、
前記キャパシタの電圧が前記燃料電池の開放電圧を上回っているときは前記キャパシタ接続スイッチをオンとし、
前記キャパシタの電圧が前記燃料電池の開放電圧より低いときは、前記燃料電池で負荷に電力を供給し、燃料電池の出力電圧が低下して、前記キャパシタの電圧に近づいたとき、前記キャパシタ接続スイッチをオンとすることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池電源装置。 In the series connection state of the plurality of capacitors, when the capacitor and the fuel cell are electrically connected in parallel to the load,
When the charging / discharging state detection means detects a zero state of the capacitor current, the power control unit turns off the capacitor connection switch, switches the plurality of capacitors to a parallel connection state,
When the voltage of the capacitor is higher than the open voltage of the fuel cell, turn on the capacitor connection switch,
When the voltage of the capacitor is lower than the open voltage of the fuel cell, power is supplied to the load by the fuel cell, and when the output voltage of the fuel cell decreases and approaches the voltage of the capacitor, the capacitor connection switch The fuel cell power supply device according to claim 4, wherein the fuel cell power supply device is turned on.
前記充放電状態検出手段がキャパシタ電流のゼロの状態を検出したとき、前記電力制御部は、前記キャパシタ接続スイッチをオフとし、前記複数のキャパシタを並列接続状態に切り換えて、
前記キャパシタの電圧が前記燃料電池の開放電圧を上回っているときは前記キャパシタ接続スイッチをオンとし、
前記キャパシタの電圧が前記燃料電池の開放電圧より低いときは、前記燃料電池で負荷の車両駆動用のモータを駆動し、
回生発電時に、前記燃料電池接続スイッチをオフかつ前記キャパシタ接続スイッチをオンとし、前記キャパシタを回生発電で充電し、キャパシタの電圧が燃料電池の開放電圧に近づいたとき、前記キャパシタ接続スイッチをオンとすることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池電源装置。 In the series connection state of the plurality of capacitors, when the capacitor and the fuel cell are electrically connected in parallel to the load,
When the charging / discharging state detection means detects a zero state of the capacitor current, the power control unit turns off the capacitor connection switch, switches the plurality of capacitors to a parallel connection state,
When the voltage of the capacitor is higher than the open voltage of the fuel cell, turn on the capacitor connection switch,
When the voltage of the capacitor is lower than the open voltage of the fuel cell, the motor for driving the vehicle of the load is driven by the fuel cell,
During regenerative power generation, the fuel cell connection switch is turned off and the capacitor connection switch is turned on, the capacitor is charged by regenerative power generation, and the capacitor connection switch is turned on when the capacitor voltage approaches the open voltage of the fuel cell. The fuel cell power supply device according to claim 4, wherein
前記燃料電池起動後に前記キャパシタのキャパシタ電圧が前記燃料電池の開放電圧を下回ったことを検出した場合は、前記キャパシタを切り離し、前記燃料電池で前記負荷に電力を供給し、前記燃料電池の出力電圧が低下して、キャパシタ電圧に近づいたとき、前記キャパシタを燃料電池および負荷に接続することを特徴とする燃料電池電源装置のキャパシタ接続制御方法。 A fuel cell, a capacitor connected in parallel to the fuel cell to a load by a current circuit, a reaction gas supply unit for supplying a reaction gas to the fuel cell, and the reaction gas supply unit from the reaction gas supply unit based on a target supply power signal A fuel cell control unit that controls a supply amount of a reaction gas supplied to the fuel cell; a power control unit that outputs the target supply power signal to the fuel cell control unit in accordance with a required power of the load; and a current circuit A reverse connection prevention diode inserted and arranged to prevent a reverse flow of current from the capacitor to the fuel cell, and the capacitor is a capacitor of a fuel cell power supply device that supplies startup power required for startup of the fuel cell A connection control method,
When it is detected that the capacitor voltage of the capacitor is lower than the open voltage of the fuel cell after the fuel cell is started, the capacitor is disconnected, and the fuel cell supplies power to the load, and the output voltage of the fuel cell A capacitor connection control method for a fuel cell power supply apparatus, comprising: connecting the capacitor to a fuel cell and a load when the voltage drops and approaches a capacitor voltage.
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