(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池を暖機するヒータと、
補助電力を供給する二次電池と、を有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記ヒータを起動する際、前記燃料電池からの供給電力量を、前記ヒータの消費電力に相当する分だけ増加させ、前記ヒータの実際の消費電力よりも、増加させた電力量が小さい場合には前記二次電池から放電し、前記増加させた電力量が大きい場合には前記二次電池に充電する第１ステップと、
当該燃料電池システムの起動後において、前記燃料電池の発電が停止した状態又は前記燃料電池の発電量が一定に維持された状態で前記ヒータをテスト駆動させ、前記ヒータの消費電力を測定する第２ステップと、を備え、
第１ステップにおいて前記ヒータを起動する際、前記供給電力量を、前記第２ステップにおいて測定された前記ヒータの消費電力の分だけ増加させる、
燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と燃料電池の補助電力となる二次電池とを有する燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（ＦＣ：Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）で駆動される車両の補助電力として二次電池が用いられる。ユーザのアクセル要求等に基づく電力要求に対して基本的には燃料電池で電力が供給される。そして、燃料電池の供給電力とシステム全体の消費電力に差が発生する場合の電力の過不足分は、二次電池の充放電によって調整される。このような燃料電池システムには、燃料電池を暖機するための暖機用ヒータが搭載される場合がある。この暖機用ヒータは、燃料電池の温度が低温である場合に、燃料電池に供給される冷却水を加熱し、燃料電池の暖機を行う。
【０００３】
特許文献１には、車両の駆動輪を駆動するモータに電力を供給する電源として燃料電池と二次電池とを併用する燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、電源として燃料電池および二次電池を有し、燃料電池を暖機するためのヒータが設けられている。
【０００４】
この燃料電池システムは、ヒータを起動する際、ヒータの消費電力の分、燃料電池による発電電力を増加させ、増加により得られた電力を二次電池に充電させる。そして、この燃料電池システムは、増加により得られた電力が、ヒータの予想消費電力を上回った場合に、燃料電池から電力をヒータに供給させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０５３８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池システムでは、ヒータを起動する場合、燃料電池は供給する電力量をヒータの消費電力分増加させる。しかし、ヒータの消費電力は、製造によるばらつきがあるため、ばらつきによって電力が不足した場合には二次電池から放電し、電力が余った場合には二次電池に充電している。特許文献１に記載された燃料電池システムは、燃料電池の電力供給を行う際に、ヒータの消費電力のばらつきを考慮していないため、このばらつきによって二次電池の劣化が早まる虞がある。
本発明は、ヒータを有する燃料電池システムにおいて、ヒータの消費電力のばらつきを検知し、二次電池の劣化を抑制することができる燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１態様は、電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池を暖機するヒータと、補助電力を供給する二次電池とを有し、前記燃料電池から前記ヒータに電力を供給する際、前記電力が不足した場合には前記二次電池から放電し、前記電力が余った場合には前記二次電池に充電する燃料電池システムの制御方法であって、
前記ヒータをテスト駆動させて前記ヒータの消費電力を測定するステップと、
前記ヒータを起動する際、前記燃料電池から供給する電力量を前記消費電力の分だけ増加させるステップと、を備える、
燃料電池システムの制御方法である。
【０００８】
本発明は、ヒータをテスト駆動させてヒータの消費電力を予め測定することにより、ヒータを起動する際に増加すべき燃料電池から供給する電力量を、測定したヒータの消費電力の分だけ増加させる。そのため、本発明は、ヒータの消費電力のばらつきに起因する二次電池の充放電量の増加を抑制し、二次電池の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる燃料電池システムの制御方法によると、ヒータを有する燃料電池システムにおいて、ヒータの消費電力のばらつきを検知し、二次電池の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明にかかる燃料電池システムの実施形態を示すブロック図である。
【図２】ヒータが起動した後に燃料電池が供給する電力が増加する状態を示したグラフである。
【図３】ヒータが停止した後に燃料電池が供給する電力が減少する状態を示したグラフである。
【図４】燃料電池システムにおけるヒータの電力供給の経路を示した図である。
【図５】燃料電池システムの起動時にヒータをテスト駆動して消費電力を測定する処理を示した図である。
【図６】燃料電池システムの停止時にヒータをテスト駆動して消費電力を測定する処理を示した図である。
【図７】燃料電池システムの定常時にヒータをテスト駆動して消費電力を測定する処理を示した図である。
【図８】消費電力を測定する処理を示したフローチャートである。
【図９】燃料電池システムの変形例を示したブロック図である。
【図１０】燃料電池システムの変形例において、停止時の電圧降下を測定して消費電力を検出する処理を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明にかかる燃料電池システムの実施形態について説明する。
【００１２】
図１に示されるように、燃料電池システム１は、主電源である燃料電池６でモータ８およびエアコンプレッサ９等を駆動し、補助電源として二次電池２を用いる。二次電池２は、充電された電力を放電し、燃料電池６で発電された電力や減速時に回生された電力を充電する。二次電池２には、ウォータポンプ等の高圧補器５と、燃料電池６を暖機するための（水加熱）ヒータ３が接続されている。
【００１３】
ヒータ３には、ヒータ３の消費電力を検出するための電力検出手段１０が接続されている。二次電池２には、さらに二次電池２の電圧を昇圧する昇圧コンバータ４が接続されている。二次電池２と昇圧コンバータ４との間には、電源を切断または接続するためのシステムメインリレー：ＳＭＲ（不図示）が接続されている。昇圧コンバータ４は、二次電池２の入力電圧を昇圧して高圧電圧を出力する。昇圧コンバータ４の出力側には、モータ８およびエアコンプレッサ９が接続されている。
【００１４】
そして、主電源となる燃料電池６の出力側には、電圧を昇圧する昇圧コンバータ７が接続されている。昇圧コンバータ４と昇圧コンバータ７との出力側には、モータ８とエアコンプレッサ９等の負荷が接続されている。上記構成により、燃料電池システム１は、燃料電池６を主電源とし、二次電池２を補助電源として上述した各負荷を駆動することができる。
【００１５】
図２に示されるように、ヒータ３が起動すると、燃料電池６は、ヒータ３の消費電力分（電力量Ｑ）の供給電力を増加させる。図３に示されるように、ヒータ３が動作を停止した場合、電力量Ｑは過剰な電力となるため、燃料電池６は、電力量Ｑ分の供給電力を減少させる。また、ヒータ３は、製造時のばらつきにより、消費電力にばらつきが生じる。
【００１６】
図４に示されるように、ヒータ３の電力量Ｑは、燃料電池６の供給電力によって供給される。この状態で、ヒータ３に製造時のばらつきにより、消費される電力量が電力量Ｑよりも小さい場合、ヒータ３が消費しきれない余剰な電力量Ｐは、二次電池２に充電される。また、ヒータ３が不動作となった場合にも余剰な電力量Ｐが発生し、二次電池２に充電される。このとき、余剰な電力量Ｐが二次電池２の充放電制限値を超過すると、二次電池２は最悪の場合破損する虞がある。或いは、二次電池２の充放電量が制限されることにより、燃料電池システム１が駆動する車両の動力性能が低下する虞がある。
【００１７】
燃料電池システム１では、電力検出手段１０により、ヒータ３の消費電力を測定すると共に、ヒータ３の動作状態を検出する。電力検出手段１０は、燃料電池６が停止して電力を供給していない状態で、ヒータ３を起動した際の消費電力を測定する。ヒータ３の消費電力は、ヒータ３が起動中の二次電池２の放電量を測定することにより検出する。これにより、電力検出手段１０は、ヒータ３の実際の消費電力を検出することができる。そして、この計測の際に二次電池２の放電量が０と検出された場合、電力検出手段１０は、ヒータ３の不動作を検出する。これにより、電力検出手段１０は、ヒータ３の故障も検出することができる。
【００１８】
図５に示されるように、ヒータ３の消費電力は、燃料電池システム１起動時に燃料電池６が起動していない状態で測定される。イグニッション（ＩＧ）をＯＮにすると、その後、システムメインリレー（ＳＭＲ）がＯＮになる。その後、ヒータ３がテスト駆動される。電力検出手段１０は、ヒータ３がテスト駆動されている際にヒータ３の消費電力を測定する。このとき、ヒータ３の消費電力の設計値が例えば５ｋＷであるのに対し、測定された実際の消費電力が４ｋＷであるとする。このとき、電力検出手段１０は、ヒータ３の不動作も検出することができる。
【００１９】
その後、燃料電池６が起動し、一定の供給電力１０ｋＷが供給される。その後、ヒータ３が起動した場合、燃料電池６は、供給電力１０ｋＷにヒータ３の消費電力の５ｋＷを加えるのではなく、測定された消費電力の４ｋＷを加え、１４ｋＷを供給する。このとき、電力検出手段１０がヒータ３の不動作を検出していた場合、燃料電池６は、供給電力１０ｋＷにヒータ３の消費電力を加算しないものとする。
【００２０】
このような制御により、燃料電池システム１では、ヒータ３の起動時に、ヒータ３の実際の消費電力量を供給することができる。これにより、燃料電池システム１は、二次電池２に過剰な電力を充電することが無いため二次電池２の劣化を抑制することができる。
【００２１】
図６に示されるように、ヒータ３の消費電力は、燃料電池システム１が停止する際に測定されてもよい。イグニッション（ＩＧ）をＯＦＦにすると、その後、燃料電池６がＯＦＦになる。その後、ヒータ３がテスト駆動される。電力検出手段１０は、ヒータ３がテスト駆動されている際にヒータ３の消費電力を測定する。このとき、ヒータ３の消費電力の設計値が例えば５ｋＷであるのに対し、測定された実際の消費電力が４ｋＷであるとする。このとき、電力検出手段１０は、ヒータ３の不動作も検出することができる。その後、システムメインリレー（ＳＭＲ）がＯＦＦとなり、燃料電池システム１が停止する。
【００２２】
燃料電池システム１が次の機会に起動した場合、燃料電池６は、供給電力１０ｋＷにヒータ３の消費電力の５ｋＷを加えるのではなく、測定された消費電力の４ｋＷを加え、１４ｋＷを供給する。但し、燃料電池システム１が停止する際にヒータ３の消費電力を測定する場合、次の起動時に修理等によりヒータ３の消費電力が改善している可能性がある。従って、この場合は次回の起動時にヒータ３の消費電力を再判定し、その測定結果を燃料電池６の電力供給に反映する。これにより、燃料電池システム１は、二次電池２に過剰な電力を充電することが無いため二次電池２の劣化を抑制することができる。
【００２３】
図７に示されるように、ヒータ３の消費電力は、燃料電池システム１が起動中の定常状態で測定されてもよい。燃料電池システム１が起動中にヒータ３の消費電力を検出することは、例えば、ヒータ３の故障を検出することができる。ここでは、ヒータ３が不動作の場合を想定する。燃料電池システム１が起動中にヒータ３をテスト駆動する。電力検出手段１０は、ヒータ３がテスト駆動されている際にヒータ３の消費電力を測定する。
【００２４】
このとき、電力検出手段１０は、ヒータ３の不動作を検出する。この場合は、ヒータ３を起動する命令があっても燃料電池６は、供給電力１０ｋＷにヒータ３の消費電力の５ｋＷを加えることはない。これにより、二次電池２には、ヒータ３が停止したことによる余剰な電力量が充電されることはない。これにより、燃料電池システム１は、ヒータ３の故障を検出することができると共に、二次電池２に過剰な電力を充電することを防止し、二次電池２の劣化を抑制することができる。
【００２５】
以下、燃料電池システム１における、ヒータ３の不動作の判定の処理について説明する。
【００２６】
図８に示されるように、燃料電池システム１が起動すると（Ｓ１００）、燃料電池システム１が安定しているか否か判定される（Ｓ１０１）。燃料電池システム１が安定している場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、電力検出手段１０は、ヒータ３の消費電力のばらつきを測定すると共に、ヒータ３の不動作を検出する（Ｓ１０２）。燃料電池システム１は、測定された消費電力値或いは不動作状態の結果に基づいて、燃料電池６の電圧制御を行う（Ｓ１０３）。
【００２７】
上述したように、燃料電池システム１によると、ヒータ３をテスト駆動させることによってヒータ３の実際の消費電力を測定することができる。これにより、燃料電池システム１において、燃料電池６がヒータ３のために供給する供給電力を適切に増加させることができる。その結果、燃料電池システム１では、二次電池２への過剰な充放電を防止し、二次電池２の劣化を抑制することができる。そして、燃料電池システム１は、ヒータ３のテスト駆動によってヒータ３の故障を検出することもできる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記のヒータ３は、モータ８側に設けられていてもよい。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。
【００２９】
図９に示されるように、燃料電池システム２０では、ヒータ２３がモータ８側に接続されている。この場合、燃料電池システム２０において、システムが停止した際のシステム電圧ＶＨの電圧降下を利用してヒータ２３のばらつきを検出する。
【００３０】
図１０に示されるように、イグニッション（ＩＧ）がＯＦＦにされると、システム電圧ＶＨを放電するためにディスチャージがＯＮにされる。このとき、システム電圧ＶＨは、モータ８、エアコンプレッサ９、ヒータ２３等の負荷により放電される。このとき、電力検出手段２４は、ヒータ２３における電圧降下時間を測定する。これにより、測定された電圧効果時間と設計値とを比較した結果から、ヒータ２３の消費電力値のばらつきを検出することができる。
【００３１】
上述の実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【００３２】
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００３３】
１            燃料電池システム
２            二次電池
３            ヒータ
４            昇圧コンバータ
５            高圧補器
６            燃料電池
７            昇圧コンバータ
８            モータ
９            エアコンプレッサ
１０            電力検出手段
２０            燃料電池システム
２３            ヒータ
２４            電力検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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