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公開番号2024131446
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023041710
出願日2023-03-16
発明の名称燃料電池システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01M 8/04858 20160101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本明細書は、燃料電池と昇圧コンバータを備えた燃料電池システムにおいて、温度センサを用いることなく昇圧コンバータの過熱を防止する。
【解決手段】本明細書が開示する燃料電池システムは、昇圧コンバータの入力電圧と入力電流を計測するセンサを備えている。コントローラは、昇圧コンバータ20の入力電流と入力電力に基づいて、連続定格電力を決定する。コントローラは、時間定格電力が連続定格電力よりも大きくかつ瞬時上限電力よりも小さければ時間定格電力を最終上限電力に設定し、時間定格電力が連続定格電力よりも大きくかつ瞬時上限電力よりも大きければ瞬時上限電力を最終上限電力に設定する。一方、時間定格電力が連続定格電力よりも小さければ、連続定格電力を最終上限電力に設定する。そしてコントローラは、昇圧コンバータ20の出力が最終上限電力を超えないように、昇圧コンバータ20とFC10の少なくとも一方を制御する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を昇圧して所定の負荷デバイスへ出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータへの入力電圧を計測する電圧センサと、
前記昇圧コンバータへの入力電流を計測する電流センサと、
前記昇圧コンバータを制御するコントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、
１時間以上連続して前記昇圧コンバータが出力することを許容する上限値である連続定格電力と、
部品保護の観点から前記昇圧コンバータが出力することを許容する上限値である瞬時上限電力と、
前記電流センサの計測値から、前記昇圧コンバータと前記燃料電池を接続している導電部品であって前記燃料電池からの電流が流れる昇圧前部品の推定温度を求める第１電流温度対応関係と、
前記昇圧前部品の推定温度から前記昇圧コンバータの入力電流制限値を求める第１温度制限値対応関係と、
前記電流センサと前記電圧センサの計測値から、前記昇圧コンバータと前記負荷デバイスを接続している導電部品であって前記昇圧コンバータからの電流が流れる昇圧後部品の推定温度を求める第２電流温度対応関係と、
前記昇圧後部品の推定温度から前記昇圧コンバータの出力電流制限値を求める第２温度制限値対応関係と、
前記入力電流制限値と前記出力電流制限値から、１時間以内であれば前記昇圧コンバータが連続して出力することを許容する時間定格電力を求める時間定格対応関係と、
を記憶しており、
前記電流センサの計測値と前記第１電流温度対応関係を用いて前記昇圧前部品の推定温度を求め、
前記電流センサと前記電圧センサの計測値と前記第２電流温度対応関係を用いて前記昇圧後部品の推定温度を求め、
得られた前記昇圧前部品の推定温度と前記第１温度制限値対応関係を用いて前記入力電流制限値を求め、
得られた前記昇圧後部品の推定温度と前記第２温度制限値対応関係を用いて前記出力電流制限値を求め、
得られた前記入力電流制限値と前記出力電流制限値と前記時間定格対応関係を用いて前記時間定格電力を求め、
得られた前記時間定格電力が前記連続定格電力よりも大きく、かつ、前記瞬時上限電力よりも小さければ、前記時間定格電力を最終上限電力に設定し、
得られた前記時間定格電力が前記連続定格電力よりも大きく、かつ、前記瞬時上限電力よりも大きければ、前記瞬時上限電力を前記最終上限電力に設定し、
得られた前記時間定格電力が前記連続定格電力よりも小さければ、前記連続定格電力を前記最終上限電力に設定し、
前記昇圧コンバータの出力電力が前記最終上限電力を超えないように、前記昇圧コンバータを制御する、燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、燃料電池と昇圧コンバータを備えた燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、燃料電池と昇圧コンバータを備えた燃料電池システムが開示されている。昇圧コンバータの過熱を防止すべく、昇圧コンバータが備えるいくつかのコンデンサの温度が閾値以上になったら昇圧コンバータの出力を下げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１１－２３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、コンデンサの温度を計測する温度センサが必要である。昇圧コンバータが備えるコンデンサの数が増えると、複数の温度センサを備えなければならない。本明細書は、温度センサを備えることなく、昇圧コンバータの過熱を防止する技術を提供する。また、一般に、電気デバイスには、１時間以上の連続動作を許容する最大電力を規定した連続定格電力が定められているが、短時間であれば連続定格電力を超えても過熱は生じない。本明細書は、短時間であれば状況に応じて連続定格電力を超える出力を許容する技術も提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する電気自動車の一実施形態は、燃料電池と、燃料電池の出力電圧を昇圧して所定の負荷デバイスへ出力する昇圧コンバータと、電圧センサと、電流センサと、電流センサと電圧センサの計測値に基づいて昇圧コンバータを制御するコントローラを備える。電圧センサは、昇圧コンバータへの入力電圧を計測する。電流センサは、昇圧コンバータへの入力電流を計測する。
【０００６】
コントローラには、次のデータが予め記憶されている。
（１）１時間以上連続して昇圧コンバータが出力することを許容する上限値である連続定格電力。
（２）部品保護の観点から昇圧コンバータが出力することを許容する上限値である瞬時上限電力。
（３）電流センサの計測値から、昇圧コンバータと燃料電池を接続している導電部品であって燃料電池からの電流が流れる部品（この部品を「昇圧前部品」と称する）の推定温度を求める第１電流温度対応関係。
（４）昇圧前部品の推定温度から昇圧コンバータの入力電流制限値を求める第１温度制限値対応関係。
（５）電流センサと電圧センサの計測値から、昇圧コンバータと負荷デバイスを接続している導電部品であって昇圧コンバータからの電流が流れる部品（この部品を「昇圧後部品」と称する）の推定温度を求める第２電流温度対応関係。
（６）昇圧後部品の推定温度から昇圧コンバータの出力電流制限値を求める第２温度制限値対応関係。
（７）入力電流制限値と出力電流制限値から、１時間以内であれば昇圧コンバータが連続して出力することを許容する時間定格電力を求める時間定格対応関係。
【０００７】
上記のデータは、シミュレーションや実験によって予め得られている。上記の対応関係は、数式の形式でもよいし、マップ形式であってもよい。
【０００８】
コントローラは、電流センサと電圧センサの計測値と上記のデータを使って、昇圧コンバータに対する最終上限電力を決定する。コントローラは、昇圧コンバータの出力電力が最終上限電力を超えないように、昇圧コンバータを制御する。
【０００９】
コントローラが実行する最終上限電力決定プロセスは次の通りである。
（１）コントローラは、電流センサの計測値と第１電流温度対応関係を用いて昇圧前部品の推定温度を求める。
（２）電流センサと電圧センサの計測値と第２電流温度対応関係を用いて昇圧後部品の推定温度を求める。
（３）得られた昇圧前部品の推定温度と第１温度制限値対応関係を用いて入力電流制限値を求める。
（４）得られた昇圧後部品の推定温度と第２温度制限値対応関係を用いて出力電流制限値を求める。
（５）得られた入力電流制限値と出力電流制限値と時間定格対応関係を用いて時間定格電力を求める。
（６）得られた時間定格電力が連続定格電力よりも大きく、かつ、瞬時上限電力よりも小さければ、時間定格電力を最終上限電力に設定する。
（７）得られた時間定格電力が連続定格電力よりも大きく、かつ、瞬時上限電力よりも大きければ、瞬時上限電力を最終上限電力に設定する。
（８）得られた時間定格電力が連続定格電力よりも小さければ、連続定格電力を最終上限電力に設定する。
【００１０】
本明細書が開示する燃料電池システムは、温度センサを用いることなく、昇圧コンバータの過熱を防止することができる。しかも、過熱防止のための最終上限電力を状況に応じて変化させるので、昇圧コンバータを効率よく使うことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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