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公開番号2024178713
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-25
出願番号2023097075
出願日2023-06-13
発明の名称燃料電池モジュール
出願人株式会社豊田自動織機,トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20241218BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】外部負荷に実際に供給される電力が要求電力値に精度よく追従する燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】燃料電池モジュールは、燃料電池および外部負荷から通知される要求電力値に基づいて燃料電池の発電動作を制御する制御部を備え、外部負荷に電力を供給可能に電気的に接続される。制御部は、燃料電池により生成される電力の測定値を表す第1の電力値、燃料電池モジュールから外部負荷に供給される電力の測定値を表す第2の電力値、及び燃料電池モジュールの状態に応じて決まる発電量制限値に基づいて、燃料電池モジュールから外部負荷に供給される電力の設定値を表すモジュール電力設定値を計算する。制御部は、要求電力値またはモジュール電力設定値のうちの小さい方の値と第2の電力値との誤差に対してPI演算を行い、その演算結果を利用して燃料電池の発電動作を制御する。
【選択図】図5

特許請求の範囲【請求項１】
外部負荷に電力を供給可能に電気的に接続される燃料電池モジュールであって、
燃料電池と、
前記外部負荷から通知される要求電力値に基づいて、前記燃料電池の発電動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
通常発電モードまたは当該燃料電池モジュールの異常状態の検出に起因して実行される制限発電モードで発電動作を制御し、
前記燃料電池により生成される電力の測定値を表す第１の電力値、当該燃料電池モジュールから前記外部負荷に供給される電力の測定値を表す第２の電力値、および当該燃料電池モジュールの状態に応じて決まる前記燃料電池の発電量の上限を表す発電量制限値に基づいて、当該燃料電池モジュールから前記外部負荷に供給される電力の設定値を表すモジュール電力設定値を計算し、
前記要求電力値または前記モジュール電力設定値のうちの小さい方の値と前記第２の電力値との誤差に対してＰＩ演算を行い、
前記ＰＩ演算の演算結果を利用して前記燃料電池の発電動作を制御する
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記第１の電力値と前記第２の電力値との差分を前記発電量制限値から引算することで、前記モジュール電力設定値を計算する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記第１の電力値は、前記燃料電池の出力電流を測定する第１の電流センサによる測定値と、前記燃料電池の出力電圧を測定する第１の電圧センサの測定値とを乗算することで計算される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記第２の電力値は、当該燃料電池モジュールから前記外部負荷に供給される電流を測定する第２の電流センサによる測定値と、当該燃料電池モジュールから前記外部負荷への出力電圧を測定する第２の電圧センサによる測定値とを乗算することで計算される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記燃料電池の出力電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
前記第２の電流センサは前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を測定し、前記第２の電圧センサは前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を測定する
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記発電量制限値は、前記燃料電池の冷却水の温度または前記燃料電池を構成する各燃料電池セルの出力電圧のうちの最低値に対して予め設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部負荷に電力を供給する燃料電池モジュールに係わる。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、電解質を介して燃料ガスおよび酸化ガスを電気化学的に反応させることで電力を生成する。例えば、外部負荷からの要求に応じて、燃料電池に供給する燃料ガスおよび／または酸化ガスの量を調整することで、外部負荷が必要とする電力が生成される。また、燃料電池システムは、多くのケースにおいて、出力を制限する機能を備える。例えば、特許文献１に記載されている燃料電池システムは、セル電圧に応じて燃料電池の出力制限を行う機能、および出力制限中に燃料電池の出力可能な電力量が燃料電池に要求される電力量を上回った場合に出力制限を解除する機能を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００６－２０２６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の燃料電池システムにおいては、外部負荷に実際に供給される電力をモニタしてフィードバックすることで燃料電池の出力が制御される。これにより、外部負荷が要求する電力がその外部負荷に供給される。
【０００５】
ところが、この方式では、外部負荷に実際に供給される電力が、その外部負荷から要求される電力値に追従できないことがある。特に、燃料電池システムの動作モードが、燃料電池の出力を制限する制限発電モードから通常の発電モードに復帰した直後において、外部負荷に実際に供給される電力が要求値から大きく乖離することがある。
【０００６】
本発明の１つの側面に係る目的は、外部負荷に実際に供給される電力が要求電力値に精度よく追従する燃料電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様に係わる燃料電池モジュールは、外部負荷に電力を供給可能に電気的に接続される。この燃料電池モジュールは、燃料電池と、前記外部負荷から通知される要求電力値に基づいて、前記燃料電池の発電動作を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、通常発電モードまたは当該燃料電池モジュールの異常状態の検出に起因して実行される制限発電モードで発電動作を制御し、前記燃料電池により生成される電力の測定値を表す第１の電力値、当該燃料電池モジュールから前記外部負荷に供給される電力の測定値を表す第２の電力値、および当該燃料電池モジュールの状態に応じて決まる前記燃料電池の発電量の上限を表す発電量制限値に基づいて、当該燃料電池モジュールから前記外部負荷に供給される電力の設定値を表すモジュール電力設定値を計算し、前記要求電力値または前記モジュール電力設定値のうちの小さい方の値と前記第２の電力値との誤差に対してＰＩ演算を行い、前記ＰＩ演算の演算結果を利用して前記燃料電池の発電動作を制御する。
【０００８】
上述の構成によれば、制限発電モードにおいて燃料電池の発電量が制限されるときは、モジュール電力設定値が小さくなり、要求電力値に代わりにそのモジュール電力設定値を利用して発電制御が行われる。この場合、ＰＩ演算における２つの入力値の間の誤差が小さくなるので、制限発電モードから通常発電モードに復帰した直後においてＰＩ演算の積分項が小さくなり、燃料電池モジュールから外部負荷に供給される電力は、短時間で要求電力値に収束する。すなわち、外部負荷に実際に供給される電力が要求電力値に精度よく追従する。
【０００９】
制御部は、第１の電力値と第２の電力値との差分を発電量制限値から引算することで、モジュール電力設定値を計算してもよい。
【００１０】
第１の電力値は、例えば、燃料電池の出力電流を測定する第１の電流センサによる測定値と、燃料電池の出力電圧を測定する第１の電圧センサの測定値とを乗算することで計算される。
（【００１１】以降は省略されています）

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