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公開番号2025112490
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024006745
出願日2024-01-19
発明の名称燃料電池システム
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
主分類H01M 8/04858 20160101AFI20250725BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】負荷に必要な電力を出力しつつ、DCDCコンバータを備えるシステムに比して、小型化した燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】燃料電池システム30は、燃料電池スタック41と、切替部80と、蓄電装置90と、電流センサ91と、電圧センサ92と、制御装置100とを備える。切替部80は、蓄電装置90のSoCが上昇した場合、燃料電池スタックと、モータジェネレータ21とを電気的に接続せず、かつ蓄電装置90のSoCが減少して場合、燃料電池スタックとモータジェネレータ21とを電気的に接続する。特定部112は、燃料電池スタックのIV特性を特定する。動作制御部113は、スタック電力が低い場合、エアコンプレッサに圧送させる空気の量を増加させる。動作制御部113は、スタック電力が高い場合、エアコンプレッサに圧送させる空気の量を減少させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池スタックと、
酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに圧送するエアコンプレッサと、
前記燃料電池スタックで発電された電力が供給可能に接続されている負荷と、
前記負荷に電力が供給可能で、かつ前記燃料電池スタックが発電した電力を蓄電可能に接続されている蓄電装置と、
前記蓄電装置の電圧を検出する検出部と、
前記蓄電装置の電圧が上昇し第１閾値となった場合、前記燃料電池スタックと前記負荷とを電気的に接続せず、かつ前記蓄電装置の電圧が減少し前記第１閾値よりも低い第２閾値となった場合、前記燃料電池スタックと前記負荷とを電気的に接続する切替部と、
前記蓄電装置の電圧が減少し前記第２閾値となった場合、前記燃料電池スタックを発電させるように、前記燃料電池スタック、及び前記エアコンプレッサの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記燃料電池スタックは、前記蓄電装置と電力変換回路を介さずに接続されており、
前記制御装置は、
前記負荷へ供給する目標スタック電力を取得する取得部と、
前記燃料電池スタックのＩＶ特性を特定する特定部と、
前記ＩＶ特性、前記第１閾値、及び前記第２閾値に基づいて前記燃料電池スタックが出力するスタック電力が前記目標スタック電力となるように、前記燃料電池スタック、及び前記エアコンプレッサの動作を制御する動作制御部と、を有し、
前記動作制御部は、前記スタック電力が前記目標スタック電力よりも低い場合、前記エアコンプレッサに圧送させる前記酸化剤ガスの量を、通常の制御状態に比して増加させる、及び前記スタック電力が前記目標スタック電力よりも高い場合、前記エアコンプレッサに圧送させる前記酸化剤ガスの量を、通常の制御状態に比して減少させる、
燃料電池システム。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記切替部とは、ダイオードであり、
前記ダイオードのアノードは、前記燃料電池スタックに接続され、
前記ダイオードのカソードは、前記負荷、及び前記蓄電装置に接続され、
前記蓄電装置の電圧が前記第１閾値となった場合、前記制御装置は、前記燃料電池スタックの発電を停止させつつ、前記燃料電池スタックに残留した燃料ガスによる前記スタック電力を前記蓄電装置に前記ダイオードを介して充電可能とし、前記蓄電装置の電圧が前記第２閾値となった場合、前記制御装置は、前記燃料電池スタックの発電を開始させつつ、前記スタック電力を前記負荷に供給する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記動作制御部は、前記特定部により特定された前記ＩＶ特性に基づいて、前記スタック電力が、前記目標スタック電力よりも低い場合、前記エアコンプレッサに圧送させる前記酸化剤ガスの圧力を、通常の制御状態に比して増加させること、又は前記特定部により特定された前記ＩＶ特性に基づいて、前記スタック電力が、前記目標スタック電力よりも高い場合、前記エアコンプレッサに圧送させる前記酸化剤ガスの圧力を、通常の制御状態に比して減少させることを行う、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記特定部は、特定した前記ＩＶ特性を示す情報を記憶部に記憶させ、
前記動作制御部は、記憶部に記憶された直近の前記ＩＶ特性に基づいて、各種制御を実行する、
請求項１に記載の燃料電池システム。

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。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムを搭載した車両（例えば、フォークリフト等の産業車両）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックの出力は、ＤＣＤＣコンバータを介して負荷に接続されている。燃料電池スタックで発電された直流電力は、ＤＣＤＣコンバータによって所定の電圧まで降圧された後、負荷に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－８２０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、フォークリフト等の産業用車両において、搭載する機台の種類によっては、特許文献１の燃料電池システムよりも更に小型化が求められる場合があった。特許文献１に開示の車両に搭載された燃料電池システムは、ＤＣＤＣコンバータの体格が小型化を阻害する。また、特許文献１に開示の車両に搭載された燃料電池システムの構成では、ＤＣＤＣコンバータを備えずに負荷に必要な電力を出力することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する燃料電池システムは、燃料電池スタックと、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに圧送するエアコンプレッサと、前記燃料電池スタックで発電された電力が供給可能に接続されている負荷と、前記負荷に電力が供給可能で、かつ前記燃料電池スタックが発電した電力を蓄電可能に接続されている蓄電装置と、前記蓄電装置の電圧を検出する検出部と、前記蓄電装置の電圧が上昇し第１閾値となった場合、前記燃料電池スタックと前記負荷とを電気的に接続せず、かつ前記蓄電装置の電圧が減少し前記第１閾値よりも低い第２閾値となった場合、前記燃料電池スタックと前記負荷とを電気的に接続する切替部と、前記蓄電装置の電圧が減少し前記第２閾値となった場合、前記燃料電池スタックを発電させるように、前記燃料電池スタック、及び前記エアコンプレッサの動作を制御する制御装置と、を備え、前記燃料電池スタックは、前記蓄電装置と電力変換回路を介さずに接続されており、前記制御装置は、前記負荷へ供給する目標スタック電力を取得する取得部と、前記燃料電池スタックのＩＶ特性を特定する特定部と、前記ＩＶ特性、前記第１閾値、及び前記第２閾値に基づいて前記燃料電池スタックが出力するスタック電力が前記目標スタック電力となるように、前記燃料電池スタック、及び前記エアコンプレッサの動作を制御する動作制御部と、を有し、前記動作制御部は、前記スタック電力が前記目標スタック電力よりも低い場合、前記エアコンプレッサに圧送させる前記酸化剤ガスの量を、通常の制御状態に比して増加させる、及び前記スタック電力が前記目標スタック電力よりも高い場合、前記エアコンプレッサに圧送させる前記酸化剤ガスの量を、通常の制御状態に比して減少させる、ことを特徴とする。
【０００６】
かかる構成によれば、負荷に必要な電力を出力しつつ、ＤＣＤＣコンバータを備えるシステムに比して、燃料電池システムを小型化することができる。
上記目的を達成する燃料電池システムにおいて、前記切替部とは、ダイオードであり、前記ダイオードのアノードは、前記燃料電池スタックに接続され、前記ダイオードのカソードは、前記負荷、及び前記蓄電装置に接続され、前記蓄電装置の電圧が前記第１閾値となった場合、前記制御装置は、前記燃料電池スタックの発電を停止させつつ、前記燃料電池スタックに残留した燃料ガスによる前記スタック電力を前記蓄電装置に前記ダイオードを介して充電可能とし、前記蓄電装置の電圧が前記第２閾値となった場合、前記制御装置は、前記燃料電池スタックの発電を開始させつつ、前記スタック電力を前記負荷に供給してもよい。
【０００７】
かかる構成によれば、燃料電池スタックと、負荷との接続状態を簡便に変更することができる。
上記目的を達成する燃料電池システムにおいて、前記動作制御部は、前記特定部により特定された前記ＩＶ特性に基づいて、前記スタック電力が、前記目標スタック電力よりも低い場合、前記エアコンプレッサに圧送させる前記酸化剤ガスの圧力を、通常の制御状態に比して増加させること、又は前記特定部により特定された前記ＩＶ特性に基づいて、前記スタック電力が、前記目標スタック電力よりも高い場合、前記エアコンプレッサに圧送させる前記酸化剤ガスの圧力を、通常の制御状態に比して減少させることを行ってもよい。
【０００８】
かかる構成によれば、よりＩＶ特性を調整しやすくすることができる。
上記目的を達成する燃料電池システムにおいて、前記特定部は、特定した前記ＩＶ特性を示す情報を記憶部に記憶させ、前記動作制御部は、記憶部に記憶された直近の前記ＩＶ特性に基づいて、各種制御を実行してもよい。
【０００９】
かかる構成によれば、記憶部に記憶されたＩＶ特性を示す情報を読み出すことにより、ＩＶ特性を特定する処理に係る手間を低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、負荷に必要な電力を出力しつつ、ＤＣＤＣコンバータを備えるシステムに比して、小型化した燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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