特許ウォッチ

公開番号2025079358
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-22
出願番号2023191916
出願日2023-11-10
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
代理人インフォート弁理士法人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20250515BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】燃料電池スタックの発電電力が制限されることでDCDCコンバータの出力電力が電力指令値より小さくなる場合において、燃料電池モジュールの出力電力の変動を抑制する。
【解決手段】燃料電池スタックFCSと、燃料電池スタックFCSの出力電圧を所定電圧に変換するDCDCコンバータCNVと、入力される電力指令値にDCDCコンバータCNVの出力電力が追従するように燃料電池スタックFCSの発電指令値をフィードフォワード制御及びフィードバック制御により制御するとともに、DCDCコンバータCNVの動作を制御する制御部Cmとを備えて燃料電池モジュールFCMを構成し、制御部Cmは、発電指令値が制限される場合で、かつ、DCDCコンバータCNVの出力電力が発電指令値より大きくない場合、フィードバック制御を禁止する。
【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、
前記燃料電池スタックの出力電圧を所定電圧に変換するＤＣＤＣコンバータと、
入力される電力指令値に前記ＤＣＤＣコンバータの出力電力が追従するように、前記燃料電池スタックの発電指令値をフィードフォワード制御及びフィードバック制御により制御するとともに、前記ＤＣＤＣコンバータの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記発電指令値を制限する場合で、かつ、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電力が前記発電指令値より大きくない場合、前記フィードバック制御を禁止する
燃料電池モジュール。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池モジュールであって、
前記ＤＣＤＣコンバータは、
ハイサイドのダイオードと、
ローサイドのスイッチと、
前記ダイオード及び前記スイッチの接続点と前記燃料電池スタックとの間に接続されるインダクタと、
前記ダイオード及び前記スイッチに並列接続されるコンデンサと、
を備え、
前記制御部は、前記発電指令値を制限する場合で、かつ、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電力が前記発電指令値より大きくない場合、または、前記スイッチが常時オフしているときに前記燃料電池スタックの電圧が前記ＤＣＤＣコンバータの下流側の電圧より高い場合、前記フィードバック制御を禁止する
燃料電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュールであって、
前記燃料電池スタックを発電させる補機を備え、
前記制御部は、
前記フィードバック制御を禁止しない場合、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電力と前記電力指令値との差に比例ゲインを乗算することで比例項を求めるとともに、前記差に積分ゲインを乗算することで積分項を求め、前記比例項と、前記積分項と、前記電力指令値とを加算した前記発電指令値に前記燃料電池スタックの出力電力が追従するように、前記補機の動作を制御し、
前記フィードバック制御を禁止する場合、ゼロである前記比例項と、前記フィードバック制御を禁止する前の前記フィードバック制御を禁止しない状態において最後の制御タイミングで求めた前記積分項と、前記電力指令値とを加算した前記発電指令値に前記燃料電池スタックの出力電力が追従するように、前記補機の動作を制御する
燃料電池モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池モジュールであって、
前記制御部は、前記燃料電池モジュールの温度が温度閾値以上である場合、または、前記発電指令値から求められる目標発電電圧と前記燃料電池スタックの電圧との電圧差が電圧閾値以上である場合、前記燃料電池スタックの発電電力を発電制限値に制限する
燃料電池モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池モジュールであって、
前記電力指令値は、前記ＤＣＤＣコンバータの電力供給先である外部負荷から送られてくる
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、燃料電池モジュールに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池モジュールとして、燃料電池スタックの出力電圧を所定電圧に変換するＤＣＤＣコンバータを備え、入力される電力指令値にＤＣＤＣコンバータの出力電力が追従するように、燃料電池スタックの発電指令値をフィードバック制御により制御するものがある。関連する技術として、特許文献１がある。
【０００３】
ところで、燃料電池スタックに異常が発生するなどで燃料電池スタックの発電指令値が比較的小さい値に制限されてＤＣＤＣコンバータの出力電力が電力指令値より小さくなる場合、フィードバック制御（ＰＩ制御）のプラスの積分項が過剰に蓄積されるため、燃料電池スタックの発電指令値の制限が解除されると、過剰に蓄積された積分項の影響によりＤＣＤＣコンバータの出力電力が電力指令値に対してオーバーシュートしてしまう。すなわち、燃料電池スタックの発電指令値が制限されることでＤＣＤＣコンバータの出力電力が電力指令値より小さくなる場合、燃料電池モジュールの出力電力が変動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００９－１２９６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一側面に係る目的は、燃料電池スタックの発電指令値が制限されることでＤＣＤＣコンバータの出力電力が電力指令値より小さくなる場合において、燃料電池モジュールの出力電力の変動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一つの形態である燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力電圧を所定電圧に変換するＤＣＤＣコンバータと、入力される電力指令値に前記ＤＣＤＣコンバータの出力電力が追従するように、前記燃料電池スタックの発電指令値をフィードフォワード制御及びフィードバック制御により制御するとともに、前記ＤＣＤＣコンバータの動作を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記発電指令値を制限する場合で、かつ、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電力が前記発電指令値より大きくない場合、前記フィードバック制御を禁止する。
【０００７】
これにより、燃料電池スタックの発電指令値が制限されることでＤＣＤＣコンバータの出力電力が電力指令値より小さくなる場合において、フィードバック制御の積分項が過剰に蓄積されることがなくなるため、燃料電池スタックの発電指令値の制限が解除されたとき、過剰に蓄積された積分項の影響によりＤＣＤＣコンバータの出力電力が電力指令値に対してオーバーシュートすることを抑制することができ、燃料電池モジュールの出力電力の変動を抑制することができる。
【０００８】
また、前記ＤＣＤＣコンバータは、ハイサイドのダイオードと、ローサイドのスイッチと、前記ダイオード及び前記スイッチの接続点と前記燃料電池スタックとの間に接続されるインダクタと、前記ダイオード及び前記スイッチに並列接続されるコンデンサとを備え、前記制御部は、前記発電指令値を制限する場合で、かつ、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電力が前記発電指令値より大きくない場合、または、前記スイッチが常時オフしているときに前記燃料電池スタックの電圧が前記ＤＣＤＣコンバータの下流側の電圧より高い場合、前記フィードバック制御を禁止するように構成してもよい。
【０００９】
例えば、スイッチが常時オフしているときに燃料電池スタックの電圧がＤＣＤＣコンバータの下流側の電圧より高くなる場合、燃料電池スタックからＤＣＤＣコンバータに意図しない電流が流れてＤＣＤＣコンバータの出力電力が電力指令値より大きくなる。このような場合にフィードバック制御を行うと、燃料電池スタックの発電指令値が低下するため、燃料電池スタックに供給されるアノードガスやカソードガスが不足し、燃料電池スタックに水つまりなどの異常が発生するおそれがある。そこで、スイッチが常時オフしているときに燃料電池スタックの電圧がＤＣＤＣコンバータの下流側の電圧より高い場合、フィードバック制御を禁止することで、燃料電池スタックの発電指令値の低下を抑制することができるため、アノードガスやカソードガスの供給不足を抑制することができ、燃料電池スタックに水つまりなどの異常が発生することを抑制することができる。
【００１０】
また、上記燃料電池モジュールは、前記燃料電池スタックを発電させる補機を備え、前記制御部は、前記フィードバック制御を禁止しない場合、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電力と前記電力指令値との差に比例ゲインを乗算することで比例項を求めるとともに、前記差に積分ゲインを乗算することで積分項を求め、前記比例項と、前記積分項と、前記電力指令値とを加算した前記発電指令値に前記燃料電池スタックの出力電力が追従するように、前記補機の動作を制御し、前記フィードバック制御を禁止する場合、ゼロである前記比例項と、前記フィードバック制御を禁止する前の前記フィードバック制御を禁止しない状態において最後の制御タイミングで求めた前記積分項と、前記電力指令値とを加算した前記発電指令値に前記燃料電池スタックの出力電力が追従するように、前記補機の動作を制御するように構成してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許