雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過燃料電池和蓄電裝置來驅(qū)動(dòng)負(fù)載的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)，例如涉及適合適用于所述負(fù)載為車輛行駛用的馬達(dá)的燃料電池機(jī)動(dòng)車的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，如日本特開2006-351421號(hào)公報(bào)(以下，稱作JP2006-351421A。)的圖1所示那樣，已知有一種在燃料電池的輸出端及蓄電裝置的端部(輸入輸出端)分別設(shè)有升壓器(由斷路器方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的第一電流.電壓控制器及第二電流.電壓控制器)的電源電路。
[0003]若使用這樣結(jié)構(gòu)的電源電路，則能夠通過所述升壓器自由地調(diào)整從燃料電池及蓄電裝置向負(fù)載施加的電壓(施加電壓)，因此具有如下優(yōu)點(diǎn):能夠使所述燃料電池及所述蓄電裝置的合成輸出電力良好地追隨搭載燃料電池系統(tǒng)的、例如燃料電池機(jī)動(dòng)車那樣的負(fù)載變動(dòng)劇烈的系統(tǒng)的所述負(fù)載的要求電力。
[0004]根據(jù)上述電源電路，在燃料電池的輸出端使用升壓器，因此能夠減少燃料電池的單體數(shù)量，從而能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池設(shè)備的小容積化及低成本化。
[0005]然而，在上述JP2006-351421A所記載的燃料電池系統(tǒng)中，由于從兩電源(燃料電池和蓄電裝置)向負(fù)載供給的電力必然通過升壓器，因此與不經(jīng)由升壓器的情況相比，存在因升壓器損失而使電力效率惡化這樣的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明考慮這樣的課題而提出，其目的在于提供一種雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)，在燃料電池的輸出端設(shè)有升壓器及在蓄電裝置的端部設(shè)有升降壓器的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)中，能夠提高燃料電池的耐久性及系統(tǒng)的電力效率。
[0007]本發(fā)明的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)通過燃料電池和蓄電裝置來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，其特征在于，所述雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)具備:在所述燃料電池的輸出端設(shè)置的第一電力轉(zhuǎn)換裝置；以及在所述蓄電裝置的端部設(shè)置的第二電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述第一電力轉(zhuǎn)換裝置包括將SiC-FET包含在內(nèi)的開關(guān)元件，所述第二電力轉(zhuǎn)換裝置包括由IGBT構(gòu)成的開關(guān)元件，所述燃料電池的最大電流值設(shè)定得比所述蓄電裝置的最大電流值高，并且，在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，所述燃料電池的電壓值設(shè)定得比所述蓄電裝置的電壓值低，且所述第二電力轉(zhuǎn)換裝置的平均通過電力值設(shè)定得比所述第一電力轉(zhuǎn)換裝置的平均通過電力值高。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，由于在燃料電池的輸出端使用第一電力轉(zhuǎn)換裝置，因此能夠減少燃料電池的單體數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的小容量化及低成本化，并且能夠精細(xì)地控制SiC-FET的電壓、電流，且SiC-FET與IGBT相比，開關(guān)損失少，因此能夠高效地向負(fù)載供給燃料電池的電力。
[0009]而且，由于在蓄電裝置的端部設(shè)置的第二電力轉(zhuǎn)換裝置中配置可靠性比SiC-FET高的IGBT，因此與在燃料電池的輸出端設(shè)置的第一電力轉(zhuǎn)換裝置相比，能夠從蓄電裝置通過所述第二電力轉(zhuǎn)換裝置將大的通過電力穩(wěn)定地向負(fù)載供給。
[0010]S卩，能夠構(gòu)建有效利用了第一電力轉(zhuǎn)換裝置的開關(guān)元件(SiC-FET)及第二電力轉(zhuǎn)換裝置的開關(guān)元件(IGBT)的特性的系統(tǒng)。
[0011]在該情況下，優(yōu)選構(gòu)成為，在所述燃料電池中設(shè)定有下限電力，在所述負(fù)載的要求電力為所述下限電力以下時(shí)，所述燃料電池以下限電力發(fā)電，并且根據(jù)所述負(fù)載的要求電力的變動(dòng)而使向所述蓄電裝置充電的充電電力變化，另一方面，在所述負(fù)載的要求電力超過所述下限電力的情況下，控制所述第一電力轉(zhuǎn)換裝置，以使所述燃料電池的發(fā)電電力與所述負(fù)載的要求電力的變動(dòng)連動(dòng)。
[0012]這樣，在所述負(fù)載的要求電力為所述燃料電池的所述下限電力以下時(shí)，能夠使所述燃料電池穩(wěn)定地以與恒定負(fù)載對(duì)應(yīng)的下限電力發(fā)電，并且在所述負(fù)載的高輸出時(shí)，能夠通過響應(yīng)性高的第一電力轉(zhuǎn)換裝置取出來自所述燃料電池的發(fā)電電力。因此，能夠構(gòu)建燃料電池的耐久性和對(duì)負(fù)載的要求電力的變動(dòng)的響應(yīng)性高的系統(tǒng)。
[0013]優(yōu)選所述燃料電池的所述下限電力設(shè)定為所述第二電力轉(zhuǎn)換裝置的平均通過電力值以下的值。這樣，因蓄電裝置的過充電而使燃料電池的發(fā)電停止的情況被抑制，因此能夠防止燃料電池的劣化而構(gòu)建耐久性高的燃料電池系統(tǒng)。
[0014]在該情況下，優(yōu)選的是，所述第一電力轉(zhuǎn)換裝置除了包括所述SiC-FET以外，還包括將IGBT包含在內(nèi)的開關(guān)元件，且所述雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)以如下方式進(jìn)行控制:在所述負(fù)載為低負(fù)載時(shí)，僅使所述SiC-FET開關(guān)元件成為動(dòng)作狀態(tài)，在所述負(fù)載為高負(fù)載時(shí)，使所述SiC-FET開關(guān)元件及所述IGBT開關(guān)元件這兩方成為動(dòng)作狀態(tài)。
[0015]需要說明的是，即便在所述負(fù)載為低負(fù)載時(shí)，在所述SiC-FET開關(guān)元件的溫度為閾值溫度以上的情況下，也控制成使所述SiC-FET開關(guān)元件及所述IGBT開關(guān)元件這兩方成為動(dòng)作狀態(tài)，由此能夠抑制所述SiC-FET開關(guān)元件的溫度上升。
[0016]所述規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)模式也可以為排出氣體測(cè)定用的行駛模型。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，由于在燃料電池的輸出端使用第一電力轉(zhuǎn)換裝置，因此能夠減少燃料電池的單體數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的小容量化及低成本化，并且即便存在負(fù)載端電壓的變動(dòng)(負(fù)載變動(dòng))，也能夠基于SiC-FET的高速動(dòng)作性來精細(xì)地控制電壓、電流，并且SiC-FET與IGBT相比，開關(guān)損失小，因此能夠高效地向負(fù)載供給燃料電池的電力。
[0018]另外，由于在蓄電裝置的端部設(shè)置的第二電力轉(zhuǎn)換裝置中配置可靠性比SiC-FET高的IGBT，因此與在燃料電池的輸出端設(shè)置的第一電力轉(zhuǎn)換裝置相比，能夠穩(wěn)定地將大的通過電力向負(fù)載供給。
[0019]S卩，實(shí)現(xiàn)了如下效果:能夠構(gòu)建有效利用了在燃料電池的輸出端設(shè)置的第一電力轉(zhuǎn)換裝置的開關(guān)元件(SiC-FET)及在蓄電裝置的端部設(shè)置的第二電力轉(zhuǎn)換裝置的開關(guān)元件(IGBT)的特性的系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0020]圖1是適用了本發(fā)明的實(shí)施方式的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的燃料電池機(jī)動(dòng)車的簡要整體結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2是功率器件(SiC-FET和IGBT)的頻率.電力特性圖。
[0022]圖3是燃料電池與高電壓蓄電池的規(guī)格比較表圖。
[0023]圖4是燃料電池和高電壓蓄電池的實(shí)際使用狀態(tài)下的電流.電壓特性圖。
[0024]圖5是用于實(shí)施方式的動(dòng)作說明(使用平均電力的比較)的模式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的時(shí)序圖。
[0025]圖6是適用了另一實(shí)施方式的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的燃料電池機(jī)動(dòng)車的簡要整體結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖7是用于另一實(shí)施方式的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作說明的流程圖。
[0027]圖8是用于另一實(shí)施方式的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作說明用的時(shí)序圖(開關(guān)元件的溫度上升時(shí))。
[0028]圖9是用于另一實(shí)施方式的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作說明用的時(shí)序圖(開關(guān)元件的溫度非上升時(shí))。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下，列舉在本發(fā)明的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)與適用了本實(shí)施方式的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的燃料電池機(jī)動(dòng)車的關(guān)系上優(yōu)選的實(shí)施方式，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行說明。
[0030]圖1是適用了作為本發(fā)明的實(shí)施方式的雙電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)12 (以下，稱作“FC系統(tǒng)12”。)的燃料電池機(jī)動(dòng)車1 (以下，稱作“FC機(jī)動(dòng)車I O”或“車輛10”。)的簡要整體結(jié)構(gòu)圖。
[0031]FC機(jī)動(dòng)車10具有FC系統(tǒng)12、作為車輛行駛用馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14(以下，稱作“馬達(dá)14”。)及負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路16(以下，稱作INV16JNV.:1nverter)。
[0032]FC系統(tǒng)12基本上具有:在一方的初級(jí)側(cè)ISf配置的燃料電池單元18(以下，稱作“FC單元18”。)；在另一方的初級(jí)側(cè)I Sb配置的高電壓蓄電池20 (以下稱作“BAT20”。)(蓄電裝置)；在初級(jí)側(cè)ISf與次級(jí)側(cè)2S側(cè)之間配置的作為第一電力轉(zhuǎn)換裝置的斷路器方式的升壓轉(zhuǎn)換器(升壓器)21(以下，稱作FCVCU21 JCU = Voltage Control Unit);在初級(jí)側(cè)ISb與次級(jí)側(cè)2S側(cè)之間配置的作為第二電力轉(zhuǎn)換裝置的斷路器方式的升降壓轉(zhuǎn)換器22(以下，稱作BATVCU22。)；以及電子控制裝置24(以下，稱作ECU24。ECU:EIectric Control Unit)。
[0033]馬達(dá)14基于從FC單元18及BAT20供給的合成電力而生成驅(qū)動(dòng)力，并利用該驅(qū)動(dòng)力通過變速器26而使車輪28旋轉(zhuǎn)。
[0034]INV16為3相全橋型的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行直流/交流轉(zhuǎn)換，將從FC40及/或BAT20經(jīng)由FCVCU21及/或BATVCU22而升壓后的直流電壓即負(fù)載端電壓Vinv[V]轉(zhuǎn)換為3相的交流電壓并向馬達(dá)14供給，另一方面，將與馬達(dá)14的再生動(dòng)作相伴的交流/直流轉(zhuǎn)