CN101911362B

CN101911362B - 燃料电池系统

Info

Publication number: CN101911362B
Application number: CN200880123227.8A
Authority: CN
Inventors: 滨田研一; 北村伸之; 真锅晃太; 今西启之
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: US8603687B2; EP2226878A4; US20100316922A1; CA2710921C; CN103213513A; WO2009084650A1; CN101911362A; CA2710921A1; EP3285320A1; KR101229337B1; CN103213513B; EP2226878A1; EP3285320B1; EP2226878B1; KR20100091253A

Abstract

为了更可靠地保证驱动马达的驱动，通过判断从燃料电池供给的电力的电压是否保证了对驱动马达进行驱动所需的需要电压，来适当地进行升压装置的升压动作，能够抑制该升压装置的开关损失。燃料电池系统具备：驱动马达，是用于负载的驱动的动力源，通过电力被驱动；燃料电池，通过含有氧的氧化气体与含有氢的燃料气体之间的电化学反应进行发电，对驱动马达供给电力；第一升压装置，能够对从燃料电池输出的电压进行升压，并将升压后的电压供给至驱动马达供给；以及升压控制单元，基于燃料电池的输出电压与所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电压之间的相关关系，控制由第一升压装置进行的电压升压。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及将来自利用电化学反应产生电力的燃料电池的电力供给至驱动马达的燃料电池系统。

背景技术

近年来，作为运转效率高和不易污染环境的电源，燃料电池备受瞩目。燃料电池控制燃料气体的供给量来输出与来自驱动马达的要求相对应的电力，但是，存在由于气体供给量的响应延迟而使输出电力的响应性降低的情况，为了对其进行补偿，有时搭载有二次电池。该二次电池对驱动马达减速时产生的再生能量或燃料电池所发电的电力进行蓄电，出于所述燃料电池的响应性降低的补偿、或燃料电池系统整体的输出增加等的目的，对其蓄电能量进行放电。

在此，在将燃料电池和二次电池并联连接构成电源的燃料电池系统中，通过利用DC-DC转换器对燃料电池的输出电压或二次电池的输出电压进行变换，能够实现两者的同时使用。并且，公开了如下的技术，即，考虑基于该DC-DC转换器的开关损失，根据来自驱动马达的要求输出，控制对来自燃料电池的输出进行电压变换的DC-DC转换器的驱动(例如参照专利文献1)。根据该技术，在驱动马达的要求输出为规定的阈值以下的情况下，将DC-DC转换器设置为电直接连结状态，使燃料电池的输出优先于二次电池的输出，并供给至驱动马达。

专利文献1：日本特开2007-184243号公报

专利文献2：日本特开2006-310271号公报

专利文献3：日本特开2005-348530号公报

专利文献4：日本特开2007-209161号公报

专利文献5：日本特开2003-235162号公报

专利文献6：日本特开2000-36308号公报

在将燃料电池作为驱动马达的电力供给源的燃料电池系统中，在燃料电池和驱动马达之间设置有对该燃料电池的输出电压进行升压的升压装置，由此能够获得各种优点。例如，作为升压装置进行的电压升压的结果，能够施加与驱动马达的驱动相适应的电压，因此，能够提高该驱动马达的驱动能力。但是，另一方面，在DC-DC转换器等的升压装置中通常使用有开关元件，所以由于其开关损失而有可能降低燃料电池系统整体的效率。

因此，并不是使DC-DC转换器等的升压装置始终工作，而是使其间断地工作，由此能够抑制基于升压装置的开关损失。但是可以想到，在使升压装置停止的期间，当然不能够对驱动马达施加升压后的电压，因而有时会妨碍驱动马达的驱动。

即，为了通过从燃料电池供给的电力来驱动驱动马达而使负载达到所需的状态，需要对驱动马达供给为此所需的能量，因此，作为结果，燃料电池的输出是被决定的(其中，在具有除了燃料电池以外的能量供给源的情况下，将其考虑在内，来决定燃料电池的输出)。但是，在驱动马达的驱动时，即使需要的电力相同，根据其驱动速度等的驱动状态，使驱动马达进行驱动所需的电压有时也会产生变动。并且，为了保证驱动马达的稳定的驱动，从燃料电池供给的电力的电压需要保证使驱动马达进行驱动所需的电压。换言之，在驱动马达的驱动状态和其电特性之间存在着某种相关关系，无视于该相关关系来驱动驱动马达在物理方面是困难的。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种燃料电池系统，为了同时实现保证驱动马达的稳定的驱动和提高燃料电池系统的效率，判断从燃料电池供给的电力的电压是否保证了使驱动马达进行驱动所需的电压，或者，适当地判断升压装置对燃料电池的输出电压进行升压的定时，适当地进行升压装置的升压动作，从而实现抑制基于该升压装置的开关损失。

在本发明中，为了解决上述问题，基于燃料电池的输出电压和驱动马达的驱动所需的马达需要电压之间的比较产生的两者的相关关系，进行对燃料电池的输出电压进行升压的升压装置的控制。即，本发明着眼于：如上所述燃料电池的输出电压和驱动马达的驱动所需的马达需要电压之间的相关关系为了保证驱动马达的物理的驱动是重要的。

因此，详细地讲，本发明的燃料电池系统具有：驱动马达，是用于驱动负载的动力源，由电力驱动；燃料电池，通过含有氧的氧化气体与含有氢的燃料气体之间的电化学反应进行发电，向所述驱动马达供给电力；第一升压装置，能够使从所述燃料电池输出的电压升压，并将升压后的电压供给至所述驱动马达；以及升压控制单元，基于所述燃料电池的输出电压与所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电压之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压。

上述燃料电池系统通过在燃料电池与驱动马达之间配置第一升压装置，可将由第一升压装置升压后的电压供给至驱动马达。是通过燃料电池的输出电压对驱动马达进行驱动，还是通过将燃料电池的输出电压升压后的电压对驱动马达进行驱动，根据燃料电池的输出电压是否保证了驱动马达的驱动所需的电压而决定。

在此，燃料电池的输出电压是指燃料电池作为电力供给源进行发电、供驱动马达的驱动的电力的电压，马达需要电压是指为了使驱动马达发挥规定的驱动力以使负载达到所需的状态而供给至该驱动马达的电力的电压。因此，基于燃料电池的输出电压与驱动马达的驱动所需的马达需要电压之间的相关关系，来决定是通过燃料电池的输出电压来对驱动马达进行驱动，还是通过将燃料电池的输出电压升压后的电压来对驱动马达进行驱动，这是重要的。即，在燃料电池的输出电压高于驱动马达的需要电压的情况下，即使不进行基于第一升压装置的电压升压也能够保证驱动马达的动作。

另一方面，在燃料电池的输出电压低于驱动马达的需要电压的情况下，即使为了驱动马达的驱动从燃料电池供给了充分的电力，如果只是原样供给该电力有时会很难保证驱动马达的稳定的动作，需要第一升压装置进行的电压升压。因此，在本发明所涉及的燃料电池系统中，基于燃料电池的输出电压与驱动马达的马达需要电压之间的相关关系，升压控制单元控制第一升压装置的升压动作，由此，能够在保证驱动马达的稳定的驱动的同时，抑制第一升压装置的电压升压引起的开关损失。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、和由所述第一升压装置使所述燃料电池的输出电压升压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。

作为马达需要电压的比较对象的燃料电池的输出电压，能够根据燃料电池的输出电力计算出来。例如，能够根据燃料电池的输出电力并基于燃料电池的电流电力特性及电压电力特性，计算燃料电池的输出电压。在此，燃料电池的输出电力通过燃料电池作为电力供给源进行发电而产生，其一部分用于驱动马达的驱动。在由第一升压装置进行了升压动作的情况下，会产生第一升压装置的开关损失。在产生第一升压装置的开关损失的情况下，加入第一升压装置的开关损失计算燃料电池的输出电力。能够考虑到第一升压装置的开关损失来计算燃料电池的输出电压，由此能够更加适当地对马达需要电压和燃料电池的输出电压进行比较。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，还具有二次电池，所述二次电池能够进行电力的充电及放电，并通过该放电向所述驱动马达供给电力；所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力和所述二次电池充放电的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。

在此，二次电池充放电的电力是指对二次电池充电的电力或从二次电池放电的电力。在二次电池的残留蓄电量为用于切换二次电池的充放电的阈值以上的情况下、即二次电池处于放电状态的情况下，从二次电池放电的电力能够供给至驱动马达，燃料电池的输出电力成减少的趋势。此外，在二次电池的残留蓄电量不足用于切换二次电池的充放电的阈值的情况下、即二次电池处于充电状态的情况下，燃料电池的输出电力能够供给至二次电池，燃料电池的输出电力成增加的趋势。即，通过二次电池是处于充电状态还是放电状态，燃料电池的输出电力变动，结果燃料电池的输出电压也变动。在二次电池处于充电状态的情况下，加入对二次电池充电的电力而计算燃料电池的输出电力。此外，在二次电池处于放电状态的情况下，加入从二次电池放电的电力而计算燃料电池的输出电力。通过考虑到二次电池的充放电状态来计算燃料电池的输出电压，能够更加适当地对马达需要电压和燃料电池的输出电压进行比较。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、和由所述第一升压装置使所述燃料电池的输出电压升压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。由此，考虑到二次电池的充放电状态及第一升压装置的开关损失来计算燃料电池的输出电压，由此能够更加适当地对马达需要电压和燃料电池的输出电压进行比较。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，还具有第二升压装置，所述第二升压装置能够使从所述二次电池输出的电压升压，并将升压后的电压供给至所述驱动马达；所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、和由所述第二升压装置使所述二次电池的输出电压升压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。在由第二升压装置进行了升压动作的情况下，可能产生第二升压装置的开关损失。在产生第二升压装置的开关损失的情况下，加入第二升压装置的开关损失而计算燃料电池的输出电压。通过考虑到二次电池的充放电状态及第二升压装置的开关损失来计算燃料电池的输出电压，能够更加适当地对马达需要电压和燃料电池的输出电压进行比较。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、由所述第一升压装置使所述燃料电池的输出电压升压时损失的电力、和由所述第二升压装置使所述二次电池的输出电压升压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。由此，考虑二次电池的充放电状态、第一升压装置的开关损失及第二升压装置的开关损失而计算燃料电池的输出电压，由此能够更加适当地对马达需要电压和燃料电池的输出电压进行比较。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，还具有升降压装置，所述升降压装置能够使从所述二次电池输出的电压升压或降压，并将升降压后的电压供给至所述驱动马达；所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、和由所述升降压装置使所述二次电池的输出电压升降压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。

在由升降压装置进行了升降压动作的情况下，可能产生升降压装置的开关损失。在产生升降压装置的开关损失的情况下，加入升降压装置的开关损失而计算燃料电池的输出电力。通过考虑到二次电池的充放状态及升降压装置的开关损失来计算燃料电池的输出电压，能够更加适当地对马达需要电压和燃料电池的输出电压进行比较。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、由所述第一升压装置使使所述燃料电池的输出电压升压时损失的电力、和由所述升降压装置使所述二次电池的输出电压升降压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。由此，通过考虑到二次电池的充放电状态、第一升压装置的开关损失及升降压装置的开关损失来计算燃料电池的输出电压，能够更加适当地对马达需要电压和燃料电池的输出电压进行比较。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述升压控制单元进而基于施加给所述驱动马达的电压与所述驱动马达的驱动效率之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压。根据施加给驱动马达的电压不同，驱动马达的驱动效率有时会发生变动。例如，在施加给驱动马达的电压高的情况下和低的情况下，驱动马达的驱动效率有时会不同，在施加给驱动马达的电压和驱动马达的驱动效率之间存在相关关系。基于施加给驱动马达的电压和驱动马达的驱动效率之间的相关关系，控制由第一升压装置进行的电压升压，由此，能够将驱动马达的驱动效率良好的电压施加给驱动马达。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述升压控制单元进而基于施加给所述驱动马达的电压与所述驱动马达的驱动效率之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压以及由所述第二升压装置进行的电压升压。由此，能够将驱动马达的驱动效率良好的施加给驱动马达。此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述升压控制单元进而基于施加给所述驱动马达的电压与所述驱动马达的驱动效率之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压以及由所述升降压装置进行的电压升降压。由此，能够将驱动马达的驱动效率良好的电压施加给驱动马达。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，在所述燃料电池的输出电压高于所述驱动马达的所述马达需要电压时，所述升压控制单元禁止所述第一升压装置对所述燃料电池的输出电压的升压，并且将该燃料电池的输出电压直接供给至该驱动马达。如上所述，在燃料电池的输出电压高于驱动马达的马达需要电压的情况下，即使不进行第一升压装置的电压升压也能够保证驱动马达的动作，因此，通过升压控制单元禁止第一升压装置的升压动作，完全抑制第一升压装置中的开关损失，能够提高燃料电池系统整体的效率。

此外，可以从另一侧面来理解本发明。在该情况下，在本发明中，为了解决上述问题，在燃料电池的输出电压和驱动马达的驱动所需的马达需要电压之间设定规定的相关关系，并且，基于该相关关系，进行对燃料电池的输出电压进行升压的升压装置的控制。即，本发明着眼于如上所述驱动马达的马达需要电压和燃料电池的输出电压之间的相关关系对于保证驱动马达的物理的驱动是非常重要的这一点而做出。

因此，详细地讲，本发明的燃料电池系统，具有：驱动马达，是用于驱动负载的动力源，由电力驱动；燃料电池，通过含有氧的氧化气体与含有氢的燃料气体之间的电化学反应进行发电而向所述驱动马达供给电力，并且，在作为该驱动马达的驱动范围的一部分的规定驱动范围内，该燃料电池的输出电压被设定成超过该驱动马达的驱动所需的马达需要电压；第一升压装置，能够使从所述燃料电池输出的电压升压，并将升压后的电压供给至所述驱动马达；以及升压控制单元，基于所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电压与该驱动马达的所述马达需要电压之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压。并且，优选的是，该第一升压装置能够通过其升压动作控制该燃料电池的端子电压。

所述燃料电池系统通过在燃料电池和驱动马达之间配置第一升压装置，通过第一升压装置被升压的电压供给至驱动马达。在此，在燃料电池的输出电压和驱动马达的驱动所需的马达需要电压之间，如上所述那样设定成，在驱动马达的规定驱动范围内，燃料电池的输出电压超过马达需要电压。在此，规定驱动范围是指驱动马达为了驱动负载而可采用的全部驱动状态的范围中的一部分的范围，该规定驱动范围的设定能够适当地任意进行。此外，燃料电池的输出电压是指燃料电池作为电力供给源进行发电、供驱动马达的驱动的电力的电压，马达需要电压是指为了使驱动马达发挥规定的驱动力以使负载达到所需的状态而供给至该驱动马达的电力的电压。

因此，在驱动马达的动作状态属于上述规定驱动范围的情况下，在燃料电池和驱动马达之间存在燃料电池的输出电压超过驱动马达的马达需要电压的相关关系，另一方面，在该驱动马达的动作状态不属于上述规定驱动范围的情况下，相反在燃料电池和驱动马达之间存在燃料电池的输出电压为驱动马达的马达需要电压以下的相关关系。在此，该相关关系对于保证驱动马达的物理的动作是极其重要的。即，在该相关关系中，在燃料电池的输出电压超过驱动马达的需要电压的情况下，即使不进行第一升压装置的电压升压也能够保证驱动马达的动作。另一方面，在燃料电池的输出电压不超过驱动马达的需要电压的情况下，即使为了驱动马达的驱动从燃料电池供给了充分的电力，如果原样供给该电力有时很难保证驱动马达的稳定的动作，需要第一升压装置进行电压升压。

因此，在本发明所涉及的燃料电池系统中，基于燃料电池的输出电压和驱动马达的马达需要电压之间相关关系，升压控制单元控制第一升压装置的升压动作，由此能够在保证驱动马达的稳定的驱动的同时，能够尽可能地抑制第一升压装置的电压升压的开关损失。此外，通过该升压控制单元不需要在驱动马达的整个驱动范围内进行燃料电池的输出电压的升压，因此，能够将驱动马达的马达需要压和被供给的电压之间的电压差抑制得较小，因而不易在驱动马达的驱动时产生能量的浪费。

在此，也可以是，在上述燃料电池系统中，在所述驱动马达的驱动状态属于所述规定驱动范围时，或者在所述燃料电池系统中的所述第一升压装置的输入侧的电压高于所述马达需要电压时，所述升压控制单元限制所述第一升压装置对所述燃料电池的输出电压的升压，并且将该燃料电池的输出电压直接供给至该驱动马达。

如上所述，在驱动马达的驱动状态属于规定驱动范围时，燃料电池的输出电压有可能超过马达需要电压。换言之，在该情况下，第一升压装置的输入侧的电压有可能比马达需要电压高。在这种情况下，如上所述，即使不进行第一升压装置的电压升压也能够保证驱动马达的动作，因此，通过升压控制单元对第一升压装置的升压动作进行限制，因而能够完全抑制第一升压装置中的开关损失，能够提高燃料电池系统整体的效率。

此外，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述规定驱动范围是使用户对所述负载的驱动要求在规定比例以上得以满足时的、所述驱动马达被要求驱动的驱动范围。即，关于规定驱动范围的设定，由燃料电池系统的用户任意进行，但优选的是，考虑用户对负载的驱动要求进行设定。一般而言，在想要驱动负载的情况下，则倾向于存在用户始终均等地利用该驱动范围的机会很少而频繁利用的范围。例如，需要低、中输出的驱动范围比需要高输出的驱动范围的利用频率更高。因此，通过将上述规定驱动范围设定为在该利用频率高的驱动范围、即对负载的驱动要求的频率为规定比例以上的驱动范围，能够提高燃料电池系统中的第一升压装置的升压动作的停止频率，有利于该燃料电池系统的效率提高。

在此，也可以是，在上述的燃料电池系统中，还具有：二次电池，能够进行电力的充电及放电且通过该放电向所述驱动马达供给电力，在作为所述规定驱动范围的至少一部分的第二规定驱动范围内，该二次电池的最大输出电压被设定成低于所述燃料电池的最大输出电压；以及第二升压装置，能够使从所述二次电池输出的电压升压，并将升压后的电压供给至所述驱动马达。并且优选的是，上述第二升压装置能够通过其升压动作对应该从燃料电池系统施加给驱动马达的电压、例如在驱动马达中具备变换器的情况下为该变换器的印加电压进行控制。

在上述那样构成的燃料电池系统中，与燃料电池的情况相同，能够将蓄电在二次电池中的电力通过第二升压装置进行电压升压而提供给驱动马达。但是，为了使该第二升压装置作为不进行降压的升压型的装置进行电压升压，必须使第二升压装置的入口侧的电压即二次电池的输出电压低于第二升压装置的出口侧的电压即驱动马达侧的电压。并且，燃料电池或来自第一升压装置的电压被供给至该驱动马达。根据上述可知，若从燃料电池输出、不管是否被第一升压装置进行电压升压都供给至驱动马达电压为二次电池的输出电压以下，则来自二次电池的电力供给是困难的。

因此，为了能够从二次电池进行电力供给并且能够进行第一升压装置的升压动作停止以提高燃料电池系统的效率，在第二规定驱动范围内，二次电池的最大输出电压被设定成低于燃料电池的最大输出电压。由此，必然保证了第二升压装置的能够进行升压动作的机会，并且在作为规定驱动范围的一部分的第二规定驱动范围内，如上所述那样，能够使第一升压装置的升压动作停止而提高燃料电池系统的效率。或者，第二升压装置的升压动作也能够对驱动、停止进行切换，由此实现了燃料电池系统的效率提高。

因此，在所述驱动马达的驱动状态属于所述第二规定驱动范围时，或者，在所述燃料电池系统中的所述第一升压装置的输入侧的电压高于所述马达需要电压且该输入侧的电压高于所述二次电池的最大输出电压时，所述升压控制单元限制所述第一升压装置对所述燃料电池的输出电压的升压，并且将该燃料电池的输出电压直接供给至该驱动马达。

如上所述，在驱动马达的驱动状态属于第二规定驱动范围时，燃料电池的输出电压超过马达需要电压，并且保证了第二升压装置的升压动作。换言之，在该情况下，第一升压装置的输入侧的电压有可能高于马达需要电压，并且其输入侧的电压有可能高于二次电池的输出电压。在这种情况下，如上所述，即使不进行第一升压装置的电压升压也能够保证驱动马达的动作，并且第二升压装置的升压动作被保证，因此，通过升压控制单元限制第一升压装置的升压动作，由此能够完全抑制第一升压装置中的开关损失，能够提高燃料电池系统整体的效率。

在此，若为了保证第二升压装置的升压动作而使第一升压装置动作，则第一升压装置中的升压动作引起的开关损失会影响到燃料电池系统的效率。因此，为了不很大地阻碍驱动马达的稳定的驱动并且尽可能多地抑制第一升压装置的开关损失，优选通过升压控制单元进行以下的处理。

即，也可以是，在所述驱动马达的驱动状态属于除了所述第二规定驱动范围之外的所述规定驱动范围时，所述升压控制单元限制所述第一升压装置对所述燃料电池的输出电压的升压，并且使从所述二次电池向所述驱动马达的电力供给能力与通常的电力供给时相比暂时增加。在这种情况下，升压控制单元限制第一升压装置的升压动作，由此能够实现燃料电池系统的效率提高。

另一方面，由于不进行第一升压装置的电压升压，因此，通过二次电池的输出电压很难充分地保证第二升压装置的驱动，但为了对其进行补偿，使从二次电池向驱动马达的电力供给能力与通常的电力供给时相比暂时增加。例如，在将燃料电池的端子电压控制为驱动马达所需的最低电压的状态下，能够将在通过该电压输出的燃料电池输出以上的输出输出给二次电池。

此外，作为同样限制第一升压转换器的升压动作并且暂时增加二次电池的电力供给能力的情形，可以列举出所述燃料电池系统中的所述第一升压装置的输入侧的电压为所述二次电池的最大输出电压以下且该燃料电池系统中的该第一升压装置的输出侧的电压为该二次电池的最大输出电压以下时。即，在存在不能够保证第二升压转换器的电压升压的可能性的情况下，通过限制第一升压装置的升压动作，能够在提高燃料电池系统的效率的同时，使从二次电池向驱动马达的电力供给能力与通常的电力供给时相比暂时增加，由此能够尽可能地保证第二升压装置的驱动。

在此，也可以是，在上述的燃料电池系统中，所述第二规定驱动范围与所述规定驱动范围一致。即，在规定驱动范围中，二次电池的最大输出电压被设定成低于燃料电池的最大输出电压。这样，燃料电池的输出电压、二次电池的输出电压、驱动马达的马达需要电压之间具有相关关系，由此，能够同时实现第一升压装置的升压动作停止带来的燃料电池系统的效率提高、和由第二升压装置升压后的电压供给。

此外，上述的第二升压装置也可以是还能够对从所述二次电池输出的电压进行降压、将降压后的电压供给至所述驱动马达的所谓的升降压型的可变压的装置。在该情况下，不管所述驱动马达的驱动状态是否属于所述第二规定驱动范围而只要属于所述规定驱动范围，所述升压控制单元就限制所述第一升压装置对所述燃料电池的输出电压的升压，并且能够将该燃料电池的输出电压直接供给至该驱动马达。即，能够无关于二次电池和燃料电池的输出电压的相互关系，来限制第一升压装置的升压动作，能够进一步实现燃料电池系统的效率提高。换言之，由于第二升压装置是升降压型，能够无关于与燃料电池的输出电压之间的相关关系，对来自二次电池的输出进行升压或降压之后供给至驱动马达。

发明效果

根据本发明所涉及的燃料电池系统，能够同时实现驱动马达的稳定的驱动的保证和燃料电池系统的效率提高，判断出燃料电池供给的电力的电压是否保证了对驱动马达进行驱动所需的需要电压，或者适当地判断升压装置对燃料电池的输出电压进行升压的定时，来适当地进行升压装置的升压动作，能够抑制该升压装置的开关损失。

附图说明

图1是表示本发明的实施例所涉及的燃料电池系统的概略结构的图。

图2是表示图1所示的燃料电池系统的电气电路结构的图，特别是表示FC升压转换器的电气电路结构的第一图。

图3是表示通过图2所示的FC升压转换器进行的电压升压用的软开关处理的流程的流程图。

图4A是概略地表示进行图3所示的软开关处理的模式1的动作时的、FC升压转换器中的电流的流动的图。

图4B是概略地表示进行图3所示的软开关处理的模式2的动作时的、FC升压转换器中的电流的流动的图。

图4C是概略地表示进行图3所示的软开关处理的模式3的动作时的、FC升压转换器中的电流的流动的图。

图4D是概略地表示进行图3所示的软开关处理的模式4的动作时的、FC升压转换器中的电流的流动的图。

图4E是概略地表示进行图3所示的软开关处理的模式5的动作时的、FC升压转换器中的电流的流动的图。

图4F是概略地表示进行图3所示的软开关处理的模式6的动作时的、FC升压转换器中的电流的流动的图。

图5是表示通过以往的燃料电池系统设定的、燃料电池的输出电压和用于马达驱动的马达需要电压之间的相关关系的图。

图6是表示通过本发明的实施例所涉及的燃料电池系统设定的、燃料电池的输出电压和用于马达驱动的马达需要电压之间的相关关系的图。

图7A是表示通过本发明的实施例所涉及的燃料电池系统设定的、燃料电池的IV特性和蓄电池的IV特性之间的相关关系的第一图。

图7B是表示通过本发明的实施例所涉及的燃料电池系统设定的、燃料电池的IV特性和蓄电池的IV特性之间的相关关系的第二图。

图8A是表示在本发明的实施例所涉及的燃料电池中，相对于将FC升压转换器的入口电压作为横轴、将其出口电压作为纵轴而形成的动作区域，对该FC升压转换器所执行的处理建立关联而显示的第一映射。

图8B是表示在本发明的实施例所涉及的燃料电池中，相对于将FC升压转换器的入口电压作为横轴、将其出口电压作为纵轴而形成的动作区域，对该FC升压转换器执行的处理建立关联而显示的第二映射。

图9是为了方便说明，仅将在进行图3所示的软开关处理的模式2的动作时在FC升压转换器内实际工作的部分抽出进行表示的图。

图10A是表示本发明的实施例所涉及的FC升压转换器的出口电压和该入口电压之比VH/VL、与在进行图3所示的软开关处理的模式2的动作时的放电时残留在缓冲电容器中的电压之间的相关关系的第一图。

图10B是表示本发明的实施例所涉及的FC升压转换器的出口电压和该入口电压之比VH/VL、与在进行图3所示的软开关处理的模式2的动作时的放电时残留在缓冲电容器中的电压之间的相关关系的第二图。

图11A是表示为了促进本发明的实施例所涉及的燃料电池系统的高效化而在FC升压转换器中进行的控制的流程的流程图。

图11B是表示为了促进本发明的实施例所涉及的燃料电池系统的高效化而在FC升压转换器中进行的控制的流程的流程图。

图12A是表示在本发明的实施例所涉及的燃料电池系统中施加在变换器上的电压较高的情况下的负载的效率特性的区域的映射。

图12B是表示在本发明的实施例所涉及的燃料电池系统中施加在变换器上的电压为中等的情况下的负载的效率特性的区域的映射。

图12C是表示在本发明的实施例所涉及的燃料电池系统中施加在变换器上的电压较低的情况下的负载的效率特性的区域的映射。

图12D是表示施加在本发明的实施例所涉及的变换器上的电压与负载的效率特性之间的相关关系的图。

图12E是表示施加在本发明的实施例所涉及的变换器上的电压与负载的效率特性之间的相关关系的图。

图13是表示图1所示的燃料电池系统的电气电路结构的图，特别是表示FC升压转换器的电气电路结构的第二图。

图14是表示用于通过图13所示的FC升压转换器进行的电压升压的软开关处理的流程的流程图。

图15是表示本发明的实施例所涉及的FC升压转换器的出口电压和该入口电压之比VH/VL、与在进行图14所示的软开关处理的模式2的动作时的放电时残留在缓冲电容器中的电压之间的相关关系的图。

图16是表示在本发明的实施例所涉及的燃料电池系统为了从停止状态向马达供给电力而起动时的、与FC升压转换器的控制相关的流程图。

图17A是示意地表示转换器中的直通模式的第一图。

图17B是示意地表示转换器中的旁通模式的图。

图17C是示意地表示转换器中的直通模式的第二图。

图17D是示意地表示转换器中的直通模式的第三图。

标号说明

1......车辆

10......燃料电池系统

11......燃料电池(FC)

12......FC升压转换器

12a......主升压电路

12b......辅助电路

13......蓄电池

14......蓄电池升压转换器

15......变换器

16......马达

20......ECU

21......油门踏板传感器

S1、S2、S3......开关元件

C1、C3......平滑电容器

C2......缓冲电容器

L1、L2、L3......线圈

D1、D2、D3、D4、D5......二极管

具体实施方式

基于附图对本发明所涉及的燃料电池系统10的实施方式详细地进行说明。本实施方式所涉及的燃料电池系统10对作为移动体的车辆1的驱动装置即驱动马达16供给电力，但是也能够适用于船舶或机器人等的车辆1以外的移动体、或不进行移动但需要接受电力供给的装置。

实施例1

图1是概略地表示本发明所涉及的燃料电池系统10的概略结构以及将从该燃料电池系统10供给的电力作为驱动源的移动体的车辆1。车辆1通过驱动轮2被驱动马达(以下仅称作“马达”)16驱动而进行自行，能够移动。该马达16是所谓的三相交流马达，从变换器15接受交流电力的供给。进而，直流电力被从作为燃料电池系统10的主电力源的燃料电池(以下也称作“FC”)11和作为二次电池的蓄电池13供给至该变换器15，并且该直流电力通过变换器15被变换为交流。

在此，燃料电池11通过储藏在氢罐17中的氢气和由压缩器18压送来的空气中的氧之间的电化学反应进行发电，在该燃料电池11和变换器15之间，电连接有作为升压型DC-DC转换器的FC升压转换器12。由此，来自燃料电池11的输出电压通过FC升压转换器12在可控制的范围内被升压为任意的电压，并施加给变换器15。此外，通过该FC升压转换器12的升压动作也能够控制燃料电池11的端子电压。另外，对于FC升压转换器12的详细结构，将在后面进行描述。此外，蓄电池13是能够进行充放电的蓄电装置，在该蓄电池13和变换器15之间相对于该变换器15以与上述FC升压转换器12并联的方式电连接有升压型的蓄电池升压转换器14。由此，来自蓄电池13的输出电压通过蓄电池升压转换器14在可控制的范围内被升压为任意的电压，并被施加给变换器15。此外，通过该蓄电池升压转换器14的升压动作也能够对变换器15的端子电压进行控制。另外，如图1所示，在燃料电池系统10中，也可以采用能够进行升压动作及降压动作的升降压型的转换器，来代替升压型的蓄电池升压转换器14。在以下的实施例中，主要将蓄电池升压转换器14作为升压型的转换器进行说明，但是这并不意味着限制采用升降压型的转换器，在采用升降压型的转换器时进行适当的调整。并且，关于通过采用升降压型转换器而带来的应特别说明的情况，将适当地进行公开。

此外，在车辆1中配设有电子控制单元(以下称作“ECU”)20，通过电连接于上述的各控制对象，来控制燃料电池11的发电或马达16的驱动等。例如，在车辆1中设置有接受来自用户的加速要求的油门踏板，通过油门踏板传感器21检测其开度，其检测信号被电传递给ECU20。此外，ECU20还与检测马达16的转速的编码器电连接，由此来通过ECU20检测马达16的转速。ECU20能够基于这些检测值等进行各种控制。

在这样构成的燃料电池系统10中，车辆1的用户踩踏的油门踏板的开度通过油门踏板传感器21被检测，ECU20基于该油门开度和马达16的转速等，适当地控制燃料电池11的发电量、来自蓄电池13的充放电量。在此，为了提高作为移动体的车辆1的燃耗，马达16采用高电压低电流规格的PM马达。因此，马达16能够以低电流发挥高转矩，所以能够减轻马达内部的绕线或其他布线的发热，并且，能够减小变换器15的额定输出。具体而言，在马达16中，一方面为了以低电流实现比较大的转矩输出而相对较高地设定其反电动势，另一方面较高地设定来自燃料电池系统10的供给电压以能够抵抗该高反电动势而高转速进行驱动。此时，在燃料电池11和变换器15之间设置FC升压转换器12，在蓄电池13和变换器15之间也设置蓄电池升压转换器14，由此，能够实现对变换器15的供给电压的高电压化。这里属于重复描述，也可以采用升降压型的转换器来替代该蓄电池升压转换器14。

通过这样将燃料电池系统10设定为包括FC升压转换器12的结构，即使燃料电池11自身的输出电压(端子间电压)较低，通过FC升压转换器12的升压动作，也能够驱动马达16，因此，也能够减少燃料电池11的单电池层叠个数等而实现其小型化。结果，能够减轻车辆1的重量，能够进一步促进其燃耗提高。

在此，在燃料电池系统10中，能够发电的燃料电池11是相对于马达16的主电力源。因此，为了提高燃料电池系统10的效率，可以想到，降低介于燃料电池11和变换器15之间的FC升压转换器12中的电力损失对提高系统整体的效率具有很大贡献。当然，对蓄电池13和变换器15之间的蓄电池升压转换器14原则上来讲也适用同样的情况。

在此，基于图2对FC升压转换器12的电气电路的特征进行说明。图2是以FC升压转换器12为中心对燃料电池系统10的电气结构进行表示的图，为了简化说明，省略了蓄电池13及蓄电池升压转换器14的表示。

FC升压转换器12由作为DC-DC转换器的用于进行升压动作的主升压电路12a、以及用于进行后述的软开关动作的辅助电路12b构成。主升压电路12a通过由开关元件S1和二极管D4构成的开关电路的开关动作，将蓄积在线圈L1中的能量经由二极管D5向马达16侧(变换器15侧)释放，由此对燃料电池11的输出电压进行升压。具体而言，线圈L1的一端与燃料电池11的高电位侧的端子连接。并且，开关元件S1的一端的极与线圈L1的另一端连接，并且该开关元件S1的另一端的极与燃料电池的低电位侧的端子连接。此外，二极管D5的阴极端子与线圈L1的另一端连接，进而，电容器C3连接在二极管D5的阳极端子和开关元件S1的另一端之间。另外，在该主升压电路12a中，电容器C3作为升压电压的平滑电容器发挥功能。另外，在主升压电路12a中，在燃料电池11侧也设置有平滑电容器C1，由此，能够降低燃料电池11的输出电流的波动。与该平滑电容器C3有关的电压VH成为FC升压转换器12的出口电压。此外，在图2中，用VL表示燃料电池11的电源电压，这是与平滑电容器C1有关的电压，并且是FC升压转换器12的入口电压。

接着，在辅助电路12b中，首先包括与开关元件S1并联连接的、具有二极管D3和与其串联连接的缓冲电容器C2的第一串联连接体。在该第一串联连接体中，二极管D3的阴极端子与线圈L1的另一端连接，其阳极端子与缓冲电容器C2的一端连接。进而，该缓冲电容器C2的另一端与燃料电池11的低电位侧的端子连接。进而，在辅助电路12b中，包括作为感应元件的线圈L2、二极管D2、和由开关元件S2及二极管D1构成的开关电路串联连接而成的第二串联连接体。在该第二串联连接体中，线圈L2的一端与第一串联连接体的二极管D3和缓冲电容器C2的连接部位连接。进而，二极管D2的阴极端子与线圈L2的另一端连接，并且，其阳极端子与开关元件S2一端的极连接。此外，开关元件S2的另一端与线圈L1的一端侧。另外，关于该第二串联连接体的电路布局，线圈L2、二极管D2、基于开关元件S2等的开关电路的串联顺序也可以采用适当地调换顺序的方式。特别是，代替图2所示的状态，调换线圈L2与基于开关元件S2等的开关电路的顺序，由此在实际的安装电路中线圈L1和线圈L2能够一体化，使半导体元件的模组化变得容易。

这样构成的FC升压转换器12通过调整开关元件S1的开关占空比，能够控制FC升压转换器12的升压比、即施加在变换器15上的FC升压转换器12的输出电压相对于输入至FC升压转换器12的燃料电池11的输出电压之比。此外，在该开关元件S1的开关动作中，通过介有辅助电路12b的开关元件S2的开关动作，能够实现后述的所谓的软开关，能够大幅度地降低FC升压转换器12中的开关损耗。

接着，基于图3、4A～4F，对FC升压转换器12中的软开关进行说明。图3是经由软开关动作的FC升压转换器12中的用于升压的一个循环处理(以下称作“软开关处理”)的流程图。该软开关处理通过ECU20依次进行S101～S106的各处理而形成一个循环，各处理下的FC升压转换器12中的电流、电压的流动模式分别作为模式1～模式6进行表示，将其状态表示于图4A～4F。以下，基于这些附图，对FC升压转换器12中的软开关处理进行说明。另外，在图4A～图4F中，为了使附图的表示简洁，省略了主升压电路12a和辅助电路12b的参照标号的表示，但是在各模式的说明中，有时会引用各电路。此外，各图中，粗箭头表示的是流过电路的电流。

另外，进行图3所示的软开关处理的初始状态是从燃料电池11向变换器15及马达16供给电力的状态、即通过将开关元件S1、S2一起断开使电流经由线圈L1、二极管D5流向变换器15侧的状态。因此，若该软开关处理的一个循环结束，则会达到与该初始状态实质相同的状态。

在软开关处理中，首先在S101中形成图4A所示的模式1的电流/电压状态。具体而言，在开关元件S1断开的状态下接通开关元件S2。这样，通过FC升压转换器12的出口电压VH和入口电压VL的电位差，使经由线圈L1及二极管D5流向变换器15侧的电流逐渐向辅助电路12b侧转移。另外，在图4A中，用空心箭头示出了该电流转移的形态。

接着，在S102中，若S101的状态持续规定时间，则流过二极管D5的电流为零，取而代之，通过缓冲电容器C2和燃料电池11的电压VL之间的电位差，使蓄电在缓冲电容器C2中的电荷流进辅助电路12b侧(图4B所示的模式2的状态)。该缓冲电容器C2具有决定开关元件S1的相关电压的功能。在将开关元件S1接通时，对施加在该开关元件S1上的电压带来影响的缓冲电容器C2的电荷在模式2中流入辅助电路12b，由此，缓冲电容器C2的电压下降。此时，通过线圈L2和缓冲电容器C2的半波谐振，使得在缓冲电容器C2的电压为零之前，电流持续流动。结果，能够降低在后述的S103中接通开关元件S1时的其施加电压。

进而，在S103中，如果缓冲电容器C2的电荷被完全释放，则再次接通开关元件S1，形成图4C所示的模式3的电流/电压状态。即，在缓冲电容器C2的电压成为零的状态下开关元件S1的相关电压也为零，并且，在该状态下将开关元件S1接通，从而在将开关元件S1设为零电压状态的基础上使该处开始流动电流，因此，能够在理论上使开关元件S1的开关损失为零。

并且，在S104中，通过继续S103的状态，增加向线圈L1流入的电流量，逐渐增加蓄存在线圈L1中的能量。该状态是图4D所示的模式4的电流/电压状态。之后，若在线圈L1中蓄存了所需的能量，则在S105中，断开开关元件S1及S2。于是，对在上述模式2中电荷被释放而成为低电压状态的缓冲电容器C2将电荷充电，使其达到与FC升压转换器12的出口电压VH相同的电压。该状态是图4E所示的模式5的电流/电压状态。并且，若缓冲电容器C2被充电至电压VH，则在S106中，被蓄存在线圈L1中的能量向变换器15侧释放。该状态是图4F所示的模式6的电流/电压状态。另外，在进行该模式5时，开关元件S1的电压通过缓冲电容器C2使电压的上升延迟，因此，能够进一步减小开关元件S1中的尾电流引起的开关损失。

如上所述，将S101～S106的处理作为一个循环来进行软开关处理，由此，能够在尽可能地抑制FC升压转换器12中的开关损失的基础上，对燃料电池11的输出电压进行升压而供给至变换器15。其结果，能够高效率地驱动作为高电压低电流马达的马达16。

在此，在燃料电池系统10中，除了上述软开关处理之外还进行FC升压转换器12的间歇运转控制，由此提高系统效率。为了简化说明，着眼于燃料电池11与变换器15及马达16之间的关系，则可知来自作为对马达16的主电力源的燃料电池11的电力被经由FC升压转换器12供给至变换器15侧。并且，作为主电力源的燃料电池11在马达16的驱动时应该施加给变换器15的电压必须是能够充分地抵抗马达16的反电动势的电压。因此，在没有配设上述FC升压转换器12的以往的燃料电池系统中，如图5所示，在车辆1所能够采用的速度范围(0～VSmax)内，LV1所示的通过燃料电池施加的电压必须是始终超过马达驱动所需的、应该施加在变换器15上的电压(以下称作“马达需要电压”)的状态。因此，大幅度超过应该施加在变换器上的电压的电压施加于变换器，变换器的开关损失是很大的。并且，特别是在车辆1的速度较低的区域，变换器的开关损失可能很明显。

因此，在本发明所涉及的燃料电池系统10中，由于设置有FC升压转换器12，因此，能够将来自燃料电池11的电压进行升压而施加在变换器15上。但是，在基于该FC升压转换器12的升压动作中，因开关元件会产生某种开关损失，所以该升压动作是使系统的效率降低的一个原因。另一方面，如上所述，由于马达16是高电压低电流规格的马达，因此伴随着其转速的上升而产生的反电动势也变大，基于FC升压转换器12的升压动作是不可缺少的。

因此，在图6中分别通过LV1、LV2表示来自燃料电池11的输出电压和应该施加在变换器15上的马达需要电压之间的相互关系。如图6的LV2所示，马达16的反电动势随着车辆1的速度上升而增加，所以马达需要电压也随着车辆速度的增加而增加。在此，在燃料电池11的输出电压LV1和马达需要电压LV2之间的相互关系中，只要以两者相交时的车辆1的速度VS0是以大致维持用户进行的车辆1的通常操作的速度的方式来决定燃料电池11的电压特性和马达16的电压特性即可。在本实施例中，从车辆驾驶规则或用户的通常操作的倾向等考虑，将VS0设为110km/h。并且，计算能够实现车辆1以该速度VS0行驶的、马达16进行驱动时的最大输出，并导出应该施加于变换器15的电压(马达需要电压)，以能够发挥该最大输出。并且，对燃料电池11进行设计(例如，在由多个单电池层叠而形成的燃料电池中，调整其层叠单电池数等)，以能够使该马达需要电压不经由FC升压转换器12地直接从燃料电池11输出。

在包括这样设计的燃料电池11的燃料电池系统10中，在车辆1的速度到达VS0之前的期间，来自燃料电池11的输出电压高于用于驱动马达16的马达需要电压，因此，即使马达16是高电压低电流规格的马达，也能够不进行FC升压转换器12的升压动作而通过来自燃料电池11的直接的输出电压驱动该马达16。换言之，在该条件下，使FC升压转换器12的开关动作停止，对变换器15施加来自燃料电池11的输出电压，从而能够保证马达16的驱动。由此，能够完全排除FC升压转换器12中的开关损失。进而，通过使FC升压转换器12停止，施加在变换器15上的电压不会过度地变高，即能够与图5所示的状态相比将LV1和LV2之间的电压差抑制得更小，因此，能够较低地抑制变换器15中的开关损失。另外，在该图6中，成为燃料电池11的输出电压高于马达需要电压的状态的马达16的驱动范围(使车辆1为速度0～VS0的马达16的驱动范围)相当于本发明所涉及的规定驱动范围。

另一方面，若车辆1的车辆速度为VS0以上，则相反用于驱动马达16的马达需要电压高于来自燃料电池11的输出电压，因此，需要有基于FC升压转换器12的升压动作。在该情况下，通过进行上述的软开关处理，能够尽可能地抑制FC升压转换器12中的开关损失。

到目前为止，为了简化说明，仅着眼于燃料电池11和马达16之间的相互关系，但是如图1所示，在燃料电池系统1中，也能够从蓄电池13对马达16进行电力供给。在从蓄电池13进行电力供给的情况下，在将来自蓄电池13的输出电压通过蓄电池升压转换器14升压的基础上，施加给变换器15。在此，蓄电池升压转换器14是所谓的升压转换器，因此，为了从蓄电池13向变换器15进行电力供给，需要处于蓄电池升压转换器14的出口电压(是变换器15侧的电压，与FC升压转换器12的出口电压等同)与其入口电压(蓄电池13侧的电压)相比相同或者更高的状态。

因此，关于蓄电池13的输出电压和燃料电池11的输出电压的相互关系，基于图7A及图7B进行说明。在该两个图中，均示出了蓄电池13的IV特性(图中用虚线LBT表示)和燃料电池11的IV特性(图中用实线LFC表示)。在此，在图7A中，在燃料电池11的IV特性LFC高于蓄电池13的IV特性LBT的区域，即使使FC升压转换器12停止，也成为蓄电池13的输出电压低于FC升压转换器12的出口电压的状态，因此，蓄电池升压转换器14能够进行升压动作，因而能够从蓄电池13向马达16进行电力供给。因此，在该状态下，允许FC升压转换器12的动作停止。另一方面，在蓄电池13的IV特性LBT高于燃料电池11的IV特性LFC的区域，若使FC升压转换器12停止，则成为蓄电池13的输出电压高于FC升压转换器12的出口电压的状态，因此，不能够通过蓄电池升压转换器14升压动作进行燃料电池11和蓄电池13的输出分配控制。因此，在该状态下，不允许FC升压转换器12的动作停止。

即，在通过蓄电池升压转换器14对来自蓄电池13的输出电压进行升压而将电压施加给马达16的情况下，需要形成FC升压转换器12的出口电压高于蓄电池13的输出电压(蓄电池升压转换器14的入口电压)的状态，因此有时不允许FC升压转换器12的动作停止。例如，如图7A所示，在相对较低的电流区域中燃料电池11的IV特性LFC低于蓄电池13的IV特性LBT的情况下，为了保证蓄电池升压转换器14的升压动作，不允许FC升压转换器12的动作停止，其结果，实现上述的减少开关损失的可能性降低。另一方面，例如图7B所示，在燃料电池11的IV特性LFC始终位于蓄电池13的IV特性LBT上方的情况下，从保证蓄电池升压转换器14的升压动作的观点来看，FC升压转换器12的动作停止不受限制。在该图7A、7B中，蓄电池13的IV特性LBT位于燃料电池11的IV特性LFC下方的马达16的驱动范围相当于本发明所涉及的第二规定驱动范围。

另外，上述的与蓄电池升压转换器14的升压动作保证相关的FC升压转换器12的动作限制起因于在图1所示的燃料电池系统10中包含的蓄电池升压转换器14是升压型的转换器(即不能够进行降压动作的转换器)。因此，在燃料电池系统10中，在代替蓄电池升压转换器14采用能够进行升压动作及降压动作的升降压型的转换器的情况下，FC升压转换器12不受上述的动作限制束缚，将来自燃料电池11、蓄电池13的输出电压选择性地施加给马达16。

根据上述说明，在本实施例中，基于预想的车辆1的驱动来决定所需的蓄电池13的IV特性和燃料电池11的IV特性，根据两IV特性的相互关系及燃料电池11的输出电压与马达需要电压之间的关系，划定了图8A及图8B的映射所示的用于FC升压转换器12的升压动作的控制区域。以下详细地对FC升压转换器12的升压动作进行说明。

图8A及图8B是相对于将FC升压转换器12的入口电压作为横轴、将其出口电压作为纵轴而形成的动作区域，对在该FC升压转换器12中执行的处理建立关联而表示的映射。另外，图8A是在燃料电池系统10中含有的蓄电池升压转换器14为升压型的转换器时的映射，图8B是代替该升压型的蓄电池升压转换器14而采用升降压型的转换器时的映射。首先对图8A所示的映射进行说明。在此，在该映射中记载有：表示FC升压转换器12的升压比为1即该入口电压与该出口电压之比为1∶1的直线LR1、表示该升压比为2附近的值(图中仅将升压比表示为“2”)的直线LR2、表示该升压比为10的直线LR3、以及表示该FC升压转换器12的最高输出电压的直线LR4。关于直线LR2，基于图9、图10A、10B在后面进行描述。此外，直线LR3表示基于FC升压转换器12的最大升压比。因此可知，FC升压转换器12的动作范围是由直线LR1、LR3、LR4所包围的区域。

在此，在车辆1的预想速度范围内施加在马达16上的负载最低的情况下、即仅施加道路的摩擦阻力程度的负载的情况下(图中的“负载率＝R/L(Road Load)”)的FC升压转换器12的入口电压与其出口电压之间的关系通过点划线LL1表示。另一方面，同样在车辆1的预想速度范围内施加在马达16上的负载最高的情况下、即车辆1的油门开度为100％的情况下(图中的“负载率＝100％”)的FC升压转换器12的入口电压与其出口电压之间的关系通过点划线LL2表示。因此，在车辆1上搭载的燃料电池系统10从驱动车辆1的观点来看，成为使FC升压转换器12进行由点划线LL1和LL2所夹持的区域表示的升压动作。

在图8A所示的映射中，将FC升压转换器12的动作区域区分为RC1～RC4的4个区域。在这些区域中，分别与FC升压转换器12的动作相关而进行特征性的动作，以下对各区域中的FC升压转换器12的动作进行说明。首先，划定区域RC1，作为在表示升压比1的直线LR1以下的区域。在该区域RC1中，由于用于驱动马达16所需的升压比为1以下(值得注意的是，现实中FC升压转换器12为升压转换器，所以不能够使升压比为1以下，即不能够降压)，结果，使FC升压转换器12停止，能够将燃料电池11的输出电压直接施加给变换器15。因此，成为FC升压转换器12的入口电压的燃料电池11的输出电压是在燃料电池11的最大电压的Vfcmax与和蓄电池13的开路电压(OCV：Open Circuit Voltage)等值的Vfcb之间的范围，并且，在直线LR1和点划线LL1所包围划定的区域RC1中，使FC升压转换器12的升压动作完全停止。由此，能够抑制FC升压转换器12中的开关损失。这样以电压Vfcb为边界使FC升压转换器12的动作停止受到限制，是由于如上所述蓄电池升压转换器14是升压型的转换器而为了保证其升压动作。

接着，对区域RC2进行说明。该区域作为FC升压转换器12的入口电压为上述的Vfcb以下、且该FC升压转换器12的出口电压为蓄电池13的OCV以下即与Vfcb等值的电压以下的区域而划定。即，在该区域RC2中，是若不进行FC升压转换器12的升压动作则蓄电池升压转换器14的出口电压低于入口电压而不能够进行该蓄电池升压转换器14的升压动作的区域，此外，即使假设进行了FC升压转换器12的升压动作，由于其升压比低，所以也是同样不能够进行蓄电池升压转换器14的升压动作的区域。

在这样划定的区域RC2中，与区域RC1一样，使FC升压转换器12停止，以不产生其开关损失。并且，将燃料电池11的端子电压控制为可由蓄电池升压转换器14控制的最低电压。另外，在图中，假设在使用理想的升压转换器的情况下该电压与蓄电池13的OCV相等，来设定上述Vfcb。只要蓄电池13的放电电力允许就持续该状态。

另外，该区域RC2是在马达16的驱动状态变化过程中FC升压转换器12的动作区域从上述区域RC1向后述的区域RC3转移时存在的过渡区域。因此，在蓄电池升压转换器14为升压型的转换器的情况下，优选适当地调整基于图7A、7B说明的燃料电池11的IV特性和蓄电池13的IV特性之间的相关关系，以使该过渡的区域RC2尽可能地减小。

在此，关于比直线LR1靠下的区域，对图8B所示的映射、即在燃料电池系统10中代替蓄电池升压转换器14而采用升降压型的转换器时的映射进行说明。在该情况下，能够通过升降压型的转换器对蓄电池13的输出电压进行降压，因此，消除了像上述那样FC升压转换器12的动作停止受到上述电压Vfcb的限制的情况。因此，如图8B所示，在比直线LR1靠下的区域中，FC升压转换器12的动作不受限制地停止，提高系统的效率较容易。因此，其结果是，在图8B中不存在与上述区域RC2相当的区域。在此，对于以下所示的映射的说明，由于在图8A及图8B中同样适用，因此进行统一说明。

在除了上述的区域RC1、RC2以外的动作区域中，驱动FC升压转换器12，进行燃料电池11的输出电压的升压动作。在该升压动作中，通过执行基于图4A～4F说明的软开关处理，能够尽可能地抑制FC升压转换器12中的开关损失。在此，进行该软开关处理的动作区域通过直线LR2区分为准软开关区域RC3和软开关区域RC4。以下对准软开关区域RC3和软开关区域RC4详细地进行说明。

首先，对直线LR2的技术上的意义进行说明。如上所述，直线LR2是意味着FC升压转换器12的升压比为2附近的值的直线。本发明所涉及的FC升压转换器12的电气构造如图2所示，但在上述的软开关处理的一系列的流程的模式2的动作中，进行利用了基于辅助电路12b的线圈L2和缓冲电容器C2的半波谐振的缓冲电容器C2的放电。若仅将在该模式2的动作中在FC升压转换器12内实际工作的部分提取出来，则成为图9所示的电路结构。

并且，在图9所示的电路结构中，如果没有将充电到缓冲电容器C2内的电荷完全放电，则在之后的模式3的动作中，在对开关元件S1施加有电压的状态下，开关元件S1的接通引入的电流流动，因此，作为结果会产生开关损失。因此，可以理解，该模式2中的缓冲电容器C2的电荷被完全放电是重要的，因此，在模式1的动作时点蓄存在线圈L2中的能量必须大于在缓冲电容器C2中蓄存的能量。换言之，FC升压转换器12的出口电压VH必须比其入口电压VL高出规定量以上。

因此，基于图10A及10B对该出口电压和该入口电压之比VH/VL与上述放电时残留在缓冲电容器C2中的电压之间的关系进行说明。另外，图10A表示比VH/VL超过2时的缓冲电容器C2的电压推移，图10B表示比VH/VL不到2时的缓冲电容器C2的电压推移。在图10A所示的情况下，VH-VL的值大于VL，因此若产生半波谐振，则缓冲电容器C2的电压由于也受到二极管D2的作用而成为零。另一方面，在图10B所示的情况下，VH-VL的值小于VL，因此，即使产生了半波谐振，缓冲电容器C2的电压也会残留一定值以上。因此，即使在该情况下进行上述软开关处理也会产生一些开关损失。由以上可知，直线LR2作为判断是否能够有效地进行基于软开关处理的开关损失抑制的基准。

另外，理论上来讲，比VH/VL如果是2倍以上，则放电后的缓冲电容器C2的电压为零，但是实际上由于在二极管或布线内产生能量损失，因此，优选比VH/VL是超过2倍的值(例如2.3等)。并且，直线LR2将从由点划线LL1和LL2夹着的动作区域中除去区域RC1、RC2之后的区域分割成两个区域，将位于直线LR2之下的区域作为基于上述理由即使进行软开关处理也很难高效地抑制开关损失的准软开关区域RC3，将位于直线LR2上方的区域作为高效地进行基于软开关处理的开关损失抑制的软开关区域RC4。

这样，FC升压转换器12的动作区域能够区分为规定的区域RC1～RC4，在准软开关区域RC3中，不能够如上所述充分地抑制FC升压转换器12的开关损失，因此，从燃料电池系统10的效率化观点来看，优选在该区域中尽可能地回避FC升压转换器12进行升压动作。因此，基于图11A对用于促进燃料电池系统10的效率化的、FC升压转换器12的控制的一例进行说明。图11A所示的FC升压转换器控制通过ECU20在燃料电池11所发电的电力被供给至马达16时被执行。另外，为了燃料电池系统10的更高的效率而优选尽可能地回避上述准软开关区域RC3的升压动作，这与上述情况相同，但是，本发明所涉及的燃料电池系统10并不完全排除该升压动作，也可以根据需要利用该升压动作。

首先，在S201中，计算与由编码器检测到的马达16的实际转速对应的、该马达16最大能够输出的最大转矩。具体而言，ECU20具有将马达16的转速和与其对应的最大转矩建立关联的映射，根据检测到的转速读取该映射，由此来计算马达16的最大转矩。若S201的处理结束，则前进至S202。

在S202中，基于通过油门踏板传感器21检测的油门踏板的开度，计算要求马达16输出的要求转矩。若将油门踏板的全开定义为要求马达16的当前转速下的最大转矩，则将全开时的系数设为100％、将全闭时的系数设为0％，根据以下的式子计算要求转矩。结束S202的处理后，前进至S203。

(要求转矩)＝(上述最大转矩)×(与油门踏板的开度对应的系数)

在S203中，基于在S201和S202中的计算结果，根据下式计算要求马达16的输出即要求输出。S203的处理结束后，前进至S204。

(要求输出)＝(要求转矩)×(马达的转速)

在S204中，基于在S203中计算出的要求输出和马达16的转速，计算作为应该施加给变换器15的电压的马达需要电压(Vmot)，以对马达16供给所需的电力。具体而言，ECU20具有将由马达16的转速(rpm)和上述要求输出(P)形成的函数F与马达需要电压建立关联的马达需要电压映射，并根据马达的转速和要求输出读取该映射，由此计算马达需要电压。马达需要电压映射通过实验等预先决定而得到，作为其一例，随着马达16的转速变高其反电动势变高，因此要求电压值应该变高，若要求输出变高则为了以较少的电流实现其输出，要求电压值就应该变高，因此，这些方面被反映在函数F和马达需要电压之间的相关关系中。S204的处理结束后，前进至S205。

在S205中，对根据由油门踏板传感器21检测到的油门踏板的开度进行发电的燃料电池11的输出电压(Vfc)进行检测。该检测通过未图示的电压传感器进行。若S205的处理结束，则前进至S206。在S206中，将在S204中计算出的马达需要电压用在S205中检测到的燃料电池11的输出电压去除，计算暂定升压比Rt(＝Vmot/Vfc)。若S206的处理结束，则前进至S207。

在S207中，判定能否使FC升压转换器12停止。即，判定FC升压转换器12的动作区域是否属于上述区域RC1或RC2的某个区域。具体而言，当在S206中计算出的暂定升压比不到1且燃料电池11的输出电压介于Vfcmax与Vfcb之间时，判定为FC升压转换器12的动作区域是RC1，而在燃料电池11的输出电压为Vfcb以下且该FC升压转换器12的出口侧电压为和Vfcb等值的电压以下时，判定为FC升压转换器12的动作区域为RC2。另外，Vfcb、Vfcmax的值只要根据实际的燃料电池11及蓄电池13的规格预先决定即可。此外，FC升压转换器12的出口侧的电压通过未图示的电压传感器进行检测。

并且，在S207是肯定判定的情况下，前进至S208，FC升压转换器12停止，来自燃料电池11的输出电压被直接施加给变换器15。由此，能够抑制FC升压转换器12中的开关损失。另外，如上所述，在FC升压转换器12的动作区域属于RC1的情况下，也能够从蓄电池13向变换器15施加升压后的电压，但是在该动作区域属于RC2的情况下，将燃料电池11的端子电压控制为可由蓄电池升压转换器14控制的最低电压。另一方面，若S207是否定判定，则前进至S209。

在S209中，判定在S206中计算出的暂定升压比Rt是否超过2。即，判定FC升压转换器12的动作区域位于软开关区域RC4，还是位于准软开关区域RC3。若S209是肯定判定，则意味着FC升压转换器12的动作区域位于软开关区域RC4，因此前进至S210，执行图3所示的软开关处理，以使FC升压转换器12的目标输出电压成为马达需要电压Vmot。另外，开关元件S1的占空比根据暂定升压比Rt决定。另一方面，若S209是否定判定，则意味着FC升压转换器12的动作区域位于准软开关区域RC3。在该情况下前进至S211。

在S211中，判定在燃料电池系统10中除了基于S206计算出的暂定升压比Rt的电压升压之外是否还允许追加的电压升压(以下仅称作“追加电压升压”)。换言之，由于S209是否定判定就意味着FC升压转换器12的动作区域当前位于准软开关区域RC3，因此，判定能否将该动作区域转移到软开关区域RC4。即，若为了将该动作区域从准软开关区域RC3转移到软开关区域RC4而进行追加电压升压，则施加给变换器15的电压比需要的马达需要电压高。结果，变换器15内的开关损失变大，但在将FC升压转换器12的开关损失的减少量和变换器15的开关损耗的增加量进行比较时，前者的减少量很有可能较大，在该情况下，从系统效率的观点来看，该追加电压升压是非常有用的。因此，在S211中，判定该追加电压升压是否被允许。若在S211是肯定判定，则前进至S212，决定用于追加电压升压的追加升压比Ra。该追加升压比Ra是，为了使FC升压转换器12的最终升压比(基于Rt×Ra的升压比)超过由直线LR2决定的升压比(例如升压比2)所需的追加的升压比。并且，在S212的处理之后，前进至S213，执行图3所示的软开关处理，以使FC升压转换器12的目标输出电压成为在燃料电池11的输出电压Vfc上乘以升压比Rt和追加升压比Ra而计算的电压。另外，开关元件S1的占空比根据暂定升压比Rt与追加升压比Ra之积决定。

这样，在S209是否定判定时，本来FC升压转换器12的动作区域是准软开关区域RC3，在该状态下即使进行开关处理也如上所述那样很难充分地抑制开关损失。在该情况下，在FC升压转换器12的升压比中考虑上述追加升压比Ra，由此与本来马达16的驱动所需的电压相比进一步提高电压而将FC升压转换器12的动作区域变为软开关区域RC4。其结果，能够有效地抑制开关损失。

另一方面，若S211是否定判定，则前进至S214，在FC升压转换器12的动作区域是RC3的状态下，进行上述软开关处理。燃料电池11在处于上述追加电压升压不被允许的状态时，即在如上所述那样追加地使电压升压从而使变换器15中的开关损失变得显著的状态下，不进行S212及S213的处理。

根据该图11A所示的FC升压转换器控制，以保证马达16的驱动为前提，能够尽可能地使FC升压转换器12的升压动作停止，因而能够抑制开关损失。此外，即使在使FC升压转换器12进行升压动作的情况下，也尽可能使其动作区域为软开关区域RC4然后进行软开关处理，因此能够尽可能地抑制FC升压转换器12的开关损失。

实施例2

对本发明所涉及的燃料电池系统10的第二实施例进行说明。基于图11B对用于促进燃料电池系统10的效率化的、FC升压转换器12的控制的一例进行说明。图11B所示的FC升压转换器控制通过ECU20，在向马达16供给由燃料电池11发电的电力时被执行。图11B所示的FC升压转换器控制中的处理S501～S504与图11A所示的FC升压转换器控制中的处理S201～S204相同，因此此处省略其说明。若图11B所示的FC升压转换器控制中的处理S504的处理结束，则前进至S505。

在S505中，基于燃料电池11的输出(以下称作“FC输出”)，计算燃料电池11的输出电压。FC输出根据下面的式(1)计算。

(FC输出)＝(要求输出)+(辅机要求输出)+(蓄电池充电(放电)输出)...(1)

要求输出是马达16所需的输出，是马达16的驱动所需的电力。辅机要求输出是氢罐17或压缩器18等辅机所需的输出，是辅机的驱动所需的电力。蓄电池充电(放电)输出是蓄电池13的充放电所需的输出，蓄电池充电输出是充电时对蓄电池13充电的电力，蓄电池放电输出是放电时蓄电池13放电的电力。蓄电池13的残留蓄电量与上述SOC阈值之差是蓄电池充电(放电)输出。

如果蓄电池13的残留蓄电量不足上述SOC阈值，则将蓄电池充电输出代入上述式(1)，计算FC输出。如果蓄电池13的残留蓄电量是上述SOC阈值以上，则将蓄电池放电输出作为负值代入上述式(1)，计算FC输出。并且，基于通过上述式(1)计算出的FC输出，计算燃料电池11的输出电压。具体而言，ECU20具有将FC输出和燃料电池11的输出电流建立关联的IP特性映射、以及将燃料电池11的输出电流和燃料电池11的输出电压建立关联的IV特性映射，根据FC输出读取这些映射，计算燃料电池11的输出电压。根据本实施例，加入辅机所需的输出、蓄电池13的充放电输出，计算FC输出，由此，考虑辅机所需的输出或蓄电池13的残留蓄电量，能够计算燃料电池11的输出电压。另外，虽未进行图示，但是在其他电力供给源对辅机供给辅机所需的输出的情况下，也可以不将辅机所需的输出代入上述式(1)，计算FC输出。

此外，也可以将上述式(1)变形为以下所示的式(2)。

(FC输出)＝(要求输出)+(辅机要求输出)+(蓄电池充电(放电)输出)+(FC升压转换器12的开关损失)+(蓄电池升压转换器14的开关损失)...(2)

FC升压转换器12的开关损失是指由于FC升压转换器12的开关产生的对变换器15供给的供给电力的损失量。此外，蓄电池升压转换器14的开关损失是指由于蓄电池升压转换器14的开关产生的对变换器15供给的供给电力的损失量。通过上述那样变形，进一步加入FC升压转换器12的开关损失或蓄电池升压转换器14的开关损失，计算FC输出，由此，考虑到FC升压转换器12的开关的损失量或蓄电池升压转换器14的开关的损失量，能够计算燃料电池11的输出电压。另外，如上所述，在通过其他电力供给源对辅机供给辅机所需的输出的情况下，也可以不将辅机所需的输出代入上述式(2)而计算FC输出。

在FC升压转换器12的出入口设置电流传感器及电压传感器，测定FC升压转换器12的出入口侧的电流及电压，由此来计算FC升压转换器12的开关损失。此外，在蓄电池升压转换器14的出入口设置电流传感器及电压传感器，测定蓄电池升压转换器14的出入口侧的电流及电压，由此来计算蓄电池升压转换器14的开关损失。在此，在FC升压转换器12及蓄电池升压转换器14都进行升压动作的情况下，加入FC升压转换器12的开关损失及蓄电池升压转换器14的开关损失而计算FC输出。即在上述式(2)中代入FC升压转换器12的开关损失及蓄电池升压转换器14的开关损失，计算FC输出。

另外，在只有蓄电池升压转换器14进行升压动作的情况下，仅加入蓄电池升压转换器14的开关损失而计算FC输出。即，在上述式(2)中代入蓄电池升压转换器14的开关损失而不代入FC升压转换器12的开关损失，计算FC输出。此外，在只有FC升压转换器12进行升压动作的情况下，仅加入FC升压转换器12的开关损失而计算FC输出。即，在上述式(2)中代入FC升压转换器12的开关损失而不代入蓄电池升压转换器14的开关损失，计算FC输出。此外，也可以在上述式(2)中不代入蓄电池充电(放电)输出，来计算FC输出。这是因为有时不考虑蓄电池充电(放电)输出也可以。

若S505的处理结束，则前进至S506。在S506中，判定是否能够使FC升压转换器12停止。即，对在S504中计算出的马达需要电压和在S505中计算出的燃料电池11的输出电压进行比较，判定在S505中计算出的燃料电池11的输出电压是否大于在S504中计算出的马达需要电压。并且，在S506是肯定判定的情况下，即在S505中计算出的燃料电池11的输出电压大于在S504中计算出的马达需要电压的情况下，前进至S507，使FC升压转换器12停止，来自燃料电池11的输出电压被直接施加给变换器15。由此，能够抑制FC升压转换器12中的开关损失。另一方面，若在S506是否定判定，则前进至S508，执行图3所示的软开关处理。

此外，在图11B所示的FC升压转换器控制中的处理S506是否定判定的情况下，也可以将在S504中计算出的马达需要电压用在S505中计算出的燃料电池11的输出电压去除来计算暂定升压比Rt。并且，也可以在计算暂定升压比Rt之后，进行图11A所示的FC升压转换器控制中的处理S209～S214的处理。

<变形例1>

此外，关于用于驱动马达16的对变换器15的电压施加，优选考虑变换器15的变换效率、马达16的驱动效率。例如，如上述的第一实施例及第二实施例所说明的那样，在从燃料电池11向马达16进行电力供给时不使FC升压转换器12停止的情况下，通过FC升压转换器12对施加给变换器15的电压进行升压。在本变形例中，基于要求转矩和马达16的转速，根据将包含变换器15、马达16在内的负载的效率特性和施加给变换器15的电压建立关联的映射，来决定施加给变换器15的电压。并且，通过FC升压转换器12的升压动作，将燃料电池11的输出电压升压为上述决定的电压，施加给变换器15。例如，变换器15的效率特性是相对于施加给变换器15的电压的变换器15的变换效率，马达16的效率特性是相对于施加给马达16的电压的马达16的驱动效率。

在本变形例中，决定负载的效率特性，根据要求转矩和马达16的转速之间的关系，来划定图12A、图12B及图12C所示的负载的效率特性的区域。图12A、图12B及图12C是将要求转矩作为纵轴、将马达16的转速作为横轴，根据效率的高低对负载的效率特性的区域阶段地进行区分表示的映射。图12A是表示施加给变换器15的电压高时的负载的效率特性的区域的映射。图12B是表示施加给变换器15的电压中等时的负载的效率特性的区域的映射。图12C是表示施加给变换器15的电压低时的负载的效率特性的区域的映射。图12A、图12B及图12C中的点A是指基于要求转矩T1和马达16的转速R1(以下仅称作“转速R1”)决定的点，点B是基于要求转矩T2和马达16的转速R2(以下仅称作“转速R2”)决定的点。

图12C中的点A被包含在负载的效率特性为高效率的区域中，但是图12A及图12B中的点A没有被包含在负载的效率特性为高效率的区域中。因此可知，在要求转矩T1及转速R1下，在施加给变换器15的电压低的情况下负载的效率特性高。图12B中的点B被包含在负载的效率特性为高效率的区域中，但是图12A及图12C中的点B没有被包含在负载的效率特性为高效率的区域中。因此可知，在要求转矩T2及转速R2下，在施加给变换器15的电压为中等的情况下负载的效率特性高。这样，负载的效率特性根据施加给变换器15的电压发生变化。即，在施加给变换器15的电压和负载的效率特性之间存在相关关系。

在图12D中示出了针对基于要求转矩T1和转速R1决定的点A的、施加给变换器15的电压和负载的效率特性之间的相互关系。图12D的横轴表示施加给变换器15的电压，图12D的纵轴表示负载的效率特性。如图12D所示，在施加给变换器15的电压低的情况下，与施加给变换器15的电压为中等或高的情况相比，负载的效率特性较高。因此，为了尽可能地保证要求转矩T1及转速R1下的马达16的驱动，进行FC升压转换器12的升压动作以使得施加给变换器15的电压低即可。

在图12E中示出了针对基于要求转矩T2和转速R2决定的点B的、施加给变换器15的电压和负载的效率特性之间的相关关系。图12E的横轴表示施加给变换器15的电压，图12E的纵轴表示负载的效率特性。如图12E所示，在施加给变换器15的电压为中等的情况下，与施加给变换器15的电压为低或高的情况相比，负载的效率特性较高。因此，为了尽可能地保证要求转矩T2及转速R2下的马达16的驱动，进行FC升压转换器12的升压动作以使得施加给变换器15的电压为中等即可。

在本变形例所涉及的燃料电池系统10中，ECU20具有上述的映射，根据负载的效率特性的观点决定施加给变换器15的电压。并且，通过进行FC升压转换器12的升压动作以成为该决定的电压，能够将最佳电压施加给变换器15。

<变形例2>

此外，如上所述，在燃料电池系统10中，也能够代替升压型的蓄电池升压转换器14而采用能够进行升压动作及降压动作的升降压型的转换器。因此，在本变形例中，在上述式(2)中，代替蓄电池升压转换器14的开关损失，代入能够进行升压动作及降压动作的升降压型的转换器(以下称作“蓄电池升降压转换器”)的开关损失，计算FC输出。蓄电池升降压转换器的开关损失是指通过蓄电池升降压转换器的开关产生的对变换器15供给的供给电力的损失量。通过这样设定，能够考虑到FC升压转换器12的开关的损失量或蓄电池升降压转换器的开关的损失量来计算燃料电池11的输出电压。

另外，在FC升压转换器12进行升压动作、蓄电池升降压转换器进行升降压动作的情况下，加入FC升压转换器12的开关损失及蓄电池升降压转换器的开关损失而计算FC输出。即，在上述式(2)中代入FC升压转换器12的开关损失及蓄电池升降压转换器的开关损失，计算FC输出。另一方面，在只有蓄电池升降压转换器进行升降压动作的情况下，仅加入蓄电池升降压转换器的开关损失而计算FC输出。即，在上述式(2)中代入蓄电池升降压转换器的开关损失而不代入FC升压转换器12的开关损失，计算FC输出。此外，在只有FC升压转换器12进行升压动作的情况下，仅加入FC升压转换器12的开关损失而计算FC输出。即，在上述式(2)中代入FC升压转换器12的开关损失而不代入蓄电池升压转换器14的开关损失，计算FC输出。

实施例3

基于图13～15对本发明所涉及的燃料电池系统的第三实施例进行说明。本实施例所涉及的燃料电池系统与上述的第一实施例所涉及的燃料电池系统之间的不同点是FC升压转换器12内的辅助电路12b及其相关的技术。因此，在本实施例中，着眼于该不同点进行说明。

图13是与图2一样以FC升压转换器12为中心表示燃料电池系统10的电气结构的图。在此，在图13所示的FC升压转换器12的辅助电路12b中，还设置有由开关元件S3和二极管D6构成的开关电路。具体而言，开关元件S3的一端与二极管D2的阳极端子侧连接，该开关元件S3的另一端与燃料电池11的低电位侧的端子连接。该开关元件S3用于辅助前面的软开关处理中的模式2的动作中的、蓄积在缓冲电容器C2中的电荷的放电。因此，在本实施例中，基于图14及图15对包含有开关元件S3的开关动作的、新的软开关处理进行说明。

图14是与图3一样表示FC升压转换器12中的软开关处理的流程的流程图。其与图3所示的软开关处理之间的不同点是，在图14所示的处理中，在S102和S103的处理之间即模式2和模式3的各动作之间，设定有基于开关元件S3的开关动作的新的处理S301。因此，重点对该不同点进行说明，关于其他处理，赋予与图3相同的参照标号而省略详细的说明。

在此，在通过S102的处理进行模式2的动作时，在FC升压转换器12中，开关元件S3处于断开状态。此外，为了明确地表示开关元件S3的开关动作的效果，对FC升压转换器12的出口电压VH和其入口电压VL的关系设定成：关于作为表示FC升压转换器12的电气状态的参数的比VH/VL，将该比设定为不到2。在该情况下，通过线圈L2和缓冲电容器C2的半波谐振，该缓冲电容器C2的电荷被释放出来，但如图10B所示那样，缓冲电容器C2的电压不变成零

在此，在本实施例中，在上述半波谐振引起的缓冲电容器C2的电压变动达到底值的定时，通过S301的处理将开关元件S3接通。于是，如图15所示，在缓冲电容器C2中，通过半波谐振也没有释放完的电荷经由开关元件S3分散到辅助电路12b内，因此，能够进一步降低缓冲电容器C2的电压。其结果，在S301之后的S103的处理中，在将开关元件S1接通时，能够尽可能地降低施加在该开关元件S1上的电压，因而能够更可靠地抑制开关损失。另外，在FC升压转换器12的出口电压VH和其入口电压VL的关系中，在比VH/VL超过规定值的情况下(在本实施例中为超过2的情况下)，缓冲电容器C2的电荷通过模式2的动作被释放完，因此不一定需要进行S301的处理。

实施例4

基于图16对本发明所涉及的燃料电池系统的第四实施例进行说明。图16是关于从燃料电池系统10停止的状态开始为了对马达16供给电力而起动时的、与FC升压转换器12的控制有关的流程图。因此，图16所示的起动时FC升压转换器控制是在图11所示的FC升压转换器控制之前通过ECU20进行的控制，能够适用于上述的各实施例中公开的FC升压转换器12。

首先，在S401中，在从燃料电池11向马达16供给电力之前，将FC升压转换器12中的升压比设定为2。即，在燃料电池11起动时，不管马达16的运转状态如何，通过将FC升压转换器12中的升压比设为2，使得该FC升压转换器12的动作区域被设定为上述软开关区域RC4。之后，在S402开始从燃料电池11向马达16的电力供给，在S403中执行用于FC升压转换器12的升压动作的软开关处理。

进而，在S404中，判定燃料电池11的输出电压是否到达了用于驱动马达16所需的规定的输出电压。若在S404是肯定判定，则意味着燃料电池11的起动处理已结束，因此之后进行用于驱动马达16的上述FC升压转换器控制。另一方面，若在S404是否定判定，则意味着燃料电池11的起动处理没有结束，因此再次重复S403以后的处理。

这样，在本实施例所涉及的起动时的FC升压转换器控制中，在燃料电池11的起动处理结束之前的期间，不管马达16的运转状态如何，都将FC升压转换器12中的升压比设定为2。通常在燃料电池11起动时，由于比VH/VL的值没有超过规定的阈值(本实施例的情况下为2)，因此，不能够在使缓冲电容器C2的电压为零的状态下将开关元件S1接通，不能够享受软开关处理带来的开关损失的降低效果。因此，特别是通过S401的处理，在燃料电池11起动时，强制地将升压比设为2而将FC升压转换器12的动作区域设为软开关区域RC4，由此能够实现燃料电池系统10起动时的效率提高。

<其他实施例>

另外，对于上述电路，为了在软开关时使蓄存在缓冲电容器C2中的再生电力不被输入到燃料电池11，因此，也可以在从缓冲电容器C2向燃料电池11流动的电气电路上设置抑制再生电力的元件，或者设置成使得蓄存在缓冲电容器C2中的再生电力向蓄电池13流动。作为抑制向燃料电池11流动的再生电力的方法，例如可考虑在从缓冲电容器C2向燃料电池11流动的电路上设置一端接地的平滑电容器、齐纳二极管或者非线性电阻，由此能够抑制电路的电压成为规定电压以上。此外，设置用于防止再生电力从缓冲电容器C2向燃料电池11倒流的二极管的方法也很有用。并且，作为使再生电力向蓄电池13流动的方法，例如能够列举出使开关元件S2的下游侧不与燃料电池11而与蓄电池13连接的电路结构的方法。

此外，如上述实施方式所说明的那样，若从燃料电池11经由FC升压转换器12对包括变换器15、马达16在内的负载供给电力，则发生FC升压转换器12中的电力损失。在该电力损失中包含有对所变换的电力大小的依赖性小的铁损耗或者开关损失。因此，在输出电力较小的低负载区域中，电力效率的降低特别明显。因此，在低负载区域中，使FC升压转换器12停止，应该不对燃料电池11的电力进行变换而供给至负载(直通模式、旁通模式)、或者应该从蓄电池13经由蓄电池升压转换器14将电力供给至负载的要求较强。

在此，基于图17A～图17D对一般的转换器中的直通模式及旁通模式简单地进行说明。另外，在各图中的粗线箭头表示各转换器中的电流的流动。图17A是表示该转换器是升压型的转换器(上述的FC升压转换器12是该类型的转换器)时的直通模式的形态的图。通过将用于进行升压的开关元件设定为断开状态，能够将一次侧的电压原样施加给二次侧。图17B是表示该转换器是升压型的转换器且是相对于用于升压的线圈与二极管的串联体并联连接旁通用的二极管的转换器时的旁通模式的形态的图。通过将用于进行升压的开关元件设定为断开状态，能够将一次侧的电压分流之后施加给二次侧。图17C是表示该转换器是半桥型的转换器时的直通模式的形态的图。通过将用于升压的两个开关元件中的图中上侧设定为接通状态、下侧设定为断开状态，能够将一次侧的电压原样施加给二次侧。图17D是表示该转换器是全桥型的转换器时的直通模式的形态的图。通过将用于升压的四个开关元件中的图中上侧的两个设定为接通状态、下侧的两个设定为断开状态，能够将一次侧的电压原样施加给二次侧。另外，图17B～图17D所示的结构与上述的FC升压转换器12的转换器不同，但是假设FC升压转换器12采用这些结构的情况下，通过如各图所示那样控制开关元件能够实现上述直通模式及旁通模式。

另一方面，为了提高耐久性，燃料电池11需要避免催化剂的烧结现象。烧结现象是燃料电池11的电极上的Pt催化剂凝结的现象，由于对Pt催化剂表面上的水(以及对质子)的氧化还原反应而引起。而且，已知这样的氧化还原反应在燃料电池11的端子电压接近于开路电压(OCV)的比较高的电位下引起。

若燃料电池11成为低负载，则根据燃料电池11的IV特性，燃料电池11的端子电压逐渐接近开路电压(OCV)。然而，如上所述，若使FC升压转换器12停止，则不能够控制燃料电池11的端子电压，避免上述反应所引起的催化剂的劣化是困难的。

因此，在使FC升压转换器12停止的情况下，通过与FC升压转换器12并联设置的蓄电池升压转换器14来控制FC升压转换器12的输出侧的电压，由此来控制燃料电池11的端子电压即可。即，通过ECU20来监视燃料电池11的端子电压，控制蓄电池升压转换器14的输出电压以使该端子电压不达到用于避免烧结的基准值即可。该基准值例如设定为实验值、经验值即可。

此外，在蓄电池13的端子电压高、且变换器15的需要电压低、蓄电池升压转换器14的升压比不能达到1以上的情况下，相反必须使蓄电池升压转换器14停止。在该情况下，为了避免烧结现象，不使FC升压转换器12停止，而以变换器15的需要电压为基准通过FC升压转换器12控制燃料电池11的端子电压即可。

在以上的任一种情况下，为了将燃料电池11的端子电压控制为上述基准值之下，需要从燃料电池11引出电流来消耗电力。该情况下的电力通过被包含变换器15、马达16在内的负载消耗。但是，对于剩余电力，在蓄电池13的SOC较低且能够向蓄电池13蓄存电力的状态下，蓄存在蓄电池13中，而不能够蓄存在蓄电池13中的电力由辅机(空调、照明、泵等)消耗即可。

此外，本燃料电池系统10也是在车辆1的冲撞时将燃料电池11的输出切断的系统。具体而言，在燃料电池系统10的FC升压转换器12的下游侧，设置有用于将与变换器15及蓄电池升压转换器14之间的电连接接通/断开的继电器电路。另外，根据已经说明的结构可知，燃料电池系统10是流向FC升压转换器12的下游侧的电流量较少的系统。因此，燃料电池系统10成为下述系统：作为上述继电器电路，采用相比在现有的同种系统中紧靠燃料电池后面设置的继电器电路小型的继电器电路(低电流用的继电器电路)。

并且，燃料电池系统10的ECU20成为下述单元：基于设置于车辆1上的碰撞检测传感器的输出，始终监视有无碰撞，在检测到有碰撞时，通过控制继电器电路而切断FC升压转换器12与变换器15及蓄电池升压转换器14之间的电连接。

Claims

1.一种燃料电池系统，具有：

驱动马达，是用于驱动负载的动力源，由电力驱动；

燃料电池，通过含有氧的氧化气体与含有氢的燃料气体之间的电化学反应进行发电，向所述驱动马达供给电力；

第一升压装置，能够使从所述燃料电池输出的电压升压，并将升压后的电压供给至所述驱动马达；

二次电池，能够进行电力的充电及放电，并通过该放电向所述驱动马达供给电力；

第二升压装置，能够使从所述二次电池输出的电压升压，并将升压后的电压供给至所述驱动马达；以及

升压控制单元，基于所述燃料电池的输出电压与所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电压之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压，

所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、和由所述第二升压装置使所述二次电池的输出电压升压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压，

在所述燃料电池的输出电压高于所述驱动马达的所述马达需要电压，且所述燃料电池的输出电压高于所述二次电池的开路电压时，所述升压控制单元禁止所述第一升压装置对所述燃料电池的输出电压的升压，且将该燃料电池的输出电压直接供给至该驱动马达，在所述燃料电池的输出电压低于所述驱动马达的所述马达需要电压时，将由所述第一升压装置升压后的该燃料电池的输出电压供给至该驱动马达。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、由所述第一升压装置使所述燃料电池的输出电压升压时损失的电力、和由所述第二升压装置使所述二次电池的输出电压升压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。

3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，

所述升压控制单元进而基于施加给所述驱动马达的电压与所述驱动马达的驱动效率之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压。

4.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，

所述升压控制单元进而基于施加给所述驱动马达的电压与所述驱动马达的驱动效率之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压以及由所述第二升压装置进行的电压升压。

5.一种燃料电池系统，具有：

驱动马达，是用于驱动负载的动力源，由电力驱动；

升降压装置，能够使从所述二次电池输出的电压升压或降压，并将升降压后的电压供给至所述驱动马达；以及

所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、和由所述升降压装置使所述二次电池的输出电压升降压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压，

在所述燃料电池的输出电压高于所述驱动马达的所述马达需要电压时，所述升压控制单元不受所述二次电池的开路电压的限制地禁止所述第一升压装置对所述燃料电池的输出电压的升压，且将该燃料电池的输出电压直接供给至该驱动马达，在所述燃料电池的输出电压低于所述驱动马达的所述马达需要电压时，将由所述第一升压装置升压后的该燃料电池的输出电压供给至该驱动马达。

6.如权利要求5所述的燃料电池系统，其中，

所述升压控制单元基于所述驱动马达进行驱动所需的马达需要电力、所述二次电池的充放电的电力、由所述第一升压装置使所述燃料电池的输出电压升压时损失的电力、和由所述升降压装置使所述二次电池的输出电压升降压时损失的电力，计算所述驱动马达进行驱动时的所述燃料电池的输出电力，并根据该计算出的所述燃料电池的输出电力计算所述燃料电池的输出电压。

7.如权利要求5或6所述的燃料电池系统，其中，

8.如权利要求5或6所述的燃料电池系统，其中，

所述升压控制单元进而基于施加给所述驱动马达的电压与所述驱动马达的驱动效率之间的相关关系，控制由所述第一升压装置进行的电压升压以及由所述升降压装置进行的电压升降压。