JP2004234907A - 燃料電池車両用電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータ等の故障を生ずるおそれがなく、燃費に優れる燃料電池車両用電源システムを提供する。
【解決手段】充放電可能な蓄電手段３０に直列接続される第１の端子４１、および燃料電池２０に直列接続される第２の端子４２の電圧を調整自在なＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、燃料電池及びＤＣ／ＤＣコンバータの間であって、蓄電手段に対して並列接続され、蓄電手段の電力によって作動する補機６０と、特定の運転時に第１の端子の電圧が徐々に蓄電手段の電圧と等電圧になるように調整する第１の電圧調整手段４３と、特定の運転時に第２の端子の電圧が徐々に蓄電手段の電圧と等電圧になるように調整する第２の電圧調整手段５２、５３とを備え、第１の電圧調整手段及び第２の電圧調整手段で、第１の端子及び第２の端子の電圧を蓄電手段の電圧と等電圧に調整した後、補機を起動するようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】充放電可能な蓄電手段３０に直列接続される第１の端子４１、および燃料電池２０に直列接続される第２の端子４２の電圧を調整自在なＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、燃料電池及びＤＣ／ＤＣコンバータの間であって、蓄電手段に対して並列接続され、蓄電手段の電力によって作動する補機６０と、特定の運転時に第１の端子の電圧が徐々に蓄電手段の電圧と等電圧になるように調整する第１の電圧調整手段４３と、特定の運転時に第２の端子の電圧が徐々に蓄電手段の電圧と等電圧になるように調整する第２の電圧調整手段５２、５３とを備え、第１の電圧調整手段及び第２の電圧調整手段で、第１の端子及び第２の端子の電圧を蓄電手段の電圧と等電圧に調整した後、補機を起動するようにした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池車両に好適に使用することができる燃料電池車両用電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池及び二次電池を併用する燃料電池車両においては、燃料電池及び二次電池の間に直列接続したＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、燃料電池及び二次電池の電圧差を調整している。
【０００３】
例えば、従来の燃料電池車両用電源システムにおいては、燃料電池と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池とを直列接続し、補機類をＤＣ／ＤＣコンバータ〜二次電池間であって二次電池に対して並列接続しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１１８９８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の燃料電池車両用電源システムにあっては、燃料電池からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータを経由して補機類に供給されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータで電力損失が発生し、ひいては燃費悪化を生じる可能性がある。
【０００６】
そこで、例えば、燃料電池と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池とを直列接続し、補機類を燃料電池〜ＤＣ／ＤＣコンバータ間であって、燃料電池に対して並列接続することが考えられる。
【０００７】
ところで、燃料電池を停止状態から始動するには、補機（例えば、空気供給コンプレッサ）を作動させて燃料電池に圧縮空気等を送らなければならない。このときの必要な電力は、二次電池から補機に供給する必要がある。
【０００８】
ところが、上述のような二次電池〜補機類間にＤＣ／ＤＣコンバータを配置する構成の場合は、二次電池が高電圧であることから、二次電池から補機に電力を供給したときに、途中のＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサを突入電流で破壊してしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の故障を生ずるおそれがなく、燃費に優れる燃料電池車両用電源システムを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【００１１】
本発明は、燃料電池（２０）と、充放電可能な蓄電手段（３０）と、前記蓄電手段（３０）に直列接続される第１の端子（４１）、および前記燃料電池（２０）に直列接続される第２の端子（４２）を備え、その第１の端子（４１）及び第２の端子（４２）の電圧を調整自在なＤＣ／ＤＣコンバータ（４０）と、前記燃料電池（２０）及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４０）の間であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４０）を介して前記蓄電手段（３０）に対して並列接続され、前記蓄電手段（３０）の電力及び燃料電池の発電電力によって作動する補機（６０）と、特定の運転において、前記第１の端子（４１）の電圧が徐々に前記蓄電手段（３０）の電圧と等電圧になるように調整する第１の電圧調整手段（４３）と、特定の運転において、前記第２の端子（４２）の電圧が徐々に前記蓄電手段（３０）の電圧と等電圧になるように調整する第２の電圧調整手段（５２、５３）とを備え、前記第１の電圧調整手段（４３）及び前記第２の電圧調整手段（５２、５３）で、前記第１の端子（４１）の電圧及び前記第２の端子（４２）の電圧を前記蓄電手段（３０）の電圧と等電圧に調整した後、前記補機（６０）を起動するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【作用・効果】
本発明によれば、第１の端子及び第２の端子の電圧を蓄電手段と等電圧にしてから、蓄電池の電力を補機に供給して起動するようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサに突入電流が流れ込むことを防止することができ、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障を生じさせない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
（燃料電池車両用電源システムの第１実施形態）
図１は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１４】
燃料電池車両用電源システム１０は、燃料電池２０と、二次電池３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０とを直列に接続し、燃料電池２０〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間にコンプレッサインバータ６１と、駆動インバータ７１と、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１とを燃料電池２０に対して並列に接続している。
【００１５】
燃料電池車両用電源システム１０は、燃料電池２０から供給される電力と、二次電池３０から供給される電力とを切り替えて、コンプレッサモータ６０や駆動モータ７０を駆動し、また、燃料電池２０の余剰電気エネルギを二次電池３０に蓄電する。
【００１６】
燃料電池２０は、この燃料電池２０をシステムと断続する燃料電池用リレー２１及び電流の逆流防止機能を有するダイオード２２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第２端子４２に接続されている。また、燃料電池２０は、駆動インバータ７１の直流側にも接続され、駆動インバータ７１に対して駆動用のエネルギを供給する。
【００１７】
二次電池３０は、燃料電池２０の余剰電力を蓄えるとともに、コンプレッサインバータ６１や駆動インバータ７１や１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１へ電力アシストを行う高電圧バッテリである。二次電池３０は、この二次電池３０をシステムと断続するリレーボックス５０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４０に接続されている。このリレーボックス５０は、メインリレー５１で二次電池３０及びＤＣ／ＤＣコンバータ４０（第１端子４１）を直列接続している。また、リレーボックス５０は、直列に接続したサブリレー５２及び抵抗５３を、メインリレー５１に対して並列接続している。なお、この抵抗５３が設けられていることから、二次電池３０からの突入電流を防止することができ、後述のようにコンデンサは徐々に充電され、電圧も徐々に上昇することとなる。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、第１端子４１及び第２端子４２を有し、前述の通り、二次電池３０及び燃料電池２０を、それぞれ第１端子４１及び第２端子４２に直列接続する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にはジャンパリレー４３が並列接続されている。このジャンパリレー４３は、一端がＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第２端子４２に接続され、他端がサブリレー５２に接続されている。
【００１９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、後述のように、電流計４０８及び電圧計４０９が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電圧計４０９で計測した電圧に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行う。
【００２０】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電圧制御以外にも、例えば、電流計４０８で計測した電流に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行ってもよい。また、電流計４０８及び電圧計４０９で求めた電力に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行ってもよい。
【００２１】
燃料電池２０（ダイオード２２）〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間には、コンプレッサインバータ６１と、駆動インバータ７１と、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１とが燃料電池２０に対して並列に接続されている。
【００２２】
コンプレッサインバータ（以下「ＣＯＭＰインバータ」という）６１は、コンプレッサのモータ（以下「ＣＯＭＰモータ」という）６０を作動させる補機であり、直流側にコンデンサ（不図示）を備えており、その直流側をダイオード２２〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間であって燃料電池２０に対して並列に接続し、交流側をＣＯＭＰモータ６０に接続する。ＣＯＭＰインバータ６１は、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する。
【００２３】
駆動インバータ７１は、駆動モータ７０を作動させる補機であり、直流側にコンデンサ（不図示）を備えており、その直流側をダイオード２２〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間であって燃料電池２０に対して並列に接続し、交流側を駆動モータ７０に接続する。駆動インバータ７１は、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力で駆動モータ７０を駆動して、タイヤ（不図示）を動かし、車両の駆動源となる。
【００２４】
１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１は、ランプ等の車両補機８２への電源供給や１２Ｖバッテリ８０の充電を行う補機である。１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１は、高電圧側にコンデンサ（不図示）を備えており、その高電圧側をダイオード２２〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間であって燃料電池２０に対して並列に接続し、低電圧側を１２Ｖバッテリ８０に接続する。
【００２５】
図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、上述の通り、第１端子４１及び第２端子４２を備え、第１端子４１は二次電池３０に接続され、第２端子４２は燃料電池２０に接続される。また、第１端子４１にはコンデンサ４０１が接続されており、第２端子４２にはコンデンサ４０２が接続されている。コンデンサ４０１〜コンデンサ４０２の間には、順方向降圧コンバータ４０６、逆方向降圧コンバータ４０４、順方向昇圧コンバータ４０５及び逆方向昇圧コンバータ４０３が並列接続されている。
【００２７】
図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図であり、図２のブロック図を具体的な回路図として示すものである。
【００２８】
各コンバータ４０３〜４０６には、それぞれ１つずつのリアクトル４０７が接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０全体として４個のリアクトル４０７を有する。さらにＤＣ／ＤＣコンバータ４０全体として、６個のダイオードと６個のＳＷ素子（ＩＧＢＴ等）とを有する。また、各端子４１、４２には、電流を測定するための電流計４０８が接続されている。また、端子間の電圧を測定するための電圧計４０９が、コンデンサ４０１、４０２と並列接続されている。
【００２９】
（起動時制御）
図４は、第１実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【００３０】
車両の停止状態から、走行を開始するときに本制御を行う。
【００３１】
イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮされると、本制御を開始する（ステップＳ１００）。
【００３２】
まず、ジャンパリレー４３を導通し（ステップＳ１０１）、サブリレー５２を導通する（ステップＳ１０２）。すると、電流が二次電池３０から抵抗５３を経由して第１端子４１、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１に流れる。そして、第１端子４１、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、それらのコンデンサが充電される。このとき、抵抗５３が設けられていることから突入電流を生じることがなく、コンデンサは徐々に充電されることとなる。
【００３３】
そして、各コンデンサの充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ１０３）、充電が完了したらメインリレー５１を導通した後（ステップＳ１０４）、ジャンパリレー４３を開放するとともに（ステップＳ１０５）、サブリレー５２を開放する（ステップＳ１０６）。すると、電流が二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→ＣＯＭＰインバータ６１に流れる。
【００３４】
そこで、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ１０７）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００３５】
（発電再開時制御）
図５は、第１実施形態の燃料電池車両用電源システムの発電再開時の制御を説明するフローチャートである。
【００３６】
走行途中で燃料電池の発電を停止して二次電池からの電力のみで走行した後、再度、燃料電池の発電を開始するときは、以下のように制御する。なお、この場合は、二次電池からの電力で走行しているので、電流は、二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→駆動インバータ７１と流れており、駆動インバータ７１が、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力で駆動モータ７０を駆動して走行している。
【００３７】
燃料電池２０が発電を停止しており、二次電池３０からの電力で走行中であって（ステップＳ１１１）、燃料電池２０の発電を再開する必要があるときに本制御を開始する（ステップＳ１１２）。
【００３８】
第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧以上であったら（ステップＳ１１３）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子をＳＷ動作させ（ステップＳ１１４）、第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧と等電圧になるまで、その状態を維持し（ステップＳ１１５）、等電圧になったら、まず、ジャンパリレー４３を導通し（ステップＳ１１６）、続いて順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子を開放した後（ステップＳ１１７）、燃料電池２０の発電再開時期になったら（ステップＳ１１８）、ジャンパリレー４３を開放する（ステップＳ１１９）。このとき、電流が二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→ＣＯＭＰインバータ６１に流れ、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ１２０）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００３９】
また、ステップＳ１１３において、第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧未満であったら（ステップＳ１１３）、逆方向降圧コンバータ４０４のスイッチング素子をＳＷ動作させ（ステップＳ１２１）、第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧と等電圧になるまで、その状態を維持し（ステップＳ１２２）、等電圧になったら、まず、ジャンパリレー４３を導通し（ステップＳ１２３）、続いて逆方向降圧コンバータ４０４のスイッチング素子を開放した後（ステップＳ１２４）、燃料電池２０の発電再開時期になったら（ステップＳ１１８）、ジャンパリレー４３を開放する（ステップＳ１１９）。そして、上記と同様にコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給して（ステップＳ１２０）、燃料電池２０の発電を開始する。
【００４０】
本実施形態によれば、起動時及び発電再開時において、まず、コンデンサ４０１、４０２を徐々に充電して、コンデンサ４０１、４０２の電圧が高電圧の二次電池３０と同じになってから、二次電池３０と接続することとした。そのため、高電圧バッテリ（二次電池３０）からコンデンサ４０１、４０２に急激に流れ込む突入電流を防止することができ、コンデンサ４０１、４０２の故障を防止することができる。
【００４１】
（ＤＣ／ＤＣコンバータの第２実施形態）
図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２実施形態を示す回路図であり、図２のブロック図に対する回路図の第２実施形態を示すものである。
【００４２】
なお、以下に示す各実施形態では、前述の実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００４３】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、２個のリアクトル４０７と、４個のダイオードと、４個のＳＷ素子（ＩＧＢＴ等）とで構成されている。また、各端子４１、４２には、電流を測定するための電流計４０８が接続されている。また、端子間の電圧を測定するための電圧計４０９が、コンデンサ４０１、４０２と並列接続されている。
【００４４】
本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、リアクトル４０７、ダイオード、ＳＷ素子（ＩＧＢＴ等）の数を減らすことができ、コストの低減化、ユニットの小型化を図ることができる。
【００４５】
（ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態）
図７は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態の構成を示すブロック図である。図８は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態を示す回路図であり、図７のブロック図を具体的な回路図として示すものである。
【００４６】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、コンデンサ４０１〜コンデンサ４０２の間に、順方向降圧コンバータ４０６、逆方向昇圧コンバータ４０３、順方向昇圧コンバータ４０５及び逆方向降圧コンバータ４０４が直列接続されている（図７）。
【００４７】
具体的な回路は、図８に示す通りであり、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、１個のリアクトル４０７と、４個のダイオードと、４個のＳＷ素子（ＩＧＢＴ等）とで構成されている。また、各端子４１、４２には、電流を測定するための電流計４０８が接続されている。また、端子間の電圧を測定するための電圧計４０９が、コンデンサ４０１、４０２と並列接続されている。
【００４８】
本実施形態によれば、第２実施形態に比べても、さらに、リアクトル４０７の数を減らすことができ、一層のコスト低減化、ユニットの小型化を図ることができる。
【００４９】
（発電再開時制御の第２実施形態）
図９は、燃料電池車両用電源システムの発電再開時の制御の第２実施形態を説明するフローチャートである。
【００５０】
走行途中で燃料電池の発電を停止して二次電池からの電力のみで走行した後、再度、燃料電池の発電を開始するときは、以下のように制御してもよい。
【００５１】
燃料電池２０が発電を停止しており、二次電池３０からの電力で走行中であって（ステップＳ１３１）、燃料電池２０の発電を再開する必要があるときに本制御を開始する（ステップＳ１３２）。
【００５２】
第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧以上であったら（ステップＳ１３３）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子をＳＷ動作させる（ステップＳ１３７）。
【００５３】
一方、 第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧未満であったら（ステップＳ１３３）、逆方向降圧コンバータ４０４のスイッチング素子をＳＷ動作させ（ステップＳ１３４）、第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧と等電圧になるまで、その状態を維持して（ステップＳ１３５）、逆方向降圧コンバータ４０４のスイッチング素子を開放してから（ステップＳ１３６）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子をＳＷ動作させる（ステップＳ１３７）。
【００５４】
そして、燃料電池２０の発電再開時期になったら（ステップＳ１３８）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子を開放し（ステップＳ１３９）、コンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給して（ステップＳ１４０）、燃料電池２０の発電を開始する。
【００５５】
本実施形態のように発電再開時の制御をおこなっても、コンデンサ４０１、４０２を徐々に充電して、コンデンサ４０１、４０２の電圧が高電圧の二次電池３０と同じになってから、二次電池３０と接続するので、高電圧バッテリ（二次電池３０）からコンデンサ４０１、４０２に急激に流れ込む突入電流を防止することができ、コンデンサ４０１、４０２の故障を防止することができる。
【００５６】
（燃料電池車両用電源システムの第２実施形態）
図１０は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【００５７】
本実施形態は、ジャンパリレー４３が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にユニット化されて並列接続されている点で、上記第１実施形態（図１）と相違する。
【００５８】
本実施形態の制御方法は、上記第１実施形態の制御フローチャート（図４、図５、図９）と同じであるので、説明を省略する。
【００５９】
本実施形態によれば、ジャンパリレー４３が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にユニット化されているので、第１実施形態の効果に加えて、さらに車両への搭載性に優れる。
【００６０】
（燃料電池車両用電源システムの第３実施形態）
図１１は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【００６１】
本実施形態は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、ジャンパリレー４３が設けられていない点で、上記第１実施形態（図１）との相違する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の具体的な回路は上記に説明したいずれの回路でもよい。
【００６２】
（起動時制御）
図１２は、第３実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【００６３】
車両が完全に停止している状態から、走行を開始するときに本制御を行う。
【００６４】
イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮされると、本制御を開始する（ステップＳ３００）。
【００６５】
まず、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子をＳＷ動作させ（ステップＳ３０１）、サブリレー５２を導通する（ステップＳ３０２）。すると、電流が二次電池３０から抵抗５３を経由して第１端子４１、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１に流れる。そして、第１端子４１、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、それらのコンデンサが充電される。
【００６６】
そして、各コンデンサの充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ３０３）、充電が完了したらメインリレー５１を導通した後（ステップＳ３０４）、サブリレー５２を開放するとともに（ステップＳ３０５）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子を開放する（ステップＳ３０６）。すると、電流が二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→ＣＯＭＰインバータ６１に流れる。
【００６７】
そこで、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ３０７）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００６８】
なお、発電再開時の制御については、上記第１実施形態と同一の制御によって実施することができるので、説明を省略する。
【００６９】
本実施形態によれば、ジャンパリレー４３を省略しているので、第１実施形態の効果に加えて、さらにコストを安価に抑えることができる。
【００７０】
（起動時制御の別の実施形態）
図１３は、上記第３実施形態の燃料電池車両用電源システム（図１１）の起動時の別の制御方法を説明するフローチャートである。
【００７１】
第３実施形態の燃料電池車両用電源システム（図１１）においては、起動時の制御を以下のようにしてもよい。
【００７２】
車両が完全に停止している状態から、走行を開始するときに本制御を行う。
【００７３】
イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮされると、本制御を開始する（ステップＳ３１０）。
【００７４】
まず、サブリレー５２を導通する（ステップＳ３１１）。すると、電流が二次電池３０から抵抗５３を経由して第１端子４１に流れる。そして、第１端子４１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、そのコンデンサが充電される。
【００７５】
そして、第１端子４１のコンデンサ４０１の充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ３１２）、充電が完了したらメインリレー５１を導通した後（ステップＳ３１３）、サブリレー５２を開放し（ステップＳ３１４）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に動作指令を送る（ステップＳ３１５）。すると、電流がＤＣ／ＤＣコンバータ４０（第２端子４２）からＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１に流れる。そして、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、それらのコンデンサが充電される。
【００７６】
そして、各コンデンサの充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ３１６）、充電が完了したらＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作指令を停止した後（ステップＳ３１７）、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ３１８）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００７７】
第３実施形態の燃料電池車両用電源システム（図１１）においては、本実施形態のように起動時の制御を行ってもよい。このように制御を行うことでも、ジャンパリレー４３を省略することができるので、低コスト化を実現することができる。
【００７８】
（燃料電池車両用電源システムの第４実施形態）
図１４は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【００７９】
本実施形態では、ジャンパリレー４３は、一端が抵抗４４を介して、二次電池３０〜メインリレー５１間に接続され、他端がＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第２端子４２に接続されている。
【００８０】
図１５は、第４実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【００８１】
車両が完全に停止している状態から、走行を開始するときに本制御を行う。
【００８２】
イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮされると、本制御を開始する（ステップＳ４００）。
【００８３】
まず、サブリレー５２を導通する（ステップＳ４０１）。すると、電流が二次電池３０から抵抗５３を経由して第１端子４１に流れる。そして、第１端子４１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、そのコンデンサが充電される。
【００８４】
そして、第１端子４１のコンデンサ４０１の充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ４０２）、充電が完了したらメインリレー５１を導通した後（ステップＳ４０３）、サブリレー５２を開放する（ステップＳ４０４）。
【００８５】
続いて、ジャンパリレー４３を導通する（ステップＳ４０５）。すると、電流が二次電池３０から抵抗４４を経由して、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１に流れる。そして、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、それらのコンデンサが充電される。
【００８６】
そして、各コンデンサの充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ４０６）、充電が完了したらジャンパリレー４３を開放する（ステップＳ４０６）。すると、電流が二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→ＣＯＭＰインバータ６１に流れる。
【００８７】
そこで、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ４０８）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００８８】
本実施形態によっても、起動時に、まず、コンデンサ４０１、４０２を徐々に充電して、コンデンサ４０１、４０２の電圧が高電圧の二次電池３０と同じになってから、二次電池３０と接続することとしたので、高電圧バッテリ（二次電池３０）からコンデンサ４０１、４０２に急激に流れ込む突入電流を防止することができ、コンデンサ４０１、４０２の故障を防止することができる。
【００８９】
（燃料電池車両用電源システムの第５実施形態）
図１６は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【００９０】
本実施形態では、ジャンパリレー４３は、一端が抵抗４４を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第１端子４１に接続され、他端がＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第２端子４２に接続されている。すなわち、ジャンパリレー４３及び抵抗４４が直列接続された状態で、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と並列接続されユニット化されているものである。
【００９１】
このような構成の電源システムであっても、上記第５実施形態と同様の制御（図１５）によって燃料電池２０の発電を開始することができる。なお、制御フローチャートは、図１５と同一のため、説明を省略する。
【００９２】
本実施形態によれば、ジャンパリレー４３及び抵抗４４が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にユニット化されているので、車両への搭載性に優れる。
【００９３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００９４】
例えば、制御の順序は、上記機能を満たすことができれば、変更してもよい。例えば、図１５においてステップＳ４０５〜Ｓ４０７を先に行った後、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４を行ってもよい。また、上記実施形態では、電圧調整手段として、リレー及び抵抗（固定抵抗）を使用しているが、可変抵抗を使用してもよい。さらに、上記実施形態では、蓄電手段として、二次電池を例示して説明したが、例えばキャパシタ等であってもよい。さらにまた、上記実施形態では蓄電手段の電力によって作動する補機としてコンプレッサを例示したが、燃料ポンプ等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池車両用電源システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図３】ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図４】第１実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【図５】第１実施形態の燃料電池車両用電源システムの発電再開時の制御を説明するフローチャートである。
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータの第２実施形態を示す回路図である。
【図７】ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態を示す回路図である。
【図９】燃料電池車両用電源システムの発電再開時の制御の第２実施形態を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の燃料電池車両用電源システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の燃料電池車両用電源システムの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】第３実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【図１３】上記第３実施形態の燃料電池車両用電源システム（図１１）の起動時の別の制御方法を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の燃料電池車両用電源システムの第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１５】第４実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の燃料電池車両用電源システムの第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池車両用電源システム
２０ 燃料電池
３０ 二次電池
４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４０１，４０２ コンデンサ
４０３ 逆方向昇圧コンバータ
４０４ 逆方向降圧コンバータ
４０５ 順方向昇圧コンバータ
４０６ 順方向降圧コンバータ
４０７ リアクトル
４０８ 電流計
４０９ 電圧計
４１ 第１端子
４２ 第２端子
４３ ジャンパリレー
４４ 抵抗
５０ リレーボックス
５１ メインリレー
５２ サブリレー
５３ 抵抗
６０ コンプレッサモータ
６１ コンプレッサインバータ
７０ 駆動モータ
７１ 駆動インバータ
８０ １２Ｖバッテリ
８１ １２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池車両に好適に使用することができる燃料電池車両用電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池及び二次電池を併用する燃料電池車両においては、燃料電池及び二次電池の間に直列接続したＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、燃料電池及び二次電池の電圧差を調整している。
【０００３】
例えば、従来の燃料電池車両用電源システムにおいては、燃料電池と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池とを直列接続し、補機類をＤＣ／ＤＣコンバータ〜二次電池間であって二次電池に対して並列接続しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１１８９８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の燃料電池車両用電源システムにあっては、燃料電池からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータを経由して補機類に供給されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータで電力損失が発生し、ひいては燃費悪化を生じる可能性がある。
【０００６】
そこで、例えば、燃料電池と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池とを直列接続し、補機類を燃料電池〜ＤＣ／ＤＣコンバータ間であって、燃料電池に対して並列接続することが考えられる。
【０００７】
ところで、燃料電池を停止状態から始動するには、補機（例えば、空気供給コンプレッサ）を作動させて燃料電池に圧縮空気等を送らなければならない。このときの必要な電力は、二次電池から補機に供給する必要がある。
【０００８】
ところが、上述のような二次電池〜補機類間にＤＣ／ＤＣコンバータを配置する構成の場合は、二次電池が高電圧であることから、二次電池から補機に電力を供給したときに、途中のＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサを突入電流で破壊してしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の故障を生ずるおそれがなく、燃費に優れる燃料電池車両用電源システムを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【００１１】
本発明は、燃料電池（２０）と、充放電可能な蓄電手段（３０）と、前記蓄電手段（３０）に直列接続される第１の端子（４１）、および前記燃料電池（２０）に直列接続される第２の端子（４２）を備え、その第１の端子（４１）及び第２の端子（４２）の電圧を調整自在なＤＣ／ＤＣコンバータ（４０）と、前記燃料電池（２０）及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４０）の間であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４０）を介して前記蓄電手段（３０）に対して並列接続され、前記蓄電手段（３０）の電力及び燃料電池の発電電力によって作動する補機（６０）と、特定の運転において、前記第１の端子（４１）の電圧が徐々に前記蓄電手段（３０）の電圧と等電圧になるように調整する第１の電圧調整手段（４３）と、特定の運転において、前記第２の端子（４２）の電圧が徐々に前記蓄電手段（３０）の電圧と等電圧になるように調整する第２の電圧調整手段（５２、５３）とを備え、前記第１の電圧調整手段（４３）及び前記第２の電圧調整手段（５２、５３）で、前記第１の端子（４１）の電圧及び前記第２の端子（４２）の電圧を前記蓄電手段（３０）の電圧と等電圧に調整した後、前記補機（６０）を起動するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【作用・効果】
本発明によれば、第１の端子及び第２の端子の電圧を蓄電手段と等電圧にしてから、蓄電池の電力を補機に供給して起動するようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサに突入電流が流れ込むことを防止することができ、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障を生じさせない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
（燃料電池車両用電源システムの第１実施形態）
図１は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１４】
燃料電池車両用電源システム１０は、燃料電池２０と、二次電池３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０とを直列に接続し、燃料電池２０〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間にコンプレッサインバータ６１と、駆動インバータ７１と、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１とを燃料電池２０に対して並列に接続している。
【００１５】
燃料電池車両用電源システム１０は、燃料電池２０から供給される電力と、二次電池３０から供給される電力とを切り替えて、コンプレッサモータ６０や駆動モータ７０を駆動し、また、燃料電池２０の余剰電気エネルギを二次電池３０に蓄電する。
【００１６】
燃料電池２０は、この燃料電池２０をシステムと断続する燃料電池用リレー２１及び電流の逆流防止機能を有するダイオード２２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第２端子４２に接続されている。また、燃料電池２０は、駆動インバータ７１の直流側にも接続され、駆動インバータ７１に対して駆動用のエネルギを供給する。
【００１７】
二次電池３０は、燃料電池２０の余剰電力を蓄えるとともに、コンプレッサインバータ６１や駆動インバータ７１や１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１へ電力アシストを行う高電圧バッテリである。二次電池３０は、この二次電池３０をシステムと断続するリレーボックス５０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４０に接続されている。このリレーボックス５０は、メインリレー５１で二次電池３０及びＤＣ／ＤＣコンバータ４０（第１端子４１）を直列接続している。また、リレーボックス５０は、直列に接続したサブリレー５２及び抵抗５３を、メインリレー５１に対して並列接続している。なお、この抵抗５３が設けられていることから、二次電池３０からの突入電流を防止することができ、後述のようにコンデンサは徐々に充電され、電圧も徐々に上昇することとなる。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、第１端子４１及び第２端子４２を有し、前述の通り、二次電池３０及び燃料電池２０を、それぞれ第１端子４１及び第２端子４２に直列接続する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にはジャンパリレー４３が並列接続されている。このジャンパリレー４３は、一端がＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第２端子４２に接続され、他端がサブリレー５２に接続されている。
【００１９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、後述のように、電流計４０８及び電圧計４０９が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電圧計４０９で計測した電圧に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行う。
【００２０】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電圧制御以外にも、例えば、電流計４０８で計測した電流に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行ってもよい。また、電流計４０８及び電圧計４０９で求めた電力に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行ってもよい。
【００２１】
燃料電池２０（ダイオード２２）〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間には、コンプレッサインバータ６１と、駆動インバータ７１と、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１とが燃料電池２０に対して並列に接続されている。
【００２２】
コンプレッサインバータ（以下「ＣＯＭＰインバータ」という）６１は、コンプレッサのモータ（以下「ＣＯＭＰモータ」という）６０を作動させる補機であり、直流側にコンデンサ（不図示）を備えており、その直流側をダイオード２２〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間であって燃料電池２０に対して並列に接続し、交流側をＣＯＭＰモータ６０に接続する。ＣＯＭＰインバータ６１は、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する。
【００２３】
駆動インバータ７１は、駆動モータ７０を作動させる補機であり、直流側にコンデンサ（不図示）を備えており、その直流側をダイオード２２〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間であって燃料電池２０に対して並列に接続し、交流側を駆動モータ７０に接続する。駆動インバータ７１は、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力で駆動モータ７０を駆動して、タイヤ（不図示）を動かし、車両の駆動源となる。
【００２４】
１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１は、ランプ等の車両補機８２への電源供給や１２Ｖバッテリ８０の充電を行う補機である。１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１は、高電圧側にコンデンサ（不図示）を備えており、その高電圧側をダイオード２２〜ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間であって燃料電池２０に対して並列に接続し、低電圧側を１２Ｖバッテリ８０に接続する。
【００２５】
図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、上述の通り、第１端子４１及び第２端子４２を備え、第１端子４１は二次電池３０に接続され、第２端子４２は燃料電池２０に接続される。また、第１端子４１にはコンデンサ４０１が接続されており、第２端子４２にはコンデンサ４０２が接続されている。コンデンサ４０１〜コンデンサ４０２の間には、順方向降圧コンバータ４０６、逆方向降圧コンバータ４０４、順方向昇圧コンバータ４０５及び逆方向昇圧コンバータ４０３が並列接続されている。
【００２７】
図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図であり、図２のブロック図を具体的な回路図として示すものである。
【００２８】
各コンバータ４０３〜４０６には、それぞれ１つずつのリアクトル４０７が接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０全体として４個のリアクトル４０７を有する。さらにＤＣ／ＤＣコンバータ４０全体として、６個のダイオードと６個のＳＷ素子（ＩＧＢＴ等）とを有する。また、各端子４１、４２には、電流を測定するための電流計４０８が接続されている。また、端子間の電圧を測定するための電圧計４０９が、コンデンサ４０１、４０２と並列接続されている。
【００２９】
（起動時制御）
図４は、第１実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【００３０】
車両の停止状態から、走行を開始するときに本制御を行う。
【００３１】
イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮされると、本制御を開始する（ステップＳ１００）。
【００３２】
まず、ジャンパリレー４３を導通し（ステップＳ１０１）、サブリレー５２を導通する（ステップＳ１０２）。すると、電流が二次電池３０から抵抗５３を経由して第１端子４１、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１に流れる。そして、第１端子４１、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、それらのコンデンサが充電される。このとき、抵抗５３が設けられていることから突入電流を生じることがなく、コンデンサは徐々に充電されることとなる。
【００３３】
そして、各コンデンサの充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ１０３）、充電が完了したらメインリレー５１を導通した後（ステップＳ１０４）、ジャンパリレー４３を開放するとともに（ステップＳ１０５）、サブリレー５２を開放する（ステップＳ１０６）。すると、電流が二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→ＣＯＭＰインバータ６１に流れる。
【００３４】
そこで、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ１０７）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００３５】
（発電再開時制御）
図５は、第１実施形態の燃料電池車両用電源システムの発電再開時の制御を説明するフローチャートである。
【００３６】
走行途中で燃料電池の発電を停止して二次電池からの電力のみで走行した後、再度、燃料電池の発電を開始するときは、以下のように制御する。なお、この場合は、二次電池からの電力で走行しているので、電流は、二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→駆動インバータ７１と流れており、駆動インバータ７１が、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力で駆動モータ７０を駆動して走行している。
【００３７】
燃料電池２０が発電を停止しており、二次電池３０からの電力で走行中であって（ステップＳ１１１）、燃料電池２０の発電を再開する必要があるときに本制御を開始する（ステップＳ１１２）。
【００３８】
第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧以上であったら（ステップＳ１１３）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子をＳＷ動作させ（ステップＳ１１４）、第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧と等電圧になるまで、その状態を維持し（ステップＳ１１５）、等電圧になったら、まず、ジャンパリレー４３を導通し（ステップＳ１１６）、続いて順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子を開放した後（ステップＳ１１７）、燃料電池２０の発電再開時期になったら（ステップＳ１１８）、ジャンパリレー４３を開放する（ステップＳ１１９）。このとき、電流が二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→ＣＯＭＰインバータ６１に流れ、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ１２０）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００３９】
また、ステップＳ１１３において、第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧未満であったら（ステップＳ１１３）、逆方向降圧コンバータ４０４のスイッチング素子をＳＷ動作させ（ステップＳ１２１）、第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧と等電圧になるまで、その状態を維持し（ステップＳ１２２）、等電圧になったら、まず、ジャンパリレー４３を導通し（ステップＳ１２３）、続いて逆方向降圧コンバータ４０４のスイッチング素子を開放した後（ステップＳ１２４）、燃料電池２０の発電再開時期になったら（ステップＳ１１８）、ジャンパリレー４３を開放する（ステップＳ１１９）。そして、上記と同様にコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給して（ステップＳ１２０）、燃料電池２０の発電を開始する。
【００４０】
本実施形態によれば、起動時及び発電再開時において、まず、コンデンサ４０１、４０２を徐々に充電して、コンデンサ４０１、４０２の電圧が高電圧の二次電池３０と同じになってから、二次電池３０と接続することとした。そのため、高電圧バッテリ（二次電池３０）からコンデンサ４０１、４０２に急激に流れ込む突入電流を防止することができ、コンデンサ４０１、４０２の故障を防止することができる。
【００４１】
（ＤＣ／ＤＣコンバータの第２実施形態）
図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第２実施形態を示す回路図であり、図２のブロック図に対する回路図の第２実施形態を示すものである。
【００４２】
なお、以下に示す各実施形態では、前述の実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００４３】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、２個のリアクトル４０７と、４個のダイオードと、４個のＳＷ素子（ＩＧＢＴ等）とで構成されている。また、各端子４１、４２には、電流を測定するための電流計４０８が接続されている。また、端子間の電圧を測定するための電圧計４０９が、コンデンサ４０１、４０２と並列接続されている。
【００４４】
本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、リアクトル４０７、ダイオード、ＳＷ素子（ＩＧＢＴ等）の数を減らすことができ、コストの低減化、ユニットの小型化を図ることができる。
【００４５】
（ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態）
図７は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態の構成を示すブロック図である。図８は、ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態を示す回路図であり、図７のブロック図を具体的な回路図として示すものである。
【００４６】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、コンデンサ４０１〜コンデンサ４０２の間に、順方向降圧コンバータ４０６、逆方向昇圧コンバータ４０３、順方向昇圧コンバータ４０５及び逆方向降圧コンバータ４０４が直列接続されている（図７）。
【００４７】
具体的な回路は、図８に示す通りであり、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、１個のリアクトル４０７と、４個のダイオードと、４個のＳＷ素子（ＩＧＢＴ等）とで構成されている。また、各端子４１、４２には、電流を測定するための電流計４０８が接続されている。また、端子間の電圧を測定するための電圧計４０９が、コンデンサ４０１、４０２と並列接続されている。
【００４８】
本実施形態によれば、第２実施形態に比べても、さらに、リアクトル４０７の数を減らすことができ、一層のコスト低減化、ユニットの小型化を図ることができる。
【００４９】
（発電再開時制御の第２実施形態）
図９は、燃料電池車両用電源システムの発電再開時の制御の第２実施形態を説明するフローチャートである。
【００５０】
走行途中で燃料電池の発電を停止して二次電池からの電力のみで走行した後、再度、燃料電池の発電を開始するときは、以下のように制御してもよい。
【００５１】
燃料電池２０が発電を停止しており、二次電池３０からの電力で走行中であって（ステップＳ１３１）、燃料電池２０の発電を再開する必要があるときに本制御を開始する（ステップＳ１３２）。
【００５２】
第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧以上であったら（ステップＳ１３３）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子をＳＷ動作させる（ステップＳ１３７）。
【００５３】
一方、 第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧未満であったら（ステップＳ１３３）、逆方向降圧コンバータ４０４のスイッチング素子をＳＷ動作させ（ステップＳ１３４）、第１端子４１の電圧が、第２端子４２の電圧と等電圧になるまで、その状態を維持して（ステップＳ１３５）、逆方向降圧コンバータ４０４のスイッチング素子を開放してから（ステップＳ１３６）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子をＳＷ動作させる（ステップＳ１３７）。
【００５４】
そして、燃料電池２０の発電再開時期になったら（ステップＳ１３８）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子を開放し（ステップＳ１３９）、コンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給して（ステップＳ１４０）、燃料電池２０の発電を開始する。
【００５５】
本実施形態のように発電再開時の制御をおこなっても、コンデンサ４０１、４０２を徐々に充電して、コンデンサ４０１、４０２の電圧が高電圧の二次電池３０と同じになってから、二次電池３０と接続するので、高電圧バッテリ（二次電池３０）からコンデンサ４０１、４０２に急激に流れ込む突入電流を防止することができ、コンデンサ４０１、４０２の故障を防止することができる。
【００５６】
（燃料電池車両用電源システムの第２実施形態）
図１０は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【００５７】
本実施形態は、ジャンパリレー４３が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にユニット化されて並列接続されている点で、上記第１実施形態（図１）と相違する。
【００５８】
本実施形態の制御方法は、上記第１実施形態の制御フローチャート（図４、図５、図９）と同じであるので、説明を省略する。
【００５９】
本実施形態によれば、ジャンパリレー４３が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にユニット化されているので、第１実施形態の効果に加えて、さらに車両への搭載性に優れる。
【００６０】
（燃料電池車両用電源システムの第３実施形態）
図１１は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【００６１】
本実施形態は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、ジャンパリレー４３が設けられていない点で、上記第１実施形態（図１）との相違する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の具体的な回路は上記に説明したいずれの回路でもよい。
【００６２】
（起動時制御）
図１２は、第３実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【００６３】
車両が完全に停止している状態から、走行を開始するときに本制御を行う。
【００６４】
イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮされると、本制御を開始する（ステップＳ３００）。
【００６５】
まず、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子をＳＷ動作させ（ステップＳ３０１）、サブリレー５２を導通する（ステップＳ３０２）。すると、電流が二次電池３０から抵抗５３を経由して第１端子４１、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１に流れる。そして、第１端子４１、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、それらのコンデンサが充電される。
【００６６】
そして、各コンデンサの充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ３０３）、充電が完了したらメインリレー５１を導通した後（ステップＳ３０４）、サブリレー５２を開放するとともに（ステップＳ３０５）、順方向降圧コンバータ４０６のスイッチング素子を開放する（ステップＳ３０６）。すると、電流が二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→ＣＯＭＰインバータ６１に流れる。
【００６７】
そこで、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ３０７）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００６８】
なお、発電再開時の制御については、上記第１実施形態と同一の制御によって実施することができるので、説明を省略する。
【００６９】
本実施形態によれば、ジャンパリレー４３を省略しているので、第１実施形態の効果に加えて、さらにコストを安価に抑えることができる。
【００７０】
（起動時制御の別の実施形態）
図１３は、上記第３実施形態の燃料電池車両用電源システム（図１１）の起動時の別の制御方法を説明するフローチャートである。
【００７１】
第３実施形態の燃料電池車両用電源システム（図１１）においては、起動時の制御を以下のようにしてもよい。
【００７２】
車両が完全に停止している状態から、走行を開始するときに本制御を行う。
【００７３】
イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮされると、本制御を開始する（ステップＳ３１０）。
【００７４】
まず、サブリレー５２を導通する（ステップＳ３１１）。すると、電流が二次電池３０から抵抗５３を経由して第１端子４１に流れる。そして、第１端子４１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、そのコンデンサが充電される。
【００７５】
そして、第１端子４１のコンデンサ４０１の充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ３１２）、充電が完了したらメインリレー５１を導通した後（ステップＳ３１３）、サブリレー５２を開放し（ステップＳ３１４）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に動作指令を送る（ステップＳ３１５）。すると、電流がＤＣ／ＤＣコンバータ４０（第２端子４２）からＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１に流れる。そして、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、それらのコンデンサが充電される。
【００７６】
そして、各コンデンサの充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ３１６）、充電が完了したらＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作指令を停止した後（ステップＳ３１７）、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ３１８）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００７７】
第３実施形態の燃料電池車両用電源システム（図１１）においては、本実施形態のように起動時の制御を行ってもよい。このように制御を行うことでも、ジャンパリレー４３を省略することができるので、低コスト化を実現することができる。
【００７８】
（燃料電池車両用電源システムの第４実施形態）
図１４は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【００７９】
本実施形態では、ジャンパリレー４３は、一端が抵抗４４を介して、二次電池３０〜メインリレー５１間に接続され、他端がＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第２端子４２に接続されている。
【００８０】
図１５は、第４実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【００８１】
車両が完全に停止している状態から、走行を開始するときに本制御を行う。
【００８２】
イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮされると、本制御を開始する（ステップＳ４００）。
【００８３】
まず、サブリレー５２を導通する（ステップＳ４０１）。すると、電流が二次電池３０から抵抗５３を経由して第１端子４１に流れる。そして、第１端子４１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、そのコンデンサが充電される。
【００８４】
そして、第１端子４１のコンデンサ４０１の充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ４０２）、充電が完了したらメインリレー５１を導通した後（ステップＳ４０３）、サブリレー５２を開放する（ステップＳ４０４）。
【００８５】
続いて、ジャンパリレー４３を導通する（ステップＳ４０５）。すると、電流が二次電池３０から抵抗４４を経由して、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１に流れる。そして、第２端子４２、ＣＯＭＰインバータ６１、駆動インバータ７１、１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ８１には、上述の通り、コンデンサが取り付けられているので、それらのコンデンサが充電される。
【００８６】
そして、各コンデンサの充電が完了するまでは、その状態を維持し（ステップＳ４０６）、充電が完了したらジャンパリレー４３を開放する（ステップＳ４０６）。すると、電流が二次電池３０→メインリレー５１→ＤＣ／ＤＣコンバータ４０→ＣＯＭＰインバータ６１に流れる。
【００８７】
そこで、ＣＯＭＰインバータ６１で、直流電力を交流電力に変換し、この交流電力でコンプレッサ（ＣＯＭＰモータ６０）を駆動して燃料電池２０に圧縮空気を供給する（ステップＳ４０８）。こうして、燃料電池２０は発電を開始することとなる。
【００８８】
本実施形態によっても、起動時に、まず、コンデンサ４０１、４０２を徐々に充電して、コンデンサ４０１、４０２の電圧が高電圧の二次電池３０と同じになってから、二次電池３０と接続することとしたので、高電圧バッテリ（二次電池３０）からコンデンサ４０１、４０２に急激に流れ込む突入電流を防止することができ、コンデンサ４０１、４０２の故障を防止することができる。
【００８９】
（燃料電池車両用電源システムの第５実施形態）
図１６は、本発明の燃料電池車両用電源システムの第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【００９０】
本実施形態では、ジャンパリレー４３は、一端が抵抗４４を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第１端子４１に接続され、他端がＤＣ／ＤＣコンバータ４０の第２端子４２に接続されている。すなわち、ジャンパリレー４３及び抵抗４４が直列接続された状態で、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と並列接続されユニット化されているものである。
【００９１】
このような構成の電源システムであっても、上記第５実施形態と同様の制御（図１５）によって燃料電池２０の発電を開始することができる。なお、制御フローチャートは、図１５と同一のため、説明を省略する。
【００９２】
本実施形態によれば、ジャンパリレー４３及び抵抗４４が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にユニット化されているので、車両への搭載性に優れる。
【００９３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００９４】
例えば、制御の順序は、上記機能を満たすことができれば、変更してもよい。例えば、図１５においてステップＳ４０５〜Ｓ４０７を先に行った後、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４を行ってもよい。また、上記実施形態では、電圧調整手段として、リレー及び抵抗（固定抵抗）を使用しているが、可変抵抗を使用してもよい。さらに、上記実施形態では、蓄電手段として、二次電池を例示して説明したが、例えばキャパシタ等であってもよい。さらにまた、上記実施形態では蓄電手段の電力によって作動する補機としてコンプレッサを例示したが、燃料ポンプ等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池車両用電源システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図３】ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図４】第１実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【図５】第１実施形態の燃料電池車両用電源システムの発電再開時の制御を説明するフローチャートである。
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータの第２実施形態を示す回路図である。
【図７】ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】ＤＣ／ＤＣコンバータの第３実施形態を示す回路図である。
【図９】燃料電池車両用電源システムの発電再開時の制御の第２実施形態を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の燃料電池車両用電源システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の燃料電池車両用電源システムの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】第３実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【図１３】上記第３実施形態の燃料電池車両用電源システム（図１１）の起動時の別の制御方法を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の燃料電池車両用電源システムの第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１５】第４実施形態の燃料電池車両用電源システムの起動時の制御を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の燃料電池車両用電源システムの第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池車両用電源システム
２０ 燃料電池
３０ 二次電池
４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４０１，４０２ コンデンサ
４０３ 逆方向昇圧コンバータ
４０４ 逆方向降圧コンバータ
４０５ 順方向昇圧コンバータ
４０６ 順方向降圧コンバータ
４０７ リアクトル
４０８ 電流計
４０９ 電圧計
４１ 第１端子
４２ 第２端子
４３ ジャンパリレー
４４ 抵抗
５０ リレーボックス
５１ メインリレー
５２ サブリレー
５３ 抵抗
６０ コンプレッサモータ
６１ コンプレッサインバータ
７０ 駆動モータ
７１ 駆動インバータ
８０ １２Ｖバッテリ
８１ １２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ
Claims (13)
- 燃料電池と、
充放電可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段に直列接続される第１の端子、および前記燃料電池に直列接続される第２の端子を備え、その第１の端子及び第２の端子の電圧を調整自在なＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記燃料電池及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの間であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電手段に対して並列接続され、前記蓄電手段の電力によって作動する補機と、
特定の運転において、前記第１の端子の電圧が徐々に前記蓄電手段の電圧と等電圧になるように調整する第１の電圧調整手段と、
特定の運転において、前記第２の端子の電圧が徐々に前記蓄電手段の電圧と等電圧になるように調整する第２の電圧調整手段と、
を備え、
前記第１の電圧調整手段及び前記第２の電圧調整手段で、前記第１の端子の電圧及び前記第２の端子の電圧を前記蓄電手段の電圧と等電圧に調整した後、前記補機を起動するようにした、
ことを特徴とする燃料電池車両用電源システム。 - 前記補機は、燃料電池に圧縮空気を供給してその燃料電池に発電を開始させるコンプレッサである、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記蓄電手段及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの間に直列に接続され、電流を断続制御するメインリレーを備え、
前記第１の電圧調整手段は、一端を前記蓄電手段及び前記メインリレーの間に接続し、他端を前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記メインリレーの間に接続して、前記メインリレーを迂回して前記蓄電手段から前記第１の端子へ電流を流して前記第１の端子に設けられたコンデンサを充電し、
前記第２の電圧調整手段は、一端を前記蓄電手段及び前記メインリレーの間に接続し、他端を前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記燃料電池の間に接続して、前記蓄電手段から前記第２の端子へ電流が流して前記第２の端子に設けられたコンデンサを充電する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記蓄電手段及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの間に直列に接続され、電流を断続制御するメインリレーを備え、
前記第１の電圧調整手段は、一端を前記蓄電手段及び前記メインリレーの間に接続し、他端を前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記メインリレーの間に接続して、前記メインリレーを迂回して前記蓄電手段から前記第１の端子へ電流を流して前記第１の端子に設けられたコンデンサを充電し、
前記第２の電圧調整手段は、一端を前記メインリレー及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの間に接続し、他端を前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記燃料電池の間に接続して、前記第１の端子へ流れた電流を前記第２の端子へ流して前記第２の端子に設けられたコンデンサを充電する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記蓄電手段及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの間に直列に接続され、電流を断続制御するメインリレーを備え、
前記第１の電圧調整手段は、一端を前記蓄電手段及び前記メインリレーの間に接続し、他端を前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記メインリレーの間に接続して、前記メインリレーを迂回して前記蓄電手段から前記第１の端子へ電流を流して前記第１の端子に設けられたコンデンサを充電し、
前記第２の電圧調整手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記第１の端子へ流れた電流を前記第２の端子へ流して前記第２の端子に設けられたコンデンサを充電する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記特定の運転は、車両の停止状態から前記燃料電池の発電を開始する運転である、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記特定の運転は、前記燃料電池が発電を停止し、前記蓄電手段の電力を動力として走行を行っている状態から、燃料電池の発電を再開する運転である、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記第１の電圧調整手段は、第１のリレー及び第１の抵抗であり、
前記第２の電圧調整手段は、第２のリレー及び第２の抵抗である、
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記第１の電圧調整手段は、第１のリレー及び第１の抵抗であり、
前記第２の電圧調整手段は、第２のリレーである、
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記第１の電圧調整手段は、リレー及び抵抗であり、
前記第２の電圧調整手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの順方向降圧部である、
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、電流に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行う、
ことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、電力に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行う、
ことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の燃料電池車両用電源システム。 - 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、電圧に基づいて制御を行い、使用上限電圧又は使用下限電圧を超えたときには、その使用上限電圧又は使用下限電圧になるように定電圧制御を行う、
ことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の燃料電池車両用電源システム。
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