JP2020187845A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータの耐電圧性能を維持し易くすることができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧する高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０と、燃料電池スタック１０と高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０とを電気的に接続する高圧側電力供給正極配線Ｌ１と、高圧側電力供給正極配線Ｌ１に電気的に接続される放熱用供給配線Ｌｈと、放熱用供給配線Ｌｈに設けられるとともに燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上であるときに放熱用供給配線Ｌｈを閉状態にするスイッチ７１と、放熱用供給配線Ｌｈにおけるスイッチ７１よりも下流に設けられるとともに放熱用供給配線Ｌｈに供給された電力を消費する放熱抵抗７２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、特許文献１に記載されるような燃料電池システムが知られている。
上記の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）と、バッテリとを有している。燃料電池スタックとコンバータとは、燃料電池スタックで発電された電力をコンバータに供給する電力供給配線により電気的に接続されている。コンバータとバッテリとは、コンバータにより降圧された電力をバッテリに供給する電力変換配線により電気的に接続されている。コンバータは、燃料電池スタックで発電された電力を降圧してバッテリに出力する。バッテリには、コンバータにより降圧された電力が充電される。

特開２００７−１４９６２１号公報

ところで、燃料電池スタックで発電される電力の電圧がコンバータの耐電圧以上の電圧となる虞がある。
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、コンバータの耐電圧性能を維持し易くすることができる燃料電池システムを提供することである。

上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックで発電された電力を降圧するコンバータと、前記燃料電池スタックと前記コンバータとを電気的に接続する電力供給配線と、前記電力供給配線に電気的に接続される放熱用供給配線と、前記放熱用供給配線に設けられるとともに前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧が前記コンバータの耐電圧以上であるときに前記放熱用供給配線を閉状態にするスイッチと、前記放熱用供給配線における前記スイッチよりも下流に設けられるとともに前記放熱用供給配線に供給された電力を消費する放熱部材と、を備える。

これによれば、燃料電池スタックで発電された電力の電圧がコンバータの耐電圧以上となったときにスイッチが閉状態となる。そのため、燃料電池スタックで発電された電力は電力供給配線及び放熱用供給配線を介して放熱部材に伝達される。放熱部材は、燃料電池スタックで発電された電力を消費するため、燃料電池スタックで発電された電力の電圧を低下させることができる。よって、コンバータに対してコンバータの耐電圧以上の電圧が作用し難くなる。したがって、コンバータの耐電圧性能を維持し易くすることができる。

上記の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックに電気的に接続されるとともに前記燃料電池スタックで発電された電力が前記コンバータの耐電圧以上となるときに前記スイッチを閉状態とする論理回路を備えるとよい。

例えば、燃料電池スタックの動作を制御する制御部を有し、燃料電池スタックで発電された電力がコンバータの耐電圧以上となるときに当該制御部によりスイッチを閉状態にするときを考える。このとき、制御部がスイッチを閉状態にするプログラムを実行するまでの間に微小な時間差があり、燃料電池スタックで発電された電力が放熱部材に伝達されるまでに微小な時間差がある。

その点、これによれば、論理回路は、燃料電池スタックで発電された電力に応じて直接的にスイッチを開閉させることができる。よって、燃料電池スタックで発電された電力がコンバータの耐電圧以上となるときに論理回路によりスイッチが閉状態となる。したがって、コンバータの耐電圧性能をより維持し易くすることができる。

上記の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの動作を制御する制御部と、前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧を検出する検出部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池スタックが停止している状態において前記検出部により検出された前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧に応じて前記スイッチを閉状態にするとよい。

燃料電池システムの生産時における発電検査や市場での燃料電池システムのメンテナンス時に制御部により燃料電池スタックを停止させることがある。燃料電池スタックが停止したとしても、燃料電池スタックの電圧が低くなるまでに時間がかかる。

その点、これによれば、燃料電池スタックが停止している状態において、制御部は、燃料電池システムで発電された電力の電圧に応じてスイッチを閉状態とする。そのため、燃料電池スタックの電圧がメンテナンスできる程度となるまで時間をかけて待つ必要がない。したがって、作業者が素早く作業に取り掛かることができる。

この発明によれば、コンバータの耐電圧性能を維持し易くすることができる。

燃料電池システムの構成を示すブロック図。

以下、燃料電池システムを具体化した実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、燃料電池システム１は、トーイングトラクターに適用されるものである。燃料電池システム１は、車両に搭載される負荷に供給する電力を発電するシステムである。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０を備えている。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池セルをスタック化したものである。燃料電池セルとは、例えば固定分子型燃料電池である。燃料電池スタック１０は、燃料ガスと、酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う。本実施形態では、水素ガスを燃料ガス、空気中の酸素を酸化剤ガスとして発電が行われる。すなわち、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０で発電された電力によって負荷を駆動させるシステムである。燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧値は、例えば１４０Ｖである。本実施形態の負荷は、車両が走行するための駆動力を発生させるモータとしての走行用モータ８０を含んでいる。負荷は、図示しないが走行用モータ８０を駆動させるためのインバータを含んでいる。

燃料電池システム１は、高圧蓄電装置２０と、コンバータとしての高圧コンバータ３０と、低圧蓄電装置４０と、コンバータとしての低圧コンバータ５０とを備えている。
高圧蓄電装置２０には、リチウムイオンキャパシタが採用されている。高圧蓄電装置２０は、走行用モータ８０が駆動力を発生させるための電力を蓄電している。高圧蓄電装置２０は、例えば電圧値が８０Ｖの電力を蓄電できる。

高圧コンバータ３０には、例えばＤＣ／ＤＣコンバータが採用されている。高圧コンバータ３０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧する機能を有している。高圧コンバータ３０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を例えば８０Ｖまで降圧する機能を有している。燃料電池スタック１０の正極と高圧コンバータ３０の入力側の正極とは、高圧側電力供給正極配線Ｌ１により電気的に接続されている。燃料電池スタック１０の負極と高圧コンバータ３０の入力側の負極とは、高圧側電力供給負極配線Ｌ２により電気的に接続されている。高圧側電力供給正極配線Ｌ１及び高圧側電力供給負極配線Ｌ２は、燃料電池スタック１０で発電された電力を高圧コンバータ３０に送出するために設けられている。高圧側電力供給負極配線Ｌ２は、グランド配線である。なお、高圧側電力供給正極配線Ｌ１は、燃料電池スタック１０と高圧コンバータ３０とを電気的に接続する電力供給配線の一例である。

高圧コンバータ３０の出力側の正極と高圧蓄電装置２０の正極とは、高圧側変換正極配線Ｌ３により電気的に接続されている。高圧コンバータ３０の出力側の負極と高圧蓄電装置２０の負極とは、高圧側変換負極配線Ｌ４により電気的に接続されている。高圧側変換負極配線Ｌ４は、グランド配線である。また、高圧コンバータ３０の出力側の正極及び負極と、走行用モータ８０を含む負荷とは高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４により電気的に接続されている。高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４は、高圧コンバータ３０により降圧された電力を負荷及び高圧蓄電装置２０に送出するために設けられている。そのため、燃料電池スタック１０で発電された電力は、高圧コンバータ３０から高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４を介して走行用モータ８０に供給されつつ、高圧蓄電装置２０に蓄電される。すなわち、高圧蓄電装置２０には、燃料電池スタック１０で発電された電力を走行用モータ８０に供給した余剰電力が蓄電される。そして、高圧蓄電装置２０に蓄電された電力は、例えば燃料電池スタック１０の発電初期に発電量が不足したときに走行用モータ８０を駆動させるための電力として使用される。

低圧蓄電装置４０には、リチウムイオンキャパシタが採用されている。低圧蓄電装置４０は、補機６０を動作させる電力が充電されるとともに高圧蓄電装置２０よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定されている。低圧蓄電装置４０は、例えば電圧値が４８Ｖの電力を蓄電できる。ここで、補機６０とは、例えば燃料電池スタック１０の動作を補助する電磁弁及び電動圧縮機等を示している。電磁弁は、図示しない水素タンクと燃料電池スタック１０とを接続する水素供給配管に設けられ、当該水素供給配管を開閉する機能を有している。電動圧縮機は、燃料電池スタック１０に酸素を含んだ空気を圧縮させた状態で供給する機能を有している。燃料電池システム１は、ＦＣＥＣＵ６５を有している。ＦＣＥＣＵ６５は、燃料電池スタック１０の動作を制御する。ＦＣＥＣＵ６５は、上記した電磁弁及び電動圧縮機の動作を制御することで燃料電池スタック１０の動作を制御する。

低圧コンバータ５０には、例えばＤＣ／ＤＣコンバータが採用されている。低圧コンバータ５０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧する機能を有している。低圧コンバータ５０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を例えば４８Ｖまで降圧する機能を有している。燃料電池スタック１０の正極と低圧コンバータ５０の入力側の正極とは、高圧側電力供給正極配線Ｌ１により電気的に接続されている。燃料電池スタック１０の負極と低圧コンバータ５０の入力側の負極とは、高圧側電力供給負極配線Ｌ２により電気的に接続されている。高圧側電力供給正極配線Ｌ１及び高圧側電力供給負極配線Ｌ２は、上記した高圧コンバータ３０だけに限らず、燃料電池スタック１０で発電された電力を低圧コンバータ５０に送出するために設けられている。

低圧コンバータ５０の出力側の正極と低圧蓄電装置４０の正極とは、低圧側変換正極配線Ｌ５により電気的に接続されている。低圧コンバータ５０の出力側の負極と低圧蓄電装置４０の負極とは、低圧側変換負極配線Ｌ６により電気的に接続されている。また、低圧コンバータ５０の出力側の正極及び負極と補機６０とは、低圧側変換正極配線Ｌ５及び低圧側変換負極配線Ｌ６により電気的に接続されている。低圧側変換正極配線Ｌ５及び低圧側変換負極配線Ｌ６は、低圧コンバータ５０により降圧された電力を補機６０及び低圧蓄電装置４０に送出するために設けられている。そのため、燃料電池スタック１０で発電された電力は、低圧コンバータ５０から低圧側変換正極配線Ｌ５及び低圧側変換負極配線Ｌ６を介して補機６０に供給されつつ、低圧蓄電装置４０に蓄電される。すなわち、低圧蓄電装置４０には、燃料電池スタック１０で発電された電力を補機６０に供給した余剰電力が蓄電される。そして、低圧蓄電装置４０に蓄電された電力は、例えば燃料電池スタック１０の発電初期に発電量が不足したときに補機６０を駆動させるための電力として使用される。

ここで、燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上の電圧となると、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能が低下してしまう。そのため、本実施形態では、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能を維持するために電圧抑制機構７０を採用している。本実施形態では、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能は同じである。

電圧抑制機構７０は、燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上となるときに燃料電池スタック１０で発電された電力を消費する機能を有している。電圧抑制機構７０は、放熱用供給配線Ｌｈと、スイッチ７１と、放熱部材としての放熱抵抗７２と、論理回路７３とを有している。放熱用供給配線Ｌｈは、高圧側電力供給正極配線Ｌ１に電気的に接続されている。放熱用供給配線Ｌｈは、アースに接続されている。スイッチ７１は、放熱用供給配線Ｌｈに設けられている。スイッチ７１は、電磁スイッチ７１ａと、コイル７１ｂとにより構成されている。スイッチ７１は、燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧未満である場合、電磁スイッチ７１ａを開状態に維持する。スイッチ７１は、燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上である場合、コイル７１ｂの磁力により電磁スイッチ７１ａを閉状態にする。

放熱抵抗７２は、放熱用供給配線Ｌｈにおけるスイッチ７１よりも下流に設けられている。放熱抵抗７２は、スイッチ７１が閉状態となるときに放熱用供給配線Ｌｈに供給された電力により発熱する。すなわち、放熱抵抗７２は、放熱用供給配線Ｌｈに供給された電力を熱エネルギーに変換して消費する機能を有している。

論理回路７３は、ＦＣＥＣＵ６５の内部に構成されている。論理回路７３は、放熱用供給配線Ｌｈにおけるスイッチ７１よりも上流寄りに接続配線Ｌｓ１を介して電気的に接続されている。すなわち、論理回路７３は、燃料電池スタック１０と電気的に接続されている。論理回路７３は、信号供給配線Ｌｓ２を有している。信号供給配線Ｌｓ２には、スイッチ７１のコイル７１ｂが電気的に接続されている。論理回路７３は、例えば電圧の高低によってＨｉ信号及びＬｏ信号を出力する機能を有するものである。論理回路７３がＨｉ信号を出力すると信号供給配線Ｌｓ２に電流が流れる。また、論理回路７３がＬｏ信号を出力すると信号供給配線Ｌｓ２に電流は流れない。論理回路７３には、高圧側電力供給正極配線Ｌ１、放熱用供給配線Ｌｈ、及び接続配線Ｌｓ１を介して燃料電池スタック１０で発電された電力が供給される。論理回路７３は、比較器等の複数の論理ゲートを組み合わせて構成されている。論理回路７３は、燃料電池スタック１０で発電された電力を入力として燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上であるときＨｉ信号を出力するように構成されている。また、論理回路７３は、燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧未満であるときにＬｏ信号を出力するように構成されている。

燃料電池システム１の電圧抑制機構７０の動作について説明する。
燃料電池スタック１０で発電された電力は、高圧側電力供給正極配線Ｌ１、放熱用供給配線Ｌｈ、及び接続配線Ｌｓ１を介して論理回路７３に入力される。論理回路７３は、燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上であるか否かを論理演算する。論理回路７３は、論理演算の結果として燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧未満である場合にはＬｏ信号を出力する。すなわち、論理回路７３は、信号供給配線Ｌｓ２に電流を流さない。ひいては、スイッチ７１の電磁スイッチ７１ａは、開状態に維持される。論理回路７３は、論理演算の結果として燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上である場合にはＨｉ信号を出力する。すなわち、論理回路７３は、信号供給配線Ｌｓ２に電流を流す。ひいては、スイッチ７１のコイル７１ｂに電流が流れることによりコイル７１ｂが磁化するため、電磁スイッチ７１ａがコイル７１ｂに向けて引き付けられることでスイッチ７１が閉状態となる。すなわち、論理回路７３は、燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上となるときにスイッチ７１を閉状態にする機能を有している。スイッチ７１が閉状態になることで放熱用供給配線Ｌｈに設けられた放熱抵抗７２に燃料電池スタック１０で発電された電力が供給され、放熱抵抗７２は発熱する。よって、燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上となると、燃料電池スタック１０で発電された電力は、放熱抵抗７２により熱エネルギーに変換されて消費される。

また、燃料電池システム１において、燃料電池システム１の生産時における発電検査や市場での燃料電池システム１のメンテナンス時にＦＣＥＣＵ６５により燃料電池スタック１０が停止させることがある。燃料電池スタック１０が停止したとしても、燃料電池スタック１０の電圧が低くなるまでに時間がかかる。そのため、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０が停止している状態において作業者が上記の発電検査や市場でのメンテナンスを実施するときに素早く作業に取り掛かることができる構成を採用している。以下、具体的に説明する。

燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧を検出する検出部としての電圧センサ９５を備えている。電圧センサ９５は、高圧側電力供給正極配線Ｌ１に接続されている。電圧センサ９５で検出された燃料電池スタック１０の電圧は、指令装置９０に出力される。指令装置９０は、例えば燃料電池システム１のメンテナンスを実施するときに使用されるパーソナルコンピュータである。指令装置９０は、燃料電池スタック１０が停止している状態において電圧センサ９５により検出された燃料電池スタック１０の電圧をモニタしている。指令装置９０は、燃料電池スタック１０の電圧が規定の電圧値に達している場合にはＦＣＥＣＵ６５に対してスイッチ７１を閉状態にする指令情報としての指令信号Ｓを出力する。なお、規定の電圧値とは、例えば燃料電池システム１をメンテナンスする上で作業者の安全性を確保するために設定された値である。

ＦＣＥＣＵ６５は、指令信号Ｓに基づきスイッチ７１を閉状態にするべくコイル７１ｂに電流を流す。コイル７１ｂに電流が流れることによりコイル７１ｂが磁化するため、電磁スイッチ７１ａがコイル７１ｂに向けて引き付けられることでスイッチ７１が閉状態となる。よって、燃料電池スタック１０が停止している状態において、燃料電池システム１の発電検査やメンテナンスを実施するときに燃料電池スタック１０で発電された電力は、放熱抵抗７２により熱エネルギーに変換されて消費される。

本実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上となったときにスイッチ７１が閉状態となる。そのため、燃料電池スタック１０で発電された電力は高圧側電力供給正極配線Ｌ１及び放熱用供給配線Ｌｈを介して放熱抵抗７２に伝達される。放熱抵抗７２は、燃料電池スタック１０で発電された電力を消費するため、燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧を低下させることができる。よって、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０に対して高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上の電圧が作用し難くなる。したがって、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能を維持し易くすることができる。

（２）燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上となるときにＦＣＥＣＵ６５によりスイッチ７１を閉状態にするときを考える。このとき、ＦＣＥＣＵ６５がスイッチ７１を閉状態にするプログラムを実行するまでの間に微小な時間差があり、燃料電池スタック１０で発電された電力が放熱抵抗７２に伝達されるまでに微小な時間差がある。

その点、本実施形態では、論理回路７３は、燃料電池スタック１０で発電された電力に応じて直接的にスイッチ７１を開閉させることができる。よって、燃料電池スタック１０で発電された電力が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上となるときに論理回路７３によりスイッチ７１が閉状態となる。したがって、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能をより維持し易くすることができる。

（３）本実施形態では、燃料電池スタック１０が停止している状態において指令装置９０から出力される指令信号Ｓに基づきＦＣＥＣＵ６５は、スイッチ７１を閉状態とする。そのため、燃料電池スタック１０の電圧がメンテナンスできる程度となるまで時間をかけて待つ必要がない。したがって、作業者が素早く作業に取り掛かることができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施できる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。
〇 指令装置９０がＦＣＥＣＵ６５に含まれるように構成されてもよい。

〇 本実施形態では、指令装置９０からの指令信号Ｓに基づきＦＣＥＣＵ６５がスイッチ７１を閉状態としたが、これに限らない。例えば、電圧センサ９５により検出された燃料電池スタック１０の電圧をＦＣＥＣＵ６５に直接入力し、入力された燃料電池スタック１０の電圧が規定の電圧値に達しているか否かをＦＣＥＣＵ６５に判断させてもよい。ＦＣＥＣＵ６５は、燃料電池スタック１０の電圧が規定の電圧値に達している場合、スイッチ７１を閉状態とする。

〇 また、ＦＣＥＣＵ６５は、燃料電池スタック１０が停止している状態において電圧センサ９５により検出された燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧に応じてスイッチ７１を閉状態にすることができればよい。そのため、例えば本実施形態においてＦＣＥＣＵ６５は、電圧センサ９５により検出された燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上となるときにスイッチ７１を閉状態にする制御を実施してもよい。この場合、ＦＣＥＣＵ６５によりスイッチ７１を閉状態にするよりも前に論理回路７３によりスイッチ７１が閉状態にされることがあり得るが、ＦＣＥＣＵ６５によるスイッチ７１を閉状態にする制御は、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能を維持するための冗長制御として実施される。

〇 電圧センサ９５は、電圧を検出するテスターに変更してもよい。
〇 論理回路７３は、放熱用供給配線Ｌｈにおけるスイッチ７１よりも上流寄りに接続配線Ｌｓ１を介して電気的に接続されていたが、これに限らない。例えば、接続配線Ｌｓ１は、高圧側電力供給正極配線Ｌ１に接続してもよいし、燃料電池スタック１０に直接接続してもよい。このように変更しても、論理回路７３は、燃料電池スタック１０と電気的に接続されている。

〇 論理回路７３は、ＦＣＥＣＵ６５の内部に設けられていたが、ＦＣＥＣＵ６５の外部に新たに設けてもよい。
〇 燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上となるときにＦＣＥＣＵ６５によりスイッチ７１を閉状態にしてもよい。上記（２）に記載したが、本実施形態と比較してＦＣＥＣＵ６５がスイッチ７１を閉状態にするプログラムを実行するまでに微小な時間差があるが、当該時間差は高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能を維持できないほどの時間差ではない。そのため、ＦＣＥＣＵ６５によりスイッチ７１を閉状態にしてもよい。このように変更するにあたり、燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧は電圧センサ９５で検出するとよい。ＦＣＥＣＵ６５は電圧センサ９５により検出された電圧が高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧以上である場合、スイッチ７１を閉状態にすることが好ましい。

〇 放熱部材として放熱抵抗７２が用いられたが、これに限らない。例えば、トーイングトラクターに搭載されるエアコンのヒータを放熱部材として使用してもよい。
〇 本実施形態において、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能は同じであると説明したが、例えば高圧コンバータ３０の耐電圧性能が低圧コンバータ５０の耐電圧性能よりも劣る場合には、論理回路７３は燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧が高圧コンバータ３０の耐電圧以上となるときにスイッチ７１を閉状態にするとよい。同様に、低圧コンバータ５０の耐電圧性能が高圧コンバータ３０の耐電圧性能よりも劣る場合には、論理回路７３は燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧が低圧コンバータ５０の耐電圧以上となるときにスイッチ７１を閉状態にするとよい。すなわち、本実施形態においてコンバータの一例として高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０を挙げていたが、コンバータの一例は高圧コンバータ３０のみ、もしくは低圧コンバータ５０のみであってもよい。

〇 高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧は、一般的に燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧を上回るようにしている。そのため、本実施形態において高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧は例えば１５０Ｖに設定される。しかし、燃料電池スタック１０で発電される電力は、常に１４０Ｖというわけではない。実際に燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧は１４０Ｖを下回る例えば１００Ｖである。そのため、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧は１００Ｖを上回る例えば１１０Ｖで十分であり、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０は、必要以上に耐電圧が高く設定されている高価なものを使用しなくてもよい。

そして、本実施形態では電圧抑制機構７０が設けられている。そのため、例えば高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧が１１０Ｖであるものを使用することで燃料電池システム１の製造コストを低減させ、高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能を意図的に低下させたとしても電圧抑制機構７０により高圧コンバータ３０及び低圧コンバータ５０の耐電圧性能を維持することができる。なお、本変更例で使用した電圧値の数値についてはこれに限るものではない。

〇 本実施形態で採用されているスイッチ７１は、例えば半導体スイッチであってもよい。また、スイッチ７１に代替してスイッチとしてのリレーを採用してもよい。
〇 高圧蓄電装置２０及び低圧蓄電装置４０は、リチウムイオンキャパシタが採用されていたが、例えば、電気二重層キャパシタ等のその他のキャパシタ、あるいはニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池を採用してもよい。

〇 燃料電池システム１はトーイングトラクターに適用されていたが、これに限らない。例えばフォークリフト等の産業車両や燃料電池車に適用してもよい。また、車両に限らず燃料電池システム１を定置電源等に使用してもよい。

〇 燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧値は１４０Ｖ、高圧蓄電装置２０に蓄電できる電力の電圧値は８０Ｖ、低圧蓄電装置４０に蓄電できる電力の電圧値は４８Ｖであったが、電圧値の大きさは適宜変更してもよい。例えば、燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧値を８０Ｖ、高圧蓄電装置２０に蓄電できる電力の電圧値を４８Ｖ、低圧蓄電装置４０に蓄電できる電力の電圧値を２４Ｖに変更してもよい。

１…燃料電池システム、１０…燃料電池スタック、３０…高圧コンバータ、５０…低圧コンバータ、７１…スイッチ、７２…放熱抵抗、７３…論理回路、９０…指令装置、９５…電圧センサ、Ｌ１…高圧側電力供給正極配線、Ｌｈ…放熱用供給配線、Ｓ…指令信号。

Claims (3)

1. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックで発電された電力を降圧するコンバータと、
   前記燃料電池スタックと前記コンバータとを電気的に接続する電力供給配線と、
   前記電力供給配線に電気的に接続される放熱用供給配線と、
   前記放熱用供給配線に設けられるとともに前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧が前記コンバータの耐電圧以上であるときに前記放熱用供給配線を閉状態にするスイッチと、
   前記放熱用供給配線における前記スイッチよりも下流に設けられるとともに前記放熱用供給配線に供給された電力を消費する放熱部材と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池スタックに電気的に接続されるとともに前記燃料電池スタックで発電された電力が前記コンバータの耐電圧以上となるときに前記スイッチを閉状態とする論理回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池スタックの動作を制御する制御部と、
   前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧を検出する検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記燃料電池スタックが停止している状態において前記検出部により検出された前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧に応じて前記スイッチを閉状態にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。