JP2022024297A - 燃料電池システム - Google Patents

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良太 北本
Ryota Kitamoto
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】構成の複雑化を抑制することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、バッテリ１１と、モータ１３と、燃料電池スタック１５と、電力制御ユニット１７とを備える。電力制御ユニット１７は、バッテリ１１に接続されるバッテリ制御部２１と、バッテリ制御部２１に並列接続されて一体化される第１及び第２ブリッジ回路２３Ａ，２３Ｂと、第２ブリッジ回路２３Ｂと３相リアクトル３５とを備える電力制御部２５とを備える。電力制御部２５は燃料電池スタック１５に昇圧制御可能に接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
従来、例えば、複数の回転電機を制御する複数のインバータ回路及び昇降圧コンバータ回路等のモジュールを統合して形成される電力制御ユニットを備える装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－１０５３６９号公報
ところで、上記した従来技術の装置のように、統合された複数のモジュールを備える電力制御ユニットは、複数の回転電機を備える装置に限らず、複数の回転電機以外の他の機器の組み合わせを備える装置に適用されることによって、汎用性を向上させるとともに装置構成の複雑化を抑制することが望まれている。
本発明は、構成の複雑化を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る燃料電池システムは、少なくとも１つの燃料電池スタック（例えば、実施形態での燃料電池スタック１５）と、蓄電装置（例えば、実施形態でのバッテリ１１）と、前記蓄電装置に接続される電圧制御部（例えば、実施形態でのバッテリ制御部２１）と、前記電圧制御部に並列接続されて一体化される複数の第１電力変換部（例えば、実施形態での第１ブリッジ回路２３Ａ及び第２ブリッジ回路２３Ｂ）と、前記燃料電池スタックに接続されるとともに、前記複数の第１電力変換部のいずれか（例えば、実施形態での第２ブリッジ回路２３Ｂ）とリアクトル（例えば、実施形態での３相リアクトル３５）とを備える第２電力変換部（例えば、実施形態での電力制御部２５）とを備える。
（２）上記（１）に記載の燃料電池システムは、前記複数の第１電力変換部に共通に並列接続される平滑コンデンサ（例えば、実施形態での平滑コンデンサ３３）を備え、前記複数の第１電力変換部の各々は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子（例えば、実施形態での各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）を備え、前記第２電力変換部は、前記リアクトルを介して前記第１電力変換部と前記燃料電池スタックとを接続し、前記燃料電池スタックからの入力に対して昇圧の電力変換を行ってもよい。
（３）上記（２）に記載の燃料電池システムでは、前記リアクトルは、Ｙ結線される複数相のコイル（例えば、実施形態でのコイル３５ａ）を備えるとともに、前記複数相のコイルの中性点（例えば、実施形態での中性点３５ｂ）で前記燃料電池スタックに接続されてもよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の燃料電池システムは、前記複数の第１電力変換部のうち前記第２電力変換部を構成する前記第１電力変換部以外のいずれか（例えば、実施形態での第１ブリッジ回路２３Ａ）に接続される少なくとも１つの回転電機（例えば、実施形態でのモータ１３）を備えてもよい。
上記（１）によれば、複数の第１電力変換部のいずれかとリアクトルとによって構成される第２電力変換部を備えることによって、燃料電池スタックを昇圧制御が可能に接続することができる。電圧制御部に並列接続されて一体化される複数の第１電力変換部の一部を流用して、燃料電池スタックの発電に起因する電力を変換することができる。例えば、燃料電池スタックから出力される電力を変換する電力変換部を、第１電力変換部を用いずに新たに形成する場合に比べて、構成の複雑化を抑制することができる。例えば、燃料電池スタック以外の他の機器の制御に用いられる既存の一体化された複数の第１電力変換部の一部を燃料電池スタックの制御に転用することによって、一体化された複数の第１電力変換部の汎用性を向上させることができる。
上記（２）の場合、複数の第１電力変換部に共通に並列接続される平滑コンデンサを備えることによって、燃料電池スタックに接続される第２電力変換部に他の平滑用のコンデンサを追加する必要を無くすことができる。例えば、燃料電池スタックから出力される電力を変換する電力変換部を、第１電力変換部を用いずに新たに形成して平滑用のコンデンサを設ける場合に比べて、構成の複雑化を抑制することができる。
上記（３）の場合、例えばＹ結線の複数相の巻線を有する固定子を備える回転電機をリアクトルに転用することができ、リアクトルを新たに形成する場合に比べて、構成の複雑化を抑制し、既存の回転電機の制御システムの汎用性を向上させることができる。
上記（４）の場合、例えば、少なくとも１つの回転電機の制御に用いられる既存の一体化された複数の第１電力変換部の一部を燃料電池スタックの制御に転用することによって、一体化された複数の第１電力変換部の汎用性を向上させることができる。
本発明の実施形態での燃料電池システムの構成を模式的に示す図。 本発明の実施形態での燃料電池システムの構成を示す図。 本発明の実施形態での燃料電池システムの電力制御ユニットの構成を示す図。
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態での燃料電池システム１０の構成を模式的に示す図である。図２は、実施形態での燃料電池システム１０の構成を示す図である。図３は、実施形態での燃料電池システム１０の電力制御ユニット１７の構成を示す図である。
実施形態の燃料電池システム１０は、例えば燃料電池を動力源とする燃料電池車両等の車両に搭載されている。
燃料電池システム１０は、例えば、バッテリ１１と、モータ１３と、燃料電池スタック１５と、電力制御ユニット１７とを備える。
バッテリ１１は、例えば、車両の動力源である高圧のバッテリである。バッテリ１１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールとを備える。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備える。バッテリ１１の正極端子ＢＰ及び負極端子ＢＮは、後述する電力制御ユニット１７のバッテリ制御部２１に接続されている。
モータ１３は、例えば、車両の走行駆動用のモータである。例えば、モータ１３は、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相である。モータ１３は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線１３ａを有する固定子とを備える。３相のステータ巻線１３ａの結線は、各ステータ巻線１３ａの一端が共通の中性点で接続されるＹ結線である。３相のステータ巻線１３ａに接続された３相の各相端子Ｕ，Ｖ，Ｗは、後述する電力制御ユニット１７の動力制御部２３に接続されている。
モータ１３は、力行動作時には、動力制御部２３から供給される電力によって回転駆動力を発生させる。モータ１３は、回生動作時には、回転子に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させる。
燃料電池スタック（ＦＣ）１５は、例えば、固体高分子形燃料電池である。例えば、固体高分子形燃料電池は、積層された複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルの積層体を挟み込む一対のエンドプレートとを備える。燃料電池セルは、電解質電極構造体と、電解質電極構造体を挟み込む一対のセパレータと備える。電解質電極構造体は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟み込む燃料極及び酸素極とを備える。固体高分子電解質膜は、陽イオン交換膜等を備える。燃料極（アノード）は、アノード触媒及びガス拡散層等を備える。酸素極（カソード）は、カソード触媒及びガス拡散層等を備える。
燃料電池スタック１５は、燃料タンク（図示略）からアノードに供給される燃料ガスと、エアポンプ（図示略）からカソードに供給される酸素を含む空気等の酸化剤ガスとの触媒反応によって発電する。燃料電池スタック１５の正極端子ＦＰ及び負極端子ＦＮは、後述する電力制御ユニット１７の電力制御部２５に接続されている。
電力制御ユニット１７は、例えば、バッテリ制御部２１と、動力制御部２３と、電力制御部２５と、一次側コンデンサ３１と、平滑コンデンサ３３とを備える。
バッテリ制御部２１は、例えば、昇圧及び降圧の双方向の電力変換を行うＤＣ－ＤＣコンバータ等を備える。バッテリ制御部２１の第１正極端子Ｐ１は、バッテリ１１の正極端子ＢＰに接続されている。バッテリ制御部２１の第１負極端子Ｎ１は、バッテリ１１の負極端子ＢＮに接続されている。バッテリ制御部２１の第２正極端子Ｐ２は、動力制御部２３の正極端子Ｐａ及び電力制御部２５の正極端子Ｐｂに接続されている。バッテリ制御部２１の第２負極端子Ｎ２は、動力制御部２３の負極端子Ｎａ及び電力制御部２５の負極端子Ｎｂに接続されている。
バッテリ制御部２１の第１正極端子Ｐ１及び第１負極端子Ｎ１は、バッテリ１１と並列の一次側コンデンサ３１に接続されている。バッテリ制御部２１の第２正極端子Ｐ２及び第２負極端子Ｎ２は、動力制御部２３及び電力制御部２５の各々と並列の平滑コンデンサ３３に接続されている。
例えば、バッテリ制御部２１は、対を成すローサイドアーム及びハイサイドアームのスイッチング素子及び整流素子と、リアクトルとを備える。スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉ－ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタである。対を成すローサイドアーム及びハイサイドアームのスイッチング素子は、ローサイドアームの第１トランジスタＳ１及びハイサイドアームの第２トランジスタＳ２である。整流素子は、第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２の各々のコレクタ－エミッタ間でエミッタからコレクタに向けて順方向に接続される還流ダイオードである。リアクトルは、チョークコイルＬである。
ローサイドアームの第１トランジスタＳ１のエミッタは、第１負極端子Ｎ１及び第２負極端子Ｎ２に接続されている。ハイサイドアームの第２トランジスタＳ２のコレクタは、第２正極端子Ｐ２に接続されている。第１トランジスタＳ１のコレクタと第２トランジスタＳ２のエミッタとは、チョークコイルＬの両端の第１端に接続されている。チョークコイルＬの両端の第２端は第１正極端子Ｐ１に接続されている。
バッテリ制御部２１は、各トランジスタＳ１，Ｓ２のゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各トランジスタＳ１，Ｓ２のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
バッテリ制御部２１は、昇圧時において、バッテリ１１から第１正極端子Ｐ１及び第１負極端子Ｎ１に入力される電力を昇圧して、昇圧後の電力を第２正極端子Ｐ２及び第２負極端子Ｎ２から出力する。バッテリ制御部２１は、ハイサイドアームの第２トランジスタＳ２のオフ（遮断）及びローサイドアームの第１トランジスタＳ１のオン（導通）時にリアクトル（チョークコイル）Ｌの直流励磁によって磁気エネルギーを蓄積する。バッテリ制御部２１は、ハイサイドアームの第２トランジスタＳ２のオン（導通）及びローサイドアームの第１トランジスタＳ１のオフ（遮断）時にリアクトルＬの磁気エネルギーによって発生する誘導電圧と第１正極端子Ｐ１及び第１負極端子Ｎ１に印加される電圧との重畳によって、第１正極端子Ｐ１及び第１負極端子Ｎ１よりも高い電圧を第２正極端子Ｐ２及び第２負極端子Ｎ２に発生させる。
バッテリ制御部２１は、降圧時において、第２正極端子Ｐ２及び第２負極端子Ｎ２から入力される電力を降圧して、降圧後の電力を第１正極端子Ｐ１及び第１負極端子Ｎ１からバッテリ１１へと出力する。バッテリ制御部２１は、ハイサイドアームの第２トランジスタＳ２のオン（導通）及びローサイドアームの第１トランジスタＳ１のオフ（遮断）時にリアクトルＬの直流励磁によって磁気エネルギーを蓄積する。バッテリ制御部２１は、ハイサイドアームの第２トランジスタＳ２のオフ（遮断）及びローサイドアームの第１トランジスタＳ１のオン（導通）時にリアクトルＬの磁気エネルギーによって発生する誘導電圧の降圧によって、第２正極端子Ｐ２及び第２負極端子Ｎ２よりも低い電圧を第１正極端子Ｐ１及び第１負極端子Ｎ１に発生させる。
動力制御部２３は、例えば、直流と交流との電力変換を行うインバータ等を備える。動力制御部２３の正極端子Ｐａは、バッテリ制御部２１の第２正極端子Ｐ２及び電力制御部２５の正極端子Ｐｂに接続されている。動力制御部２３の負極端子Ｎａは、バッテリ制御部２１の第２負極端子Ｎ２及び電力制御部２５の負極端子Ｎｂに接続されている。３相の各相端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａは、モータ１３の３相の各相端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されている。
例えば、動力制御部２３は、３相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第１ブリッジ回路２３Ａを備える。第１ブリッジ回路２３Ａは、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬとを備える。第１ブリッジ回路２３Ａは、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ－エミッタ間でエミッタからコレクタに向けて順方向に接続される還流ダイオードを備える。
ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのコレクタは、正極端子Ｐａに接続されている。ローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのエミッタは、負極端子Ｎａに接続されている。各相において、ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタとローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタとは、各相端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａに接続されている。
動力制御部２３は、例えば、モータ１３の力行及び回生を制御する。動力制御部２３は、各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
動力制御部２３は、モータ１３の力行時には、正極端子Ｐａ及び負極端子Ｎａから入力される直流電力を３相交流電力に変換してモータ９に供給する。動力制御部２３は、モータ１３の３相のステータ巻線１３ａへの通電を順次転流させることによって、回転駆動力を発生させる。
動力制御部７は、モータ１３の回生時には、モータ１３の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）駆動によって、３相の各相端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａから入力される３相交流電力を直流電力に変換する。動力制御部７は、３相交流電力から変換された直流電力を、バッテリ制御部２１を介してバッテリ１１に供給することが可能である。
電力制御部２５は、例えば、少なくとも昇圧の電力変換を行うＤＣ－ＤＣコンバータ等を備える。電力制御部２５の第１正極端子Ｐｂは、バッテリ制御部２１の第２正極端子Ｐ２及び動力制御部２３の正極端子Ｐａに接続されている。電力制御部２５の第２正極端子Ｐｃは、燃料電池スタック１５の正極端子ＦＰに接続されている。電力制御部２５の負極端子Ｎｂは、バッテリ制御部２１の第２負極端子Ｎ２、動力制御部２３の負極端子Ｎａ及び燃料電池スタック１５の負極端子ＦＮに接続されている。
例えば、電力制御部２５は、動力制御部２３と同一の回路部と、リアクトルとを備える。動力制御部２３と同一の回路部は、動力制御部２３の第１ブリッジ回路２３Ａと同様に３相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される第２ブリッジ回路２３Ｂである。例えば、第１ブリッジ回路２３Ａ及び第２ブリッジ回路２３Ｂはバッテリ制御部２１に並列接続されて一体化されている。ここで、一体化とは、共通する筐体内部に収容される状態のことを言う。
第２ブリッジ回路２３Ｂは、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬとを備える。第２ブリッジ回路２３Ｂは、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ－エミッタ間でエミッタからコレクタに向けて順方向に接続される還流ダイオードを備える。
ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのコレクタは、正極端子Ｐｂに接続されている。ローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのエミッタは、負極端子Ｎｂに接続されている。各相において、ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタとローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタとは、各相端子Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂに接続されている。
電力制御部２５は、例えば、リアクトルとして、Ａ相、Ｂ相及びＣ相の３相のコイル３５ａを有する３相リアクトル３５を備える。例えば、３相リアクトル３５は、モータ１３と同様の３相交流のブラシレスＤＣモータのうち３相のステータ巻線を有する固定子と同一であってもよい。
３相リアクトル３５の３相の各相端子Ａ，Ｂ，Ｃは、第２ブリッジ回路２３Ｂの３相の各相端子Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂに接続されている。３相のコイル３５ａの各々の両端の第１端は、３相の各相端子Ａ，Ｂ，Ｃに接続されている。３相のコイル３５ａの各々の両端の第２端は、共通の中性点３５ｂに接続されている。つまり３相のコイル３５ａの結線はＹ結線である。中性点３５ｂは、第２正極端子Ｐｃに接続されている。
電力制御部２５は、例えば、燃料電池スタック１５の発電に起因して第２正極端子Ｐｃ及び負極端子Ｎｂから入力される電力を昇圧して、昇圧後の電力を第２正極端子Ｐｃ及び負極端子Ｎｂから出力する。電力制御部２５は、第２ブリッジ回路２３Ｂの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
電力制御部２５は、ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのオフ（遮断）及びローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのオン（導通）時に３相リアクトル３５の直流励磁によって磁気エネルギーを蓄積する。電力制御部２５は、ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのオン（導通）及びローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのオフ（遮断）時に３相リアクトル３５の磁気エネルギーによって発生する誘導電圧と第２正極端子Ｐｃ及び負極端子Ｎｂに印加される電圧との重畳によって、第２正極端子Ｐｃ及び負極端子Ｎｂよりも高い電圧を第１正極端子Ｐｂ及び負極端子Ｎｂに発生させる。
上述したように、実施形態の燃料電池システム１０は、第１ブリッジ回路２３Ａと同様の第２ブリッジ回路２３Ｂと３相リアクトル３５とによって構成される電力制御部２５を備えることによって、燃料電池スタック１５を昇圧制御が可能に接続することができる。バッテリ制御部２１に並列接続されて一体化される複数のブリッジ回路（第１ブリッジ回路２３Ａ及び第２ブリッジ回路２３Ｂ）の一部を流用して、燃料電池スタック１５の発電に起因する電力を変換することができる。例えば、燃料電池スタック１５から出力される電力を変換する電力変換部を、第２ブリッジ回路２３Ｂを用いずに新たに形成する場合に比べて、構成の複雑化を抑制することができる。例えば、燃料電池スタック１５以外の他の機器の制御に用いられる既存の一体化された複数のブリッジ回路（第１ブリッジ回路２３Ａ及び第２ブリッジ回路２３Ｂ）の一部を燃料電池スタック１５の制御に転用することによって、一体化された複数のブリッジ回路（第１ブリッジ回路２３Ａ及び第２ブリッジ回路２３Ｂ）の汎用性を向上させることができる。
複数の複数のブリッジ回路（第１ブリッジ回路２３Ａ及び第２ブリッジ回路２３Ｂ）に共通に並列接続される平滑コンデンサ３３を備えることによって、燃料電池スタック１５に接続される電力制御部２５に他の平滑用のコンデンサを追加する必要を無くすことができる。例えば、燃料電池スタック１５から出力される電力を変換する電力変換部を、第２ブリッジ回路２３Ｂを用いずに新たに形成して平滑用のコンデンサを設ける場合に比べて、構成の複雑化を抑制することができる。
電力制御部２５の３相リアクトル３５として、例えばＹ結線の３相の巻線を有する固定子を備える回転電機を転用することができ、３相リアクトル３５を新たに形成する場合に比べて、構成の複雑化を抑制することができる。例えば、モータ１３を含む複数の回転電機の制御に用いられる既存の一体化された複数のブリッジ回路からなる制御システムの一部を燃料電池スタック１５の制御に転用することによって、既存の制御システムの汎用性を向上させることができる。
（変形例）
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、３相リアクトル３５は、バッテリ制御部２１に並列接続されて一体化される複数のブリッジ回路（第１ブリッジ回路２３Ａ及び第２ブリッジ回路２３Ｂ）と別体で接続可能なアタッチメント回路でもよい。
上述した実施形態では、電力制御部２５は昇圧の電力変換を行うとしたが、これに限定されない。例えば、燃料電池スタック１５に接続される機器に電力を供給する場合、電力制御部２５は昇圧及び降圧の双方向の電力変換を行ってもよい。燃料電池スタック１５に接続される機器は、例えば、燃料電池スタック１５に酸化剤ガスとしての空気を供給するエアポンプ等である。電力制御部２５は、例えば、燃料電池スタック１５の発電開始時に、正極端子Ｐｂ及び負極端子Ｎｂから入力される電力を降圧することによってエアポンプの駆動に必要な電力を供給してもよい。
電力制御部２５は、降圧時において、第１正極端子Ｐｂ及び負極端子Ｎｂから入力される電力を降圧して、降圧後の電力を第２正極端子Ｐｃ及び負極端子Ｎｂから出力する。電力制御部２５は、第２ブリッジ回路２３Ｂのハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのオン（導通）及びローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのオフ（遮断）時に３相リアクトル３５の直流励磁によって磁気エネルギーを蓄積する。電力制御部２５は、ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのオフ（遮断）及びローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのオン（導通）時に３相リアクトル３５の磁気エネルギーによって発生する誘導電圧の降圧によって、第１正極端子Ｐｂ及び負極端子Ｎｂよりも低い電圧を第２正極端子Ｐｃ及び負極端子Ｎｂに発生させる。
上述した実施形態では、燃料電池システム１０は、各１つのモータ１３及び燃料電池スタック１５を備えるとしたが、これに限定されず、複数のモータ１３を備えてもよいし、複数の燃料電池スタック１５を備えてもよい。燃料電池システム１０は、各複数のモータ１３及び燃料電池スタック１５に対応して、バッテリ制御部２１に並列接続されて一体化される第１ブリッジ回路２３Ａ及び第２ブリッジ回路２３Ｂの各々と同一構成の複数のブリッジ回路を備えてもよい。この場合、複数の燃料電池スタック１５に接続される複数の電力制御部２５の各々は、複数のブリッジ回路のいずれかとリアクトルとを備える。
上述した実施形態では、燃料電池システムが、燃料電池において発電された電力を走行用の電力または車載機器の動作用の電力として用いる燃料電池車両に搭載されている例について説明したが、当該システムは、二輪や三輪、四輪等の自動車や他の移動体（例えば、船舶、飛行体、ロボット）に搭載されてもよく、また、定置型や可搬型の燃料電池システムに搭載されてもよい。
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０…燃料電池システム、１１…バッテリ（蓄電装置）、１３…モータ（回転電機）、１５…燃料電池スタック、１７…電力制御ユニット、２１…バッテリ制御部（電圧制御部）、２３…動力制御部、２３Ａ…第１ブリッジ回路（第１電力変換部）、２３Ｂ…第２ブリッジ回路（第１電力変換部）、２５…電力制御部（第２電力変換部）、３１…一次側コンデンサ、３３…平滑コンデンサ、３５…３相リアクトル（リアクトル）、ＵＨ，ＵＬ…ハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタ（スイッチング素子）、ＶＨ，ＶＬ…ハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタ（スイッチング素子）、ＷＨ，ＷＬ…ハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタ（スイッチング素子）。

Claims (4)

  1. 少なくとも１つの燃料電池スタックと、
    蓄電装置と、
    前記蓄電装置に接続される電圧制御部と、
    前記電圧制御部に並列接続されて一体化される複数の第１電力変換部と、
    前記燃料電池スタックに接続されるとともに、前記複数の第１電力変換部のいずれかとリアクトルとを備える第２電力変換部と
    を備える
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記複数の第１電力変換部に共通に並列接続される平滑コンデンサを備え、
    前記複数の第１電力変換部の各々は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子を備え、
    前記第２電力変換部は、前記リアクトルを介して前記第１電力変換部と前記燃料電池スタックとを接続し、前記燃料電池スタックからの入力に対して昇圧の電力変換を行う
    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. 前記リアクトルは、
    Ｙ結線される複数相のコイルを備えるとともに、前記複数相のコイルの中性点で前記燃料電池スタックに接続される
    ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記複数の第１電力変換部のうち前記第２電力変換部を構成する前記第１電力変換部以外のいずれかに接続される少なくとも１つの回転電機を備える
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091319A (ja) * 2006-09-04 2008-04-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2010104165A (ja) * 2008-10-24 2010-05-06 Honda Motor Co Ltd 電源装置および燃料電池車両の電源システム
JP2020035661A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102186696B (zh) * 2008-10-24 2014-03-12 本田技研工业株式会社 电源装置和用于燃料电池车辆的电源系统
JP6419394B1 (ja) * 2017-12-25 2018-11-07 三菱電機株式会社 電力変換装置
US11333687B2 (en) * 2019-06-20 2022-05-17 Denso Corporation Sensor unit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091319A (ja) * 2006-09-04 2008-04-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2010104165A (ja) * 2008-10-24 2010-05-06 Honda Motor Co Ltd 電源装置および燃料電池車両の電源システム
JP2020035661A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

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