JP5110411B2

JP5110411B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP5110411B2
Application number: JP2010520376A
Authority: JP
Inventors: 健司馬屋原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: DE112009005101B4; CN102473941B; US20120020128A1; JPWO2011013212A1; DE112009005101B8; WO2011013212A1; US8658324B2; CN102473941A; DE112009005101T5

Description

本発明は、燃料電池とそれに接続された負荷とを備える燃料電池システムに関する。

燃料電池とそれに接続された負荷とを備える燃料電池システムとして、燃料電池の出力電圧を第１のＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧して負荷に出力するとともに、負荷に必要な電力が燃料電池の出力だけでは不足するときにその不足分を蓄電装置から第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記負荷に出力し、燃料電池の出力電力が負荷の電力を超過するときには前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池から蓄電装置に電力を供給して蓄電装置を充電するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

下記特許文献１に記載の燃料電池システムにおける制御装置は、負荷としてのモータの目標電力を算出し、その目標電力に応じてモータの目標電圧を算出し、燃料電池の目標出力電流を算出し、その目標出力電流を第１のＤＣ／ＤＣコンバータの目標電流としてフィードバック制御し、モータの目標電圧を第２のＤＣ／ＤＣコンバータの目標電圧としてフィードバック制御するものである。

特開２００７−３１８９３８号公報

上記特許文献１に記載の技術は、目標電力に応じて目標電圧及び目標電流を算出してフィードバック制御を行うものであるから、昇圧コンバータである第１のＤＣ／ＤＣコンバータと第２のＤＣ／ＤＣコンバータやインバータとの間に大きな電流が流れることも想定される。このような燃料電池システムでは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを含んでＰＣＵ（ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）として構成し、第１のＤＣ／ＤＣコンバータとＰＣＵとの間をパワーケーブルで繋ぐ場合がある。その場合において、電力線（パワーケーブル）の許容電流を超える大電流が流れるおそれがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池からインバータに至る間の電力線の許容電流を越える電流が流れないように構成した燃料電池システムを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に接続された負荷とを備える燃料電池システムであって、前記燃料電池と前記負荷との間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を昇圧して前記負荷に出力するコンバータと、前記コンバータから出力された直流電力を交流電力に変換して前記負荷へ出力するインバータと、前記燃料電池、前記コンバータ、及び前記インバータを制御する制御部と、を備えると共に、前記コンバータと前記インバータとの間を流れる電流を検知する電流センサを備え、前記制御部は、前記電流センサが検知した電流が所定の電流閾値を超える場合に、前記インバータの目標出力電圧を上昇させるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、コンバータとインバータとの間を流れる電流を検知する電流センサを備えているので、燃料電池の出力電圧を昇圧するコンバータからインバータに至る間における電流を検知することができ、燃料電池からインバータに至る間の電力線に流れる電流を検知することできる。制御部は、電流センサが検知した電流が所定の電流閾値を超える場合に、インバータの目標出力電圧を上昇させるように制御するので、燃料電池からインバータに至る間の電力線に過大な電流が流れそうになる場合であっても、インバータの目標出力電圧を上昇させることでその電流を抑制することができる。

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に接続された負荷とを備える燃料電池システムであって、前記燃料電池と前記負荷との間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を昇圧して前記負荷に出力するコンバータと、前記コンバータから出力された直流電力を交流電力に変換して前記負荷へ出力するインバータと、前記燃料電池、前記コンバータ、及び前記インバータを制御する制御部と、を備えると共に、前記コンバータと前記インバータとの間の電力線の温度を検知する温度センサを備え、前記制御部は、前記温度センサが検知した温度が所定の温度閾値を超える場合に、前記インバータの目標出力電圧を上昇させるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、コンバータとインバータとの間の電力線の温度を検知する温度センサを備えているので、燃料電池の出力電圧を昇圧するコンバータからインバータに至る間における温度を検知することができ、燃料電池からインバータに至る間の電力線の実温度を検知することができる。制御部は、温度センサが検知した温度が所定の温度閾値を超える場合に、インバータの目標出力電圧を上昇させるように制御するので、例えば環境温度が低く電力線の許容電流が高い場合には、インバータの目標出力電圧を維持するような運転も可能になる。一方、燃料電池からインバータに至る間の電力線に過大な電流が流れて電力線の温度が上昇した場合には、インバータの目標出力電圧を上昇させることでその電流を抑制することもできるので、電力線の状態に合わせてより効率を優先した運転が可能となる。

本発明によれば、燃料電池からインバータに至る間の電力線の許容電流を越える電流が流れないように構成した燃料電池システムを提供することができる。

本発明の実施形態である燃料電池システムの構成を示す図である。図１に示す燃料電池システムの目標電圧制御についてのフローチャートである。ＦＣ昇圧コンバータの損失を考慮した目標電圧制御についてのフローチャートである。トラクションモータの駆動を考慮した目標電圧制御についてのフローチャートである。温度を考慮した目標電圧制御についてのフローチャートである。図２に示す目標電圧制御における目標電圧を説明するための図である。図４に示す目標電圧制御における目標電圧を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

最初に、本発明の実施形態である燃料電池車両に搭載される燃料電池システムＦＣＳについて図１を参照しながら説明する。図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システムＦＣＳのシステム構成を示す図である。燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができる。

燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池ＦＣと、酸化ガス供給系ＡＳＳと、燃料ガス供給系ＦＳＳと、電力系ＥＳと、冷却系ＣＳと、コントローラＥＣとを備えている。燃料電池ＦＣは、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電するものである。酸化ガス供給系ＡＳＳは、酸化ガスとしての空気を燃料電池ＦＣに供給するための系である。燃料ガス供給系ＦＳＳは、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池ＦＣに供給するための系である。電力系ＥＳは、電力の充放電を制御するための系である。冷却系ＣＳは、燃料電池ＦＣを冷却するための系である。コントローラＥＣ（制御部）は、燃料電池システムＦＣＳ全体を統括制御するコントローラである。

燃料電池ＦＣは、多数のセル（アノード、カソード、及び電解質を備える単一の電池（発電体））を直列に積層してなる固体高分子電解質形のセルスタックとして構成されている。燃料電池ＦＣでは、通常の運転において、アノードにおいて（１）式の酸化反応が生じ、カソードにおいて（２）式の還元反応が生じる。燃料電池ＦＣ全体としては（３）式の起電反応が生じる。

Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ（３）

酸化ガス供給系ＡＳＳは、酸化ガス流路ＡＳ３と酸化オフガス流路ＡＳ４とを有している。酸化ガス流路ＡＳ３は、燃料電池ＦＣのカソードに供給される酸化ガスが流れる流路である。酸化オフガス流路ＡＳ４は、燃料電池ＦＣから排出される酸化オフガスが流れる流路である。

酸化ガス流路ＡＳ３には、エアコンプレッサＡＳ２と、加湿器ＡＳ５とが設けられている。エアコンプレッサＡＳ２は、フィルタＡＳ１を介して大気中から酸化ガスを取り込むためのコンプレッサである。加湿器ＡＳ５は、エアコンプレッサＡＳ２により加圧される酸化ガスを加湿するための加湿器である。

酸化オフガス流路ＡＳ４には、圧力センサＳ６と、背圧調整弁Ａ３と、加湿器ＡＳ５とが設けられている。背圧調整弁Ａ３は、酸化ガス供給圧を調整するための弁である。加湿器ＡＳ５は、酸化ガス（ドライガス）と酸化オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するためのものとして設けられている。

燃料ガス供給系ＦＳＳは、燃料ガス供給源ＦＳ１と、燃料ガス流路ＦＳ３と、循環流路ＦＳ４と、循環ポンプＦＳ５と、排気排水流路ＦＳ６とを有している。燃料ガス流路ＦＳ３は、燃料ガス供給源ＦＳ１から燃料電池ＦＣのアノードに供給される燃料ガスが流れる流路である。循環流路ＦＳ４は、燃料電池ＦＣから排出される燃料オフガスを燃料ガス流路ＦＳ３に帰還させるための流路である。循環ポンプＦＳ５は、循環流路ＦＳ４内の燃料オフガスを燃料ガス流路ＦＳ３に圧送するポンプである。排気排水流路ＦＳ６は、循環流路ＦＳ４に分岐接続される流路である。

燃料ガス供給源ＦＳ１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ〜７０ＭＰａ）の水素ガスを貯蔵するものである。遮断弁Ｈ１を開くと、燃料ガス供給源ＦＳ１から燃料ガス流路ＦＳ３に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータＨ２やインジェクタＦＳ２により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池ＦＣに供給される。

燃料ガス流路ＦＳ３には、遮断弁Ｈ１と、レギュレータＨ２と、インジェクタＦＳ２と、遮断弁Ｈ３と、圧力センサＳ４とが設けられている。遮断弁Ｈ１は、燃料ガス供給源ＦＳ１からの燃料ガスの供給を遮断又は許容するための弁である。レギュレータＨ２は、燃料ガスの圧力を調整するものである。インジェクタＦＳ２は、燃料電池ＦＣへの燃料ガス供給量を制御するものである。遮断弁Ｈ３は、燃料電池ＦＣへの燃料ガス供給を遮断するための弁である。

レギュレータＨ２は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタＦＳ２の上流側にレギュレータＨ２を配置することにより、インジェクタＦＳ２の上流側圧力を効果的に低減させることができる。

インジェクタＦＳ２は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタＦＳ２は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座と、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に格納保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。

インジェクタＦＳ２の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、コントローラＥＣから出力される制御信号によってインジェクタＦＳ２のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御することが可能なように構成されている。インジェクタＦＳ２は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタＦＳ２のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。

循環流路ＦＳ４には、遮断弁Ｈ４が設けられ、排気排水流路ＦＳ６が接続されている。排気排水流路ＦＳ６には、排気排水弁Ｈ５が設けられている。排気排水弁Ｈ５は、コントローラＥＣからの指令によって作動することにより、循環流路ＦＳ４内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出するための弁である。排気排水弁Ｈ５の開弁により、循環流路ＦＳ４内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。

排気排水弁Ｈ５を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス流路ＡＳ４を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環ポンプＦＳ５は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池ＦＣに循環供給する。

電力系ＥＳは、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１と、バッテリＥＳ２と、トラクションインバータＥＳ３と、トラクションモータＥＳ４と、補機類ＥＳ５と、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とを備えている。燃料電池システムＦＣＳは、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１とトラクションインバータＥＳ３とが並列に燃料電池ＦＣに接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１とトラクションインバータＥＳ３とはＰＣＵ（ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を構成している。

ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６は、燃料電池ＦＣの出力電圧を昇圧してトラクションインバータＥＳ３及びトラクションモータＥＳ４に向けて出力する機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１は、バッテリＥＳ２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータＥＳ３に出力する機能と、燃料電池ＦＣが発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータＥＳ４が回収した回生電力を降圧してバッテリＥＳ２に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１のこれらの機能により、バッテリＥＳ２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１による電圧変換制御により、燃料電池ＦＣの運転ポイント（出力端子電圧、出力電流）が制御される。燃料電池ＦＣには、電圧センサＳ１と電流センサＳ２とが取り付けられている。電圧センサＳ１は、燃料電池ＦＣの出力端子電圧をＦＣ昇圧コンバータＥＳ６が昇圧した電圧を検出するためのセンサである。電流センサＳ２は、燃料電池ＦＣの出力電流を検出するためのセンサである。また、昇圧コンバータＥＳ６とトラクションインバータＥＳ３との間には電力線の温度を検知するための温度センサＳ７が取り付けられている。

バッテリＥＳ２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリＥＳ２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリＥＳ２には、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ）を検出するためのＳＯＣセンサＳ３が取り付けられている。

トラクションインバータＥＳ３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータである。トラクションインバータＥＳ３は、コントローラＥＣからの制御指令に従って、燃料電池ＦＣ又はバッテリＥＳ２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータＥＳ４の回転トルクを制御する。トラクションモータＥＳ４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。

補機類ＥＳ５は、燃料電池システムＦＣＳ内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）、これらのモータを駆動するためのインバータ類、及び各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。

冷却系ＣＳは、ラジエータＣＳ１と、冷却液ポンプＣＳ２と、冷却液往路ＣＳ３と、冷却液復路ＣＳ４とを有している。ラジエータＣＳ１は、燃料電池ＦＣを冷却するための冷却液を放熱して冷却するものである。冷却液ポンプＣＳ２は、冷却液を燃料電池ＦＣとラジエータＣＳ１との間で循環させるためのポンプである。冷却液往路ＣＳ３は、ラジエータＣＳ１と燃料電池ＦＣとを繋ぐ流路であって、冷却液ポンプＣＳ２が設けられている。冷却液ポンプＣＳ２が駆動することで、冷却液はラジエータＣＳ１から燃料電池ＦＣへと冷却液往路ＣＳ３を通って流れる。冷却液復路ＣＳ４は、燃料電池ＦＣとラジエータＣＳ１とを繋ぐ流路であって、水温センサＳ５が設けられている。冷却液ポンプＣＳ２が駆動することで、燃料電池ＦＣを冷却した冷却液はラジエータＣＳ１へと還流する。

コントローラＥＣ（制御部）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システムＦＣＳの各部を制御するものである。例えば、コントローラＥＣは、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システムＦＣＳの運転を開始する。その後、コントローラＥＣは、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、燃料電池システムＦＣＳ全体の要求電力を求める。燃料電池システムＦＣＳ全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。

ここで、補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。

そして、コントローラＥＣは、燃料電池ＦＣとバッテリＥＳ２とのそれぞれの出力電力の配分を決定する。コントローラＥＣは、燃料電池ＦＣの発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系ＡＳＳ及び燃料ガス供給系ＦＳＳを制御する。また、コントローラＥＣは、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１に指示信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータＥＳ１によるコンバータ制御を実行させ、燃料電池ＦＣの運転ポイント（出力端子電圧、出力電流）を制御する。更に、コントローラＥＣは、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータＥＳ３に出力し、トラクションモータＥＳ４の出力トルク、及び回転数を制御する。更に、コントローラＥＣは、冷却系ＣＳを制御して燃料電池ＦＣが適切な温度になるように制御する。

続いて、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧制御について、図２を参照しながら説明する。ステップＳ０１では、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出口電流を電流センサＳ２によって検出する。

ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、ステップＳ０１で検出した出口電流が許容電流を上回っているか判断する。本実施形態において、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵとの間は電力線（パワーケーブル）で繋がっているので、許容電流はこの電力線によって定められるものである。出口電流が許容電流を上回っていればステップＳ０３の処理に進み、出口電流が許容電流を上回っていなければステップＳ０４の処理に進む。

ステップＳ０３では、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を上げる。トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を上げることで、結果としてＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵとの間の電力線に流れる電流が下がり、電力線の許容電流以下とすることができる。図６に示すように、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出力とＦＣ昇圧コンバータの出口電流との関係を示した場合、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を高く（例えば、図６のＶ１）すれば同じ出力に対する出口電流は下がり、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を低く（例えば、図６のＶ３）すれば同じ出力に対する出口電流は上がる。このように、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵとの間の電力線の許容電流に応じてトラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を定める。

ステップＳ０４では、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値をトラクションモータＥＳ４の駆動電圧目標値に設定し、通常の制御を実行する。

トラクションインバータＥＳ３の目標電圧制御にあたっては、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の損失を考慮することも好ましい態様である。ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の損失を考慮したトラクションインバータＥＳ３の目標電圧制御について、図３を参照しながら説明する。

ステップＳ１１では、燃料電池ＦＣの出力を検出する。ステップＳ１１に続くステップＳ１２では、トラクションインバータＥＳ３の出力を検出する。ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、トラクションインバータＥＳ３の出力と燃料電池ＦＣの出力とに基づいて、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の損失を算出する。

ステップＳ１３に続くステップＳ１４では、燃料電池ＦＣの出力からＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出力を算出する。続いて、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出力をトラクションインバータＥＳ３の出力電圧で除してＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出口電流を算出する。

ステップＳ１４に続くステップＳ１５では、ステップＳ１４で算出した出口電流が許容電流を上回っているか判断する。本実施形態において、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵとの間は電力線（パワーケーブル）で繋がっているので、許容電流はこの電力線によって定められるものである。出口電流が許容電流を上回っていればステップＳ１６の処理に進み、出口電流が許容電流を上回っていなければステップＳ１７の処理に進む。

ステップＳ１７では、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を上げる。トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を上げることで、結果としてＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵとの間の電力線に流れる電流が下がり、電力線の許容電流以下とすることができる。

ステップＳ１８では、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値をトラクションモータＥＳ４の駆動電圧目標値に設定し、通常の制御を実行する。

尚、図３を参照しながら説明した目標電圧制御では、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の損失を加味した制御を実行することで精度を向上させたけれども、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の損失を加味せずに制御したとしても電力線の保護を図ることができる。具体的には、燃料電池ＦＣの出力をトラクションインバータＥＳ３の出力電圧で除したものをＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出口電流とみなし、その出口電流と許容電流とを比較することで上述したステップＳ１７とステップＳ１８との処理を選択的に実行させることが好ましい。いずれにしても、電流センサを用いずに目標電圧を変更した制御が可能となり、電力線を保護することができる。

トラクションインバータＥＳ３の目標電圧制御にあたっては、トラクションモータＥＳ４の駆動を考慮することも好ましい態様である。トラクションモータＥＳ４の駆動を考慮したトラクションインバータＥＳ３の目標電圧制御について、図４を参照しながら説明する。

ステップＳ２１では、トラクションモータＥＳ４の回転数を検出する。ステップＳ２１に続くステップＳ２２では、トラクションモータＥＳ４のトルクを検出する。尚、ステップＳ２１とステップＳ２２は並行して実行されても構わない。

ステップＳ２３では、ステップＳ２１で検出したトラクションモータＥＳ４の回転数と、ステップＳ２２で検出したトラクションモータＥＳ４のトルクとに基づいて、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出口出力を算出する。

ステップＳ２３に続くステップＳ２４では、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出口出力をトラクションインバータＥＳ３の出力電圧で除してＦＣ昇圧コンバータＥＳ６の出口電流を求め、許容電流を上回っているか判断する。本実施形態において、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵとの間は電力線（パワーケーブル）で繋がっているので、許容電流はこの電力線によって定められるものである。出口電流が許容電流を上回っていればステップＳ２６の処理に進み、出口電流が許容電流を上回っていなければステップＳ２５の処理に進む。

ステップＳ２５では、トラクションインバータＥＳ３の出力電圧が、トラクションモータＥＳ４が要求する駆動電圧より大きく、システム損失が最低となり、出口電流が許容電流を上回らないように、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を設定する。具体的には、図７に示すようなマップに基づいて設定するものであって、図７に示す例では目標電圧値をＶ５又はＶ４に設定する。

ステップＳ２６では、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値が最大電圧となるように設定する。図７に示すマップでは、Ｖ４である。

トラクションインバータＥＳ３の目標電圧制御にあたっては、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６からＰＣＵに至る電力線の温度を考慮することも好ましい態様である。ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６からＰＣＵに至る電力線の温度を考慮したトラクションインバータＥＳ３の目標電圧制御について、図５を参照しながら説明する。

ステップＳ３１では、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵの間の電力線の温度を温度センサＳ７によって検出する。ステップＳ３１に続くステップＳ３２では、ステップＳ３１で検出した温度が許容温度を上回っているか判断する。本実施形態において、ＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵとの間は電力線（パワーケーブル）で繋がっているので、許容温度はこの電力線によって定められるものである。検出した温度が許容温度を上回っていればステップＳ３３の処理に進み、出口電流が許容電流を上回っていなければステップＳ３４の処理に進む。

ステップＳ３３では、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を上げる。トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値を上げることで、結果としてＦＣ昇圧コンバータＥＳ６とＰＣＵとの間の電力線に流れる電流が下がり、電力線の許容温度以下とすることができる。

ステップＳ３４では、トラクションインバータＥＳ３の目標電圧値をトラクションモータＥＳ４の駆動電圧目標値に設定し、通常の制御を実行する。

ＦＣＳ：燃料電池システム
ＦＣ：燃料電池
ＡＳＳ：酸化ガス供給系
ＡＳ１：フィルタ
ＡＳ２：エアコンプレッサ
ＡＳ３：酸化ガス流路
ＡＳ４：酸化オフガス流路
ＡＳ５：加湿器
Ａ３：背圧調整弁
ＣＳ：冷却系
ＣＳ１：ラジエータ
ＣＳ２：冷却液ポンプ
ＣＳ３：冷却液往路
ＣＳ４：冷却液復路
ＦＳＳ：燃料ガス供給系
ＦＳ１：燃料ガス供給源
ＦＳ２：インジェクタ
ＦＳ３：燃料ガス流路
ＦＳ４：循環流路
ＦＳ５：循環ポンプ
ＦＳ６：排気排水流路
Ｈ１：遮断弁
Ｈ２：レギュレータ
Ｈ３：遮断弁
Ｈ４：遮断弁
Ｈ５：排気排水弁
ＥＳ：電力系
ＥＳ１：ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＥＳ２：バッテリ
ＥＳ３：トラクションインバータ
ＥＳ４：トラクションモータ
ＥＳ５：補機類
ＥＳ６：ＦＣ昇圧コンバータ
ＥＣ：コントローラ
Ｓ１：電圧センサ
Ｓ２：電流センサ
Ｓ３：ＳＯＣセンサ
Ｓ４，Ｓ６：圧力センサ
Ｓ５：水温センサ
ＡＣＣ：アクセル開度信号
ＩＧ：起動信号
ＶＣ：車速信号

Claims

燃料電池と、前記燃料電池に接続された負荷とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池と前記負荷との間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を昇圧して前記負荷に出力するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電力を交流電力に変換して前記負荷へ出力するインバータと、
前記燃料電池、前記コンバータ、及び前記インバータを制御する制御部と、を備えると共に、
前記コンバータと前記インバータとの間を流れる電流を検知する電流センサを備え、
前記制御部は、前記電流センサが検知した電流が所定の電流閾値を超える場合に、前記インバータの目標出力電圧を上昇させるように制御することを特徴とする燃料電池システム。
燃料電池と、前記燃料電池に接続された負荷とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池と前記負荷との間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を昇圧して前記負荷に出力するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電力を交流電力に変換して前記負荷へ出力するインバータと、
前記燃料電池、前記コンバータ、及び前記インバータを制御する制御部と、を備えると共に、
前記コンバータと前記インバータとの間の電力線の温度を検知する温度センサを備え、
前記制御部は、前記温度センサが検知した温度が所定の温度閾値を超える場合に、前記インバータの目標出力電圧を上昇させるように制御することを特徴とする燃料電池システム。