JP6958371B2

JP6958371B2 - 燃料電池車

Info

Publication number: JP6958371B2
Application number: JP2018003666A
Authority: JP
Inventors: 祐介瀬尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-01-12
Also published as: JP2019125437A; US10693164B2; CN110027414A; CN110027414B; US20190221872A1

Description

本明細書が開示する技術は、燃料電池車に関する。特に、燃料電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータを備えた燃料電池車に関する。

特許文献１に、燃料電池（Fuel Cells）の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータを備えた燃料電池車が開示されている。昇圧コンバータの低電圧端が燃料電池に接続されており、高電圧端はインバータに接続されている。インバータは、昇圧された直流電力をモータの駆動に適した交流に変換する。一般に、昇圧コンバータでは、高電圧端の正極と負極の間に電流平滑用のコンデンサが接続されている。燃料電池を停止したとき、コンデンサには、燃料電池の出力電圧よりも高い電圧が保持されることになる。燃料電池も、停止後しばらくは相応の電圧が保持されている。

特許文献１の燃料電池車では、車両のメインスイッチがオフされたとき、次の手順で燃料電池とコンデンサを放電する。まず、酸素供給器は停止するが、ポンプは停止せず、しばらくは燃料の供給を継続する。燃料の供給によって、残存する酸素が消費されるまで発電が続く。特許文献１の燃料電池車では、残存する酸素が消費された後、ポンプを停止する。次に、昇圧コンバータを起動し、燃料電池の残存電荷を昇圧コンバータの高電圧側へ放出させる。燃料電池の残存電荷を放出した後、昇圧コンバータを停止する。そして、インバータを動作させ、インバータを通じてコンデンサを放電する。

特開２０１１−９０８２３号公報

特許文献１の燃料電池車では、昇圧コンバータを動作させて燃料電池から強制的に電荷を放出させる。強制的な電荷の放出は、燃料電池の触媒等の劣化を早めるおそれがある。電力停止時に昇圧コンバータのコンデンサと燃料電池を放電する燃料電池車には改善の余地がある。

本明細書が開示する燃料電池車は、走行用のモータと、インバータと、燃料電池システムと、第１昇圧コンバータと、コントローラを備えている。インバータは、直流電力を、モータを駆動する交流電力に変換する。燃料電池システムは、燃料電池、エアコンプレッサ３１、燃料電池ポンプを備えており、水素燃料と酸素を供給することにより燃料電池が発電する装置である。第１昇圧コンバータは、第１低電圧端が燃料電池に接続されているとともに第１高電圧端が第１リレ−を介してインバータに接続されている。第１高電圧端の正極と負極の間に第１コンデンサが接続されている。コントローラは、次のシーケンスで電力を停止する。コントローラは、まず、燃料電池システムを停止する。コントローラは、燃料電池の電圧が所定の電圧閾値を超えている場合は、燃料電池の電圧を下回らないように第１コンデンサを放電する。コントローラは、燃料電池の電圧が電圧閾値を下回った場合は、第１コンデンサの放電を停止するとともに、第１リレーを開放してインバータから第１昇圧コンバータと燃料電池を切り離す。

上記した停止シーケンスでは、コンデンサの放電に先立って燃料電池システムを停止しているので、燃料電池の電圧は自然に徐々に下がっていく。本明細書が開示する燃料電池車では、コントローラは、燃料電池の電圧を下回らないように第１コンデンサを放電する。燃料電池の電圧低下とともに、第１コンデンサも放電されていく。燃料電池からの強制的な電荷放出を行わないので、触媒等のダメージを抑えることができる。

上記した燃料電池車の構成は、特に、燃料電池とインバータを電気的に切り離すリレーが、燃料電池と第１昇圧コンバータの間ではなく、第１昇圧コンバータとインバータの間に配置されている燃料電池車に有効である。上記した燃料電池車は、燃料電池と接続されている第１昇圧コンバータのコンデンサを放電する際に、燃料電池を傷めずにすむ。

コントローラは、例えば、インバータを駆動し、モータに電流を流すことでコンデンサを放電する。あるいは、放電抵抗を有している場合は、コントローラは、放電抵抗を使ってコンデンサを放電してもよい。電圧閾値は、漏電しても周囲に厳しいダメージを与えない程度の値に設定される。電圧閾値は、例えば４２ボルトである。

本明細書が開示する燃料電池車は、さらに、バッテリと、第２昇圧コンバータを備えていてもよい。第２昇圧コンバータは、第２低電圧端が第２リレ−を介してバッテリに接続されているとともに第２高電圧端がインバータに接続されている。第２高電圧端の正極と負極の間に第２コンデンサが接続されている。そのような燃料電池車の場合、第２コンデンサも放電することが望ましい。コントローラは、上記の停止シーケンスに加えて次の手順を実行する。コントローラは、第２コンデンサの放電に先立って第２リレーを開放してバッテリを第２昇圧コンバータから切り離す。燃料電池を停止した後、コントローラは、燃料電池の電圧が所定の電圧閾値を超えている場合は、燃料電池の電圧を下回らないように第１コンデンサと第２コンデンサを放電する。コントローラは、燃料電池の電圧が電圧閾値を下回った場合は、第１コンデンサと第２コンデンサの放電を停止するとともに、第１リレーを開放してインバータと第１昇圧コンバータを切り離す。最後にコントローラは、第２コンデンサを放電する。コントローラは、インバータとモータ、あるいは、放電抵抗を使って第１コンデンサと第２コンデンサを放電すればよい。

コントローラは、次のシーケンスを実行してもよい。コントローラは、第１コンデンサの放電を開始する前に燃料電池の電圧が電圧閾値を下回っていた場合は、第１コンデンサを電圧閾値まで放電し、第１リレーを開放する。放電開始前に燃料電池の電圧が電圧閾値を超えていた場合は、コンデンサを電圧閾値まで一気に放電することで、短時間で放電を完了することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

燃料電池車の電力系のブロック図である。第１昇圧コンバータの回路図である。第２昇圧コンバータの回路図である。電力停止処理のフローチャートである。電力停止処理のフローチャートである（図４の続き）。電力停止処理のタイムチャートである。

図面を参照して実施例の燃料電池車１００を説明する。図１に、燃料電池車１００の電力系のブロック図を示す。図中の矢印破線は信号線を示している。符号３７はエアパイプを示しており、符号３８は燃料パイプを示している。エアパイプ３７に沿って描かれている太矢印線は、空気（酸素）の流れを示しており、燃料パイプ３８に沿って描かれている太矢印線は、燃料ガスの流れを示している。

燃料電池車１００は、燃料電池２、バッテリ６、第１昇圧コンバータ１０、第２昇圧コンバータ２０、第１リレー４、第２リレー７、第１インバータ５、走行用のモータ３２を備えている。

燃料電池２の出力電圧は例えば０〜２００ボルトであり、バッテリ６の出力電圧は例えば３００ボルトである。一方、走行用のモータ３２の駆動電圧は例えば３００〜６００ボルトである。駆動電圧が燃料電池２とバッテリ６の出力電圧よりも高い場合がある。それゆえ、燃料電池車１００は、第１昇圧コンバータ１０と第２昇圧コンバータ２０を備えている。第１昇圧コンバータ１０の低電圧端１２が燃料電池２に接続されており、高電圧端１３が第１リレー４を介して第１インバータ５に接続されている。第２昇圧コンバータ２０の低電圧端２２が第２リレ−７を介してバッテリ６に接続されており、高電圧端２３が第１インバータ５に接続されている。第１昇圧コンバータ１０の回路構成は後に図２を参照して説明するが、第１昇圧コンバータ１０の高電圧端の正極１３ａと負極１３ｂの間にはコンデンサ１４と電圧センサ１５が接続されている。第２昇圧コンバータ２０の回路構成は後に図３を参照して説明するが、第２昇圧コンバータ２０の高電圧端の正極２３ａと負極２３ｂの間にはコンデンサ２４と電圧センサ２５が接続されている。

電圧センサ１５は第１昇圧コンバータ１０の高電圧端の正極１３ａと負極１３ｂの間の電圧を計測する。正極１３ａと負極１３ｂの間の電圧は、コンデンサ１４の両端電圧に等しい。電圧センサ２５は第２昇圧コンバータ２０の高電圧端の正極２３ａと負極２３ｂの間の電圧を計測する。正極２３ａと負極２３ｂの間の電圧は、コンデンサ２４の両端電圧に等しい。燃料電池車１００は、電圧センサ１５、２５のほかに、燃料電池２の出力電圧を計測する電圧センサ３も備えている。電圧センサ３、１５、２５の計測データはコントローラ９に送られる。

先に述べたように、図１における矢印破線は信号線を表している。図１における「to Cntllr」の文字列は、「to Controller」（コントローラ９へ）を表しており、コントローラ９へ信号（データ）を送る信号線がコントローラ９につながっていることを意味している。「from Cntllr」の文字列は、「from Controller」（コントローラ９から）を表しており、コントローラ９が信号を送るための信号線がコントローラ９につながっていることを意味している。なお、燃料電池車１００には、図示したほかにも多数の信号線やデバイスが配置されているが、それらの図示は省略してある。

第１インバータ５は、昇圧された直流電力をモータ３２の駆動に適した交流電力に変換する。第１昇圧コンバータ１０、第２昇圧コンバータ２０、第１インバータ５は、コントローラ９によって制御される。コントローラ９は、車速とアクセル開度の出力電圧から、モータ３２の目標出力を決める。目標出力は、目標電圧と目標周波数を含んでいる。コントローラ９は、燃料電池２の出力電流と出力電圧から、第１昇圧コンバータ１０と第２昇圧コンバータ２０の出力割合を決める。コントローラ９は、第１、第２昇圧コンバータ１０、２０の目標電圧とそれぞれの出力割合が実現されるように、第１、第２昇圧コンバータ１０、２０を制御するとともに、目標周波数が実現されるように、第１インバータ５を制御する。

第１昇圧コンバータ１０の高電圧端１３と第２昇圧コンバータ２０の高電圧端２３には、第２インバータ８も接続されている。第２インバータ８は、エアコンプレッサ３１を駆動する。また、第２リレー７と第２昇圧コンバータ２０との間には、第３インバータ３３が接続されている。第３インバータ３３は、燃料ポンプ３４を駆動する。

燃料電池システム４０は、燃料電池２及びエアコンプレッサ３１、燃料電池ポンプ３４を備えている。エアコンプレッサ３１は、エアパイプ３７を通じて燃料電池２に空気（酸素）を供給する。エアコンプレッサ３１は、燃料電池２に酸素を供給する酸素供給器である。燃料ポンプ３４は、燃料パイプ３８を通じて、燃料タンク３５の水素燃料を燃料電池２に供給する。第２インバータ８と第３インバータ３３も、コントローラ９が制御する。別言すれば、コントローラ９は、エアコンプレッサ３１と燃料ポンプ３４も制御する。

第１リレー４は、インバータ５、８と第１昇圧コンバータ１０（燃料電池２）の間を接続したり遮断したりするスイッチであり、第２リレー７は、バッテリ６と第２昇圧コンバータ２０との間を接続したり遮断したりするスイッチである。コントローラ９は、車両のメインスイッチ３６が入れられると、第１リレー４を閉じて燃料電池２と第１昇圧コンバータ１０をインバータ５、８に接続し、第２リレ−７を閉じてバッテリ６を第２昇圧コンバータ２０に接続する。コントローラ９が第２リレ−７を閉じると、燃料電池車１００はバッテリ６で走行が可能となる。コントローラ９が第１リレー４と第２リレー７を閉じ、燃料電池システム４０を起動すると、燃料電池車１００は、バッテリ６と燃料電池２を使っての走行が可能な状態となる。

一方、コントローラ９は、車両のメインスイッチ３６がオフに切り換えられると、燃料電池２を停止し、第１リレー４を開いてインバータ５、８を第１昇圧コンバータ１０（燃料電池２）から切り離すとともに、第２リレー７を開いて第２昇圧コンバータ２０をバッテリ６から切り離す。コントローラ９による電力停止処理については後述する。

図２を参照して第１昇圧コンバータ１０の回路構成を説明する。図２は、第１昇圧コンバータ１０の回路図である。第１昇圧コンバータ１０は、トランジスタ１６、ダイオード１７ａ、１７ｂ、リアクトル１８、コンデンサ１４、１９、電圧センサ１５を備えている。第１昇圧コンバータ１０の低電圧端１２の正極１２ａにリアクトル１８の一端が接続されている。リアクトル１８の他端には、ダイオード１７ａのアノードが接続されている。ダイオード１７ａのカソードは高電圧端１３の正極１３ａに接続されている。リアクトル１８とダイオード１７ａの接続点に、トランジスタ１６のコレクタが接続されている。トランジスタ１６のエミッタは低電圧端１２の負極１２ｂに接続されている。低電圧端１２の負極１２ｂは、高電圧端１３の負極１３ｂに直接に接続されている。ダイオード１７ｂは、トランジスタ１６に対して逆並列に接続されている。コンデンサ１４と電圧センサ１５は、先に述べたように、高電圧端１３の正極１３ａと負極１３ｂの間に接続されている。コンデンサ１９は、低電圧端１２の正極１２ａと負極１２ｂの間に接続されている。

トランジスタ１６は、コントローラ９（図１参照）によって制御される。トランジスタ１６が所定のデューティ比でオンオフを繰り返すと、低電圧端１２に印加された電圧が昇圧されて高電圧端１３から出力される。図２の回路の第１昇圧コンバータ１０は、チョッパ型の電圧コンバータであり、出力電圧が脈動する。高電圧端１３の正極１３ａと負極１３ｂの間に接続されているコンデンサ１４は、第１昇圧コンバータ１０の出力電圧の脈動を抑えるために備えられている。コンデンサ１４は、大容量であり、相応の電力エネルギが蓄積される。低電圧端１２の正極１２ａと高電圧端１３の正極１３ａの間にダイオード１７ａが接続されているため、高電圧端１３から低電圧端１２へは電流は流れない。燃料電池車１００が使われていない間、コンデンサ１４が高電圧を保持したままにするのは好ましくないので、電力を停止する際、コンデンサ１４を放電する必要がある。

図３を参照して第２昇圧コンバータ２０の回路構成を説明する。図３は、第２昇圧コンバータ２０の回路図である。第２昇圧コンバータ２０は、トランジスタ２６ａ、２６ｂ、ダイオード２７ａ、２７ｂ、リアクトル２８、コンデンサ２４、２９、電圧センサ２５を備えている。第２昇圧コンバータ２０の高電圧端１３の正極１３ａと負極１３ｂの間に、２個のトランジスタ２６ａ、２６ｂが直列に接続されている。２個のトランジスタ２６ａ、２６ｂの直列接続の中点と低電圧端２２の正極２２ａの間にリアクトル２８が接続されている。低電圧端２２の正極２２ａと負極２２ｂの間にコンデンサ２９が接続されている。低電圧端２２の負極２２ｂは、高電圧端２３の負極２３ｂに直接に接続されている。ダイオード２７ａはトランジスタ２６ａに逆並列に接続されており、ダイオード２７ｂはトランジスタ２６ｂに逆並列に接続されている。コンデンサ２４と電圧センサ２５は、先に述べたように、高電圧端２３の正極２３ａと負極２３ｂの間に接続されている。

図３に示す第２昇圧コンバータ２０は、低電圧端２２に印加された電圧を昇圧して高電圧端２３に出力する昇圧機能と、高電圧端２３に印加された電圧を降圧して低電圧端２２に出力する降圧機能の双方を備えている。第２昇圧コンバータ２０は、いわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。本明細書では、昇圧機能に着目しているので、図３の回路を第２昇圧コンバータ２０と称することにする。

トランジスタ２６ａ、２６ｂは、コントローラ９（図１参照）によって制御される。トランジスタ２６ｂが所定のデューティ比でオンオフを繰り返すと、低電圧端２２に印加された電圧が昇圧されて高電圧端２３から出力される。トランジスタ２６ａが所定のデューティ比でオンオフを繰り返すと、高電圧端２３に印加された電圧が降圧されて低電圧端２２から出力される。トランジスタ２６ａとトランジスタ２６ｂが相補的なＰＷＭ信号でオンオフを繰り返すと、低電圧端２２の電圧と高電圧端２３の電圧のバランスに応じて、昇圧と降圧が自動的に切り換わる。走行用のモータ３２は、電力を使って駆動トルクを出力することと、車両の減速エネルギを使って回生電力を生成することが頻繁に切り換わる。第２昇圧コンバータ２０の上記した機能は、電力の消費と電力の生成が頻繁に切り換わる走行用のモータの制御に適している。

図３の回路の第２昇圧コンバータ２０も、チョッパ型の電圧コンバータであり、出力電圧が脈動する。高電圧端２３の正極２３ａと負極２３ｂの間に接続されているコンデンサ２４は、第２昇圧コンバータ２０の出力電圧の脈動を抑えるために備えられている。コンデンサ２４は、大容量であり、相応の電力エネルギが蓄積される。低電圧端２２の正極２２ａと高電圧端２３の正極２３ａの間にダイオード２７ａが接続されているため、トランジスタ２６ａがオフしている間は、高電圧端２３から低電圧端２２へは電流は流れない。燃料電池車１００が使われていないときにコンデンサ２４が高電圧を保持したままにするのは好ましくないので、電力を停止する際、コンデンサ２４を放電する必要がある。

上記したように、燃料電池車１００の電力を停止する際、第１昇圧コンバータ１０のコンデンサ１４と第２昇圧コンバータ２０のコンデンサ２４には、高電圧が保持されているため、放電する必要がある。特に、第１昇圧コンバータ１０と燃料電池２の間には、遮断スイッチが介在しないため、燃料電池２に接続されたままの第１昇圧コンバータ１０のコンデンサ１４を放電する必要がある。なお、第１昇圧コンバータ１０のコンデンサ１９も放電する必要があるが、コンデンサ１４が放電されるときにコンデンサ１９も放電されるので、ここではコンデンサ１４の放電に着目する。第２昇圧コンバータ２０のコンデンサ２９についても同様である。

図４と図５に、電力停止処理のフローチャートを示す。図４と図５の処理は、コントローラ９が実行する。コントローラ９は、プログラムを格納しているメモリと、格納されたプログラムを実行するＣＰＵを備えている。コントローラ９は、図４と図５の処理に相当するプログラムをメモリからロードして実行する。図４と図５の処理は、車両のメインスイッチ３６（図１参照）がオフされると開始される。

図６に、電力停止処理のタイムチャートを示す。グラフＧ１は、エアコンプレッサ３１と燃料ポンプ３４の動作／停止を示すタイムチャートである。グラフＧ２は、燃料電池２の電圧の経時変化を示している。グラフＧ３は、第１昇圧コンバータ１０のコンデンサ１４の電圧を示している。グラフＧ４は、第２昇圧コンバータ２０のコンデンサ２４の電圧を示している。時刻Ｔ７までは、コンデンサ２４の電圧はコンデンサ１４の電圧に等しい。グラフＧ５は、第１インバータ５の動作／停止を示すタイムチャートである。グラフＧ６は、第１リレー４の開／閉を示すタイムチャートである。グラフＧ７は、第２リレー７の開／閉を示すタイムチャートである。図４、図５とともに、図６を参照しながら停止処理を説明する。

以下では、説明の便宜のため、燃料電池２の電圧をＦＣ電圧と称し、コンデンサ１４、２４の電圧をコンデンサ電圧と称する。

メインスイッチ３６がオフにされると、コントローラ９は、まず、エアコンプレッサ３１を停止するとともに、燃料ポンプ３４を停止する（ステップＳ２）。燃料と酸素の供給が止まるので、燃料電池２は停止する。なお、このとき、コントローラ９は、燃料電池２の停止に必要な他の処理も同時に行う。図６のタイムチャートでは、時刻Ｔ１にメインスイッチ３６がオフに切り換えられ、コントローラ９がエアコンプレッサ３１と燃料ポンプ３４を停止する。別言すれば、コントローラ９は、時刻Ｔ１に燃料電池２を停止する。燃料電池２が停止されるので、時刻Ｔ１から燃料電池２の電圧（ＦＣ電圧）は徐々に低下していく（グラフＧ２）。

次に、コントローラ９は、第２リレー７を開き、第２昇圧コンバータ２０をバッテリ６から切り離す（ステップＳ３）。時刻Ｔ２に、第２リレー７が開かれ、バッテリ６が第２昇圧コンバータ２０から切り離される。

次に、コントローラ９は、第１インバータ５を駆動し、コンデンサ１４、２４の電荷をモータ３２に流し、コンデンサ１４、２４を放電する。以下、放電処理を詳しく説明する。

時刻Ｔ２に、第１インバータ５が起動される（グラフＧ５）。このとき、コントローラ９は、モータ３２が回転しないように、モータ３２のコイルに流す電流を制御する。燃料電池２は停止しており、バッテリ６は切り離されているので、コンデンサ１４、２４の電力がモータ３２に流れる。即ち、コンデンサ１４、２４が放電される。コンデンサ１４、２４の放電において、コントローラ９は、コンデンサ１４、２４の電圧が燃料電池２の電圧を下回らないように、コンデンサ１４、２４の放電の目標電圧を設定する。燃料電池２と第１昇圧コンバータ１０は電気的に接続されているので、コンデンサ１４、２４の放電の目標電圧が燃料電池２の電圧を下回ると、燃料電池２からモータ３２へ電流が流れてしまう。コントローラ９は、燃料電池２から電流が流れ出さないように、放電の目標電圧を決定する。

放電処理では、コントローラ９は、まず、燃料電池２の電圧（ＦＣ電圧）を所定の電圧閾値Ｖｔｈと比較する（ステップＳ４）。電圧閾値Ｖｔｈには、漏電しても周囲に深刻な影響を与えない程度に低い値が設定されている。電圧閾値Ｖｔｈは、例えば４２ボルトである。ＦＣ電圧が電圧閾値Ｖｔｈを超えている場合、コントローラ９は、放電におけるコンデンサ１４、２４の目標電圧を、ＦＣ電圧＋マージン電圧Ｖａに設定する（ステップＳ５）。マージン電圧Ｖａは、電圧センサの計測誤差を吸収するために設定されている。即ち、例えば、電圧センサ３が計測する燃料電池の電圧（ＦＣ電圧）が実際のＦＣ電圧よりも５ボルト低かった場合であっても、マージン電圧Ｖａが１０ボルトに設定されていれば、放電の目標電圧は、実際のＦＣ電圧を下回ることがない。マージン電圧Ｖａは、例えば１０〜２０ボルトである。電圧センサの計測値が正確である場合は、マージン電圧Ｖａはゼロであってもよい。

図６のタイムチャートにおいて、例えば、時刻Ｔ２におけるＦＣ電圧は電圧Ｖｒである。時刻Ｔ２における目標電圧は、ＦＣ電圧Ｖｒ＋マージン電圧Ｖａとなる。

次に、コントローラ９は、第１インバータ５を駆動し、コンデンサ電圧が目標電圧に低下するまで、コンデンサ１４、２４を放電する（ステップＳ６、Ｓ７）。時刻Ｔ２以降、コントローラ９は、コンデンサ電圧が目標電圧Ｖｒ＋Ｖａとなるまで第１インバータ５を駆動し、コンデンサ１４、２４を放電する。

ステップＳ７では、コントローラ９は、目標電圧とコンデンサ電圧の電圧差を許容誤差Ｖｂと比較する。コントローラ９は、電圧差が許容誤差Ｖｂよりも小さくなるまで、インバータを駆動し続ける（ステップＳ７：ＮＯ、Ｓ６）。別言すれば、コントローラ９は、許容誤差Ｖｂの範囲でコンデンサ電圧が目標電圧に一致するまでコンデンサ１４、２４を放電する。

電圧差が許容誤差Ｖｂよりも小さくなったら、コントローラ９は、再び燃料電池２の電圧（ＦＣ電圧）と電圧閾値Ｖｔｈを比較する（ステップＳ７：ＹＥＳ、Ｓ４）。先に述べたように、燃料電池２は停止しているので、ＦＣ電圧は徐々に低下していく。ステップＳ４にて、ＦＣ電圧が電圧閾値Ｖｔｈを下回っていない場合、コントローラ９は、目標電圧を新たなＦＣ電圧で設定し直す（ステップＳ５）。そして、先の場合と同様に、コントローラ９は、コンデンサ電圧と目標電圧の差が許容誤差Ｖｂよりも小さくなるまで、インバータ５を駆動する（ステップＳ６、Ｓ７）。ステップＳ４からＳ７のループにより、コンデンサ１４、２４は、燃料電池２の電圧を下回ることなく、徐々に放電される。

図６のタイムチャートでは、時刻Ｔ３に、コンデンサ電圧（グラフＧ３）は、最初の目標電圧（即ち、Ｖｒ＋Ｖａ）まで低下する。その後、ステップＳ４からＳ７のループを繰り返す。その結果、時刻Ｔ４以降、コンデンサ電圧は、ＦＣ電圧よりもマージン電圧Ｖａだけ高い状態でＦＣ電圧に追従して低下していく（グラフＧ３）。

なお、第１昇圧コンバータ１０のコンデンサ１９は、燃料電池２の電圧低下とともに放電される。第２昇圧コンバータ２０のコンデンサ２９は、コンデンサ２４とともに放電される。

ステップＳ４の処理において、燃料電池２の電圧（ＦＣ電圧）が電圧閾値Ｖｔｈを下回ると、図５のステップＳ１２の処理に移る。ステップＳ１２では、コントローラ９は、コンデンサの目標電圧を、電圧閾値Ｖｔｈ＋マージン電圧Ｖａに設定する。そして、コントローラ９は、インバータ５を駆動し、目標電圧とコンデンサ電圧の電圧差が許容誤差Ｖｂよりも小さくなるまで、放電を続ける（ステップＳ１３、Ｓ１４）。なお、ステップＳ１２−Ｓ１４の処理は、燃料電池２の電圧低下が早く、最初にステップＳ４の処理を実行したときにＦＣ電圧が既に電圧閾値Ｖｔｈを下回っていたときの対策である。最初にステップＳ４を実行するときは、コンデンサ１４、２４の電圧は、第１昇圧コンバータ１０によって昇圧された燃料電池２の電圧に等しい。それゆえ、最初にステップＳ４の処理を実行するときに既にＦＣ電圧が電圧閾値Ｖｔｈを下回っていた場合は、ステップＳ１２−Ｓ１４の処理により、電圧閾値Ｖｔｈまで、コンデンサ１４、２４を一気に放電する。ステップＳ１２−Ｓ１４の処理により、最初にステップＳ４の処理を実行するときに既にＦＣ電圧が電圧閾値Ｖｔｈを下回っていた場合の放電時間が短くなる。

一方、少なくとも１回はステップＳ４からＳ７のループを実行した後にステップＳ１２の処理を実行する場合、コンデンサ電圧は既に電圧閾値Ｖｔｈに近い場合がある。その場合は、直ちにステップＳ１４の分岐判断がＹＥＳとなり、コントローラ９の処理はステップＳ１４に移る。ステップＳ１４でＹＥＳの判断がなされたとき、コンデンサ電圧は、漏電しても周囲に深刻な影響を与えない電圧閾値Ｖｔｈまで低下している。

図６のフローチャートでは、時刻Ｔ５に、ＦＣ電圧が電圧閾値Ｖｔｈを下回る。時刻Ｔ５以降、コンデンサ電圧は、目標電圧（電圧閾値Ｖｔｈ＋マージン電圧Ｖａ）に保持される。

次にコントローラ９は、インバータ５を停止する（ステップＳ１５）。即ち、コントローラ９は、放電を停止する。そして、コントローラ９は、第１リレー４を開き、第１昇圧コンバータ１０と燃料電池２をインバータ５から切り離す（ステップＳ１６）。図６のタイムチャートでは、時刻Ｔ６にインバータ５が停止され、時刻Ｔ７に第１リレー４が開かれる。

次にコントローラ９は、コンデンサ２４の放電の目標電圧を０ボルトに設定し、再びインバータ５を駆動する（ステップＳ１７、Ｓ１８）。ステップＳ１８、Ｓ１９の処理により、第２昇圧コンバータ２０のコンデンサ２４、２９が放電される。コントローラ９は、目標電圧（＝０）とコンデンサ電圧の電圧差が許容誤差Ｖｂよりも小さくなったら、インバータ５を停止する（ステップＳ１９：ＹＥＳ、Ｓ２０）。こうして、電力停止処理が終了する。図６のフローチャートでは、時刻Ｔ８にインバータ５が再駆動され、コンデンサ２４の電圧が低下していく（グラフＧ４）。時刻Ｔ９でコンデンサ２４の電圧はゼロボルトに達する。一方、ＦＣ電圧は徐々に低下していき、時刻Ｔ１０でゼロボルトに達する。

上記した電力停止処理は、次の利点がある。即ち、上記した電力停止処理では、メインスイッチ３６がオフに切り換えられると、燃料電池２に酸素を供給するエアコンプレッサ３１と、燃料電池２に燃料を供給する燃料ポンプ３４が直ちに停止される。従って、メインスイッチ３６がオフに切り換えられた後に直ちにポンプ音が消える。また、上記した電力停止処理では、ＦＣ電圧を下回らないように、コンデンサ１４、２４が放電される。従って、コンデンサ１４、２４の放電中に、燃料電池２から強制的に電荷がコンデンサ１４、２４へ移動することがない。燃料電池２から電荷を強制的に放出させると、燃料電池の２の触媒等がダメージを受けるおそれがある。実施例の電力停止処理では、そのようなおそれがない。なお、コンデンサ１９はコンデンサ１４とともに放電され、コンデンサ２９は、コンデンサ２４とともに放電される。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：燃料電池
３、１５、２５：電圧センサ
４：第１リレー
５：第１インバータ
６：バッテリ
７：第２リレー
８：第２インバータ
９：コントローラ
１０：第１昇圧コンバータ
１４、１９、２４、２９：コンデンサ
１６、２６ａ、２６ｂ：トランジスタ
１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ：ダイオード
１８、２８：リアクトル
２０：第２昇圧コンバータ
３１：エアコンプレッサ
３２：モータ
３３：第３インバータ
３４：燃料ポンプ
３５：燃料タンク
３６：メインスイッチ
４０：燃料電池システム
１００：燃料電池車

Claims

走行用のモータと、
直流電力を、前記モータを駆動する交流電力に変換するインバータと、
水素燃料と酸素を供給することにより燃料電池が発電する燃料電池システムと、
第１低電圧端が前記燃料電池に接続されているとともに第１高電圧端が第１リレ−を介して前記インバータに接続されており、前記第１高電圧端の正極と負極の間に第１コンデンサが接続されている第１昇圧コンバータと、
コントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、車両の電力を停止するときに、
前記燃料電池システムを停止し、
前記燃料電池の電圧が所定の電圧閾値を超えている場合は、前記燃料電池の電圧を下回らないように前記第１コンデンサを放電し、
前記燃料電池の電圧が前記電圧閾値を下回った場合は、前記第１コンデンサの放電を停止するとともに、前記第１リレ−を開放して前記インバータから前記第１昇圧コンバータを切り離す、
燃料電池車。
バッテリと、
第２低電圧端が第２リレ−を介して前記バッテリに接続されているとともに第２高電圧端が前記インバータに接続されており、前記第２高電圧端の正極と負極の間に第２コンデンサが接続されている第２昇圧コンバータと、
をさらに備えており、
前記コントローラは、
前記第２コンデンサの放電に先立って前記第２リレ−を開放して前記バッテリを前記第２昇圧コンバータから切り離し、
前記燃料電池の電圧が前記電圧閾値を超えている場合は、前記燃料電池の電圧を下回らないように前記第１コンデンサと前記第２コンデンサを放電し、
前記燃料電池の電圧が前記電圧閾値を下回った場合は、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの放電を停止するとともに、前記第１リレ−を開放して前記インバータから前記第１昇圧コンバータを切り離し、
さらに前記第２コンデンサを放電する、
請求項１に記載の燃料電池車。
前記コントローラは、前記第１コンデンサの放電を開始する前に前記燃料電池の電圧が前記電圧閾値を下回っていた場合は、前記第１コンデンサを前記電圧閾値まで放電し、前記第１リレ−を開放する、請求項１又は２に記載の燃料電池車。