JP7352424B2 - 車両の電源システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の電源システムに関する。

近年、駆動用モータを駆動源として走行する電動車両が広く利用されている。このような電動車両における技術として、駆動輪の回転エネルギを用いた発電を駆動用モータに行わせることによって車両に制動力を生じさせる回生制動と呼ばれる技術がある。回生制動時に駆動用モータにより発電される電力（以下、回生電力とも呼ぶ）は、基本的には、車両に搭載される二次電池に送られ、二次電池の充電に利用される。しかしながら、二次電池が満充電である場合等の特定の状況下では、駆動用モータの回生電力を二次電池以外の供給先で消費する必要が生じる。このような余剰の回生電力を空調機器等の補機で消費することが考えられるが、補機類では消費できる電力が小さいため、消費しきれない場合がある。

ここで、電動車両の中で、駆動用モータの電力源として燃料電池および二次電池を備え、燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に電動式のコンプレッサが設けられているものがある。そして、このような電動車両において、駆動用モータの回生電力を用いて空気供給路のコンプレッサを回転駆動させることにより、当該回生電力を消費する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６－０３４０３６号公報

ところで、電費向上の目的で、燃料電池への空気の供給に利用される電動過給機として、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンを有しており、当該タービンと空気供給路のコンプレッサとが一体的に回転するようになっているものが提案されている。このような電動過給機を備える電源システムにおいて、駆動用モータの回生電力を消費するために、当該回生電力を用いて当該電動過給機のコンプレッサを回転駆動させた場合、タービンとコンプレッサとが一体的に回転することに起因して、回生電力を適切に消費することが困難となる場合がある。

例えば、回生電力を用いてコンプレッサを回転駆動させる際に、コンプレッサにより供給される空気が燃料電池およびタービンを介さずに外気に排出されるようにした場合には、タービンにおける空気の流量と圧力との関係が異常となりタービンの破損や騒音が生じるおそれがある。また、コンプレッサにより供給される空気が燃料電池を迂回してタービンに送られるようにした場合には、タービンを回転させる力が空気の流れによりタービンに付与されることに起因して、電動過給機で消費可能な電力が低下してしまう。

そこで、本発明は、このような課題に鑑み、燃料電池および二次電池を備える電源システムにおいて、電費を向上させつつ、駆動用モータの回生電力を適切に消費することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の車両の電源システムは、駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、電動過給機と、制御装置と、を備え、電動過給機は、燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、を有し、空気供給路におけるコンプレッサより下流側と、空気排出路におけるタービンより上流側とは、バイパス路によってバイパスされており、コンプレッサとタービンとの間の空気の流路から分岐してタービンを迂回する分岐路が設けられており、制御装置は、燃料電池への空気の供給を停止した状態で、駆動用モータの回生電力を用いてコンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行し、回生電力消費制御において、コンプレッサにより供給される空気の一部がバイパス路を介してタービンに供給され、当該空気の他の一部が分岐路に供給されるように、当該空気の流れを制御し、回生電力消費制御において、コンプレッサの過給圧に基づいて、タービンにおける空気の流量を制御する。
上記課題を解決するために、本発明の車両の電源システムは、駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、電動過給機と、制御装置と、を備え、電動過給機は、燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、を有し、空気供給路におけるコンプレッサより下流側と、空気排出路におけるタービンより上流側とは、バイパス路によってバイパスされており、コンプレッサとタービンとの間の空気の流路から分岐してタービンを迂回する分岐路が設けられており、制御装置は、燃料電池への空気の供給を停止した状態で、駆動用モータの回生電力を用いてコンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行し、回生電力消費制御において、コンプレッサにより供給される空気の一部がバイパス路を介してタービンに供給され、当該空気の他の一部が分岐路に供給されるように、当該空気の流れを制御し、駆動用モータの回生電力が二次電池の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行し、二次電池の残存容量、および、二次電池と接続される補機の要求電力に基づいて、駆動用モータの回生電力が二次電池の充電能力に対して過剰であるか否かを判定する。
上記課題を解決するために、本発明の車両の電源システムは、駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、電動過給機と、制御装置と、を備え、電動過給機は、燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、を有し、空気供給路におけるコンプレッサより下流側と、空気排出路におけるタービンより上流側とは、バイパス路によってバイパスされており、コンプレッサとタービンとの間の空気の流路から分岐してタービンを迂回する分岐路が設けられており、制御装置は、燃料電池への空気の供給を停止した状態で、駆動用モータの回生電力を用いてコンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行し、回生電力消費制御において、コンプレッサにより供給される空気の一部がバイパス路を介してタービンに供給され、当該空気の他の一部が分岐路に供給されるように、当該空気の流れを制御し、駆動用モータの回生電力が二次電池の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行し、二次電池の異常の診断結果に基づいて、駆動用モータの回生電力が二次電池の充電能力に対して過剰であるか否かを判定する。
上記課題を解決するために、本発明の車両の電源システムは、駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、電動過給機と、制御装置と、を備え、電動過給機は、燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、を有し、空気供給路におけるコンプレッサより下流側と、空気排出路におけるタービンより上流側とは、バイパス路によってバイパスされており、コンプレッサとタービンとの間の空気の流路から分岐してタービンを迂回する分岐路が設けられており、コンプレッサにより供給される空気の流れを切り替える切替機構を備え、制御装置は、燃料電池への空気の供給を停止した状態で、駆動用モータの回生電力を用いてコンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行し、回生電力消費制御において、コンプレッサにより供給される空気の一部がバイパス路を介してタービンに供給され、当該空気の他の一部が分岐路に供給されるように、当該空気の流れを制御し、回生電力消費制御の非実行時に、燃料電池の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される場合、回生電力消費制御用に切替機構を予め駆動させる。

分岐路は、空気排出路におけるタービンより上流側から分岐してタービンを迂回してもよい。

分岐路は、空気供給路におけるコンプレッサより下流側から分岐して燃料電池およびタービンを迂回してもよい。

制御装置は、回生電力消費制御において、コンプレッサ用モータの回転数に基づいて、タービンにおける空気の流量を制御してもよい。

本発明によれば、燃料電池および二次電池を備える電源システムにおいて、電費を向上させつつ、駆動用モータの回生電力を適切に消費することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る電源システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る空気供給機構の概略構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る制御装置が行う回生電力消費制御の実行可否の判定に関する処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る回生電力消費制御の実行時における空気供給機構の様子を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る制御装置が行う回生電力消費制御における処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る空気供給機構の概略構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る回生電力消費制御の実行時における空気供給機構の様子を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

<第１の実施形態>
図１～図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係る電源システム１について説明する。

［構成］
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る電源システム１の構成について説明する。

図１は、電源システム１の概略構成を示す模式図である。

電源システム１は、具体的には、電動車両に搭載され、車両内の各装置に電力を供給するために用いられるシステムである。

なお、以下で説明する電源システム１は、あくまでも本発明に係る電源システムの一例であり、後述するように、本発明に係る電源システムの構成は電源システム１の構成に特に限定されない。

具体的には、図１に示されるように、電源システム１は、駆動輪９を駆動する動力を出力する駆動用モータ３０と、駆動用モータ３０に供給される電力を発電する燃料電池１０と、駆動用モータ３０に供給される電力を蓄電する二次電池２０と、電動過給機５０と、制御装置１００とを備える。さらに、電源システム１は、燃料電池コンバータ４１と、二次電池コンバータ４２と、第１インバータ４３と、第２インバータ４４と、二次電池センサ６０と、補機９０とを備える。

電源システム１が搭載される車両は、燃料電池１０または二次電池２０の少なくとも一方から供給される電力を用いて駆動される駆動用モータ３０を駆動源として走行する。詳細には、主として燃料電池１０により発電される電力が駆動用モータ３０の駆動に用いられ、例えば、駆動用モータ３０の駆動に要求される電力に対して燃料電池１０により発電される電力が不足する場合に二次電池２０に蓄電される電力が利用される。

電源システム１において、燃料電池１０は、燃料電池コンバータ４１を介して第１インバータ４３と接続されている。二次電池２０は、二次電池コンバータ４２を介して第１インバータ４３と接続されている。二次電池２０および二次電池コンバータ４２は、燃料電池１０および燃料電池コンバータ４１に対して並列に第１インバータ４３と接続されている。第１インバータ４３は、駆動用モータ３０と接続されており、当該駆動用モータ３０が駆動輪９と接続されている。

燃料電池１０は、燃料ガス（具体的には、水素ガス）と酸化ガス（具体的には、空気）とを反応させることにより発電する電池である。具体的には、燃料電池１０は、水素タンク（図示省略）と接続されており、水素タンクには、例えば、燃料電池１０に供給される高圧水素が充填されている。そして、モータポンプ（図示省略）等により水素タンクから燃料電池１０へ水素ガスが供給されるようになっている。また、燃料電池１０には、後述する電動過給機５０により酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池１０への水素ガスおよび空気の供給量が制御されることによって、燃料電池１０の出力が制御される。

燃料電池コンバータ４１は、燃料電池１０により発電される電力を昇圧可能な電力変換装置である。例えば、燃料電池コンバータ４１は、いわゆるチョッパ方式の回路を含むＤＣＤＣコンバータであり、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、燃料電池コンバータ４１による電力変換が制御される。燃料電池１０により発電される電力は、燃料電池コンバータ４１および第１インバータ４３を介して駆動用モータ３０に供給され、駆動用モータ３０の駆動に利用される。また、燃料電池１０により発電される電力は、燃料電池コンバータ４１および二次電池コンバータ４２を介して二次電池２０に供給され、二次電池２０の充電にも利用され得る。

二次電池２０は、電力を充放電可能な電池である。二次電池２０としては、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池または鉛蓄電池が用いられるが、これら以外の電池が用いられてもよい。

二次電池コンバータ４２は、二次電池２０に蓄電される電力を昇圧可能であり、さらに燃料電池コンバータ４１または第１インバータ４３から供給される電力を降圧可能な電力変換装置である。例えば、二次電池コンバータ４２は、いわゆるチョッパ方式の回路を含むＤＣＤＣコンバータであり、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、二次電池コンバータ４２による電力変換が制御される。二次電池２０に蓄電される電力は、二次電池コンバータ４２および第１インバータ４３を介して駆動用モータ３０に供給され、駆動用モータ３０の駆動に利用される。

補機９０は、車両に備えられた各種機器（例えば、空調機器または音響機器等）である。補機９０は、二次電池２０と接続され、例えば、二次電池２０から供給される電力を用いて駆動される。なお、図１では、補機９０が二次電池コンバータ４２を介して二次電池２０と接続されている例が示されているが、補機９０と二次電池２０との接続関係はこのような例に特に限定されず、例えば、二次電池２０と二次電池コンバータ４２との間に補機９０が介在していてもよい。また、二次電池２０と補機９０との間には、二次電池２０に蓄電される電力を降圧して補機９０に供給可能なＤＣＤＣコンバータが設けられていてもよい。

駆動用モータ３０は、動力を出力可能であり、駆動用モータ３０から出力される動力は、駆動輪９に伝達される。駆動用モータ３０としては、例えば、多相交流式（例えば、三相交流式）のモータが用いられる。また、駆動用モータ３０は、車両の減速時に回生駆動されて駆動輪９の回転エネルギを用いて発電する発電機としての機能（つまり、回生機能）も有する。

第１インバータ４３は、燃料電池コンバータ４１または二次電池コンバータ４２から供給される直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ３０に供給可能であり、さらに駆動用モータ３０により発電される交流電力を直流電力に変換して二次電池コンバータ４２に供給可能な電力変換装置である。第１インバータ４３は、例えば、多相ブリッジ回路（例えば、三相ブリッジ回路）を含み、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、第１インバータ４３による電力変換が制御される。駆動用モータ３０により発電される電力（つまり、回生電力）は、基本的には、第１インバータ４３および二次電池コンバータ４２を介して二次電池２０に供給され、二次電池２０の充電に利用される。

電源システム１には、燃料電池１０に空気を供給する機構である空気供給機構１１０が設けられている。ここで、図１および図２を参照して、空気供給機構１１０の構成について説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る空気供給機構１１０の概略構成を示す模式図である。具体的には、図２では、燃料電池１０による発電が行われている時（以下、燃料電池１０の発電時とも呼ぶ）における空気供給機構１１０の様子が示されており、その際の空気供給機構１１０における空気の流れが矢印によって示されている。

図２に示されるように、空気供給機構１１０は、コンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０と、燃料電池１０に供給される空気が流通する空気供給路１１１と、燃料電池１０から排出される空気が流通する空気排出路１１２と、空気供給路１１１におけるコンプレッサ５１より下流側と空気排出路１１２におけるタービン５２より上流側とをバイパスするバイパス路１１３と、コンプレッサ５１とタービン５２との間の空気の流路から分岐してタービン５２を迂回する分岐路１１４とを備える。コンプレッサ５１は、空気供給路１１１におけるバイパス路１１３との接続部分よりも上流側に位置しており、燃料電池１０は、当該接続部分よりも下流側に位置している。

燃料電池１０の発電時には、空気供給機構１１０において、電動過給機５０のコンプレッサ５１により電源システム１の外部の空気が空気供給路１１１に吸引され、燃料電池１０に空気供給路１１１を介して空気が供給される。そして、燃料電池１０に供給された空気は、燃料電池１０内で水素ガスと反応した後に空気排出路１１２に排出される。燃料電池１０から排出された空気は、電動過給機５０のタービン５２に回転力（つまり、タービン５２を回転させる力）を付与しながら空気排出路１１２を流通し、電源システム１の外部に排出される。

詳細には、電動過給機５０は、コンプレッサ５１と、タービン５２と、コンプレッサ用モータ５３とを有する。具体的には、同軸上に配置されているコンプレッサ５１とタービン５２との間に、コンプレッサ用モータ５３が設けられている。

コンプレッサ５１は、空気供給路１１１に設けられている。コンプレッサ５１は、空気を圧縮して吸引するものである。ゆえに、コンプレッサ５１が回転駆動されることによって、電源システム１の外部の空気が空気供給路１１１に吸引される。

タービン５２は、空気排出路１１２に設けられている。タービン５２は、流体の運動エネルギを回転エネルギに変換する機能を有する。ゆえに、空気排出路１１２中でタービン５２が空気の流れを受けることによって、回転エネルギを生成することができる。

コンプレッサ用モータ５３は、コンプレッサ５１を駆動する動力を出力する。コンプレッサ用モータ５３としては、例えば、多相交流式（例えば、三相交流式）のモータが用いられる。具体的には、図１に示されるように、コンプレッサ用モータ５３は、第２インバータ４４を介して二次電池２０と接続されており、二次電池２０から第２インバータ４４を介して供給される電力を用いて駆動される。

第２インバータ４４は、二次電池コンバータ４２から供給される直流電力を交流電力に変換してコンプレッサ用モータ５３に供給可能な電力変換装置である。第２インバータ４４は、例えば、多相ブリッジ回路（例えば、三相ブリッジ回路）を含み、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、第２インバータ４４による電力変換が制御される。

空気供給路１１１は、空気の吸入口とコンプレッサ５１とを接続する第１供給路１１１ａと、コンプレッサ５１と燃料電池１０とを接続する第２供給路１１１ｂとを有する。なお、各供給路は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。

第２供給路１１１ｂには、開閉弁１２１が設けられている。開閉弁１２１は、第２供給路１１１ｂ内の空気の流れを断接する機能を有する。開閉弁１２１が開状態のときには、第２供給路１１１ｂ内で開閉弁１２１を介して空気が流通可能な状態となり、開閉弁１２１が閉状態のときには、第２供給路１１１ｂ内で開閉弁１２１により空気の流通が遮断された状態となる。つまり、開閉弁１２１は、コンプレッサ５１により供給される空気が燃料電池１０に供給される状態（開閉弁１２１の開状態と対応）と、コンプレッサ５１により供給される空気の燃料電池１０への供給が停止した状態（開閉弁１２１の閉状態と対応）とを切り替える機能を有する。

空気排出路１１２は、燃料電池１０とタービン５２とを接続する第１排出路１１２ａおよび第２排出路１１２ｂと、タービン５２と空気の排出口とを接続する第３排出路１１２ｃとを有する。第１排出路１１２ａは、第２排出路１１２ｂに対して上流側に位置しており、燃料電池１０と接続されている。一方、第２排出路１１２ｂは、タービン５２と接続されている。なお、各排出路は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。

第１排出路１１２ａには、開閉弁１２２が設けられている。開閉弁１２２は、第１排出路１１２ａ内の空気の流れを断接する機能を有する。開閉弁１２２が開状態のときには、第１排出路１１２ａ内で開閉弁１２２を介して空気が流通可能な状態となり、開閉弁１２２が閉状態のときには、第１排出路１１２ａ内で開閉弁１２２により空気の流通が遮断された状態となる。

第３排出路１１２ｃには、背圧調整弁１３１が設けられている。背圧調整弁１３１は、第３排出路１１２ｃ内における当該背圧調整弁１３１より上流側での空気の圧力を調整する機能を有する。具体的には、背圧調整弁１３１の開度が調整されることによって、背圧調整弁１３１を通過する空気の流量が調整されることにより、第３排出路１１２ｃ内における背圧調整弁１３１より上流側での空気の圧力が調整される。

バイパス路１１３は、第２供給路１１１ｂにおける開閉弁１２１より上流側と、第２排出路１１２ｂとの間に亘って設けられている。なお、バイパス路１１３は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。

バイパス路１１３には、開閉弁１２３が設けられている。開閉弁１２３は、バイパス路１１３内の空気の流れを断接する機能を有する。開閉弁１２３が開状態のときには、バイパス路１１３内で開閉弁１２３を介して空気が流通可能な状態となり、開閉弁１２３が閉状態のときには、バイパス路１１３内で開閉弁１２３により空気の流通が遮断された状態となる。つまり、開閉弁１２３は、コンプレッサ５１により供給される空気がバイパス路１１３を介して第２排出路１１２ｂに供給される状態（開閉弁１２３の開状態と対応）と、コンプレッサ５１により供給される空気のバイパス路１１３を介した第２排出路１１２ｂへの供給が停止した状態（開閉弁１２３の閉状態と対応）とを切り替える機能を有する。

分岐路１１４は、空気排出路１１２におけるタービン５２より上流側から分岐してタービン５２を迂回する。具体的には、分岐路１１４は、第１排出路１１２ａと第２排出路１１２ｂとの接続部から分岐し、空気の排出口と接続されている。なお、分岐路１１４は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。また、分岐路１１４と接続される排出口は、第３排出路１１２ｃと接続される排出口と同一であってもよく（つまり、分岐路１１４が第３排出路１１２ｃと合流していてもよく）、異なっていてもよい。

分岐路１１４には、背圧調整弁１３２が設けられている。背圧調整弁１３２は、分岐路１１４内における当該背圧調整弁１３２より上流側での空気の圧力を調整する機能を有する。具体的には、背圧調整弁１３２の開度が調整されることによって、背圧調整弁１３２を通過する空気の流量が調整されることにより、分岐路１１４内における背圧調整弁１３２より上流側での空気の圧力が調整される。

燃料電池１０の発電時には、詳細には、二次電池２０の電力を用いてコンプレッサ用モータ５３が駆動される。それにより、コンプレッサ５１が回転駆動されて空気の吸引が行われる。また、開閉弁１２１および開閉弁１２２が開状態となり、開閉弁１２３が閉状態となるように各開閉弁が制御される。また、背圧調整弁１３１が開状態（つまり、空気を通す状態）となり、背圧調整弁１３２が基本的に閉状態（つまり、空気を通さない状態）となるように各背圧調整弁が制御される。ゆえに、コンプレッサ５１により供給される空気が、第１供給路１１１ａ、コンプレッサ５１、第２供給路１１１ｂ、燃料電池１０、第１排出路１１２ａ、第２排出路１１２ｂ、タービン５２、第３排出路１１２ｃの順に流れる。

ここで、コンプレッサ５１が回転駆動される際に、コンプレッサ５１とタービン５２とは、一体的に回転する。よって、燃料電池１０の発電時には、空気の運動エネルギを用いてタービン５２によって生成される回転エネルギが電動過給機５０の回転に利用される状態となる。それにより、電費の向上が実現される。

なお、上記のように、開閉弁１２１，１２２，１２３および背圧調整弁１３１，１３２は、コンプレッサ５１により供給される空気の流れを切り替える機構の一例（つまり、本発明に係る切替機構の一例）に相当する。後述するように、回生電力消費制御では、コンプレッサ５１により供給される空気の流れが発電時とは異なる。このような発電時と回生電力消費制御との間での空気の流れの切り替えは、具体的には、上記の切替機構が駆動されることによって実現される。

以下、図１に戻り、電源システム１の構成の説明を続ける。

二次電池センサ６０は、二次電池２０の各種状態量を検出し、制御装置１００へ出力する。例えば、二次電池センサ６０は、二次電池２０の残存容量（以下、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）とも呼ぶ）、温度、電圧および内部抵抗を検出する。なお、二次電池センサ６０は、二次電池２０の各セルの電圧を検出してもよい。

制御装置１００は、電源システム１における各装置の動作を制御することによって、電源システム１内の電力の供給を制御する。

例えば、制御装置１００は、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。

具体的には、制御装置１００は、燃料電池１０、燃料電池コンバータ４１、二次電池コンバータ４２、第１インバータ４３および第２インバータ４４の動作を制御することによって、電源システム１内の電力の供給を制御する。

例えば、制御装置１００は、燃料電池１０および二次電池２０から駆動用モータ３０への電力の供給を制御することによって、駆動用モータ３０の出力を制御することができる。

また、例えば、制御装置１００は、燃料電池１０から二次電池２０への電力の供給を制御することによって、燃料電池１０の発電電力を用いた二次電池２０の充電を制御することができる。

また、例えば、制御装置１００は、駆動用モータ３０から二次電池２０への電力の供給を制御することによって、駆動用モータ３０の回生電力を用いた二次電池２０の充電を制御することができる。

また、制御装置１００は、二次電池センサ６０と通信することによって、当該二次電池センサ６０から出力される情報を取得する。このように得られる情報は、電源システム１内の電力の供給の制御に関する処理に利用される。

制御装置１００は、上述したように、電源システム１に搭載される各装置と通信を行う。制御装置１００と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。

なお、本実施形態に係る制御装置１００が有する機能は複数の制御装置により少なくとも部分的に分割されてもよく、複数の機能が１つの制御装置によって実現されてもよい。制御装置１００が有する機能が複数の制御装置により少なくとも部分的に分割される場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。

上記のように、制御装置１００は、駆動用モータ３０の回生電力を用いた二次電池２０の充電を制御する。しかしながら、上述したように、二次電池２０が満充電である場合等の特定の状況下では、駆動用モータ３０の回生電力を二次電池２０以外の供給先で消費する必要が生じる。ここで、制御装置１００は、燃料電池１０の空気の供給を停止した状態で、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３を駆動させる回生電力消費制御を実行する。また、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路１１４に供給されるように、当該空気の流れを制御する。それにより、電費を向上させつつ、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することが可能となる。このような、制御装置１００により行われる回生電力消費制御に関する処理の詳細については、後述にて説明する。

［動作］
続いて、図３～図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係る電源システム１の動作について説明する。

図３は、制御装置１００が行う回生電力消費制御の実行可否の判定に関する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示される制御フローは、具体的には、電源システム１の起動後に繰り返し実行される。

図３に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ５０１において、制御装置１００は、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否か（つまり、回生電力を二次電池２０への充電によって消費し切ることが困難であるか否か）を判定する。回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定された場合（ステップＳ５０１／ＹＥＳ）、ステップＳ５０２に進む。一方、回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定されなかった場合（ステップＳ５０１／ＮＯ）、ステップＳ５０１の判定処理が繰り返される。

制御装置１００は、具体的には、アクセル開度およびブレーキ操作量に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力を決定する。詳細には、制御装置１００は、アクセル操作が緩められた場合、アクセル操作が行われていない場合、またはブレーキ操作が行われている場合に、駆動用モータ３０に回生発電を行わせる。そして、制御装置１００は、それらの場合において、アクセル開度およびブレーキ操作量に基づいて、回生電力を決定し、決定された回生電力での発電を駆動用モータ３０に行わせる。

また、制御装置１００は、二次電池２０に関する各種情報に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することができる。

例えば、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣに基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定する。

具体的には、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣが基準ＳＯＣより高い場合、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定してもよい。基準ＳＯＣは、例えば、回生電力を用いて二次電池２０の充電を行った場合に二次電池２０が満充電になる可能性が比較的高いか否かを適切に判定し得る値に適宜設定される。

また、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣに基づいて当該二次電池２０の許容充電量（つまり、単位時間あたりに二次電池２０に充電可能な電力量）を特定し、二次電池２０の許容充電量が駆動用モータ３０により回生発電される単位時間あたりの電力量よりも小さい場合、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定してもよい。

なお、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣを適切に特定する観点では、二次電池２０の各セルの電圧に基づいて、二次電池２０のＳＯＣを特定することが好ましい。また、制御装置１００は、二次電池２０の許容充電量を適切に特定する観点では、二次電池２０のＳＯＣに加えて二次電池２０の温度に基づいて、二次電池２０の許容充電量を特定することが好ましい。

ここで、ステップＳ５０１の判定処理を二次電池２０のＳＯＣに基づいて行う場合、より適切に判定を行う観点では、制御装置１００は、二次電池２０と接続される補機９０の要求電力（つまり、補機９０を駆動する電力の要求値）に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することが好ましい。

具体的には、制御装置１００は、ステップＳ５０１の判定処理を二次電池２０のＳＯＣと基準ＳＯＣとの比較によって行う場合、補機９０の要求電力が大きいほど、当該基準ＳＯＣを高くすることが好ましい。また、制御装置１００は、ステップＳ５０１の判定処理を二次電池２０の許容充電量と回生発電される単位時間あたりの電力量との比較によって行う場合、二次電池２０の許容充電量が駆動用モータ３０により回生発電される単位時間あたりの電力量から補機９０の要求電力を減算して得られる値よりも小さいことをもって、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定することが好ましい。

また、例えば、制御装置１００は、二次電池２０の異常の診断結果に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定する。

具体的には、制御装置１００は、二次電池２０が異常であると診断される場合、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定してもよい。

なお、二次電池２０の異常は、制御装置１００によって診断されてもよく、制御装置１００と通信する他の装置によって診断されてもよい。例えば、二次電池２０の電圧（具体的には、開放端電圧）が基準電圧より低い場合、二次電池２０が異常である（具体的には、二次電池２０が短絡している）と診断される。基準電圧は、例えば、二次電池２０の１つのセルが短絡した場合に想定される二次電池２０の開放端電圧より高く、正常時における二次電池２０の開放端電圧より低い値に設定される。また、例えば、二次電池２０の内部抵抗が基準抵抗より大きい場合、二次電池２０が異常である（具体的には、二次電池２０が劣化している）と診断される。基準抵抗は、例えば、二次電池２０の１つのセルで劣化が生じた場合に想定される二次電池２０の内部抵抗より小さく、正常時における二次電池２０の内部抵抗より大きい値に設定される。

ステップＳ５０１でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ５０２において、制御装置１００は、回生電力消費制御を実行する。そして、図３に示される制御フローは終了する。回生電力消費制御は、上述したように、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３を駆動させる制御である。

ここで、制御装置１００は、燃料電池１０への空気の供給を停止した状態で、回生電力消費制御を実行する。また、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路１１４に供給されるように、当該空気の流れを制御する。

具体的には、開閉弁１２１および開閉弁１２２が閉状態となり、開閉弁１２３が開状態となるように各開閉弁を制御し、背圧調整弁１３１および背圧調整弁１３２が開状態となるように各背圧調整弁を制御することによって、コンプレッサ５１により供給される空気が回生電力消費制御用の流れとなる。ゆえに、例えば、ステップＳ５０１でＹＥＳと判定された際に、各弁の開閉状態が回生電力消費制御用の上記の状態になっていない場合、制御装置１００は、各弁の開閉状態が回生電力消費制御用の上記の状態となるように各弁を駆動させた後に回生電力消費制御を実行する。

ここで、図４を参照して、回生電力消費制御について、詳細に説明する。図４は、回生電力消費制御の実行時における空気供給機構１１０の様子を示す模式図である。具体的には、図４では、回生電力消費制御の実行時の空気供給機構１１０における空気の流れが矢印によって示されている。

図４に示されるように、回生電力消費制御において、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３が駆動されることにより、コンプレッサ５１が回転駆動されて空気の吸引が行われる。また、上述したように、開閉弁１２１および開閉弁１２２が閉状態となり、開閉弁１２３が開状態となるように、各開閉弁が制御される。また、背圧調整弁１３１および背圧調整弁１３２が開状態となるように、各背圧調整弁が制御される。ゆえに、コンプレッサ５１により供給される空気が、第１供給路１１１ａ、コンプレッサ５１、第２供給路１１１ｂ、バイパス路１１３、第２排出路１１２ｂの順に流れた後、第２排出路１１２ｂにおいて、タービン５２に向かう方向と分岐路１１４に向かう方向とに分かれる。よって、コンプレッサ５１により供給される空気の一部は、タービン５２に供給された後、第３排出路１１２ｃを通って排気される。一方、コンプレッサ５１により供給される空気の他の一部は、分岐路１１４に供給された後、排気される。

上述したように、回生電力消費制御において、燃料電池１０への空気の供給は停止する。ゆえに、燃料電池１０に空気が送られることにより燃料電池１０の電解質膜が乾燥してしまうことを抑制することができる。

また、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路１１４に供給される。

ゆえに、例えば、コンプレッサ５１により供給される空気の全てがタービン５２を迂回して排気される場合と異なり、コンプレッサ５１に連れ回されるタービン５２に空気を供給させることにより、タービン５２における空気の流量と圧力との関係が異常となることを抑制することができる。それにより、タービン５２の破損や騒音が生じることを抑制することができる。

さらに、例えば、コンプレッサ５１により供給される空気の全てがタービン５２に供給される場合と比較して、空気の流れによりタービン５２に付与される回転力を低減することができる。それにより、タービン５２からコンプレッサ５１に伝達される動力を低減することができるので、電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを抑制することができる。

上記のように、電源システム１によれば、燃料電池１０の空気供給機構１１０にコンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０を利用しつつ、タービン５２の破損や騒音が生じること、および電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを抑制することができる。ゆえに、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。

また、上記で説明した図３に示される制御フローのように、駆動用モータ３０の回生電力を二次電池２０以外の供給先で消費する必要性に対応した適切なタイミングで回生電力消費制御を実行する観点では、制御装置１００は、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行することが好ましい。

ここで、図５を参照して、回生電力消費制御における処理の詳細について説明する。

図５は、制御装置１００が行う回生電力消費制御における処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５に示される制御フローは、具体的には、図３におけるステップＳ５０２において実行される。

図５に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ５２１において、制御装置１００は、コンプレッサ用モータ５３の消費電力の目標値を決定する。

例えば、制御装置１００は、駆動用モータ３０により回生発電される単位時間あたりの電力量と補機９０の要求電力に基づいて、コンプレッサ用モータ５３の消費電力の目標値を決定する。具体的には、駆動用モータ３０の回生電力をできるだけ多く消費する観点では、コンプレッサ用モータ５３の消費電力の目標値は、例えば、駆動用モータ３０により回生発電される単位時間あたりの電力量から補機９０の要求電力を減算して得られる値程度に決定されることが好ましい。なお、コンプレッサ用モータ５３の消費電力の目標値は、予め設定された値に決定されてもよい。また、コンプレッサ用モータ５３の消費電力の目標値は、二次電池２０の電圧（またはＳＯＣ）を所定値以下に保つ観点で決定されてもよい。この場合、例えば、コンプレッサ用モータ５３の消費電力の目標値は、二次電池２０の実電圧と目標電圧との差（または実ＳＯＣと目標ＳＯＣとの差）に基づいて決定され得る。

次に、ステップＳ５２２において、制御装置１００は、コンプレッサ５１に関する各種目標値を決定する。

具体的には、制御装置１００は、コンプレッサ用モータ５３の消費電力がステップＳ５２１で決定した目標値と同程度になるように、コンプレッサ５１に関する各種目標値を決定する。制御装置１００は、コンプレッサ５１に関する各種目標値として、例えば、コンプレッサ５１の過給圧、コンプレッサ５１により吸引される空気の流量およびコンプレッサ用モータ５３の回転数等の目標値を決定する。

次に、ステップＳ５２３において、制御装置１００は、タービン５２における空気の流量の目標値を決定する。

具体的には、制御装置１００は、タービン５２における空気の流量の目標値を、タービン５２における空気の流量と圧力との関係が異常となること（ひいては、タービン５２の破損や騒音が生じること）を適切に抑制し得る程度に大きな値に決定する。ただし、回生電力消費制御において電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを効果的に抑制する観点では、タービン５２における空気の流量をできるだけ小さくすることが好ましい。つまり、制御装置１００は、タービン５２における空気の流量の目標値を、タービン５２における空気の流量と圧力との関係が異常となることを適切に抑制し得る範囲で必要最低限の値に決定することが好ましい。

ここで、タービン５２における空気の流量と圧力との関係の異常の生じやすさは、コンプレッサ５１の過給圧に応じて変化する。具体的には、コンプレッサ５１の回転数を一定としたとき、コンプレッサ５１の過給圧が低いほど、タービン５２における空気の圧力差が不足しやすくなる。ゆえに、タービン５２の破損や騒音が生じることをより適切に抑制する観点では、制御装置１００は、コンプレッサ５１の過給圧に基づいて、タービン５２における空気の圧力差の目標値（目標圧力差）を決定することが好ましい。この目標圧力差が実現されるように背圧調整弁１３１の通気抵抗の目標値を定めることが好ましい。例えば、コンプレッサ５１の過給圧が低いほど、背圧調整弁１３１における通気抵抗の目標値を小さくすることが好ましい。背圧調整弁１３１における通気抵抗はコンプレッサ５１の過給圧、回転数およびタービン５２おける空気の流量によって定まるため、背圧調整弁１３１における通気抵抗の代わりにタービン５２おける空気の流量の目標値を定める手法を用いてもよい。例えば、コンプレッサ５１の過給圧が低いほど、タービン５２における空気の流量の目標値を大きくすることが好ましい。

また、タービン５２における空気の流量と圧力との関係の異常の生じやすさは、コンプレッサ用モータ５３の回転数に応じて変化する。具体的には、コンプレッサ５１の過給圧を一定としたとき、コンプレッサ用モータ５３の回転数が高いほど、タービン５２における空気の圧力差が不足しやすくなる。ゆえに、タービン５２の破損や騒音が生じることをより適切に抑制する観点では、制御装置１００は、コンプレッサ用モータ５３の回転数に基づいて、タービン５２における空気の圧力差の目標値（目標圧力差）を決定することが好ましい。この目標圧力差が実現されるように背圧調整弁１３１の通気抵抗の目標値を定めることが好ましい。例えば、コンプレッサ５１の回転数が高いほど、背圧調整弁１３１における通気抵抗の目標値を小さくすることが好ましい。背圧調整弁１３１における通気抵抗はコンプレッサ５１の過給圧、回転数およびタービン５２おける空気の流量によって定まるため、背圧調整弁１３１における通気抵抗の代わりにタービン５２おける空気の流量の目標値を定める手法を用いてもよい。例えば、コンプレッサ用モータ５３の回転数が高いほど、タービン５２における空気の流量の目標値を大きくすることが好ましい。

次に、ステップＳ５２４において、制御装置１００は、各背圧調整弁１３１，１３２の開度の目標値を決定する。

具体的には、制御装置１００は、コンプレッサ５１の過給圧、コンプレッサ５１により吸引される空気の流量およびタービン５２における空気の流量がステップＳ５２２およびステップＳ５２３で決定した目標値と同程度になるように、各背圧調整弁１３１，１３２の開度の目標値を決定する。

次に、ステップＳ５２５において、制御装置１００は、各背圧調整弁１３１，１３２およびコンプレッサ用モータ５３を駆動させ、図５に示される制御フローは終了する。

具体的には、制御装置１００は、各背圧調整弁１３１，１３２の開度がステップＳ５２４で決定した目標値と同程度になるように、各背圧調整弁１３１，１３２を駆動させる。また、制御装置１００は、コンプレッサ用モータ５３の回転数がステップＳ５２２で決定した目標値と同程度になるように、コンプレッサ用モータ５３を駆動させる。

なお、制御装置１００は、回生電力消費制御において、各背圧調整弁１３１，１３２およびコンプレッサ用モータ５３の動作の制御として、各種制御量とその目標値との差に基づく制御（つまり、フィードバック制御）をさらに行うことが好ましい。上記の各種制御量は、例えば、コンプレッサ用モータ５３の消費電力、コンプレッサ５１の過給圧、コンプレッサ５１により吸引される空気の流量またはタービン５２における空気の流量等である。

上記で説明した図５に示される制御フローのように、タービン５２の破損や騒音が生じることをより適切に抑制する観点では、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１の過給圧またはコンプレッサ用モータ５３の回転数に基づいて、タービン５２における空気の流量を制御することが好ましい。

上記では、図４および図５を参照して、制御装置１００が行う回生電力消費制御に関する処理の例を説明したが、制御装置１００は、上記で説明した処理以外の処理を行ってもよい。

例えば、回生電力消費制御を迅速に開始する観点では、制御装置１００は、回生電力消費制御の非実行時に、燃料電池１０の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される場合、回生電力消費制御用に切替機構（具体的には、各開閉弁及び各背圧調整弁）を予め駆動させる（具体的には、開閉弁１２１および開閉弁１２２が閉状態となり、開閉弁１２３が開状態となり、背圧調整弁１３１および背圧調整弁１３２が開状態となるように各弁を駆動させる）ことが好ましい。例えば、主として二次電池２０により発電される電力が駆動用モータ３０の駆動に用いられる場合において、燃料電池１０の発電電力を用いた二次電池２０の充電が行われないと予想される程度に二次電池２０のＳＯＣが高い場合に、燃料電池１０の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される。なお、上記基準は、例えば、数値であってもよい。

［効果］
続いて、本発明の第１の実施形態に係る電源システム１の効果について説明する。

本実施形態に係る電源システム１では、空気供給路１１１におけるコンプレッサ５１より下流側と、空気排出路１１２におけるタービン５２より上流側とは、バイパス路１１３によってバイパスされている。また、コンプレッサ５１とタービン５２との間の空気の流路から分岐してタービン５２を迂回する分岐路１１４が設けられている。また、制御装置１００は、燃料電池１０への空気の供給を停止した状態で、駆動用モータ３０の回生電力を用いてコンプレッサ用モータ５３を駆動させる回生電力消費制御を実行する。そして、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路１１４に供給されるように、当該空気の流れを制御する。

それにより、燃料電池１０の空気供給機構１１０にコンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０を利用しつつ、タービン５２の破損や騒音が生じること、および電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを抑制することができる。また、燃料電池１０の発電時には、空気の運動エネルギを用いてタービン５２によって生成される回転エネルギを電動過給機５０の回転に利用することができる。ゆえに、燃料電池１０および二次電池２０を備える電源システム１において、電費を向上させつつ、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、分岐路１１４は、空気排出路１１２におけるタービン５２より上流側から分岐してタービン５２を迂回する。それにより、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路１１４に供給されるような当該空気の流れを適切に実現することができる。ゆえに、タービン５２の破損や騒音が生じること、および電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを適切に抑制することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１の過給圧に基づいて、タービン５２における空気の流量を制御することが好ましい。それにより、タービン５２における空気の流量を、タービン５２における空気の流量と圧力との関係の異常の生じやすさに応じて適切に制御することができる。ゆえに、タービン５２の破損や騒音が生じることをより適切に抑制することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ用モータ５３の回転数に基づいて、タービン５２における空気の流量を制御することが好ましい。それにより、タービン５２における空気の流量を、タービン５２における空気の流量と圧力との関係の異常の生じやすさに応じて適切に制御することができる。ゆえに、タービン５２の破損や騒音が生じることをより適切に抑制することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行することが好ましい。それにより、駆動用モータ３０の回生電力を二次電池２０以外の供給先で消費する必要性に対応した適切なタイミングで回生電力消費制御を実行することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、二次電池２０のＳＯＣに基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することが好ましい。それにより、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かの判定を、二次電池２０のＳＯＣの変化に応じて適切に行うことができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、二次電池２０と接続される補機９０の要求電力に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することが好ましい。それにより、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かの判定を二次電池２０のＳＯＣに基づいて行う場合において、当該判定をより適切に行うことができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、制御装置１００は、二次電池２０の異常の診断結果に基づいて、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かを判定することが好ましい。それにより、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であるか否かの判定を、二次電池２０の異常の有無に応じて適切に行うことができる。

また、本実施形態に係る電源システム１は、コンプレッサ５１により供給される空気の流れを切り替える切替機構（具体的には、各開閉弁及び各背圧調整弁）を備える。また、制御装置１００は、回生電力消費制御の非実行時に、燃料電池１０の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される場合、回生電力消費制御用に切替機構を予め駆動させることが好ましい。それにより、回生電力消費制御を迅速に開始することができる。ゆえに、駆動用モータ３０の回生電力をより適切に消費することができる。

<第２の実施形態>
図６および図７を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電源システム２について説明する。

［構成］
まず、図６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電源システム２の構成について説明する。

第２の実施形態に係る電源システム２では、上述した第１の実施形態に係る電源システム１と比較して、燃料電池１０に空気を供給する機構である空気供給機構の構成が異なる。具体的には、電源システム２は、電源システム１の空気供給機構１１０と異なる空気供給機構２１０を備える。なお、電源システム２における空気供給機構２１０以外の構成要素については、電源システム１と同様であるので、説明を省略する。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る空気供給機構２１０の概略構成を示す模式図である。具体的には、図６では、燃料電池１０の発電時における空気供給機構２１０の様子が示されており、その際の空気供給機構２１０における空気の流れが矢印によって示されている。

空気供給機構２１０では、上述した電源システム１における空気供給機構１１０と比較して、コンプレッサ５１とタービン５２との間の空気の流路において分岐路が分岐する位置が異なる。具体的には、図６に示されるように、空気供給機構２１０は、電動過給機５０と、空気供給路１１１と、空気排出路１１２と、バイパス路１１３と、空気供給路１１１から分岐する分岐路２１４とを備える。なお、空気供給機構２１０では、空気供給機構１１０と同様に、空気供給路１１１の第２供給路１１１ｂに開閉弁１２１が設けられており、空気排出路１１２の第１排出路１１２ａに開閉弁１２２が設けられており、バイパス路１１３に開閉弁１２３が設けられており、空気排出路１１２の第３排出路１１２ｃに背圧調整弁１３１が設けられている。

詳細には、分岐路２１４は、空気供給路１１１におけるコンプレッサ５１より下流側から分岐して燃料電池１０およびタービン５２を迂回する。具体的には、分岐路２１４は、空気供給路１１１の第２供給路１１１ｂにおける開閉弁１２１より上流側から分岐し、空気の排出口と接続されている。なお、分岐路２１４は、１つの部材により形成されていてもよく複数の部材により形成されていてもよい。また、分岐路２１４と接続される排出口は、第３排出路１１２ｃと接続される排出口と同一であってもよく（つまり、分岐路２１４が第３排出路１１２ｃと合流していてもよく）、異なっていてもよい。

分岐路２１４には、背圧調整弁２３２が設けられている。背圧調整弁２３２は、分岐路２１４内における当該背圧調整弁２３２より上流側での空気の圧力を調整する機能を有する。具体的には、背圧調整弁２３２の開度が調整されることによって、背圧調整弁２３２を通過する空気の流量が調整されることにより、分岐路２１４内における背圧調整弁２３２より上流側での空気の圧力が調整される。

燃料電池１０の発電時には、詳細には、二次電池２０の電力を用いてコンプレッサ用モータ５３が駆動される。それにより、コンプレッサ５１が回転駆動されて空気の吸引が行われる。また、開閉弁１２１および開閉弁１２２が開状態となり、開閉弁１２３が閉状態となるように各開閉弁が制御される。また、背圧調整弁１３１が開状態（つまり、空気を通す状態）となり、背圧調整弁２３２が基本的に閉状態（つまり、空気を通さない状態）となるように各背圧調整弁が制御される。ゆえに、コンプレッサ５１により供給される空気が、第１供給路１１１ａ、コンプレッサ５１、第２供給路１１１ｂ、燃料電池１０、第１排出路１１２ａ、第２排出路１１２ｂ、タービン５２、第３排出路１１２ｃの順に流れる。

なお、上記のように、開閉弁１２１，１２２，１２３および背圧調整弁１３１，２３２は、コンプレッサ５１により供給される空気の流れを切り替える機構の一例（つまり、本発明に係る切替機構の一例）に相当する。後述するように、回生電力消費制御では、コンプレッサ５１により供給される空気の流れが発電時とは異なる。このような発電時と回生電力消費制御との間での空気の流れの切り替えは、具体的には、上記の切替機構が駆動されることによって実現される。

［動作］
続いて、図７を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電源システム２の動作について説明する。

例えば、制御装置１００は、上述した図３および図５に示される制御フローと同様の処理を行う。ゆえに、制御装置１００は、例えば、上述した第１の実施形態と同様に、駆動用モータ３０の回生電力が二次電池２０の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、回生電力消費制御を実行する。

ここで、制御装置１００は、上述した第１の実施形態と同様に、燃料電池１０の空気の供給を停止した状態で、回生電力消費制御を実行する。また、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路２１４に供給されるように、当該空気の流れを制御する。

具体的には、開閉弁１２１および開閉弁１２２が閉状態となり、開閉弁１２３が開状態となるように各開閉弁を制御し、背圧調整弁１３１および背圧調整弁２３２が開状態となるように各背圧調整弁を制御することによって、コンプレッサ５１により供給される空気が回生電力消費制御用の流れとなる。

図７は、回生電力消費制御の実行時における空気供給機構２１０の様子を示す模式図である。具体的には、図７では、回生電力消費制御の実行時の空気供給機構２１０における空気の流れが矢印によって示されている。

図７に示されるように、回生電力消費制御において、駆動用モータ３０の回生電力を用いて電動過給機５０のコンプレッサ用モータ５３が駆動されることにより、コンプレッサ５１が回転駆動されて空気の吸引が行われる。また、上述したように、開閉弁１２１および開閉弁１２２が閉状態となり、開閉弁１２３が開状態となるように、各開閉弁が制御される。また、背圧調整弁１３１および背圧調整弁２３２が開状態となるように、各背圧調整弁が制御される。ゆえに、コンプレッサ５１により供給される空気が、第１供給路１１１ａ、コンプレッサ５１、第２供給路１１１ｂの順に流れた後、第２供給路１１１ｂにおいて、バイパス路１１３に向かう方向と分岐路２１４に向かう方向とに分かれる。よって、コンプレッサ５１により供給される空気の一部は、バイパス路１１３を介してタービン５２に供給された後、第３排出路１１２ｃを通って排気される。一方、コンプレッサ５１により供給される空気の他の一部は、分岐路２１４に供給された後、排気される。

上述したように、回生電力消費制御において、燃料電池１０への空気の供給は停止する。ゆえに、燃料電池１０に空気が送られることにより燃料電池１０の電解質膜が乾燥してしまうことを抑制することができる。また、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路２１４に供給される。ゆえに、電源システム２によれば、上述した電源システム１と同様に、燃料電池１０の空気供給機構２１０にコンプレッサ５１およびタービン５２を有する電動過給機５０を利用しつつ、タービン５２の破損や騒音が生じること、および電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを抑制することができる。ゆえに、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。

［効果］
続いて、本発明の第２の実施形態に係る電源システム２の効果について説明する。

本実施形態に係る電源システム２では、上述した電源システム１と同様に、空気供給路１１１におけるコンプレッサ５１より下流側と、空気排出路１１２におけるタービン５２より上流側とは、バイパス路１１３によってバイパスされている。また、コンプレッサ５１とタービン５２との間の空気の流路から分岐してタービン５２を迂回する分岐路２１４が設けられている。また、制御装置１００は、燃料電池１０への空気の供給を停止した状態で、駆動用モータ３０の回生電力を用いてコンプレッサ用モータ５３を駆動させる回生電力消費制御を実行する。そして、制御装置１００は、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路２１４に供給されるように、当該空気の流れを制御する。それにより、上述した電源システム１と同様に、電費を向上させつつ、駆動用モータ３０の回生電力を適切に消費することができる。

また、本実施形態に係る電源システム２では、分岐路２１４は、空気供給路１１１におけるコンプレッサ５１より下流側から分岐して燃料電池１０およびタービン５２を迂回する。それにより、回生電力消費制御において、コンプレッサ５１により供給される空気の一部がバイパス路１１３を介してタービン５２に供給され、当該空気の他の一部が分岐路２１４に供給されるような当該空気の流れを適切に実現することができる。ゆえに、タービン５２の破損や騒音が生じること、および電動過給機５０で消費可能な電力が低下してしまうことを適切に抑制することができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

例えば、上記では、電源システム１，２が搭載される車両において、主として燃料電池１０により発電される電力が駆動用モータ３０の駆動に用いられる例を主に説明したが、主として二次電池２０により発電される電力が駆動用モータ３０の駆動に用いられてもよい。

また、例えば、上記では、電源システム１，２において分岐路１１４，２１４が空気の排出口と接続される例を説明したが、分岐路１１４，２１４は、車両に搭載される空気を利用する各種装置と接続されていてもよい。その場合、回生電力消費制御において、分岐路１１４，２１４に送られた空気は、当該分岐路１１４，２１４を接続される装置の駆動に利用される。

また、例えば、上記では、各図面を参照して、電源システム１，２の構成について説明したが、本発明に係る電源システムの構成は、このような例に限定されず、例えば、電源システム１，２に対して一部の構成要素の削除、追加または変更を加えたものであってもよい。例えば、図１に示される電源システム１から二次電池コンバータ４２を削除したものも、本発明に係る電源システムに含まれる。また、例えば、図２および図６にそれぞれ示される空気供給機構１１０，２１０に対して気液分離機、各種電磁弁または放熱部を追加した空気供給機構を備えるものも、本発明に係る電源システムに含まれる。

また、例えば、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。

本発明は、車両の電源システムに利用できる。

１，２ 電源システム
９ 駆動輪
１０ 燃料電池
２０ 二次電池
３０ 駆動用モータ
４１ 燃料電池コンバータ
４２ 二次電池コンバータ
４３ 第１インバータ
４４ 第２インバータ
５０ 電動過給機
５１ コンプレッサ
５２ タービン
５３ コンプレッサ用モータ
６０ 二次電池センサ
９０ 補機
１００ 制御装置
１１０，２１０ 空気供給機構
１１１ 空気供給路
１１２ 空気排出路
１１３ バイパス路
１１４，２１４ 分岐路
１２１，１２２，１２３ 開閉弁（切替機構）
１３１，１３２，２３２ 背圧調整弁（切替機構）

Claims (7)

1. 駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、
   前記駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、
   前記駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、
   電動過給機と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記電動過給機は、
   前記燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、
   前記燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、
   前記コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、
   を有し、
   前記空気供給路における前記コンプレッサより下流側と、前記空気排出路における前記タービンより上流側とは、バイパス路によってバイパスされており、
   前記コンプレッサと前記タービンとの間の空気の流路から分岐して前記タービンを迂回する分岐路が設けられており、
   前記制御装置は、
   前記燃料電池への空気の供給を停止した状態で、前記駆動用モータの回生電力を用いて前記コンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行し、
   前記回生電力消費制御において、前記コンプレッサにより供給される空気の一部が前記バイパス路を介して前記タービンに供給され、当該空気の他の一部が前記分岐路に供給されるように、当該空気の流れを制御し、
   前記回生電力消費制御において、前記コンプレッサの過給圧に基づいて、前記タービンにおける空気の流量を制御する、
   車両の電源システム。
2. 駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、
   前記駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、
   前記駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、
   電動過給機と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記電動過給機は、
   前記燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、
   前記燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、
   前記コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、
   を有し、
   前記空気供給路における前記コンプレッサより下流側と、前記空気排出路における前記タービンより上流側とは、バイパス路によってバイパスされており、
   前記コンプレッサと前記タービンとの間の空気の流路から分岐して前記タービンを迂回する分岐路が設けられており、
   前記制御装置は、
   前記燃料電池への空気の供給を停止した状態で、前記駆動用モータの回生電力を用いて前記コンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行し、
   前記回生電力消費制御において、前記コンプレッサにより供給される空気の一部が前記バイパス路を介して前記タービンに供給され、当該空気の他の一部が前記分岐路に供給されるように、当該空気の流れを制御し、
   前記駆動用モータの回生電力が前記二次電池の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、前記回生電力消費制御を実行し、
   前記二次電池の残存容量、および、前記二次電池と接続される補機の要求電力に基づいて、前記駆動用モータの回生電力が前記二次電池の充電能力に対して過剰であるか否かを判定する、
   車両の電源システム。
3. 駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、
   前記駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、
   前記駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、
   電動過給機と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記電動過給機は、
   前記燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、
   前記燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、
   前記コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、
   を有し、
   前記空気供給路における前記コンプレッサより下流側と、前記空気排出路における前記タービンより上流側とは、バイパス路によってバイパスされており、
   前記コンプレッサと前記タービンとの間の空気の流路から分岐して前記タービンを迂回する分岐路が設けられており、
   前記制御装置は、
   前記燃料電池への空気の供給を停止した状態で、前記駆動用モータの回生電力を用いて前記コンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行し、
   前記回生電力消費制御において、前記コンプレッサにより供給される空気の一部が前記バイパス路を介して前記タービンに供給され、当該空気の他の一部が前記分岐路に供給されるように、当該空気の流れを制御し、
   前記駆動用モータの回生電力が前記二次電池の充電能力に対して過剰であると判定される場合に、前記回生電力消費制御を実行し、
   前記二次電池の異常の診断結果に基づいて、前記駆動用モータの回生電力が前記二次電池の充電能力に対して過剰であるか否かを判定する、
   車両の電源システム。
4. 駆動輪を駆動する動力を出力する駆動用モータと、
   前記駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、
   前記駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、
   電動過給機と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記電動過給機は、
   前記燃料電池に供給される空気が流通する空気供給路に設けられるコンプレッサと、
   前記燃料電池から排出される空気が流通する空気排出路に設けられるタービンと、
   前記コンプレッサを駆動する動力を出力するコンプレッサ用モータと、
   を有し、
   前記空気供給路における前記コンプレッサより下流側と、前記空気排出路における前記タービンより上流側とは、バイパス路によってバイパスされており、
   前記コンプレッサと前記タービンとの間の空気の流路から分岐して前記タービンを迂回する分岐路が設けられており、
   前記コンプレッサにより供給される空気の流れを切り替える切替機構を備え、
   前記制御装置は、
   前記燃料電池への空気の供給を停止した状態で、前記駆動用モータの回生電力を用いて前記コンプレッサ用モータを駆動させる回生電力消費制御を実行し、
   前記回生電力消費制御において、前記コンプレッサにより供給される空気の一部が前記バイパス路を介して前記タービンに供給され、当該空気の他の一部が前記分岐路に供給されるように、当該空気の流れを制御し、
   前記回生電力消費制御の非実行時に、前記燃料電池の発電要求が生じる可能性が基準より低いと判定される場合、前記回生電力消費制御用に前記切替機構を予め駆動させる、
   車両の電源システム。
5. 前記分岐路は、前記空気排出路における前記タービンより上流側から分岐して前記タービンを迂回する、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の車両の電源システム。
6. 前記分岐路は、前記空気供給路における前記コンプレッサより下流側から分岐して前記燃料電池および前記タービンを迂回する、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の車両の電源システム。
7. 前記制御装置は、前記回生電力消費制御において、前記コンプレッサ用モータの回転数に基づいて、前記タービンにおける空気の流量を制御する、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の車両の電源システム。

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