JP7359605B2 - fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

従来、特許文献1に記載されるような車両用回生制動装置が知られている。
上記の車両用回生制動装置は、燃料電池車に搭載されている。当該燃料電池車には、燃料電池スタックと、燃料電池スタックで発電される電力により走行用駆動力を発生させる走行用モータと、走行用モータに供給する電力を蓄電している高圧蓄電装置としてのバッテリと、燃料電池スタックの動作を制御する制御部としての燃料電池用ECUと、を備えている燃料電池システムが適用されている。
Conventionally, a regenerative braking device for a vehicle as described in Patent Document 1 is known.
The above regenerative braking device for a vehicle is installed in a fuel cell vehicle. The fuel cell vehicle includes a fuel cell stack, a driving motor that generates driving force for driving using the electric power generated by the fuel cell stack, and a high-voltage power storage device that stores electricity to be supplied to the driving motor. A fuel cell system is used that includes a battery and a fuel cell ECU as a control unit that controls the operation of a fuel cell stack.

上記の車両用回生制動装置は、回生ブレーキと、上記のバッテリと、ヒータと、を備えている。回生ブレーキ、バッテリ、及びヒータは電気的に接続されている。回生ブレーキは、回生制動時に制動力を発生させる。回生制動時に回生ブレーキで発生する回生電力は、バッテリに蓄電される。回生ブレーキで回生電力が発生しているとき、バッテリの蓄電分を超える余剰電力は、ヒータに供給される。そのため、ヒータは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することで熱を発生させる。 The above regenerative braking device for a vehicle includes a regenerative brake, the above battery, and a heater. The regenerative brake, battery, and heater are electrically connected. Regenerative braking generates braking force during regenerative braking. Regenerative power generated by regenerative braking during regenerative braking is stored in a battery. When regenerative electric power is generated by regenerative braking, surplus electric power exceeding the amount of electricity stored in the battery is supplied to the heater. Therefore, the heater generates heat by converting electrical energy into thermal energy.

また、車両用回生制動装置は、車両温水回路を備えている。車両用温水回路には、水が流動しており、ヒータで発生した熱は車両用温水回路に蓄熱される。また、車両用回生制動装置は、燃料電池スタックを冷却するための冷却水が流動する冷却回路を備えている。冷却回路には、冷却水に含まれた熱を放熱するためのラジエータと、補機としてのロータリーバルブと、補機としての燃料電池用ポンプとが設けられている。燃料電池用ポンプは、冷却水を冷却回路に循環させるための循環ポンプである。ロータリーバルブは、ラジエータに流動させる冷却水の流量を調整している。なお、一般的に補機は、燃料電池スタックに酸素を供給するための電動圧縮機等が含まれている。 Further, the vehicle regenerative braking device includes a vehicle hot water circuit. Water is flowing through the vehicle hot water circuit, and the heat generated by the heater is stored in the vehicle hot water circuit. Further, the regenerative braking device for a vehicle includes a cooling circuit through which cooling water flows to cool the fuel cell stack. The cooling circuit is provided with a radiator for dissipating heat contained in the cooling water, a rotary valve as an auxiliary device, and a fuel cell pump as an auxiliary device. A fuel cell pump is a circulation pump for circulating cooling water through a cooling circuit. The rotary valve adjusts the flow rate of cooling water flowing into the radiator. Note that the auxiliary equipment generally includes an electric compressor and the like for supplying oxygen to the fuel cell stack.

特開2017-93154号公報JP2017-93154A

ところで、バッテリの蓄電分を超える余剰電力は、ヒータにより電気エネルギーから熱エネルギーに変換されているが、電気エネルギーから熱エネルギーに変化するときにエネルギー損失が発生する虞がある。なお、当該課題は、車両としての燃料電池車において発生することに限らず、燃料電池システムを搭載し、且つ回生電力をバッテリに蓄電するユニットでも発生しうる。 Incidentally, surplus power exceeding the amount stored in the battery is converted from electrical energy to thermal energy by a heater, but there is a risk that energy loss may occur when changing from electrical energy to thermal energy. Note that this problem does not only occur in a fuel cell vehicle as a vehicle, but can also occur in a unit that is equipped with a fuel cell system and stores regenerated power in a battery.

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、回生電力を効率良く蓄えることができる燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems that exist in the conventional technology, and its purpose is to provide a fuel cell system that can efficiently store regenerated power.

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により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で回生電力を発生させる発電機として機能するモータを含む負荷と、前記モータが駆動力を発生させるための電力を蓄電し、且つ前記モータが発生させた回生電力を蓄電する高圧蓄電装置と、前記燃料電池スタックの動作を制御する制御部と、補機を動作させる電力が充電されるとともに前記高圧蓄電装置よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定される低圧蓄電装置と、
前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記高圧蓄電装置に蓄電されるときの電力の電圧を降圧する降圧コンバータと、を備え、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記降圧コンバータを介して回生電力を前記低圧蓄電装置に蓄電させる。
A fuel cell system that solves the above problems is a load that includes a fuel cell stack and a motor that functions as an electric motor that generates driving force using the electric power generated by the fuel cell stack and also functions as a generator that generates regenerated electric power. a high-voltage power storage device that stores power for the motor to generate driving force and regenerated power generated by the motor; a control unit that controls the operation of the fuel cell stack; and an auxiliary device. a low-voltage power storage device that is charged with power for operation and is set to have a lower voltage when storing power than the high-voltage power storage device;
a step-down converter that is electrically connected to the low-voltage power storage device and steps down the voltage of power when stored in the high-voltage power storage device, and the control unit controls the motor to generate regenerative power. In this case, when the high-voltage power storage device reaches a specified voltage value, the regenerative power is stored in the low-voltage power storage device via the step-down converter.

これによれば、モータで発生した回生電力を高圧蓄電装置に蓄電し、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに降圧コンバータにより回生電力の電圧を降圧させ低圧蓄電装置に蓄電させている。そのため、例えば規定の電圧値が高圧蓄電装置の満充電時の電圧値だとすると、高圧蓄電装置の蓄電分を超える余剰電力は、低圧蓄電装置に蓄電される。よって、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときの余剰電力は、エネルギー変換されることになく低圧蓄電装置に蓄電される。したがって、上記の燃料電池システムでは、エネルギー変換によるエネルギー損失を発生させず、回生電力を効率良く蓄えることができる。 According to this, regenerative power generated by a motor is stored in a high-voltage power storage device, and when the high-voltage power storage device reaches a specified voltage value, the voltage of the regenerated power is stepped down by a step-down converter and the power is stored in a low-voltage power storage device. . Therefore, for example, if the specified voltage value is the voltage value when the high-voltage power storage device is fully charged, surplus power exceeding the amount of power stored in the high-voltage power storage device is stored in the low-voltage power storage device. Therefore, surplus power when the high-voltage power storage device reaches a specified voltage value is stored in the low-voltage power storage device without being converted into energy. Therefore, in the above fuel cell system, regenerated power can be efficiently stored without causing energy loss due to energy conversion.

上記の燃料電池システムにおいて、前記降圧コンバータは、三相のスイッチング素子を有するインバータ回路と、前記インバータ回路及び前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記低圧蓄電装置に供給される電力の電圧を安定させる平滑回路と、を備え、前記インバータ回路は、正極母線と、前記低圧蓄電装置に電気的に接続される負極母線と、前記正極母線と前記負極母線とを電気的に接続する第1配線、第2配線、及び第3配線からなる中継配線と、を有し、前記中継配線のそれぞれに前記スイッチング素子としての上アームスイッチング素子と前記スイッチング素子としての下アームスイッチング素子とを直列接続させ、且つ前記中継配線上において前記正極母線側から前記負極母線側に向けての電流の逆流を防止するためのダイオードが前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子に対して逆並列接続されることで構成され、前記平滑回路は、前記負極母線と、前記第2配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間に電気的に接続される第1平滑配線と、前記第3配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間に電気的に接続される第2平滑配線と、前記第1平滑配線と前記第2平滑配線とをまとめることで形成され、前記低圧蓄電装置に電気的に接続される統合平滑配線と、前記負極母線と前記統合平滑配線とを電気的に接続する平滑中継配線と、前記平滑中継配線に設けられるコンデンサと、前記第1平滑配線及び前記第2平滑配線のそれぞれに設けられているリアクトルと、を有し、前記第1配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間には、前記モータが発生させる回生電力が入力される回生用配線が電気的に接続され、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記第1配線に設けられている前記スイッチング素子と前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させるとよい。 In the above fuel cell system, the step-down converter includes an inverter circuit having a three-phase switching element, and is electrically connected to the inverter circuit and the low-voltage power storage device, and the voltage of the power supplied to the low-voltage power storage device. a smoothing circuit that stabilizes the inverter circuit, the inverter circuit includes a positive electrode bus, a negative electrode bus that is electrically connected to the low voltage power storage device, and a first smoothing circuit that electrically connects the positive electrode bus and the negative electrode bus. a relay wiring consisting of a wiring, a second wiring, and a third wiring, and an upper arm switching element as the switching element and a lower arm switching element as the switching element are connected in series to each of the relay wiring. , and a diode for preventing reverse flow of current from the positive busbar side toward the negative busbar side is connected in antiparallel to the upper arm switching element and the lower arm switching element on the relay wiring. The smoothing circuit includes a first smoothing wiring electrically connected between the negative electrode bus bar, the upper arm switching element and the lower arm switching element in the second wiring, and the third wiring. A second smooth wiring electrically connected between the upper arm switching element and the lower arm switching element, and the first smooth wiring and the second smooth wiring are formed in the low voltage storage battery. an integrated smooth wiring that is electrically connected to the device, a smooth relay wiring that electrically connects the negative electrode bus and the integrated smooth wiring, a capacitor provided in the smooth relay wiring, the first smooth wiring and the a reactor provided in each of the second smooth wirings, and regenerative power generated by the motor is input between the upper arm switching element and the lower arm switching element in the first wiring. A regeneration wiring is electrically connected to the first wiring, and the control unit is configured to be connected to the first wiring when the high voltage power storage device reaches a predetermined voltage value when the motor is generating regenerative power. In a state where the switching element provided in the second wiring and the lower arm switching element provided in the third wiring are maintained in an open state, the switching element provided in the second wiring and the third wiring It is preferable to open and close the upper arm switching element.

負荷はモータを駆動させるインバータを含むことが一般的である。そのため、燃料電池システムでは、降圧コンバータとインバータとを用いなければならない。
その点、これによれば、降圧コンバータは、インバータ回路を有している。すなわち、降圧コンバータは、負荷に含まれるインバータと同じ構成に対して平滑回路を付加したものである。よって、降圧コンバータを新たに用いる必要がないため、燃料電池システムのコストを低減させることができる。
The load typically includes an inverter that drives a motor. Therefore, the fuel cell system must use a step-down converter and an inverter.
In this respect, according to this, the step-down converter includes an inverter circuit. That is, the step-down converter has the same configuration as the inverter included in the load, but with a smoothing circuit added. Therefore, since there is no need to newly use a step-down converter, the cost of the fuel cell system can be reduced.

そして、上記の燃料電池システムでは、モータが回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに制御部は、インバータ回路の第1配線に設けられているスイッチング素子と第2配線及び第3配線に設けられている下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させる。例えば、第3配線に設けられている上アームスイッチング素子を閉状態にしたときを考える。 In the above fuel cell system, when the motor is generating regenerative power, when the high-voltage power storage device reaches a specified voltage value, the control unit controls the switching element provided in the first wiring of the inverter circuit. and the lower arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring are maintained in an open state, and the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring are opened and closed. For example, consider a case where the upper arm switching element provided in the third wiring is placed in the closed state.

モータが発生させている回生電力は、回生用配線を通じて第1配線に伝達され、第1配線に設けられている上アームスイッチング素子に対して逆並列接続されているダイオードを介して第2配線と第3配線に供給される。第3配線に供給された回生電力は、第2平滑配線のリアクトルを介して統合平滑配線に供給され、低圧蓄電装置に供給される。第3配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となったとき、第2平滑配線に設けられているリアクトルが磁化する。これにより、第2平滑配線に設けられているリアクトルには、第3配線から第2平滑回路を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第3配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となると、第2平滑配線に設けられているリアクトルにより回生電力の電圧が降圧される。また、第2配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となる場合も同様であり、第1平滑配線に設けられているリアクトルが磁化することにより、第1平滑配線に設けられているリアクトルには、第2配線から第1平滑配線を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第2配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となると、第1平滑配線に設けられているリアクトルにより回生電力の電圧が降圧される。ここで、第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させると平滑中継配線に設けられているコンデンサが充電される。コンデンサには、各リアクトルにより降圧された回生電力が充電される。第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子が開状態となったとしてもコンデンサから第2配線及び第3配線に設けられている下アームスイッチング素子に対して逆並列接続されているダイオードを介して各リアクトルに向けて流れる還流電流が発生する。よって、第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子が開状態で回生電力が低圧蓄電装置に流れなくてもコンデンサによる還流電流により低圧蓄電装置に蓄電される電力の電圧の時間的変化が少なくなる。よって、降圧コンバータの平滑回路により回生電力を降圧させつつ低圧蓄電装置に蓄電される電力の電圧を安定させることができる。 The regenerative power generated by the motor is transmitted to the first wiring through the regeneration wiring, and is transmitted to the second wiring via a diode connected in antiparallel to the upper arm switching element provided in the first wiring. It is supplied to the third wiring. The regenerated power supplied to the third wiring is supplied to the integrated smooth wiring via the reactor of the second smooth wiring, and is then supplied to the low voltage power storage device. When the upper arm switching element provided in the third wiring is in a closed state, the reactor provided in the second smooth wiring is magnetized. As a result, a back electromotive force is generated in the reactor provided in the second smoothing wiring in a direction that prevents a current from flowing from the third wiring through the second smoothing circuit. Therefore, when the upper arm switching element provided in the third wiring is in a closed state, the voltage of the regenerated power is stepped down by the reactor provided in the second smooth wiring. The same applies when the upper arm switching element provided in the second wiring is in the closed state, and the reactor provided in the first smooth wiring is magnetized, so that the upper arm switching element provided in the first smooth wiring is magnetized. A back electromotive force is generated in the reactor in a direction that obstructs the current flowing from the second wiring through the first smooth wiring. Therefore, when the upper arm switching element provided in the second wiring is in a closed state, the voltage of the regenerated power is stepped down by the reactor provided in the first smooth wiring. Here, when the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring are opened and closed, the capacitor provided in the smooth relay wiring is charged. The capacitor is charged with regenerated power that has been stepped down by each reactor. Even if the upper arm switching element provided in the second wiring and the third wiring is in an open state, the capacitor is connected in antiparallel to the lower arm switching element provided in the second wiring and third wiring. A freewheeling current is generated that flows toward each reactor through the diodes in the reactor. Therefore, even if the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring are in an open state and regenerative power does not flow to the low-voltage power storage device, the time of the voltage of the power stored in the low-voltage power storage device due to the return current from the capacitor. physical changes are reduced. Therefore, it is possible to stabilize the voltage of the power stored in the low-voltage power storage device while lowering the voltage of the regenerated power by the smoothing circuit of the step-down converter.

上記の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記第2配線に設けられている前記上アームスイッチング素子と前記第3配線に設けられている前記上アームスイッチング素子とを交互に開閉させるとよい。 In the above fuel cell system, when the motor is generating regenerative power, when the high-voltage power storage device reaches a prescribed voltage value, the control unit controls the upper arm provided in the second wiring. It is preferable that the switching element and the upper arm switching element provided on the third wiring are alternately opened and closed.

例えば、第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子を同時に開閉させる場合を考える。回生用配線から第1配線に設けられている上アームスイッチング素子に対して逆並列接続されているダイオードを介して第2配線及び第3配線に回生電力が供給されたとき、コンデンサに向けて回生電力が流れない期間がある。第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングによるが、コンデンサによる還流電流により低圧蓄電装置に蓄電される電力の電圧の時間的変化が大きくなる虞がある。 For example, consider a case where the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring are simultaneously opened and closed. When regenerative power is supplied from the regeneration wiring to the second wiring and the third wiring via the diode connected in antiparallel to the upper arm switching element provided in the first wiring, the regenerative power is regenerated toward the capacitor. There are periods when there is no power. Depending on the timing of opening and closing the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring, there is a risk that the voltage of the power stored in the low-voltage power storage device may increase over time due to the return current caused by the capacitor.

その点、これによれば、第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子を交互に開閉させている。そのため、コンデンサに向けて回生電力が流れない期間を短くすることができる。よって、低圧蓄電装置に蓄電される電圧をより安定させることができる。 In this respect, according to this, the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring are alternately opened and closed. Therefore, the period during which regenerative power does not flow toward the capacitor can be shortened. Therefore, the voltage stored in the low-voltage power storage device can be made more stable.

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正極は、前記インバータ回路の前記正極母線に電気的に接続され、前記燃料電池スタックの負極は、前記インバータ回路の前記負極母線に電気的に接続され、前記燃料電池スタックで発電された電力を前記高圧蓄電装置が蓄電できる電圧まで降圧させる高圧コンバータを備え、前記高圧コンバータと前記モータとは、前記高圧コンバータにより降圧された電力を前記負荷に送出するための高圧側変換配線で電気的に接続され、前記回生用配線は、前記高圧側変換配線の正極側に電気的に接続され、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させていない場合、前記第1配線に設けられている前記スイッチング素子と前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させることにより前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧を降圧させる降圧制御を実施し、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記燃料電池スタックの動作を停止させるとともに前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングを前記降圧制御と比較して早くする回生降圧制御を実施するとよい。 In the above fuel cell system, the positive electrode of the fuel cell stack is electrically connected to the positive electrode bus of the inverter circuit, and the negative electrode of the fuel cell stack is electrically connected to the negative electrode bus of the inverter circuit. , a high-voltage converter that steps down the power generated by the fuel cell stack to a voltage that can be stored in the high-voltage power storage device, and the high-voltage converter and the motor send the power stepped down by the high-voltage converter to the load. The regeneration wiring is electrically connected to the positive electrode side of the high voltage side conversion wiring, and the control unit controls the motor when the motor is not generating regenerative power. , in a state where the switching element provided in the first wiring and the lower arm switching element provided in the second wiring and the third wiring are maintained in an open state, the second wiring and the When step-down control is performed to step down the voltage of the power generated by the fuel cell stack by opening and closing the upper arm switching element provided in the third wiring, and the motor is generating regenerative power; When the high-voltage power storage device reaches a specified voltage value, the operation of the fuel cell stack is stopped, and the timing for opening and closing the upper arm switching element provided in the second wiring and the third wiring is determined by the step-down step. It is preferable to implement regenerative pressure reduction control that is faster than control.

これによれば、モータが回生電力を発生させていない場合、制御部の降圧制御により降圧コンバータは、燃料電池スタックで発電された電力を降圧させる機能を発揮することができる。そして、モータが回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに制御部の回生降圧制御により降圧コンバータは、回生電力を降圧させる機能を発揮することができる。すなわち、燃料電池スタックで発電された電力を降圧させるコンバータと、回生電力を降圧させるコンバータとを別途用意する必要がない。そのため、燃料電池システムのコストを低減させることができる。 According to this, when the motor is not generating regenerated power, the step-down converter can perform the function of stepping down the electric power generated by the fuel cell stack by the step-down control of the control section. When the motor is generating regenerative power, the step-down converter can perform a function of stepping down the regenerative power by the regenerative step-down control of the control unit when the high-voltage power storage device reaches a specified voltage value. That is, there is no need to separately prepare a converter that steps down the power generated by the fuel cell stack and a converter that steps down the regenerated power. Therefore, the cost of the fuel cell system can be reduced.

また、上記の燃料電池システムにおいて、制御部はモータが回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに燃料電池スタックの動作を停止させる。これにより、降圧コンバータが降圧制御を実施するときの機能と、回生降圧制御を実施するときの機能とを区別することができる。 Furthermore, in the above fuel cell system, when the motor is generating regenerative power, the control unit stops the operation of the fuel cell stack when the high voltage power storage device reaches a specified voltage value. This makes it possible to distinguish between a function when the buck converter performs voltage step-down control and a function when it performs regenerative voltage step-down control.

また、燃料電池スタックで発電された電力を降圧する場合と、回生電力を降圧する場合とでは、電圧の降圧幅が異なる。回生電力を降圧できる理由は、リアクトルの磁化による逆起電力である。そのため、降圧幅を変化させるには、リアクトルに発生する逆起電力の大きさを変化させる必要がある。 Further, the voltage step-down width is different depending on whether the power generated by the fuel cell stack is stepped down or the regenerated power is stepped down. The reason why the regenerated power can be stepped down is the back electromotive force generated by the magnetization of the reactor. Therefore, in order to change the step-down width, it is necessary to change the magnitude of the back electromotive force generated in the reactor.

その点、これによれば、制御部は、回生降圧制御を実施するときに第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングを降圧制御と比較して早くしている。第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子が開状態になっている期間が長いと、コンデンサによる還流電流によりリアクトルは磁気エネルギーを多く蓄える。そのため、第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となりリアクトルが磁化すると、リアクトルに発生する逆起電力が大きくなる。すなわち、回生降圧制御を実施するときに第2配線及び第3配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングを降圧制御よりも早くすることで、リアクトルに蓄えられる磁気エネルギーを少なくすることができ、リアクトルに発生する逆起電力を小さくすることができる。よって、燃料電池スタックで発電される電力を低圧蓄電装置が蓄電できる電圧まで降圧する降圧制御と、回生電力を低圧蓄電装置が蓄電できる電圧まで降圧する回生降圧制御とで降圧幅を適切に変更することができる。 In this regard, according to this, the control unit opens and closes the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring earlier when performing the regenerative voltage step-down control compared to the voltage step-down control. There is. When the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring are in an open state for a long period of time, the reactor stores a large amount of magnetic energy due to the return current generated by the capacitor. Therefore, when the upper arm switching element provided in the second wiring and the third wiring is closed and the reactor is magnetized, the back electromotive force generated in the reactor increases. That is, when performing regenerative voltage step-down control, the timing for opening and closing the upper arm switching elements provided in the second wiring and third wiring is made earlier than that in voltage step-down control, thereby reducing the magnetic energy stored in the reactor. This makes it possible to reduce the back electromotive force generated in the reactor. Therefore, the step-down width is appropriately changed by step-down control that steps down the power generated by the fuel cell stack to a voltage that can be stored in the low-voltage power storage device, and regenerative step-down control that steps down the regenerated power to a voltage that can be stored by the low-voltage power storage device. be able to.

この発明によれば、回生電力を効率良く蓄えることができる。 According to this invention, regenerated power can be efficiently stored.

燃料電池システムの構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell system. 第1低圧コンバータの構成を示す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a first low voltage converter. 変更例における第1低圧コンバータの構成を示す概略図。The schematic diagram which shows the structure of the 1st low voltage converter in the example of a change. 変更例における第1低圧コンバータの構成を示す概略図。The schematic diagram which shows the structure of the 1st low voltage converter in the example of a change.

以下、燃料電池システムを具体化した実施形態を図1及び図2にしたがって説明する。
図1に示すように、この実施形態の燃料電池システム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。なお、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。
An embodiment of a fuel cell system will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 of this embodiment is applied to a towing tractor. The fuel cell system 1 is a system that generates electric power to be supplied to a load mounted on a vehicle. The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 is a stack of a plurality of fuel cells. The fuel cell is, for example, a fixed molecule fuel cell. The fuel cell stack 10 generates electricity through a chemical reaction between fuel gas and oxidant gas. In this embodiment, power generation is performed using hydrogen gas as a fuel gas and oxygen in the air as an oxidant gas. That is, the fuel cell system 1 is a system that drives a load using electric power generated by the fuel cell stack 10. Note that the voltage value of the electric power generated by the fuel cell stack 10 is, for example, 140V.

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70を含んでいる。負荷は、図示しないが走行用モータ70を駆動させるためのインバータを含んでいる。また、走行用モータ70は、トーイングトラクターが停止するときの制動力を発生させる回生ブレーキとしても使用される。よって、走行用モータ70は、燃料電池スタック10で発電された電力により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で回生制動時に制動力を発生させるとともに回生電力を発生させる発電機として機能する。なお、走行用モータ70は、三相交流回転電機が採用されている。 The load in this embodiment includes a running motor 70 as a motor that generates a driving force for driving the vehicle. Although not shown, the load includes an inverter for driving the travel motor 70. The traveling motor 70 is also used as a regenerative brake that generates braking force when the towing tractor stops. Therefore, the driving motor 70 functions as an electric motor that generates driving force using the electric power generated by the fuel cell stack 10, and also functions as a generator that generates braking force and regenerated power during regenerative braking. Note that the traveling motor 70 is a three-phase AC rotating electrical machine.

燃料電池システム1は、高圧蓄電装置20と、高圧コンバータ30と、低圧蓄電装置としての第1低圧蓄電装置40と、降圧コンバータとしての第1低圧コンバータ50とを備えている。 The fuel cell system 1 includes a high voltage power storage device 20, a high voltage converter 30, a first low voltage power storage device 40 as a low voltage power storage device, and a first low voltage converter 50 as a step down converter.

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70が駆動力を発生させるための電力を蓄電し、且つ走行用モータ70が発生させた回生電力を蓄電する機能を有している。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。 A lithium ion capacitor is employed in the high voltage power storage device 20. The high-voltage power storage device 20 has a function of storing electric power for the driving motor 70 to generate driving force, and also storing regenerated electric power generated by the driving motor 70. The high voltage power storage device 20 can store power with a voltage value of 80V, for example.

高圧コンバータ30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の入力側における正極とは、高圧側供給正極配線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、高圧側供給負極配線L2により電気的に接続されている。高圧側供給正極配線L1及び高圧側供給負極配線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。高圧側供給負極配線L2は、グランド配線である。なお、高圧側供給正極配線L1には、燃料電池スタック10に向けて電力の逆流を防止するダイオード105が設けられている。 For example, a DC/DC converter is employed as the high voltage converter 30. The high voltage converter 30 has a function of reducing the voltage of the electric power generated by the fuel cell stack 10. The high voltage converter 30 has a function of reducing the voltage of the electric power generated by the fuel cell stack 10 to, for example, 80V. The positive electrode of the fuel cell stack 10 and the positive electrode on the input side of the high voltage converter 30 are electrically connected by a high voltage side supply positive electrode wiring L1. The negative electrode of the fuel cell stack 10 and the input side negative electrode of the high voltage converter 30 are electrically connected by a high voltage side supply negative electrode wiring L2. The high-voltage side supply positive electrode wiring L1 and the high-voltage side supply negative electrode wiring L2 are provided to send the electric power generated by the fuel cell stack 10 to the high-voltage converter 30. The high voltage side supply negative electrode wiring L2 is a ground wiring. Note that the high-voltage side supply positive electrode wiring L1 is provided with a diode 105 that prevents backflow of power toward the fuel cell stack 10.

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70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70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70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70を駆動させるための電力としても使用される。なお、高圧側変換正極配線L3及び高圧側変換負極配線L4は、高圧側変換配線の一例であり、高圧側変換正極配線L3は、高圧側変換配線の正極側の一例である。 The output-side positive electrode of high-voltage converter 30 and the positive electrode of high-voltage power storage device 20 are electrically connected by high-voltage side conversion positive electrode wiring L3. The output-side negative electrode of high-voltage converter 30 and the negative electrode of high-voltage power storage device 20 are electrically connected by high-voltage side conversion negative electrode wiring L4. The high voltage side conversion negative electrode wiring L4 is a ground wiring. Further, the positive and negative electrodes on the output side of the high voltage converter 30 and the driving motor 70 are electrically connected by a high voltage side conversion positive electrode wiring L3 and a high voltage side conversion negative electrode wiring L4. The high-voltage side conversion positive electrode wiring L3 and the high-voltage side conversion negative electrode wiring L4 are provided in order to send the power stepped down by the high-voltage converter 30 to the load and the high-voltage power storage device 20. Therefore, the electric power generated by the fuel cell stack 10 is stored in the high voltage power storage device 20 while being supplied from the high voltage converter 30 to the driving motor 70 via the high voltage side conversion positive electrode wiring L3 and the high voltage side conversion negative electrode wiring L4. . That is, the high-voltage power storage device 20 stores surplus power generated by supplying the power generated by the fuel cell stack 10 to the driving motor 70. The electric power stored in the high-voltage power storage device 20 is also used, for example, as electric power for driving the travel motor 70 when the amount of power generation is insufficient in the initial stage of power generation by the fuel cell stack 10. Note that the high voltage side conversion positive electrode wiring L3 and the high voltage side conversion negative electrode wiring L4 are examples of high voltage side conversion wiring, and the high voltage side conversion positive electrode wiring L3 is an example of the positive electrode side of the high voltage side conversion wiring.

第1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。第1低圧蓄電装置40は、補機としての第1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。第1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、第1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。 The first low-voltage power storage device 40 employs a lithium ion capacitor. The first low-voltage power storage device 40 is charged with power for operating the first auxiliary device 60 as an auxiliary device, and is set to have a lower voltage than the high-voltage power storage device 20 when storing power. The first low-voltage power storage device 40 can store power with a voltage value of 48V, for example. Here, the first auxiliary machine 60 indicates, for example, a solenoid valve and an electric compressor that assist the operation of the fuel cell stack 10. The solenoid valve is provided in a hydrogen supply pipe that connects a hydrogen tank (not shown) and the fuel cell stack 10, and has a function of opening and closing the hydrogen supply pipe. The electric compressor has a function of supplying air containing oxygen to the fuel cell stack 10 in a compressed state.

ここで、燃料電池システム1は、制御部としての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。具体的には、FCECU65は、予め設定された駆動周期や開弁時間に応じて電磁弁を動作させることで水素供給配管の開度を調整する。すなわち、FCECU65は、電磁弁の動作を制御し、水素供給配管の開度を調整することで水素タンクから燃料電池スタック10に供給される水素の供給量を調整している。また、電動圧縮機に設けられた電動モータのトルクを制御することで燃料電池スタック10への空気の供給量を制御している。よって、FCECU65は、電磁弁及び電動圧縮機の動作を制御し、水素の供給量及び空気の供給量を制御することで燃料電池スタック10の発電量を制御している。 Here, the fuel cell system 1 includes an FCECU 65 as a control section. The FCECU 65 controls the operation of the fuel cell stack 10. The FCECU 65 controls the operation of the fuel cell stack 10 by controlling the operations of the electromagnetic valve and electric compressor described above. Specifically, the FCECU 65 adjusts the opening degree of the hydrogen supply pipe by operating a solenoid valve according to a preset drive cycle and valve opening time. That is, the FCECU 65 controls the operation of the electromagnetic valve and adjusts the opening degree of the hydrogen supply pipe, thereby adjusting the amount of hydrogen supplied from the hydrogen tank to the fuel cell stack 10. Furthermore, the amount of air supplied to the fuel cell stack 10 is controlled by controlling the torque of an electric motor provided in the electric compressor. Therefore, the FCECU 65 controls the amount of power generated by the fuel cell stack 10 by controlling the operations of the electromagnetic valve and the electric compressor, and controlling the amount of hydrogen and air supplied.

第1低圧コンバータ50は、例えばDC/DCコンバータが採用されている。第1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。第1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の正極と第1低圧コンバータ50の入力側における正極とは、高圧側供給正極配線L1により電気的に接続されている。燃料電池スタック10の負極と第1低圧コンバータ50の入力側の負極とは、高圧側供給負極配線L2により電気的に接続されている。高圧側供給正極配線L1及び高圧側供給負極配線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第1低圧コンバータ50に送出するために設けられている。 The first low voltage converter 50 is, for example, a DC/DC converter. The first low voltage converter 50 has a function of reducing the voltage of the electric power generated by the fuel cell stack 10. The first low voltage converter 50 has a function of reducing the voltage of the electric power generated by the fuel cell stack 10 to, for example, 48V. The positive electrode of the fuel cell stack 10 and the positive electrode on the input side of the first low voltage converter 50 are electrically connected by a high voltage side supply positive electrode wiring L1. The negative electrode of the fuel cell stack 10 and the input side negative electrode of the first low voltage converter 50 are electrically connected by a high voltage side supply negative electrode wiring L2. The high voltage side supply positive electrode wiring L1 and the high voltage side supply negative electrode wiring L2 are provided not only to the above-described high voltage converter 30 but also to send the electric power generated in the fuel cell stack 10 to the first low voltage converter 50.

第1低圧コンバータ50の出力側の正極と第1低圧蓄電装置40の正極とは、第1低圧側変換正極配線L5により電気的に接続されている。第1低圧コンバータ50の出力側の負極と第1低圧蓄電装置40の負極とは、第1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、第1低圧コンバータ50の出力側の正極及び負極と第1補機60とは、第1低圧側変換正極配線L5及び第1低圧側変換負極配線L6により電気的に接続されている。第1低圧側変換正極配線L5及び第1低圧側変換負極配線L6は、第1低圧コンバータ50により降圧された電力を第1補機60及び第1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、第1低圧コンバータ50から第1低圧側変換正極配線L5及び第1低圧側変換負極配線L6を介して第1補機60に供給されつつ、第1低圧蓄電装置40に蓄電される。すなわち、第1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第1補機60に供給した余剰電力が蓄電される。そして、第1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第1補機60を駆動させるための電力としても使用される。 The output side positive electrode of the first low voltage converter 50 and the positive electrode of the first low voltage power storage device 40 are electrically connected by the first low voltage side conversion positive electrode wiring L5. The negative electrode of the output side of the first low voltage converter 50 and the negative electrode of the first low voltage power storage device 40 are electrically connected by the first low voltage side conversion negative electrode wiring L6. Moreover, the positive and negative electrodes on the output side of the first low voltage converter 50 and the first auxiliary machine 60 are electrically connected by the first low voltage side conversion positive electrode wiring L5 and the first low voltage side conversion negative electrode wiring L6. The first low-voltage side conversion positive electrode wiring L5 and the first low-voltage side conversion negative electrode wiring L6 are provided to send the power stepped down by the first low-voltage converter 50 to the first auxiliary device 60 and the first low-voltage power storage device 40. There is. Therefore, the electric power generated in the fuel cell stack 10 is supplied from the first low voltage converter 50 to the first auxiliary equipment 60 via the first low voltage side conversion positive electrode wiring L5 and the first low voltage side conversion negative electrode wiring L6. 1. Electricity is stored in the low-voltage electricity storage device 40. That is, surplus power generated by supplying the power generated by the fuel cell stack 10 to the first auxiliary machine 60 is stored in the first low-voltage power storage device 40 . The electric power stored in the first low-voltage power storage device 40 is also used as electric power for driving the first auxiliary device 60, for example, when the amount of power generation is insufficient in the initial stage of power generation by the fuel cell stack 10.

燃料電池システム1は、第2低圧蓄電装置80と、第2低圧コンバータ90とを備えている。第2低圧蓄電装置80には、12Vバッテリが採用されている。第2低圧蓄電装置80は、第2補機95を動作させる電力が充電されるとともに第1低圧蓄電装置40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。第2低圧蓄電装置80は、上述したが電圧値が12Vの電力を蓄電できる。ここで、第2補機95とは、例えばエアコン、ナビゲーションシステム、ライト等を示している。なお、本実施形態におけるFCECU65は、第2補機95の一部である。 Fuel cell system 1 includes a second low voltage power storage device 80 and a second low voltage converter 90. The second low voltage power storage device 80 employs a 12V battery. The second low-voltage power storage device 80 is charged with power for operating the second auxiliary device 95 and is set to have a lower voltage than the first low-voltage power storage device 40 when storing power. As described above, the second low-voltage power storage device 80 can store power with a voltage value of 12V. Here, the second auxiliary equipment 95 indicates, for example, an air conditioner, a navigation system, a light, or the like. Note that the FCECU 65 in this embodiment is a part of the second auxiliary machine 95.

第2低圧コンバータ90は、例えばDC/DCコンバータが採用されている。第2低圧コンバータ90は、第1低圧コンバータ50で降圧された電力を更に降圧する機能を有している。第2低圧コンバータ90は、第1低圧コンバータ50で降圧された電力を例えば12Vまで降圧する機能を有している。第2低圧コンバータ90には、第1低圧側変換正極配線L5及び第1低圧側変換負極配線L6が電気的に接続されている。第1低圧側変換正極配線L5及び第1低圧側変換負極配線L6は、上記した第1補機60及び第1低圧蓄電装置40に限らず、第1低圧コンバータ50により降圧された電力を第2低圧コンバータ90に送出するために設けられている。そのため、第1低圧コンバータ50で降圧された電力は、第1補機60に供給されるとともに第2低圧コンバータ90にも供給される。第2低圧コンバータ90の出力側の正極と第2低圧蓄電装置80の正極とは、第2低圧側変換正極配線L7により電気的に接続されている。第2低圧コンバータ90の出力側の負極と第2低圧蓄電装置80の負極とは、第2低圧側変換負極配線L8により電気的に接続されている。また、第2低圧コンバータ90の出力側の正極及び負極と第2補機95とは、第2低圧側変換正極配線L7及び第2低圧側変換負極配線L8により電気的に接続されている。第2低圧側変換正極配線L7及び第2低圧側変換負極配線L8は、第2低圧コンバータ90により降圧された電力を第2補機95及び第2低圧蓄電装置80に送出するために設けられている。そのため、第1低圧コンバータ50で降圧された電力は、第2低圧コンバータ90から第2低圧側変換正極配線L7及び第2低圧側変換負極配線L8を介して第2補機95に供給されつつ、第2低圧蓄電装置80に蓄電される。すなわち、第2低圧蓄電装置80には、第2低圧コンバータ90で降圧された電力を第2補機95に供給した余剰電力が蓄電される。そして、第2低圧蓄電装置80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第2補機95を駆動させるための電力としても使用される。 The second low voltage converter 90 is, for example, a DC/DC converter. The second low-voltage converter 90 has a function of further reducing the voltage of the electric power reduced by the first low-voltage converter 50. The second low voltage converter 90 has a function of reducing the voltage of the power reduced by the first low voltage converter 50 to, for example, 12V. A first low voltage side conversion positive electrode wiring L5 and a first low voltage side conversion negative electrode wiring L6 are electrically connected to the second low voltage converter 90. The first low-voltage side conversion positive electrode wiring L5 and the first low-voltage side conversion negative electrode wiring L6 are not limited to the first auxiliary equipment 60 and the first low-voltage power storage device 40 described above. It is provided for sending to the low voltage converter 90. Therefore, the power stepped down by the first low voltage converter 50 is supplied to the first auxiliary machine 60 and also to the second low voltage converter 90. The output-side positive electrode of the second low-voltage converter 90 and the positive electrode of the second low-voltage power storage device 80 are electrically connected by a second low-voltage side conversion positive electrode wiring L7. The output side negative electrode of the second low voltage converter 90 and the negative electrode of the second low voltage power storage device 80 are electrically connected by a second low voltage side conversion negative electrode wiring L8. Further, the positive and negative electrodes on the output side of the second low voltage converter 90 and the second auxiliary machine 95 are electrically connected by a second low voltage side conversion positive electrode wiring L7 and a second low voltage side conversion negative electrode wiring L8. The second low-voltage side conversion positive electrode wiring L7 and the second low-voltage side conversion negative electrode wiring L8 are provided to send the power stepped down by the second low-voltage converter 90 to the second auxiliary device 95 and the second low-voltage power storage device 80. There is. Therefore, the electric power stepped down by the first low voltage converter 50 is supplied from the second low voltage converter 90 to the second auxiliary machine 95 via the second low voltage side conversion positive wiring L7 and the second low voltage side conversion negative wiring L8. Power is stored in the second low voltage power storage device 80. That is, the second low-voltage power storage device 80 stores surplus power obtained by supplying the second auxiliary device 95 with the power stepped down by the second low-voltage converter 90 . The electric power stored in the second low-voltage power storage device 80 is also used as electric power for driving the second auxiliary machine 95, for example, when the amount of power generation is insufficient at the beginning of power generation by the fuel cell stack 10.

このように構成された燃料電池システム1では、燃料電池システム1を起動させる場合、FCECU65により電磁弁及び電動圧縮機が動作させられることで燃料電池スタック10が発電を開始する。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を介して負荷(インバータと走行用モータ70)に供給される一方で、負荷の駆動に用いられなかった余剰電力が高圧側変換正極配線L3及び高圧側変換負極配線L4を介して高圧蓄電装置20に充電される。同様に、燃料電池スタック10で発電された電力は、第1低圧コンバータ50を介して第1補機60に供給される一方で、第1補機60の駆動に用いられなかった余剰電力が第1低圧側変換正極配線L5及び第1低圧側変換負極配線L6を介して第1低圧蓄電装置40に充電される。また、第1低圧コンバータ50で降圧された電力は、第2低圧コンバータ90を介して第2補機95に供給される一方で、第2補機95の駆動に用いられなかった余剰電力が第2低圧側変換正極配線L7及び第2低圧側変換負極配線L8を介して第2低圧蓄電装置80に充電される。 In the fuel cell system 1 configured as described above, when the fuel cell system 1 is started, the FCECU 65 operates the electromagnetic valve and the electric compressor, so that the fuel cell stack 10 starts generating electricity. The electric power generated by the fuel cell stack 10 is supplied to the load (the inverter and the driving motor 70) via the high voltage converter 30, while the surplus electric power not used to drive the load is transferred to the high voltage side conversion positive wiring L3. The high voltage power storage device 20 is charged via the high voltage side conversion negative electrode wiring L4. Similarly, the electric power generated by the fuel cell stack 10 is supplied to the first auxiliary machine 60 via the first low voltage converter 50, while the surplus electric power not used to drive the first auxiliary machine 60 is supplied to the first auxiliary machine 60. The first low voltage power storage device 40 is charged via the first low voltage side conversion positive electrode wiring L5 and the first low voltage side conversion negative electrode wiring L6. Further, the power stepped down by the first low voltage converter 50 is supplied to the second auxiliary machine 95 via the second low voltage converter 90, while the surplus power that is not used to drive the second auxiliary machine 95 is supplied to the second auxiliary machine 95. The second low voltage power storage device 80 is charged via the second low voltage side conversion positive electrode wiring L7 and the second low voltage side conversion negative electrode wiring L8.

FCECU65は、高圧蓄電装置20の充電容量、第1低圧蓄電装置40の充電容量、及び第2低圧蓄電装置80の充電容量を確認しながら燃料電池スタック10の動作を制御している。具体的には、FCECU65は、高圧側変換正極配線L3及び高圧側変換負極配線L4における高圧蓄電装置20の近傍に設けられた電圧センサ101で検出される電圧値が第1規定値となっているか否かを確認している。また、FCECU65は、第1低圧側変換正極配線L5及び第1低圧側変換負極配線L6における第1低圧蓄電装置40の近傍に設けられた電圧センサ102で検出される電圧値が第2規定値となっているか否かを確認している。さらに、FCECU65は、第2低圧側変換正極配線L7及び第2低圧側変換負極配線L8における第2低圧蓄電装置80の近傍に設けられた電圧センサ103で検出される電圧値が第3規定値となっているか否かを確認している。FCECU65は、高圧蓄電装置20の電圧値が第1規定値を、第1低圧蓄電装置40の電圧値が第2規定値を、第2低圧蓄電装置80の電圧値が第3規定値を満たすまで燃料電池スタック10の動作を継続させることで高圧蓄電装置20、第1低圧蓄電装置40、及び第2低圧蓄電装置80の充電を継続する。 The FCECU 65 controls the operation of the fuel cell stack 10 while checking the charging capacity of the high voltage power storage device 20, the charging capacity of the first low voltage power storage device 40, and the charging capacity of the second low voltage power storage device 80. Specifically, the FCECU 65 determines whether the voltage value detected by the voltage sensor 101 provided near the high voltage power storage device 20 in the high voltage side conversion positive electrode wiring L3 and the high voltage side conversion negative electrode wiring L4 is the first specified value. I'm checking to see if it's true. Further, the FCECU 65 determines that the voltage value detected by the voltage sensor 102 provided near the first low voltage power storage device 40 in the first low voltage side conversion positive electrode wiring L5 and the first low voltage side conversion negative electrode wiring L6 is a second specified value. I'm checking to see if it is. Furthermore, the FCECU 65 determines that the voltage value detected by the voltage sensor 103 provided near the second low voltage power storage device 80 in the second low voltage side conversion positive electrode wiring L7 and the second low voltage side conversion negative electrode wiring L8 is a third specified value. I'm checking to see if it is. The FCECU 65 operates until the voltage value of the high voltage power storage device 20 satisfies the first specified value, the voltage value of the first low voltage power storage device 40 satisfies the second specified value, and the voltage value of the second low voltage power storage device 80 satisfies the third specified value. By continuing the operation of the fuel cell stack 10, charging of the high voltage power storage device 20, the first low voltage power storage device 40, and the second low voltage power storage device 80 is continued.

ここで、第1規定値は、高圧蓄電装置20に充電されている電力が燃料電池スタック10の出力状態が急変したときに走行用モータ70の動作の追従性を保つことができるように設定されている。燃料電池スタック10の出力の急変とは、例えばトーイングトラクター及び燃料電池システム1が起動し、走行用モータ70の動作を急変させることを示している。走行用モータ70の動作を急変させるためには、燃料電池スタック10の発電量を多くするように、出力状態を低出力状態から高出力状態に急変させる必要がある。しかし、燃料電池スタック10の発電量によっては、走行用モータ70の動作を急変させるための電力が不足する場合がある。この場合、高圧蓄電装置20に充電されている電力を負荷に向けて放電することで発電量の不足を補う。よって、第1規定値は、燃料電池スタック10の出力状態が急変したときに走行用モータ70の動作の追従性を保つことができる程度に設定されている。第2規定値は、第1補機60(電磁弁、電動圧縮機、及びFCECU65)を安定的に駆動させることができるように設定されている。すなわち、第2規定値は、燃料電池スタック10の発電初期において発電量が不足したときに第1補機60を安定的に駆動できるように設定されている。第2規定値と同様に、第3規定値は、燃料電池スタック10の発電初期において発電量が不足したときに第2補機95を安定的に駆動できるように設定されている。 Here, the first specified value is set so that the electric power stored in the high-voltage power storage device 20 can maintain the followability of the operation of the travel motor 70 when the output state of the fuel cell stack 10 suddenly changes. ing. A sudden change in the output of the fuel cell stack 10 indicates that, for example, the towing tractor and the fuel cell system 1 are activated and the operation of the travel motor 70 is suddenly changed. In order to suddenly change the operation of the traveling motor 70, it is necessary to suddenly change the output state from a low output state to a high output state so as to increase the amount of power generated by the fuel cell stack 10. However, depending on the amount of power generated by the fuel cell stack 10, there may be a shortage of electric power to suddenly change the operation of the travel motor 70. In this case, the power stored in the high-voltage power storage device 20 is discharged toward the load to compensate for the lack of power generation. Therefore, the first specified value is set to such an extent that the followability of the operation of the traveling motor 70 can be maintained even when the output state of the fuel cell stack 10 suddenly changes. The second specified value is set so that the first auxiliary machine 60 (electromagnetic valve, electric compressor, and FCECU 65) can be driven stably. That is, the second specified value is set so that the first auxiliary machine 60 can be stably driven when the amount of power generation is insufficient in the initial stage of power generation by the fuel cell stack 10. Similar to the second specified value, the third specified value is set so that the second auxiliary machine 95 can be stably driven when the amount of power generation is insufficient in the initial stage of power generation by the fuel cell stack 10.

また、燃料電池システム1は、走行用モータ70が回生電力を発生させているときに当該回生電力を高圧蓄電装置20に蓄電する機能を有している。そして、燃料電池システム1は、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置20に蓄電される電力の電圧値が規定の電圧値に達したときに第1低圧コンバータ50を介して高圧蓄電装置20の規定の電圧値を超える余剰電力を第1低圧蓄電装置40に蓄電させる機能を有している。なお、高圧蓄電装置20の規定の電圧値とは、燃料電池システム1の仕様によって高圧蓄電装置20に要求される充電量を考慮して設定することが好ましい。例えば、燃料電池システム1において走行用モータ70に使用する電力が多い場合、可能な限り多くの回生電力を高圧蓄電装置20に充電することが好ましいと考えられる。その場合、高圧蓄電装置20の規定の電圧値は、例えば高圧蓄電装置20の満充電時の電圧値とすることが好ましい。また、走行用モータ70よりも第1補機60に使用する電力が多い場合、可能な限り多くの回生電力を第1低圧蓄電装置40に充電することが好ましいと考えられる。この場合、高圧蓄電装置20の規定の電圧値は、例えば高圧蓄電装置20の第1規定値とすることが好ましい。また、高圧蓄電装置20の規定の電圧値を第1規定値と満充電時の電圧値との間に設定するようにしてもよい。 Furthermore, the fuel cell system 1 has a function of storing regenerated power in the high-voltage power storage device 20 when the driving motor 70 is generating the regenerated power. When the traveling motor 70 is generating regenerative power, the fuel cell system 1 operates the first low voltage converter 50 when the voltage value of the power stored in the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value. It has a function of storing surplus power exceeding a prescribed voltage value of the high voltage power storage device 20 in the first low voltage power storage device 40 via the first low voltage power storage device 40 . Note that the prescribed voltage value of the high voltage power storage device 20 is preferably set in consideration of the amount of charge required of the high voltage power storage device 20 according to the specifications of the fuel cell system 1. For example, when a large amount of electric power is used for the driving motor 70 in the fuel cell system 1, it is considered preferable to charge the high voltage power storage device 20 with as much regenerated electric power as possible. In that case, it is preferable that the prescribed voltage value of the high voltage power storage device 20 is, for example, the voltage value when the high voltage power storage device 20 is fully charged. Further, when more power is used for the first auxiliary machine 60 than for the driving motor 70, it is considered preferable to charge the first low-voltage power storage device 40 with as much regenerative power as possible. In this case, it is preferable that the specified voltage value of the high voltage power storage device 20 be the first specified value of the high voltage power storage device 20, for example. Further, the specified voltage value of the high voltage power storage device 20 may be set between the first specified value and the voltage value at full charge.

燃料電池システム1において、FCECU65には、高圧コンバータ30と走行用モータ70とを接続している高圧側変換正極配線L3に直列接続されている電流センサ104により検出された電流が入力される。FCECU65は、電流センサ104から入力された電流により高圧側変換正極配線L3に流れる電流の向きを判断し、走行用モータ70が回生電力を発生させているか否かを確認している。FCECU65は、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、燃料電池スタック10の動作を停止させる。具体的には、FCECU65は、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、電磁弁への通電を停止し水素供給配管を閉状態にすることで水素タンクから燃料電池スタック10への水素の供給を停止させる。また、FCECU65は、電動圧縮機の動作を停止させることで燃料電池スタック10への酸素を含む空気の供給を停止させる。これにより、FCECU65は、燃料電池スタック10の動作を停止させる。 In the fuel cell system 1, the FCECU 65 receives a current detected by the current sensor 104 connected in series to the high voltage side conversion positive wiring L3 connecting the high voltage converter 30 and the driving motor 70. The FCECU 65 determines the direction of the current flowing through the high-voltage side conversion positive wiring L3 based on the current input from the current sensor 104, and confirms whether or not the travel motor 70 is generating regenerative power. The FCECU 65 stops the operation of the fuel cell stack 10 when the travel motor 70 is generating regenerative power. Specifically, when the driving motor 70 is generating regenerative power, the FCECU 65 stops energizing the solenoid valve and closes the hydrogen supply pipe to supply hydrogen from the hydrogen tank to the fuel cell stack 10. supply will be stopped. Furthermore, the FCECU 65 stops the supply of air containing oxygen to the fuel cell stack 10 by stopping the operation of the electric compressor. Thereby, the FCECU 65 stops the operation of the fuel cell stack 10.

燃料電池システム1において、第1低圧コンバータ50には、回生用配線Lrが電気的に接続されている。回生用配線Lrは、高圧側変換正極配線L3に電気的に接続されている。回生用配線Lrには、走行用モータ70が発生させる回生電力が高圧側変換正極配線L3を介して入力され、第1低圧コンバータ50に入力される。第1低圧コンバータ50は、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときに走行用モータ70が発生させる回生電力を降圧させる機能を有している。図示しないが回生用配線Lrには、例えばリレーが設けられている。FCECU65は、走行用モータ70が回生電力を発生させていない場合、リレーを開状態にすることにより高圧コンバータ30で降圧された電力が第1低圧コンバータ50に入力されないようにしている。FCECU65は、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときにリレーを閉状態にして高圧側変換正極配線L3及び回生用配線Lrを介して第1低圧コンバータ50に回生電力を入力させる。すなわち、FCECU65は、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときに第1低圧コンバータ50を介して回生電力を第1低圧蓄電装置40に蓄電させている。また、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、FCECU65により燃料電池スタック10の動作が停止されるが、燃料電池スタック10の高電圧状態が少しの期間継続する。すなわち、第1低圧コンバータ50に対して燃料電池スタック10で発電された電力(140V)と回生電力(80V)が同時に作用する期間がある。しかしながら、燃料電池スタック10に酸素を含む空気が供給されない状態となるため、燃料電池スタック10の高電圧状態は回生電力が第1低圧コンバータ50に入力されてすぐに解消され、燃料電池スタック10の電力よりも回生電力の方が優位となる。よって、燃料電池スタック10の高電圧状態が少しの期間継続したとしても回生電力を降圧させる第1低圧コンバータ50の機能を妨げることはない。 In the fuel cell system 1, a regeneration wiring Lr is electrically connected to the first low voltage converter 50. The regeneration wiring Lr is electrically connected to the high voltage side conversion positive electrode wiring L3. Regenerative power generated by the travel motor 70 is input to the regeneration wiring Lr via the high voltage side conversion positive electrode wiring L3, and is input to the first low voltage converter 50. The first low voltage converter 50 has a function of stepping down the regenerative power generated by the driving motor 70 when the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value when the driving motor 70 is generating regenerative power. are doing. Although not shown, the regeneration wiring Lr is provided with, for example, a relay. When the driving motor 70 is not generating regenerated power, the FCECU 65 opens the relay to prevent the power reduced by the high voltage converter 30 from being input to the first low voltage converter 50. When the driving motor 70 is generating regenerative power, the FCECU 65 closes the relay when the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value, and connects the high voltage side conversion positive wiring L3 and the regenerative wiring Lr. to input regenerated power to the first low voltage converter 50. That is, when the driving motor 70 is generating regenerated power, the FCECU 65 transfers the regenerated power to the first low voltage power storage device 40 via the first low voltage converter 50 when the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value. is used to store electricity. Furthermore, when the traveling motor 70 is generating regenerative power, the FCECU 65 stops the operation of the fuel cell stack 10, but the high voltage state of the fuel cell stack 10 continues for a short period of time. That is, there is a period in which the electric power (140 V) generated by the fuel cell stack 10 and the regenerated electric power (80 V) act on the first low-voltage converter 50 at the same time. However, since air containing oxygen is not supplied to the fuel cell stack 10, the high voltage state of the fuel cell stack 10 is quickly resolved when regenerated power is input to the first low voltage converter 50, and the high voltage state of the fuel cell stack 10 is quickly resolved. Regenerative power is superior to electric power. Therefore, even if the high voltage state of the fuel cell stack 10 continues for a short period of time, the function of the first low voltage converter 50 to step down the regenerated power will not be hindered.

次に、第1低圧コンバータ50の構成について詳しく説明する。
図2に示すように、第1低圧コンバータ50は、インバータ回路51と、平滑回路52とを備えている。インバータ回路51は、負荷のインバータが有するインバータ回路と同一である。インバータ回路51は、三相のスイッチング素子として6つのスイッチング素子Q1~Q6を有している。スイッチング素子Q1~Q6としては、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)やMOSFETが採用されている。インバータ回路51は、正極母線Lpと、負極母線Lnと、中継配線Lmとを有している。正極母線Lpは、高圧側供給正極配線L1に電気的に接続されている。そのため、正極母線Lpは、燃料電池スタック10の正極と電気的に接続されている。負極母線Lnは、高圧側供給負極配線L2に電気的に接続されている。そのため、負極母線Lnは、燃料電池スタック10の負極と電気的に接続されている。負極母線Lnは、第1低圧側変換負極配線L6に電気的に接続されている。そのため、負極母線Lnは、第1低圧蓄電装置40と電気的に接続されている。中継配線Lmは、正極母線Lpと負極母線Lnとを電気的に接続する第1配線Lm1、第2配線Lm2、及び第3配線Lm3から構成されている。
Next, the configuration of the first low voltage converter 50 will be explained in detail.
As shown in FIG. 2, the first low voltage converter 50 includes an inverter circuit 51 and a smoothing circuit 52. The inverter circuit 51 is the same as the inverter circuit included in the load inverter. The inverter circuit 51 has six switching elements Q1 to Q6 as three-phase switching elements. For example, insulated gate bipolar transistors (IGBT) and MOSFETs are used as the switching elements Q1 to Q6. The inverter circuit 51 includes a positive bus Lp, a negative bus Ln, and a relay line Lm. The positive electrode bus line Lp is electrically connected to the high voltage side supply positive electrode wiring L1. Therefore, the positive electrode bus line Lp is electrically connected to the positive electrode of the fuel cell stack 10. The negative electrode bus line Ln is electrically connected to the high voltage side supply negative electrode wiring L2. Therefore, the negative electrode bus line Ln is electrically connected to the negative electrode of the fuel cell stack 10. The negative electrode bus line Ln is electrically connected to the first low voltage side conversion negative electrode wiring L6. Therefore, the negative electrode bus Ln is electrically connected to the first low voltage power storage device 40. The relay wiring Lm includes a first wiring Lm1, a second wiring Lm2, and a third wiring Lm3 that electrically connect the positive electrode bus Lp and the negative electrode bus Ln.

第1配線Lm1において、u相上アームを構成する上アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Q1と、u相下アームを構成する下アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Q2とが直列接続されている。第2配線Lm2において、v相上アームを構成する上アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Q3と、v相下アームを構成する下アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Q4とが直列接続されている。第3配線Lm3において、w相上アームを構成する上アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Q5と、w相上アームを構成する下アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Q6とが直列接続されている。また、中継配線Lm上において正極母線Lp側から負極母線Lnに向けてに電流の逆流を防止するための6つのダイオードD1~D6がそれぞれ上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を構成するスイッチング素子Q1~Q6のそれぞれに対して逆並列接続されている。 In the first wiring Lm1, a switching element Q1 as an upper arm switching element constituting the u-phase upper arm and a switching element Q2 as a lower arm switching element constituting the u-phase lower arm are connected in series. In the second wiring Lm2, a switching element Q3 as an upper arm switching element constituting the v-phase upper arm and a switching element Q4 as a lower arm switching element constituting the v-phase lower arm are connected in series. In the third wiring Lm3, a switching element Q5 as an upper arm switching element constituting the w-phase upper arm and a switching element Q6 as a lower arm switching element constituting the w-phase upper arm are connected in series. Additionally, six diodes D1 to D6 for preventing reverse flow of current from the positive bus Lp side toward the negative bus Ln on the relay wiring Lm constitute a switching element Q1 that constitutes an upper arm switching element and a lower arm switching element, respectively. - Q6 are connected in antiparallel to each other.

平滑回路52は、インバータ回路51及び第1低圧蓄電装置40に電気的に接続されるとともに第1低圧蓄電装置40に供給される電力の電圧を安定させる機能を有している。平滑回路52は、インバータ回路51と同様に負極母線Lnを有している。平滑回路52は、インバータ回路51と負極母線Lnを共有している。平滑回路52は、第1平滑配線Ls1と、第2平滑配線Ls2と、統合平滑配線Lstと、平滑中継配線Lsmと、コンデンサ53と、リアクトル54,55とを有している。第1平滑配線Ls1は、第2配線Lm2におけるスイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との間に電気的に接続されている。第2平滑配線Ls2は、第3配線Lm3におけるスイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との間に電気的に接続されている。統合平滑配線Lstは、第1平滑配線Ls1と第2平滑配線Ls2とをまとめることで形成されている。統合平滑配線Lstは、第1低圧側変換正極配線L5に電気的に接続されている。そのため、統合平滑配線Lstは、第1低圧蓄電装置40と電気的に接続されている。平滑中継配線Lsmは、負極母線Lnと統合平滑配線Lstとの間を電気的に接続している。コンデンサ53は、平滑中継配線Lsmに設けられている。リアクトル54は、第1平滑配線Ls1に設けられている。リアクトル55は、第2平滑配線Ls2に設けられている。ここで、第1配線Lm1におけるスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との間には、回生用配線Lrが電気的に接続されている。なお、リアクトル54,55は、インダクタ等の受動素子であり、本実施形態ではコイルにより構成されている。なお、本実施形態の第1低圧コンバータ50は、入力側(燃料電池スタック10側)と出力側(第1低圧蓄電装置40側)電気的に導通している非絶縁型コンバータである。 The smoothing circuit 52 is electrically connected to the inverter circuit 51 and the first low-voltage power storage device 40, and has a function of stabilizing the voltage of the power supplied to the first low-voltage power storage device 40. Like the inverter circuit 51, the smoothing circuit 52 has a negative bus Ln. The smoothing circuit 52 shares the negative bus Ln with the inverter circuit 51. The smoothing circuit 52 includes a first smoothing wiring Ls1, a second smoothing wiring Ls2, an integrated smoothing wiring Lst, a smoothing relay wiring Lsm, a capacitor 53, and reactors 54 and 55. The first smooth wiring Ls1 is electrically connected between the switching element Q3 and the switching element Q4 in the second wiring Lm2. The second smooth wiring Ls2 is electrically connected between the switching element Q5 and the switching element Q6 in the third wiring Lm3. The integrated smooth wiring Lst is formed by combining the first smooth wiring Ls1 and the second smooth wiring Ls2. The integrated smooth wiring Lst is electrically connected to the first low voltage side conversion positive electrode wiring L5. Therefore, the integrated smooth wiring Lst is electrically connected to the first low voltage power storage device 40. The smooth relay wiring Lsm electrically connects the negative electrode bus Ln and the integrated smooth wiring Lst. The capacitor 53 is provided in the smooth relay wiring Lsm. The reactor 54 is provided in the first smooth wiring Ls1. The reactor 55 is provided in the second smooth wiring Ls2. Here, a regeneration wiring Lr is electrically connected between the switching element Q1 and the switching element Q2 in the first wiring Lm1. Note that the reactors 54 and 55 are passive elements such as inductors, and in this embodiment, are composed of coils. Note that the first low-voltage converter 50 of the present embodiment is a non-insulated converter that is electrically connected to the input side (fuel cell stack 10 side) and the output side (first low-voltage power storage device 40 side).

ここで、FCECU65の第1低圧コンバータ50の制御について説明するとともに第1低圧コンバータ50の動作についても説明する。
図1及び図2に示すように、FCECU65は、走行用モータ70が回生電力を発生させていない場合、燃料電池スタック10で発電された電力を降圧する降圧制御を実施する。降圧制御において、FCECU65は、第1低圧コンバータ50のインバータ回路51における第1配線Lm1に設けられているスイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2と、第2配線Lm2及び第3配線Lm3上に設けられたスイッチング素子Q4,Q6を常に開状態に維持する。そして、FCECU65は、スイッチング素子Q1,Q2,Q4,Q6が開状態に維持された状態において、スイッチング素子Q3,Q5を開閉させることで降圧制御を実施する。より詳細には、降圧制御時には、FCECU65は、スイッチング素子Q3,Q5を交互に開閉させる。
Here, the control of the first low voltage converter 50 by the FCECU 65 will be described, and the operation of the first low voltage converter 50 will also be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, when the driving motor 70 is not generating regenerative power, the FCECU 65 performs voltage step-down control to step down the power generated by the fuel cell stack 10. In step-down control, the FCECU 65 controls switching elements Q1 and Q2 provided on the first wiring Lm1 in the inverter circuit 51 of the first low voltage converter 50, and switching elements provided on the second wiring Lm2 and third wiring Lm3. Elements Q4 and Q6 are always kept open. Then, the FCECU 65 performs voltage step-down control by opening and closing switching elements Q3 and Q5 while switching elements Q1, Q2, Q4, and Q6 are maintained in an open state. More specifically, during voltage step-down control, the FCECU 65 alternately opens and closes the switching elements Q3 and Q5.

例えば、第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q5を閉状態にしたときを考える。燃料電池スタック10で発電された電力は、高圧側供給正極配線L1及び正極母線Lpを通じて第2配線Lm2及び第3配線Lm3に供給される。第3配線Lm3に供給された電力は、第2平滑配線Ls2のリアクトル55を介して統合平滑配線Lstに供給され、第1低圧蓄電装置40に供給される。第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q5が閉状態となったとき、第2平滑配線Ls2に設けられているリアクトル55が磁化する。これにより、第2平滑配線Ls2に設けられているリアクトル55には、第3配線Lm3から第2平滑配線Ls2を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q5が閉状態となると、第2平滑配線Ls2に設けられているリアクトル55により燃料電池スタック10で発電された電力の電圧が低下し、燃料電池スタック10で発電された電力が降圧される。また、第2配線Lm2に設けられているスイッチング素子Q3が閉状態となる場合も同様であり、第1平滑配線Ls1に設けられているリアクトル54が磁化することにより、第1平滑配線Ls1に設けられているリアクトル54には、第2配線Lm2から第1平滑配線Ls1を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第2配線Lm2に設けられているスイッチング素子Q3が閉状態になると、第1平滑配線Ls1に設けられているリアクトル54により燃料電池スタック10で発電された電力の電圧が低下し、燃料電池スタック10で発電された電力が降圧される。ここで、第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5を開閉させると平滑中継配線Lsmに設けられているコンデンサ53に充電される。コンデンサ53には、各リアクトル54,55により降圧された燃料電池スタック10の電力が充電される。第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5が開状態となったとしてもコンデンサ53から第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q4,Q6に対して逆並列接続されているダイオードD4,D6を介して各リアクトル54,55に向けて流れる還流電流が発生する。よって、第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5が開状態であり、燃料電池スタック10で発電された電力が第1低圧蓄電装置40に流れなくてもコンデンサ53による還流電流により第1低圧蓄電装置40に蓄電される電力の電圧の時間的変化が少なくなる。よって、第1低圧コンバータ50の平滑回路52により燃料電池スタック10で発電された電力を降圧させつつ第1低圧蓄電装置40に蓄電される電力の電圧を安定させることができる。 For example, consider a case where the switching element Q5 provided in the third wiring Lm3 is brought into a closed state. Electric power generated by the fuel cell stack 10 is supplied to the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 through the high voltage side supply positive electrode wiring L1 and the positive electrode bus line Lp. The power supplied to the third wiring Lm3 is supplied to the integrated smooth wiring Lst via the reactor 55 of the second smooth wiring Ls2, and then to the first low voltage power storage device 40. When the switching element Q5 provided in the third wiring Lm3 is in a closed state, the reactor 55 provided in the second smooth wiring Ls2 is magnetized. As a result, a back electromotive force is generated in the reactor 55 provided in the second smooth wiring Ls2 in a direction that obstructs the current flowing from the third wiring Lm3 via the second smooth wiring Ls2. Therefore, when the switching element Q5 provided in the third wiring Lm3 is in the closed state, the voltage of the power generated in the fuel cell stack 10 is reduced by the reactor 55 provided in the second smooth wiring Ls2, and the fuel cell The electric power generated by the stack 10 is stepped down. Further, the same applies when the switching element Q3 provided in the second wiring Lm2 is in the closed state, and the reactor 54 provided in the first smooth wiring Ls1 is magnetized, so that the switching element Q3 provided in the first smooth wiring Ls1 is magnetized. A back electromotive force is generated in the reactor 54 which is located in a direction that obstructs the current flowing from the second wiring Lm2 through the first smooth wiring Ls1. Therefore, when the switching element Q3 provided in the second wiring Lm2 is in the closed state, the voltage of the electric power generated in the fuel cell stack 10 is reduced by the reactor 54 provided in the first smooth wiring Ls1, and the fuel cell The electric power generated by the stack 10 is stepped down. Here, when the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are opened and closed, the capacitor 53 provided in the smooth relay wiring Lsm is charged. The capacitor 53 is charged with the power of the fuel cell stack 10 whose voltage is lowered by the reactors 54 and 55. Even if the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are in an open state, the switching elements Q4 and Q6 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are connected from the capacitor 53. A return current is generated that flows toward each reactor 54, 55 via the diodes D4, D6 connected in antiparallel to the reactor 54, 55. Therefore, even if the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are in an open state and the power generated in the fuel cell stack 10 does not flow to the first low-voltage power storage device 40, the capacitor 53 Due to the return current caused by this, temporal changes in the voltage of the power stored in the first low-voltage power storage device 40 are reduced. Therefore, it is possible to stabilize the voltage of the power stored in the first low-voltage power storage device 40 while lowering the voltage of the power generated by the fuel cell stack 10 by the smoothing circuit 52 of the first low-voltage converter 50 .

図1及び図2に示すように、FCECU65は、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときに回生電力を降圧する回生降圧制御を実施する。回生降圧制御において、FCECU65は、上述したように燃料電池スタック10の動作を停止させる。また、FCECU65は、第1低圧コンバータ50のインバータ回路51における第1配線Lm1に設けられているスイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2と、第2配線Lm2及び第3配線Lm3上に設けられた下アームスイッチング素子であるスイッチング素子Q4,Q6を常に開状態に維持する。そして、FCECU65は、スイッチング素子Q1,Q2,Q4,Q6が開状態に維持された状態において、スイッチング素子Q3,Q5を開閉させることで回生降圧制御を実施する。より詳細には、回生降圧制御時には、FCECU65は、スイッチング素子Q3,Q5を交互に開閉させる。また、回生降圧制御において、FCECU65は、第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5を開閉させるタイミングを上記降圧制御と比較して早くする。 As shown in FIGS. 1 and 2, when the driving motor 70 is generating regenerative power, the FCECU 65 performs regenerative step-down control to step down the regenerated power when the high-voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value. implement. In the regenerative pressure reduction control, the FCECU 65 stops the operation of the fuel cell stack 10 as described above. In addition, the FCECU 65 includes a switching element Q1 and a switching element Q2 provided on the first wiring Lm1 in the inverter circuit 51 of the first low voltage converter 50, and a lower arm switching element provided on the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3. The switching elements Q4 and Q6 are always kept open. Then, the FCECU 65 performs regenerative voltage step-down control by opening and closing switching elements Q3 and Q5 while switching elements Q1, Q2, Q4, and Q6 are maintained in an open state. More specifically, during regenerative voltage step-down control, the FCECU 65 alternately opens and closes the switching elements Q3 and Q5. In addition, in the regenerative voltage step-down control, the FCECU 65 opens and closes the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 earlier than in the step-down control described above.

例えば、第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q5を閉状態にしたときを考える。走行用モータ70が発生させている回生電力は、回生用配線Lrを通じて第1配線Lm1に伝達され、第1配線Lm1に設けられているスイッチング素子Q1に対して逆並列接続されているダイオードD1を介して第2配線Lm2と第3配線Lm3に供給される。第3配線Lm3に供給された回生電力は、第2平滑配線Ls2のリアクトル55を介して統合平滑配線Lstに供給され、第1低圧蓄電装置40に供給される。第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q5が閉状態となったとき、第2平滑配線Ls2に設けられているリアクトル55が磁化する。これにより、第2平滑配線Ls2に設けられているリアクトル55には、第3配線Lm3から第2平滑配線Ls2を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q5が閉状態となると、第2平滑配線Ls2に設けられているリアクトル55により回生電力の電圧が降圧される。また、第2配線Lm2に設けられているスイッチング素子Q3が閉状態となる場合も同様であり、第1平滑配線Ls1に設けられているリアクトル54が磁化することにより、第1平滑配線Ls1に設けられているリアクトル54には、第2配線Lm2から第1平滑配線Ls1を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第2配線Lm2に設けられているスイッチング素子Q3が閉状態となると、第1平滑配線Ls1に設けられているリアクトル54により回生電力の電圧が降圧される。ここで、第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5を開閉させると、平滑中継配線Lsmに設けられているコンデンサ53が充電される。コンデンサ53には、各リアクトル54,55により降圧された回生電力が充電される。第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5が開状態となったとしてもコンデンサ53から第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q4,Q6に対して逆並列接続されているダイオードD4,D6を介して各リアクトル54,55に向けて流れる還流電流が発生する。よって、第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5が開状態で回生電力が第1低圧蓄電装置40に流れなくてもコンデンサ53による還流電流により第1低圧蓄電装置40に蓄電される電力の電圧の時間的な変化が少なくなる。よって、第1低圧コンバータ50の平滑回路52により回生電力を降圧させつつ第1低圧蓄電装置40に蓄電される電力の電圧を安定させることができる。 For example, consider a case where the switching element Q5 provided in the third wiring Lm3 is brought into a closed state. The regenerative power generated by the driving motor 70 is transmitted to the first wiring Lm1 through the regeneration wiring Lr, and is connected to the diode D1 which is connected in antiparallel to the switching element Q1 provided in the first wiring Lm1. It is supplied to the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 via the wiring. The regenerated power supplied to the third wiring Lm3 is supplied to the integrated smooth wiring Lst via the reactor 55 of the second smooth wiring Ls2, and then to the first low voltage power storage device 40. When the switching element Q5 provided in the third wiring Lm3 is in a closed state, the reactor 55 provided in the second smooth wiring Ls2 is magnetized. As a result, a back electromotive force is generated in the reactor 55 provided in the second smooth wiring Ls2 in a direction that obstructs the current flowing from the third wiring Lm3 via the second smooth wiring Ls2. Therefore, when the switching element Q5 provided in the third wiring Lm3 is in a closed state, the voltage of the regenerated power is stepped down by the reactor 55 provided in the second smooth wiring Ls2. Further, the same applies when the switching element Q3 provided in the second wiring Lm2 is in the closed state, and the reactor 54 provided in the first smooth wiring Ls1 is magnetized, so that the switching element Q3 provided in the first smooth wiring Ls1 is magnetized. A back electromotive force is generated in the reactor 54 which is located in a direction that obstructs the current flowing from the second wiring Lm2 through the first smooth wiring Ls1. Therefore, when the switching element Q3 provided in the second wiring Lm2 is in a closed state, the voltage of the regenerated power is stepped down by the reactor 54 provided in the first smooth wiring Ls1. Here, when the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are opened and closed, the capacitor 53 provided in the smooth relay wiring Lsm is charged. The capacitor 53 is charged with the regenerated power lowered by the reactors 54 and 55. Even if the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are in an open state, the switching elements Q4 and Q6 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are connected from the capacitor 53. A return current is generated that flows toward each reactor 54, 55 via the diodes D4, D6 connected in antiparallel to the reactor 54, 55. Therefore, even if the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are in an open state and the regenerative power does not flow to the first low-voltage power storage device 40, the return current from the capacitor 53 causes the first low-voltage power storage device to Temporal changes in the voltage of the power stored in the battery 40 are reduced. Therefore, the voltage of the power stored in the first low-voltage power storage device 40 can be stabilized while reducing the voltage of the regenerated power by the smoothing circuit 52 of the first low-voltage converter 50.

ここで、回生降圧制御において降圧制御時よりもスイッチング素子Q3,Q5を開閉させるタイミングを早くする理由について説明する。
燃料電池スタック10で発電された電力を降圧する場合と、回生電力を降圧する場合とでは、電圧の降圧幅が異なる。回生電力を降圧できる理由は、リアクトル54,55の磁化による逆起電力である。そのため、降圧幅を変化させるには、リアクトル54,55に発生する逆起電力の大きさを変化させる必要がある。そこで、FCECU65は、回生降圧制御を実施するときにスイッチング素子Q3,Q5を開閉させるタイミングを降圧制御と比較して早くしている。スイッチング素子Q3,Q5が開状態となっている期間が長いと、コンデンサ53による還流電流によりリアクトル54,55は磁気エネルギーを多く蓄える。そのため、スイッチング素子Q3,Q5が閉状態となりリアクトル54,55が磁化すると、リアクトル54,55に発生する逆起電力が大きくなる。すなわち、回生降圧制御を実施するときにスイッチング素子Q3,Q5を開閉させるタイミングを降圧制御よりも早くすることで、リアクトル54,55に蓄えられる磁気エネルギーを少なくすることができ、リアクトル54,55に発生する逆起電力を小さくすることができる。よって、回生降圧制御において降圧制御よりもスイッチング素子Q3,Q5を開閉させるタイミングを早くする理由は、降圧制御と回生降圧制御とで降圧幅を適切に変更するためである。
Here, the reason why switching elements Q3 and Q5 are opened and closed earlier in regenerative voltage step-down control than during voltage step-down control will be explained.
The voltage step-down width is different between when the power generated by the fuel cell stack 10 is stepped down and when the regenerated power is stepped down. The reason why the regenerated power can be stepped down is the back electromotive force generated by the magnetization of the reactors 54 and 55. Therefore, in order to change the step-down width, it is necessary to change the magnitude of the back electromotive force generated in the reactors 54 and 55. Therefore, when performing the regenerative voltage step-down control, the FCECU 65 opens and closes the switching elements Q3 and Q5 earlier than when performing the voltage step-down control. When the switching elements Q3 and Q5 remain open for a long time, the reactors 54 and 55 store a large amount of magnetic energy due to the return current generated by the capacitor 53. Therefore, when the switching elements Q3 and Q5 are closed and the reactors 54 and 55 are magnetized, the back electromotive force generated in the reactors 54 and 55 increases. That is, by opening and closing the switching elements Q3 and Q5 earlier than in the step-down control when performing the regenerative step-down control, it is possible to reduce the magnetic energy stored in the reactors 54 and 55. The generated back electromotive force can be reduced. Therefore, the reason why the switching elements Q3 and Q5 are opened and closed earlier in the regenerative voltage step-down control than in the voltage step-down control is to appropriately change the voltage step-down width between the voltage step-down control and the regenerative voltage step-down control.

ここで、FCECU65は、電圧センサ102により検出される電圧値が規定の電圧値となったときに走行用モータ70が回生電力を発生させている状態であっても回生電力が高圧蓄電装置20及び第1低圧蓄電装置40に向けて流れないようにする回生停止制御を実施する。例えば、回生停止制御を実施するにあたって、高圧側変換正極配線L3における高圧蓄電装置20よりも下流側に電力遮断部としてリレーを設けるとよい。そして、FCECU65は、第1低圧蓄電装置40が規定の電圧値に達したときに当該リレーを開状態とすることで回生電力が高圧蓄電装置20及び第1低圧蓄電装置40に向けて流れないようにする。なお、ここで紹介した回生停止制御は一例であり、第1低圧蓄電装置40が規定の電圧値に達したときに高圧蓄電装置20及び第1低圧蓄電装置40に回生電力が流れないようにできればどのように変更してもよい。また、第1低圧蓄電装置40の規定の電圧値とは、高圧蓄電装置20の規定の電圧値と同様に、燃料電池システム1の仕様によって第1低圧蓄電装置40に要求される充電量を考慮して設定することが好ましい。そのため、第1低圧蓄電装置40の規定の電圧値は、例えば第1低圧蓄電装置40の満充電時の電圧値、第1低圧蓄電装置40の第2規定値、又は第1低圧蓄電装置40の満充電時の電圧値と第2規定値との間に設定されてもよい。 Here, the FCECU 65 determines that when the voltage value detected by the voltage sensor 102 reaches a specified voltage value, even if the driving motor 70 is in a state where the regenerative power is being generated, the regenerative power is transferred to the high voltage power storage device 20 and Regeneration stop control is performed to prevent the flow from flowing toward the first low-voltage power storage device 40. For example, in implementing regeneration stop control, a relay may be provided as a power cutoff section downstream of the high voltage power storage device 20 in the high voltage side conversion positive wiring L3. Then, when the first low-voltage power storage device 40 reaches a specified voltage value, the FCECU 65 opens the relay to prevent the regenerated power from flowing toward the high-voltage power storage device 20 and the first low-voltage power storage device 40. Make it. Note that the regeneration stop control introduced here is an example, and if it is possible to prevent the regenerative power from flowing to the high voltage power storage device 20 and the first low voltage power storage device 40 when the first low voltage power storage device 40 reaches a specified voltage value, You can change it however you like. Furthermore, the specified voltage value of the first low-voltage power storage device 40 takes into account the amount of charge required for the first low-voltage power storage device 40 according to the specifications of the fuel cell system 1, similar to the specified voltage value of the high-voltage power storage device 20. It is preferable to set the Therefore, the specified voltage value of the first low-voltage power storage device 40 is, for example, the voltage value when the first low-voltage power storage device 40 is fully charged, the second specified value of the first low-voltage power storage device 40, or the voltage value of the first low-voltage power storage device 40 when the first low-voltage power storage device 40 is fully charged. The voltage value may be set between the voltage value at full charge and the second specified value.

本実施形態では以下の作用及び効果を得ることができる。
(1)本実施形態では、走行用モータ70で発生した回生電力を高圧蓄電装置20に蓄電し、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときに第1低圧コンバータ50により回生電力の電圧を降圧させ第1低圧蓄電装置40に蓄電させている。そのため、例えば規定の電圧値が高圧蓄電装置20の満充電時の電圧値だとすると、高圧蓄電装置20の蓄電分を超える余剰電力は、第1低圧蓄電装置40に蓄電される。よって、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときの余剰電力は、エネルギー変換されることになく第1低圧蓄電装置40に蓄電される。したがって、燃料電池システム1では、エネルギー変換によるエネルギー損失を発生させず、回生電力を効率良く蓄えることができる。
In this embodiment, the following actions and effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the regenerative power generated by the driving motor 70 is stored in the high voltage power storage device 20, and when the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value, the first low voltage converter 50 converts the regenerated power into a voltage The voltage is lowered and the first low voltage power storage device 40 stores electricity. Therefore, for example, if the specified voltage value is the voltage value when the high-voltage power storage device 20 is fully charged, surplus power exceeding the amount of power stored in the high-voltage power storage device 20 is stored in the first low-voltage power storage device 40. Therefore, surplus power when the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value is stored in the first low voltage power storage device 40 without being converted into energy. Therefore, the fuel cell system 1 can efficiently store regenerated power without causing energy loss due to energy conversion.

(2)本実施形態では、第1低圧コンバータ50は、インバータ回路51を有している。すなわち、第1低圧コンバータ50は、負荷に含まれるインバータと同じ構成に対して平滑回路52を付加したものである。よって、降圧コンバータを新たに用いる必要がないため、燃料電池システム1のコストを低減させることができる。 (2) In this embodiment, the first low voltage converter 50 includes an inverter circuit 51. That is, the first low voltage converter 50 has the same configuration as the inverter included in the load, but a smoothing circuit 52 is added. Therefore, since there is no need to newly use a step-down converter, the cost of the fuel cell system 1 can be reduced.

(3)例えば、第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5を同時に開閉させる場合を考える。回生用配線Lrから第1配線Lm1に設けられているスイッチング素子Q1に対して逆並列接続されているダイオードD1を介して第2配線Lm2及び第3配線Lm3に回生電力が供給されたとき、コンデンサ53に向けて回生電力が流れない期間がある。第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5を開閉させるタイミングによるが、コンデンサ53による還流電流により第1低圧蓄電装置40に蓄電される電力の電圧の時間的変化が大きくなる虞がある。 (3) For example, consider a case where switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are simultaneously opened and closed. When regenerative power is supplied from the regeneration wiring Lr to the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 via the diode D1 which is connected in antiparallel to the switching element Q1 provided in the first wiring Lm1, the capacitor 53, there is a period in which regenerative power does not flow. Although it depends on the timing of opening and closing the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3, the return current from the capacitor 53 causes a temporal change in the voltage of the power stored in the first low-voltage power storage device 40. There is a risk that it will become larger.

その点、本実施形態では、第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5を交互に開閉させている。そのため、コンデンサ53に向けて回生電力が流れない期間を短くすることができる。よって、第1低圧蓄電装置40に蓄電される電圧をより安定させることができる。 In this regard, in this embodiment, the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and the third wiring Lm3 are alternately opened and closed. Therefore, the period during which regenerative power does not flow toward the capacitor 53 can be shortened. Therefore, the voltage stored in the first low voltage power storage device 40 can be made more stable.

(4)本実施形態では、走行用モータ70が回生電力を発生させていない場合、FCECU65の降圧制御により第1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させる機能を発揮することができる。そして、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときにFCECU65の回生降圧制御により第1低圧コンバータ50は、回生電力を降圧させる機能を発揮することができる。すなわち、燃料電池スタック10で発電された電力を降圧させるコンバータと、回生電力を降圧させるコンバータとを別途用意する必要がない。そのため、燃料電池システム1のコストを低減させることができる。 (4) In this embodiment, when the driving motor 70 is not generating regenerative power, the first low voltage converter 50 performs the function of lowering the voltage of the electric power generated by the fuel cell stack 10 by the step-down control of the FCECU 65. be able to. When the driving motor 70 is generating regenerative power, the first low voltage converter 50 performs a function to step down the regenerative power by the regenerative step-down control of the FCECU 65 when the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value. able to demonstrate. That is, there is no need to separately prepare a converter that steps down the power generated by the fuel cell stack 10 and a converter that steps down the regenerated power. Therefore, the cost of the fuel cell system 1 can be reduced.

また、上記の燃料電池システム1において、FCECU65は走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときに燃料電池スタック10の動作を停止させる。これにより、第1低圧コンバータ50が降圧制御を実施するときの機能と、回生降圧制御を実施するときの機能とを区別することができる。 Further, in the fuel cell system 1 described above, when the driving motor 70 is generating regenerative power, the FCECU 65 stops the operation of the fuel cell stack 10 when the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value. Thereby, the function when the first low voltage converter 50 implements the voltage step-down control and the function when the first low voltage converter 50 performs the regenerative voltage step-down control can be distinguished.

また、FCECU65は、回生降圧制御を実施するときに第2配線Lm2及び第3配線Lm3に設けられているスイッチング素子Q3,Q5を開閉させるタイミングを降圧制御と比較して早くしている。よって、燃料電池スタック10で発電される電力を第1低圧蓄電装置40が蓄電できる電圧まで降圧する降圧制御と、回生電力を第1低圧蓄電装置40が蓄電できる電圧まで降圧する回生降圧制御とで降圧幅を適切に変更することができる。 Further, when performing regenerative voltage step-down control, the FCECU 65 opens and closes the switching elements Q3 and Q5 provided in the second wiring Lm2 and third wiring Lm3 earlier than when performing the voltage step-down control. Therefore, the step-down control that steps down the power generated by the fuel cell stack 10 to a voltage that can be stored in the first low-voltage power storage device 40 and the regenerative step-down control that steps down the regenerated power to a voltage that can be stored in the first low-voltage power storage device 40 are performed. The step-down width can be changed appropriately.

(5)従来、高圧蓄電装置20は、回生電力を蓄電するために充電容量の大きいものが採用されていたが、本実施形態では、高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達したときには第1低圧蓄電装置40に充電することができる。そのため、高圧蓄電装置20は、必要以上に充電容量の大きいものを採用しなくてもよい。よって、充電容量が適切な高圧蓄電装置20を採用することができるため、燃料電池システム1として小型化することができ、且つ低コスト化することができる。 (5) Conventionally, the high-voltage power storage device 20 has a large charging capacity in order to store regenerated power, but in this embodiment, when the high-voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value, the first The low voltage power storage device 40 can be charged. Therefore, the high-voltage power storage device 20 does not have to have an unnecessarily large charging capacity. Therefore, it is possible to employ the high voltage power storage device 20 with an appropriate charging capacity, so that the fuel cell system 1 can be downsized and the cost can be reduced.

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 高圧蓄電装置20が規定の電圧値に達するまでの間、燃料電池スタック10を動作させてもよい。このようにしても回生用配線Lrに設けられたリレーが開状態であるため、第1低圧コンバータ50に燃料電池スタック10で発電された電力と走行用モータ70が発生させる回生電力とが同時に入力されることはない。
Note that this embodiment can be implemented with the following modifications. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
The fuel cell stack 10 may be operated until the high voltage power storage device 20 reaches a specified voltage value. Even in this case, since the relay provided in the regeneration wiring Lr is in the open state, the electric power generated by the fuel cell stack 10 and the regenerative electric power generated by the driving motor 70 are simultaneously input to the first low voltage converter 50. It will not be done.

〇 本実施形態では、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、燃料電池スタック10の動作を停止させていたが、これに限らない。例えば、燃料電池スタック10の電圧が高電圧と低電圧との間で増減することを抑制するため、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合であっても燃料電池スタック10の動作を継続することが好ましい。この場合、例えば高圧側供給正極配線L1にリレーを設け、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、FCECU65により当該リレーを開状態にするとよい。このように変更すると、走行用モータ70が回生電力を発生させている場合、燃料電池スタック10の動作を継続しつつ第1低圧コンバータ50に燃料電池スタック10で発電された電力と回生電力とが同時に入力されなくなる。そのため、降圧制御における第1低圧コンバータ50の機能と、回生降圧制御における第1低圧コンバータ50の機能とを区別しつつ、燃料電池スタック10の電圧が高電圧と低電圧との間で増減することを抑制できる。 In the present embodiment, the operation of the fuel cell stack 10 is stopped when the traveling motor 70 is generating regenerative power, but the present invention is not limited to this. For example, in order to suppress the voltage of the fuel cell stack 10 from increasing or decreasing between high voltage and low voltage, the operation of the fuel cell stack 10 is restricted even when the travel motor 70 is generating regenerative power. It is preferable to continue. In this case, for example, if a relay is provided in the high voltage side supply positive wiring L1 and the traveling motor 70 is generating regenerative power, the FCECU 65 may open the relay. With this change, when the driving motor 70 is generating regenerative power, the power generated by the fuel cell stack 10 and the regenerative power are transferred to the first low-voltage converter 50 while the fuel cell stack 10 continues to operate. They will no longer be input at the same time. Therefore, while distinguishing between the function of the first low voltage converter 50 in step-down control and the function of the first low-voltage converter 50 in regenerative step-down control, it is possible to increase or decrease the voltage of the fuel cell stack 10 between high voltage and low voltage. can be suppressed.

〇 本実施形態では、第1低圧コンバータ50により降圧制御と回生降圧制御を実施していたが、これに限らない。例えば、降圧制御を実施する降圧コンバータを新たに設け、第1低圧コンバータ50は、回生降圧制御のみを実施するように変更してもよい。本変更例では、降圧制御を実施する降圧コンバータを本実施形態の第1低圧コンバータ50の位置に配置するとともに第1低圧コンバータには、回生用配線Lrと、第1低圧側変換正極配線L5と、第1低圧側変換負極配線L6とが電気的に接続されている状態に変更すればよい。 In the present embodiment, the first low-voltage converter 50 performs the step-down control and the regenerative step-down control, but the present invention is not limited to this. For example, a step-down converter that performs step-down control may be newly provided, and the first low-voltage converter 50 may be changed to perform only regenerative step-down control. In this modification example, a step-down converter that performs step-down control is arranged at the position of the first low-voltage converter 50 of the present embodiment, and the first low-voltage converter includes a regeneration wiring Lr and a first low-voltage side conversion positive electrode wiring L5. , and the first low-voltage side conversion negative electrode wiring L6 may be changed to a state where they are electrically connected.

〇 FCECU65は、降圧制御及び回生降圧制御においてスイッチング素子Q3,Q5を交互に開閉させていたが、これに限らない。例えばFCECU65は、スイッチング素子Q3,Q5を同時に開閉させてもよい。 Although the FCECU 65 alternately opens and closes the switching elements Q3 and Q5 during voltage step-down control and regenerative voltage step-down control, the present invention is not limited thereto. For example, the FCECU 65 may open and close switching elements Q3 and Q5 at the same time.

〇 図3に示すように、スイッチング素子Q1,Q2,Q4,Q6を割愛し、第1低圧コンバータ50を、正極母線Lp、負極母線Ln、中継配線Lm、スイッチング素子Q3,Q5、及び平滑回路52により構成されるように変更してもよい。この場合、回生用配線Lrは、第1配線Lm1に設けられたダイオードD1,D2の間に電気的に接続されている。第1平滑配線Ls1は、第2配線Lm2におけるスイッチング素子Q3とダイオードD4との間に電気的に接続されている。第2平滑配線Ls2は、第3配線Lm3におけるスイッチング素子Q5とダイオードD6との間に電気的に接続されている。 〇 As shown in FIG. 3, the switching elements Q1, Q2, Q4, and Q6 are omitted, and the first low-voltage converter 50 is replaced with the positive electrode bus Lp, the negative electrode bus Ln, the relay wiring Lm, the switching elements Q3, Q5, and the smoothing circuit 52. It may be changed so that it is configured by In this case, the regeneration wiring Lr is electrically connected between the diodes D1 and D2 provided in the first wiring Lm1. The first smooth wiring Ls1 is electrically connected between the switching element Q3 and the diode D4 in the second wiring Lm2. The second smooth wiring Ls2 is electrically connected between the switching element Q5 and the diode D6 in the third wiring Lm3.

〇 第1低圧コンバータ50を、以下のように変更してもよい。
図4に示すように、第1低圧コンバータ50は、正極母線Lpと、負極母線Lnと、1本の中継配線Lmと、第1低圧蓄電装置40に供給される電力の電圧を安定させる平滑回路56とを備えている。中継配線Lmには、正極母線Lp寄りにスイッチング素子Q7が設けられている。中継配線Lmには、正極母線Lp側から負極母線Ln側に向けての電流の逆流を防止するためにスイッチング素子Q7に対して逆並列接続されているダイオードD7が設けられている。また、中継配線Lmには、負極母線Ln寄りに正極母線Lp側から負極母線Ln側に向けて電流の逆流を防止するためのダイオードD8が設けられている。ダイオードD8は、スイッチング素子Q7と直列接続されている。回生用配線Lrは、正極母線Lpに電気的に接続されている。回生用配線Lrには、正極母線Lp側から回生用配線Lrに向けて電流の逆流を防止するためのダイオードD9が設けられている。
〇 The first low voltage converter 50 may be modified as follows.
As shown in FIG. 4, the first low voltage converter 50 includes a positive bus Lp, a negative bus Ln, one relay wiring Lm, and a smoothing circuit that stabilizes the voltage of the power supplied to the first low voltage power storage device 40. 56. A switching element Q7 is provided in the relay wiring Lm closer to the positive electrode bus Lp. The relay wiring Lm is provided with a diode D7 connected in antiparallel to the switching element Q7 in order to prevent reverse flow of current from the positive bus Lp side to the negative bus Ln side. Further, the relay wiring Lm is provided with a diode D8 close to the negative electrode bus Ln to prevent current from flowing backward from the positive electrode bus Lp side toward the negative electrode bus Ln side. Diode D8 is connected in series with switching element Q7. The regeneration wiring Lr is electrically connected to the positive electrode bus Lp. The regeneration wiring Lr is provided with a diode D9 for preventing current from flowing backward from the positive bus Lp side toward the regeneration wiring Lr.

平滑回路56は、負極母線Lnと、1本の平滑配線Lsと、平滑中継配線Lsmと、リアクトル57と、コンデンサ53とを有している。平滑配線Lsは、中継配線Lmにおけるスイッチング素子Q7とダイオードD8との間に電気的に接続されている。平滑配線Lsは、第1低圧側変換正極配線L5に電気的に接続されている。そのため、平滑配線Lsは、第1低圧蓄電装置40に電気的に接続されている。平滑中継配線Lsmは、負極母線Lnと平滑配線Lsとに電気的に接続されている。リアクトル57は、平滑配線Lsに設けられている。リアクトル57は、本実施形態のリアクトル54,55と同じものを使用している。 The smoothing circuit 56 includes a negative bus Ln, one smoothing wiring Ls, a smoothing relay wiring Lsm, a reactor 57, and a capacitor 53. The smooth wiring Ls is electrically connected between the switching element Q7 and the diode D8 in the relay wiring Lm. The smooth wiring Ls is electrically connected to the first low voltage side conversion positive electrode wiring L5. Therefore, the smooth wiring Ls is electrically connected to the first low voltage power storage device 40. The smooth relay wiring Lsm is electrically connected to the negative electrode bus Ln and the smooth wiring Ls. The reactor 57 is provided on the smooth wiring Ls. The reactor 57 is the same as the reactors 54 and 55 of this embodiment.

このように構成された第1低圧コンバータ50において、FCECU65は、スイッチング素子Q7を開閉させることにより燃料電池スタック10で発電された電力を降圧する降圧制御を実施し、回生電力を降圧する回生降圧制御を実施するように変更してもよい。また、本変更例の第1低圧コンバータ50を採用しても、FCECU65を回生降圧制御におけるスイッチング素子Q7を開閉させるタイミングを、降圧制御におけるスイッチング素子Q7を開閉させるタイミングと比較して早くすることが好ましい。 In the first low voltage converter 50 configured in this way, the FCECU 65 performs step-down control to step down the power generated by the fuel cell stack 10 by opening and closing the switching element Q7, and performs regenerative step-down control to step down the regenerated power. It may be changed to implement. Furthermore, even if the first low-voltage converter 50 of this modified example is adopted, the timing at which the FCECU 65 opens and closes the switching element Q7 in the regenerative step-down control can be made earlier than the timing at which the switching element Q7 opens and closes in the step-down control. preferable.

〇 第1低圧コンバータ50は、非絶縁型コンバータに限らず、例えば入力側(燃料電池スタック10側)と出力側(第1低圧蓄電装置40側)が電気的に導通していない絶縁型コンバータを採用してもよい。 〇 The first low voltage converter 50 is not limited to a non-insulated converter, but may also be an isolated converter in which the input side (fuel cell stack 10 side) and the output side (first low voltage power storage device 40 side) are not electrically connected. May be adopted.

〇 FCECU65が、スイッチング素子Q1,Q2,Q4,Q6を開状態に維持させていたが、機械的に常に開状態にしておいてもよい。そのため、FCECU65は、スイッチング素子Q3,Q5のみを開閉させればよい。 Although the FCECU 65 maintains the switching elements Q1, Q2, Q4, and Q6 in the open state, they may be kept in the open state mechanically. Therefore, the FCECU 65 only needs to open and close the switching elements Q3 and Q5.

〇 第1低圧コンバータ50は、高圧側変換正極配線L3及び高圧側変換負極配線L4に電気的に接続されるように変更してもよい。この場合、降圧制御を実施するにあたり、第1低圧コンバータ50の機能を高圧コンバータ30で降圧された電圧を更に降圧する機能に変更する。また、高圧側変換正極配線L3を介して回生電力が第1低圧コンバータ50に入力されるため、回生用配線Lrは割愛するとよい。 The first low voltage converter 50 may be changed to be electrically connected to the high voltage side conversion positive wiring L3 and the high voltage side conversion negative wiring L4. In this case, when carrying out voltage step-down control, the function of the first low-voltage converter 50 is changed to a function of further stepping down the voltage stepped down by the high-voltage converter 30. Furthermore, since the regenerated power is input to the first low voltage converter 50 via the high voltage side conversion positive electrode wiring L3, it is preferable to omit the regeneration wiring Lr.

〇 本実施形態では、低圧蓄電装置として第1低圧蓄電装置40を一例としていたが、これに限らない。例えば低圧蓄電装置として第2低圧蓄電装置80を一例としてもよい。この場合、例えば、第2低圧コンバータ90を第1低圧コンバータ50と同様の構成に変更して降圧コンバータの一例として使用してもよい。このとき、第2補機95は補機の一例である。そして、回生用配線Lrは、第2低圧コンバータ90に電気的に接続するように変更する。 In the present embodiment, the first low voltage power storage device 40 is used as an example of the low voltage power storage device, but the present invention is not limited to this. For example, the second low voltage power storage device 80 may be used as an example of the low voltage power storage device. In this case, for example, the second low-voltage converter 90 may be changed to have the same configuration as the first low-voltage converter 50 and used as an example of a step-down converter. At this time, the second auxiliary machine 95 is an example of an auxiliary machine. Then, the regeneration wiring Lr is changed to be electrically connected to the second low voltage converter 90.

また、第1低圧蓄電装置40及び第2低圧蓄電装置80を低圧蓄電装置の一例としてもよい。この場合、第2低圧コンバータ90の構成を第1低圧コンバータ50と同様の構成となるように変更し、且つ第1低圧コンバータ50及び第2低圧コンバータ90のいずれにも回生用配線Lrを電気的に接続するように変更する。このとき、第1補機60及び第2補機95が補機の一例である。 Further, the first low-voltage power storage device 40 and the second low-voltage power storage device 80 may be an example of a low-voltage power storage device. In this case, the configuration of the second low-voltage converter 90 is changed to be the same as that of the first low-voltage converter 50, and the regeneration wiring Lr is electrically connected to both the first low-voltage converter 50 and the second low-voltage converter 90. Change it to connect to. At this time, the first auxiliary machine 60 and the second auxiliary machine 95 are examples of auxiliary machines.

〇 本実施形態では、第1低圧蓄電装置40が規定の電圧値に達したときにFCECU65により回生停止制御を実施していたが、これに限らない。例えば、第1低圧蓄電装置40が規定の電圧値に達したときに第1低圧蓄電装置40の規定の電圧値を超える余剰電力を第2低圧蓄電装置80に充電するようにしてもよい。なお、FCECU65は、例えば電圧センサ103により検出される電圧値が規定の電圧値となったときに走行用モータ70が回生電力を発生させている状態であっても回生電力が高圧蓄電装置20、第1低圧蓄電装置40、及び第2低圧蓄電装置80に向けて流れないようにする回生停止制御を実施してもよい。なお、第2低圧蓄電装置80の規定の電圧値とは、高圧蓄電装置20の規定の電圧値及び第1低圧蓄電装置40の規定の電圧値と同様に、燃料電池システム1の仕様によって第2低圧蓄電装置80に要求される充電量を考慮して設定することが好ましい。そのため、第2低圧蓄電装置80の規定の電圧値は、例えば第2低圧蓄電装置80の満充電時の電圧値、第2低圧蓄電装置80の第3規定値、又は第2低圧蓄電装置80の満充電時の電圧値と第3規定値との間に設定されてもよい。 In the present embodiment, the FCECU 65 performs regeneration stop control when the first low-voltage power storage device 40 reaches a specified voltage value, but the present invention is not limited to this. For example, when the first low voltage power storage device 40 reaches a specified voltage value, the second low voltage power storage device 80 may be charged with surplus power that exceeds the specified voltage value of the first low voltage power storage device 40. Note that, for example, the FCECU 65 controls whether the regenerative power is generated by the high-voltage power storage device 20 or Regeneration stop control may be implemented to prevent the flow from flowing toward the first low-voltage power storage device 40 and the second low-voltage power storage device 80. Note that the specified voltage value of the second low-voltage power storage device 80 is the same as the specified voltage value of the high-voltage power storage device 20 and the specified voltage value of the first low-voltage power storage device 40, and the specified voltage value of the second low-voltage power storage device 80 depending on the specifications of the fuel cell system 1. It is preferable to set the amount of charge in consideration of the amount of charge required for the low-voltage power storage device 80. Therefore, the specified voltage value of the second low-voltage power storage device 80 is, for example, the voltage value when the second low-voltage power storage device 80 is fully charged, the third specified value of the second low-voltage power storage device 80, or the voltage value of the second low-voltage power storage device 80. The voltage value may be set between the voltage value at full charge and the third specified value.

〇 高圧蓄電装置20及び第1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。また、第2低圧蓄電装置80は、12Vバッテリが採用されていたが、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを採用してもよい。 〇 The high voltage power storage device 20 and the first low voltage power storage device 40 used lithium ion capacitors, but for example, other capacitors such as electric double layer capacitors, or secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion secondary batteries A battery may also be used. Furthermore, although a 12V battery is used as the second low-voltage power storage device 80, a capacitor such as a lithium ion capacitor may be used instead.

〇 本実施形態では、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に適用されてもよい。また、燃料電池システム1は、燃料電池車に適用されてもよい。 〇 In this embodiment, the fuel cell system 1 is applied to a towing tractor, but the invention is not limited to this. For example, it may be applied to industrial vehicles such as forklifts. Further, the fuel cell system 1 may be applied to a fuel cell vehicle.

〇 本実施形態では、負荷は、インバータと走行用モータ70を有していたが、これに限らない。例えば、燃料電池システム1をフォークリフトに適用した場合を考える。この場合、負荷は荷役モータを有していてもよい。荷役モータは、フォークリフトの油圧機構に作動油を供給する荷役ポンプを駆動させる駆動力を発生させるモータである。当該荷役モータでは、例えばフォークリフトが荷を下ろすときに油圧機構から作動油が荷役ポンプに戻されることにより荷役モータが回転し、回生電力が発生する。そのため、荷役モータは、燃料電池スタック10で発電された電力により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で荷下ろし時に回生電力を発生させる発電機として機能する。 〇 In the present embodiment, the load includes an inverter and the traveling motor 70, but the load is not limited to this. For example, consider a case where the fuel cell system 1 is applied to a forklift. In this case, the load may include a cargo handling motor. The cargo handling motor is a motor that generates driving force that drives a cargo handling pump that supplies hydraulic oil to the hydraulic mechanism of the forklift. In the cargo handling motor, for example, when a forklift unloads a load, hydraulic oil is returned from the hydraulic mechanism to the cargo handling pump, thereby rotating the cargo handling motor and generating regenerative power. Therefore, the cargo handling motor functions as an electric motor that generates driving force using the electric power generated by the fuel cell stack 10, and also functions as a generator that generates regenerative power during unloading.

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、第1低圧蓄電装置40に蓄電できる電力の電圧値は48V、第2低圧蓄電装置80に蓄電できる電力の電圧値は12V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、第1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。第2低圧蓄電装置80に蓄電できる電力の電圧値も適宜変更してもよい。 〇 The voltage value of the power generated by the fuel cell stack 10 is 140V, the voltage value of the power that can be stored in the high-voltage power storage device 20 is 80V, the voltage value of the power that can be stored in the first low-voltage power storage device 40 is 48V, and the voltage value of the power that can be stored in the first low-voltage power storage device 40 is 48V. Although the voltage value of the power that can be stored in the device 80 was 12V, the magnitude of the voltage value may be changed as appropriate. For example, the voltage value of the power generated by the fuel cell stack 10 is changed to 80V, the voltage value of the power that can be stored in the high-voltage power storage device 20 is changed to 48V, and the voltage value of the power that can be stored in the first low-voltage power storage device 40 is changed to 24V. Good too. The voltage value of the power that can be stored in the second low-voltage power storage device 80 may also be changed as appropriate.

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下追記する。
(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により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で回生電力を発生させるモータを含む負荷と、前記モータが駆動力を発生させるための電力を蓄電し、且つ前記モータが発生させた回生電力を蓄電する蓄電装置と、前記燃料電池スタックの動作を制御する制御部と、補機を動作させる電力が充電されるとともに前記高圧蓄電装置よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定される低圧蓄電装置と、前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記高圧蓄電装置に蓄電されるときの電力の電圧を降圧する降圧コンバータと、を備え、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記降圧コンバータを介して回生電力を前記低圧蓄電装置に蓄電させ、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記低圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに回生電力が前記高圧蓄電装置及び前記低圧蓄電装置に流れないように回生停止制御を実施することを特徴とする燃料電池システム。
Next, technical ideas that can be understood from the above embodiment and other examples will be additionally described below.
(1) A fuel cell stack, a load including a motor that functions as an electric motor that generates driving force using the electric power generated by the fuel cell stack, and also generates regenerated electric power, and a load that includes a motor that generates regenerative electric power by the motor. a power storage device that stores electric power and regenerated power generated by the motor; a control section that controls the operation of the fuel cell stack; and a power storage device that is charged with electric power that operates the auxiliary equipment, and that is stored in the high-voltage power storage device. a low-voltage power storage device whose voltage is set low when storing power; a step-down converter electrically connected to the low-voltage power storage device and which steps down the voltage of power when stored in the high-voltage power storage device; If the motor is generating regenerative power, the control unit causes the low-voltage power storage device to store the regenerative power via the step-down converter when the high-voltage power storage device reaches a prescribed voltage value. , when the motor is generating regenerative power, perform regeneration stop control so that the regenerative power does not flow to the high voltage power storage device and the low voltage power storage device when the low voltage power storage device reaches a specified voltage value. A fuel cell system characterized by:

一般的に蓄電装置は、過充電により劣化することがあるが、これによれば、モータが回生電力を発生させている状態で高圧蓄電装置が規定の電圧値に達し、且つ低圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに制御部により回生電力が高圧蓄電装置及び低圧蓄電装置に流れないように回生停止制御が実施される。そのため、高圧蓄電装置及び低圧蓄電装置における過充電を抑制できる。 Generally, power storage devices may deteriorate due to overcharging, but according to this, the high voltage power storage device reaches the specified voltage value while the motor is generating regenerative power, and the low voltage power storage device reaches the specified voltage value. When the voltage value reaches the voltage value, the control unit performs regeneration stop control so that the regenerated power does not flow to the high voltage power storage device and the low voltage power storage device. Therefore, overcharging in the high voltage power storage device and the low voltage power storage device can be suppressed.

1…燃料電池システム、10…燃料電池スタック、20…高圧蓄電装置、30…高圧コンバータ、40…第1低圧蓄電装置、50…第1低圧コンバータ、51…インバータ回路、52…平滑回路、53…コンデンサ、54,55…リアクトル、60…第1補機、65…FCECU、70…走行用モータ、80…第2低圧蓄電装置、90…第2低圧コンバータ、95…第2補機、L3…高圧側変換正極配線、L4…高圧側変換負極配線、Lr…回生用配線、Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6…スイッチング素子、D1,D2,D3,D4,D5,D6…ダイオード、Lp…正極母線、Ln…負極母線、Lm…中継配線、Lm1…第1配線、Lm2…第2配線、Lm3…第3配線、Ls1…第1平滑配線、Ls2…第2平滑配線、Lst…統合平滑配線、Lsm…平滑中継配線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Fuel cell system, 10... Fuel cell stack, 20... High voltage power storage device, 30... High voltage converter, 40... First low voltage power storage device, 50... First low voltage converter, 51... Inverter circuit, 52... Smoothing circuit, 53... Capacitor, 54, 55... Reactor, 60... First auxiliary machine, 65... FCECU, 70... Traveling motor, 80... Second low voltage power storage device, 90... Second low voltage converter, 95... Second auxiliary machine, L3... High voltage Side conversion positive electrode wiring, L4... High voltage side conversion negative electrode wiring, Lr... Regeneration wiring, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6... Switching element, D1, D2, D3, D4, D5, D6... Diode, Lp... Positive electrode bus, Ln...Negative electrode bus, Lm...Relay wiring, Lm1...First wiring, Lm2...Second wiring, Lm3...Third wiring, Ls1...First smooth wiring, Ls2...Second smooth wiring, Lst...Integrated smooth wiring , Lsm...Smooth relay wiring.

Claims (3)

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により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で回生電力を発生させる発電機として機能するモータを含む負荷と、
前記モータが駆動力を発生させるための電力を蓄電し、且つ前記モータが発生させた回生電力を蓄電する高圧蓄電装置と、
前記燃料電池スタックの動作を制御する制御部と、
補機を動作させる電力が充電されるとともに前記高圧蓄電装置よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定される低圧蓄電装置と、
前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記高圧蓄電装置に蓄電されるときの電力の電圧を降圧する降圧コンバータと、を備え、
前記降圧コンバータは、
三相のスイッチング素子を有するインバータ回路と、
前記インバータ回路及び前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記低圧蓄電装置に供給される電力の電圧を安定させる平滑回路と、を備え、
前記インバータ回路は、
正極母線と、
前記低圧蓄電装置に電気的に接続される負極母線と、
前記正極母線と前記負極母線とを電気的に接続する第1配線、第2配線、及び第3配線からなる中継配線と、を有し、
前記中継配線のそれぞれに前記スイッチング素子としての上アームスイッチング素子と前記スイッチング素子としての下アームスイッチング素子とを直列接続させ、且つ前記中継配線上において前記正極母線側から前記負極母線側に向けての電流の逆流を防止するためのダイオードが前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子に対して逆並列接続されることで構成され、
前記平滑回路は、
前記負極母線と、
前記第2配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間に電気的に接続される第1平滑配線と、
前記第3配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間に電気的に接続される第2平滑配線と、
前記第1平滑配線と前記第2平滑配線とをまとめることで形成され、前記低圧蓄電装置に電気的に接続される統合平滑配線と、
前記負極母線と前記統合平滑配線とを電気的に接続する平滑中継配線と、
前記平滑中継配線に設けられるコンデンサと、
前記第1平滑配線及び前記第2平滑配線のそれぞれに設けられているリアクトルと、を有し、
前記第1配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間には、前記モータが発生させる回生電力が入力される回生用配線が接続され、
前記制御部は、
前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記第1配線に設けられている前記スイッチング素子と前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させることにより、前記回生電力を前記低圧蓄電装置に蓄電させることを特徴とする燃料電池システム。
fuel cell stack,
a load including a motor that functions as an electric motor that generates driving force using the electric power generated by the fuel cell stack and also functions as a generator that generates regenerated electric power;
a high-voltage power storage device that stores power for the motor to generate driving force and stores regenerative power generated by the motor;
a control unit that controls the operation of the fuel cell stack;
a low-voltage power storage device that is charged with power for operating an auxiliary device and is set to have a lower voltage when storing power than the high-voltage power storage device;
a step-down converter that is electrically connected to the low-voltage power storage device and that steps down the voltage of power when stored in the high-voltage power storage device;
The step-down converter is
an inverter circuit having a three-phase switching element;
a smoothing circuit that is electrically connected to the inverter circuit and the low-voltage power storage device and stabilizes the voltage of the power supplied to the low-voltage power storage device;
The inverter circuit is
a positive electrode bus;
a negative electrode bus electrically connected to the low voltage power storage device;
Relay wiring consisting of a first wiring, a second wiring, and a third wiring that electrically connects the positive electrode bus and the negative electrode bus,
An upper arm switching element as the switching element and a lower arm switching element as the switching element are connected in series to each of the relay wirings, and on the relay wiring from the positive busbar side to the negative busbar side. A diode for preventing reverse current flow is connected in antiparallel to the upper arm switching element and the lower arm switching element,
The smoothing circuit is
the negative electrode busbar;
a first smooth wiring electrically connected between the upper arm switching element and the lower arm switching element in the second wiring;
a second smooth wiring electrically connected between the upper arm switching element and the lower arm switching element in the third wiring;
an integrated smooth wiring formed by combining the first smooth wiring and the second smooth wiring and electrically connected to the low voltage power storage device;
smooth relay wiring that electrically connects the negative electrode bus and the integrated smooth wiring;
a capacitor provided in the smooth relay wiring;
a reactor provided in each of the first smooth wiring and the second smooth wiring,
A regeneration wiring to which regenerative power generated by the motor is input is connected between the upper arm switching element and the lower arm switching element in the first wiring,
The control unit includes:
When the motor is generating regenerative power, when the high-voltage power storage device reaches a specified voltage value , the switching element installed in the first wiring, the second wiring, and the third wiring The regenerative power is transferred to the low voltage by opening and closing the upper arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring while the lower arm switching element provided in the second wiring and the third wiring are maintained in an open state. A fuel cell system characterized by storing electricity in a power storage device.
前記制御部は、
前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記第2配線に設けられている前記上アームスイッチング素子と前記第3配線に設けられている前記上アームスイッチング素子とを交互に開閉させることを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。
The control unit includes:
When the motor is generating regenerative power, when the high voltage power storage device reaches a specified voltage value, the upper arm switching element provided in the second wiring and the upper arm switching element provided in the third wiring 2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the upper arm switching element is alternately opened and closed.
前記燃料電池スタックの正極は、前記インバータ回路の前記正極母線に電気的に接続され、
前記燃料電池スタックの負極は、前記インバータ回路の前記負極母線に電気的に接続され、
前記燃料電池スタックで発電された電力を前記高圧蓄電装置が蓄電できる電圧まで降圧させる高圧コンバータを備え、
前記高圧コンバータと前記モータとは、前記高圧コンバータにより降圧された電力を前記負荷に送出するための高圧側変換配線で電気的に接続され、
前記回生用配線は、前記高圧側変換配線の正極側に電気的に接続され、
前記制御部は、
前記モータが回生電力を発生させていない場合、前記第1配線に設けられている前記スイッチング素子と前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させることにより前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧を降圧させる降圧制御を実施し、
前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記燃料電池スタックの動作を停止させるとともに前記第2配線及び前記第3配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングを前記降圧制御と比較して早くする回生降圧制御を実施することを特徴とする請求項又は請求項に記載の燃料電池システム。
The positive electrode of the fuel cell stack is electrically connected to the positive electrode bus of the inverter circuit,
The negative electrode of the fuel cell stack is electrically connected to the negative electrode bus of the inverter circuit,
A high-voltage converter that steps down the power generated by the fuel cell stack to a voltage that can be stored in the high-voltage power storage device,
The high voltage converter and the motor are electrically connected by high voltage side conversion wiring for sending the electric power stepped down by the high voltage converter to the load,
The regeneration wiring is electrically connected to the positive electrode side of the high voltage side conversion wiring,
The control unit includes:
When the motor is not generating regenerative power, the switching element provided in the first wiring and the lower arm switching elements provided in the second wiring and the third wiring are maintained in an open state. In this state, step-down control is performed to step down the voltage of the electric power generated by the fuel cell stack by opening and closing the upper arm switching element provided in the second wiring and the third wiring,
When the motor is generating regenerative power, the high-voltage power storage device stops the operation of the fuel cell stack when the voltage reaches a predetermined voltage value, and is provided in the second wiring and the third wiring. 3. The fuel cell system according to claim 1 , wherein regenerative voltage step-down control is performed in which the timing of opening and closing the upper arm switching element is earlier than that of the voltage step-down control.
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