WO2024252746A1

WO2024252746A1 - 燃料電池システム

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Publication number: WO2024252746A1
Application number: PCT/JP2024/008678
Authority: WO
Inventors: 大作浅沼
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2023-06-06
Filing date: 2024-03-07
Publication date: 2024-12-12
Anticipated expiration: 2025-12-06
Also published as: CN121100422A; JP2024175416A; DE112024001539T5

Abstract

燃料電池システムは、ＦＣ（１）と、モータ（２）と、ＦＣ（１）とモータ（２）を接続する第１電力線（３）と、バッテリ（４）と、バッテリ（４）と第１電力線（３）を接続する第２電力線（５）と、第１電力線（３）に設けられ、抵抗値を変更可能に構成した可変抵抗器（７）と、ＦＣ（１）の電流値が許容される電流使用領域となるように可変抵抗器（７）の抵抗値を制御するＥＣＵ（１０）とを備える。

Description

燃料電池システム

　この明細書に開示される技術は、電気自動車等の電源として使用され、負荷装置に接続される燃料電池と、燃料電池から負荷装置に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列に接続されるバッテリとを備えた燃料電池システムに関する。

　従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される「燃料電池システム」が知られている。このシステムは、燃料電池と、負荷装置と、燃料電池と負荷装置を接続する第１配線と、バッテリと、バッテリから第１配線に接続される第２配線とを備える。第１配線には、燃料電池の端子間電圧と負荷装置側の電圧との間で電圧変換を行う電圧変換器が設けられる。

特開２０１１－２２８２９４号公報

　ところが、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、電圧変換器は、燃料電池の上限電力を超えないように負荷装置への供給電力を制御できるものの、それ自体がシステムのコストアップ及び大型化につながる懸念があった。近年では、電気自動車等に搭載される燃料電池システムとして、簡易で安価なシステムが要望されている。

　この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電圧変換器を使用することなく燃料電池及びバッテリの上限電力を超えないように負荷装置へ供給される電力の制御を可能とし、簡易でより安価な燃料電池システムを提供することにある。

　（１）上記目的を達成するために、本開示技術の一態様は、燃料電池と、負荷装置と、燃料電池と負荷装置を接続する第１電力線と、バッテリと、バッテリと第１電力線を接続する第２電力線とを備えた燃料電池システムにおいて、第１電力線又は第２電力線に設けられ、抵抗値を変更可能に構成した可変抵抗手段と、燃料電池の電流値が許容される電流使用領域となるように可変抵抗手段の抵抗値を制御するための制御手段とを備えたことを趣旨とする。

　上記（１）の構成によれば、燃料電池の電流値が許容される電流使用領域となるように制御手段が可変抵抗手段を制御することにより、燃料電池とバッテリから負荷装置への供給電力が制御される。従って、電圧変圧器を使用することなく、バッテリの充電率が中央値に近付けられ、かつ、燃料電池が許容される電流使用領域で使用される。

　（２）上記目的を達成するために、上記（１）の構成において、可変抵抗手段は、抵抗値を変更可能に構成した可変抵抗器であることが好ましい。

　上記（２）の構成によれば、可変抵抗手段を可変抵抗器にすることで、上記（１）の構成と同等の作用が得られる。

　（３）上記目的を達成するために、上記（１）の構成において、可変抵抗手段は、一つの抵抗器と、その抵抗器に並列に接続された一つのリレーとを含む抵抗器・リレー回路を少なくとも一つ備え、少なくとも一つのリレーを開閉することにより抵抗値を多段階に変更可能に構成した抵抗装置であることが好ましい。

　上記（３）の構成によれば、可変抵抗手段を抵抗装置にすることで、上記（１）の構成と同等の作用が得られる。

　（４）上記目的を達成するために、上記（２）の構成において、バッテリの充電率を監視するための監視手段を更に備え、制御手段は、監視される充電率が所定の第１充電率以下になったときは、抵抗値が所定の第１抵抗値となるように可変抵抗器を制御し、監視される充電率が第１充電率より高い第２充電率以上になったときは、抵抗値が第１抵抗値より高い所定の第２抵抗値となるように可変抵抗器を制御することが好ましい。

　上記（４）の構成によれば、上記（２）の構成の作用に加え、制御手段が監視されるバッテリの充電率に応じて可変抵抗器を制御することにより、その充電率がほぼ中央値に近付けられ、燃料電池の電圧が間欠的にアイドル状態に制御される。

　（５）上記目的を達成するために、上記（３）の構成において、バッテリの充電率を監視するための監視手段を更に備え、制御手段は、監視される充電率が所定の第１充電率以下になったときは、抵抗値が所定の第１抵抗値となるように少なくとも一つのリレーを開に制御し、監視される充電率が第１充電率より高い第２充電率以上になったときは、抵抗値が第１抵抗値より低い所定の第２抵抗値となるように第１充電率以下の際より少なくとも一つ以上多いリレーを開制御することが好ましい。

　上記（５）の構成によれば、上記（３）の構成の作用に加え、制御手段が監視されるバッテリの充電率に応じて抵抗装置を制御することにより、その充電率がほぼ中央値に近付けられ、燃料電池の電圧が間欠的にアイドル状態に制御される。

　（６）上記目的を達成するために、上記（２）の構成において、燃料電池の電流値を測定するための測定手段を更に備え、制御手段は、測定される電流値が燃料電池の電流使用領域における高電流側の値となるときは、バッテリの電圧値の許容される電圧使用領域上となるように可変抵抗器の抵抗値を下げるように可変抵抗器を制御し、測定される電流値が燃料電池の電流使用領域における低電流側の値となるときは、バッテリの電圧値の電圧使用領域未満又は燃料電池が高電圧回避となるように可変抵抗器の抵抗値を上げるように可変抵抗器を制御することが好ましい。

　上記（６）の構成によれば、上記（２）の構成の作用に加え、制御手段が測定される燃料電池の電流値に応じて可変抵抗器を制御することにより、燃料電池の電流値がその電流使用領域に近付けられる。

　（７）上記目的を達成するために、上記（３）の構成において、燃料電池の電流値を測定するための測定手段を更に備え、制御手段は、測定される電流値が燃料電池の電流使用領域における高電流側の値となるときは、抵抗装置の抵抗値が低くなるように少なくとも一つのリレーを閉に制御し、測定される電流値が燃料電池の電流使用領域における低電流側の値となるときは、抵抗装置の抵抗値が高くなるように少なくとも一つのリレーを開に制御することが好ましい。

　上記（７）の構成によれば、上記（３）の構成の作用に加え、制御手段が、測定される燃料電池の電流値に応じて抵抗装置の少なくとも一つのリレーを制御することにより、燃料電池の電流値がその電流使用領域に近付けられる。

　（８）上記目的を達成するために、上記（２）の構成において、燃料電池の電流値を測定するための測定手段を更に備え、制御手段は、燃料電池の起動時又は停止時における所定時間に測定される電流値に応じてバッテリの最大電圧値以下又は燃料電池が高電圧回避となるように可変抵抗器の抵抗値を制御することが好ましい。

　上記（８）の構成によれば、上記（２）の構成の作用に加え、燃料電池の起動時又は停止時に、制御手段が、測定される燃料電池の電流値に応じて可変抵抗器を制御することにより、バッテリの電圧がその上限値を超えないように抑えられる。

　（９）上記目的を達成するために、上記（３）の構成において、燃料電池の電流値を測定するための測定手段を更に備え、制御手段は、燃料電池の起動時又は停止時における所定時間に測定される電流値がバッテリの最大電流値を超えている場合又は燃料電池が高電圧回避する場合は、抵抗値が高くなるように少なくとも一つのリレーを開に制御することが好ましい。

　上記（８）の構成によれば、上記（３）の構成の作用に加え、燃料電池の起動時又は停止時に、制御手段が、測定される燃料電池の電流値に応じて抵抗装置の少なくとも一つのリレーを制御することにより、バッテリの電圧がその上限値を超えないように抑えられる。

　上記（１）の構成によれば、電圧変換器を使用することなく燃料電池及びバッテリの上限電力を超えないように負荷装置へ供給される電力を制御することができ、簡易でより安価な燃料電池システムを提供することができる。

　上記（２）の構成によれば、上記（１）の構成と同等の効果を得ることができる。

　上記（３）の構成によれば、上記（１）の構成と同等の効果を得ることができる。

　上記（４）の構成によれば、上記（２）の構成の効果に加え、バッテリの充電率に応じて可変抵抗器の抵抗値を制御することで、燃料電池及びバッテリの上限電力を超えないように負荷装置への供給電力を制御することができる。また、燃料電池に高電圧がかかることを抑制することができる。

　上記（５）の構成によれば、上記（３）の構成の効果に加え、バッテリの充電率に応じて抵抗装置の抵抗値を制御することで、燃料電池及びバッテリの上限電力を超えないように負荷装置への供給電力を制御することができる。また、燃料電池に高電圧がかかることを抑制することができる。

　上記（６）の構成によれば、上記（２）の構成の効果に加え、燃料電池の電流値に応じて可変抵抗器の抵抗値を制御することで、燃料電池及びバッテリの上限電力を超えないように負荷装置への供給電力を制御することができる。また、燃料電池に高電圧がかかることを抑制することができる。

　上記（７）の構成によれば、上記（３）の構成の効果に加え、燃料電池の電流値に応じて抵抗装置の抵抗値を制御することで、燃料電池及びバッテリの上限電力を超えないように負荷装置への供給電力を制御することができる。また、燃料電池に高電圧がかかることを抑制することができる。

　上記（８）の構成によれば、上記（２）の構成の効果に加え、燃料電池の電流値に応じて可変抵抗器の抵抗値を制御することで、燃料電池及びバッテリの上限電力を超えないように負荷装置への供給電力を制御することができる。また、燃料電池に高電圧がかかることを抑制することができる。

　上記（９）の構成によれば、上記（３）の構成の効果に加え、燃料電池の電流値に応じて抵抗装置の抵抗値を制御することで、燃料電池及びバッテリの上限電力を超えないように負荷装置への供給電力を制御することができる。また、燃料電池に高電圧がかかることを抑制することができる。

第１実施形態に係り、電動カートに搭載された燃料電池システムを示すブロック図。第１実施形態に係り、電力供給制御の内容を示すフローチャート。第１実施形態に係り、バッテリの充電率に応じた要求抵抗値を求めるために参照される要求抵抗値マップ。第１実施形態に係り、（Ａ）電動カートの車速と（Ｂ）バッテリの充電率の変化を示すタイムチャート。第１実施形態に係り、（Ａ）電動カートの車速、（Ｂ）バッテリの充電率及び（Ｃ）可変抵抗器の抵抗値の変化を示すタイムチャート。第２実施形態に係り、電力供給制御の内容を示すフローチャート。第２実施形態に係り、（Ａ）充電率と（Ｂ）ＦＣ電圧値の変化を簡略的に示すタイムチャート。第２実施形態に係り、（Ａ）可変抵抗器の抵抗値と（Ｂ）バッテリの充電率の変化を示すタイムチャート。第２実施形態の変形例に係り、抵抗装置を示す回路図。第３実施形態に係り、電力供給制御の内容を示すフローチャート。第３実施形態に係り、（Ａ）ＦＣの電流－電圧特性と（Ｂ）バッテリの電流－電圧特性を示すグラフ。第３実施形態に係り、（Ａ）ＦＣ電流値、（Ｂ）ＦＣ電圧値及び（Ｃ）要求抵抗値の変化を示すタイムチャート。第４実施形態に係り、電力供給制御の内容を示すフローチャート。第４実施形態に係り、ＦＣ電圧値に応じた要求抵抗値を求めるために参照される要求抵抗値マップ。第４実施形態に係り、（Ａ）ＦＣの電流－電圧特性と（Ｂ）バッテリの電流－電圧特性を示す図１１に準ずるグラフ。第４実施形態に係り、ＦＣの起動時に可変抵抗器が「０Ω」の場合の（Ａ）ＦＣ電圧値と（Ｂ）バッテリ電圧値の変化を示すタイムチャート。第４実施形態に係り、ＦＣの起動時に可変抵抗器が「１.０Ω」の場合の（Ａ）ＦＣ電圧値と（Ｂ）バッテリ電圧値の変化を示すタイムチャート。第５実施形態に係り、電力供給制御の内容を示すフローチャート。

　以下、燃料電池システムを小型電気自動車（電動カート）に具体化したいくつかの実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
　先ず、第１実施形態について図１～図５を参照して詳細に説明する。

［燃料電池システムの概要］
　図１に、この実施形態の電動カートに搭載された燃料電池システムをブロック図により示す。この燃料電池システムは、燃料電池（ＦＣ）１と、電動式のモータ２と、ＦＣ１とモータ２を接続する第１電力線３と、バッテリ４と、バッテリ４と第１電力線３を接続する第２電力線５とを備える。第２電力線５は、可変抵抗器７とモータ２との間の第１電力線３に接続される。

　ＦＣ１は、燃料と酸化剤の化学エネルギーを、酸化還元反応により電気に変換する電気化学電池であり、周知の構成を備える。モータ２は、周知の構成を備え、この開示技術の「負荷装置」の一例に相当する。バッテリ４は、この実施形態では、充放電可能な二次電池により構成される。

　この実施形態において、第１電力線３には、整流用のダイオード６と、抵抗値を変更可能に構成した可変抵抗器７が設けられる。可変抵抗器７は、電気的に動作させることで抵抗値を無段階に変更可能な周知の構成を有し、この開示技術の「可変抵抗手段」の一例に相当する。燃料電池システムは、可変抵抗器７の抵抗値を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１０を更に備える。ＥＣＵ１０は、演算処理を行う中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ及び入出力ポート等を含む周知の構成を備える。ＥＣＵ１０は、この開示技術の「制御手段」の一例に相当する。

　この実施形態において、モータ２は、電動カートの駆動輪１１に駆動連結される。ＥＣＵ１０にはアクセルセンサ１２が接続される。アクセルセンサ１２は、電動カートのユーザが操作するペダル１３の操作角度をアクセル開度として検出し、その検出信号をＥＣＵ１０へ出力するようになっている。

　ＥＣＵ１０はバッテリ４に対し電気的に接続され、バッテリ４の充電率ＳＯＣを監視するようになっている。ＥＣＵ１０は、この開示技術の「監視手段」の一例にも相当する。また、ＥＣＵ１０はＦＣ１に対し電気的に接続され、ＦＣ１の電流値を測定するようになっている。ＥＣＵ１０は、この開示技術の「測定手段」の一例にも相当する。

　ここで、ＦＣ１の電流値は、ＦＣ１の耐久性を考慮すると、少な過ぎても多過ぎても好ましくなく、許容される電流使用領域の範囲で使用する必要がある。そこで、この実施形態で、ＥＣＵ１０は、電動カートの運転時に、ＦＣ１の電流値が許容される電流使用領域となるようにするために、次のような「電力供給制御」を実行するようになっている。

[電力供給制御について]
　図２に、ＥＣＵ１０のメモリに格納されたこの実施形態の「電力供給制御」の内容の一例をフローチャートにより示す。

　処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００で、ＥＣＵ１０は、監視しているバッテリ４の充電率ＳＯＣを取り込む。

　次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ１０は、取り込まれた充電率ＳＯＣに応じて要求抵抗値ＲＲＶを算出する。ＥＣＵ１０は、例えば、図３に示すような要求抵抗値マップを参照することにより、充電率ＳＯＣに応じた要求抵抗値ＲＲＶを求める。この要求抵抗値マップは、バッテリ４の充電率ＳＯＣを中央値（５０％）に近付けるように要求抵抗値ＲＲＶが設定されている。すなわち、充電率ＳＯＣが「０～１００（％）」の範囲で高くなるほど、要求抵抗値ＲＲＶは「０.１０～０.３５（Ω）」の範囲で高くなるように設定される。

　そして、ステップ１２０で、ＥＣＵ１０、可変抵抗器７を制御することにより、可変抵抗器７の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御する。

上記電力供給制御によれば、ＥＣＵ１０は、ＦＣ１の電流値が許容される電流使用領域となるように可変抵抗器７の抵抗値を制御するようになっている。具体的には、ＥＣＵ１０は、バッテリ４の充電率ＳＯＣを中央値（５０％）に近付けるために、可変抵抗器７を制御することで、可変抵抗器７の抵抗値を充電率ＳＯＣに応じた要求抵抗値ＲＲＶに制御するようになっている。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの実施形態の燃料電池システムの構成によれば、ＦＣ１の電流値が許容される電流使用領域となるようにＥＣＵ１０により可変抵抗器７を制御することにより、ＦＣ１とバッテリ４からモータ２への供給電力が制御される。従って、電圧変圧器を使用することなく、バッテリ４の充電率ＳＯＣが中央値（５０％）に近付けられ、かつ、ＦＣ１が許容される電流使用領域で使用される。この実施形態によれば、バッテリ４の充電率ＳＯＣを中央値（５０％）に近付けるために、バッテリ４の充電率ＳＯＣを監視し、その充電率ＳＯＣに応じた要求抵抗値ＲＲＶを求め、可変抵抗器７の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御する。従って、電動カートの運転状態にかかわらず、ＦＣ１の出力を成り行きとし、可変抵抗器７の抵抗値を制御するだけで、バッテリ４の充電率を中央値（５０％）に近付けることができる。また、バッテリ４の出力が上限を超えないように制御することができる。このため、電圧変換器を使用することなく、ＦＣ１及びバッテリ４の上限電力を超えないようにモータ２へ供給される電力を制御することができ、簡易でより安価な燃料電池システムを提供することができる。

　図４には、（Ａ）電動カートの車速と（Ｂ）バッテリ４の充電率ＳＯＣの変化をタイムチャートにより示す。（Ｂ）において、太線は可変抵抗器７の抵抗値が「０.２５Ω」の場合を示し、破線はその抵抗値が「０.５０Ω」の場合を示し、２点鎖線はその抵抗値が「１.０Ω」の場合を示す。

　図４（Ａ）に示すように、電動カートの運転は、加速、減速及び停止を周期的に繰り返すように行われる。このとき、図４（Ｂ）に示すように、抵抗値が「０.２５Ω」の場合は、全運転時間にわたって充電率ＳＯＣを「５０％」以上に保てるが、抵抗値が「０.５０Ω」及び「１.０Ω」の場合は、運転開始後の途中から充電率ＳＯＣが「５０％」を下回ることがわかる。

　図５には、（Ａ）電動カートの車速、（Ｂ）バッテリ４の充電率ＳＯＣ及び（Ｃ）可変抵抗器７の抵抗値の変化をタイムチャートにより示す。（Ａ）において、時刻ｔ１～ｔ２，ｔ５～ｔ６は加速時であり、電動カートの制動が行われ、バッテリ４の電力が消費される。時刻ｔ３～ｔ４，ｔ７～ｔ８は減速時であり、モータ２からバッテリ４へ電力の回生が行われる。（Ｂ）において、太線は本実施形態を示し、実線は本実施形態の電力供給制御を行わない対比例を示す。図５からわかるように、本実施形態では、バッテリ４の充電率ＳＯＣに応じて可変抵抗器７の抵抗値を制御しているので、電動カートの車速の変化にかかわらず、バッテリ４の充電率ＳＯＣを対比例よりも「５０％」に近付けられることがわかる。

＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態について図６～図８を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

[電力供給制御について]
　この実施形態では、電力供給制御の内容の点で第１実施形態と異なる。この実施形態では、バッテリ４の充電率ＳＯＣを中央値（５０％）付近に制御するために、次のような「電力供給制御」を実行する。図６に、この実施形態の「電力供給制御」の内容をフローチャートにより示す。

　処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ２００で、ＥＣＵ１０は、監視しているバッテリ４の充電率ＳＯＣを取り込む。

　次に、ステップ２１０で、ＥＣＵ１０は、充電率ＳＯＣが所定の第２充電率Ｃ２以上か否かを判断する。ここで、第２充電率Ｃ２を例えば「７０％」とすることができる。ＥＣＵ１０は、この判断結果が肯定の場合は処理をステップ２２０へ移行し、この判断結果が否定の場合は処理をステップ２４０へ移行する。

　ステップ２２０では、ＥＣＵ１０は、要求抵抗値ＲＲＶを「１.０Ω」に設定する。「１.０Ω」は、この開示技術の「第１抵抗値」の一例に相当する。

　次に、ステップ２３０では、ＥＣＵ１０は、可変抵抗器７の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御し、その後の処理を終了する。

　一方、ステップ２１０から移行してステップ２４０では、ＥＣＵ１０は、充電率ＳＯＣが第１充電率Ｃ１以下か否かを判断する。ここで、第１充電率Ｃ１を、例えば「３０％」とすることができる。ＥＣＵ１０は、この判断結果が肯定の場合は処理をステップ２５０へ移行し、この判断結果が否定の場合は処理をステップ２３０へ移行する。

　ステップ２５０では、ＥＣＵ１０は、要求抵抗値ＲＲＶを「０Ω」に設定する。「０Ω」は、この開示技術の「第２抵抗値」の一例に相当する。ＥＣＵ１０は、その後、処理をステップ２３０へ移行する。

　上記電力供給制御によれば、ＥＣＵ１０は、バッテリ４の充電率ＳＯＣを中央値（５０％）付近に制御するために、監視される充電率ＳＯＣが第１充電率Ｃ１（３０％）以下になったときは、抵抗値が「０Ω」となるように可変抵抗器７を制御し、監視される充電率ＳＯＣが第１充電率Ｃ１より高い第２充電率Ｃ２以上になったときは、抵抗値が「０Ω」より高い「１.０Ω」となるように可変抵抗器７を制御するようになっている。

　図７に、（Ａ）バッテリ４の充電率ＳＯＣと（Ｂ）ＦＣ電圧値ＦＣＶＶの変化をタイムチャートにより示す。この実施形態では、図７（Ａ）に示すように、充電率ＳＯＣは、「３０～７０（％）」の範囲で増減し、上記電力供給制御により可変抵抗器７の抵抗値が制御されることから、ＦＣ電圧値ＦＣＶＶは図７（Ｂ）に示すように変化することになる。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの実施形態の燃料電池システムの構成によれば、第１実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。また、この実施形態によれば、ＥＣＵ１０が、監視される充電率ＳＯＣに応じて可変抵抗器７を制御することにより、その充電率ＳＯＣがほぼ中央値（５０％）に近付けられ、ＦＣ１の電圧が間欠的にアイドル状態に制御される。このため、バッテリ４の充電率ＳＯＣに応じて可変抵抗器７の抵抗値を制御することで、ＦＣ１及びバッテリ４の上限電力を超えないようにモータ２への供給電力を制御することができる。また、ＦＣ１に高電圧がかかることを抑制することができる。

　この実施形態の構成によれば、バッテリ４の充電率ＳＯＣを中央値（５０％）付近に制御するために、充電率ＳＯＣが第２充電率Ｃ２（７０％）以上になったときは、抵抗値が「１.０Ω」となるように可変抵抗器７が制御され、充電率ＳＯＣが第１充電率Ｃ１（３０％）以下となったときは、抵抗値が「０Ω」となるように可変抵抗器７が制御される。この結果、バッテリ４の充電率ＳＯＣを中央値（５０％）付近に制御することができ、可変抵抗器７の抵抗値を「１.０Ω」に制御することで、ＦＣ１をアイドル状態にすることができる。このため、電動カートを間欠停止させることなくＦＣ１をアイドル状態にすることができ、ＦＣ１の部品やスタックの耐久性を向上させることができる。

　上記電力供給制御により得られる効果を図８に示す。図８には、（Ａ）可変抵抗器７の抵抗値と（Ｂ）バッテリ４の充電率ＳＯＣの変化をタイムチャートにより示す。図８からわかるように、上記のように可変抵抗器７の抵抗値を制御することで、図８に示すように、（Ａ）抵抗値と（Ｂ）充電率ＳＯＣが変化し、充電率ＳＯＣが時間経過に伴って中央値（５０％）に近付けられることがわかる。

＜第２実施形態の変形例＞
　次に、第２実施形態の変形例について図９を参照して説明する。この変形例では、主として可変抵抗手段の構成の点で第２実施形態と異なる。この変形例では、図１に示す第１電力線３には、可変抵抗器７の代わりに、図９に回路図で示す抵抗装置８が設けられる。この抵抗装置８は、一つの抵抗器２１と、その抵抗器２１に並列に接続された一つのリレー２２とを含む抵抗器・リレー回路２３を一つ備える。この抵抗装置８は、一つのリレー２２を開閉することにより、抵抗装置８の抵抗値を二段階に変更可能に構成される。すなわち、リレー２２を開くことで抵抗装置８の抵抗値を「１.０Ω」にし、リレー２２を閉じることで抵抗装置８の抵抗値を「０Ω」に変更するように構成される。この抵抗装置８は、この開示技術の「可変抵抗手段」の一例に相当する。

　また、この変形例の「電力供給制御」では、図６のフローチャートのステップ２３０の代わりに、１つのリレー２２を開閉することで、抵抗装置８の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御するようになっている。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの変形例の燃料電池システムの構成によれば、第２実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。すなわち、ＥＣＵ１０が、監視されるバッテリ４の充電率ＳＯＣに応じて抵抗装置８のリレー２２を開閉制御することにより、その充電率ＳＯＣがほぼ中央値（５０％）に近付けられ、ＦＣ１の電圧が間欠的にアイドル状態に制御される。このため、バッテリ４の充電率ＳＯＣに応じて抵抗装置８の抵抗値を制御することで、ＦＣ１及びバッテリ４の上限電力を超えないようにモータ２への供給電力を制御することができる。また、ＦＣ１に高電圧がかかることを抑制することができる。

＜第３実施形態＞
　次に、第３実施形態について図１０～図１２を参照して詳細に説明する。

[電力供給制御について]
　この実施形態では、電力供給制御の内容の点で前記各実施形態と異なる。図１０に、この実施形態の「電力供給制御」の内容をフローチャートにより示す。

　処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ３００で、ＥＣＵ１０は、測定しているＦＣ１の電流値（ＦＣ電流値ＦＣＣＶ）を取り込む。

　次に、ステップ３１０で、ＥＣＵ１０は、ＦＣ電流値ＦＣＣＶが第１所定値Ｂ１以上か否かを判断する。第１所定値Ｂ１は、ＦＣ１の電流使用領域における高電流側の値を意味し、例えば「４０Ａ」を採用することができる。ＥＣＵ１０は、この判断結果が肯定の場合は処理をステップ３２０へ移行し、この判断結果が否定の場合は処理をステップ３４０へ移行する。

　ステップ３２０では、ＥＣＵ１０は、要求抵抗値ＲＲＶを「０.２５Ω」に設定する。この要求抵抗値ＲＲＶは、バッテリ４の電圧使用領域以上となるようにするための低めの抵抗値を意味する。

　次に、ステップ３３０では、ＥＣＵ１０は、可変抵抗器７の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御し、その後の処理を終了する。

　一方、ステップ３４０では、ＦＣ電流値ＦＣＣＶが第２所定値Ｂ２未満か否かを判断する。第２所定値Ｂ２として、例えば「１０Ａ」を採用することができる。ＥＣＵ１０は、この判断結果が肯定の場合は処理をステップ３５０へ移行し、この判断結果が否定の場合は処理をステップ３６０へ移行する。

　ステップ３５０では、ＥＣＵ１０は、要求抵抗値ＲＲＶを「１.０Ω」に設定する。この要求抵抗値ＲＲＶは、バッテリ４の電圧使用領域未満となるようにするための高め抵抗値を意味する。その後、ＥＣＵ１０は、処理をステップ３３０へ移行する。

　一方、ステップ３６０では、ＥＣＵ１０は、要求抵抗値ＲＲＶを「０.５Ω」に設定し、その後、処理をステップ３３０へ移行する。

　上記電力供給制御によれば、ＥＣＵ１０は、測定されるＦＣ電流値ＦＣＣＶがＦＣ１の電流使用領域における高電流側の値となるときは、バッテリ４の電圧使用領域以上となるように可変抵抗器７の抵抗値を下げるように可変抵抗器７を制御し、測定されるＦＣ電流値ＦＣＣＶがＦＣ１の電流使用領域における低電流側の値となるときは、バッテリ４の電圧使用領域未満又はＦＣ１が高電圧回避となるように可変抵抗器７の抵抗値を上げるように可変抵抗器７を制御するようになっている。

　図１１には、（Ａ）ＦＣ１の電流－電圧特性と（Ｂ）バッテリ４の電流－電圧特性をグラフに示す。図１１（Ａ）に示すように、この実施形態では、ＦＣ１は、高電圧回避電流値ＦＩＡ（例えば「５Ａ」）と最大電流値ＦＩmax（例えば「５０Ａ」）との間を電流使用領域ＩＵＡとして設定される。また、図１１（Ｂ）に示すように、この実施形態では、バッテリ４は、高電圧回避電圧値ＢＥＡを、例えば「５０Ｖ」とし、最低電圧値ＢＥＬ（例えば「３８Ｖ」）と最高電圧値ＢＥＨ（例えば「４２Ｖ」）との間で使用される。最高電圧値ＢＥＨは、充電率ＳＯＣ「１００％」の線上にあり、最低電圧値ＢＥＬは充電率ＳＯＣ「０％」の線上にある。

　この実施形態では、ＥＣＵ１０は、ＦＣ電流値ＦＣＣＶが、その最大電流値ＦＩmaxにならないように、ＦＣ電流値ＦＣＣＶが高いとき（例えば「４０Ａ」）は、要求抵抗値ＲＲＶを「０.２５Ω」に設定し、ＦＣ電流値ＦＣＣＶが低いとき（例えば「１０Ａ」）は、ＦＣ１が高電圧になることを回避するために、要求抵抗値ＲＲＶを「１.０Ω」に設定するのである。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの実施形態の燃料電池システムの構成によれば、第１実施形態の作用及び効果に加え、ＥＣＵ１０が測定されるＦＣ１の電流値に応じて可変抵抗器７を制御することにより、ＦＣ１の電流値がその電流使用領域に近付けられる。このため、ＦＣ１の電流値に応じて可変抵抗器７の抵抗値を制御することで、ＦＣ１及びバッテリ４の上限電力を超えないようにモータ２への供給電力を制御することができる。また、ＦＣ１に高電圧がかかることを抑制することができる。

　図１２には、（Ａ）ＦＣ電流値ＦＣＣＶ、（Ｂ）ＦＣ電圧値ＦＣＶＶ及び（Ｃ）要求抵抗値ＲＲＶの変化をタイムチャートにより示す。図１２（Ａ）,（Ｂ）において、実線は本実施形態を示し、破線は本実施形態の構成を有しない対比例を示す。この実施形態では、図１２に示すように、ＦＣ電流値ＦＣＣＶの変化に応じて要求抵抗値ＲＲＶを「０.２５Ω」、「０.５Ω」及び「１.０Ω」の間で変更することで、ＦＣ１をその電流使用領域ＩＵＡ（５～５０（Ａ））の範囲内で使用できることがわかる。

＜第３実施形態の変形例＞
　次に、第３実施形態の変形例について説明する。この変形例では、主として可変抵抗手段の構成の点で第３実施形態と異なる。この変形例では、図１に示す第１電力線３には、可変抵抗器７の代わりに、図９に示す抵抗器・リレー回路２３を３つ直列に接続した抵抗装置８が設けられる。この抵抗装置８は、３つのリレー２２を選択的に開閉することにより、抵抗装置８の抵抗値を三段階に変更可能に構成される。すなわち、３つの抵抗器・リレー回路２３のリレー２２の全てを開くことで抵抗値を「１.０Ω」にし、３つの抵抗器・リレー回路２３のうち２つのリレー２２を開くことで抵抗値を「０.５Ω」にし、３つの抵抗器・リレー回路２３のうち１つのリレー２２を開くことで抵抗値を「０.２５Ω」にするように構成される。

　また、この変形例の「電力供給制御」では、図１０のフローチャートのステップ３３０の代わりに、３つのリレー２２を選択的に開閉することで、抵抗装置８の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御するようになっている。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの変形例の燃料電池システムの構成によれば、第３実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。すなわち、ＥＣＵ１０が、測定されるＦＣ１の電流値に応じて抵抗装置８を制御することにより、ＦＣ１の電流値がその電流使用領域に近付けられる。このため、ＦＣ１の電流値に応じて抵抗装置８の抵抗値を制御することで、ＦＣ１及びバッテリ４の上限電力を超えないようにモータ２への供給電力を制御することができる。また、ＦＣ１に高電圧がかかることを抑制することができる。

＜第４実施形態＞
　次に、第４実施形態について図１３～図１７を参照して詳細に説明する。

[電力供給制御について]
　この実施形態では、電力供給制御の内容の点で前記各実施形態と異なる。図１３に、この実施形態の「電力供給制御」の内容をフローチャートにより示す。

　処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ４００で、ＥＣＵ１０は、ＦＣ１が起動又は停止してから所定時間内か否かを判断する。ここで、所定時間として、例えば「３秒」を採用することができる。ＥＣＵ１０は、この判断結果が肯定の場合は処理をステップ４１０へ移行し、この判断結果が否定の場合は処理をステップ４４０へ移行する。

　ステップ４１０では、ＥＣＵ１０は、測定しているＦＣ電圧値ＦＣＶＶを取り込む。　

　次に、ステップ４２０で、ＥＣＵ１０は、ＦＣ電圧値ＦＣＶＶに応じて要求抵抗値ＲＲＶを算出する。ＥＣＵ１０は、例えば、図１４に示す要求抵抗値マップを参照することにより、ＦＣ電圧値ＦＣＶＶに応じた要求抵抗値ＲＲＶを求める。この要求抵抗値マップは、バッテリ４の充電率ＳＯＣを中央値（５０％）に近付ける要求抵抗値ＲＲＶが設定される。すなわち、ＦＣ電圧値ＦＣＶＶが「５０～８０（Ｖ）」の範囲で高くなるほど、バッテリ４の最大電圧値以下となるように、要求抵抗値ＲＲＶが「０.０１～０.３０（Ω）」の範囲で高くなるように設定される。

　次に、ステップ４３０で、ＥＣＵ１０は、可変抵抗器７の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御し、その後の処理を終了する。

　一方、ステップ４００から移行してステップ４４０では、ＥＣＵ１０は、要求抵抗値ＲＲＶを「０Ω」に設定し、処理をステップ４３０へ移行する。

　上記電力供給制御によれば、ＥＣＵ１０は、ＦＣ１の起動時又は停止時における所定時間に測定されるＦＣ電圧値ＦＣＶＶに応じてバッテリ４の最大電圧値以下又はＦＣ１が高電圧回避となるように可変抵抗器７の抵抗値を下げるように可変抵抗器７を制御するようになっている。

　図１５には、（Ａ）ＦＣ１の電流－電圧特性と（Ｂ）バッテリ４の電流－電圧特性を図１１に準ずるグラフにより示す。この実施形態では、ＥＣＵ１０は、ＦＣ１の起動時又は停止時に、バッテリ４の電圧が最大電圧値ＢＥmaxを超えないように、起動時又は停止時の所定時間内に、ＦＣ電圧値ＦＣＶＶに応じて要求抵抗値ＲＲＶを設定するのである。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの実施形態の燃料電池システムの構成によれば、第１実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。また、この実施形態によれば、ＦＣ１の起動時又は停止時に、ＥＣＵ１０が、測定されるＦＣ１の電流値に応じて可変抵抗器７を制御することにより、バッテリ４の電圧がその上限値を超えないように抑えられる。このため、ＦＣ１の電流値に応じて可変抵抗器７の抵抗値を制御することで、ＦＣ１及びバッテリ４の上限電力を超えないようにモータ２への供給電力を制御することができる。また、ＦＣ１に高電圧がかかることを抑制することができる。

　図１６に、ＦＣ１の起動時に可変抵抗器７が「０Ω」（抵抗なし）の場合の（Ａ）ＦＣ電圧値ＦＣＶＶと（Ｂ）バッテリ電圧値ＢＴＶＶの変化をタイムチャートにより示す。図１７には、ＦＣ１の起動時に可変抵抗器７が「１.０Ω」の場合の（Ａ）ＦＣ電圧値ＦＣＶＶと（Ｂ）バッテリ電圧値ＢＴＶＶの変化をタイムチャートにより示す。図１６、図１７に示すように、ＦＣ１の起動時に、可変抵抗器７の抵抗値を「０Ω」から「１.０Ω」に変更すると、バッテリ電圧値ＢＴＶＶを、「６４.９（Ｖ）」から、上限値（例えば「５５（Ｖ）」より低い「５３.４（Ｖ）」に低減できることがわかる。

＜第４実施形態の変形例＞
　次に、第４実施形態の変形例について説明する。この変形例では、主として可変抵抗手段の構成の点で第４実施形態と異なる。この変形例では、図１に示す第１電力線３には、可変抵抗器７の代わりに、図９に示す抵抗器・リレー回路２３を４つ直列に接続した抵抗装置８が設けられる。この抵抗装置８は、４つのリレー２２を選択的に開閉することにより、抵抗装置８の抵抗値を四段階に変更可能に構成される。すなわち、４つの抵抗器・リレー回路２３のリレー２２の全てを開くことで抵抗値を「０.３０Ω」にし、４つの抵抗器・リレー回路２３のうち３つのリレー２２を開くことで抵抗値を「０.２０Ω」にし、４つの抵抗器・リレー回路２３のうち２つのリレー２２を開くことで抵抗値を「０.１０Ω」にし、４つの抵抗器・リレー回路２３のうち１つのリレー２２を開くことで抵抗値を「０.０１Ω」にし、４つの抵抗器・リレー回路２３のリレー２２の全てを閉じることで抵抗値を「０Ω」にするように構成される。

　また、この変形例の「電力供給制御」では、図１３のフローチャートのステップ４３０の代わりに、４つのリレー２２を選択的に開閉することで、抵抗装置８の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御するようになっている。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの変形例の燃料電池システムの構成によれば、第４実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。すなわち、ＦＣ１の起動時又は停止時に、ＥＣＵ１０が、測定されるＦＣ１の電流値に応じて抵抗装置８を制御することにより、バッテリ４の電圧がその上限値を超えないように抑えられる。このため、ＦＣ１の電流値に応じて抵抗装置８の抵抗値を制御することで、ＦＣ１及びバッテリ４の上限電力を超えないようにモータ２への供給電力を制御することができる。また、ＦＣ１に高電圧がかかることを抑制することができる。

＜第５実施形態＞
　次に、第４実施形態について図１８を参照して詳細に説明する。

[電力供給制御について]
　この実施形態では、電力供給制御の内容の点で第４実施形態と異なる。図１８に、この実施形態の「電力供給制御」の内容をフローチャートにより示す。図１８のフローチャートでは、図１３のフローチャートのステップ４１０を省略し、ステップ４２０をステップ５００の処理に変更した点で異なる。すなわち、ステップ５００では、ＥＣＵ１０は、要求抵抗値ＲＲＶを「１.０Ω」に設定するようになっている。

　上記電力供給制御によれば、ＥＣＵ１０は、ＦＣ１の起動時又は停止時の所定時間内にバッテリ４の電圧が上限値を超えないように可変抵抗器７の抵抗値を「１.０Ω」に上げるように可変抵抗器７を制御するようになっている。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの実施形態の燃料電池システムの構成によれば、第４実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。

＜第５実施形態の変形例＞
　次に、第５実施形態の変形例について説明する。この変形例では、主として可変抵抗手段の構成の点で第５実施形態と異なる。この変形例では、第２実施形態の変形例と同様に、第１電力線３に図９に示す抵抗装置８が設けられる。

　また、この変形例の「電力供給制御」では、図１８のフローチャートのステップ４３０の代わりに、１つのリレー２２を開閉することで、抵抗装置８の抵抗値を要求抵抗値ＲＲＶに制御するようになっている。

[燃料電池システムの作用及び効果について]
　以上説明したこの変形例の燃料電池システムの構成によれば、　第５実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。

　なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

　（１）前記各実施形態及び各変形例では、第１電力線３（ＦＣ１の側）に可変抵抗器７又は抵抗装置８を設けたが、第２電力線（バッテリの側）に可変抵抗器又は抵抗装置を設けることもできる。

　（２）前記各実施形態及び各変形例では、負荷装置として電動式のモータ２を採用したが、その他の電動機を採用してもよい。

　（３）前記各実施形態及び各変形例では、ＦＣ１、ダイオード６及び可変抵抗器７（または抵抗装置８）を直列に接続した一組の回路をモータ２に接続して設けたが、ＦＣ、ダイオード及び可変抵抗器（または抵抗装置）を直列に接続した複数組の回路をモータに並列に接続して設けることもできる。

　（４）前記第２実施形態の変形例では、第１電力線３に、一つの抵抗器２１と、その抵抗器２１に並列に接続された一つのリレー２２とを含む抵抗器・リレー回路２３を一つ備えた抵抗装置８を設け、一つのリレー２２を開閉することで抵抗装置８の抵抗値を二段階に変更可能に構成した。これに対し、第１電力線に、一つの抵抗器と、その抵抗器に並列に接続された一つのリレーとを含む抵抗器・リレー回路を複数直列に接続した抵抗装置を設け、複数のリレーを選択的に開閉することで抵抗装置の抵抗値を多段に変更可能に構成することもできる。この場合、ＥＣＵは、監視される充電率が所定の第１充電率以下になったときは、抵抗値が所定の第１抵抗値となるように少なくとも一つのリレーを開制御し、監視される充電率が第１充電率より高い第２充電率以上になったときは、抵抗値が第１抵抗値より低い所定の第２抵抗値となるように第１充電率以下の際より少なくとも一つ以上多いリレーを開制御することになる。

　この開示技術は、電気自動車に搭載される燃料電池システムに利用することができる。

１　ＦＣ（燃料電池）
２　モータ（負荷装置）
３　第１電力線
４　バッテリ
５　第２電力線
７　可変抵抗器（可変抵抗手段）
８　抵抗装置（可変抵抗手段）
１０　ＥＣＵ（制御手段、監視手段、測定手段）
２１　抵抗器
２２　リレー
２３　抵抗器・リレー回路

Claims

　燃料電池と、
　負荷装置と、
　前記燃料電池と前記負荷装置を接続する第１電力線と、
　バッテリと、
　前記バッテリと前記第１電力線を接続する第２電力線と
を備えた燃料電池システムにおいて、
　前記第１電力線又は前記第２電力線に設けられ、抵抗値を変更可能に構成した可変抵抗手段と、
　前記燃料電池の電流値が許容される電流使用領域となるように前記可変抵抗手段の抵抗値を制御するための制御手段と
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
　請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記可変抵抗手段は、抵抗値を変更可能に構成した可変抵抗器である
ことを特徴とする燃料電池システム。
　請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記可変抵抗手段は、一つの抵抗器と、その抵抗器に並列に接続された一つのリレーとを含む抵抗器・リレー回路を少なくとも一つ備え、少なくとも一つの前記リレーを開閉することにより抵抗値を多段階に変更可能に構成した抵抗装置である
ことを特徴とする燃料電池システム。
　請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記バッテリの充電率を監視するための監視手段を更に備え、
　前記制御手段は、監視される前記充電率が所定の第１充電率以下になったときは、前記抵抗値が所定の第１抵抗値となるように前記可変抵抗器を制御し、監視される前記充電率が前記第１充電率より高い第２充電率以上になったときは、前記抵抗値が前記第１抵抗値より高い所定の第２抵抗値となるように前記可変抵抗器を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
　請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記バッテリの充電率を監視するための監視手段を更に備え、
　前記制御手段は、監視される前記充電率が所定の第１充電率以下になったときは、前記抵抗値が所定の第１抵抗値となるように少なくとも一つの前記リレーを開制御し、監視される前記充電率が前記第１充電率より高い第２充電率以上になったときは、前記抵抗値が前記第１抵抗値より低い所定の第２抵抗値となるように前記第１充電率以下の際より少なくとも一つ以上多い前記リレーを開制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
　請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記燃料電池の電流値を測定するための測定手段を更に備え、
　前記制御手段は、測定される前記電流値が前記燃料電池の前記電流使用領域における高電流側の値となるときは、前記バッテリの電圧値の許容される電圧使用領域上となるように前記可変抵抗器の抵抗値を下げるように前記可変抵抗器を制御し、測定される前記電流値が前記燃料電池の前記電流使用領域における低電流側の値となるときは、前記バッテリの電圧値の前記電圧使用領域未満又は前記燃料電池が高電圧回避となるように前記可変抵抗器の抵抗値を上げるように前記可変抵抗器を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
　請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記燃料電池の電流値を測定するための測定手段を更に備え、
　前記制御手段は、測定される前記電流値が前記燃料電池の前記電流使用領域における高電流側の値となるときは、前記抵抗装置の前記抵抗値が低くなるように少なくとも一つの前記リレーを閉に制御し、測定される前記電流値が前記燃料電池の前記電流使用領域における低電流側の値となるときは、前記抵抗装置の前記抵抗値が高くなるように少なくとも一つの前記リレーを開閉制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
　請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記燃料電池の電流値を測定するための測定手段を更に備え、
　前記制御手段は、前記燃料電池の起動時又は停止時における所定時間に測定される前記電流値に応じて前記バッテリの最大電圧値以下又は前記燃料電池が高電圧回避となるように前記可変抵抗器の抵抗値を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
　請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
　前記燃料電池の電流値を測定するための測定手段を更に備え、
　前記制御手段は、前記燃料電池の起動時又は停止時における所定時間に測定される前記電流値が前記バッテリの最大電流値を超えている場合又は前記燃料電池が高電圧回避する場合は、前記抵抗値が高くなるように少なくとも一つの前記リレーを開閉制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。