JP6855902B2

JP6855902B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP6855902B2
Application number: JP2017085056A
Authority: JP
Inventors: 真司麻生; 裕史掛布
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2037-04-24
Also published as: DE102018109395A1; US20180304766A1; JP2018186586A; US10618421B2; CN108859801B; CN108859801A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、駆動モータの回生運転によって発生した回生電力を二次電池に充電させるものが知られている。また、二次電池の充電が制限されている場合には、補機を稼動させることによって回生電力を消費させる技術が知られている。

特開２０１３−１５０３８８号公報

特許文献１の制御装置では、二次電池の充電が制限されている場合に、２つのモータジェネレータにおいて生じさせた電力の循環による電力損失を利用して、回生電力を消費させている。しかし、このような制御装置において、回生電力の消費量が足りない場合には、回生電力を消費するために補機が稼動する頻度が増加し、補機から発生する振動や騒音が増える、といった課題が存在する。このような課題を解決するために、回生電力を消費するために補機を稼動させる頻度が増加することを抑制できる技術が望まれる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
［形態１］車両に搭載される燃料電池システムであって、
反応ガスを用いて発電する燃料電池と、
電力の充電および放電が可能な二次電池と、
前記車両を駆動する駆動モータと前記二次電池との間に電気的に接続され、前記駆動モータと前記二次電池との間における電圧の変換を行うコンバータと、
前記燃料電池システムを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記二次電池の充電率が予め設定された値以上であるときに前記車両の速度の調節指示を受け付けるアクセルが減速指示を受け付けた場合、もしくは、前記二次電池の充電可能電力が予め設定された値以下であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた場合、前記駆動モータがトルクを減少させつつ、回生運転に移行するまでの力行運転の間に、前記二次電池から電力を放電させ、
前記制御部は、前記減速指示に応じた要求電力量の減少量よりも多く前記燃料電池の出力電力量を減少させることにより、前記二次電池から電力を放電させる、燃料電池システム。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池システムであって、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、電力の充電および放電が可能な二次電池と、前記車両を駆動する駆動モータと前記二次電池との間に電気的に接続され、前記駆動モータと前記二次電池との間における電圧の変換を行うコンバータと、前記燃料電池システムを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記二次電池の充電率が予め設定された値以上であるときに前記車両の速度の調節指示を受け付けるアクセルが減速指示を受け付けた場合、もしくは、前記二次電池の充電可能電力が予め設定された値以下であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた場合、前記駆動モータがトルクを減少させつつ、回生運転に移行するまでの力行運転の間に、前記二次電池から電力を放電させる。このような形態とすれば、アクセルが減速指示を受け付けた場合に、トルクを減少させつつ実行される力行運転において、二次電池から電力を放電できる。このとき、二次電池の放電により二次電池の電圧が下がることによってコンバータの二次電池側と駆動モータ側との間における電圧差が広がり、二次電池から放電された電力を昇圧するコンバータにおける電力損失が大きくなるため、二次電池から電力が放電される対象に駆動モータが含まれている場合には、コンバータにおける電力損失の増加分だけ二次電池の放電による電力の消費量を増加させることができる。このように、二次電池から電力を放電させることによって、二次電池の充電率を下げて、二次電池に回生電力を充電できる空き容量を増やすことができるため、回生電力を消費するために補機を稼動させる頻度が増加することを抑制できる。

（２）上記形態における燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記二次電池の充電率が予め設定された値以上であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた場合、もしくは、前記二次電池の充電可能電力が予め設定された値以下であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた場合、前記減速指示を受け付けてから継続して前記二次電池から電力が放電されたことによる前記コンバータにおける電力損失の増加分だけ前記二次電池から前記駆動モータに放電される電力の量を増加させてもよい。このような形態とすれば、二次電池が継続して放電することで、二次電池の充電率が低下するとともに二次電池における内部抵抗が増加することにより二次電池の電圧が下がるため、コンバータの二次電池側と駆動モータ側との間における電圧差が広がる。このため、二次電池から放電された電力を昇圧するコンバータにおける電力損失が大きくなることから、コンバータにおける電力損失の増加分だけ二次電池の放電による電力の消費量をさらに増加させることができる。

（３）上記形態における燃料電池システムにおいて、さらに、前記二次電池と前記コンバータとの間を接続する直流配線に接続され、電力を消費して稼動する補機を備え、前記制御部は、前記二次電池の充電率が予め設定された値以上であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた後、もしくは、前記二次電池の充電可能電力が予め設定された値以下であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた後、前記駆動モータの運転がトルクを減少させつつ実行される前記力行運転から前記回生運転に移行した場合、前記二次電池からの電力の放電を前記力行運転から連続して行わせるとともに、前記二次電池から放電される電力および前記回生運転によって生じた回生電力を前記回生運転が終了するまで前記補機に供給させてもよい。このような形態とすれば、二次電池が連続して放電することで、二次電池の充電率が低下するとともに二次電池における内部抵抗が増加することにより二次電池の電圧が下がるため、コンバータの二次電池側と駆動モータ側との間における電圧差が広がる。このため、回生電力を降圧するコンバータにおける電力損失が大きくなり、補機に供給される電力のうち回生電力の占める割合が時間の経過とともに減少する。したがって、二次電池の放電による電力の消費量を増加させることができる。このため、回生電力を消費させるために補機を稼動させている間に、二次電池の充電率を下げることができ、二次電池に回生電力を充電できる空き容量を増やすことができる。したがって、回生電力を消費するために補機を稼動させる頻度が増加することを抑制できる。

（４）上記形態における燃料電池システムにおいて、前記二次電池と前記コンバータとの間を接続する直流配線に接続され、電力を消費して稼動する補機を備え、前記制御部は、前記駆動モータと前記補機とのうち少なくとも一方に前記二次電池から電力を放電させてもよい。

本発明の形態は、燃料電池システムに限るものではなく、例えば、電力を動力源とする車両および船舶などに搭載される燃料電池システム、車両そのもの、船舶そのものなどの種々の形態に適用することも可能である。また、これらを実現するコンピュータプログラムなどの態様で実現することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

第１実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。アクセルが減速指示を受け付けてから駆動モータが回生運転を終了するまでの状態変化を例示したタイミングチャートである。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、駆動モータ２２０で駆動する車両の電源として搭載されている。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料電池用コンバータ１１０と、二次電池１２０と、二次電池用コンバータ１３０と、補機１４０と、モータ用インバータ１５０と、制御部１６０とを備える。

燃料電池１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するユニットである。燃料電池１００は、単セルを複数積層して形成される。単セルは、それぞれが単体でも発電可能な発電要素であり、電解質膜を有する膜電極接合体の両面にガス拡散層が配された膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体の両外側に配置されるセパレータと、を有する。電解質膜は、内部に水分を包含した湿潤状態のときに良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。燃料電池１００は、種々の型を適用可能であるが、本実施形態では、固体高分子型を用いている。燃料電池１００は、燃料電池用コンバータ１１０と電気的に接続されている。

燃料電池用コンバータ１１０は、昇圧型のコンバータ装置であり、燃料電池１００の出力電圧を目標の電圧まで昇圧する昇圧動作を行う。燃料電池用コンバータ１１０は、図示しないリアクトルおよびスイッチング素子を有し、リアクトルへの通電制御をスイッチング素子を用いて行う。スイッチング素子がオンの時にリアクトルに蓄積された磁気エネルギーは、スイッチング素子がオフの際に誘導電圧となり、燃料電池１００の出力電圧に重ねて出力されるために昇圧が実現される。このように、燃料電池用コンバータ１１０は、燃料電池１００の出力電力の変換のためにスイッチングを行う。燃料電池用コンバータ１１０は、高圧直流配線ＤＣＨを介してモータ用インバータ１５０と電気的に接続されている。

二次電池１２０は、燃料電池１００とともに燃料電池システム１０の電力源として機能する。本実施形態では、二次電池１２０は、リチウムイオン電池によって構成される。他の実施形態では、二次電池１２０は、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池など他の種類の電池であってもよい。二次電池１２０は、低圧直流配線ＤＣＬを介して、二次電池用コンバータ１３０と電気的に接続されている。

二次電池用コンバータ１３０は、昇降型のコンバータ装置であり、燃料電池用コンバータ１１０と類似の構成を有する。二次電池用コンバータ１３０は、高圧直流配線ＤＣＨを介して、燃料電池用コンバータ１１０とモータ用インバータ１５０と電気的に接続されている。二次電池用コンバータ１３０は、モータ用インバータ１５０の入力電圧である高圧直流配線ＤＣＨにおける電圧を調整し、二次電池１２０の充放電を制御する。

二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池用コンバータ１１０からの出力電力が目標出力電力に対して不足する場合には、二次電池１２０に放電させる。一方、二次電池用コンバータ１３０は、駆動モータ２２０において回生電力が発生する場合には、当該回生電力を変換して低圧直流配線ＤＣＬ側に出力する。また、二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池１００の出力電力を変換して低圧直流配線ＤＣＬ側に出力することもできる。なお、二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池用コンバータ１１０とは異なる構成を有していてもよい。

補機１４０は、燃料電池１００の運転に使用される補機である。補機１４０は、電力を消費して稼動する。補機１４０には、例えば、燃料電池１００にカソードガスとしての空気を供給するためのエアコンプレッサ、アノードガスとしての水素を循環させるための水素循環ポンプ、燃料電池１００を冷却する冷却装置、燃料電池１００に供給されるガスを加湿するための加湿装置等が含まれる。補機１４０は、低圧直流配線ＤＣＬに電気的に接続されている。

モータ用インバータ１５０は、燃料電池１００および二次電池１２０から高圧直流配線ＤＣＨを介して直流で供給される電力を三相交流の電力に変換する。モータ用インバータ１５０は、駆動モータ２２０と電気的に接続し、三相交流電力を駆動モータ２２０に供給する。また、モータ用インバータ１５０は、駆動モータ２２０において発生する回生電力を直流電力に変換して高圧直流配線ＤＣＨに出力する。

制御部１６０は、燃料電池システム１０に備えられた各種センサから出力される信号を受信し、受信した信号を利用して燃料電池システム１０の各部の動作を制御する。制御部１６０は、ＰＭ−ＥＣＵ１６２と、ＭＧ−ＥＣＵ１６４とを備える。

ＰＭ−ＥＣＵ１６２は、ＭＧ−ＥＣＵ１６４を含む各種制御部（図示しない）の動作を統括して制御する統括制御部である。ＰＭ−ＥＣＵ１６２は、後述するアクセル２１０が受け付けた車両の速度の調節指示を示す信号を、ＭＧ−ＥＣＵ１６４に対して送信する。

ＭＧ−ＥＣＵ１６４は、高電圧ユニット制御部である。ＭＧ−ＥＣＵ１６４は、ＰＭ−ＥＣＵ１６２から受信した車両の速度の調節指示を示す信号に応じて、二次電池用コンバータ１３０およびモータ用インバータ１５０の動作を制御する。

燃料電池システム１０を搭載した車両は、アクセル２１０と、駆動モータ２２０とを備える。アクセル２１０は、燃料電池システム１０が搭載された車両の運転者より車両の速度の調節指示を受け付ける。制御部１６０は、アクセル２１０から出力された調節指示を示す信号を受信し、駆動モータ２２０による車両の駆動を調節する。

駆動モータ２２０は、燃料電池１００および二次電池１２０から電力を供給されて駆動する電動機である。駆動モータ２２０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けると、回生運転に移行するまでの間、トルクを減少させる。本実施形態では、駆動モータ２２０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けたのちアクセル開度がゼロになってから一定時間経過すると、力行運転から回生運転に移行する。アクセル開度とは、アクセル２１０の全可動範囲に対する実際の操作量の割合（％）をいう。他の実施形態では、駆動モータ２２０は、トルクが設定値以下になったときに、力行運転から回生運転に移行してもよい。

図２は、燃料電池システム１０が搭載された車両において、アクセル２１０が減速指示を受け付けてから駆動モータ２２０が回生運転を終了するまでの状態変化を例示したタイミングチャートである。図２には、アクセル２１０におけるアクセル開度と、駆動モータ２２０におけるモータトルクと、燃料電池１００が出力する出力電力と、二次電池１２０が放電する放電電力と、二次電池１２０の電圧と、二次電池用コンバータ１３０における電力損失と、二次電池１２０の充電率と、の時系列変化が示されている。

本実施形態では、二次電池用コンバータ１３０における電力損失は、制御部１６０に予め格納されたマップ値によって算出される。他の実施形態では、二次電池用コンバータ１３０における電力損失は、実験によって求められた推定式に基づいて算出されてもよい。

二次電池１２０の充電率とは、二次電池１２０が充電できる充電容量に対する充電残量の比率を意味する。

図２のタイミングｔ０からタイミングｔ１の間において、燃料電池システム１０が搭載された車両の運転者は、一定のアクセル開度を維持している。このため、モータトルクおよび燃料電池１００の出力電力は一定である。二次電池１２０から電力は放電されていないため、二次電池１２０の電圧および充電率に変化はない。図２のタイミングｔ０からタイミングｔ１の間において、二次電池１２０の充電率は、予め設定された値以上である。本実施形態では、二次電池１２０の充電率における予め設定された値は、７０％である。他の実施形態では、二次電池１２０の充電率における予め設定された値は、７０％より高くてもよいし低くてもよい。

図２のタイミングｔ１からタイミングｔ２の間において、燃料電池システム１０が搭載された車両の運転者からの減速指示をアクセル２１０が受け付けることによって、モータトルクが減少する。運転者によるアクセル２１０への減速指示は、運転者がアクセル開度を減少させていくことにより実施される。このとき、制御部１６０は、燃料電池用コンバータ１１０を制御することによって、燃料電池１００の出力電力の量を、減速指示に応じた減少量以上に減少させる。図２の燃料電池出力電力におけるタイミングｔ１からタイミングｔ２の間の破線は、減速指示に応じた燃料電池１００の出力電力の減少量を示している。

図２のタイミングｔ１において、燃料電池システム１０が搭載された車両の運転者からの減速指示をアクセル２１０が受け付けたとき、二次電池１２０の充電率が予め設定された値以上であるため、制御部１６０は、二次電池用コンバータ１３０を制御することによって、二次電池１２０から駆動モータ２２０に電力を放電させる。図２のタイミングｔ１からタイミングｔ２の間において、燃料電池１００の出力電力の減少量のうち、減速指示に応じた燃料電池１００の出力電力の減少量以上に減少させられた電力量の分は、二次電池１２０から放電されることによって補われる。このため、図２のタイミングｔ１からタイミングｔ２の間において、二次電池１２０が放電する電力は増加する。二次電池１２０が電力を放電することによって、二次電池１２０の電圧は低下するとともに二次電池１２０の充電率も低下する。尚、図２のタイミングｔ１からタイミングｔ２の間において、二次電池１２０は、駆動モータ２２０に加えて、補機１４０にも電力を放電してもよい。

また、図２のタイミングｔ１からタイミングｔ２の間において、二次電池１２０の電圧が低下することによって、二次電池用コンバータ１３０における電力損失が大きくなる。これは、二次電池１２０の電圧が低下することによって、二次電池用コンバータ１３０の低圧直流配線ＤＣＬ側と高圧直流配線ＤＣＨ側との間における電圧差が広がるからである。コンバータにおける電力損失は、コンバータの入力側とコンバータの出力側との電圧差が大きい程大きくなる。

図２のタイミングｔ２において、燃料電池１００から駆動モータ２２０に出力される電力は、ゼロとなる。このとき力行運転をしている駆動モータ２２０に供給される電力は、すべて二次電池１２０から放電された電力となる。

図２のタイミングｔ３において、燃料電池システム１０が搭載された車両の運転者は、アクセル開度をゼロとする。タイミングｔ３から一定時間経過したタイミングであるタイミングｔ４において、駆動モータ２２０の運転が力行運転から回生運転に移行する。

図２のタイミングｔ１からタイミングｔ４の間において、制御部１６０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けてから継続して二次電池１２０から電力が放電されたことによる二次電池用コンバータ１３０における電力損失の増加分だけ二次電池１２０から駆動モータ２２０に放電される電力の量を増加させる。二次電池は、継続した放電により内部抵抗が増加する特性をもつ。このため、二次電池１２０が継続して放電することで、二次電池１２０の充電率が低下するとともに二次電池１２０における内部抵抗が増加することにより二次電池１２０の電圧が下がる。これにより、二次電池用コンバータ１３０の低圧直流配線ＤＣＬ側と高圧直流配線ＤＣＨ側との間における電圧差が広がる。したがって、二次電池１２０から放電された電力を昇圧する二次電池用コンバータ１３０における電力損失が大きくなることから、二次電池用コンバータ１３０における電力損失の増加分だけ二次電池１２０の放電による電力の消費量をさらに増加させることができる。

図２のタイミングｔ４において、制御部１６０がモータ用インバータ１５０を制御することによって、駆動モータ２２０の運転が力行運転から回生運転に移行させると、制御部１６０は、補機１４０に稼動を開始させて、二次電池１２０から放電される電力および駆動モータ２２０の回生運転によって生じた回生電力を回生運転が終了するまで補機１４０に供給させる。このとき、制御部１６０は、二次電池１２０からの電力の放電を力行運転から連続して行わせる。また、制御部１６０は、二次電池用コンバータ１３０を制御することによって、駆動モータ２２０から補機１４０に回生電力を供給させる。

図２のタイミングｔ４以降において、二次電池用コンバータ１３０における電力損失は大きくなる。これは、二次電池１２０が力行運転から連続して放電することで、二次電池１２０の充電率が低下するとともに二次電池１２０における内部抵抗が増加することにより二次電池１２０の電圧が下がることによって、二次電池用コンバータ１３０の二次電池１２０側と駆動モータ２２０側との間における電圧差が広がるからである。したがって、回生電力を降圧して低圧直流配線ＤＣＬ側に送る二次電池用コンバータ１３０における電力損失が大きくなる。

図２のタイミングｔ４において稼動された補機１４０が要求する電力が一定である場合、時間の経過とともに二次電池１２０の電圧が下がることで二次電池用コンバータ１３０の電力損失が大きくなる。このため、補機１４０に供給される電力のうち回生電力の占める割合は減少することから、回生電力の割合が減少した分だけ二次電池１２０の放電による電力の消費量を増加させることができる。

図２のタイミングｔ４以降において、制御部１６０は、駆動モータ２２０の回生運転が終了すると、補機１４０の稼動を停止させて、二次電池１２０からの電力供給を停止させる。尚、制御部１６０は、図２において説明した一連の処理を実行している際、燃料電池システム１０が搭載された車両の運転者からの加速指示をアクセル２１０が受け付けた場合には、図２において説明した一連の処理を実行中であっても強制終了する。

以上説明した実施形態によれば、アクセル２１０が減速指示を受け付けた場合に、トルクを減少させつつ回生運転に移行するまでの力行運転において、二次電池１２０から電力を放電できる。このとき、二次電池１２０の放電により二次電池１２０の電圧が下がることによって二次電池用コンバータ１３０の低圧直流配線ＤＣＬ側と高圧直流配線ＤＣＨ側との間における電圧差が広がり、二次電池用コンバータ１３０における電力損失が大きくなるため、二次電池１２０から電力が放電される対象に駆動モータ２２０が含まれている第１実施形態では、二次電池用コンバータ１３０における電力損失の増加分だけ二次電池１２０の放電による電力の消費量を増加させることができる。このように、二次電池１２０から電力を放電させることによって、二次電池１２０の充電率を下げて、二次電池１２０に回生電力を充電できる空き容量を増やすことができるため、回生電力を消費するために補機１４０を稼動させる頻度が増加することを抑制できる。アクセル２１０が減速指示を受け付けた場合に、トルクを減少させつつ実行される力行運転においては、燃料電池１００から出力される電力のみで駆動モータ２２０から要求される電力量を満たすことができるが、本実施形態では、敢えて燃料電池１００の出力電力の量を減速指示に応じた減少量以上に減少させることにより、減速指示に応じた燃料電池１００の出力電力の減少量以上に減少させた電力量の分を二次電池１２０から放電させることによって、二次電池１２０が放電する機会を増やしている。

また、第１実施形態では、制御部１６０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けてから継続して二次電池１２０から電力が放電されたことによる二次電池用コンバータ１３０における電力損失の増加分だけ二次電池１２０から駆動モータ２２０に放電される電力の量を増加させる。このため、二次電池１２０が継続して放電することで、二次電池１２０の充電率が低下するとともに二次電池１２０における内部抵抗が増加することにより二次電池１２０の電圧が下がるため、二次電池用コンバータ１３０の低圧直流配線ＤＣＬ側と高圧直流配線ＤＣＨ側との間における電圧差が広がる。このため、二次電池１２０から放電された電力を昇圧する二次電池用コンバータ１３０における電力損失が大きくなることから、二次電池用コンバータ１３０における電力損失の増加分だけ二次電池１２０の放電による電力の消費量をさらに増加させることができる。

また、第１実施形態では、駆動モータ２２０の運転が力行運転から回生運転に移行すると、制御部１６０は、二次電池１２０からの電力の放電を力行運転から連続して行わせるとともに、二次電池１２０から放電される電力および駆動モータ２２０の回生運転によって生じた回生電力を回生運転が終了するまで補機１４０に供給させる。このため、二次電池１２０が連続して放電することで、二次電池１２０の充電率が低下するとともに二次電池１２０における内部抵抗が増加することにより二次電池１２０の電圧が下がるため、二次電池用コンバータ１３０の低圧直流配線ＤＣＬ側と高圧直流配線ＤＣＨ側との間における電圧差が広がる。このため、回生電力を降圧する二次電池用コンバータ１３０における電力損失が大きくなり、補機１４０に供給される電力のうち回生電力の占める割合が時間の経過とともに減少する。したがって、二次電池１２０の放電による電力の消費量を増加させることができる。このため、回生電力を消費させるために補機１４０を稼動させている間に、二次電池１２０の充電率を下げることができ、二次電池１２０に回生電力を充電できる空き容量を増やすことができる。したがって、回生電力を消費するために補機１４０を稼動させる頻度が増加することを抑制できる。言い換えれば、回生電力を消費させるために補機１４０を稼動させている間において、二次電池１２０が放電する機会を設けることによって二次電池１２０に回生電力を充電できる空き容量をつくる機会を増やすことができる。このため、回生電力を二次電池１２０に充電させる頻度を増やせることから、回生電力を消費するために補機１４０を稼動させる頻度が増加することを抑制できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
第１実施形態における燃料電池システム１０では、回生運転およびアクセル２１０が減速指示を受けてから回生運転に移行するまでの間における力行運転のいずれにおいても、二次電池１２０から放電をさせていたが、本発明はこれに限られない。例えば、燃料電池システム１０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けてから駆動モータ２２０がトルクを減少させつつ力行運転をしているときのみ二次電池１２０から放電させ、駆動モータ２２０が回生運転をしているときは、二次電池１２０には放電させずに回生電力を充電させてもよい。

Ｂ２．変形例２：
第１実施形態における燃料電池システム１０では、図２のタイミングｔ１においてアクセル２１０が減速指示を受け付ける前の駆動モータ２２０に対して、二次電池１２０は電力を放電していないが、本発明はこれに限られない。例えば、二次電池１２０は、アクセル２１０が減速指示を受け付ける前においても、駆動モータ２２０に対して、燃料電池１００が出力する電力だけでは不足する分の電力を補って放電してもよい。この場合、アクセル２１０が減速指示を受け付ける前後において、二次電池１２０からの放電は継続される。また、このとき、二次電池１２０は、駆動モータ２２０に加えて、補機１４０にも電力を放電してもよい。

Ｂ３．変形例３：
第１実施形態における燃料電池システム１０では、駆動モータ２２０の回生運転によって生じた回生電力は補機１４０に供給されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、二次電池用コンバータ１３０とモータ用インバータ１５０との間を接続する配線に電気的に接続されるエアコンプレッサを備える燃料電池システムにおいては、回生電力は、補機１４０に供給されるとともにエアコンプレッサに供給されることによって消費されてもよい。

第１実施形態における燃料電池システム１０では、二次電池１２０の充電率が予め設定された値以上であるときにアクセル２１０が減速指示を受け付けた場合、制御部１６０は、二次電池１２０から電力を放電させていたが、本発明はこれに限られない。例えば、燃料電池システム１０は、二次電池１２０の充電可能電力が予め設定された値以下であるときにアクセル２１０が減速指示を受け付けた場合、二次電池１２０から電力を放電させてもよい。二次電池１２０の充電可能電力とは、二次電池１２０が充電できる充電容量に対する充電可能量の比率を意味する。例えば、二次電池１２０の充電率が７０％である場合、二次電池１２０の充電可能電力は、３０％である。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…燃料電池用コンバータ
１２０…二次電池
１３０…二次電池用コンバータ
１４０…補機
１５０…モータ用インバータ
１６０…制御部
２１０…アクセル
２２０…駆動モータ
ＤＣＨ…高圧直流配線
ＤＣＬ…低圧直流配線

Claims

車両に搭載される燃料電池システムであって、
反応ガスを用いて発電する燃料電池と、
電力の充電および放電が可能な二次電池と、
前記車両を駆動する駆動モータと前記二次電池との間に電気的に接続され、前記駆動モータと前記二次電池との間における電圧の変換を行うコンバータと、
前記燃料電池システムを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記二次電池の充電率が予め設定された値以上であるときに前記車両の速度の調節指示を受け付けるアクセルが減速指示を受け付けた場合、もしくは、前記二次電池の充電可能電力が予め設定された値以下であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた場合、前記駆動モータがトルクを減少させつつ、回生運転に移行するまでの力行運転の間に、前記二次電池から電力を放電させ、
前記制御部は、前記減速指示に応じた要求電力量の減少量よりも多く前記燃料電池の出力電力量を減少させることにより、前記二次電池から電力を放電させる、燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記二次電池の充電率が予め設定された値以上であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた場合、もしくは、前記二次電池の充電可能電力が予め設定された値以下であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた場合、前記減速指示を受け付けてから継続して前記二次電池から電力が放電されたことによる前記コンバータにおける電力損失の増加分だけ前記二次電池から前記駆動モータに放電される電力の量を増加させる、燃料電池システム。
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記二次電池と前記コンバータとの間を接続する直流配線に接続され、電力を消費して稼動する補機を備え、
前記制御部は、前記二次電池の充電率が予め設定された値以上であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた後、もしくは、前記二次電池の充電可能電力が予め設定された値以下であるときに前記アクセルが減速指示を受け付けた後、前記駆動モータの運転がトルクを減少させつつ実行される前記力行運転から前記回生運転に移行した場合、前記二次電池からの電力の放電を前記力行運転から連続して行わせるとともに、前記二次電池から放電される電力および前記回生運転によって生じた回生電力を前記回生運転が終了するまで前記補機に供給させる、燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記二次電池と前記コンバータとの間を接続する直流配線に接続され、電力を消費して稼動する補機を備え、
前記制御部は、前記駆動モータと前記補機とのうち少なくとも一方に前記二次電池から電力を放電させる、燃料電池システム。