(57)【要約】【課題】より信頼性を高めた燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１０と、蓄電装置４０に接続された直流電圧レギュレータ５０とが、走行用の電動機７０の駆動回路６０に並列に接続された燃料電池システムであって、エアコンプレッサ７００が走行用の電動機７０で駆動され、エアコンプレッサ７００から燃料電池１０に供給する空気量を調整する三方弁９５を備えるとともに、三方弁９５から余剰空気を排気管９０に排気するように構成され、制御装置は三方弁９５の開度を調整することにより、燃料電池１０の発電量を制御する。【選択図】図３
2010259276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、蓄電装置に接続された直流電圧レギュレータとが、走行用の電動機の駆動回路に並列に接続された燃料電池システムであって、
エアコンプレッサが走行用の電動機で駆動され、エアコンプレッサから燃料電池に供給する空気量を調整する三方弁を備えるとともに、三方弁から余剰空気を排気管に排気するように構成されている燃料電池システム。
【請求項２】
エアコンプレッサが蓄電装置から給電されるエアコンプレッサ用の電動機と駆動連結されるとともに、クラッチ機構を介して走行用の電動機と駆動連結され、エアコンプレッサ用の電動機の故障時に、クラッチ機構を閉じて走行用の電動機でエアコンプレッサを駆動するように構成されている請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池と、蓄電装置に接続された直流電圧レギュレータとが、走行用の電動機の駆動回路に並列に接続された燃料電池の制御装置であって、
走行用の電動機の停止中に、電動機により駆動されるエアコンプレッサから燃料電池への空気供給経路に備えた弁を開放する待機制御処理と、
走行用の電動機の駆動中に、燃料電池の出力電圧が所定の目標電圧となるように弁の開度を調整する発電制御処理と、を実行する制御部と、
制御部が各処理を実行する際に必要な情報を記憶する記憶部と、
を備えている燃料電池の制御装置。
【請求項４】
燃料電池と、蓄電装置に接続された直流電圧レギュレータとが、走行用の電動機の駆動回路に並列に接続された燃料電池の制御装置であって、
エアコンプレッサが蓄電装置から給電されるエアコンプレッサ用の電動機と駆動連結されるとともに、クラッチ機構を介して走行用の電動機と駆動連結される駆動連結機構に対して、
制御部は、
エアコンプレッサ用の電動機が正常時にクラッチ機構を開放して、燃料電池の出力電圧が所定の目標電圧になるように、エアコンプレッサ用の電動機を駆動制御する通常発電制御処理を実行し、
エアコンプレッサ用の電動機が故障時にクラッチ機構を閉じて、前記発電制御処理を実行する請求項３記載の燃料電池の制御装置。
【請求項５】
燃料電池と、蓄電装置に接続された直流電圧レギュレータとが、走行用の電動機の駆動回路に並列に接続された燃料電池の制御方法であって、
走行用の電動機の停止中に、電動機により駆動されるエアコンプレッサから燃料電池への空気供給経路に備えた弁を開放する待機制御処理と、
走行用の電動機の駆動中に、燃料電池の出力電圧が所定の目標電圧になるように弁の開度を調整する発電制御処理と、を実行する燃料電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と、蓄電装置に接続された直流電圧レギュレータとが、走行用の電動機の駆動回路に並列に接続された燃料電池システム、燃料電池の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１及び図２に示すように、燃料電池１０による発電電力で走行用の電動機７０を駆動する燃料電池システムには、燃料電池１０から駆動回路であるインバータ６０への給電線２０に、直流電圧レギュレータとしてのＤＣ−ＤＣコンバータ５０を介して蓄電装置４０が並列に接続されている。
【０００３】
このような燃料電池システムには、燃料電池１０に供給する燃料ガス及び反応ガスの供給量を調整して、燃料電池１０による発電電圧Ｖｆｃを調整するとともに、蓄電装置４０の出力電圧ＶｂをＤＣ−ＤＣコンバータ３０により所定電圧Ｖｃに調整することにより、燃料電池１０または蓄電装置４０の電力の何れかにより電動機７０を駆動するように制御する制御部８０が設けられている。
【０００４】
燃料電池１０による発電電圧Ｖｆｃは、燃料ガスである水素ガス及び反応ガスである空気の燃料電池１０への供給量により調整される。
【０００５】
そのために、制御部８０は、給電線２０に接続されたエアコンプレッサ用のインバータ６１を介してエアコンプレッサ用の電動機７１の回転数を調整することにより空気供給量を制御し、燃料ガスタンク４００に設けたインジェクタ５００を制御することにより水素ガスの供給量を調整する。
特許文献１には、制御部が、燃料電池が起動されていない場合、車両が回生運転中である場合、燃料電池が間欠運転中である場合等に、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池の出力端子電圧をＯＣＶに設定する燃料電池システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２７１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の燃料電池システムでは、蓄電装置から給電されるエアコンプレッサ用のインバータや電動機を搭載する必要があり、エアコンプレッサ用のインバータや電動機が故障すると、燃料電池を適正に制御できなくなるため、信頼性の向上等のためにさらなる改良が望まれていた。
【０００８】
本発明の目的は、より信頼性を高めた燃料電池システム、燃料電池の制御装置及び制御方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明による燃料電池システムの特徴構成は、燃料電池と、蓄電装置に接続された直流電圧レギュレータとが、走行用の電動機の駆動回路に並列に接続された燃料電池システムであって、エアコンプレッサが走行用の電動機で駆動され、エアコンプレッサから燃料電池に供給する空気量を調整する三方弁を備えるとともに、三方弁から余剰空気を排気管に排気するように構成されている点にある。
【００１０】
上述の構成によれば、エアコンプレッサ用のインバータや電動機に替えて、走行用の電動機でエアコンプレッサが駆動され、三方弁の開度が調整されることにより燃料電池へ供給される空気量が調整される。このとき開度調整により発生する余剰空気は三方弁から排気管に排気される。
【００１１】
このような構成を備えることにより、高価なインバータや電動機等の比較的寿命の短い電気部品に替えて、丈夫な機械部品でエアコンプレッサ等を駆動できるので、信頼性を向上させることができるようになる。さらにはこれらの部品が占有する空間が開放されるため、他の部品の配置の自由度を向上させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明した通り、本発明によれば、より信頼性を高めた燃料電池システムを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の燃料電池システムを搭載した車両の簡略図
【図２】従来の燃料電池システムのブロック構成図
【図３】本発明による燃料電池システムを搭載した車両の簡略図
【図４】本発明による燃料電池システムのブロック構成図
【図５】本発明による燃料電池システムにおける車両の走行制御時の燃料電池の制御を示すタイミングチャート
【図６】本発明の別実施形態による燃料電池システムを搭載した車両の簡略図
【図７】本発明の別実施形態による燃料電池システムのブロック構成図
【図８】電動機の故障判定を説明するための説明図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明による燃料電池システム、制御装置、及び制御方法について説明する。
【００１５】
図３及び図４に示すように、燃料電池１０が搭載された車両には、燃料電池１０と、蓄電装置４０に接続された直流電圧レギュレータとしてのＤＣ−ＤＣコンバータ５０とが、三相交流同期回転機で構成される走行用の電動機７０の駆動回路であるインバータ６０に並列に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０及びインバータ６０を制御する制御部８が搭載されている。
【００１６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５０からインバータ６０への給電線２０に、リレー１１を介して燃料電池１０が接続され、蓄電装置４０とＤＣ−ＤＣコンバータ５０の間にシステムメインリレー３０が介装されている。
【００１７】
インバータ６０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０または燃料電池１０から供給される直流電力を交流電力に変換して、電動機７０へ供給し、或は、回生制動された電動機７０で発電された交流電力を直流電力に変換してＤＣ−ＤＣコンバータ５０へ供給する。
【００１８】
燃料電池１０は、燃料ガスとしての水素ガスが供給されるアノード電極と、反応ガスとしての空気が供給されるカソード電極と、両電極に挟まれた高分子電解質膜を備えた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly）が、燃料ガスをアノード電極に誘導するアノードセパレータと、酸化ガスをカソード電極に誘導するカソードセパレータを介して複数積層されている。
【００１９】
燃料ガスタンク４００からインジェクタ５００を介してアノードセパレータに供給された水素ガスが、高分子電解質膜の電極に設けた触媒作用により水素イオンと電子に分解され、高分子電解質膜を移動した水素イオンが、カソードセパレータに供給された酸素と反応して水が生成され、アノード電極で発生した電子が外部回路であるインバータ６０に供給される。
【００２０】
アノードセパレータに供給された水素ガスのうち、未反応の水素ガスが循環経路に配置されたポンプを介して再度アノードセパレータに供給されるように構成され、エアコンプレッサ７００を介して吸引された空気がカソードセパレータに供給されるように構成されている。
【００２１】
エアコンプレッサ７００は、ギア８０，８１を介して走行用の電動機７０で駆動され、エアコンプレッサ７００から燃料電池１０に供給する空気量を調整する三方弁９５を備えるとともに、三方弁９５から余剰空気を排気管９０に排気するように構成されている。
【００２２】
三方弁９５が制御されることにより、エアコンプレッサ７００から燃料電池１０へ供給する空気の流量を調整し、燃料電池１０による発電を制御する。
【００２３】
制御部８には、ＣＰＵ８０と、ＣＰＵ８０で実行される制御プログラムや制御データが格納されたＲＯＭ８１と、ＣＰＵ８０のワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ８２と、バッファやドライバ等の入出力回路等を備えている。
【００２４】
制御部８にはイグニッションスイッチＩＧＳＷ、アクセルペダルの操作量を検知するポテンショメータ、蓄電装置４０の出力電圧Ｖｂを検知する電圧センサと、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃを検知する電圧センサ等のスイッチやセンサ信号が入力され、制御部８からシステムメインリレー３０、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０、インバータ６０等への制御信号が出力される。
【００２５】
制御部８は、運転者によるイグニッションスイッチＩＧＳＷのオン操作に対応して、低圧の蓄電装置から制御用の電力を給電するための電源リレーをオンするとともに、スタータスイッチＳＴＳＷのオン操作に対して、走行制御を開始し、運転者によるアクセルペダルの操作量に基づいて、所定の演算式により目標トルクである車両の走行トルクを算出し、算出した目標トルクで電動機７０が駆動されるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０及びインバータ６０を制御する。
【００２６】
制御部８は、蓄電装置４０の出力電圧ＶｂとＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃが入力され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃが目標電圧となるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０にＰＷＭ信号を出力して制御する。
【００２７】
さらに、制御部８には燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃを検知する電圧センサ等のセンサ信号が入力され、出力電圧Ｖｆｃが所定の電圧値となるように、制御部８からリレー１１、インジェクタ５００、三方弁９５等に制御信号が出力される。
【００２８】
制御部８は、蓄電装置４０の出力電圧Ｖｂと、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃ、及び燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃをモニタして、出力電圧Ｖｃ、及び出力電圧Ｖｆｃがそれぞれ所定の電圧となるように制御するフィードバック制御をする。
【００２９】
上述したスイッチやセンサ信号などの入力情報、及び制御信号などの出力情報は、制御部８が実行する車両の走行制御、並びに後述する待機制御処理、発電制御処理、故障検知処理などの各処理を実行する際に必要な情報として記憶部であるＲＡＭ８２に記憶される。
【００３０】
電磁駆動式の三方弁９５は、エアコンプレッサ７００から燃料タンク１０に反応ガスが供給される空気供給経路９１と、余剰反応ガスを排気する排気管９０の２経路を切り替え可能な弁を備え、また、制御部８からの制御信号に基づいて弁の開度を制御するアクチュエータなどを備える。
【００３１】
制御部８は、制御信号を出力することにより、三方弁９５の弁の開度を調整して燃料電池１０に供給される反応ガスの流量を制御する。
【００３２】
例えば、制御部８は、排気管９０への経路を閉じて、空気供給経路９１の経路を開放するように弁を調整することによって燃料電池１０に反応ガスを供給し、排気管９０への経路を開放し、空気供給経路９１の経路を閉じるように弁を調整することによって、反応ガスを排気管９０から排気するように制御する。
【００３３】
また、例えば、燃料電池１０への反応ガスの流量を減少させるには、制御部８から弁の開度を小さくするように示す制御信号を出力することにより、空気供給経路９１への経路に対する弁の開度を小さくして反応ガスの流量を調整する。
【００３４】
三方弁９５に備えた弁の開度を指定するには、パルス信号のデューティ比に割り付けることで弁の開度を指定すればよい。例えば、空気供給経路９１への経路に対する弁の開度が全開のときをデューティ比１００％、空気供給経路９１への経路が閉じているときをデューティ比０％に割り当てて、弁の開度を指定すればよく、適宜設定可能である。
【００３５】
以下、本発明の実施形態における制御部８が実行する車両の走行制御を図３から図５に基づいて説明する。
【００３６】
イグニッションスイッチＩＧＳＷが投入されると、制御部８は、低圧の蓄電装置から車両を制御するブレーキ制御装置等の他の制御装置に制御用の電力を供給するために電源リレーを閉じ、時刻Ｔ１でスタータスイッチＳＴＳＷが操作されると、システムメインリレー３０を閉じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０にＰＷＭ信号を出力し、その出力電圧を所定の電圧に昇圧する。
【００３７】
本発明では、例えば、蓄電装置４０の出力電圧Ｖｂが３００Ｖに設定され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃが最大４００Ｖに昇圧される。また、燃料電池１０の開放端子電圧が最大で４００Ｖに設定されている。
【００３８】
このとき、三方弁９５の弁は、空気供給経路９１の経路を閉じて排気管９０の経路が開放され、反応ガスは排気管９０を介して排気されており、経路９１ｂに残存する反応ガスと、燃料ガス供給経路９２に残存する燃料ガスが燃料電池１０に供給されることによって発電して、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが徐々に上昇する。
【００３９】
エアコンプレッサ７００は、走行用の電動機７０と駆動連結されて、燃料電池１０への反応ガスの供給量である空気供給量が制御されるため、走行用の電動機７０が駆動していない間は、駆動しない。また、燃料電池１０にエアコンプレッサ７００からの空気を供給するための空気供給経路９１（経路９１ａ，９１ｂ）への経路が閉じられ、走行用の電動機７０が停止中には排気管９０から排気されるように弁が開放されているのである。
【００４０】
つまり、制御部８は、走行用の電動機７０の停止中に、電動機７１により駆動されるエアコンプレッサ７００から燃料電池１０への空気供給経路９１に備えた弁を開放する待機制御処理を実行するのである。
【００４１】
時刻Ｔ２で、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０が所定電圧に昇圧されると、インジェクタ５００を制御して、燃料電池１０に燃料ガスの供給を開始して、制御部８は、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが所定の目標電圧になるように制御する。
【００４２】
時刻Ｔ３で、アクセルペダルが操作され電動機７０の回転数が上昇すると、電動機７０と駆動連結されたエアコンプレッサ７００の回転数も上昇するが、電動機７０の駆動直後は燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが充分に上昇していないため、電動機７０は蓄電装置４０の電力が供給されることにより駆動する。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃは、燃料電池１０の電力が給電線２０に供給されないように、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃよりも高く設定しておく必要がある。
【００４３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃが所定の電圧より低下する、即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃが燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃと略等しい４００Ｖまたは僅かに小さい電圧になる時刻Ｔ４で、制御部８は、リレー１１を閉じて給電線２０に電力を供給する。燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが上昇してからリレー１１を閉じるのは、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０から燃料電池１０に大電流が流入してリレー１１が破損するのを回避するためである。
【００４４】
つまり、制御部８は、空気供給経路９１の経路に対する弁の開度を調節して、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが所定の目標電圧になると、リレー１１を閉じて給電線２０に電力を供給する。ここで、所定の目標電圧は、燃料電池１０から給電線２０に適正な電力が供給されるような電圧に適宜設定される。
【００４５】
このように、制御部８は、走行用の電動機７０の駆動中に、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが所定の目標電圧になるように弁の開度を調整する発電制御処理を実行するのである。
【００４６】
燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが、所定の目標電圧になったことが確認されると、制御部８は、インバータ６０をフィードバック制御して、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃを燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃと略等しい、若しくは僅かに低くする等価電圧制御を実行する。
【００４７】
つまり、制御部８は、運転者によるアクセルペダルの操作量を、ポテンショメータを介して検知し、当該操作量に基づいて、所定の演算式により車両の走行トルクを算出し、算出したトルクで電動機７０が駆動されるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０及びインバータ６０を制御する。
【００４８】
アクセルペダルが操作され、大きなトルクが必要な場合は、制御部８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０をＰＷＭ制御してその出力電圧Ｖｃを昇圧し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｆｃの不足分を蓄電装置４０から補い、その値に対応した等価電圧制御を実行する。
【００４９】
時刻Ｔ４からＴ６に示すように、アクセルペダルの操作量が一定の安定走行時に、制御部８は、燃料ガスの供給量に対する酸化ガスの供給量の比を示すストイキ比と、現在のエアコンプレッサ７００の回転数により三方弁９５に備えた弁の開度を調整して、最適な反応ガスの供給量となるように制御するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０をＰＷＭ制御して、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃに対応した等価電圧制御をＤＣ−ＤＣコンバータ５０に対して実行する。
【００５０】
例えば、制御部８は、エアコンプレッサ７００から燃料電池１０への反応ガスの供給量が過多であると判断すると、三方弁９５から余剰空気を排気管９０に排気して最適な反応ガスの供給量となるように、空気供給経路９１への経路を一時的に閉じて排気管９０に反応ガスを排気するように弁を制御してもよいし、排気管９０と空気供給経路９１の両経路に反応ガスが流通され、空気供給経路９１への反応ガスの流量が減少するように弁の開度を調整してもよい。
【００５１】
燃料電池１０から給電線２０に電力が供給され、燃料電池１０の出力電圧Ｖｃが徐々に低下すると、制御部８は、それに応じてＤＣ−ＤＣコンバータ５０をＰＷＭ制御して、燃料電池１０の出力電圧Ｖｃに対応した出力電圧Ｖｃとなるように等価電圧制御を実行する。
【００５２】
時刻Ｔ６で車両が減速を開始すると、つまり、アクセルペダルの操作量が減少すると、電動機７０の回転が減少するとともに、電動機７０に駆動連結されたエアコンプレッサ７００の回転数も減少する。
【００５３】
車両の速度が減速することにより、燃料電池１０から供給される電力が減少し、一定の燃料ガスの供給量で発電されるとともに、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが徐々に上昇して、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃの等価電圧制御が実行される。
【００５４】
時刻Ｔ７でアクセルペダルが開放されると、電動機７０の駆動、及びエアコンプレッサ７００の駆動も停止し、制御部８は、時刻Ｔ８で待機制御処理を実行して、再び三方弁９５を開放して排気管９０から余剰反応ガスが排気されるように制御し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｆｃを燃料電池１０から電力が供給されないような所定の電圧に昇圧する。
【００５５】
電動機７０の駆動が停止するために、エアコンプレッサ７００が駆動されず、燃料電池１０に反応ガスが供給されなくなり、一定量で供給される燃料ガスと、空気供給経路９１の経路９１ｂに残存する反応ガスによってのみ発電されるため、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃは徐々に低下する。
【００５６】
このとき、電動機７０による回生制動が要求される場合には、インバータ６０を制御して電動機７０による交流の発電電圧を直流電圧に変換する。このとき、インバータ６０の出力電圧が燃料電池１０の出力電圧より高い状態となり、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０により降圧された所定の充電電圧によって蓄電装置４０が充電される。
【００５７】
時刻Ｔ９でイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフされると、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の制御を停止するとともに、燃料ガスタンク４００からの燃料ガスの供給を停止することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧Ｖｃと燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃは徐々に低下した後に収束する。
【００５８】
以上に説明したように、本発明の実施形態は、燃料電池１０と、蓄電装置４０に接続された直流電圧レギュレータ５０とが、走行用の電動機７０の駆動回路６０に並列に接続された燃料電池１０の制御方法であって、走行用の電動機７０の停止中に、電動機７０により駆動されるエアコンプレッサ７００から燃料電池１０への空気供給経路９１に備えた弁を開放する待機制御処理と、走行用の電動機７０の駆動中に、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが所定の目標電圧になるように弁の開度を調整する発電制御処理と、を実行する燃料電池の制御方法である。
【００５９】
上述の実施形態では、エアコンプレッサ７００が走行用の電動機７０のみで駆動されるように説明したが、さらにエアコンプレッサ用の電動機７１を備えた別実施形態について、以下に説明する。
【００６０】
図６及び図７に示すように、上述した実施形態の構成に加えて、燃料電池１０からインバータ６０への給電線２０に、エアコンプレッサ用のインバータ６１を介してコンプレッサ用の電動機７１が並列に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０及びインバータ６０を制御する制御部８が搭載されている。
【００６１】
図８に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、電力スイッチング素子である二つのｎｐｎ型トランジスタが直列に接続された入力側スイッチ回路と、同じく電力スイッチング素子である二つのｎｐｎ型トランジスタが直列に接続された出力側スイッチ回路と、各スイッチ回路のトランジスタの接続点に介装されたリアクトルを備えている。尚、各トランジスタは、保護用のダイオードが逆並列に接続されている。
【００６２】
インバータ６１は、互いに並列に接続されたＵ相アーム、Ｖ相アーム、及びＷ相アームを備えている。各相アームは、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを含み、各ｎｐｎ型トランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。各相アームを構成する２つのｎｐｎ型トランジスタの接続ノードが、エアコンプレッサ用の電動機７１のＵ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルの端部に夫々接続されている。
【００６３】
ｎｐｎ型トランジスタとして、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を好適に用いることができる。また、ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることも可能である。
【００６４】
電動機７１の各相には、電動機７１の各相に流れる電流を検出する電流センサ７１ａ，７１ｂ，７１ｃを備えて構成され、各電流センサ７１ａ，７１ｂ，７１ｃは電動機７１の各相に流れる電流を検出し、検出された各電流は制御部８に入力され、制御部８は所定の範囲内の電流値となっていなければ、電動機７１が故障していると判定する故障判定処理を実行する。
【００６５】
また、制御部８は、故障判定処理によって、エアコンプレッサ用の電動機７１の故障が検知されると、ＣＡＮなどの車載ネットワークを介して故障表示用の制御部に送信され、運転者の前部に設置された表示パネルに表示される。
【００６６】
エアコンプレッサ７００は、蓄電装置４０から給電されるエアコンプレッサ用の電動機７１と駆動連結されるとともに、クラッチ機構９６を介して走行用の電動機７０と駆動連結された駆動連結機構で構成されている。尚、クラッチ機構とは、駆動軸に対して駆動力の伝達状態と非伝達状態との切替を行う機構を示す。
【００６７】
クラッチ機構９６が開放されている場合は、走行用の電動機７０の駆動力がエアコンプレッサ７００に伝達されず、制御部８は、エアコンプレッサ用のインバータ６１を介してエアコンプレッサ用の電動機７１の回転数を調整することにより、反応ガスの供給量を制御して、燃料ガスタンク４００に設けたインジェクタ５００を制御することにより燃料ガスの供給量を調整する。
【００６８】
一方、クラッチ機構９６が閉じている場合に、走行用の電動機７０の駆動力がエアコンプレッサ７００にギア１００，１０１を介して伝達され、制御部８は、走行用の電動機７０によってエアコンプレッサ７００が駆動され、空気供給経路９１（経路９１ａ，９１ｂ）に反応ガスを流通するように弁を調整し、燃料電池１０への反応ガスの供給量を制御して、燃料ガスタンク４００に設けたインジェクタ５００を制御することにより燃料ガスの供給量を調整する。
【００６９】
このように、クラッチ機構９６の開閉状態に係わらず、制御部８は、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが所定の目標電圧になるように、燃料電池１０への反応ガスの供給量を制御する。
【００７０】
上述の構成により、制御部８は、エアコンプレッサ用の電動機７１の故障時に、クラッチ機構９６を閉じて走行用の電動機７０でエアコンプレッサ７００を駆動するフェールセーフ処理を実行するのである。
【００７１】
上述したように、制御部８は、エアコンプレッサ用の電動機７１が正常時にクラッチ機構９６を開放して、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが所定の目標電圧になるように、エアコンプレッサ用の電動機７１を駆動制御する通常発電制御処理を実行し、エアコンプレッサ用の電動機７１が故障時にクラッチ機構９６を閉じて、走行用の電動機７０の駆動中に、燃料電池１０の出力電圧Ｖｆｃが所定の目標電圧になるように弁の開度を調整する発電制御処理を実行するのである。
【００７２】
尚、所定の目標電圧は、燃料電池１０から給電線２０に適正な電力が供給されるような電圧に適宜設定される。
【００７３】
以上説明した通り、本発明によれば、より信頼性を高めた燃料電池システムを提供することができる。
【００７４】
上述では、燃料ガスが水素である場合について説明したが、燃料ガスに天然ガスや都市ガスなどを採用する燃料電池システムであってもよい。尚、この場合には、燃料ガス原料に含まれるメタンなどの炭化水素を改質させて水素や一酸化炭素を含む改質ガスを得るための改質装置や、一酸化炭素を除去するための一酸化炭素除去装置などを設ける必要がある。
【００７５】
上述した実施形態では、本発明による燃料電池システムが燃料電池車両に搭載される場合を例に説明したが、当該燃料電池システムは、燃料電池車両以外に燃料電池が組み込まれるシステムに適用することができることはいうまでもない。
【００７６】
上述した実施形態では、直流電圧レギュレータがＤＣ−ＤＣコンバータで構成される場合を説明したが、他の方式の公知の直流電圧レギュレータで構成されるものであってもよい。
【００７７】
尚、上述した実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７８】
８：制御部
１０：燃料電池
２０：給電線
４０：蓄電装置
５０：直流電圧レギュレータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
６０：駆動回路（インバータ）
７０：走行用の電動機
７１：エアコンプレッサ用の電動機
８０：ＣＰＵ
８２：記憶部（ＲＡＭ）
９１：空気供給経路
９５：三方弁
９６：クラッチ機構
７００：エアコンプレッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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