(57)【要約】【課題】  コンバータを介さずに２次電池に充放電でき、充放電効率を向上させることにより、より一層エネルギ効率の向上を図った燃料電池システムを提供する。【解決手段】  電源系に燃料電池１、キャパシタ２および２次電池３を有する燃料電池システムにおいて、２次電池３を、燃料電池１とキャパシタ２が並列接続される配線１０に対してリレースイッチ（スイッチング手段）７を介して並列接続した構成とし、制御部２０の接続オン演算部２２により、キャパシタ２および２次電池３の状態に基づきリレースイッチ７の接続をオンさせ、接続オフ演算部２３により、２次電池３の状態に基づきリレースイッチ７の接続をオフさせる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を駆動するモータと、
前記モータに供給する電力を変換するインバータと、
前記モータに電力を供給する配線に対して並列に接続される燃料電池、キャパシタおよび２次電池と、
前記２次電池と前記配線との間の接続をオン／オフするスイッチング手段と、
前記インバータに電力を供給する配線の電圧を検知する第１電圧計と、
前記２次電池の電圧を検知する第２電圧計と
前記スイッチング手段の接続を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記キャパシタおよび前記２次電池の状態に基づき前記スイッチング手段の接続をオンする接続オン演算部と、
前記２次電池の状態に基づき前記スイッチング手段の接続をオフする接続オフ演算部と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池のみで前記キャパシタを充電して満充電となった時の該キャパシタの開放端電圧が、前記２次電池の使用範囲下限ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；充電状態）における該２次電池の開放端電圧よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記キャパシタの最大充電状態での開放端電圧が、前記２次電池の使用範囲上限ＳＯＣにおいて該２次電池が充電可能な最大電力を充電している時の該２次電池の開放端電圧よりも高いことを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記接続オフ演算部は、前記２次電池のＳＯＣを算出し、該２次電池ＳＯＣの値に基づいて前記スイッチング手段の接続をオフすることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記接続オフ演算部は、前記２次電池のＳＯＣを算出し、該２次電池ＳＯＣの値と前記インバータに供給する電力に基づいて、前記スイッチング手段の接続をオフすることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記接続オフ演算部は、前記移動体の移動速度が高いほど前記スイッチング手段の接続をオフするＳＯＣ閾値を低くし、該移動速度が低いほど該ＳＯＣ閾値を高くすることを特徴とする請求項４または請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記接続オフ演算部は、前記燃料電池の劣化を検知したとき、該劣化による電圧低下分に応じて、前記スイッチング手段の接続をオフするＳＯＣ閾値を下げることを特徴とする請求項４〜請求項６の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池、キャパシタおよび２次電池を有する燃料電池システムに係り、特に、コンバータを介さずに２次電池に充放電でき、充放電効率を向上させることにより、より一層エネルギ効率の向上を図った燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスとして水素を供給し、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等として実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池車両では、燃料電池が発電する電力を車両の駆動モータに供給することにより、車両の駆動力を得ている。このような燃料電池車両の電源装置として、燃料電池にキャパシタおよび２次電池を備える構成が、例えば特開２００３−２４９２３６号公報の「電源装置」に開示されている。
【０００４】
この従来例は、負荷に電力を供給する配線に対して並列に接続される燃料電池およびキャパシタと、燃料電池と配線との間の接続を入り切りするスイッチと、配線に対して燃料電池およびキャパシタと並列に接続され燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、該コンバータを介して配線に接続される２次電池と、を備えた構成とし、負荷側から電源装置側に電力が供給される場合には、キャパシタによって速やかに電力を蓄積し、その後負荷側に電力を供給する際にはキャパシタから負荷に対して電力を供給するようにして、エネルギ効率を向上させたものである。また、燃料電池システム全体のエネルギ効率が望ましくない程度に低下したときは、スイッチを開状態として燃料電池から負荷への電力供給を停止し、エネルギ効率をさらに向上させている。
【特許文献１】特開２００３−２４９２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、燃料電池、キャパシタおよび２次電池を有するシステムにおいて、すべてを並列に接続しようとすると、それぞれの電圧範囲および特性の違いにより、静的な状態であっても電力の充放電バランスがずれてしまい意図する出力が取れない。これに対して特許文献１の従来技術では、コンバータを用いて２次電池電圧の変圧を行い、燃料電池とキャパシタの電圧使用範囲に合わせることにより、充放電バランスをコントロールするようにしている。
【０００６】
しかしながら従来技術で使用されるコンバータは、電圧変換効率が一般的に９５％程度であり、コンバータを介して２次電池を接続する場合、燃料電池で発生した電力をコンバータ経由で充電し、さらにコンバータ経由で放電すると、コンバータの損失は充放電で２倍になるという事情があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池、キャパシタおよび２次電池を有する燃料電池システムにおいて、コンバータを介さずに２次電池に充放電でき、充放電効率を向上させることにより、より一層エネルギ効率の向上を図った燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するため、本発明は、移動体を駆動するモータと、前記モータに供給する電力を変換するインバータと、前記モータに電力を供給する配線に対して並列に接続される燃料電池、キャパシタおよび２次電池と、前記２次電池と前記配線との間の接続をオン／オフするスイッチング手段と、前記インバータに電力を供給する配線の電圧を検知する第１電圧計と、前記２次電池の電圧を検知する第２電圧計と前記スイッチング手段の接続を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記キャパシタおよび前記２次電池の状態に基づき前記スイッチング手段の接続をオンする接続オン演算部と、前記２次電池の状態に基づき前記スイッチング手段の接続をオフする接続オフ演算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムでは、電源系に燃料電池、キャパシタおよび２次電池を有する燃料電池システムにおいて、２次電池を、燃料電池とキャパシタが並列接続される配線に対してスイッチング手段を介して並列接続した構成とし、制御部の接続オン演算部により、キャパシタおよび２次電池の状態に基づきスイッチング手段の接続をオンさせ、接続オフ演算部により、２次電池の状態に基づきスイッチング手段の接続をオフさせることとしたので、コンバータを介さずに２次電池を充放電させることができ、充放電効率を向上させることができるので、結果として、より一層エネルギ効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の燃料電池システムの実施例について、〔実施例〕、〔変形例〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は本発明の一実施例に係る燃料電池システムの構成図である。
【００１２】
同図において、本実施例の燃料電池システムは、燃料電池１、キャパシタ２、２次電池３、モータ４、インバータ５、第２電圧計６、リレースイッチ（スイッチング手段）７、ダイオード８、第１電圧計９、配線１０、並びに、接続オン演算部２２および接続オフ演算部２３を備える制御部２０を備えている。
【００１３】
本実施例の燃料電池システムは、燃料電池車両の駆動動力源として用いられるものであり、燃料電池１、キャパシタ２および２次電池３を並列接続して構成される電源系と、インバータ５を介して接続されるモータ４と、を有して構成されている。モータ４は、例えば三相交流モータで実現され、インバータ５によって電源系からの直流電力が所望の交流電力に変換されて供給され、燃料電池車両が走行するための走行トルクを発生する。
【００１４】
電源系では、燃料電池１とキャパシタ２がモータ４に電力を供給する配線１０に対して並列に接続されており、該燃料電池１およびキャパシタ２間には、燃料電池１へ電流が逆流するのを防止するためのダイオード８が直列に接続されている。またさらに、燃料電池１とキャパシタ２が並列接続される配線１０に対して、２次電池３がリレースイッチ７を介して並列に接続されている。なお、本実施例では、２次電池３と配線１０との間の接続をオン／オフするスイッチング手段としてリレースイッチ７を用いているが、トランジスタスイッチを用いた構成としても良い。
【００１５】
また、このような電源系において、インバータ５に電力を供給する配線１０の電圧を測定するための第１電圧計９と、２次電池３の電圧を測定するための第２電圧計６が設置されている。
【００１６】
電源系において、燃料電池１は、燃料ガスである水素が供給される燃料極（アノード）と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極（カソード）とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有しており、水素と空気中の酸素とを基にした電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。この燃料電池１の各発電セルでは、燃料極に供給された水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極にそれぞれ移動する。酸化剤極では、供給された空気中の酸素と電解質を通って移動した水素イオンおよび電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
【００１７】
なお、燃料電池１で発電を行うには、燃料ガスである水素や酸化剤ガスである空気を各発電セルの燃料極（アノード）や酸化剤極（カソード）に供給する必要があり、そのための機構として水素供給系および空気供給系を備えており、また、その他にも燃料電池１を冷却する冷却機構を備えるが、これらは本発明の特徴的部分と直接的な関連を持たないため、これら構成要素の図示と詳細な説明を省略する。
【００１８】
また、２次電池３としては、鉛蓄電池、ニッケル−カドニウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池またはリチウム２次電池等々の２次電池を用いることができる。２次電池３は、燃料電池システムの起動時に各部を駆動するための電力を供給し、また、暖機運転が完了するまでの間に各部に電力を供給し、さらに、燃料電池１が通常状態で発電を行うときにも、負荷が所定値よりも大きくなる場合には電力を補う。つまり、２次電池３は、燃料電池１の発電電力やモータ４の回生電力が供給されて、該供給された電力を充電し、モータ４を駆動させるに際して、蓄積した電力を放電するが、これらの充放電動作は制御部２０によるリレースイッチ７の接続オン／オフ制御に基づき行われる。
【００１９】
またさらに、キャパシタ２は、通常の２次電池に比べてパワー密度の高い蓄電手段であり、充放電効率も高い蓄電手段である。キャパシタ２は、残存する電荷量と出力電圧とが対応しており、残存する電荷量が減少するに従って出力電圧が低くなる。そのため、キャパシタ２の残存容量が少ないときにモータ４が回生するときには生じた電力を速やかに吸収して、残存容量の上昇に伴ってキャパシタ２の電圧は上昇する。その後、モータ４が電力を消費するようになると、電圧が上昇しているキャパシタ２が燃料電池１に優先してモータ４に電力を供給する。これにより、キャパシタ２の残存容量が低下すると共に電圧が低下して、次の回生時に備えることとなる。
【００２０】
さらに、制御部２０は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成されており、燃料電池システム内の各部に設置された各種センサの検出値や電圧計６，９の検出値を読み込んで、その検出値に対する判断、演算結果により、各種制御信号を出力して、燃料電池システムの各部における動作を制御する。
【００２１】
図１において、制御部２０は、構成要素として接続オン演算部２２および接続オフ演算部２３を備えているが、これらはＣＰＵ上で実行されるプログラムの機能的なまとまりを表したものであり、接続オン演算部２２は、キャパシタ２および２次電池３の状態に基づきリレースイッチ７の接続をオンさせ、接続オフ演算部２３は、２次電池３の状態に基づきリレースイッチ７の接続をオフさせる。
【００２２】
より具体的には、燃料電池１のみでキャパシタ２を充電して満充電となった時の該キャパシタ１の開放端電圧が、２次電池３の使用範囲下限ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；充電状態）における該２次電池３の開放端電圧よりも低く、キャパシタ２の最大充電状態での開放端電圧が、２次電池３の使用範囲上限ＳＯＣにおいて該２次電池３が充電可能な最大電力を充電している時の該２次電池３の開放端電圧よりも高いことを前提条件として、接続オン演算部２２は、第１電圧計９からキャパシタ２の状態を読み取り、また第２電圧計６から２次電池３の状態を読み取り、これらキャパシタ２および２次電池３の状態に基づきリレースイッチ７の接続をオンさせ、また、接続オフ演算部２３は、第２電圧計６から２次電池３の状態を読み取り、該２次電池３の状態に基づきリレースイッチ７の接続をオフさせる。
【００２３】
ここで、「燃料電池１のみでキャパシタ２を充電して満充電となった時の該キャパシタ１の開放端電圧が、２次電池３の使用範囲下限ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；充電状態）における該２次電池３の開放端電圧よりも低い」という第１の前提条件について、図２，図３および図７を参照して説明する。
【００２４】
図２および図３は、キャパシタ２および２次電池３の電流電圧特性をそれぞれの充電状態毎に例示する説明図であり、図２は前提条件を満たすときの説明に、また図３は該前提条件を満たさないときの説明に供するものである。また、図７は本実施例の燃料電池車両を運転走行させたときの車速（図７（ａ））、リレースイッチ７の接続状態（図７（ｂ））、モータ４の出力モード（図７（ｃ））、並びに、燃料電池１、キャパシタ２および２次電池３それぞれの開放端電圧（図７（ｄ））のタイミングチャートである。
【００２５】
図２において、燃料電池１のみでキャパシタ２を充電して満充電状態となった時のキャパシタの電流電圧特性は、上限および下限の特性に挟まれた右下がりの特性で表される。また、２次電池３の電流電圧特性については、ＳＯＣ２０％（使用範囲下限ＳＯＣ）からＳＯＣ８０％（使用範囲上限ＳＯＣ）の充電状態のそれぞれについて示されている。
【００２６】
ここで、満充電となったキャパシタ２の開放端電圧を２次電池３の下限ＳＯＣの開放端電圧よりも低いように組み合わせると、図中（Ｐ１）で示されるポイントとなる。つまり、燃料電池１だけで満充電となった時のキャパシタ２の開放端電圧が、２次電池３の開放端電圧よりも低いという第１の前提条件下で、キャパシタ２をさらに充電して電圧を高めるためには、モータ４による回生のみでしか行えないことを意味している。このことを逆に利用すれば、キャパシタ２と２次電池３との接続はモータ４の出力が回生モードにある時にのみ行えることとなり、モータ出力が力行モードにある時の接続が回避されることとなる。
【００２７】
すなわち、直接接続された燃料電池１、キャパシタ２および２次電池３の３種類の電源供給源の分配を制御する必要が無くなり、コンバータを介さずに最小限のシステム構成で２次電池３を充放電させることができ、充放電効率を向上させることができるので、結果として、より一層エネルギ効率の向上を図ることができる。
【００２８】
図７を用いて説明すると、燃料電池車両が走行中に、キャパシタ２がモータ４の回生によって電圧上昇し、時刻Ｔ１または時刻Ｔ３に到達した時点で、キャパシタ２の開放端電圧が２次電池３の開放端電圧と一致し、この時、制御部２０の接続オン演算部２２によってリレースイッチ７の接続がオン状態に制御され、２次電池３が接続されることになる。
【００２９】
これとは逆に、この一連の動作を第１の前提条件とは合致しない条件で行った場合を想定すると、キャパシタ２および２次電池３の電流電圧特性は図３に示される如くなる。つまり、キャパシタ２の開放端電圧が２次電池３の開放端電圧を上回っていると、キャパシタ２が放電中であるポイント（図３中、Ｐ３）で２次電池３と接続する必要があり、モータ３への電力供給源として、燃料電池１、キャパシタ２および２次電池３が接続された状態になる。これら３種の電力供給源がコンバータなく接続された状態では、電力供給の分担をコントロールすることができず、２次電池３からの放電が過大になる恐れがある。もしくは、２次電池３の放電により必要なＳＯＣを確保できなくなる場合もある。
【００３０】
次に、「キャパシタ２の最大充電状態での開放端電圧が、２次電池３の使用範囲上限ＳＯＣにおいて該２次電池３が充電可能な最大電力を充電している時の該２次電池３の開放端電圧よりも高い」という第２の前提条件について、図２を参照して説明する。
【００３１】
図２において、キャパシタ２の最大充電状態での開放端電圧が、２次電池３の上限ＳＯＣで充電可能な最大電力を充電している時の電圧を上回るように設定すると、図中（Ｐ２）で示されるポイントとなる。このポイント（Ｐ２）よりも高くできれば、モータ４の回生によって２次電池３の容量上限（使用範囲上限ＳＯＣ）まで充電することができる。
【００３２】
逆に、キャパシタ２の満充電での開放端電圧が、上限ＳＯＣで最大電力を充電中の２次電池３の電圧よりも低い場合には、２次電池３の容量上限（使用範囲上限ＳＯＣ）まで利用することができない。すなわち、第２の前提条件により、回生時の車両運動エネルギの回収を最大限行うことができるので、エネルギ損失を低減できることになる。
【００３３】
次に、本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、図４〜図６、図８および図９を参照しながら説明する。ここで、図４は運転時のメインフローを説明するフローチャート、図５は接続オフ演算部２３によるサブルーチンを説明するフローチャート、図６は接続オン演算部２２によるサブルーチンを説明するフローチャート、図８はキャパシタ２および２次電池３の電流電圧特性を例示する説明図、図９はリレースイッチ７の接続をオフすべきＳＯＣ閾値を算出するテーブルを説明する説明図である。
【００３４】
図４に示す運転時のメインフローにおいて、リレースイッチ７の接続状態に応じて分岐し（ステップＳ１０１）、リレースイッチ７がオン状態のときにはステップＳ１０２の接続オフ演算部２３によるサブルーチン処理に進み、リレースイッチ７がオフ状態のときにはステップＳ１０３の接続オン演算部２２によるサブルーチン処理に進む。
【００３５】
接続オフ演算部２３では、図５に示すサブルーチン処理を行う。まず、リレースイッチ７の接続をオフするＳＯＣ閾値を算出し（ステップＳ１１１）、次に、現在のＳＯＣが接続オフすべきＳＯＣ閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１１２）。
【００３６】
ステップＳ１１２において、現在のＳＯＣが接続オフすべきＳＯＣ閾値以下である場合には、ステップＳ１１３に進んで、リレースイッチ７の接続をオフし、また、現在のＳＯＣが接続オフすべきＳＯＣ閾値を上回っている場合には、ステップＳ１１４に進んで、リレースイッチ７の接続をオン状態で継続とする。
【００３７】
また、接続オフ演算部２２では、図６に示すサブルーチン処理を行う。すなわち、キャパシタ２の開放端電圧が２次電池３の開放端電圧と一致するか否かを判断し（ステップＳ１２１）、キャパシタ２の開放端電圧が２次電池３の開放端電圧と一致しない場合には、ステップＳ１２２に進んで、リレースイッチ７の接続をオフ状態で継続とし、キャパシタ２の開放端電圧が２次電池３の開放端電圧と一致する場合には、ステップＳ１２３に進んで、リレースイッチ７の接続をオンする。
【００３８】
燃料電池システムの運転時の動作については、以上説明したとおりであるが、ここで、ステップＳ１１１において行われる、リレースイッチ７の接続をオフするＳＯＣ閾値の算出について説明する。
【００３９】
図９は、接続オフすべきＳＯＣ閾値の算出に用いるテーブルを示しているが、横軸を現在のＳＯＣの値、縦軸をモータ４の消費電力として、ＳＯＣ値と許容モータ消費電力との対応を表したものである。図９のテーブルを参照して、現在のＳＯＣ値で許容できるモータ消費電力を下回っていれば、接続オフすべきＳＯＣ閾値は接続オフ下限ＳＯＣとなる。また、現在のＳＯＣ値で許容できるモータ電力を上回っていた場合には、接続オフすべきＳＯＣ閾値は現在のＳＯＣ値が選択されることになる。
【００４０】
２次電池３の電圧によってリレースイッチ７の接続をオフする場合、一定の電圧であっても、２次電池３の放電量の違いでＳＯＣにばらつきがあるため、２次電池３の下限ＳＯＣを下回る可能性がある。そこで、このように接続オフすべきＳＯＣ閾値を用いてリレースイッチ７の接続をオフすることにより、２次電池３の下限ＳＯＣを下回ることを防止できる。
【００４１】
またここで、図９のテーブルの作成方法について説明しておく。図８に示すキャパシタ２および２次電池３の電流電圧特性の関係において、ＳＯＣによって許容できる２次電池３の放電電流を図中のＢのように決めておき、該Ｂのそれぞれの電圧でキャパシタ２が放電可能な電流を求める（図中のＡ）。図９は、それぞれのＳＯＣについてこれらＡとＢの和をモータ消費電力として表したものである。
【００４２】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、電源系に燃料電池１、キャパシタ２および２次電池３を有する燃料電池システムにおいて、２次電池３を、燃料電池１とキャパシタ２が並列接続される配線１０に対してリレースイッチ（スイッチング手段）７を介して並列接続した構成とし、制御部２０の接続オン演算部２２により、キャパシタ２および２次電池３の状態に基づきリレースイッチ７の接続をオンさせ、接続オフ演算部２３により、２次電池３の状態に基づきリレースイッチ７の接続をオフさせることとしたので、コンバータを介さずに２次電池を充放電させることができ、充放電効率を向上させることができるので、結果として、より一層エネルギ効率の向上を図ることができる。
【００４３】
また、本実施例の燃料電池システムでは、「燃料電池１のみでキャパシタ２を充電して満充電となった時の該キャパシタ１の開放端電圧が、２次電池３の使用範囲下限ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；充電状態）における該２次電池３の開放端電圧よりも低い」という第１の前提条件を設定することとしたので、直接接続された燃料電池１、キャパシタ２および２次電池３の３種類の電源供給源の分配を制御する必要が無くなり、コンバータを介さずに最小限のシステム構成で２次電池３を充放電させることができ、充放電効率を向上させることができるので、結果として、より一層エネルギ効率の向上を図ることができる。
【００４４】
ここで、２次電池３を接続するコンバータを必要せず、充放電における効率の低下を防止できることについて定量的に説明しておく。コンバータによる充放電の効率は、一般的に９５％程度で、これに加えて２次電池３への充放電も９５％程度であることから、発電もしくは回生した電力を２次電池３に蓄え、再度取り出す工程において、コンバータ充放電効率０．９５、２次電池３の充放電効率を０．９５として、単位電力で損失分を計算すると、損失Ｐloss1は０．１９（損失Ｐloss1＝1−0.95×0.95×0.95×0.95＝0.19）となる。
【００４５】
一方、２次電池３とキャパシタ２を直接接続する場合は、コンバータ分を考慮せず充放電分のみとなり、損失Ｐloss0は０．１（損失Ｐloss0＝1−0.95×0.95＝0.1）となる。すなわち、本実施例の燃料電池システムにより、コンバータを使用した場合の充放電の損失を約５割低下させることができる。
【００４６】
また、本実施例の燃料電池システムでは、「キャパシタ２の最大充電状態での開放端電圧が、２次電池３の使用範囲上限ＳＯＣにおいて該２次電池３が充電可能な最大電力を充電している時の該２次電池３の開放端電圧よりも高い」という第２の前提条件を設定することとしたので、回生時の車両運動エネルギの回収を最大限行うことができ、エネルギ損失を低減できる。
【００４７】
また、本実施例の燃料電池システムでは、接続オフ演算部２３において、２次電池３のＳＯＣを算出し、該２次電池ＳＯＣの値に基づいてリレースイッチ（スイッチング手段）７の接続をオフすることとしたので、２次電池３の放電量の違いでＳＯＣにばらつきがあっても、２次電池３の下限ＳＯＣを下回ることを防止できる。
【００４８】
さらに、本実施例の燃料電池システムでは、接続オフ演算部２３において、２次電池３のＳＯＣを算出し、該２次電池ＳＯＣの値とインバータ５に供給する電力に基づいて、リレースイッチ（スイッチング手段）７の接続をオフすることとしている。
【００４９】
コンバータなしで２次電池３およびキャパシタ２を接続した場合には、各々の電圧電流特性が決まっているため、動作中に意図的に配分を決めることはできない。つまり、モータ４への電力供給時において、２次電池３から放電する電力のうち何割かがキャパシタ２に電力移動するか、或いは、キャパシタ２から２次電池３への電力移動が起こることがある。この電力移動分を極力最小にすることで、充放電効率の低下を防止することができる。
【００５０】
つまり、本実施例の燃料電池システムでは、この電力移動を低減する方法として、電力移動が起こる２次電池３とキャパシタ２の電圧条件および放電条件を予め調べておき、その条件を避けて動作させているのである。すなわち、本実施例では、電力移動の起こる条件を設定するにあたり、２次電池３のＳＯＣとモータ４への入力電力とによって代用して設定することができ、損失の低減を図ることができる。
【００５１】
〔変形例〕
次に、実施例の接続オフ演算部２３において、リレースイッチ７の接続をオフするＳＯＣ閾値の算出（ステップＳ１１１）するときに参照されるテーブルについて、いくつかの変形例（図１０〜図１２）を示す。図１０〜図１２はリレースイッチ７の接続をオフすべきＳＯＣ閾値を算出するテーブルを説明する説明図である。
【００５２】
（変形例１）
まず、変形例１は、接続オフ演算部２３において、燃料電池車両の移動速度が高いほどリレースイッチ（スイッチング手段）７の接続をオフするＳＯＣ閾値を低くし、該移動速度が低いほど該ＳＯＣ閾値を高くするものである。
【００５３】
図１０は、接続オフ下限ＳＯＣを車速（１０ｋｍ／ｈ，４０ｋｍ／ｈおよび７０ｋｍ／ｈ）に応じて変更した例であり、図１１は、車速に応じてモータ消費電力の設定を変更し、特に車速が低い場合には、許容するモータ消費電力を小さく設定し、車速が低い場合には入りにくくした例である。
【００５４】
このように、変形例１によれば、車速が低い渋滞中はインバータ５の回生、放電電力は小さくキャパシタだけで吸収することができるので、２次電池３の充放電頻度を低減することで、２次電池３の劣化を防止することができる。
【００５５】
（変形例２）
次に、変形例２は、接続オフ演算部２３において、燃料電池１の劣化を検知したとき、該劣化による電圧低下分に応じて、リレースイッチ（スイッチング手段）７の接続をオフするＳＯＣ閾値を下げるようにしたものである。
【００５６】
図１１は、燃料電池１の劣化を検知した場合に、該燃料電池１の劣化の度合いに応じて、モータ消費電力の設定を大きくした例である。
【００５７】
このように、変形例２によれば、燃料電池１の電圧が低下した場合でも、キャパシタ２だけでカバーする電圧領域が広がることを防止できるので、キャパシタ２の負担を低減してキャパシタ２の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】キャパシタ２および２次電池３の電流電圧特性をそれぞれの充電状態毎に例示する説明図（前提条件を満たすとき）である。
【図３】キャパシタ２および２次電池３の電流電圧特性をそれぞれの充電状態毎に例示する説明図（前提条件を満たさないとき）である。
【図４】運転時のメインフローを説明するフローチャートである。
【図５】接続オフ演算部２３によるサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図６】接続オン演算部２２によるサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図７】実施例の燃料電池車両を運転走行させたときの車速（ａ）、リレースイッチ７の接続状態（ｂ）、モータ４の出力モード（ｃ）、並びに、燃料電池１、キャパシタ２および２次電池３それぞれの開放端電圧（ｄ）のタイミングチャートである。
【図８】キャパシタ２および２次電池３の電流電圧特性を例示する説明図である。
【図９】リレースイッチ７の接続をオフすべきＳＯＣ閾値を算出するテーブルを説明する説明図（実施例）である。
【図１０】リレースイッチ７の接続をオフすべきＳＯＣ閾値を算出するテーブルを説明する説明図（変形例１のその１）である。
【図１１】リレースイッチ７の接続をオフすべきＳＯＣ閾値を算出するテーブルを説明する説明図（変形例１のその１）である。
【図１２】リレースイッチ７の接続をオフすべきＳＯＣ閾値を算出するテーブルを説明する説明図（変形例２）である。
【符号の説明】
【００５９】
１    燃料電池
２    キャパシタ
３    ２次電池
４    モータ
５    インバータ
６    第２電圧計
７    リレースイッチ（スイッチング手段）
８    ダイオード
９    第１電圧計
１０    配線
２０    制御部
２２    接続オン演算部
２３    接続オフ演算部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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