(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、駆動していない状態のコンバータに意図しない高電圧が印加されることによるコンバータの損傷を抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックから供給される電力を蓄える二次電池と、燃料電池スタックと二次電池とを接続する配線に電気的に接続された第１の補機と、コンバータを介して配線に電気的に接続され、燃料電池または二次電池から供給される電力を用いて駆動する第２の補機と、第１の制御部及び第２の制御部と、を備え、第１の補機と第２の補機との両方を駆動させる場合には、第１の制御部によって、第１の補機を制御し、第２の制御部によって、第２の補機及びコンバータを制御し、第２の補機の駆動が停止されている状態において、第１の補機を駆動させる場合には、第１の制御部によって、第１の補機及びコンバータを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに電気的に接続され、前記燃料電池スタックから供給される電力を蓄える二次電池と、
前記燃料電池スタックと前記二次電池とを接続する配線上に電気的に接続され、記燃料電池または前記二次電池から供給される電力を用いて駆動する第１の補機と、
コンバータを介して前記配線に電気的に接続され、前記燃料電池または前記二次電池から供給される電力を用いて駆動する第２の補機と、
前記燃料電池システムの動作を制御する第１の制御部及び第２の制御部と、を備え、
前記第１の補機と第２の補機との両方を駆動させる場合には、
前記第１の制御部によって、前記第１の補機を制御し、
前記第２の制御部によって、前記第２の補機及び前記コンバータを制御し、
前記第２の補機の駆動が停止されている状態において、前記第１の補機を駆動させる場合には、
前記第１の制御部によって、前記第１の補機及び前記コンバータを制御する、
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池車が停車し、燃料電池車に搭載された燃料電池システムの運転が停止した後に、パーキングパージ（凍結防止処理）を実行する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１）。このパーキングパージは、燃料電池システムの各部品が０度以下になる直前に燃料電池システムに備えられた補機を駆動し、アノード側流路に貯まった水等を排出する処理である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２２５８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の燃料電池システムにおいて、凍結防止処理で用いられる補機（第１の補機）と、凍結防止処理で用いられない補機（第２の補機）と、を共通の電源に接続する場合が生じ得る。第２の補機は、第１の補機を制御する制御部とは異なる制御部によって制御され得る。発明者らは、第２の補機と電源との間にコンバータを有する場合には、凍結防止処理を実行する際に、第２の補機とともに駆動が停止され、駆動が制御されていないコンバータに意図しない高電圧が印加される可能性があることを見出した。駆動が制御されていないコンバータに意図しない高電圧が印加された場合には、コンバータが損傷するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、上述の課題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。
【０００６】
本開示の一形態によれば、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、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに電気的に接続され、前記燃料電池スタックから供給される電力を蓄える二次電池と、前記燃料電池と前記二次電池とを接続する配線上に電気的に接続され、記燃料電池または前記二次電池から供給される電力を用いて駆動する第１の補機と、前記配線にコンバータを介して電気的に接続され、前記燃料電池または前記二次電池から供給される電力を用いて駆動する第２の補機と、前記燃料電池システムの動作を制御する第１の制御部及び第２の制御部と、を備え、前記第１の補機と第２の補機との両方を駆動させる場合には、前記第１の制御部によって、前記第１の補機を制御し、前記第２の制御部によって、前記第２の補機及び前記コンバータを制御し、前記第２の補機の駆動が停止されている状態において、前記第１の補機を駆動させる場合には、前記第１の制御部によって、前記第１の補機及び前記コンバータを制御する。この形態の燃料電池システムによれば、第２の補機の駆動が停止されている状態において、第１の補機を駆動させる場合には、第１の制御部によって、第１の補機に加え、コンバータを制御する。このため、第２の補機の駆動を停止している状態であっても、コンバータが制御されている。これにより、制御されていない状態のコンバータに意図しない高電圧が印加されることによるコンバータの損傷を抑制できる。
【０００７】
本開示は、上記燃料電池システム以外の種々の形態で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法、燃料電池システムを備える燃料電池車両、船舶、飛行機等の移動体、または、住宅、ビル等の定置設備の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す第１の概略図。
【図２】実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す第２の概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態
図１は、実施形態に係る燃料電池システム１０の構成を示す第１の概略図である。図１において、電気配線を介した電気的な接続は実線で記載され、制御線による接続は破線で記載されている。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２０と、二次電池５０と、第１のシステム１００と、第２のシステム２００と、第１の制御部８０と、第２の制御部９０と、を備える。第１のシステム１００及び第２のシステム２００は、燃料電池スタック２０と二次電池５０とを接続する配線に接続されている。図１では、第１のシステム１００と第２のシステム２００との両方の電源がオンになっている通常駆動状態である場合における燃料電池システム１０の様子が示されている。通常駆動状態は、例えば、燃料電池システム１０を搭載する燃料電池車両のスタートスイッチがオンである場合における燃料電池システム１０の状態である。なお、スタートスイッチは、燃料電池システム１０の起動と停止とを切り替えるスイッチである。
【００１０】
燃料電池スタック２０は、図示しない燃料電池単セルが複数積層された構造を有する。燃料電池スタック２０は、酸化剤ガス（例えば空気）と燃料ガス（例えば水素）との化学反応を用いて発電を行う。燃料電池スタック２０は、駆動用モータ４４と、第１の補機４２と、二次電池５０と、に電気的に接続されている。二次電池５０は、燃料電池スタック２０から供給された電力を蓄え、蓄えた電力を第１のシステム１００及び第２のシステム２００に供給する。二次電池５０は、例えば、リチウムイオン電池である。
【００１１】
第１のシステム１００は、第１のコンバータ３２と、第２のコンバータ３４と、インバータ３６と、第１の補機４２と、駆動用モータ４４と、を備える。第１のシステム１００は、燃料電池スタック２０及び二次電池５０から供給される電力を用いて、第１の補機４２を含む各種補機や駆動用モータ４４を動作させる。本実施形態において、第１の補機４２は、燃料電池スタック２０に酸化剤ガスを供給する為のエアコンプレッサである。
【００１２】
燃料電池スタック２０と第１の補機４２は、第１のコンバータ３２を介して接続されている。燃料電池スタック２０と駆動用モータ４４は、第１のコンバータ３２とインバータ３６とを介して接続されている。燃料電池スタック２０と二次電池５０は、第１のコンバータ３２と第２のコンバータ３４とを介して接続されている。第１のコンバータ３２は、燃料電池スタック２０から出力される電圧を昇圧する昇圧コンバータである。第２のコンバータ３４は、燃料電池スタック２０から二次電池５０に出力される電圧を降圧するとともに、二次電池５０から出力された電圧を昇圧する昇降圧コンバータである。第１のコンバータ３２及び第２のコンバータ３４は、内部にスイッチング素子（図示しない）を有するチョッパ型のコンバータである。インバータ３６は、燃料電池スタック２０及び二次電池５０から駆動用モータ４４へと出力される電流を直流から交流に変更する。
【００１３】
第２のシステム２００は、第２の補機７０と第３のコンバータ６２を備えている。第２の補機７０は、燃料電池スタック２０と二次電池５０とを接続する電気配線に第３のコンバータ６２を介して接続されている。具体的には、第２の補機７０は、第１のコンバータ３２と第２のコンバータ３４と第３のコンバータ６２とを介して燃料電池スタック２０に接続されている。また、第２の補機７０は、第３のコンバータ６２を介して二次電池５０に接続されている。本実施形態において、第２の補機７０は、燃料電池システム１０を搭載する車両におけるブレーキ用エアコンプレッサである。第３のコンバータ６２は、第２の補機７０に出力される電圧を昇圧する昇圧コンバータである。第３のコンバータ６２は、内部にスイッチング素子（図示しない）を有するチョッパ型のコンバータである。なお、第３のコンバータ６２は、課題を解決するための手段における「コンバータ」に対応する。
【００１４】
第２のシステム２００と２つの制御部８０、９０とを接続する制御線には、接続先の切り替えが可能なスイッチ回路２０２が設けられている。このスイッチ回路２０２は、第２のシステム２００に対する接続先を第１の制御部８０と第２の制御部９０とのいずれか一方に切り替えることができる。なお、本実施形態において、スイッチ回路２０２による接続先の変更は、第１の制御部８０及び第２の制御部９０とは別に備えられている統合制御部（図示しない）からの指示に応じて実行されている。
【００１５】
燃料電池システム１０が通常駆動状態である場合には、第１のシステム１００の動作の制御と第２のシステム２００の動作の制御は互いに異なる制御部によって実行されている。具体的には、第１のシステム１００は、第１の制御部８０によって制御されている。一方、具体的には、第２のシステム２００は、第２の制御部９０によって制御されている。
【００１６】
第１の制御部８０と第２の制御部９０とは、互いに異なる電源から電力が供給されている。第１の制御部８０の電源は、１２Ｖの電圧の電力を出力する第１のバッテリ８２である。第２の制御部９０の電源は、第１のバッテリ８２の出力する電圧よりも高い２４Ｖの電圧の電力を出力する第２のバッテリ９２に接続されている。第１のバッテリ８２と第２のバッテリ９２は、二次電池５０より低い電圧の電力を出力する二次電池である。第１のバッテリ８２及び第２のバッテリ９２は、例えば、鉛蓄電池である。
【００１７】
図２は、実施形態に係る燃料電池システム１０の構成を示す第２の概略図である。図２において、電気配線を介した電気的な接続は実線で記載され、制御線による接続は破線で記載されている。図２は、第１のシステム１００と第２のシステム２００とのうち第１のシステム１００のみの電源がオンになっている保護処理実行状態である場合における燃料電池システム１０の様子を示している。この場合において、第２の制御部９０は、停止している。
【００１８】
保護処理実行状態は、燃料電池車両の搭乗者から燃料電池システム１０への駆動が要求されていない場合において、燃料電池システム１０の保護処理を実行している状態である。燃料電池車両の搭乗者から燃料電池システム１０への駆動が要求されていない場合とは、例えば、燃料電池システム１０を搭載する燃料電池車両のスタートスイッチがオフである場合である。なお、スタートスイッチがオフとなっている場合には、第２のシステム２００に備えられた第２の補機７０に対しての外部からの駆動の要求は発生し得ない。
【００１９】
燃料電池システム１０の保護処理は、例えば、燃料電池システム１０内において液水の凍結が生じる可能性がある場合に実行される凍結防止処理である。凍結防止処理は、燃料電池システム１０内における液水（生成水）の凍結に起因した燃料電池システム１０の動作不良の発生を抑制する処理である。凍結防止処理において、燃料電池システム１０は、例えば、外気温が氷点下付近（具体的には２℃未満等）になった場合に、酸化剤ガス供給用のエアコンプレッサである第１の補機４２を駆動させる。このため、液水が凍結する前に、燃料電池スタック２０に接続された流路内を空気が流通することによって、流路内の液水が外部へと排出される。これにより、燃料電池システム１０内における液水の凍結の発生を抑制できる。なお、本実施形態において、凍結防止処理が実行される際には、第１の補機４２を駆動する電力は、二次電池５０から供給される。
【００２０】
燃料電池システム１０において、保護処理を実行する場合には、スイッチ回路２０２を切り替えることによって、第２のシステム２００に接続される制御部を第２の制御部９０から第１の制御部８０に切り替える。このため、燃料電池システム１０が保護処理実行状態である場合において、第１のシステム１００の動作の制御及び第２のシステム２００の動作は第１の制御部８０によって制御されている。
【００２１】
保護処理実行状態において、第１の制御部８０は、第２のシステム２００に備えられた第２の補機７０の駆動を停止させている。また、第１の制御部８０は、二次電池５０から電力が出力された場合であっても第２の補機７０へ電力が供給されない様に第３のコンバータ６２を制御している。具体的には、第１の制御部８０は、例えば、第３のコンバータ６２に設けられたスイッチング素子をオフにする制御信号を第３のコンバータ６２に出力している。
【００２２】
以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１０によれば、保護処理を実行する際に駆動する必要がある第１のシステム１００と、保護処理を実行する際に駆動する必要の無い第２のシステム２００と、の両方を第１の制御部８０を用いて制御する。これにより、保護処理実行状態において、第２のシステム２００が制御されていない状態で第２のシステム２００の各構成６２、７０に意図しない電圧が印加されることを抑制できる。このため、第２のシステム２００の各構成６２、７０が損傷することを抑制できる。第２システム２００の各構成６２、７０の損傷は、例えば、第３のコンバータ６２のスイッチング素子が制御されていない場合に発生し得る。第３のコンバータ６２のスイッチング素子が制御されていない場合には、スイッチング素子が誤作動することにより、第３のコンバータ６２が想定と異なる動作をすることによってスイッチング素子に意図しない高電圧が印加されるおそれがある。
【００２３】
また以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１０によれば、保護処理実行状態において、第２の制御部９０を起動していない。このため、第１の制御部８０に加えて第２の制御部９０を起動させる場合と比べて、電力の消費を低減できる。
【００２４】
また以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１０によれば、それぞれ異なる制御部８０、９０によって制御可能な第１のシステム１００と第２のシステム２００とを備えている。このため、燃料電池システム１０の設計変更を行う場合において、第１のシステム１００と第２のシステム２００とを別々に設計変更が可能である。したがって、燃料電池システム１０における設計の自由度が向上する。また、設計変更が必要なシステム１００、２００のみを設計変更できるので、燃料電池システム１０における設計変更の負担を軽減できる。
【００２５】
Ｂ．他の実施形態
上記実施形態において、第１の補機４２は、酸化剤ガス供給用のエアコンプレッサである。また第２の補機７０は、ブレーキ用エアコンプレッサである。しかし、第１の補機４２及び第２の補機７０は、これに限定されない。第１の補機４２は、保護処理実行状態において駆動される補機であればよい。第１の補機４２は、燃料電池スタック２０に燃料ガスを供給する為の水素ポンプであってもよい。保護処理実行状態において、水素ポンプは、燃料電池システム１０内において液水の凍結が生じる可能性がある場合、例えば、外気温が氷点下付近（具体的には２℃未満等）である場合に駆動され、燃料ガスの流通経路において液水が凍結し流通経路を閉塞させるおそれを低減する。一方、第２の補機７０は、保護処理実行状態において駆動が必要ではない補機であればよい。例えば、燃料電池車両の空調システムに用いられるエアコンディショナやＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータであってもよい。
【００２６】
本開示は、上述の実施形態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中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。
【符号の説明】
【００２７】
１０…燃料電池システム
２０…燃料電池スタック
３２…第１のコンバータ
３４…第２のコンバータ
３６…インバータ
４２…第１の補機
４４…駆動用モータ
５０…二次電池
６２…第３のコンバータ
７０…第２の補機
８０…第１の制御部
８２…第１のバッテリ
９０…第２の制御部
９２…第２のバッテリ
１００…第１のシステム
２００…第２のシステム
２０２…スイッチ回路
【図１】
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【図２】
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