(57)【要約】【課題】駆動装置への電力供給に際して、その供給電圧の高圧化と、絶縁性の確保を両立し得る電力供給システムを提供する。【解決手段】移動体に搭載され、該移動体の駆動源として機能する駆動装置４に電力を供給する電力供給システムであって、発電を行い、駆動装置４へ電力を供給する第一電源装置４０と、第一電源装置４０とは別に設けられ、駆動装置４へ電力を供給する第二電源装置５０と、第一電源装置４０と第二電源装置５０のうち少なくとも何れか一方を含む電力供給部ＰＳと駆動装置４を含む移動体駆動部ＶＤとの間に設けられ、該電力供給部ＰＳから該移動体駆動部ＶＤへの電力の伝達を行いながら両者間の絶縁を確保するシステム用絶縁型コンバータ３０と、を備える。【選択図】図２
2008091319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する燃料電池本体と、
前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、
前記蓄電装置に入力される電圧および該蓄電装置から出力される電圧のうち少なくとも一方の電圧を変換する第１電圧変換部と、
前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、
前記燃料電池本体、前記蓄電装置および前記負荷の間で行われる電力授受において、前記第１電圧変換部と前記第２電圧変換部のうち少なくとも一方をバイパスして該電力授受を可能とするバイパス回路と、
前記負荷の状態に応じて、前記バイパス回路を介して行われる電力授受を制御する制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
負荷に電力を供給する燃料電池本体と、
前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、
前記負荷と蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、
前記負荷と燃料電池本体との間に設けられ、前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、
前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を前記負荷に供給するバイパス回路と、
前記燃料電池本体の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記バイパス回路によって前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を負荷に供給し、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なくとも一方で昇圧することにより負荷に供給する電圧を制御する、制御部と、を備える燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値を超えるときには、さらに、前記第１電圧変換部によって前記負荷に加えられる電圧を制御する請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記負荷は電動機であり、前記電動機の回転数を検出する回転数センサをさらに備え、
前記制御部は、電動機の異なる回転数に応じて前記基準値を記憶した記憶手段を有し、前記回転数センサによって検出された回転数から前記記憶手段を参照して前記基準値を特定する請求項２または３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
負荷に電力を供給する燃料電池本体と、
前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、
前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、
前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、
前記第１電圧変換部、前記第２電圧変換部および前記負荷と接続し、前記燃料電池本体、前記蓄電装置および前記負荷との間で電力授受を可能とする電力供給回路と、
前記燃料電池本体と前記蓄電装置との間の電力授受において、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部のうち少なくとも該第１電圧変換部をバイパスして、該電力授受を可能とするバイパス回路と、
前記負荷の状態に応じて、前記バイパス回路を介した前記燃料電池本体から前記蓄電装置への電力授受を制御する制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項６】
前記バイパス回路は、前記燃料電池本体と前記蓄電装置との間の電力授受において、前記第１電圧変換部に加えて前記第２電圧変換部もバイパスして該電力授受を可能とし、
前記制御部によって前記バイパス回路を介した電力授受が可能とされた状態では、前記燃料電池本体側の電圧は、前記蓄電装置側の電圧よりも高く設定される、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記負荷から電力の供給要求が無いとき、前記バイパス回路を介して前記燃料電池本体によって発電された電力を前記蓄電装置に供給する、請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記負荷から電力の供給要求があるとき、前記燃料電池本体によって発電された電力の一部を、前記第２電圧変換部を介して該負荷に供給するとともに、前記発電電力の残りを、前記バイパス回路を介さずに前記第１電圧変換部と前記第２電圧変換部とを介して前記蓄電装置に供給する、請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
回生電力を発生可能な負荷に電力を供給する燃料電池本体と、
前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、
前記負荷と蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、
前記負荷と並列に接続される静電容量素子と、
前記負荷から回収可能な回生電力を予測する予測計算部と、
前記予測された回収可能な回生電力と前記静電容量素子の現在の充電状態とに基づいて、前記静電量素子に充電すべき充電量と前記蓄電装置に充電すべき充電量の割合を設定し、その割合にしたがって、前記第１電圧変換部を通じて前記蓄電装置に充電される充電量を制御する制御部と、を備える燃料電池システム。
【請求項１０】
前記負荷は、車両に搭載された電動機であり、前記車両の速度を検出可能な速度センサをさらに備え、
前記予測計算部は、前記車両の速度による運動エネルギに応じて前記回収可能な回生電力を予測する請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御部は、前記予測された回生電力を前記静電容量素子に充電した場合の蓄積電荷による電圧と前記静電容量素子の定格電圧との差分で決定される容量余裕値が所定の許容値を超えて確保できる場合には前記容量素子を充電し、容量余裕値が前記許容値を超えて確保できない場合には、前記第１電圧変換部を通じて、前記回生電力のうち前記容量余裕値に応じて決定される少なくとも一部の電力を前記蓄電装置に充電する、請求項９または１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記負荷と燃料電池本体との間に設けられる第２電圧変換部と、
前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を前記負荷に供給するバイパス回路とをさらに備え、
前記制御部は、前記燃料電池の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記バイパス回路によって前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を負荷に供給し、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なくとも一方で昇圧することにより負荷に供給する電圧を制御する、請求項９から１１のいずれか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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池システムに、蓄電装置を設け、ハイブリッド電源として機能させるものが提案されている（例えば、下記特許文献１から４を参照）。これらのシステムでは、燃料電池と負荷との間、および蓄電装置と負荷との間にＤＣＤＣ（直流直流）コンバータ等の電圧変換部を設け、燃料電池から負荷への電力供給と、蓄電装置から負荷への電力供給を制御する。
【０００３】
しかし、従来の技術では、必ずしも、燃料電池の高電圧状態を維持したいという要求と、燃料電池システム全体の損失を極力低減したいという要求に対して、両立が図られていなかった。
【０００４】
すなわち、従来のシステムでは、負荷に供給する電力を燃料電池から取り出すとき、昇圧を必要とする場合に備えてＤＣＤＣコンバータ等の電圧変換部を通す構成となっている。このため、電圧変換部による損失がシステム全体の効率に与える影響を無視できない場合があった。例えばＤＣＤＣコンバータ等の電圧変換部では、パルス幅変調により通過電力を制御するものがある。このような電圧変換部で、パルスのデューティ比を１００％（通過が１００％）に設定しても、電圧変換ロスをなくすことはできない。
【０００５】
特に、燃料電池からの電力取り出し用、蓄電装置への電力蓄積・取り出し用にＤＣＤＣコンバータを備えた構成では、燃料電池からの出力時と、蓄電装置への蓄積時と、蓄電装置からの出力時のそれぞれの時点で電圧変換による損失が発生する。さらには、蓄電装置での充放電損失も避けられない。
【０００６】
改めて、負荷の消費電力低減の側面からみると、負荷の高効率化やシステム構成部品の小型化等のための、システムの高電圧化の要求はやはり高い。一方で、燃料電池や蓄電装置そのものの小型化の要求もあり、両者は互いに背反するものである。このようなシステム電圧の問題を解消すべく上記電圧変換部が有用となるが、やはりこの電圧変換部における電力損失の問題は重大である。
【特許文献１】特開２００５−３４８５３０号公報
【特許文献２】特開２０００−３６３０８号公報
【特許文献３】特開平６−３２５７７４号公報
【特許文献４】特開２００３−２０８９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされた。本発明の目的は、燃料電池の高電圧状態を維持したいという要求と、燃料電池システム全体の損失を極力低減したいという要求とを両立させる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、上記課題を解決するために、燃料電池システムにおいて燃料電池本体側と蓄電装置側にそれぞれ電圧変換部を対応させるとともに、負荷への電力供給を含む当該燃料電池システム内での電力授受において、電圧変換部をバイパスして供給先に対して電力を供給することを必要に応じて可能とした。これにより、燃料電池システムの高電
圧化と、電圧変換部による電力損失の可及的回避の両立を図る。
【０００９】
そこで、より具体的には、本発明は、負荷に電力を供給する燃料電池本体と、前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、前記蓄電装置に入力される電圧および該蓄電装置から出力される電圧のうち少なくとも一方の電圧を変換する第１電圧変換部と、前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、前記燃料電池本体、前記蓄電装置および前記負荷の間で行われる電力授受において、前記第１電圧変換部と前記第２電圧変換部のうち少なくとも一方をバイパスして該電力授受を可能とするバイパス回路と、前記負荷の状態に応じて、前記バイパス回路を介して行われる電力授受を制御する制御部と、を備える燃料電池システムである。
【００１０】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池本体に対応する電圧変換部として第２電圧変換部が設定され、蓄電装置に対応する電圧変換部として第１電圧変換部が設定される。これらの電圧変換部により、燃料電池の出力電力の電圧や、蓄電装置への入力電力の電圧および該蓄電装置からの出力電力の電圧のうち少なくとも一方の電圧が適宜変換され、燃料電池本体と蓄電装置と負荷との間で該燃料電池システムとして必要な負荷の制御のための電力授受が行われる。
【００１１】
ここで、上記燃料電池システムの特徴点は、上述した第１電圧変換部と第２電圧変換部を介して行われる電力授受に加えて、更にバイパス回路を介した電力授受を行うことができる点である。このバイパス回路は、授受される電力が第１電圧変換部又は第２電圧変換部を経ることなく供給先へと供給されることを可能とするバイパスである。この電力のバイパスは、制御部によって負荷の状態に基づいて制御される。即ち、負荷の状態が各電圧変換部によって変換される必要が無い場合には、制御部によってその電圧変換部をバイパスさせることで、当該電圧変換部で生じる電力損失を回避することが可能となる。
【００１２】
ここで、本発明は前記課題を解決するために、以下の手段も採用する。すなわち、本発明は、負荷に電力を供給する燃料電池本体と、前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、前記負荷と蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、前記負荷と燃料電池本体との間に設けられ、前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を前記負荷に供給するバイパス回路と、前記燃料電池本体の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記バイパス回路によって前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を負荷に供給し、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なくとも一方で昇圧することにより負荷に供給する電圧を制御する、制御部と、を備える燃料電池システムである。
【００１３】
本発明によれば、燃料電池本体の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記バイパス回路によって第２電圧変換部をバイパスして燃料電池本体の電力を負荷に供給する。したがって、この場合には、第２電圧変換部による電力損失を回避して、燃料電池本体から負荷に電力を供給できる。
【００１４】
一方、燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なくとも一方で昇圧することにより負荷に供給する電圧を制御すればよい。すなわち、昇圧の必要がある場合には第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なくとも一方で昇圧すればよい。このような構成によって、燃料電池本体または蓄電装置のいずれか一方（都合がよい方）から、あるいは、その双方から負荷に電力を供給できる。
【００１５】
前記制御部は、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値を超えるときには、さらに、前記第１電圧変換部によって前記負荷に加えられる電圧を制御するようにしてもよい。すなわち、第２電圧変換部をバイパスする場合でも、第１電圧変換部に変換された電圧で、負荷に加えられる電圧、すなわち、燃料電池本体の出力電圧を制御すればよい。このような構成によって、燃料電池本体の発電状態を制御できる。
【００１６】
前記負荷は電動機であり、前記電動機の回転数を検出する回転数センサをさらに備え、前記制御部は、電動機の異なる回転数に応じて前記基準値を記憶した記憶手段を有し、前記回転数センサによって検出された回転数から前記記憶手段を参照して前記基準値を特定するようにしてもよい。このような基準値としては、例えば、電動機が含まれる場合の電動機の逆起電力がある。
【００１７】
ここで、本発明は前記課題を解決するために、以下のように構成されてもよい。すなわち、本発明は、負荷に電力を供給する燃料電池本体と、前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、前記第１電圧変換部、前記第２電圧変換部および前記負荷と接続し、前記燃料電池本体、前記蓄電装置および前記負荷との間で電力授受を可能とする電力供給回路と、前記燃料電池本体と前記蓄電装置との間の電力授受において、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部のうち少なくとも該第１電圧変換部をバイパスして、該電力授受を可能とするバイパス回路と、前記負荷の状態に応じて、前記バイパス回路を介した前記燃料電池本体から前記蓄電装置への電力授受を制御する制御部と、を備える燃料電池システムである。
【００１８】
上記電力供給回路は、第１電圧変換部と第２電圧変換部と負荷とを電気的に接続することで、燃料電池本体、蓄電装置、負荷の間の電力授受を可能とするものである。ここで、燃料電池本体で発電された電力を蓄電装置に供給し、そこで蓄電しようとする場合、第１電圧変換部と第２電圧変換部が蓄電装置と燃料電池本体にそれぞれ対応して設けられているため、それぞれの電圧変換部での電力損失に晒されることになる。そこで、上記燃料電池システムでは、バイパス回路による供給電力のバイパスが行われる。即ち、制御部によって、負荷の状態に基づいた電力供給が行われる。これにより、燃料電池本体から蓄電装置へ電力が供給される際には、少なくとも第１電圧変換部がバイパスされて電力が供給されるため、電力損失を可及的に抑えることができる。尚、第２電圧変換部がバイパスされないときは、当該第２電圧変換部による電圧の変換（昇圧）が可能であるため、これにより燃料電池本体から蓄電装置への電力供給をより確実に行うことができる。
【００１９】
上記の燃料電池システムにおいて、前記バイパス回路は、前記燃料電池本体と前記蓄電装置との間の電力授受において、前記第１電圧変換部に加えて前記第２電圧変換部もバイパスして該電力授受を可能とし、そして、前記制御部によって前記バイパス回路を介した電力授受が可能とされた状態では、前記燃料電池本体側の電圧は、前記蓄電装置側の電圧よりも高く設定されるようにしてもよい。このようにバイパス回路による電力のバイパスを制御することで、燃料電池本体による蓄電装置の充電の際には、第１電圧変換部と第２電圧変換部の両方がバイパスされて電力が供給されるため、電力損失をより確実に抑えることができる。また、このとき前記燃料電池本体側の電圧は、前記蓄電装置側の電圧よりも高く設定されることで、燃料電池本体から蓄電装置への電力供給が安定的に行われる。
【００２０】
また、上述までの燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記負荷から電力の供給要求が無いとき、前記バイパス回路を介して前記燃料電池本体によって発電された電力を前記蓄電装置に供給するようにしてもよい。即ち、燃料電池本体で発電された電力を負荷に供給する必要が無い場合に、その発電電力を、上記バイパス回路を介して蓄電装置に供給する。このようにすることで、負荷の電力消費に影響されること無く、蓄電装置への電
力供給が達成され得る。
【００２１】
また、上記の制御部による電力のバイパスに代えて以下の電力バイパスを行ってもよい。即ち、前記制御部は、前記負荷から電力の供給要求があるとき、前記燃料電池本体によって発電された電力の一部を、前記第２電圧変換部を介して該負荷に供給するとともに、前記発電電力の残りを、前記バイパス回路を介さずに前記第１電圧変換部と前記第２電圧変換部とを介して前記蓄電装置に供給する。このようにすることで、負荷からの電力要求を満たす電力を燃料電池本体から供給し、更に電力に余力がある場合には、その残余部分を蓄電装置に供給することになり、以て蓄電装置への電力供給を理由として負荷の運転状態を妨げる虞がなくなる。
【００２２】
ここで、本発明は、上記課題を解決するために、以下のようにも構成される。即ち、本発明は、回生電力を発生可能な負荷に電力を供給する燃料電池本体と、前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、前記負荷と蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、前記負荷と並列に接続される静電容量素子と、前記負荷から回収可能な回生電力を予測する予測計算部と、前記予測された回収可能な回生電力と前記静電容量素子の現在の充電状態とに基づいて、前記静電量素子に充電すべき充電量と前記蓄電装置に充電すべき充電量の割合を設定し、その割合にしたがって、前記第１電圧変換部を通じて前記蓄電装置に充電される充電量を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであってもよい。
【００２３】
本発明によれば、予測された回収可能な回生電力と静電容量素子の現在の充電状態とに基づいて、静電容量素子に充電される充電量と、蓄電装置に充電される充電量とが制御される。したがって、回収可能な回生電力が静電容量素子の定格容量より多い場合には、優先して蓄電装置に充電すればよい。これによって、回収総量を極力多くすることができる。
【００２４】
一方、回収可能な回生電力が静電容量素子の定格容量より少ない場合には、優先して静電容量素子に充電すればよい。これによって、少ない回生エネルギを効率的に回収することができる。
【００２５】
前記負荷は、車両に搭載された電動機であり、前記車両の速度を検出可能な速度センサをさらに備え、前記予測計算部は、前記車両の速度による運動エネルギに応じて前記回収可能な回生電力を予測するようにしてもよい。すなわち、車両の搭載されたシステムでは、車両の速度から回生電力の回収エネルギ総量を見積もることができる。
【００２６】
前記制御部は、前記予測された回生電力を前記静電容量素子に充電した場合の蓄積電荷による電圧と前記静電容量素子の定格電圧との差分で決定される容量余裕値が所定の許容値を超えて確保できる場合には前記容量素子を充電し、容量余裕値が前記許容値を超えて確保できない場合には、前記第１電圧変換部を通じて、前記回生電力のうち前記容量余裕値に応じて決定される少なくとも一部の電力を前記蓄電装置に充電するようにすればよい。このような手順によって、現在の静電容量素子の状態と、回生電力との予測値とから、きめ細かな制御を実現し、回収総量の確保と、燃料効率の向上とを達成できる。
【００２７】
本燃料電池システムは、前記負荷と燃料電池本体との間に設けられる第２電圧変換部と、前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を前記負荷に供給するバイパス回路とをさらに備え、前記制御部は、前記燃料電池本体の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記バイパス回路によって前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を負荷に供給し、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なく
とも一方で昇圧することにより負荷に供給する電圧を制御するようにしてもよい。このような構成により、燃料電池本体、静電容量素子、および蓄電装置のいずれか１以上から、効率のよいものを優先して、負荷に電力を供給できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、燃料電池の高電圧状態を維持したいという要求と、燃料電池システム全体の損失を極力低減したいという要求とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る燃料電池システムについて説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成には限定されない。
【００３０】
《第１実施形態》
図１から図６の図面に基づいて本発明の第１実施形態に係る燃料電池を説明する。
【００３１】
＜システム構成＞
図１は、本燃料電池システムのシステム構成図である。図１のように、本燃料電池システムは、負荷６に電力を供給する燃料電池３と、負荷６と燃料電池３との間で授受される電力を一時的に蓄積する二次電池５と、負荷６と二次電池５との間に設けられる第１ＤＣＤＣコンバータ１と、負荷６と燃料電池３との間に設けられ、燃料電池３の出力電圧を変換して負荷に供給する第２ＤＣＤＣコンバータ２と、燃料電池３の出力電流を測定する電流センサ８と、負荷６の端子間の電圧を測定する電圧センサ７と、負荷６に含まれるモータの回転数を検出する回転数センサ１５と、燃料電池システムを制御するＥＣＵ（電子制御ユニット、本発明の制御部に相当）１０とを備えている。
【００３２】
燃料電池３は、燃料電池本体ともいい、セルスタックを含む。燃料電池３は、発電した電力を図１の＋と−の記号で示されている出力端子から出力する。
【００３３】
第１ＤＣＤＣコンバータ１（本発明の第１電圧変換部に相当）および第２ＤＣＤＣコンバータ２（本発明の第２電圧変換部に相当）は、ともに、２対の端子を有しており、一方の端子間に入力された電圧を変換して他方の端子間に出力する。第１ＤＣＤＣコンバータ１および第２ＤＣＤＣコンバータ２の構成そのものは一般的なものである。これらは、例えば、トランジスタをブリッジで形成したスイッチング回路と、インダクタンス素子とを含み、入力側の直流の電力を交流に変換し、インダクタンス素子によって電圧を変更し、整流して出力側に出力する。ブリッジとしては、ハーフブリッジ方式あるいはフルブリッジ方式のものが通常使用される。
【００３４】
負荷６は、本実施形態では、モータ（本発明の電動機に相当）である。モータが交流モータの場合には、インバータによって直流の電力が交流に変換されてモータに投入される。交流モータでは、投入された電力にて作動したときに、電源端子間（例えば、界磁巻線の端子間）に、投入された電圧に対して逆方向に働く起電力が発生する。
【００３５】
燃料電池３から供給される電圧、または、二次電池５から供給される電圧がこの逆起電力より高い場合には、負荷６に電力が供給されることになる。ただし、モータの回転数の増加とともに、逆起電力は次第に高くなる。第２ＤＣＤＣコンバータ２は、負荷６の逆起電力が、燃料電池３の出力電圧よりも高くなった場合に、燃料電池３の出力電圧を上昇させ、負荷６の逆起電力よりも高く制御する役割を有する。したがって、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって、燃料電池３から負荷６への電力供給が維持されることになる。
【００３６】
一方、燃料電池３の出力電圧が、負荷６の逆起電力より高い場合には、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって燃料電池３の出力電圧を上昇させる必要はない。そこで、本燃料電池システムでは、第２ＤＣＤＣコンバータ２をバイパスして燃料電池３の電力を負荷６に投入できるようにダイオード４（本発明のバイパス回路に相当）が設けられている。すなわち、燃料電池３の出力電圧が、負荷６の逆起電力より高い場合には、ダイオード４を通じて、負荷６に電力が供給される。ただし、燃料電池３の出力電圧が、負荷６の逆起電力より低くなると、ダイオード４は遮断する。
【００３７】
なお、負荷６に含まれるモータの回転数は、回転数センサ１５からＥＣＵ１０の不図示のインターフェースに報告される。回転数センサ１５は、１回転ごとにパルスを発生する方式（例えば、永久磁石の回転をピックアップで検知する方式）で構成すればよい。
【００３８】
二次電池５（本発明の蓄電装置に相当）は、充放電可能なバッテリである。このような構成において、ＥＣＵ１０は、電流センサ８、電圧センサ７、および回転数センサ１５等を監視するとともに、第１ＤＣＤＣコンバータ１、第２ＤＣＤＣコンバータ２等を制御する。第１ＤＣＤＣコンバータ１は、ダイオード４を通じた燃料電池３の出力電圧を制御する。出力電圧を制御された燃料電池３は、燃料電池３が有する電流電圧特性にしたがって、電流を出力し、これにより、燃料電池３の反応状態が制御される。
【００３９】
図２に、燃料電池出力と負荷電圧との関係を示す。図２は、図１の燃料電池３から出力される電流（電流センサ８で検出される電流）と、負荷６の端子電圧（電圧センサ７の検出電圧）との関係を示している。図２では、電流センサ８で検出される電流は、「燃料電池出力電流」として横軸に示されている。また、電圧センサ７で検出される電圧は、「負荷電圧」として縦軸に示されている。
【００４０】
図２のように、燃料電池出力電流と負荷電圧の関係は、２つの交差する特性曲線によって構成されている。符号１０１で示した曲線は、燃料電池３の電流電圧特性であり、電流の増加とともに電圧が単調に減少する。符号１０２で示した曲線は、負荷６に含まれるモータの逆起電力を示す特性曲線であり、出力電流の増加ともに、増加する傾向にある。
【００４１】
なお、図２では、特定の回転数に固定して、負荷６の逆起電力（本発明の基準値に相当）を示している。したがって、例えば、回転数をより高い状態で使用した場合には、符号１０２の曲線は、左側（同一の燃料電池出力電流に対して、逆起電力が高くなる方向）に移動する。また、回転数をより低い状態で使用した場合には、符号１０２の曲線は、右側（同一の燃料電池出力電流に対して、逆起電力が低くなる方向）に移動する。
【００４２】
また、より大きな励磁電流で駆動可能としモータを大型化した場合には、同一の回転数において、逆起電力が小さくなる。したがって、そのようなモータの場合には、符号１０２の曲線は、右側に移動する。一方、モータを相対的に小型化した場合には、同一の回転数において、逆起電力が大きくなる。したがって、そのようなモータの場合には、符号１０２の曲線は、左側に移動する。
【００４３】
燃料電池の電流電圧特性（符号１０１の曲線）と、モータの逆起電力（符号１０２の曲線）とが交差する位置ＩＢより、燃料電池出力電流が小さい領域（図２で、制御モード（１）と記載）では、燃料電池出力電圧は、モータの逆起電力より高い。このため、この領域では、燃料電池３で発電された電力は、第２ＤＣＤＣコンバータ２を介さず、ダイオード４を介して、負荷６に供給される。このとき、燃料電池３の出力電圧自体は、第１ＤＣＤＣコンバータ１が負荷に加える電圧によって制御される。
【００４４】
一方、燃料電池３の電流電圧特性と、モータの逆起電力とが交差する位置ＩＢより、燃
料電池出力電流が大きい領域（図２で、制御モード（２）と記載）では、燃料電池出力電圧は、モータの逆起電力より低い。この領域では、ダイオード４は、遮断状態となる。そのため、本燃料電池システムでは、第２ＤＣＤＣコンバータ２が燃料電池の出力電圧をモータの逆起電力より大きくなるまで昇圧し、負荷６に供給する。
【００４５】
その場合に、燃料電池３の発電状態に応じて、必要により二次電池５からも負荷６に電力を供給する。例えば、急加速等によって要求負荷電力が増大した場合で、燃料電池３でのガスの供給が追いつかないような場合には、第１ＤＣＤＣコンバータ１での変換する電圧を制御し、二次電池５からも負荷６に電力を供給すればよい。
【００４６】
燃料電池３を車両に搭載した場合、大半の使用状態は、図２の制御モード（１）の領域である（図２に常用域と明示）。そして、一時的に負荷６での消費電力が増加し、燃料電池出力電流が増加する場合があり、その場合に、第２ＤＣＤＣコンバータ２での昇圧が必要となる。
【００４７】
したがって、ダイオード４がない場合には、大半の運転時間において、第２ＤＣＤＣコンバータ２による昇圧の必要がないにも拘わらず、第２ＤＣＤＣコンバータ２を通じて、電力を負荷６に供給する必要があり、第２ＤＣＤＣコンバータ２でのスイッチングによる損失が無視できない。図１の構成では、大半の運転時間において、そのような第２ＤＣＤＣコンバータ２でのスイッチングによる損失を抑制できる。
【００４８】
＜処理フロー＞
図３に、本燃料電池システムにおける制御の処理フローを示す。この処理は、図１に示したＥＣＵ１０にて、メモリ上に展開された制御プログラムを実行することで実現される。
【００４９】
この処理では、ＥＣＵ１０は、負荷６を構成するモータの回転数を監視する（Ｓ１）。次に、ＥＣＵ１０は、モータの回転数に対する逆起電力Ｖｍをマップから参照する（Ｓ２）。このマップは、モータの回転数と逆起電力Ｖｍとを対にして記憶したテーブルであり、不図示のメモリ上に構成される。モータの回転数と逆起電力Ｖｍとの関係は、モータの方式、構造、定格励磁電流等に応じて異なる。本実施形態では、ＥＣＵ１０内のメモリ上に、負荷６の特性に応じたマップが構成されている。図４は、そのようなマップ内のデータ例をプロットした図である。図４で、横軸は、モータ回転数であり、最大回転数は、モータの機種に応じて定められている。また、図４で縦軸は、モータ逆起電力Ｖｍである。また、図４において、マップはモータ負荷が１００％、５０％、および０％を例に示されている。一般的に、モータ回転数の増加とともに、逆起電力Ｖｍが増加する。また、モータ逆起電力Ｖｍは、モータ負荷が１００％、モータ回転数が最大回転数のとき、機種に応じて定まるモータシステムとしての電圧最大値Ｖｓｙｓとなる。
【００５０】
次に、ＥＣＵ１０は、ユーザから要求されている要求負荷電力を参照する（Ｓ３）。要求負荷電力は、例えば、アクセルの踏み込み角度から判定される。
【００５１】
次に、ＥＣＵ１０は、燃料電池の負荷−出力電圧特性マップを参照し、要求されている負荷電力に対する燃料電池３の出力端子の端子電圧Ｖｏを参照する（Ｓ４）。燃料電池の負荷−出力電圧特性マップは、燃料電池３から負荷６に供給される負荷電力と、そのときの燃料電池の端子電圧とを対にして記憶したテーブルであり、不図示のメモリ上に構成される。燃料電池の負荷−出力電圧特性マップは、個々の燃料電池３について、実験的に測定した結果をＥＣＵ１０内のメモリに記憶したテーブルである。図５は、そのようなマップ内のデータ例をプロットした図である。燃料電池の負荷−出力電圧特性は、電流電圧特性と同様の傾向にあり、負荷電力の増加とともに、出力電圧が低下する。
【００５２】
次に、ＥＣＵ１０は、現在の回転数でのモータの逆起電力Ｖｍが、現在の要求負荷電力での燃料電池３の出力電圧Ｖｏより大きいか、否かを判定する（Ｓ５）。逆起電力Ｖｍが、燃料電池３の出力電圧Ｖｏより大きい場合、ＥＣＵ１０は、第２ＤＣＤＣコンバータ２をオンにして、燃料電池３の出力電圧Ｖｏが負荷６のモータの逆起電力Ｖｍより高くなるように制御する（Ｓ７）。これにより、図２での、制御モード（２）の制御が実行される。その後、ＥＣＵ１０は、制御をＳ１に戻す。
【００５３】
一方、Ｓ５の判定で、逆起電力Ｖｍが、燃料電池３の出力電圧Ｖｏより大きくない場合、ＥＣＵ１０は、第２ＤＣＤＣコンバータ２をオフにする。また、すでに第２ＤＣＤＣコンバータ２がオフになっている場合には、オフの状態を継続する。この状態では、燃料電池３の電力は、ダイオード４を通じて負荷に供給されることになる。ただし、燃料電池３の出力電流（および出力電力）は、第１ＤＣＤＣコンバータ１の端子電圧によって制御される。
【００５４】
以上述べたように、本実施形態の燃料電池システムによれば、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えた場合に、燃料電池３の出力電圧を昇圧する第２ＤＣＤＣコンバータ２を有するとともに、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えない場合に第２ＤＣＤＣコンバータ２をバイパスするためのダイオード４を有している。
【００５５】
このため、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えない場合には、第２ＤＣＤＣコンバータ２と介することなく、ダイオード４を通じて燃料電池３の電力を負荷６に供給できる。この場合に、第２ＤＣＤＣコンバータ２を構成するブリッジ接続されたトランジスタをオフにすればよい。
【００５６】
このような構成により、第２ＤＣＤＣコンバータ２による電力損失を可能な限り低減できる。例えば、本燃料電池システムを車両に搭載し、負荷６として、車両を駆動するモータを想定した場合、通常の車両の走行状態では、負荷６のモータの逆起電力は燃料電池３の出力電圧を超えない（図２の常用域）と想定される。したがって、大半の運転時間において、燃料電池３から第２ＤＣＤＣコンバータ２を介することなく負荷に電力が供給され、電力効率を極めて高めることができる。その場合に、第２ＤＣＤＣコンバータ２を構成するブリッジ接続されたトランジスタを遮断し、第２ＤＣＤＣコンバータ２をオフにすることにより、不要なスイッチングによる電力消費も削減できる。
【００５７】
ただし、システムの応答性を要求されるようなシステム（例えば、負荷６のモータ回転数の変動が激しい場合）では、必ずしも第２ＤＣＤＣコンバータ２をオフにしなくてもよい。その場合には、第２ＤＣＤＣコンバータ２でのスイッチングによる損失は生ずる可能性があるが、大半の電力をダイオード４経由で負荷６に供給することができる。したがって、第２ＤＣＤＣコンバータ２がオフになり得る運転モードと、オフにならない運転モードとを選択できるシステムとしてもよい。
【００５８】
また、本実施形態の燃料電池システムによれば、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えない場合に、二次電池５に接続された第１ＤＣＤＣコンバータ１により、二次電池５の電圧を変換して、負荷６の端子に供給する。これによって、第２ＤＣＤＣコンバータ２を使用しない場合に、第１ＤＣＤＣコンバータ１によって、燃料電池３の出力電圧（したがって、燃料電池３の電流電圧特性にしたがう出力電流）を制御する。その結果、第１ＤＣＤＣコンバータ１によって、燃料電池３の出力制御が実現され、燃料電池３の電流電圧特性上で発電効率のよい状態に制御できる。すなわち、燃料電池３から負荷６のモータへの電力伝達効率が向上し、燃料効率が向上する。
【００５９】
また、本燃料電池システムでは、第１ＤＣＤＣコンバータ１および第２ＤＣＤＣコンバータ２の少なくとも一方によって、燃料電池３の出力制御をすることができる。このため、例えばＤＣＤＣコンバータをすべて止める方式と比較して、負荷変動に対するレスポンスの低下は少ない。また、燃料電池システムが車両に搭載された場合で、車輪のスリップ等が発生しても、負荷変動を吸収することが可能であり、機器破損の可能性を低減できる。
【００６０】
さらに、本燃料電池システムでは、負荷６のモータを従来よりも小型化できる。負荷６のモータを小型化（モータの励磁電流を小さく）すれば、同一の回転数出力を得るための逆起電力が増加する。この場合、本燃料電池システムでは、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって、燃料電池３の出力電圧を昇圧することで、逆起電力を超える電圧を負荷６に供給できる。すなわち、本燃料電池システムによれば、負荷６のモータの小型を図るとともに、第２ＤＣＤＣコンバータ２を可能な限り通さないで、燃料電池３の電力を負荷６に供給できる。すなわち、負荷６のモータの小型と、第２ＤＣＤＣコンバータ２による損失低減のバランスをとることができる。
【００６１】
＜変形例＞
上記実施形態では、燃料電池３と負荷６との間に第２ＤＣＤＣコンバータ２を設けるとともに、第２ＤＣＤＣコンバータ２をバイパスして燃料電池３から負荷６に電力を供給するダイオード４を設けた。しかし、ダイオード４を設ける代わりに、第２ＤＣＤＣコンバータ２として、ハーフブリッジ方式を採用し、ハーフブリッジを構成するトランジスタと並列に設けられるフリーホイールダイオードをダイオード４の代わりにバイパス経路としてもよい。
【００６２】
図６に、本実施形態の変形例における燃料電池３、第２ＤＣＤＣコンバータ２および負荷６を含む回路構成を示す。図６のように、変形例では、第２ＤＣＤＣコンバータ２に並列なダイオード４は設けられていない。なお、図６では、第１ＤＣＤＣコンバータ１および二次電池５は図示されていない。
【００６３】
図６のように、第２ＤＣＤＣコンバータ２は、ハーフブリッジで構成される。ハーフブリッジは、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、およびこれらと対に設けられるフリーホイールダイオードＨＤ１、ＨＤ２によって構成される。
【００６４】
この回路では、燃料電池３の出力電圧３が、負荷６のモータの逆起電力より高い場合（図２の常用域）には、点線の矢印２００のように直流電流が流れる。すなわち、燃料電池３から出力された電流は、チョークコイルＬ、およびフリーホイールダイオードＨＤ１を通って負荷６に供給される（この場合、他方のフリーホイールダイオードＨＤ２は、逆方向電圧により遮断する）。
【００６５】
したがって、常用域では、ハーフブリッジのうち、トランジスタＴｒ１、およびＴｒ２を遮断し、フリーホイールダイオードＨＤ１だけがオンとなるようにすることで、実効的に図１の回路と同様の機能を構成できる。ただし、この回路構成では、リアクトルであるチョークコイルＬを電流が流れることによる損失は低減できない。
【００６６】
なお、図６の回路構成で、燃料電池３の出力電圧３が、負荷６のモータの逆起電力より低い場合には（図２の制御モード（２）の領域）、トランジスタＴｒ２によるチョークコイルへのエネルギの蓄積と遮断とによってチョークコイルの両端に電圧を発生させることで、負荷６へ加える電圧を昇圧する。すなわち、トランジスタＴｒ２をオン（飽和状態）にすることで、燃料電池３からチョークコイルＬおよびトランジスタＴｒ２に電流が流れ
る。そして、チョークコイルＬにエネルギが蓄積された状態で、トランジスタＴｒ２を遮断すると、チョークコイルＬには、同一方向への電流を維持しようとする電圧が発生し、その電圧と、燃料電池３の出力電圧が直列になって、フリーホイールダイオードＨＤ１を通じて、負荷６に電圧が加わる。
【００６７】
このように、図６の回路構成によっても、簡易的に第１実施形態の機能を実現できる。
【００６８】
《第２実施形態》
以下、図７から図９の図面を参照して、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムを説明する。
【００６９】
＜概要＞
上記第１実施形態では、燃料電池３とともに負荷６に並列に、第１ＤＣＤＣコンバータ１を介して二次電池５を設けた。また、燃料電池３と負荷６との間に第２ＤＣＤＣコンバータ２を設けるとともに、第２ＤＣＤＣコンバータ２をバイパスして燃料電池３から負荷６に電力を供給するダイオード４を設けた。このようにして、第１実施形態では、燃料電池が低出力（低負荷）である常用域（図２参照）では、燃料電池３からダイオード４を通じて負荷６に電力を供給するともに、その出力制御を第１ＤＣＤＣコンバータ１の端子電圧で行った。また、燃料電池３の高出力（高負荷）領域では、第２ＤＣＤＣコンバータ２で燃料電池３の出力電圧を昇圧した。このような構成により、第１実施形態では、燃料電池システムの高出力域において出力電圧を昇圧する要請と、燃料電池システムの常用域において燃料効率を向上する要請の両方に対応した。
【００７０】
本実施形態では、負荷６において回生電力が発生する場合に、効率的に回生電力を回収するとともに、効率的に負荷６に電力を供給する燃料電池システムの構成を説明する。
【００７１】
すでに、第１実施形態で述べたようにＤＣＤＣコンバータを通じて二次電池に電力を蓄積し、二次電池から負荷に電力を供給するとＤＣＤＣコンバータによる損失が生じる。特に、変動が大きいと考えられる回生電力の場合には、二次電池に蓄積するよりも、大容量のキャパシタを設けて、キャパシタを充電する方が、回生効率が高まる。
【００７２】
しかしながら、一般的には、キャパシタの容量は二次電池の容量よりも小さいので、回生電力のすべてを大容量のキャパシタに蓄積するのは困難である。そこで、本実施形態では、回収見込みエネルギの大小（あるいは、キャパシタの容量の余裕）を判定し、回収見込みエネルギが小さい場合（キャパシタ容量に余裕がある場合）には、そのまま大容量のキャパシタに充電する。一方、回収見込みエネルギが大きい場合（キャパシタ容量に余裕がない場合）には、その程度に応じてＤＣＤＣコンバータを通じて回生電力の一部を二次電池に振り分け回収する。このような構成をとることで、大容量のキャパシタによる効率向上と、二次電池による蓄積電力量の増加とのバランスをとる。
【００７３】
さらに、第１実施形態と同様に、燃料電池から負荷への電圧をＤＣＤＣコンバータにより昇圧可能とするとともに、ダイオードによってそのＤＣＤＣコンバータをバイパス可能とする。このような構成により、大容量のキャパシタに電荷を蓄積した状態で、燃料電池から負荷への電力供給を可能とし、燃料電池による発電電力と、負荷から回収した回生電力とを柔軟に使い分けることを可能とする。
【００７４】
＜システム構成＞
図７に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を示す。図７のように、本燃料電池システムは、負荷６に並列に、大容量キャパシタ９（本発明の静電容量素子に相当）および速度センサ２０が設けられている。大容量キャパシタ９および速度
センサ２０以外の構成は、第１実施形態の場合（図１）と同様であるので、図１と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明の繰り返しは省略する。なお、図７の構成から明らかなように、大容量キャパシタ９は、第１ＤＣＤＣコンバータ１を介した二次電池５の端子および第２ＤＣＤＣコンバータ２（またはダイオード４）を介した燃料電池３の出力端子とも並列に接続されることになる。
【００７５】
このような構成により、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えない場合には、第２ＤＣＤＣコンバータ２を介することなく、ダイオード４を通じて燃料電池３の電力を負荷６に供給できる。また、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えた場合に、燃料電池３の出力電圧を昇圧することができる。
【００７６】
さらに、本燃料電池システムでは、負荷６に回生電力が発生した場合には、まず、第１ＤＣＤＣコンバータ１および第２ＤＣＤＣコンバータ２をオフとし、大容量キャパシタ９に電力を蓄積する。
【００７７】
そして、回収エネルギが増加し、大容量キャパシタ９の蓄積電荷による電圧がその耐圧に近づいた場合には、第１ＤＣＤＣコンバータ１をオンにして、二次電池５に回生電力を蓄積する。その場合、大容量キャパシタ９と、二次電池５との蓄積エネルギの振り分け制御は、第１ＤＣＤＣコンバータ１のパルス幅（デューティ比）によればよい。すなわち、より多くのエネルギを二次電池５に蓄積する必要がある場合には、第１ＤＣＤＣコンバータ１のスイッチングパルスのデューティ比を１００％に近づければよい。
【００７８】
そして、負荷６での回生電力の発生がない状態では、燃料電池３の運転状態に応じて、燃料電池３、大容量キャパシタ９および二次電池５のいずれかから、負荷６に電力が供給される。例えば、要求負荷電力が安定している状態では、原則的には、燃料電池３から負荷６に電力を供給すればよい。また、車両の急発進、急加速に相当するような運転状態では、大容量キャパシタ９、あるいは、二次電池５から電力を供給すればよい。
【００７９】
なお、速度センサ２０は、いわゆるスピードメータであり、本燃料電池システムが搭載された車両の走行速度を測定する。ＥＣＵ１０（本発明の制御部に相当）は車両の速度から、回収可能な回生エネルギの総量を見積ることができる。
【００８０】
図８に、回生電力発生時の負荷６の端子電圧、すなわち、大容量キャパシタ９の端子電圧の時間変化を示す。図８では、燃料電池システムを搭載した車両が、高速運転である場合（モータ回転数が高い場合）と、低速運転である場合（モータ回転数が低い場合）とが示されている。さらに、点線は、燃料電池３の開放端子電圧ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）を示している。
【００８１】
さらに、図８の時間軸と平行に、制御モード（１）と示されているのは、燃料電池３の出力電圧が、負荷６のモータの逆起電力よりも大きい場合（常用域）を示している。この状態では、燃料電池３から、負荷６に対して、発電された電力が供給される。そのとき、第２ＤＣＤＣコンバータ２は停止状態にあり、燃料電池３の出力は、ダイオード４を通り、負荷６に供給される。したがって、負荷６の端子電圧は、燃料電池３の出力電圧に等しくなる。
【００８２】
ただし、このとき、図８には示されていないが、燃料電池３の運転状態を第１ＤＣＤＣコンバータ１の端子電圧によって制御してもよい。このとき、燃料電池３は、電流電圧特性にしたがって電流を負荷６に出力するとともに、発電状態が制御される。
【００８３】
モータ回転数が高くなると、モータの逆起電力が増加し、燃料電池３の出力電圧を超え
るようになる。その場合には、ＥＣＵ１０は、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって、燃料電池３の出力電圧を昇圧して、負荷６に供給する。これによって、燃料電池３の発電状態も制御される。
【００８４】
一方、制御モード（３）とあるのは、負荷６から回生電力が出力されている運転状態を示している。この状態では、負荷６で発生した回生電力が、大容量キャパシタ９または二次電池５に蓄積される。
【００８５】
この状態では、ＥＣＵ１０は、第２ＤＣＤＣコンバータ２を停止させ、さらに、第１ＤＣＤＣコンバータ１で負荷６の端子電圧（および大容量キャパシタ９の端子電圧）を燃料電池３の開放端子電圧ＯＣＶ以上に制御する。その結果、ダイオード４は逆方向に電圧が加えられ、遮断状態となる。
【００８６】
そして、ＥＣＵ１０は、回生電力を大容量キャパシタ９と、二次電池５とで振り分け回収する。振り分けの割合は、車両速度、およびキャパシタ９の充電状態によって制御する。
【００８７】
すなわち、速度（回転数）が高い場合、回収見込みエネルギが大きいため、エネルギの回収総量を極力多くするため、二次電池５に優先的に充電する。一方、速度（回転数）が低い場合、回収見込みエネルギが小さいため、回収効率を極力高くするため、大容量キャパシタ９に優先的に充電する。
【００８８】
＜処理フロー＞
図９に、本燃料電池システムにおける制御の処理フローを示す。この処理は、図７に示したＥＣＵ１０にて、メモリ上に展開された制御プログラムを実行することで実現される。
【００８９】
この処理では、ＥＣＵ１０は、負荷６からの回生電力の発生を監視する（Ｓ１１）。回生電力の発生は、例えば、燃料電池システムが車両に搭載されたシステムの場合には、アクセルペダルが開放され、要求負荷電力が０に近づいたか否かによって判定すればよい。また、ブレーキペダルによって制動が指示されたか否かによって判定すればよい（Ｓ１２）。
【００９０】
回生電力が発生していない場合、ＥＣＵ１０は、制御をＳ１１に戻す。一方、回生電力が発生している場合、ＥＣＵ１０は、車両の速度を参照する（Ｓ１３）。そして、ＥＣＵ１０は、現在の車両の速度で発生する回生電力から回収可能なエネルギの総量を予測する（Ｓ１４）。回収可能なエネルギの総量の予測は、例えば、以下の手順による。この処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明の予測計算部に相当する。
（１）車両の速度を基に、運動エネルギを算出する。そして、その運動エネルギに対して、経験的に求めた係数（０〜１の範囲）を乗算した値を回収エネルギ総量とする。
（２）車両の速度と、アクセルペダルの開放時間を基に、所定の制動力にてその開放時間経過した後の速度を推定する。その速度の変化量に相当するエネルギを回収エネルギ総量とする。
（３）車両の速度と、ブレーキペダルの踏み込み時間と、その踏み込み角度を基に、その踏み込み角度に相当する制動力にて、その踏み込み時間が経過した後の速度を推定する。その速度の変化量に相当するエネルギを回収される回生エネルギ総量とする。
【００９１】
次に、ＥＣＵ１０は、大容量キャパシタ９の現在の端子電圧Ｖｃ１を読み取る（Ｓ１５）。そして、ＥＣＵ１０は、Ｓ１４で予測された回収される回生エネルギ総量を大容量キャパシタ９に蓄積した場合の、大容量キャパシタ９の端子電圧Ｖｃ２を予測する（Ｓ１６
）。そして、ＥＣＵ１０は、大容量キャパシタ９の規格で定まる耐電圧Ｖｄと、回生エネルギ蓄積後の端子電圧Ｖｃ２との差である電圧余裕ΔＶ＝Ｖｄ−Ｖｃ２を求める（Ｓ１７）。
【００９２】
そして、ＥＣＵ１０は、電圧余裕ΔＶが許容値未満か否かを判定する（Ｓ１８）。電圧余裕ΔＶが許容値より大きい場合には、まだ、大容量キャパシタ９の耐電圧まで余裕があるので、ＥＣＵ１０は、第１ＤＣＤＣコンバータ１をオフにする（Ｓ１６）。また、すでに、第１ＤＣＤＣコンバータ１がオフになっている場合には、ＥＣＵ１０は、そのオフの状態を維持する。そして、制御をＳ１１に戻す。
【００９３】
一方、電圧余裕ΔＶが許容値より小さい場合には、まだ、大容量キャパシタ９の耐電圧までの余裕がないので、ＥＣＵ１０は、第１ＤＣＤＣコンバータ１をオンにする（Ｓ１Ａ）。
【００９４】
そして、ＥＣＵ１０は、電圧余裕ΔＶに応じて、大容量キャパシタ９と、二次電池５との間の振り分け比率を決定する。振り分け比率は、例えば、電圧余裕ΔＶと振り分け比率との関係を設定したマップを参照して決定すればよい。
【００９５】
そして、ＥＣＵ１０は、その振り分け比率に応じた第１ＤＣＤＣコンバータ１でのパルスのデューティ比を制御する。そして、ＥＣＵ１０は、制御をＳ１３に戻す。このようにして、電圧余裕ΔＶが所定の許容値に達するまで、大容量キャパシタ９と、二次電池５との間の振り分け制御が実施される。その後、ＥＣＵ１０は、制御をＳ１１に戻す。
【００９６】
以上述べたように、本実施形態の燃料電池システムによれば、負荷６において、回生電力が発生した場合に、大容量キャパシタ９に余裕がある場合に、回生エネルギを大容量キャパシタ９に優先的に蓄積する。一方、大容量キャパシタ９に余裕がなく、電圧余裕ΔＶが所定の許容値に未満の場合、または、車両速度（モータ回転数）が大きく、大きな回生エネルギの発生が予測される場合に、二次電池５に優先して蓄積する。
【００９７】
このような制御によって、単に二次電池５を使用した場合と比較して、運動エネルギの回生率が改善される。また、単にキャパシタ９だけを使用した場合に比較して、回収総量を増加できるとともに、キャパシタ９の耐電圧を低くすることができ、システム全体として小型化が可能となる。
【００９８】
＜変形例＞
上記では、車両の速度に応じて回生エネルギの総量を予測し、さらに、大容量キャパシタ９での電圧余裕ΔＶを予測し、大容量キャパシタ９と二次電池５との間の振り分け比率を決定した。しかし、そのいずれか一方だけにしたがって、振り分け比率を決定してもよい。
【００９９】
例えば、現在の大容量キャパシタの端子電圧と耐電圧との差を電圧余裕として、振り分け比率を決定してもよい。また、車両の速度から予測される回生エネルギの総量に応じて振り分け比率を決定してもよい。
【０１００】
上記実施実施形態では、図７に示したように、燃料電池３と負荷６の間に、第２ＤＣＤＣコンバータ２およびダイオード４を設けた。しかし、本実施形態の燃料電池システムにおいて、大容量キャパシタ９と、二次電池５との間の電力の振り分け制御を実行するための構成としては、第２ＤＣＤＣコンバータ２およびダイオード４を設けなくても構わない。
【０１０１】
ただし、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって、例えば、大容量キャパシタ９に電荷が蓄積された状態で、燃料電池３から負荷６に電力の供給が可能となる。したがって、大容量キャパシタ９の電荷量とは独立に、ＥＣＵ１０は、燃料電池３、大容量キャパシタ９、および二次電池５のいずれか１つを自在に選択して、負荷６に電力を供給できる。したがって、ＥＣＵ１０は、要求負荷電力量に応じて、電力供給元を選択するとともに、燃料電池３の発電状態を制御できる。例えば、急加速などが発生した場合で、燃料電池３への燃料ガスの供給が追いつかない不効率な状態での発電を回避できる。すなわち、一旦回収された回生電力と、燃料電池本体３で発電される電力と、二次電池５に蓄積された電力との間で効率的に負荷を駆動するための手段として、第２ＤＣＤＣコンバータ２およびダイオード４が効果を発揮する。
【０１０２】
《第３実施形態》
＜システム構成＞
図１０から図１４の図面に基づいて本発明の第１実施形態に係る燃料電池を説明する。図１０に本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す。図１０に示す燃料電池システムは、電動機である負荷７０に電力を供給する燃料電池４０と、負荷７０と燃料電池４０との間で授受される電力を蓄電、放出することが可能な、バッテリである二次電池５０と、負荷７０と二次電池５０との間に設けられる第１ＤＣＤＣコンバータ８０（本発明に係る第１電圧変換部に相当）と、負荷７０と燃料電池４０との間に設けられ、燃料電池４０の出力電圧を変換して負荷７０に供給する第２ＤＣＤＣコンバータ９０（本発明に係る第２電圧変換部に相当）と、この燃料電池システムを制御するＥＣＵ（本発明の制御部に相当）２００と、を備えている。また、電動機である負荷７０に交流入力を行うためのインバータ６０が、上記燃料電池システムと負荷７０との間に設けられている。
【０１０３】
燃料電池４０は、燃料電池本体ともいい、セルスタックを含む。燃料電池４０は、発電した直流電力を出力端子から出力する。また二次電池５０は、その出力端子から蓄電してある直流電力を出力し又は該出力端子を介して外部から直流電力を蓄電する。
【０１０４】
ここで、第１ＤＣＤＣコンバータ８０と第２ＤＣＤＣコンバータ９０は、電圧変換部として機能し、その構成はそれぞれ一般的なものであるが、それぞれの具体的構成が異なるため、以下に相違点について説明する。先ず、第１ＤＣＤＣコンバータ８０は、主にリアクタＲａ２、スイッチング素子ＳＷ３、キャパシタＣｐ２から構成される。リアクタＲａ２とスイッチング素子ＳＷ３の作用により、二次電池５０から出力される直流電力の昇圧および二次電池５０に入力される直流電力の降圧を可能とする。尚、キャパシタＣｐ２は、スイッチング素子ＳＷ３のスイッチング動作の影響を平滑化するものである。
【０１０５】
次に、第２ＤＣＤＣコンバータ９０は、主にリアクタＲａ１、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、キャパシタＣｐ１から構成される。この第２ＤＣＤＣコンバータ９０の特徴は、スイッチング素子ＳＷ１とＳＷ２、又はスイッチング素子ＳＷ１とＳＷ４の組合せにより、燃料電池４０の出力電力を２つの出力口（即ち、スイッチング素子ＳＷ２側とスイッチング素子ＳＷ４側）に昇圧出力することが可能である点である。そして、スイッチング素子ＳＷ２側に出力された電力は、負荷７０に供給可能であるとともに第１ＤＣＤＣコンバータ８０を介して二次電池５０に蓄電されるように該二次電池５０にも供給可能である。一方で、スイッチング素子ＳＷ４側に出力された電力は、第１ＤＣＤＣコンバータ８０を介さずに、即ちバイパス回路４５を通って二次電池５０に直接蓄電されるように該二次電池５０に供給可能である。尚、キャパシタＣｐ１は、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング動作の影響を平滑化するものである。
【０１０６】
そして、負荷７０は、第１ＤＣＤＣコンバータ８０を介して二次電池５０に蓄電された電力が供給可能となり、且つ第２ＤＣＤＣコンバータ９０を介して燃料電池４０で発電さ
れた電力が供給可能となるように、第１ＤＣＤＣコンバータ８０と第２ＤＣＤＣコンバータ９０とが負荷７０に対して並列となった状態で、燃料電池システムに接続されている。
【０１０７】
そして、このように構成される燃料電池システムでは、上述したように燃料電池４０から出力される電力は、２つの出力口から出力される。詳細には、スイッチング素子ＳＷ２側から出力された電力は、二次電池５０と負荷７０のうち少なくとも何れかに一方に供給され、スイッチング素子ＳＷ４側から出力された電力は、バイパス回路４５を経て二次電池５０に供給されることになる。ここで、燃料電池４０で発電された電力の二次電池５０への供給を考えたとき、バイパス回路４５を経由して供給される場合と二つのＤＣＤＣコンバータを経由して供給される場合が考えられるが、前者の場合は、第１ＤＣＤＣコンバータ８０を介することなく発電電力が二次電池５０に供給されることになるため、後者の場合と比べて第１ＤＣＤＣコンバータ８０による電力損失を確実に回避することが可能となる。尚、この場合、二次電池５０への電力供給が円滑に行われるべく、第２ＤＣＤＣコンバータ９０によって、燃料電池４０側の電圧が二次電池５０の電圧より高くなるように調整される。
【０１０８】
＜制御フロー＞
本実施例に係る燃料電池システムにおける電力の供給に際して、その電力の供給経路の選択、即ち燃料電池４０からの電力の出力経路の選択は、図１０に示すＥＣＵ２００によって制御される。そこで、上記燃料電池システムは車両に搭載され、該車両の駆動源として機能するものと想定し、当該車両における燃料電池システムの制御（電力供給制御）の処理フローの一例を図１１に示す。即ち、図１１に示す処理フローは、車両の駆動を行う負荷７０に電力を供給する燃料電池システムの処理フローであり、この処理フローは、ＥＣＵ２００にてメモリ上に展開された制御プログラムを実行することで実現される。尚、この処理を行うために必要な燃料電池システム上のパラメータとして、燃料電池システムから負荷７０へ出力される電力の電圧Ｖｓｙｓと、燃料電池４０そのものの出力電圧Ｖｆｃ、二次電池５０そのものの出力電圧Ｖｂａｔが挙げられる。これらのパラメータは、図１０においては図示されない電圧センサによってそれぞれ検出され、当該検出値はＥＣＵ２００に渡され、上記処理に用いられる。
【０１０９】
以下に、図１１に示す電力供給制御の処理フローの詳細について説明する。先ず、Ｓ１０１では、電動機である負荷７０の回転数が、該負荷７０に取り付けられているエンコーダ（図示せず）によって検出される。次に、Ｓ１０２では、検出された負荷７０の実際の回転数に対応する、該負荷７０が最大出力し得る最大トルクを算出する。具体的には、図１２Ａに示すように負荷７０の回転数とそれに対応した最大トルクとが関連付けられている最大モータトルクマップをＥＣＵ２００が有しており、エンコーダからの検出値である回転数とそのマップとを比較することで、その回転数における負荷７０の最大トルクが算出される。例えば、図１２Ａに示すように、モータの回転数がｒｐｍ１であるとき、最大モータトルクはＴＱ１と算出される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【０１１０】
Ｓ１０３では、車両のアクセルペダル（図示せず）の開度に基づいて、負荷７０に出力要求されている要求トルク（Ｔｑ＿ｒｅｑ）が算出される。アクセルペダルの全開が、負荷７０の現時点での回転数における最大トルクを要求していると定義すると、全開時の係数を１００％、全閉時の係数を０％として、以下の式に従って要求トルク（Ｔｑ＿ｒｅｑ）が算出される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
（要求トルクＴｑ＿ｒｅｑ）＝（上記最大トルク）×（アクセルペダルの開度に応じた係数）
【０１１１】
Ｓ１０４では、上述までの算出結果に基づいて、負荷７０に要求されている出力である要求出力（Ｐ＿ｒｅｑ）が、以下の式に従って算出される。Ｓ１０４の処理が終了すると
、Ｓ１０５へ進む。
（要求出力Ｐ＿ｒｅｑ）＝（要求トルクＴｑ＿ｒｅｑ）×（モータの回転数）
【０１１２】
Ｓ１０５では、Ｓ１０４で算出された要求出力と負荷７０の回転数に基づいて、負荷７０に供給されるべき要求電圧値が算出される。具体的には、図１２Ｂに示すように負荷７０の回転数（ｒｐｍ）と上記要求出力（Ｐ＿ｒｅｑ）で形成される関数Ｆと、要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑとが関連付けられている要求電圧値マップをＥＣＵ２００が有しており、負荷７０の回転数と要求出力とをこれに比較することで、要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑが算出される。ここで、負荷７０の回転数が高くなるに従いその逆起電圧が高くなるため要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑは高くなるべきであり、要求出力Ｐ＿ｒｅｑが高くなるとその出力をより少ない電流で達成するために要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑは高くなるべきであるので、その点が図１２Ｂに示す関数Ｆと要求電圧Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑとの相関に反映されている。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【０１１３】
Ｓ１０６では、Ｓ１０３で算出された要求トルクＴｑ＿ｒｅｑがゼロより大きいか否か、即ち負荷７０から電力の供給要求があるか否かが判定される。このＳ１０６の判定は、負荷７０の状態に基づいて行われるべき電力供給のための処理を、後述する複数の処理の中から選択するために行われる判定である。そこで、Ｓ１０６で肯定判定されるとＳ１１３〜Ｓ１１５に示す電力供給の処理が行われことになり、Ｓ１０６で否定判定されるとＳ１０７へ進み、そこで再度判定がされて何れかの電力供給の処理が選択されることになる。
【０１１４】
Ｓ１０７では、本実施例に係る燃料電池システムが搭載される車両の状態がどのような状態であるか判定される。本実施例では、車両状態が停止状態又は減速状態の何れであるかが判定される。このＳ１０７での判定も、上記のＳ１０６の判定と同様に、負荷７０の状態に基づいて行われるべき電力供給のための処理を選択するために行われる判定である。ここで、停止状態とは、車両の駆動源である負荷７０が停止している状態であり、このときは燃料電池システムから負荷７０に対して電力を供給する必要も無く、また負荷７０から回生電力が燃料電池システムに対して戻されることもない。従って、この停止状態とは、燃料電池システムと負荷７０との間で電力授受が行われない状態と言える。一方で、減速状態とは、ある回転速度で回転駆動していた電動機の回転速度が減速する状態であり、車両側の状態で説明すると車両に対してユーザがブレーキ等の減速指示を出した状態や、積極的な減速指示を出さなくともアクセルを踏まずに車両が惰走している状態が、この減速状態に該当する。従って、この減速状態では、負荷７０によって生じた回生電力が燃料電池システムに送られることになる。このようにＳ１０７では車両状態が判定され、それが停止状態であるときはＳ１０８〜Ｓ１０９に示す電力供給の処理が行われ、またそれが減速状態であるときはＳ１１０〜Ｓ１１２に示す電力供給の処理が行われる。
【０１１５】
このように本実施例では、Ｓ１０６およびＳ１０７の判定で、負荷７０の状態に基づいて何れかの電力供給の処理が行われることになる。
【０１１６】
以下に図１１に示す電力供給のための三つの処理のうち、先ず、Ｓ１０８〜Ｓ１０９による処理について説明する。この処理が行われるときは、上述したように車両が停止状態にあるときである。Ｓ１０８では、二次電池５０の端子間電圧Ｖｂａｔと燃料電池４０の端子間電圧Ｖｆｃの比率であるＶｂａｔ／Ｖｆｃに基づいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。例えば、Ｖｂａｔ／Ｖｆｃの値が低いほど該スイッチングデューティを高くすることで、燃料電池４０から二次電池５０へ電力供給が行われるようにする。
【０１１７】
このように車両が停止状態にある場合には、負荷７０と燃料電池システムとの間には電力
授受が行われないので、燃料電池４０の発電電力を二次電池５０に対して予め供給し、そこに蓄電しておくことで、二次電池５０から負荷７０への電力供給が必要なときに備えることが可能となる。ここで、スイッチング素子ＳＷ１とＳＷ４の作用によって電力が供給される場合には、上で説明したようにその供給電力はバイパス回路４５を介して二次電池５０に送られ、このとき第１ＤＣＤＣコンバータ８０を経由することはない。従って、この蓄電の際の第１ＤＣＤＣコンバータ８０による電力損失を確実に回避することができる。
【０１１８】
尚、このＳ１０８の処理は車両が停止状態にあるときは必ずしなければならない処理ではない。即ち、二次電池５０の蓄電状態が更に蓄電する必要が無い場合には、Ｓ１０８の処理は行わなくてもよい。Ｓ１０８の処理が終了すると、Ｓ１０９へ進む。
【０１１９】
Ｓ１０９では、Ｓ１０８で算出され実施されているスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のスイッチングデューティを、二次電池５０に実際に流れ込んでいる電流量（実電流）に基づいて補正する。この実電流は、二次電池５０に接続された図示しない電流センサによって検出される。この補正の一例として、ＥＣＵ２００は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４の所定のスイッチングデューティと二次電池５０に流れるべき電流との相関を予め記憶しておき、実電流と実際のスイッチングデューティの関係がずれているときは、そのずれ量に応じてスイッチングデューティの値を補正する。Ｓ１０９の処理が終わると、再びＳ１０１からの処理が繰り返し行われる。
【０１２０】
次に、Ｓ１１０〜Ｓ１１２による処理について説明する。この処理が行われるときは、上述したように車両が減速状態にあるときである。Ｓ１１０では、負荷７０による回生電力の電圧に基づいて、スイッチング素子ＳＷ３のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。例えば、回生電圧が高いほど該スイッチングデューティを高く設定することで、回生電力を二次電池５０内に蓄電するようにする。Ｓ１１０の処理が終了すると、Ｓ１１１へ進む。Ｓ１１１では、Ｓ１０８と同様に、二次電池５０の端子間電圧Ｖｂａｔと燃料電池４０の端子間電圧Ｖｆｃの比率であるＶｂａｔ／Ｖｆｃに基づいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。即ち、負荷７０による回生電力で二次電池５０が完全な蓄電状態にならない分について、燃料電池４０の発電電力によって更に二次電池５０の蓄電を行うものである。従って、負荷７０の回生電力によって二次電池５０が十分な蓄電状態になっている場合には、Ｓ１１１の処理を行う必要は無い。Ｓ１１１の処理が終了すると、Ｓ１１２へ進む。
【０１２１】
Ｓ１１２では、燃料電池システムと負荷７０とをつなぐ部位の電圧である、該システムの出力電圧Ｖｓｙｓに基づいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。このスイッチングデューティの実行は、Ｓ１１０やＳ１１１の処理がより確実に行われるように、燃料電池システムにおける電流の流れを整えるためのものである。Ｓ１１２の処理が終わると、再びＳ１０１からの処理が行われる。
【０１２２】
次に、Ｓ１１３〜Ｓ１１５による処理について説明する。この処理が行われるときは、上述したように負荷７０から電力の供給要求があったときである。Ｓ１１３では、Ｓ１０５で算出された要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑと燃料電池４０の端子間電圧Ｖｆｃの比率であるＶｓｙｓ＿ｒｅｑ／Ｖｆｃに基づいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。例えば、Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑ／Ｖｆｃの値が高くなるほど該スイッチングデューティを高くすることで、燃料電池４０から負荷７０へ電力供給が行われるようにする。Ｓ１１３の処理が終了すると、Ｓ１１４へ進む。
【０１２３】
Ｓ１１４では、Ｓ１０９と同様の原理で、Ｓ１１３で算出され実施されているスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングデューティを、負荷７０に実際に流れ込んでいる電流量（実電流）に基づいて補正する。この実電流は、負荷７０に接続された図示しない電流センサによって検出される。この補正の一例として、ＥＣＵ２００は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の所定のスイッチングデューティと負荷７０に流れるべき電流との相関を予め記憶しておき、実電流と実際のスイッチングデューティの関係がずれているときは、そのずれ量に応じてスイッチングデューティの値を補正する。Ｓ１１４の処理が終わると、再びＳ１１５からの処理が繰り返し行われる。
【０１２４】
Ｓ１１５では、燃料電池システムの出力電圧であるＶｓｙｓと二次電池５０の端子間電圧Ｖｂａｔの比率であるＶｓｙｓ／Ｖｂａｔに基づいて、スイッチング素子ＳＷ３のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。これは、燃料電池４０で発電された電力のうち、負荷７０に供給すべき電力を差し引いた分の電力を二次電池５０に供給するために行われるスイッチング素子ＳＷ３のスイッチング動作である。このときは、燃料電池４０から二次電池５０へ電力が供給されるが、上記のＳ１０８やＳ１１１の処理と異なり、バイパス回路４５を経由せずに、代わって第２ＤＣＤＣコンバータ９０と第１ＤＣＤＣコンバータ８０の両方を経由して電力の供給が行われる。これは、仮に燃料電池４０から負荷７０に電力を供給するとともにバイパス回路４５を介して電力を二次電池に供給するために、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４を同時に作動させると、リアクトルＲａ１にためる電気エネルギを確保するためにはリアクトルＲａ１における電力の電圧振幅が大きくなり好ましくない。そこで、Ｓ１１５では、スイッチング素子ＳＷ４をＯＦＦ状態にした上でスイッチング素子ＳＷ３を動作させることで、二つのＤＣＤＣコンバータを介した、二次電池５０への電力供給が行われる。Ｓ１１５の処理が終わると、再びＳ１０１からの処理が行われる。
【０１２５】
本実施例に係る電力供給制御によると、燃料電池４０によって発電された電力を二次電池５０に供給するとき、可及的にバイパス回路４５を介して電力供給を行うため、第１ＤＣＤＣコンバータ８０による電力損失を確実に回避することが可能となる。
【０１２６】
＜変形例＞
上記実施形態では、図１０に示すように、燃料電池４０から二次電池５０に電力を供給するに際して、バイパス回路４５を介することで第１ＤＣＤＣコンバータ８０を経ずに電力を送ることが可能となるように、燃料電池システムが構成された。しかし、これに代えて、燃料電池４０から二次電池５０に電力を供給するに際して第１ＤＣＤＣコンバータ８０と第２ＤＣＤＣコンバータ９０の両方を介さずに電力を送ることが可能となるように燃料電池システムを構成してもよい。その具体的な燃料電池システムの構成を図１３に示す。
【０１２７】
図１３に示す燃料電池システムと図１０に示す燃料電池システムとの相違点は、バイパス回路４５の接続部位である。図１３に示すように、この変形例に係る燃料電池システムでは、燃料電池４０とバッテリ５０とがスイッチング素子ＳＷ４を介してバイパス回路４５で接続される（図１０に示す燃料電池システムでは、バイパス回路４５の一端は、スイッチング素子ＳＷ４を介してリアクトルＲａ１に接続されている）。その結果、変形例に係る燃料電池システムでは、スイッチング素子ＳＷ４が第２ＤＣＤＣコンバータ９０の構成から外れることになり、このスイッチング素子ＳＷ４は、燃料電池４０と二次電池５０との間で単なるチョッパーとして機能する。更に、この変形例に係る燃料電池システムでは、スイッチング素子ＳＷ４のスイッチング動作の影響を平滑化するためにキャパシタＣｐ３がバイパス回路４５に接続されている。
【０１２８】
このように構成される変形例に係る燃料電池システムでは、バイパス回路４５は、燃料電池４０と二次電池５０とを、第１ＤＣＤＣコンバータ８０と第２ＤＣＤＣコンバータ９０とをバイパスする形で結ぶ。従って、スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態になると、燃料電池４０から二次電池５０へ両ＤＣＤＣコンバータを介することなく電力を供給することが可能となる。但し、この電力供給が行われる際は、燃料電池４０の端子間電圧は二次電池５０の端子間電圧より高く設定されている。
【０１２９】
＜制御フロー＞
本変形例に係る燃料電池システムでの電力の供給に際して、その電力の供給経路の選択、即ち燃料電池１からの電力の出力経路の選択は、図１０に示す燃料電池システムと同様に、ＥＣＵ２００によって制御される。そこで、その制御フローを図１４に示す。この制御フローは、図１１に示す制御フローと同様に、車両の駆動を行う負荷７０に電力を供給する燃料電池システムの処理フローであり、この処理フローは、ＥＣＵ２００にてメモリ上に展開された制御プログラムを実行することで実現される。そこで、図１４に示す制御中の処理と図１１に示す制御中の処理で共通するものについては、同一の参照番号を付すことでその詳細な説明は省略する。
【０１３０】
図１４に示す制御フローは、図１１に示す制御フロー中の処理Ｓ１０８とＳ１１１とをそれぞれＳ２０１とＳ２０２に置き換えたものである。これらの置き換えは、本変形例に係る燃料電池システムにおいては、上述のようにスイッチング素子ＳＷ４が単なるチョッパーとして機能することになったことに起因する処理内容の変更である。即ち、二次電池５０の端子間電圧Ｖｂａｔと燃料電池４０の端子間電圧Ｖｆｃの比率であるＶｂａｔ／Ｖｆｃに基づいて、スイッチング素子ＳＷ４のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。これにより、二次電池５０において蓄電可能な容量の電力が燃料電池４０から供給されることになる。個別具体的には、Ｓ２０１では、車両が停止状態にあるときは、二次電池５０に蓄電可能な容量分の電力が燃料電池４０から供給され、Ｓ２０２では、車両が減速状態にあるときは、負荷７０からの回生電力を踏まえて上で二次電池５０に蓄電可能な容量分の電力が燃料電池４０から供給される。
【０１３１】
本変形例に係る電力供給制御によると、燃料電池４０によって発電された電力を二次電池５０に供給するとき、可及的にバイパス回路４５を介して電力供給を行うため、第１ＤＣＤＣコンバータ８０および第二ＤＣＤＣコンバータ９０による電力損失を確実に回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図２】燃料電池出力と負荷電圧との関係を示す図である。
【図３】燃料電池システムにおける制御の処理フローを示すフローチャートである。
【図４】モータの回転数と逆起電力との関係を格納したマップのデータ例である。
【図５】燃料電池の負荷−出力電圧特性マップのデータ例である。
【図６】変形例における燃料電池、第２ＤＣＤＣコンバータおよび負荷を含む回路構成図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図８】回生電力発生時の負荷の端子電圧（および大容量キャパシタ）の端子電圧の時間変化を示す図である。
【図９】本燃料電池システムにおける制御の処理フローを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１１】図１０に示す燃料電池システムにおける制御の処理フローを示すフローチャートである。
【図１２Ａ】図１１に示す制御が行われる車両の負荷（電動機）のトルク線図である。
【図１２Ｂ】図１１に示す制御が行われる車両の負荷（電動機）の回転数および要求出力と、該負荷が必要とする電圧との相関を示す線図である。
【図１３】本発明の第３実施形態の変形例に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図１４】図１３に示す燃料電池システムにおける制御の処理フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３３】
１  第１ＤＣＤＣコンバータ
２  第２ＤＣＤＣコンバータ
３  燃料電池
４  ダイオード
５  二次電池
６  負荷
７  電圧センサ
８  電流センサ
９  大容量キャパシタ
１０  ＥＣＵ
１５  回転数センサ
２０  速度センサ
４０  燃料電池
４５  バイパス回路
５０  二次電池
６０  インバータ
７０  負荷（電動機）
８０  第１ＤＣＤＣコンバータ
９０  第２ＤＣＤＣコンバータ
２００  ＥＣＵ
Ｌ  チョークコイル
ＨＤ１、ＨＤ２  フリーホイールダイオード
Ｔｒ１、Ｔｒ２  トランジスタ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４  スイッチング素子
Ｒａ１、Ｒａ２  リアクトル
Ｃｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ３  キャパシタ
【図１】
2008091319.tif 000003
【図２】
2008091319.tif 000004
【図３】
2008091319.tif 000005
【図４】
2008091319.tif 000006
【図５】
2008091319.tif 000007
【図６】
2008091319.tif 000008
【図７】
2008091319.tif 000009
【図８】
2008091319.tif 000010
【図９】
2008091319.tif 000011
【図１０】
2008091319.tif 000012
【図１１】
2008091319.tif 000013
【図１２Ａ】
2008091319.tif 000014
【図１２Ｂ】
2008091319.tif 000015
【図１３】
2008091319.tif 000016
【図１４】
2008091319.tif 000017