(57)【要約】【課題】燃料電池スタックからの出力電圧を変換して負荷に供給するシステムを小型化すると共に低コスト化する。【解決手段】駆動モータに電力供給する駆動用インバータ２にリレー４を介して燃料電池スタック１からの直流電源を供給すると共に、燃料電池スタック１からの直流電源を電力変換装置８により交流電源に変換して空気コンプレッサ用インバータ５等に供給するシステムにおいて、コントロールユニット１０では、駆動モータを駆動開始させるに際して、リレー４を開状態にしておいて燃料電池スタック１から駆動用インバータ２への電力供給を遮断した状態にて、燃料電池スタック１を起動させて電力変換装置８から空気コンプレッサ用インバータ５等に電力供給をし、燃料電池スタック１の出力電圧が低下した後に、リレー４を閉状態にして燃料電池スタック１から駆動用インバータ２への電力供給をする。【選択図】　　　図１
2004022193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動系負荷に電力供給する駆動電源系統に、燃料電池スタックからの直流電源を供給する開閉装置と、
補機に電力供給する補機電源系統に、上記燃料電池スタックからの直流電源を交流電源に変換して供給する電力変換装置と、
上記燃料電池スタックの起動直後の高電圧状態には上記開閉装置を開状態にして上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統への電力供給を停止すると共に、上記燃料電池スタックから上記電力変換装置を介して上記補機電源系統に電力供給をするようにし、上記燃料電池スタックの出力電圧が低下した場合に上記開閉装置を閉状態にして上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統への電力供給をするように制御する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池用電源システム。
【請求項２】
上記制御手段は、上記補機電源系統に電力供給をするように上記電力変換装置を制御したと同時に、上記燃料電池スタックの出力電圧を検出し、検出した上記燃料電池スタックの出力電圧が駆動電源系統内の素子耐圧以下となった場合に上記開閉装置を閉状態にして上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統への電力供給をするように上記開閉装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用電源システム。
【請求項３】
上記制御手段は、上記燃料電池スタックの出力電圧が素子耐圧以下となるように上記補機電源系統に供給する電力を上昇させるように上記電力変換装置を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用電源システム。
【請求項４】
上記制御手段は、上記燃料電池スタックの出力電流に対する出力電圧の変化率を検出し、検出した変化率の変極点を検出したことに応じて、上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統に電力供給をするように上記開閉装置を閉状態に制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用電源システム。
【請求項５】
上記制御手段は、上記変化率が変極点となるように上記補機電源系統に供給する電力を上昇させるように上記電力変換装置を制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用電源システム。
【請求項６】
上記制御手段は、上記駆動電源系統の動作を停止した後に、上記駆動電源系統への電力供給を停止するように上記開閉装置を開状態に制御し、上記補機電源系統への電力供給を停止するように上記電力変換装置を制御し、上記燃料電池スタックの動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用電源システム。
【請求項７】
駆動系負荷に電力供給する駆動電源系統に開閉装置を介して燃料電池スタックにて発電した直流電源を供給すると共に、上記燃料電池スタックにて発電した直流電源を電力変換装置により交流電源に変換して補機電源系統に供給する燃料電池システムの電力供給方法において、
上記駆動系負荷を駆動開始させるに際して、上記開閉装置を開状態にしておいて上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統への電力供給を遮断した状態にて、
上記燃料電池スタックを起動させて上記電力変換装置から上記補機電源系統に電力供給をし、
上記燃料電池スタックの出力電圧が低下した後に、上記開閉装置を閉状態にして上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統への電力供給をすること
を特徴とする燃料電池システムの電力供給方法。
【請求項８】
上記補機電源系統に電力供給をするように上記電力変換装置を制御したと同時に、上記燃料電池スタックの出力電圧を検出し、
検出した上記燃料電池スタックの出力電圧が駆動電源系統内の素子耐圧以下となった後に、上記開閉装置を閉状態にして上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統への電力供給をすることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システムの電力供給方法。
【請求項９】
上記燃料電池スタックの出力電圧が素子耐圧以下となるように上記電力変換装置から上記補機電源系統に供給する電力を上昇させることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システムの電力供給方法。
【請求項１０】
上記補機電源系統に電力供給を開始した後に、
上記燃料電池スタックの出力電流に対する出力電圧の変化率を検出し、
検出した変化率の変極点を検出し、
上記開閉装置を閉状態にして上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統に電力供給をすることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システムの電力供給方法。
【請求項１１】
上記変化率が変極点となるように上記電力変換装置から上記補機電源系統に供給する電力を上昇させることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システムの電力供給方法。
【請求項１２】
上記駆動電源系統の動作を停止した後に、
上記駆動電源系統への電力供給を停止するように上記開閉装置を開状態にし、上記補機電源系統への電力供給を停止するように上記電力変換装置を制御し、
上記燃料電池スタックの動作を停止すること
を特徴とする請求項７に記載の燃料電池システムの電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池車両に備えられた駆動モータ等の駆動系負荷及び補機に燃料電池スタックにて発電した電力を供給する燃料電池用電源システム及び燃料電池システムの電力供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばハイブリッド車両において、燃料電池スタックにて発電した電力を負荷に供給するシステムとしては、特開平５−７４２９６号公報に開示された燃料電池システムの制御装置が知られている。
【０００３】
この燃料電池システムの制御装置では、燃料電池スタックの出力が低い場合に、燃料電池スタックからの出力電圧が所定電圧になるように電力変換装置にて変換するように制御し、全ての電力負荷を電力変換装置を介して供給するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池スタックに接続された負荷に要求される電力が小さい場合には、燃料電池スタックの出力電圧が負荷の定格電圧よりも高くなる。このため、燃料電池スタックに接続される負荷には定格電圧である最大電圧が供給されることになり、全ての負荷を高電圧に適合した設計をする必要があり、負荷の大型化、高コスト化を招くという問題があった。
【０００５】
このような問題を回避するためには、燃料電池スタックの出力電圧値を降下させるための大型の電力変換装置が必要となる。また、この問題を回避する他の手法としては、特開平１０−２７１７０６号公報に開示されているように、駆動電源系統及び補機電源系統の電力変換装置を最適なものとし、電圧を低下させる手法があるが、電力変換装置の大型化、高コスト化を免れることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、燃料電池スタックからの出力電圧を変換して負荷に供給するシステムを小型化すると共に低コスト化することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動系負荷に電力供給する駆動電源系統に開閉装置を介して燃料電池スタックからの直流電源を供給すると共に、上記燃料電池スタックからの直流電源を電力変換装置により交流電源に変換して補機電源系統に供給するシステムを制御するものである。
【０００８】
本発明では、上記駆動系負荷を駆動開始させるに際して、上記開閉装置を開状態にしておいて上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統への電力供給を遮断した状態にて、上記燃料電池スタックを起動させて上記電力変換装置から上記補機電源系統に電力供給をし、上記燃料電池スタックの出力電圧が低下した後に、上記開閉装置を閉状態にして上記燃料電池スタックから上記駆動電源系統への電力供給をすることにより、上述の課題を解決する。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動系負荷を駆動開始させるに際して、燃料電池スタックを起動させて電力変換装置から補機電源系統に電力供給をし、燃料電池スタックの出力電圧が低下した後に、開閉装置を閉状態にして燃料電池スタックから駆動電源系統への電力供給をするようにしたので、駆動電源系統に電源供給するための電力変換装置を不要とすることができ、燃料電池スタックからの出力電圧を変換して負荷に供給するシステムを小型化すると共に低コスト化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明は、例えば図１に示すように構成された燃料電池用電源システムに適用される。
【００１２】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る燃料電池用電源システムは、例えば燃料電池車両に搭載され、燃料電池スタック１にて発電した電力を駆動系負荷及び補機に供給することにより、燃料電池車両を駆動するものである。本例において、駆動系負荷とは燃料電池車両が走行するトルクを発生させる駆動モータ等であり、補機とは燃料電池スタック１を作動させるための空気コンプレッサや水ポンプ、オーディオ機器などである。
【００１３】
この燃料電池用電源システムは、図１に示すように、燃料電池スタック１にて発電した出力電圧を駆動電源系統により駆動系負荷に供給すると共に、補機電源系統により補機に供給する。なお、図１において各部を接続する電源線を太線にて図示し、各部を制御する制御線を点線にて図示している。
【００１４】
燃料電池スタック１は、コントロールユニット１０からの制御信号に応じて発電作動をする。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を酸化剤極（カソード極）と燃料極（アノード極）とにより挟んで構成されたセル構造体が、セパレータを介して複数積層されてなるスタック構造となっている。この燃料電池スタック１は、コントロールユニット１０の制御により補機が駆動して、酸化剤極側に酸化剤ガスとしての空気が供給されると共に、燃料極側に燃料ガスとしての水素ガスが供給される。これにより、燃料電池スタック１は、水分を媒体として膜中をそれぞれのイオンが移動して接触して発電する。
【００１５】
駆動電源系統は、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３がリレー（開閉器）４を介して燃料電池スタック１と接続されてなる。駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３は、内部に電力用半導体スイッチング素子を有し、この電力用半導体スイッチング素子をオンオフ駆動することにより、駆動系負荷に要求される電力を供給する。このとき、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３は、コントロールユニット１０からの制御信号に従った電力値に変換して駆動系負荷に供給する。
【００１６】
リレー４は、燃料電池スタック１からの直流電圧が供給される。このリレーは、コントロールユニット１０からの制御信号に従って開閉動作する電磁式の開閉器からなる。このリレー４は、閉状態時には燃料電池スタック１からの直流電圧をそのまま駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に印加し、開状態時には燃料電池スタック１からの駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３への直流電圧を遮断する。
【００１７】
補機電源系統は、空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７が電力変換装置８を介して燃料電池スタック１と接続され、更にバッテリ９と接続されてなる。空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、内部に電力用半導体スイッチング素子を有し、この電力用半導体スイッチング素子を駆動することにより、補機に要求される電力を供給する。このとき、空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、コントロールユニット１０からの制御信号に従った電力値に変換して補機に供給する。
【００１８】
電力変換装置８は、コントロールユニット１０の制御に従って、燃料電池スタック１にて発電した直流の出力電圧を変換することで交流電圧にしてバッテリ９、及び空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に供給する。この電力変換装置８は、例えば燃料電池スタック１からの３００Ｖ〜１５０Ｖの高電圧を補機用の１２Ｖに降圧する。また、バッテリ９は、コントロールユニット１０の制御に従って、放充電動作をすることでそのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）が制御される。
【００１９】
コントロールユニット１０は、外部から駆動系負荷の駆動要求を入力すると、リレー４の開閉動作を制御すると共に、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３を制御して、駆動要求に対応した電力を駆動系負荷に供給させる。具体的には、燃料電池車両を走行駆動するトルクを発生させる要求を入力した場合には、駆動用インバータ２から駆動モータに電力を供給する制御をする。
【００２０】
また、コントロールユニット１０は、外部から補機の駆動要求を入力すると、バッテリ９、空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御して、駆動要求に対応した電力を駆動系負荷に供給させる。具体的には、燃料電池スタック１を駆動開始する要求を入力した場合には、空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６から空気コンプレッサ及び水ポンプに電力を供給する制御をする。
【００２１】
更に、コントロールユニット１０は、燃料電池車両の走行開始時に、燃料電池スタック１を起動して駆動モータを駆動するに際して電源起動処理を行う。このとき、コントロールユニット１０は、先ず、バッテリ９のバッテリ電圧を空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に供給して補機を駆動することで燃料電池スタック１を起動させる。このとき、燃料電池スタック１には、起動時の高電圧が発生する。
【００２２】
次に、コントロールユニット１０では、電力変換装置８を制御して、燃料電池スタック１にて発生した高電圧を変換してバッテリ９、又は、空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に電源供給をする。このとき、リレー４が開状態（オフ）となっているので、燃料電池スタック１にて発電した出力電圧が駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給されることはない。
【００２３】
その後に燃料電池スタック１の起動時の高電圧が低下すると、コントロールユニット１０は、リレー４を閉状態（オン）にして燃料電池スタック１の出力電圧を駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給して駆動系負荷を駆動させる。
【００２４】
「第１実施形態の効果」
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る燃料電池用電源システムによれば、燃料電池スタック１の起動直後の高電圧発生時には電力変換装置８により電圧変換をして空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に電源供給をし、その後に燃料電池スタック１の出力電圧が低下したときにリレー４を閉状態にして燃料電池スタック１の出力電圧を駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給するようにしたので、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に電源供給するための電力変換装置を不要とすることができる。
【００２５】
したがって、この燃料電池用電源システムによれば、補機を駆動するための電力変換装置のみにて駆動電源系統及び補機電源系統に電源を供給可能なシステムを実現することができ、システムの小型化及び低コスト化を実現することができる。
【００２６】
また、この燃料電池用電源システムによれば、補機の駆動用に設けた電力変換装置８には高い耐電圧が要求されるが、駆動系に比べて電力の小さい補機用なので、小型なものを使用することができる。したがって、電力変換装置８にて使用する耐電圧素子を既存の場合と比較して少なくすることができ、これにより、大電力を扱う必要がある駆動電源系統のシステムを低コストで構成することができる。
【００２７】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池用電源システムについて説明する。なお、第２実施形態に係る燃料電池用電源システムは、その構成が第１実施形態と同様であるので説明を省略し、同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００２８】
第２実施形態に係る燃料電池用電源システムは、コントロールユニット１０にて行う電源起動処理が第１実施形態とは異なる。
【００２９】
第２実施形態における電源起動処理では、図２に示すように、燃料電池スタック１の出力電流値（スタック電流）が第１電流値Ｉ１以下であって燃料電池スタック１の出力電圧値（スタック電圧）が第１電圧値Ｖ１以上である場合には、駆動系負荷への電力供給をせず、補機への電力供給をする補機配電領域とする。また、出力電流値が第２電流値Ｉ２より大きく出力電圧値が第２電圧値Ｖ２より小さくなるまでの領域も、補機配電領域とする。
【００３０】
このとき、コントロールユニット１０では、燃料電池スタック１の出力端付近に接続された電源線に設けられた電流電圧センサ（図示せず）からのセンサ値を入力して、リレー４を開状態（オフ）にすると共に、バッテリ９から空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に電力供給をして補機に電力供給をするように制御する。
【００３１】
また、この電源起動処理では、燃料電池スタック１の出力電流値（スタック電流）が第１電流値Ｉ１〜第２電流値Ｉ２であって燃料電池スタック１の出力電圧値（スタック電圧）が第１電圧値Ｖ１〜第２電圧値Ｖ２である場合には、駆動系負荷への電力供給をする駆動系配電領域とする。
【００３２】
このとき、コントロールユニット１０では、リレー４を閉状態（オン）にして燃料電池スタック１から駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に出力電力を供給して、駆動系負荷に電力供給をするように制御する。
【００３３】
このような電源起動処理の処理手順を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
電源起動処理では、外部から駆動系負荷を駆動する要求をコントロールユニット１０にて入力した後にステップＳ１以降の処理を開始し、先ず、ステップＳ１において、コントロールユニット１０により、電力を空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７にバッテリ９から電力供給をするように制御してステップＳ２に処理を進める。
【００３５】
ステップＳ２においては、コントロールユニット１０により、ステップＳ１にて補機を駆動したことにより燃料電池スタック１が起動し、燃料電池スタック１が発電開始したことを出力電圧値から確認してステップＳ３に処理を進める。
【００３６】
ステップＳ３においては、コントロールユニット１０により、燃料電池スタック１の出力電圧が所定値以上に上昇したか否かを判定する。ここで、燃料電池スタック１の起動時には、通常運転時よりも高電圧の発電をするため、コントロールユニット１０では、図２の第１電圧値Ｖ１以上に燃料電池スタック１の出力電圧が上昇したか否かを判定する。コントロールユニット１０により所定値以上の出力電圧が発生していない場合には、ステップＳ２及びステップＳ３の処理を繰り返して補機の駆動を継続し、所定値以上の出力電圧が発生したと判定したときにはステップＳ４に処理を進める。
【００３７】
ステップＳ４においては、コントロールユニット１０により、電力変換装置８を起動して、燃料電池スタック１の出力電圧を変換して、空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に電力供給を開始させてステップＳ５に処理を進める。また、コントロールユニット１０は、電力変換装置８の変換電力指令値を上昇させる。
【００３８】
ステップＳ５において、コントロールユニット１０により、ステップＳ４にて電力変換装置８による電力変換をしたことにより、燃料電池スタック１の出力電圧が所定値（第１電圧値Ｖ１）以下に下降したか否かを判定する。燃料電池スタック１の出力電圧が所定値以下に下降したと判定した場合にはステップＳ６に処理を進めてリレー４を閉状態（オン）とするように制御し、燃料電池スタック１の出力電圧が所定値以下まで下降していないと判定した場合にはステップＳ４に処理を戻す。このステップＳ４では、コントロールユニット１０により、以前のステップＳ４と比較して変換電力指令値を上昇させて燃料電池スタック１の出力電圧が所定値以下となるように制御する。
【００３９】
ステップＳ６にてリレー４を閉状態にすると、燃料電池スタック１の出力電圧をリレー４を介して駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給する。ここで、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３には、第１電圧値Ｖ１以下であって内部の電力用半導体スイッチング素子の半導体耐圧を超える電圧が印加されないことになる。
【００４０】
次のステップＳ７において、コントロールユニット１０により、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給している配電電圧を監視し、この配電電圧が規定値（第１電圧値Ｖ１）以下か否かを判定し、配電電圧が規定値以下である場合にステップＳ８にて駆動用インバータ２を駆動させて、駆動モータ等を駆動して燃料電池車両のトルクを発生させる。一方、配電電圧が規定値以下でない場合には、ステップＳ７の処理を繰り返す。
【００４１】
「第２実施形態の効果」
以上説明したように、第２実施形態に係る燃料電池用電源システムによれば、ステップＳ４にて電力変換装置８から出力する電圧値を制御し、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３の電力用半導体スイッチング素子の耐圧よりも燃料電池スタック１の出力電圧が小さくなった場合にリレー４を介して電力供給するようにしたので、常に電力用半導体スイッチング素子の耐圧以下の電圧を供給することができ、駆動電源系統の電力変換装置を無くすことができシステムの小型化及び低コスト化を実現することができる。
【００４２】
また、この燃料電池用電源システムによれば、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に接続された駆動系負荷の変動や燃料電池スタック１の特性ばらつきの影響を受けることなく、確実に設定電圧以下にて電源供給をすることができる。
【００４３】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る燃料電池用電源システムについて説明する。なお、第３実施形態に係る燃料電池用電源システムは、その構成が第１実施形態と同様であるので説明を省略し、同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００４４】
第３実施形態における電源起動処理では、図４に示すように、燃料電池スタック１の出力電圧値が所定値Ｖ０以下であって、出力電流の変化に対する出力電圧の変化である電圧変化率が所定値ΔＶ０／ΔＩ０以下である場合の電圧変極点を検出する。そして、この電源起動処理では、電圧変極点を検出した後にリレー４を閉状態にして燃料電池スタック１の出力電圧を駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給する。
【００４５】
上記所定値Ｖ０は、駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３内の電力用半導体スイッチング素子の耐圧以下の電圧値が設定されている。また、所定値ΔＶ０／ΔＩ０は、燃料電池スタック１の起動時の不安定な電流−電圧変化が終了して、安定した電流−電圧変化となったことを識別する値がシステム設計時に設定されている。
【００４６】
このとき、コントロールユニット１０では、燃料電池スタック１に接続された電源線に設けられた電流電圧センサ（図示せず）からのセンサ値を監視し、先ず、出力電圧が所定値Ｖ０となったことを検出した後に、出力電流値に対する出力電圧値の変化を監視し、予め用意しておいた所定値ΔＶ０／ΔＩ０となった時点でリレー４をオンにする。ここで、コントロールユニット１０による補機への電源供給は、第２実施形態と同様とする。
【００４７】
このような電源起動処理の処理手順を図５のフローチャートを参照して説明する。なお、第２実施形態にて説明した処理と同様の処理について同一のステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００４８】
第３実施形態における電源起動処理においては、ステップＳ３にて燃料電池スタック１の出力電圧が所定値まで上昇したことを判定し、ステップＳ４にて電力変換装置８を起動して空気コンプレッサ用インバータ５、水ポンプ用インバータ６及び補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に電力供給を開始させて次のステップＳ１１において、コントロールユニット１０により、燃料電池スタック１の出力電圧Ｖｓ、電力変換装置８への入力電流Ｉｉｎを検出してステップＳ１２に処理を進める。
【００４９】
ステップＳ１２においては、コントロールユニット１０により、ステップＳ１１にて検出した出力電圧Ｖｓが駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３の電力用半導体スイッチング素子の耐圧以下であるか否かを判定する。出力電圧Ｖｓが耐圧以下でないと判定したときには再度ステップＳ４に処理を戻して、更に空気コンプレッサ用インバータ５〜補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７への供給電力を増加させるように電力変換装置８を制御し、出力電圧Ｖｓが耐圧以下であると判定したときにはステップＳ１３に処理を進める。
【００５０】
ステップＳ１３においては、コントロールユニット１０により、ステップＳ１１にて検出した出力電圧Ｖｓと入力電流Ｉｉｎを用いて、入力電流Ｉｉｎの変化に対する出力電圧Ｖｓの変化を算出して電圧変化率を求め、この電圧変化率が所定の電圧変化率ΔＶ０／ΔＩ０以下であるか否かの判定をする。すなわち、コントロールユニット１０では、燃料電池スタック１起動時の不安定な電流−電圧変化から安定した電流−電圧変化に移行したか否かを判定する。
【００５１】
そして、算出した電圧変化率が所定の電圧変化率以下でないと判定した場合にはステップＳ４に処理を戻してステップＳ４〜ステップＳ１２の処理を繰り返し、算出した電圧変化率が所定の電圧変化率以下であると判定した場合にはステップＳ１４に処理を進める。
【００５２】
ステップＳ１４においては、コントロールユニット１０により、ステップＳ４にて制御して空気コンプレッサ用インバータ５〜補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に供給している電圧を維持するように電力変換装置８を制御して、ステップＳ６に処理を進める。
【００５３】
ステップＳ６において、コントロールユニット１０によりリレー４を閉状態（オン）とするように制御をして、燃料電池スタック１の出力電圧を駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給してステップＳ８に処理を進め、駆動系負荷を駆動する。
【００５４】
［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第３実施形態に係る燃料電池用電源システムによれば、燃料電池スタック１の起動時の電流−電圧変化が不安定な状態から安定する状態となる変極点を確実に検出することができるので、図４に示した電圧変極点にて駆動系負荷を駆動開始することができる。
【００５５】
これに対し、リレー４を閉状態とする出力電圧を予め設定する場合には、図４に示すように、燃料電池スタック１や負荷の変動により発生する電圧分のマージンを設ける必要がありリレー４を閉状態にするしきい値をＶ３にする必要がある。したがって、この燃料電池用電源システムによれば、リレー４を閉状態にして駆動系負荷を駆動する駆動系配電領域を大きくすることができ、効率的に発電電力を使用することができる。
【００５６】
［第４実施形態］
つぎに、第４実施形態に係る燃料電池用電源システムについて説明する。なお、第４実施形態に係る燃料電池用電源システムは、その構成が第１実施形態と同様であるので説明を省略し、同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００５７】
第４実施形態では、上述した第１実施形態〜第３実施形態の何れかの電源起動処理をして駆動系負荷を駆動しているときに、外部からコントロールユニット１０に駆動系負荷の停止命令が入力されたときに停止制御処理をする。このような燃料電池用電源システムについて図６のフローチャートを参照して説明する。
【００５８】
コントロールユニット１０に駆動系負荷の停止命令が入力されると、先ず、ステップＳ２１において、コントロールユニット１０により駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に接続された駆動系負荷の作動を停止するように制御して、ステップＳ２２に処理を進める。
【００５９】
ステップＳ２２において、コントロールユニット１０により、ステップＳ２１での制御により駆動系負荷の動作が停止したか否かの判定をする。駆動系負荷の動作が停止していないと判定した場合にはステップＳ２１の制御を更に実行し、停止したと判定したときにはステップＳ２３に処理を進める。
【００６０】
ステップＳ２３においては、コントロールユニット１０により、リレー４を開状態（オン）にするように制御して、燃料電池スタック１から駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３への電源供給を停止して、ステップＳ２４に処理を進める。
【００６１】
ステップＳ２４においては、コントロールユニット１０により、電力変換装置８の動作を停止させるように制御することで、燃料電池スタック１から電力変換装置８を介した空気コンプレッサ用インバータ５〜補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ７への電源供給を停止して、ステップＳ２５に処理を進める。
【００６２】
ステップＳ２５においては、コントロールユニット１０により、補機の動作を停止したことを確認した後に、燃料電池スタック１の作動を停止して処理を終了する。
【００６３】
「第４実施形態の効果」
以上詳細に説明したように、第４実施形態に係る燃料電池用電源システムによれば、駆動系負荷を停止させて燃料電池スタック１から駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給する出力電圧を低くした状態にてリレー４を開状態にし、その後に電力変換装置８の作動を停止するようにしたので、燃料電池スタック１からの高電圧を駆動用インバータ２及びＡＣ用インバータ３に供給することなくシステムを停止させることができる。
【００６４】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池用電源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池用電源システムの電源起動処理の原理を説明するスタック出力電流とスタック出力電圧との関係を示す図である。
【図３】本発明を適用した第２実施形態における電源起動処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用した第３実施形態に係る燃料電池用電源システムの電源起動処理の原理を説明するスタック出力電流とスタック出力電圧との関係を示す図である。
【図５】本発明を適用した第３実施形態における電源起動処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明を適用した第４実施形態における停止制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　燃料電池スタック
２　駆動用インバータ
３　ＡＣ用インバータ
４　リレー
５　空気コンプレッサ用インバータ
６　水ポンプ用インバータ
７　補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ
８　電力変換装置
９　バッテリ
１０　コントロールユニット
【図１】
2004022193.tif 000003
【図２】
2004022193.tif 000004
【図３】
2004022193.tif 000005
【図４】
2004022193.tif 000006
【図５】
2004022193.tif 000007
【図６】
2004022193.tif 000008