(57)【要約】【課題】簡単な構成でインバータ内のコンデンサへの突入電流を防止する。【解決手段】図示しないコントローラでは、駆動モータ１を駆動開始するに際して、二次電池用リレー回路６の二次電池側正極リレー２１及び二次電池側負極リレー２２をオン状態にすると共に、二次電池３からの電力を次第に上昇させてインバータ５に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御し、インバータ５の電圧値や電流値、インバータ５に電力供給を開始した後の経過時間などの状態に基づいて、燃料電池用リレー回路４の燃料電池側正極リレー１１及び燃料電池側負極リレー１２をオン状態にして燃料電池２から駆動モータ１に電力供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力供給して駆動する燃料電池搭載車両の電源システムであって、
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
上記負荷に対する上記燃料電池にて発電した発電電力の供給を開閉制御する燃料電池用スイッチ回路と、
電力を蓄積する二次電池と、
上記負荷に対する上記二次電池に充電された充電電力の供給を開閉制御する二次電池用スイッチ回路と、
上記二次電池用スイッチ回路からの電力を変換して上記負荷側に供給する電力変換回路と、
上記燃料電池用スイッチ回路からの電力及び／又は上記電力変換回路からの電力を上記負荷に供給する電力供給回路と、
上記二次電池用スイッチ回路をオン状態にすると共に、上記二次電池からの電力を次第に上昇させて上記電力供給回路に供給するように上記電力変換回路を制御し、上記電力供給回路の状態に基づいて上記燃料電池用スイッチ回路をオン状態にして上記燃料電池から上記負荷に電力供給する制御をする制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池搭載車両の電源システム。
【請求項２】
上記制御手段は、上記電力供給回路内の電圧を検出し、検出した電圧値が所定値以上となった場合に上記燃料電池用スイッチ回路をオン状態にすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載車両の電源システム。
【請求項３】
上記制御手段は、上記電力供給回路内の電流を検出し、検出した電流値が所定値以下となった場合に上記燃料電池用スイッチ回路をオン状態にすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載車両の電源システム。
【請求項４】
上記制御手段は、上記電力供給回路に上記電力変換回路からの電力供給を開始した後の所定時間後に上記燃料電池用スイッチ回路をオン状態にすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池搭載車両の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池や二次電池の電力を使用して駆動トルクを発生する燃料電池搭載車両の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両の駆動トルクを発生させるために、電源からの電力をインバータを介して負荷に供給する車両用強電システムを搭載したものが知られている。この車両用強電システムは、例えば駆動モータに電力供給を開始する起動時において、インバータ内のコンデンサを充電する必要があり、当該コンデンサへの突入電流を低減するコンデンサ充電用リレー及び抵抗を備えていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６０１２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の車両用強電システムでは、コンデンサ充電用リレーや抵抗を備える必要があったので、システムとして重量増、容積増、コスト増の要因となるという問題点があった。
【０００５】
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、簡単な構成でインバータ内のコンデンサへの突入電流を防止することができる燃料電池搭載車両の電源システムを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷に電力供給して駆動する燃料電池搭載車両の電源システムであって、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記負荷に対する上記燃料電池にて発電した発電電力の供給を開閉制御する燃料電池用スイッチ回路と、電力を蓄積する二次電池と、上記負荷に対する上記二次電池に充電された充電電力の供給を開閉制御する二次電池用スイッチ回路と、上記二次電池用スイッチ回路からの電力を変換して上記負荷側に供給する電力変換回路と、上記燃料電池用スイッチ回路からの電力及び／又は上記電力変換回路からの電力を上記負荷に供給する電力供給回路とを備え、これらの各部を制御手段にて制御することで、上述の課題を解決する。
【０００７】
この制御手段では、負荷を駆動開始するに際して、上記二次電池用スイッチ回路をオン状態にすると共に、上記二次電池からの電力を次第に上昇させて上記電力供給回路に供給するように上記電力変換回路を制御し、上記電力供給回路の状態に基づいて上記燃料電池用スイッチ回路をオン状態にして上記燃料電池から上記負荷に電力供給する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池搭載車両の電源システムによれば、電力変換手段の出力電圧を次第に上昇させ、電力供給手段の状態に基づいて燃料電池から突入電力が流れないと判定した後に、燃料電池から負荷への電力供給を開始するようにしたので、簡単な構成で突入電流を防ぐことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
［第１実施形態］
本発明は、例えば図１に示すように構成された第１実施形態に係る電源システムに適用される。
【００１１】
［電源システムの構成］
この電源システムは、駆動モータ１によって発生した駆動トルクを利用して、走行する燃料電池搭載車両に備えられる。この電源システムでは、電源として燃料電池２及び二次電池３を備え、図示しないコントローラにより各部を制御することで当該燃料電池２及び二次電池３からの電力を駆動モータ１に供給する。
【００１２】
燃料電池２は、固体高分子電解質膜を挟んで空気極と水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層して構成されている。本例の燃料電池搭載車両では、図示しない燃料電池システムを搭載して、燃料電池２に発電反応を発生させるための燃料ガスとして例えば水素ガスを燃料極に供給すると共に、酸化剤ガスとして例えば酸素を含む空気を酸化剤極に供給することで、燃料電池２に発電反応をさせる。
【００１３】
また、この燃料電池搭載車両では、燃料電池２にて発電した電力や、駆動モータ１から回生した電力を二次電池３に充電する。この二次電池３は、図示しないコントローラにより充電率が制御され、駆動モータ１に電力供給をする。
【００１４】
このような電源システムにおいて、燃料電池２は、燃料電池用リレー回路４及びインバータ５を介して駆動モータ１と接続される。また、二次電池３は、二次電池用リレー回路６、ＤＣ／ＤＣコンバータ７及びインバータ５を介して駆動モータ１と接続される。
【００１５】
燃料電池用リレー回路４は、燃料電池２の正極端子とインバータ５の正極端子とを接続する電力供給ラインに燃料電池側正極リレー１１が設けられると共に、燃料電池２の負極端子とインバータ５の負極端子とを接続する電力供給ラインに燃料電池側負極リレー１２が設けられている。燃料電池側正極リレー１１は、スイッチ部１１ａ及び電磁コイル１１ｂからなり、電磁コイル１１ｂへの電流供給がオンオフされることでスイッチ部１１ａがオンオフ動作して、燃料電池２とインバータ５との電気的な接続をオンオフする。また、第２負極リレー１２は、スイッチ部１２ａ及び電磁コイル１２ｂからなり、電磁コイル１２ｂへの電流供給がオンオフされることでスイッチ部１２ａがオンオフ動作して、燃料電池２とインバータ５との電気的な接続をオンオフする。
【００１６】
また、この燃料電池用リレー回路４には、電力供給ラインに、燃料電池２からインバータ５に供給している電流を検出する燃料電池用電流センサ１３が設けられると共に、燃料電池２からインバータ５に印加している電圧を検出する燃料電池用電圧センサ１４を備えている。燃料電池用電流センサ１３及び燃料電池用電圧センサ１４にて検出したセンサ値は、図示しないコントローラに読み込まれて、燃料電池側正極リレー１１及び燃料電池側負極リレー１２の制御に使用される。
【００１７】
二次電池用リレー回路６は、燃料電池用リレー回路４と同様にして構成され、二次電池３の正極端子とＤＣ／ＤＣコンバータ７の正極端子とを接続する電力供給ラインに二次電池側正極リレー２１が設けられると共に、二次電池３の負極端子とＤＣ／ＤＣコンバータ７の負極端子とを接続する電力供給ラインに二次電池側負極リレー２２が設けられている。二次電池側正極リレー２１は、スイッチ部２１ａ及び電磁コイル２１ｂからなり、電磁コイル２１ｂへの電流供給がオンオフされることでスイッチ部２１ａがオンオフ動作して、二次電池３とＤＣ／ＤＣコンバータ７との電気的な接続をオンオフする。また、二次電池側負極リレー２２は、スイッチ部２２ａ及び電磁コイル２２ｂからなり、電磁コイル２２ｂへの電流供給がオンオフされることでスイッチ部２２ａがオンオフ動作して、二次電池３とＤＣ／ＤＣコンバータ７との電気的な接続をオンオフする。
【００１８】
また、この二次電池用リレー回路６には、電力供給ラインに、二次電池３からＤＣ／ＤＣコンバータ７に供給している電流を検出する二次電池用電流センサ２３が設けられると共に、二次電池３からＤＣ／ＤＣコンバータ７に印加している電圧を検出する二次電池用電圧センサ２４を備えている。二次電池用電流センサ２３及び二次電池用電圧センサ２４にて検出したセンサ値は、図示しないコントローラに読み込まれる。
【００１９】
更に、燃料電池用リレー回路４及び二次電池用リレー回路６の電力供給ラインには、過電流がインバータ５及びＤＣ／ＤＣコンバータ７に供給するのを防止するためのヒューズ１５，１６，２５，２６が設けられている。
【００２０】
［電源システムの動作］
つぎに、上述したように構成された電源システムにおいて、駆動モータ１を駆動開始するときの動作について図２のフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
この処理は、例えば外部から駆動モータ１を駆動する命令がコントローラに送られた場合に、ステップＳ１の処理を開始し、二次電池側正極リレー２１及び二次電池側負極リレー２２をオン状態にして、ステップＳ２に処理を進める。このとき、コントローラでは、電磁コイル２１ｂ及び電磁コイル２２ｂに電流供給することで、スイッチ部２１ａ及びスイッチ部２２ａをオン状態にし、二次電池３とＤＣ／ＤＣコンバータ７とを電気的に接続する。
【００２２】
このようにステップＳ１の動作をすることにより、二次電池３に充電していた電力をＤＣ／ＤＣコンバータ７に供給開始する。そして、コントローラでは、インバータ５内の駆動モータ１に対する出力端に設けられたコンデンサを充電するために、インバータ５に出力する電圧を次第に上昇させるようにＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御する。これにより、図３に示すように、時間の経過と共に、コンデンサの充電量が多くなって電圧値が高くなる。
【００２３】
ステップＳ２においては、コントローラにより、燃料電池用電圧センサ１４からのセンサ信号を読み込んで、インバータ５の状態としてインバータ５内のコンデンサの電圧値を検出し、ＤＣ／ＤＣコンバータ７からインバータ５に次第に値を上昇させながら印加している電圧によって、コンデンサの電圧値が所定値以上の電圧値となったか否かを判定して、所定値以上の電圧値となった場合にステップＳ３に処理を進める。
【００２４】
この電圧の所定値とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７からの出力電圧を次第に上昇させることでコンデンサを充電させて、燃料電池側正極リレー１１及び燃料電池側負極リレー１２をオン状態にしたときに、燃料電池２からインバータ５に突入電流が流れないようなコンデンサの充電状態にする電圧値が設定されている。
【００２５】
ここで、図３に示すようにコンデンサの電圧が上昇した場合、時刻ｔ１においてステップＳ２からステップＳ３に移行することになる。
【００２６】
ステップＳ３においては、コントローラにより、燃料電池側正極リレー１１及び燃料電池側負極リレー１２をオン状態にして処理を終了する。これにより、燃料電池２とインバータ５とを電気的に接続して、燃料電池２から駆動モータ１への電力供給が開始されることになる。
【００２７】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る電源システムによれば、コントローラによりＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力を制御することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧を次第に上昇させ、インバータ５内のコンデンサの電圧値を燃料電池用電圧センサ１４にて検出して燃料電池２から駆動モータ１への電力供給を開始するようにしたので、簡単な構成でインバータ５内のコンデンサへの突入電流を防ぐことが可能となる。
【００２８】
また、この電源システムによれば、インバータ５内のコンデンサの突入電流を防止するために、燃料電池側正極リレー１１と並列してコンデンサ充電用リレーやコンデンサ充電用抵抗を設ける必要が無く、システムの構成の簡略化、低コスト化、低重量化、低容積化を実現することができる。
【００２９】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る電源システムについて説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については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。
【００３０】
第２実施形態に係る電源システムでは、図４に示すように、ステップＳ１の次に、燃料電池用電流センサ１３からのセンサ信号をコントローラにより読み込むことで、インバータ５内のコンデンサに流れている電流値を検出する。そして、コントローラでは、第１実施形態と同様にＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧を次第に上昇させてインバータ５内のコンデンサに流れている電流値が所定値以下となったらステップＳ３にて燃料電池側正極リレー１１及び燃料電池側負極リレー１２をオン状態にする。
【００３１】
この電流値の所定値とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７からの出力電圧を次第に上昇させることでコンデンサを充電させて、燃料電池側正極リレー１１及び燃料電池側負極リレー１２をオン状態にしたときに、燃料電池２からインバータ５に突入電流が流れないようなコンデンサの充電状態にする電流値が設定されている。
【００３２】
ここで、図５に示すようにコンデンサが充電されるに従ってコンデンサに流れる電流値が低下した場合、時刻ｔ２においてステップＳ１１からステップＳ３に移行することになる。
【００３３】
このような第２実施形態に係る電源システムによれば、コントローラによりＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力を制御することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧を次第に上昇させ、インバータ５内のコンデンサに流れる電流値を燃料電池用電流センサ１３にて検出して燃料電池２から駆動モータ１への電力供給を開始するようにしたので、簡単な構成でインバータ５内のコンデンサへの突入電流を防ぐことが可能となる。
【００３４】
また、この電源システムによれば、第１実施形態と同様に、システムの構成の簡略化、低コスト化、低重量化、低容積化を実現することができる。
【００３５】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る電源システムについて説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については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。
【００３６】
第３実施形態に係る電源システムでは、図６に示すように、ステップＳ１にて二次電池側正極リレー２１及び二次電池側負極リレー２２をオン状態にした時刻から、コントローラ内部のタイマを起動させると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧を次第に上昇させる。そして、ステップＳ１の次のステップＳ２１においては、二次電池側正極リレー２１及び二次電池側負極リレー２２をオン状態にした時刻から所定時間が経過したか否かを判定して、所定時間を経過した後にステップＳ３に処理を進める。
【００３７】
この所定時間とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７からの出力電圧を次第に上昇させることでコンデンサを充電させて、燃料電池側正極リレー１１及び燃料電池側負極リレー１２をオン状態にしたときに、燃料電池２からインバータ５に突入電流が流れないようなコンデンサの充電状態にする時間が設定されている。
【００３８】
ここで、図７に示すようにコンデンサが充電されるに従ってコンデンサに流れる電流値が低下した場合、時刻ｔ３の所定時間においてステップＳ１１からステップＳ３に移行して、燃料電池側正極リレー１１及び燃料電池側負極リレー１２をオン状態にすることになる。
【００３９】
このような第３実施形態に係る電源システムによれば、コントローラによりＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力を制御することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧を次第に上昇させて所定時間が経過した後に、燃料電池２から駆動モータ１への電力供給を開始するようにしたので、簡単な構成でインバータ５内のコンデンサへの突入電流を防ぐことが可能となる。
【００４０】
また、この電源システムによれば、第１実施形態と同様に、システムの構成の簡略化、低コスト化、低重量化、低容積化を実現することができる。
【００４１】
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１実施形態に係る電源システムにおいて、燃料電池から駆動モータに電力供給を開始するときの動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る電源システムにおいて、インバータ内のコンデンサに印加される電圧値の変化を示す図である。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係る電源システムにおいて、燃料電池から駆動モータに電力供給を開始するときの動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明を適用した第２実施形態に係る電源システムにおいて、インバータ内のコンデンサに流れる電流値の変化を示す図である。
【図６】本発明を適用した第２実施形態に係る電源システムにおいて、燃料電池から駆動モータに電力供給を開始するときの動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明を適用した第３実施形態に係る電源システムにおいて、燃料電池側正極リレー及び燃料電池側負極リレーをオン状態にするタイミングを示す図である。
【符号の説明】
１  駆動モータ
２  燃料電池
３  二次電池
４  燃料電池用リレー回路
５  インバータ
６  二次電池用リレー回路
７  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１  燃料電池側正極リレー
１２  燃料電池側負極リレー
１３  燃料電池用電流センサ
１４  燃料電池用電圧センサ
１５，１６，２５，２６  ヒューズ
２１  二次電池側正極リレー
１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ  スイッチ部
１１ｂ，１２ｂ，２１ｂ，２２ｂ  電磁コイル
２２  二次電池側負極リレー
２３  二次電池用電流センサ
２４  二次電池用電圧センサ
【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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