(57)【要約】【課題】動力性能を維持しながら燃費を向上させる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、駆動モータ（１６）に電力を供給する燃料電池（１１）と、この駆動モータに対して上記燃料電池と並列に接続され、出力電圧を段階的に切り替え可能な２次電池（１３）と、上記燃料電池から出力される電圧を昇圧し、昇圧後の電圧を上記駆動モータに供給する昇圧装置（１２）と、上記燃料電池及び上記２次電池の各出力電圧並びに上記駆動モータの必要電圧に基づいて、上記昇圧装置の昇圧動作及び上記２次電池の出力電圧を制御する制御手段（５）と、を備える。【選択図】図１
2009277584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータに電力を供給する燃料電池と、
前記駆動モータに対して前記燃料電池と並列に接続され、出力電圧を段階的に切り替え可能な２次電池と、
前記燃料電池から出力される電圧を昇圧し、昇圧後の電圧を前記駆動モータに供給する昇圧装置と、
前記燃料電池及び前記２次電池の各出力電圧並びに前記駆動モータの必要電圧に基づいて、前記昇圧装置の昇圧動作及び前記２次電池の出力電圧を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システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃料電池の出力電圧が前記駆動モータの必要電圧及び前記２次電池の出力電圧よりも高い又は近似する場合に、前記昇圧装置の昇圧動作を停止させる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】
前記制御手段は、前記燃料電池の出力電圧が前記駆動モータの必要電圧以上である場合に、前記２次電池の出力電圧が前記燃料電池の出力電圧よりも低く又は近似するように前記２次電池の出力電圧を段階的に切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記２次電池は、複数のセルと、これら複数のセルの電気的接続を並列又は直列で切り替えるスイッチと、を含み、
前記制御手段は、前記２次電池のスイッチの開閉状態を切り替えることにより前記２次電池の出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記２次電池は、複数のセルと、これら複数のセルのうちの入出力端子に対し電気的に接続されるセルの数を切り替えるスイッチと、を含み、
前記制御手段は、前記２次電池のスイッチの開閉状態を切り替えることにより前記２次電池の出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか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、燃料電池及び２次電池を備える燃料電池システムの電力制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する装置である。燃料電池は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量を制御して駆動モータからの要求電力を出力する。この燃料電池を動力源とする燃料電池システムでは、その燃料電池からの出力の応答性が低くなる場合があるため、それを補うべく２次電池が搭載される。この２次電池は、駆動モータの減速時に発生する回生エネルギや燃料電池で発電された電力を蓄電する。２次電池は、その蓄電された電力を放電することにより、上記燃料電池の出力を補う。
【０００３】
このような燃料電池システムでは、燃料電池及び２次電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して並列に接続される。このＤＣ−ＤＣコンバータは、燃料電池又は２次電池の出力電圧を変換することにより両者の併用を可能とする。
【０００４】
しかしながら、このＤＣ−ＤＣコンバータでは電圧変換の際に電力損失が生ずる。そこで、ＤＣ−ＤＣコンバータのような電圧変換器を含む燃料電池システムにおいて出力効率を向上させる手法が各種提案されている（下記特許文献１、２及び３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１８９８１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８８１２９号公報
【特許文献３】特開２００７−３３５１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような燃料電池システムにおいて、燃料電池及び２次電池は、更に、コスト低減、軽量化、小型化等が望まれる。このような要求から各装置を小型化した場合、セル数が少なくなるため、燃料電池及び２次電池からの出力電力は低くなる。
【０００６】
一方で、このような燃料電池システムの負荷となる駆動モータは、動力性能を向上させるために高回転化が望まれる。また、上記燃料電池システムから提供される直流電力を交流電力に変換して当該駆動モータへ送るインバータは小型化が望まれる。結果として、インバータ入力電圧の高電圧化が望まれている。
【０００７】
上記双方の要求を満たすために、燃料電池の出力をＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータで昇圧し、この昇圧された電力をインバータへ印加する構成が採られる。しかしながら、このような構成では、ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータにおいて上述したように電力損失が生ずるため、燃費を悪化させることになってしまう。
【０００８】
本発明の課題は、動力性能を維持しながら燃費を向上させる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するために以下の手段を採用する。即ち、本発明は、駆動モータに電力を供給する燃料電池と、この駆動モータに対して上記燃料電池と並列に接続され、出力電圧を段階的に切り替え可能な２次電池と、上記燃料電池から出力される電圧を昇圧し、昇圧後の電圧を上記駆動モータに供給する昇圧装置と、上記燃料電池及び上記２次電池の各出力電圧並びに上記駆動モータの必要電圧に基づいて、上記昇圧装置の昇
圧動作及び上記２次電池の出力電圧を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムに関する。
【００１０】
本発明の態様によれば、昇圧装置の昇圧動作が制御され、２次電池の出力電圧が段階的に切り替えられることにより、動力性能を維持しながら燃費性能が高められる。
【００１１】
このため好ましくは、上記制御手段が、燃料電池の出力電圧が駆動モータの必要電圧及び２次電池の出力電圧よりも高い又は近似する場合に、昇圧装置の昇圧動作を停止させるように構成する。
【００１２】
この構成によれば、駆動モータの必要電圧よりも高い又は近似する電圧が燃料電池から出力されるため駆動モータの動力性能を維持することができ、かつ、昇圧装置の昇圧動作が停止されるためこの昇圧動作により生じる電力損失を削減することができる。
【００１３】
また、好ましくは、上記制御手段が、燃料電池の出力電圧が駆動モータの必要電圧以上である場合に、２次電池の出力電圧が燃料電池の出力電圧よりも低く又は近似するように２次電池の出力電圧を段階的に切り替えるように構成する。
【００１４】
この構成では、２次電池の出力を制御するための昇圧装置を設けなくとも、燃料電池の出力電圧及び駆動モータの必要電圧等に応じて２次電池の出力電圧が段階的に切り替えられる。よって、２次電池の出力を制御する昇圧装置を含むシステムに比べ、その昇圧装置の昇圧動作による圧力損失をなくすことができ、高燃費のシステムを実現することができる。更に、このように２次電池の出力電圧を切り替えることにより、上記昇圧装置の昇圧動作を停止させる動作領域を増やすことができるため、一層燃費性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、動力性能を維持しながら燃費を向上させる燃料電池システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態としての燃料電池システムについて具体例を挙げ説明する。本実施形態としての燃料電池システムは、船舶、車両等の動力源に適用されるのが一般的ではあるが、これら以外の電力の供給を受ける必要がある物に適用されてもよい。以下に挙げた各実施例はそれぞれ例示であり、本発明は以下の各実施例の構成に限定されない。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施形態としての燃料電池システムの第１実施例について説明する。
【００１８】
〔システム構成〕
第１実施例における燃料電池システムのシステム構成について図１を用いて説明する。図１は、第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す。第１実施例における燃料電池システム１は、燃料電池（以降、ＦＣとも表記する）１１、ＦＣ昇圧コンバータ１２、バッテリ１３、インバータ１５、駆動モータ１６、ＥＣＵ（Electric Control Unit）５等から構成される。
【００１９】
ＦＣ１１は、燃料ガスタンク１８から送出され圧力調整された燃料ガス（例えば水素ガス）と、エアフィルタ等を介して大気から取り込まれコンプレッサ１９で圧縮された酸化剤ガス（例えば圧縮空気）との電気化学反応にて発電を行う。ＦＣ１１は、バッテリ１３と共にインバータ１５に対して電気的に並列に接続される。ＦＣ１１とバッテリ１３とを
繋ぐ電力線には、ＦＣ昇圧コンバータ１２が接続される。
【００２０】
ＦＣ昇圧コンバータ１２は、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして動作し、内部のパワートランジスタ等により、ＦＣ１１から出力される電圧を昇圧（変換）する。このとき、ＦＣ昇圧コンバータ１２は、ＥＣＵ５からの制御信号に応じて、その昇圧比、即ち入力されるＦＣ１１の出力電圧に対するインバータ１５に印加される出力電圧の比が制御される。これにより、ＦＣ１１からの出力電圧は、このＦＣ昇圧コンバータ１２によって制御可能な範囲でＥＣＵ５からの制御信号に応じた電圧に昇圧され、インバータ１５に印加される。なお、ＦＣ昇圧コンバータ１２は、昇圧型コンバータとしてのみではなく昇降圧型のコンバータとして動作するようにしてもよい。
【００２１】
更に、ＦＣ昇圧コンバータ１２は、ＦＣ１１からの出力電力を変換せずに出力する動作モード（バイパスモード又はスルーモード）（以降、昇圧停止モードと表記する）を有する。この動作モード時では、ＦＣ昇圧コンバータ１２は、例えば所定のスイッチ素子をターンオフ状態とすることで、一次側の電圧をバイパスさせてそのまま二次側に印加する。これにより、この動作モード時には、電圧の昇圧動作が実行されないため、電力損失を抑制することができる。ＦＣ昇圧コンバータ１２は、ＥＣＵ５からの制御信号に応じてこの昇圧停止モードへ移行し、この昇圧停止モードから復帰する。
【００２２】
バッテリ１３は、充放電が可能な蓄電装置であって、ＦＣ１１と共にインバータ１５に対して電気的に並列に接続される。これにより、バッテリ１３からの出力電圧は、インバータ１５に印加される。逆に、駆動モータ１６が車両制動時等に回生発電する場合には、その回生電力はインバータ１５からこのバッテリ１３に充電される。一方で、バッテリ１３は、上記ＦＣ昇圧コンバータ１２を介してＦＣ１１と電気的に接続される。これにより、バッテリ１３は、その残蓄電量に応じて、ＦＣ１１からの出力電力であってＦＣ昇圧コンバータ１２により昇圧制御された電力により充電される。バッテリ１３は、ＥＣＵ５によるＦＣ昇圧コンバータ１２の制御により充放電される。
【００２３】
図２Ａ及び図２Ｂは、第１実施例におけるバッテリ１３の電気回路構成を模式的に示す図である。第１実施例におけるバッテリ１３は、出力電圧が段階的に変更され得るように構成される。図２Ａ及び図２Ｂに示す実施例では、バッテリ１３は、６つのセルから構成されるバッテリモジュール２６及び２７と、各バッテリモジュール２６及び２７を接続するスイッチ２１、２２及び２３とを有する。
【００２４】
バッテリ１３は、ＥＣＵ５から送られる制御信号に応じてスイッチ２１、２２及び２３の開閉動作が制御され、その出力電圧が２段階に調整される。具体的には、ＥＣＵ５からの制御信号に基づいて、スイッチ２１及び２３がＯＦＦ状態にセットされ、スイッチ２２がＯＮ状態にセットされると、バッテリモジュール２６及び２７が入出力端子に対して電気的に直列に接続されるため、バッテリモジュール２６及び２７の合計電圧がバッテリ１３の出力電圧となる。一方で、スイッチ２１及び２３がＯＮ状態にセットされ、スイッチ２２がＯＦＦ状態にセットされると、バッテリモジュール２６及び２７が入出力端子に対して電気的に並列に接続されるため、バッテリモジュール１つ分の電圧がバッテリ１３の出力電圧となる。すなわち、第１実施例におけるバッテリ１３は、内部のバッテリモジュール２６及び２７の電気的接続が直列か並列かに切り替えられることにより、その出力電圧が２段階に調整される。以降、バッテリ１３からの出力電圧のうち高い側の電圧を第１出力電圧、低い側の電圧を第２出力電圧と表記する場合もある。
【００２５】
インバータ１５は、ＦＣ１１からＦＣ昇圧コンバータ１２を介して供給される直流電力及びバッテリ１３から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、駆動モータ１６へ送る。駆動モータ１６は、例えば３相交流モータであり、インバータ１５から与えられる交
流電力によって車輪軸を回転させる等、本燃料電池システム１が搭載される車両の主動力源を構成する。なお、本燃料電池システム１から電力を供給される負荷装置は、この駆動モータ１６に限定する必要はない。
【００２６】
ＥＣＵ５は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ、入出力インタフェース等により構成される。このＥＣＵ５は、ＣＰＵがメモリに格納された制御プログラムを実行することによって各種制御を実現する。ＥＣＵ５は、上述したＦＣ１１、ＦＣ昇圧コンバータ１２、バッテリ１３、インバータ１５、駆動モータ１６等と信号線により接続され、各信号線から各種情報を取得することにより、少なくともＦＣ昇圧コンバータ１２の動作モード及び出力電圧、並びにバッテリ１３の出力電圧を制御する。ＥＣＵ５は、各回路を制御するにあたり、上記信号線を用いて制御信号を送信する。
【００２７】
ＥＣＵ５は、バッテリ１３を制御するのに必要な信号として、バッテリ１３の端子間に設置された電圧センサ（図示せず）からバッテリ１３の出力電圧に関する情報、バッテリ１３の出力端子に接続された電力線に取り付けられた電流センサ（図示せず）から充放電電流に関する情報を取得する。ＥＣＵ５は、充放電電流に関する情報に基づいてバッテリ１３の残蓄電量を算出する。
【００２８】
ＥＣＵ５は、昇圧コンバータ１２を制御するのに必要な信号として、ユーザからの加速要求を受け付けるアクセルペダルの開度情報、及び駆動モータ１６の回転数情報などを取得し、これら情報に基づき、必要な電力が駆動モータ１６に供給されるようにインバータ１５に印加されるべき電圧（以降、モータ必要電圧と表記する）を算出する。更に、ＥＣＵ５は、ＦＣ１１の端子間に設置された電圧センサ（図示せず）からＦＣ１１の出力電圧に関する情報を取得する。
【００２９】
ＥＣＵ５は、上述のように取得された情報のうち、上記モータ必要電圧及びＦＣ１１の出力電圧に基づいて算出される昇圧比等に基づいてＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作を制御し、結果としてＦＣ昇圧コンバータ１２の出力電圧を制御する。一方で、ＥＣＵ５は、上記モータ必要電圧、ＦＣ１１の出力電圧及びバッテリ１３の出力電圧に基づいて、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作モード（昇圧停止モードへの移行及び昇圧停止モードからの復帰）を制御する。更に、ＥＣＵ５は、バッテリ１３の残蓄電量及び出力電圧、並びにＦＣ１１の出力電圧に基づいて、バッテリ１３の出力電圧を段階的に制御する。バッテリ１３の出力電圧の段階的制御は、上述したように、バッテリ１３内のスイッチ２１、２２及び２３のＯＮ、ＯＦＦ状態の切り替えにより実現される。
【００３０】
図３Ａ及び３Ｂは、燃料電池システムにおけるＦＣ１１の出力電力、バッテリ１３の出力電力、及びモータ必要電力の関係を示すグラフである。同図は、縦軸に電圧を横軸に出力電力を示し、各値の電圧−電力特性を示している。
【００３１】
駆動モータ１６へ提供されるべき電力が上昇すると駆動モータ１６の逆起電圧が上昇するため、図３Ａ及び３Ｂに示すように、モータ必要電圧も上昇する。また、ＦＣ１１の電圧−電力特性では、ＦＣ１１の出力電力が上昇するとその出力電圧は低下する。バッテリ１３の出力電圧は、図３Ａ及び３Ｂに示されるように、許容される残蓄電量を有する場合には出力電力によらず概ね一定である。図３Ａには、バッテリ１３から最大電圧が出力される場合（図２Ａの直列接続状態時）の電圧−電力特性が示され、図３Ｂには、バッテリ１３から小さい側の電圧が出力される場合（図２Ｂの並列接続状態時）の電圧−電力特性が示される。
【００３２】
ＥＣＵ５は、動力性能を維持するために、上述のモータ必要電圧を超える電圧が常にインバータ１５に印加されるようにＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧比を制御する。更に、Ｅ
ＣＵ５は、ＦＣ昇圧コンバータ１２での電力損失を抑え燃費性能を向上させるために、ＦＣ１１の出力電圧を昇圧する必要がない場合にはＦＣ昇圧コンバータ１２を昇圧停止モードへ移行させる。基本的には、ＦＣ１１の出力電圧がモータ必要電圧を超えている場合には、ＦＣ昇圧コンバータ１２で昇圧する必要がない。そこで、図３Ａ及び３Ｂに示されるＢ点よりもモータ必要電圧が低い動作領域、即ちＢ点よりも軽負荷時には、基本的には、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作を停止させることができる。
【００３３】
但し、ＦＣ１１の出力電圧がバッテリ１３の出力電圧よりも低い状態（図３Ａ及び３ＢのＡ点よりも高負荷時）では、ＦＣ昇圧コンバータ１２でＦＣ１１の出力を昇圧する必要がある。また、バッテリ１３の端子に許容範囲を超える電圧が印加され続けるとバッテリ１３の故障を引き起こす恐れがあるため、ＦＣ１１の出力電圧とバッテリ１３の出力電圧との差が許容範囲内に抑えられる必要がある。
【００３４】
ＥＣＵ５は、以上の点を加味して、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作モード及び出力電圧（昇圧比等）、並びにバッテリ１３の出力電圧を制御する。これらＥＣＵ５による制御の詳細については以下の動作例において説明する。なお、第１実施例ではこれらバッテリ１３及びＦＣ昇圧コンバータ１２の制御を主に説明するが、ＥＣＵ５は、ＦＣ１１の発電量制御も併せて実行するようにしてもよい。本発明は、このバッテリ１３及びＦＣ昇圧コンバータ１２の制御以外の制御を限定するものではない。
【００３５】
〔動作例〕
以下、第１実施例における燃料電池システム１の動作例として、ＥＣＵ５の制御について図４を用いて説明する。図４は、第１実施例における燃料電池システム１の制御例を示すグラフである。以下、軽負荷時から高負荷時へ移行する場合を例にＥＣＵ５の制御を説明する。
【００３６】
ＥＣＵ５は、軽負荷時にはそのモータ必要電力に応じてＦＣ１１の出力電力を決定し、この決定された電力が出力されるようにＦＣ１１、燃料ガスタンク１８、コンプレッサ１９等を制御する。これにより、ＦＣ１１の出力電圧はモータ必要電圧よりも十分に高くなる。
【００３７】
このとき、ＥＣＵ５は、第１出力電圧が出力されるようにバッテリ１３を制御する。具体的には、ＥＣＵ５は、バッテリ１３が図２Ａの直列接続状態（スイッチ２１がＯＦＦに、スイッチ２２がＯＮに、スイッチ２３がＯＦＦに設定される状態）となるようにバッテリ１３に指示する。これにより、ＦＣ１１の出力電圧とバッテリ１３の出力電圧との差が許容範囲内に抑えられる。バッテリ１３の第１出力電圧は、ＦＣ１１の最大出力電圧との差が許容範囲内となるように設計される。
【００３８】
ＥＣＵ５は、バッテリ１３の出力電圧がＦＣ１１の出力電圧よりも小さい領域（Ａ点よりも低負荷領域）ではＦＣ昇圧コンバータ１２を昇圧停止モードへ移行するように指示する。これにより、ＦＣ１１の出力電圧は変換されずインバータ１５に印加される。従って、ＦＣ昇圧コンバータ１２が昇圧停止モードへ移行されている間、昇圧動作による電力損失を防ぐことができる。
【００３９】
ＥＣＵ５は、モータ必要電圧が増加しＦＣ１１の出力電圧がＡ点より低下すると、ＦＣ昇圧コンバータ１２に昇圧停止モードから復帰するように指示する。これは、そのままではＦＣ１１の出力電圧がバッテリ１３の出力電圧よりも許容される範囲を超えて低くなるからである。ＥＣＵ５は、ＦＣ１１の出力電圧がバッテリ１３の出力電圧と許容される範囲で近似するまで昇圧されるようにＦＣ昇圧コンバータ１２を制御する。
【００４０】
ＥＣＵ５は、モータ必要電圧が更に増加しＦＣ１１の出力電圧が更に低下すると、第２出力電圧が出力されるようにバッテリ１３を制御する。具体的には、ＥＣＵ５は、バッテリ１３が図２Ｂの並列接続状態（スイッチ２１がＯＮに、スイッチ２２がＯＦＦに、スイッチ２３がＯＮに設定される状態）となるようにバッテリ１３に指示する。これにより、バッテリ１３の出力電圧はＦＣ１１の出力電圧よりも低くなる。バッテリ１３の第２出力電圧は、第１出力電圧から切り替えられる時点でのＦＣ１１の出力電圧との差が許容範囲内となるように設計される。
【００４１】
これにより、ＦＣ１１の出力電圧がモータ必要電圧及びバッテリ１３の出力電圧よりも高くなるため、ＥＣＵ５は、ＦＣ昇圧コンバータ１２に対し昇圧停止モードへ移行するように指示する。結果、ＦＣ昇圧コンバータ１２が昇圧停止モードへ移行されている間、昇圧動作による電力損失を防ぐことができる。
【００４２】
モータ必要電圧がＢ点より高くなると、ＦＣ１１の出力電圧がモータ必要電圧よりも低くなる。これにより、ＥＣＵ５は、ＦＣ昇圧コンバータ１２に昇圧停止モードから復帰するように指示する。ＥＣＵ５は、ＦＣ１１の出力電圧がモータ必要電圧よりも高くなるまで昇圧されるようにＦＣ昇圧コンバータ１２を制御する。
【００４３】
モータ必要電圧が更に上昇すると、ＥＣＵ５は、第１出力電圧が出力されるようにバッテリ１３を制御する。これにより、ＥＣＵ５は、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出力電圧とバッテリ１３の第２出力電圧との差を許容範囲内に抑える。以降、ＥＣＵ５は、バッテリ１３の第１出力電圧とモータ必要電圧との関係に応じてＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作を制御する。
【００４４】
〔第１実施例の作用及び効果〕
第１実施例における燃料電池システム１では、ＦＣ１１は、ＦＣ昇圧コンバータ１２を介してインバータ１５（負荷装置）に対して電気的に並列に接続され、バッテリ１３は、昇圧コンバータを介さずインバータ１５に対して電気的に並列に接続される。
【００４５】
これにより、第１実施例によれば、バッテリ１３が昇圧コンバータを介して負荷装置と接続されるシステムに比べて、昇圧コンバータの昇圧動作による電力損失を低減することができ、高燃費のシステムを実現することができる。
【００４６】
更に、第１実施例では、ＥＣＵ５により、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出力電圧及び動作モード、並びにバッテリ１３の出力電圧が制御される。
【００４７】
具体的には、ＦＣ昇圧コンバータ１２は、ＦＣ１１の出力電圧を昇圧し、インバータ１５に印加されるべきモータ必要電圧よりも高い電圧を出力する。これにより、モータ１６の動力性能が維持される。更に、ＦＣ昇圧コンバータ１２は、ＦＣ１１の出力電圧がモータ必要電圧及びバッテリ１３の出力電圧よりも高い場合には昇圧停止モードへ移行される。これにより、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作による電力損失が低減される。
【００４８】
以上より、第１実施例における燃料電池システム１によれば、動力性能を維持しながら、高燃費のシステムを実現することができる。
【００４９】
第１実施例では、バッテリ１３は、その出力電圧が段階的に切り替え可能に構成される。ＦＣ昇圧コンバータ１２を昇圧停止モードにする期間を多く設けるために、バッテリ１３の出力電圧が段階的に切り替えられる。具体的には、モータ必要電圧よりもＦＣ１１の出力電圧が高い動作領域において、ＦＣ１１の出力電圧とバッテリ１３の出力電圧との差が許容範囲内に収まりかつＦＣ１１の出力電圧がバッテリ１３の出力電圧よりも高い動作
領域が大きくなるようにバッテリ１３の出力電圧が段階的に制御される。
【００５０】
これにより、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作を停止する動作領域を多く持てるため、その電力損失を低減し、高燃費のシステムを実現することができる。
【００５１】
［変形例］
上述の第１実施例では、バッテリ１３は、内部のバッテリモジュール２６及び２７の接続形態が直列か並列かで切り替えられることにより、その出力電圧を段階的に切り替えていた。バッテリ１３は、図５Ａ及び５Ｂに示すようにそのバッテリモジュールの数が切り替えられることにより、その出力電圧を段階的に切り替えるようにしてもよい。
【００５２】
図５Ａ及び５Ｂは、変形例におけるバッテリ１３の電気回路構成を模式的に示す図である。変形例におけるバッテリ１３は、第１実施例と同様にバッテリモジュール２６及び２７を有する共に、スイッチ５１及び５２を有する。バッテリ１３は、ＥＣＵ５から送られる制御信号に応じてスイッチ５１及び５２の開閉動作が制御される。
【００５３】
具体的には、スイッチ５１がＯＦＦ状態とされ、スイッチ５２がＯＮ状態とされる場合には（図５Ａ参照）、バッテリモジュール２６及び２７が入出力端子に対して電気的に直列に接続されるため、バッテリモジュール２６及び２７の合計電圧がバッテリ１３の出力電圧（第１出力電圧）となる。一方、スイッチ５１がＯＮ状態にセットされ、スイッチ５２がＯＦＦ状態にセットされる場合には（図５Ｂ参照）、バッテリモジュール２６のみが入出力端子に対して電気的に接続されるため、バッテリモジュール２６の電圧がバッテリ１３の出力電圧（第２出力電圧）となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２Ａ】第１実施例におけるバッテリの電気回路構成（直列接続状態）を模式的に示す図である。
【図２Ｂ】第１実施例におけるバッテリの電気回路構成（並列接続状態）を模式的に示す図である。
【図３Ａ】燃料電池システムにおけるＦＣの出力電力、バッテリの出力電力（高）、及びモータ必要電力の関係を示すグラフである。
【図３Ｂ】燃料電池システムにおけるＦＣの出力電力、バッテリの出力電力（低）、及びモータ必要電力の関係を示すグラフである。
【図４】第１実施例における燃料電池システムの制御例を示すグラフである。
【図５Ａ】変形例におけるバッテリの電気回路構成（２モジュール）を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】変形例におけるバッテリの電気回路構成（１モジュール）を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
５  ＥＣＵ
１１  燃料電池（ＦＣ）
１２  ＦＣ昇圧コンバータ
１３  バッテリ
１５  インバータ
１６  駆動モータ
２１、２２、２３、５１、５２  スイッチ
【図１】
2009277584.tif 000003
【図２Ａ】
2009277584.tif 000004
【図２Ｂ】
2009277584.tif 000005
【図３Ａ】
2009277584.tif 000006
【図３Ｂ】
2009277584.tif 000007
【図４】
2009277584.tif 000008
【図５Ａ】
2009277584.tif 000009
【図５Ｂ】
2009277584.tif 000010