(57)【要約】【課題】よりエネルギー効率の良い燃料電池ハイブリッドシステムを提供する。【解決手段】燃料電池、それを補助するための補助電源（バッテリ等）、燃料電池へ空気を供給するためのエアーコンプレッサ（ＡＣＰ）等からなる燃料電池ハイブリッドシステムを、ＡＣＰの動作の停止時（ステップＳ１０１）に、ＡＣＰの発電電力と、モータ（ＭＧ）の発電電力とに基づき、補助電源の充電が行われる（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）システムとして構成しておく【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池のカソード側に空気を供給するためのエアーコンプレッサと、
充電可能な補助電源と、
空気の供給源としての動作を停止した前記エアーコンプレッサを発電機として利用して前記補助電源を充電する充電手段と
を備えることを特徴とする燃料電池ハイブリッドシステム。
【請求項２】
車輪を回転させるためのモータと、
電力を供給することによって前記モータ及び前記エアーコンプレッサを動作させる制御手段であって、前記モータ及び前記エアーコンプレッサの双方への電力の供給を同時に停止する場合がある制御手段と
を、さらに備え、
前記充電手段が、
電力の供給が停止されている前記エアーコンプレッサ、前記モータの双方を発電機として利用して前記補助電源を充電することが可能な手段である
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池ハイブリッドシステム。
【請求項３】
前記モータ及び前記エアーコンプレッサの双方に交流電力を独立して供給可能なインバータを、さらに備える
ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池ハイブリッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と、充電可能な補助電源とを含む燃料電池ハイブリッドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車に用いられている燃料電池システムの中には、燃料電池の代わりの電力供給源等として機能する補助電源を備えたものが存在している。そして、そのような燃料電池システム（以下、燃料電池ハイブリッドシステムと表記する）は、車両の制動時に、車両駆動用のモータが発電機として利用されて補助電源が充電されるシステム（例えば、特許文献１参照。）となっている。ただし、既存の燃料電池ハイブリッドシステムのエネルギー効率はさほど良いものとはなっていない。このため、よりエネルギー効率の良い燃料電池ハイブリッドシステムが望まれている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８６３２０号公報
【特許文献２】特開２００５−１１７７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の課題は、よりエネルギー効率の良い燃料電池ハイブリッドシステムを、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池ハイブリッドシステムは、燃料電池と、前記燃料電池のカソード側に空気を供給するためのエアーコンプレッサと、充電可能な補助電源と、空気の供給源としての動作を停止した前記エアーコンプレッサを発電機として利用して前記補助電源を充電する充電手段とを備える。
【０００６】
すなわち、既存の燃料電池ハイブリッドシステム（特許文献１等参照。）が、エアーコンプレッサの運動エネルギーを電気エネルギーとして回収しないシステムであるのに対し、本発明の燃料電池ハイブリッドシステムは、エアーコンプレッサの運動エネルギーを、電気エネルギーとして回収するシステムとなっている。従って、本発明の燃料電池ハイブリッドシステムは、既存の燃料電池ハイブリッドシステムよりも、エネルギー効率の良いシステムとなっていると言うことが出来る。
【０００７】
なお、本発明の燃料電池ハイブリッドシステムを実現するに際して、補助電源は、充電可能なもの（かつ、そこに蓄えられた電力を利用できるもの）でありさえすればどのようなもの（バッテリ、キャパシタ等）であっても良い。
【０００８】
また、本発明の燃料電池ハイブリッドシステムは、どのような用途のシステム（例えば、家庭用の電源システム）としても実現することが出来る。ただし、本発明の燃料電池ハイブリッドシステムの構成は、エアーコンプレッサの動作が比較的に頻繁に停止される場合に特に効果があるものとなっている。このため、本発明は、特に、車両用のシステム（例えば、請求項２記載の構成を有するシステム）に適したものとなっていると言うことも出来る。
【０００９】
また、本発明の燃料電池ハイブリッドシステムを車両用のものとして実現する場合には、前記モータ及び前記エアーコンプレッサの双方に交流電力を独立して供給可能なインバ
ータを設けておくことが望ましい。何故ならば、そのようなインバータを設けておけば、２つインバータを設ける場合よりもシステム構成が簡素になる結果として、システムの製造が容易になるからである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、よりエネルギー効率の良い燃料電池ハイブリッドシステムを実現（提供）することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に、本発明の一実施形態に係る燃料電池ハイブリッドシステム１の構成を示す。なお、本実施形態に係る燃料電池ハイブリッドシステム１は、燃料電池自動車用のシステムとして開発されたものである。
【００１３】
図示してあるように、燃料電池ハイブリッドシステム１は、燃料電池（ＦＣ）１０、ＦＣ昇圧コンバータ１１、バッテリ１２、バッテリ昇圧コンバータ１３、主機インバータ１４、エアーコンプレッサ（ＡＣＰ）１５、モータ・ジェネレータ（ＭＧ）１６及びＥＣＵ１７を、備えている。
【００１４】
モータ・ジェネレータ１６（以下、ＭＧ１６と表記する）は、燃料電池ハイブリッドシステム１が搭載された燃料電池自動車（以下、システム搭載車両と表記する）の車輪を回転させるための三相交流モータである。
【００１５】
燃料電池１０は、図示せぬ水素タンクから供給される水素と、エアーコンプレッサ１５（以下、ＡＣＰ１５と表記する）から供給される空気中の酸素との化学反応により発電する（電気エネルギーを生成する）電池である。なお、本燃料電池ハイブリッドシステム１に用いられている燃料電池１０は、複数の固体高分子型燃料電池セルをセパレータを介して積層したもの（いわゆる燃料電池スタック）となっている。また、ＡＣＰ１５は、三相交流モータが用いられたもの（三相の交流電力を供給することによって機能させるもの）となっている。
【００１６】
主機インバータ１４は、ＥＣＵ１７（詳細は後述）の制御下、直流電力を、ＡＣＰ１５を駆動するための交流電力とＭＧ１６を駆動するための交流電力とに変換する回路である。この主機インバータ１４は、ＥＣＵ１７が、ＡＣＰ１５側の出力とＭＧ１６側の出力とを独立して制御できるものとなっている。
【００１７】
ＦＣ昇圧コンバータ１１は、燃料電池１０の出力電圧を昇圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータである。バッテリ１２は、燃料電池１０の代わりの電力供給源等として機能する補助電源である。バッテリ昇圧コンバータ１３は、バッテリ１２の出力電圧を昇圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００１８】
ＥＣＵ（electronic control unit）１７は、アクセル開度、システム搭載車両の車両速度等に基づき、燃料電池ハイブリッドシステム１内の各部を統合的に制御するための、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるユニット（本発明の充電手段，制御手段にほぼ相当）である。なお、アクセル開度とは、システム搭載車両に設けられているアクセルペダルの踏み込みの程度を示す情報のことである。また、燃料電池ハイブリッドシステム１内の各部とは、ＦＣ昇圧コンバータ１１、主機インバータ１４、図示していないガス供給／排出用の各種バルブ等のことである。
【００１９】
このＥＣＵ１７が実行可能な各種制御処理は、基本的には（ＡＣＰ１５を動作させるために制御するインバータが主機インバータ１４であることを除けば）、既存のＥＣＵが行うものとほぼ同内容のものとなっている。ただし、ＥＣＵ１７は、システム搭載車両が或る速度以上で走行している状況下、アクセルペダルの踏み込みが解除された場合、図２に示した手順の減速用処理を開始するように構成（プログラミング）されたユニットとなっている。
【００２０】
すなわち、システム搭載車両が或る速度以上で走行している状況下、アクセルペダルの踏み込みが解除された場合、ＥＣＵ１７は、まず、ＡＣＰ１５への電力供給とＭＧ１６への電力供給とを停止する処理（ステップＳ１０１）を行う。より具体的には、このステップＳ１０１において、ＥＣＵ１７は、燃料電池１０へのアノードガス及びカソードガスの供給を停止させるための処理と、ＦＣ昇圧コンバータ１１の昇圧動作や、主機インバータ１４のコンバータ動作を停止させる処理とを行う。
【００２１】
次いで、ＥＣＵ１７は、ＡＣＰ１５、ＭＧ１６の双方の発電電力でバッテリ１２を充電するための充電制御処理を開始する（ステップＳ１０２）。換言すれば、ＥＣＵ１７は、ＡＣＰ１５の出力電力とＭＧ１６の出力電力とによりバッテリ１２が充電されるように、主機インバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ１３を制御する充電制御処理を開始する。
【００２２】
なお、本実施形態に係るＥＣＵ１７が実行する充電制御処理は、ＡＣＰ１５、ＭＧ１６の出力電圧の監視結果に基づき、ＡＣＰ１５から入力される三相交流電圧がバッテリ１２の充電に必要な所定電圧の直流電圧となり、ＭＧ１６から入力される三相交流電圧が同電圧の直流電圧となるように、主機インバータ１４を制御すると共に、主機インバータ１４の出力電圧がそのままバッテリ１２に印可されるように、バッテリ昇圧コンバータ１３を制御する処理となっている。また、充電制御処理は、いずれか一方のユニット（ＡＣＰ１５、ＭＧ１６）の出力電圧が予め定められている充電閾値電圧を下回った場合には、他方のユニットのみの出力電力によりバッテリ１２が充電されるように、主機インバータ１４及びバッテリ昇圧コンバータ１３を制御する状態に移行するものとなっている。
【００２３】
充電制御処理を開始（ステップＳ１０２）したＥＣＵ１７は、処理終了要イベントの発生を監視する処理（ステップＳ１０３）も開始する。ここで、処理終了要イベントとは、『ＡＣＰ１５の出力電圧、ＭＧ１６の出力電圧の双方が、充電閾値電圧を下回った』、『アクセルペダルが踏み込まれた』、『バッテリ１２がそれ以上充電できない状態となった』といったようなイベント（つまり、その発生時に減速用処理の実行を終了すべきイベント）のことである。
【００２４】
ＥＣＵ１７は、或る処理終了要イベントが発生したことを検出した場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）には、充電制御処理を終了する（ステップＳ１０４）と共に、この減速用処理を終了する。そして、ＥＣＵ１７は、発生を検出した処理終了要イベントに応じた内容の処理を開始する。例えば、ＥＣＵ１７は、『アクセルペダルが踏み込まれた』ことの検出により減速用処理を終了した場合には、まず、バッテリ１２の出力電力でＭＧ１６の動作や、ＡＣＰ１５の動作（燃料電池１０の発電動作）を開始させるための処理を行う。その後、ＥＣＵ１７は、バッテリ１２及びＦＣ１０の出力電力でＭＧ１６等を動作させている状態を経て、ＦＣ１０の出力電力のみでＭＧ１６等を動作させている状態に至る。
【００２５】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る燃料電池ハイブリッドシステム１は、空気の供給源としての動作を停止したＡＣＰ１５（電力の供給が停止されたＡＣＰ１５）の運動エネルギーを、電気エネルギーとして回収する構成を有している。そして、既存の燃料電池ハイブリッドシステムでは、エアーコンプレッサの運動エネルギーを電気エネ
ルギーとして回収されていないのであるから、この燃料電池ハイブリッドシステム１は、既存の燃料電池ハイブリッドシステムよりもエネルギー効率の良いシステムであることになる。
【００２６】
また、燃料電池ハイブリッドシステム１は、ＡＣＰ１５への交流電力の供給とＭＧ１６への交流電力の供給とが、１つのユニット（主機インバータ１４）により行われるシステムとなっている。従って、この燃料電池ハイブリッドシステム１の構成は、ＡＣＰ１５用のインバータとＭＧ１６用のインバータとを備えた構成よりも、システムの製造が容易なもの（システム構成が簡素なもの）となっていると言うことも出来る。
【００２７】
《変形形態》
上記した燃料電池ハイブリッドシステム１は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、燃料電池ハイブリッドシステム１を、家庭用／工場用の電源システム（ＭＧ１６を備えず、１００Ｖ或いは２００Ｖの二相或いは三相交流電力の出力端子を有するシステム等）に変形することが出来る。ただし、燃料電池ハイブリッドシステム１が有している構成は、エアーコンプレッサ１５の動作が殆ど停止されることがない場合には、あまり効果がないものとなっている。このため、燃料電池ハイブリッドシステム１が有している構成は、エアーコンプレッサ１５の動作が頻繁に停止される形で動作する／運用されるシステムに特に適したものとなっていると言うことも出来る。
【００２８】
燃料電池ハイブリッドシステム１を、ＡＣＰ１５による発電電力が、ＭＧ１６の駆動にも使用されるシステム（バッテリ１２の出力電力でＭＧ１６を駆動する際に、ＡＣＰ１５の発電電力が利用されるシステム）に変形することも出来る。
【００２９】
また、燃料電池ハイブリッドシステム１を、ＡＣＰ１５用のインバータとＭＧ１６用のインバータとを備えたシステムや、バッテリ昇圧コンバータ１３を備えないシステム等に変形することも出来る。ただし、ＡＣＰ１５用のインバータとＭＧ１６用のインバータとを設けることにすると、システム構成が複雑になってしまうことになる。このため、上記実施形態のように、ＡＣＰ１５用のインバータとＭＧ１６用のインバータと機能するユニット（主機インバータ１４）を設けておくことが望ましい。
【００３０】
また、燃料電池ハイブリッドシステム１を、バッテリ１２の代わりにコンデンサを備えたシステムに変形しても良いことなどは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池ハイブリッドシステムの構成図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池ハイブリッドシステム内のＥＣＵが実行する処理の流れ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・燃料電池ハイブリッドシステム
１０・・・燃料電池
１１・・・ＦＣ昇圧コンバータ
１２・・・バッテリ
１３・・・バッテリ昇圧コンバータ
１４・・・主機インバータ
１５・・・エアーコンプレッサ
１６・・・モータ・ジェネレータ
１７・・・ＥＣＵ
【図１】
2009254155.tif 000003
【図２】
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