(57)【要約】【課題】フィルタ回路等の交換／変更が簡単であると共に，ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの小型化が容易な燃料電池システムを実現できる接続用ケーブルを、提供する。【解決手段】燃料電池システム内の燃料電池１１とＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２とを接続するための接続用ケーブル２０を、そのコネクタ２１に、フィルタ回路３１が内蔵されているケーブルとすることによって、フィルタ回路３１の交換／変更が容易に行えるようにすると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２にフィルタ回路を内蔵させる必要がないようにしておく。【選択図】図２
2009187824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と，前記燃料電池の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニットとを電気的に接続するための接続用ケーブルであって、
前記燃料電池から前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットに入力される電圧を平滑化するためのフィルタ回路を内蔵したコネクタを備える
ことを特徴とする接続用ケーブル。
【請求項２】
燃料電池の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニットと負荷とを電気的に接続するための接続用ケーブルであって、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと前記負荷との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレー回路を内蔵したコネクタを備える
ことを特徴とする接続用ケーブル。
【請求項３】
燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵し，変圧対象電圧の変動を抑制するためのフィルタ回路を内蔵していないＤＣ−ＤＣコンバータユニットと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと前記燃料電池とを電気的に接続するための接続用ケーブルであって、前記燃料電池から前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットへ入力される電圧を平滑化するためのフィルタ回路を内蔵したコネクタを有する接続用ケーブルと
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵し，前記ＤＣ−ＤＣコンバータと負荷との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレー回路を内蔵していないＤＣ−ＤＣコンバータユニットと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと前記負荷とを電気的に接続するための接続用ケーブルであって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと前記負荷との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレー回路を内蔵したコネクタを有する接続用ケーブルと
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットが、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータと負荷との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレー回路を内蔵していないユニットであり、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと前記負荷とが、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと前記負荷との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレー回路を内蔵したコネクタを有する負荷接続用ケーブルによって接続されている
ことを特徴とする請求項３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、燃料電池の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えた燃料電池システムと、そのような燃料電池システムの構成要素として使用される接続用ケーブルとに、関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで変圧する場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの１次側に、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を平滑化するためのフィルタ回路が設けられ、ＤＣ−ＤＣコンバータの２次側に、負荷への電力供給をＯＮ／ＯＦＦするためのリレー回路が設けられることがある。そして、フィルタ回路，リレー回路及びＤＣ−ＤＣコンバータを１ユニット（以下、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと表記する）内に収容することも行われている。
【０００３】
なお、そのようなＤＣ−ＤＣコンバータユニットとしては、燃料電池と負荷とにそれぞれケーブルで接続されるものや、負荷にはケーブルで接続されるが燃料電池には直接接続されるもの（例えば、特許文献１参照）が、知られている。
【特許文献１】特表２００３−５２３０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなＤＣ−ＤＣコンバータユニットは、通常、小型化が図られたものとなっている。このため、既存の一般的なＤＣ−ＤＣコンバータユニットは、フィルタ回路やリレー回路の交換／変更が簡単に行えないものとなっている。しかも、既存のＤＣ−ＤＣコンバータユニットに採用されている構成（ＤＣ−ＤＣコンバータとフィルタ回路等とが同一ユニット内に収容されている構成）は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの内部構造に関する設計自由度を制限するものであると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの小型化を困難にするものとなっている。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、フィルタ回路等の交換／変更が簡単であると共に、その構成要素であるＤＣ−ＤＣコンバータユニットの小型化が容易な燃料電池システムと、そのような燃料電池システムを，それを用いることにより実現できることになる接続用ケーブルとを、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、燃料電池と，前記燃料電池の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニットとを電気的に接続するための接続用ケーブルを、前記燃料電池から前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットに入力される電圧を平滑化するためのフィルタ回路を内蔵したコネクタを備えるものとしておく。
【０００７】
すなわち、本発明の，この接続用ケーブル（以下、第１の態様の接続用ケーブルと表記する）は、それを、フィルタ回路を内蔵していないＤＣ−ＤＣコンバータユニットと共に用いることにより、従来と同機能の燃料電池システム（ＤＣ−ＤＣコンバータと燃料電池との間にフィルタ回路が存在するシステム）を実現できるものとなっている。そして、本接続用ケーブルのコネクタ内に設けられているフィルタ回路は、接続用ケーブルをＤＣ−ＤＣコンバータユニット等から取り外せば容易に交換できる。従って、本発明の第１の態様の接続用ケーブルを用いておけば、リレー回路の交換が簡単な燃料電池システムを実現
できることになる。
【０００８】
さらに、フィルタ回路を内蔵していないＤＣ−ＤＣコンバータユニットは、フィルタ回路を内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニットよりも，内部構造に関する設計自由度が高く、かつ、小型化が容易なものである。このため、本発明の第１の態様の接続用ケーブルを用いておけば、より小型なＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えた燃料電池システムを実現できることにもなる。
【０００９】
また、本発明の第２の態様の接続用ケーブルは、燃料電池の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニットと負荷とを電気的に接続するための接続用ケーブルであって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと前記負荷との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレー回路を内蔵したコネクタを、備える。
【００１０】
すなわち、本発明の第２の態様の接続用ケーブルは、それを、リレー回路を内蔵していないＤＣ−ＤＣコンバータユニットと共に用いることにより、従来と同機能の燃料電池システム（ＤＣ−ＤＣコンバータと負荷との間の電気的接続をＯＮ／ＯＦＦできるシステム）を実現できるものとなっている。そして、この接続用ケーブルのコネクタ内のリレー回路は、接続用ケーブルをＤＣ−ＤＣコンバータユニット等から取り外せば容易に交換できるものとなる。また、リレー回路を内蔵していないＤＣ−ＤＣコンバータユニットは、リレー回路を内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニットよりも，内部構造に関する設計自由度が高く、かつ、小型化が容易なものである。従って、本発明の第２の態様の接続用ケーブルを用いておけば、リレー回路の交換が簡単な燃料電池システムであって、より小型なＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えた燃料電池システムを実現できることになる。
【００１１】
そして、本発明の請求項３〜５記載の燃料電池システムは、上記した第１及び第２の態様の接続用ケーブルの一方或いは双方と、フィルタ回路等を内蔵していないＤＣ−ＤＣコンバータ等を組み合わせた構成を有している。従って、本発明の各請求項記載の燃料電池システムは、フィルタ回路及び／或いはリレー回路の交換が簡単なシステムであると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの小型化が容易なシステムとなっていることになる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィルタ回路等の交換／変更が簡単であると共に、その構成要素であるＤＣ−ＤＣコンバータユニットの小型化が容易な燃料電池システムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１の概要（基本的な構成）を、説明する。
【００１５】
図示してあるように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２，電子制御ユニット１３，バッテリ１４，ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１５，インバータユニット１６，モータ１７，コンプレッサ１８及び水素タンク１９を備えたシステムである。
【００１６】
この燃料電池システム１は、三相交流モータであるモータ１７が回転することにより，図示せぬ車輪が回転するシステム（いわゆる燃料電池自動車）である。
【００１７】
燃料電池１１（以下、ＦＣ１１とも表記する）は、水素タンク１９からの水素ガスとコンプレッサ１８によって圧送されてくる空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う
電池である。ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２は、ＦＣ１１の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータ（本実施形態では、いわゆる昇圧コンバータ）を筐体内に収容したユニットである。このＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２は、接続用ケーブル２０によってＦＣ１１と接続されている。
【００１８】
ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１５は、バッテリ１４の出力電圧を変圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータ（本実施形態では、いわゆる昇圧コンバータ）を筐体内に収容したユニットである。このＤＣ−ＤＣコンバータユニット１５は、３ユニットを相互に接続するための接続用ケーブル３０によって、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２及びインバータユニット１６と接続されている
【００１９】
インバータユニット１６は、直流電力を，モータ１７を駆動するための交流電力に変換するためのインバータを筐体内に収容したユニットである。
【００２０】
電子制御ユニット１３（以下、ＥＣＵ１３とも表記する）は、アクセルペダルセンサ（図示せず）からの信号，モータ１７からの信号等に基づき、燃料電池システム１内の各部を統合的に制御するユニットである。なお、アクセルペダルセンサとは、アクセル開度（アクセスペダルの踏み込みの程度を示す情報）を検出するためのセンサのことであり、モータ１７からの信号とは、モータ１７の回転数を示す信号のことである。
【００２１】
このＥＣＵ１３は、ＦＣ１１からの電力のみに基づきモータ１７を回転させることも、ＦＣ１１からの電力とバッテリ１４からの電力とに基づきモータ１７を回転させることもあるユニットとなっている。また、ＥＣＵ１３は、バッテリ１４の充電制御（ＦＣ１１からの電力や，減速時にモータ１７が発電する電力により，バッテリ１４を充電する制御）も行うユニットとなっている。
【００２２】
以上のことを前提として、以下、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成をさらに具体的に説明する。
【００２３】
燃料電池システム１に用いられているＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２は、既存のＤＣ−ＤＣコンバータユニットと同様に、変圧対象電圧（ＦＣ１１の出力電圧）を入力するための入力側コネクタと、変圧後の電圧を出力するための出力側コネクタとが，その筐体に設けられているユニットである。
【００２４】
ただし、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２は、既存のＤＣ−ＤＣコンバータユニット内には設けられているフィルタ回路及びリレー回路が設けられていないユニットとなっている。なお、フィルタ回路とは、ＤＣ−ＤＣコンバータへの入力電圧を平滑化するための回路のことである。また、リレー回路とは、ＤＣ−ＤＣコンバータと、負荷（本実施形態では、主として、インバータユニット１６及びモータ１７からなる部分）との接続をＯＮ／ＯＦＦするため（ＤＣ−ＤＣコンバータの出力遮断を可能とするため）の回路のことである。
【００２５】
換言すれば、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータの前後にフィルタ回路やリレー回路を設けないユニットとして設計・製造されたものとなっている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２の設計時には、小型化も図られている。そのため、本燃料電池システム１に用いられているＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２は、既存の同種のユニットと比して，かなり小型のものとなっている。
【００２６】
さらに、本実施形態に係る燃料電池システム１は、接続用ケーブル２０，接続用ケーブル３０として、それぞれ、図２，図３に示した構成を有するものが用いられたシステムと
なっている。
【００２７】
すなわち、燃料電池システム１に用いられている接続用ケーブル２０（図２）は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２の入力側コネクタと接続される側のコネクタ２１内に、コンデンサと放電抵抗とからなるフィルタ回路２５を内蔵させた（組み込んだ）ものとなっている。
【００２８】
また、接続用ケーブル３０（図３）は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２の出力側コネクタと接続される側のコネクタ３１内に，リレー回路３５を内蔵させたものとなっている。なお、この接続用ケーブル３０のコネクタ３１に取り付けられているリレー制御用ケーブル３２は、ＯＮ／ＯＦＦ制御をＥＣＵ１３が行える電源であるリレー回路用電源にリレー回路３５を接続するためのケーブルである。
【００２９】
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システム１は、フィルタ回路２５，リレー回路３５を、それぞれ、接続用ケーブル２０のコネクタ２１内，接続用ケーブル３０のコネクタ３１内に収容することによって、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２内に各回路を収容する必要がないようにしたシステムとなっている。
【００３０】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２内に収容する回路の数が減れば、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２の内部構造に関する設計自由度が向上すると共に、収容する回路の数が減った分，ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２の小型化が容易に行えることになる。また、コネクタ２１，３１内に設けられているフィルタ回路２５，リレー回路３５の交換は、接続用ケーブル２０，３０をＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２から取り外せば容易に行えることである。
【００３１】
従って、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２の小型化が容易に行えるものであると共に、不具合が生じた場合等におけるフィルタ回路２５，リレー回路３５の交換／変更が容易なものであることになる。
【００３２】
また、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成を採用しておけば、同じＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２を用いて，性能の異なる様々な燃料電池システム１を容易に実現（製造）できることにもなる。
【００３３】
何故ならば、例えば、燃料電池システム１のＦＣ１１を、他仕様の，ＤＣ−ＤＣコンバータの仕様を変更する必要がないものに変更することによって、新たな燃料電池システム１を製造する場合を考える。この場合、通常、フィルタ回路２５の仕様を変更する必要が生ずることになるが、フィルタ回路２５が接続用ケーブル２０のコネクタ２１内に設けられている場合には、変更後のＦＣ１１に適した仕様のフィルタ回路２５をコネクタ２１内に備えた接続用ケーブル２０を用意しさえすれば、新たな燃料電池システム１を製造できることになる。
【００３４】
一方、フィルタ回路２５がＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２内に設けられている場合には、変更後のＦＣ１１に適した仕様のフィルタ回路２５のサイズが大きいため，ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２内に収容出来ず，その結果として，ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２の再設計が必要となるといったこともあり得ることになる。
【００３５】
また、リレー回路３５についても同様のことが生じ得るので、燃料電池システム１の構成を採用しておけば、同じＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２を用いて，性能の異なる様々な燃料電池システム１を容易に実現できることになるのである。
【００３６】
《変形形態》
上記した燃料電池システム１は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、接続ケーブル２０を、ＦＣ１１側のコネクタにフィルタ回路２５が内蔵されているケーブルに変形することが出来る。また、インバータユニット１６のコネクタとＤＣ−ＤＣコンバータユニット１５のコネクタを共通化しておき、接続ケーブル３０を、その共通化されているコネクタ側のコネクタにリレー回路３５が内蔵されているケーブルに変形することも出来る。
【００３７】
また、上記した燃料電池システム１は、昇圧コンバータを内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニット１２を備えた燃料電池自動車であったが、燃料電池システム１に採用されている構成は、昇降圧コンバータを内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えたシステムや、燃料電池自動車以外のシステムにも適用できるものである。よって、燃料電池システム１を、燃料電池自動車以外のシステム（例えば、負荷と接続されて使用される電源システム）や、昇降圧コンバータを内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えたシステム等に変形しても良いことは、当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池システムにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの入力側に用いられている接続用ケーブルの構成の説明図である。
【図３】実施形態に係る燃料電池システムにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの出力側に用いられている接続用ケーブルの構成の説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・燃料電池システム
１１・・・燃料電池（ＦＣ）
１２，１５・・・ＤＣ−ＤＣコンバータユニット
１３・・・電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１４・・・バッテリ
１６・・・インバータユニット
１７・・・モータ
１８・・・コンプレッサ
１９・・・水素タンク
２０，３０・・・接続用ケーブル
２１，３１・・・コネクタ
２５・・・フィルタ回路
３２・・・リレー制御用ケーブル
３５・・・リレー回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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