JP2002063923A

JP2002063923A - 燃料電池回路

Info

Publication number: JP2002063923A
Application number: JP2000245876A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kato; 憲二加藤; Akira Suzuki; 明鈴木; Yoshihiko Minamitani; 佳彦南谷; Yutaka Hotta; 豊堀田; Motohiro Nakajima; 資浩中島
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Equos Research Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Equos Research Co Ltd
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2020-08-14
Also published as: JP4731664B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池及びバッテリに流れる電流の分配状態
を適切に制御して、バッテリの容量を増大させることな
く、適切にバッテリを充電することができ、また、燃料
電池及びバッテリの出力配分を所定の状態に維持するこ
とができるようにする。【解決手段】両端子が負荷に接続された燃料電池１１
と、昇圧制御回路を備え、充電制御回路を介して前記燃
料電池１１に並列に接続されたバッテリ１２とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池回路に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料電池は発電効率が高く、有害
物質を排出しないので、産業用、家庭用の発電装置とし
て、又は人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化さ
れてきたが、近年は、乗用車、バス、トラック等の車両
用の動力源として開発が進んでいる。

【０００３】そして、前記車両は、照明装置、ラジオ、
パワーウインドウ等の車両の停車中にも使用される電気
を消費する補機類を多数備えていて、また、走行パター
ンが多様であって動力源に要求される出力範囲が極めて
広いので、前記燃料電池を車両用の動力源として使用す
る場合には、バッテリ（蓄電池又は二次電池）を併用し
たハイブリッドとすることが一般的である。

【０００４】図２は従来の燃料電池回路を示す図であ
る。

【０００５】図において、１０１は燃料電池であり、ア
ルカリ水溶液型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶
融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）、
直接型メタノール（ＤＭＦＣ）等のものであってもよい
が、固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）が一般的であ
る。

【０００６】また、１０２は充電によって放電を繰り返
すことができるバッテリであり、鉛蓄電池、ニッケルカ
ドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電
池、ナトリウム硫黄電池等が一般的である。

【０００７】さらに、１０３はインバータ（ＩＮＶ）で
あり、前記燃料電池１０１又はバッテリ１０２からの直
流電流を交流電流に変換して、車両の車輪を回転させる
駆動源である図示されない交流モータに供給する。な
お、前記駆動源が直流モータである場合は、前記燃料電
池１０１又はバッテリ１０２からの直流電流は、前記イ
ンバータ１０３を介さずに駆動源に直接供給される。

【０００８】そして、前記構成の燃料電池回路において
は、前記燃料電池１０１及びバッテリ１０２が並列に接
続されて、前記インバータ１０３に電流を供給するよう
になっているので、例えば、車両の停止時に前記燃料電
池１０１が停止した場合、坂道等の高負荷運転時に前記
燃料電池１０１からの電流だけでは要求電流に満たない
場合等には、前記バッテリ１０２からインバータ１０３
に電流が自動的に供給される。

【０００９】また、前記駆動源である交流モータが、車
両の減速運転時には発電器として機能して、いわゆる回
生電流を発生する場合には、前記車両の減速運転時に回
生電流がバッテリ１０２に供給され、該バッテリ１０２
が再充電される。さらに、前記回生電流が供給されない
場合であっても、前記バッテリ１０２が放電して端子電
圧が低下すると、前記燃料電池１０１が発生する電流が
自動的に前記バッテリ１０２に供給される。

【００１０】このように、前記燃料電池回路において
は、前記バッテリ１０２が常時充電され、前記燃料電池
１０１からの電流だけでは要求電流に満たない場合等に
は、前記バッテリ１０２からインバータ１０３に電流が
自動的に供給されるようになっているので、車両は各種
の走行モードにおいて、安定して走行することができ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の燃料電池回路においては、燃料電池１０１及びバッ
テリ１０２が並列に接続されているだけであり、前記燃
料電池１０１及びバッテリ１０２に流れる電流の分配状
態が何ら制御されていないので、前記燃料電池１０１及
びバッテリ１０２の電流−電圧特性によってそれぞれに
流れる電流量が決まってしまう。

【００１２】図３は従来の燃料電池回路における燃料電
池及びバッテリの特性を示す図である。なお、図におい
て、横軸に電流を、縦軸に電圧及び電力を採ってある。

【００１３】図において、１０５は燃料電池１０１（図
２）の電圧−電流特性を示す曲線、１０６はバッテリ１
０２の電圧−電流特性を示す曲線、１０７は燃料電池１
０１及びバッテリ１０２を合計した場合の本来の電圧−
電流特性を示す曲線、１０８は燃料電池１０１及びバッ
テリ１０２を合計した場合の本来の電力特性を示す曲線
である。

【００１４】例えば、車両の定負荷運転時には、前記燃
料電池１０１からの電流だけで要求電流を満たしている
ので、本来、前記バッテリ１０２からインバータ１０３
に電流が供給される必要がないにも関わらず、曲線１０
６が示すように、前記バッテリ１０２は低電流領域から
出力を開始するので、前記バッテリ１０２からも前記イ
ンバータ１０３に電流が供給されてしまう。このよう
に、前記バッテリ１０２から常時電流が流れるようにな
っているので、前記バッテリ１０２の容量を増大させる
必要があるが、一般的に、バッテリは大きく、重く、か
つ、高価であり、前記バッテリ１０２の容量を増大させ
ると、前記車両の体積、重量が増し、コストも高くなっ
てしまう。

【００１５】また、前記燃料電池１０１及びバッテリ１
０２のそれぞれの端子電圧を、両者間の電圧差が小さく
なるように設定すると、前記バッテリ１０２が放電して
端子電圧が低下した時であっても、曲線１０６が示すよ
うに、前記燃料電池１０１からの電流が前記バッテリ１
０２に流れにくく、該バッテリ１０２の充電に時間がか
かってしまう。このため、車両の走行が制限され、最悪
の場合には、曲線１０６が示すように、前記バッテリ１
０２が上がってしまう。

【００１６】逆に、前記電圧差が大きくなるように設定
すると、大電流が前記燃料電池１０１からバッテリ１０
２に流れるので、該バッテリ１０２が過充電されること
によって破壊されてしまう。

【００１７】さらに、通常、バッテリの電圧−電流特性
は残存容量によって変動するので、前記燃料電池１０１
及びバッテリ１０２の出力配分を所定の状態に維持し、
曲線１０７、１０８に示されるような燃料電池１０１及
びバッテリ１０２を合計した場合の本来の電流−電圧特
性又は電力特性を発揮させることが困難である。そのた
め、坂道等の高負荷運転時のように前記燃料電池１０１
からの電流だけでは要求電流に満たない場合であって
も、前記バッテリ１０２からインバータ１０３に電流が
供給されずに車両の走行が制限されてしまったり、ま
た、前記バッテリ１０２の残存容量が少なくなっても、
前記燃料電池１０１から電流が供給されずに前記バッテ
リ１０２が上がったりしてしまう。

【００１８】本発明は、前記従来の燃料電池回路の問題
点を解決して、燃料電池及びバッテリに流れる電流の分
配状態を適切に制御して、バッテリの容量を増大させる
ことなく、適切にバッテリを充電することができ、ま
た、燃料電池及びバッテリの出力配分を所定の状態に維
持することができる燃料電池回路を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の燃
料電池回路においては、燃料電池と、該燃料電池の出力
端子に接続された負荷と、該負荷に対して、前記燃料電
池と並列に接続された２次電池回路とを備える燃料電池
回路において、前記２次電池回路は、前記燃料電池より
低い電圧を基準電圧とする２次電池と、該２次電池の出
力電圧を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、前記
燃料電池の出力する電流を前記２次電池に充電する充電
回路とを備える。

【００２０】また、本発明の他の燃料電池回路において
は、負荷に接続された燃料電池と、前記燃料電池と前記
負荷に対して並列に接続された２次電池回路とを備える
燃料電池回路において、前記２次電池回路は、互いに直
列に接続された充電用スイッチング素子及び昇圧用スイ
ッチング素子と、前記昇圧用スイッチング素子に対し
て、リアクトルを介して並列に接続された２次電池と、
前記負荷又は前記２次電池からの電流が前記燃料電池に
供給されないように配設されたダイオード素子とを備え
る。

【００２１】本発明の更に他の燃料電池回路において
は、さらに、前記負荷は、車両を駆動する駆動モータの
駆動制御装置である。

【００２２】本発明の更に他の燃料電池回路において
は、さらに、前記負荷は、車両を駆動する駆動モータの
インバータ装置である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の実施の形態における燃料電
池回路の概念図である。

【００２５】図１において、１０は燃料電池（ＦＣ）回
路であり、乗用車、バス、トラック等の車両用の動力源
として使用される。ここで、前記車両は、照明装置、ラ
ジオ、パワーウインドウ等の車両の停車中にも使用され
る電気を消費する補機類を多数備えていて、また、走行
パターンが多様であって動力源に要求される出力範囲が
極めて広いので、動力源として燃料電池１１とバッテリ
１２とを併用して使用する。

【００２６】そして、１１は燃料電池であり、アルカリ
水溶液型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸
塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）、直接型
メタノール（ＤＭＦＣ）等のものであってもよいが、固
体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であることが望まし
い。

【００２７】なお、更に望ましくは、水素を燃料とし、
酸素又は空気を酸化剤とするＰＥＭＦＣ（ｐｒｏｔｏｎ
ｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｃｅｆｕｅｌ
ｃｅｌｌ）型燃料電池、又はＰＥＭ（ｐｒｏｔｏｎｅ
ｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｃｅ）型燃料電池と呼
ばれるものである。ここで、該ＰＥＭ型燃料電池は、一
般的に、プロトン等のイオンを透過する高分子膜の両側
に触媒、電極及びセパレータを結合したセル（ｆｕｅｌ
ｃｅｌｌ）を複数直列に結合したスタック（ｓｔａｃ
ｋ）から成る（特開平１１−３１７２３６号公報等参
照）。

【００２８】例えば、本実施の形態においては、１例と
して、ＰＥＭ型燃料電池であり、４００枚のセルを直列
に接続したスタックを使用する。この場合、総電極面積
は３００〔ｃｍ²〕であり、開放端子電圧は約３５０
〔Ｖ〕、出力は約５０〔ｋｗ〕である。そして、定常動
作時の温度は５０〜９０〔℃〕程度である。

【００２９】なお、燃料である水素は、図示されない改
質装置によってメタノール、ガソリン等を改質して取り
出した水素を燃料電池に直接供給することもできるが、
車両の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素を供給
することができるようにするためには、水素吸蔵合金、
水素ガスボンベ等に貯蔵した水素を供給することが望ま
しい。これにより、水素がほぼ一定の圧力で常に十分に
供給されるので、前記燃料電池１１は車両の負荷の変動
に遅れることなく追随して、必要な電流を供給すること
ができる。

【００３０】この場合、前記燃料電池１１の出力インピ
ーダンスは極めて低く、０に近似することが可能であ
る。

【００３１】また、１２は充電によって放電を繰り返す
ことができる２次電池としてのバッテリ（蓄電池）であ
り、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素
電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等が一
般的であるが、電気自動車等に使用される高性能鉛蓄電
池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等が望ま
しい。

【００３２】例えば、本実施の形態においては、１例と
して、高性能鉛蓄電池を使用する。この場合、開放端子
電圧は約２１０〔Ｖ〕であり、約１０〔ｋＷ〕の電流を
５〜２０分程度供給することができる程度の容量を有す
る。

【００３３】さらに、１３は負荷としての駆動制御装置
であるインバータ装置であり、前記燃料電池１１又はバ
ッテリ１２からの直流電流を交流電流に変換して、車両
の車輪を回転させる駆動モータとしてのモータ１４に供
給する。ここで、前記モータ１４は発電機としても機能
するものであり、車両の減速運転時には、いわゆる回生
電流を発生する。この場合、前記モータ１４は車輪によ
って回転させられて発電するので、前記車輪にブレーキ
をかける、すなわち、車両の制動装置（ブレーキ）とし
て機能する。そして、後述されるように、前記回生電流
がバッテリ１２に供給されて該バッテリ１２が充電され
る。

【００３４】また、１５はバッテリ充電制御回路であ
り、充電用スイッチング素子としての高速スイッチング
素子であるＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トラン
ジスタ）１５ａとサイリスタ１５ｂとの並列回路であ
る。ここで、前記ＩＧＢＴ１５ａは２００〔Ａ〕程度の
電流を許容するものである。

【００３５】一方、１６は昇圧制御回路としてのバッテ
リ放電制御回路であり、前記バッテリ充電制御回路と同
様に、昇圧用スイッチング素子としてのＩＧＢＴ１６ａ
とサイリスタ１６ｂの並列回路である。ここで、前記Ｉ
ＧＢＴ１６ａは２００〔Ａ〕程度の電流を許容するもの
である。

【００３６】そして、１７は２００〔Ａ〕程度の電流を
許容するリアクトルであり、前記バッテリ放電制御回路
１６と共に昇圧回路を構成し、前記バッテリ１２の出力
電圧を昇圧する。

【００３７】ここで、前記バッテリ放電制御回路１６に
おけるＩＧＢＴ１６ａは所定周期（例えば、２０〔ｋＨ
ｚ〕程度）のスイッチング信号によってオンオフされ
る。前記ＩＧＢＴ１６ａをオンにしたときには、前記バ
ッテリ１２から出力された直流電流がリアクトル１７に
流れてエネルギーが蓄積され、前記ＩＧＢＴ１６ａをオ
フにしたときには、前記リアクトル１７に蓄積されたエ
ネルギーに応じた電圧が、前記バッテリ１２の出力電圧
に加算されて昇圧される。なお、昇圧された前記バッテ
リ１２の出力電圧は前記スイッチング信号によって適宜
調節することができるが、おおよそ前記燃料電池１１の
出力電圧よりわずかに高い程度に調節される。

【００３８】また、前記バッテリ放電制御回路１６にお
けるサイリスタ１６ｂは、前記ＩＧＢＴ１６ａをオフに
したときに該ＩＧＢＴ１６ａのエミッタとコレクタとの
間に発生する逆起電力によって、該エミッタとコレクタ
との間の絶縁が破壊されることを防止する。

【００３９】そして、１８は回路を流れる電流値を測定
する電流センサであり、１９は、負荷又は２次電池から
の電流が燃料電池に供給されないように配設されたダイ
オード素子としての、サイリスタである。

【００４０】また、２０はハイブリッド回路電子制御ユ
ニットであり、ＣＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の
記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、前記燃料
電池回路１０における電流値、電圧値等を測定するとと
もに、前記バッテリ充電制御回路１５及びバッテリ放電
制御回路１６の動作を制御する。さらに、前記ハイブリ
ッド回路電子制御ユニット２０は、車両における他のセ
ンサ、及び後述される車両用電子制御ユニット２１、燃
料電池電子制御ユニット２２、イグニッション制御装置
２４等の他の制御装置と通信可能に接続され、他のセン
サ及び他の制御装置と連携して前記燃料電池回路１０の
動作を統括的に制御する。

【００４１】なお、前記ハイブリッド回路電子制御ユニ
ット２０は独立に存在するものであってもよく、例え
ば、車両用電子制御ユニット２１等の他の制御装置の一
部として存在するものであってもよい。

【００４２】ここで、例えば、本実施の形態において
は、前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、２
つの電流センサ１８との入出力インターフェイス、電圧
計測用の２つの入出力インターフェイス、バッテリ充電
制御回路１５用の入出力インターフェイス、バッテリ放
電制御回路１６用の入出力インターフェイス、車両用電
子制御ユニット２１用の入出力インターフェイス、燃料
電池電子制御ユニット２２用の入出力インターフェイ
ス、及びイグニッション制御装置２４用の入出力インタ
ーフェイスを備える。また、前記ハイブリッド回路電子
制御ユニット２０は、電源としての電源バッテリ２３に
接続される電源インターフェイスも備える。

【００４３】次に、車両用電子制御ユニット２１は、Ｃ
ＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出力
インターフェイス等を備え、車速、気温、アクセル開度
等を検出して変速機、制動装置等を含む車両全般の動作
を統括的に制御する。

【００４４】また、燃料電池電子制御ユニット２２は、
ＣＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出
力インターフェイス等を備え、燃料電池１１に供給され
る水素、酸素、空気等の流量、温度、出力電圧等を検出
して前記燃料電池１１の動作を制御する。

【００４５】そして、前記電源バッテリ２３は、充電に
よって放電を繰り返すことができる鉛蓄電池、ニッケル
カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電
池、ナトリウム硫黄電池等のバッテリから成り、１２
〔Ｖ〕の直流電流を前記ハイブリッド回路電子制御ユニ
ット２０に供給する。なお、前記電源バッテリ２３は、
車両のラジオ、パワーウインドウ等の補機類にも電源と
して直流電流を供給してもよい。

【００４６】また、前記イグニッション制御装置２４は
燃料電池回路を起動させるための装置であり、車両の運
転者がスイッチをオンにすると、その信号を前記ハイブ
リッド回路電子制御ユニット２０やその他の装置に伝達
する。

【００４７】次に、前記構成の燃料電池装置の動作につ
いて説明する。

【００４８】図４は本発明の実施の形態における燃料電
池及びバッテリの特性を示す図である。なお、図４にお
いて、横軸に電流値Ａを、縦軸に電圧Ｖ及び電力ＫＷを
採ってある。

【００４９】図４において、４１は燃料電池１１（図
１）の電圧−電流特性を示す曲線である。前記燃料電池
１１の電圧−電流特性を示す曲線４１は、通常のＰＥＭ
型燃料電池の場合と同様に、全体として電流の増大と共
に電圧が低下していく右下がり曲線である。そして、電
流値Ａまでは傾斜が緩やかであるが、前記電流値Ａに対
応する点Ｂを変曲点として傾斜が急になる。なお、これ
に対応する前記燃料電池１１の電力特性は曲線４５で示
される。

【００５０】このことから、前記燃料電池１１は、電流
値Ａの近傍までの範囲で使用するのが効率的であること
が分かる。なお、前述されたように、前記燃料電池１１
は出力インピーダンスがほぼ０の電源である。

【００５１】一方、バッテリ１２の電圧−電流特性を示
す曲線４３は、通常のバッテリの場合と同様に、全体と
して電流の増大と共に電圧が低下していく右下がりの直
線状であり、電流値Ａを超えても何ら変化しない。しか
も、その傾斜角度は電流値Ａまでの前記曲線４１の傾斜
角度とほぼ等しい。

【００５２】したがって、インバータ１３を介してモー
タ１４に供給すべき電流、すなわち、要求電流の値が電
流値Ａまでの範囲においては、前記燃料電池１１だけか
ら電流を供給し、要求電流の値が電流値Ａの近傍以上の
範囲においては、前記燃料電池１１からの電流に加え
て、前記バッテリ１２からも電流を供給するようにすれ
ばよいことが分かる。そして、前記バッテリ１２の開放
端子電圧は、要求電流の値が電流値Ａに対応する前記曲
線４１上の点Ｂにおける前記燃料電池１１の端子電圧と
ほぼ等しいことから、要求電流の値が電流値Ａの近傍ま
での範囲においては、前記バッテリ１２から電流が供給
されることはない。

【００５３】ただし、前記バッテリ１２の出力電圧を昇
圧回路によって前記燃料電池１１の端子電圧にまで昇圧
すると、前記バッテリ１２からも積極的に電流が供給さ
れる。

【００５４】そして、要求電流の値が電流値Ａに対応す
る前記曲線４１上の点Ｂにおける前記燃料電池１１の端
子電圧が、前記バッテリ１２の開放電圧とほぼ等しいこ
とから、電流値Ａをわずかに超えた範囲ではバッテリ１
２からも電流が供給される。しかし、前記バッテリ１２
からも電流が供給されると、該バッテリ１２の電圧−電
流特性を示す曲線４３から分かるように、前記バッテリ
１２の端子電圧が低下していくことから、その電流値が
さほど上昇することはない。

【００５５】しかし、昇圧回路によって前記バッテリ１
２の出力電圧を前記記燃料電池１１の端子電圧にまで昇
圧させて、前記燃料電池１１及びバッテリ１２からの電
流を併せた場合には、電圧−電流特性を示す曲線４２と
なり、全体として電流が増大すると共に電圧が低下して
いく右下がりの直線状となる。そして、これに対応する
電力特性は曲線４４で示される。

【００５６】ここで、例えば、インバータ１３を介して
モータ１４に供給すべき電力、すなわち、要求電力がＣ
であるとすると、電力特性を示す曲線４４上の点Ｄに対
応する。そして、該点Ｄに対応する電圧−電流特性を示
す曲線４２上の点はＥであり、これに対応する電流値は
Ｆであることが分かる。したがって、この場合には、前
記燃料電池１１は電流値Ａの電流を供給し、前記バッテ
リ１２は電流値（Ｆ−Ａ）の電流を供給するようにすれ
ばよいことが分かる。

【００５７】本実施の形態においては、ハイブリッド回
路電子制御ユニット２０の記憶手段には、図４に示され
るような燃料電池１１及びバッテリ１２の特性があらか
じめ格納されている。そして、車両用電子制御ユニット
２１から送信された車両の車速、アクセル開度等の信号
に基づいて、モータ１４に供給すべき要求電力が演算手
段によって算出され、該要求電力に対応する要求電流の
値が、図４に示されるような燃料電池１１及びバッテリ
１２の特性に基づいて、見い出される。

【００５８】一方、後述されるように、車両の走行モー
ドが判定され、該走行モードに基づいて回生電流の発生
を予測し、該回生電流をバッテリ１２に充電することが
できるように、前記燃料電池１１及びバッテリ１２から
の出力電流を制御するようになっているが、この時も、
図４に示されるような燃料電池１１及びバッテリ１２の
特性に基づいて出力電流を制御する。

【００５９】そこで、ここでは、図４に示されるような
燃料電池１１及びバッテリ１２の特性に基づいた燃料電
池回路１０の基本的な動作について説明する。

【００６０】まず、要求電流の値が図４における電流値
Ａ以下の場合であり、前記燃料電池１１だけから電流を
供給する場合には、前記バッテリ充電制御回路１５及び
バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１５ａ、１
６ａをオフの状態とする。

【００６１】この場合、前記燃料電池１１には燃料であ
る水素及び酸化剤である酸素又は空気が常に十分に供給
されるようになっているので、要求電流の値が変動して
も、前記燃料電池１１からは要求電流の値に応じた値の
電流が自動的に供給される。したがって、前記燃料電池
１１の出力電流を要求電流の値の変動に応じて制御する
必要がない。なお、前記燃料電池１１から供給される電
流の値は、電流センサ１８によって測定され、電流値Ａ
以下であるか否かを前記ハイブリッド回路電子制御ユニ
ット２０によって、常時検出する。また、電圧について
も前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０によって
常時検出する。

【００６２】次に、要求電流の値、又は前記電流センサ
１８によって測定された電流の値が前記電流値Ａ以上と
なった場合、例えば、図４における電流値Ｆとなった場
合に、前記バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ
１６ａをオフの状態のままとすると、前述されたよう
に、前記バッテリ１２からの電流値はあまり上昇するこ
とはない。

【００６３】ここで、前記バッテリ１２からも積極的に
電流を供給しようとするためには、前記ハイブリッド回
路電子制御ユニット２０は前記バッテリ放電制御回路１
６におけるＩＧＢＴ１６ａを所定周期（例えば、２０
〔ｋＨｚ〕程度）のスイッチング信号によってオンオフ
する。前記ＩＧＢＴ１６ａをオンにしたときには、前記
バッテリ１２から出力された直流電流がリアクトル１７
に流れてエネルギーが蓄積され、前記ＩＧＢＴ１６ａを
オフにしたときには、前記リアクトル１７に蓄積された
エネルギーに応じた電圧が、前記バッテリ１２の出力電
圧に加算され、その合計が前記燃料電池１１の出力電圧
とほぼ等しくなる。これは、図４における曲線４３上の
点Ｇが、上方にシフトされて曲線４２上の点Ｅに移動し
たことに対応する。

【００６４】そして、該点Ｅに対応する電圧値であり、
電流値（Ｆ−Ａ）である電流が前記バッテリ１２からイ
ンバータ１３を介してモータ１４に供給される。なお、
前記バッテリ１２から供給される電流の値は、電流セン
サ１８によって測定され、前記ハイブリッド回路電子制
御ユニット２０によってチェックされる。

【００６５】次に、前記バッテリ１２のＳＯＣ（ｓｔａ
ｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ：残存容量）が低下したこと
から、前記バッテリ１２を充電する場合の燃料電池回路
１０の基本的な動作について説明する。

【００６６】まず、車両の減速運転時に前記モータ１４
が発電機として機能し、交流の回生電流を発生し、続い
て、該交流の回生電流は前記インバータ１３によって直
流の回生電流に変換される。この時、前記ハイブリッド
回路電子制御ユニット２０は、前記バッテリ充電制御回
路１５におけるＩＧＢＴ１５ａをスイッチング信号によ
ってオンにする。したがって、前記直流の回生電流は前
記ＩＧＢＴ１５ａを通って前記バッテリ１２に供給され
るので、該バッテリ１２は充電される。

【００６７】なお、前記回生電流の値は、電流センサ１
８によって測定され、前記ハイブリッド回路電子制御ユ
ニット２０によって常時チェックされる。また、電圧に
ついても前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０に
よって常時チェックされる。そして、前記バッテリ１２
のＳＯＣが十分に上昇した場合、前記ＩＧＢＴ１５ａは
オフにされる。また、前記回生電流の値が過大である場
合は、前記ＩＧＢＴ１５ａを所定周期のスイッチング信
号によってオンオフして、前記ＩＧＢＴ１５ａを流れる
電流の値を制御する。

【００６８】したがって、前記バッテリ１２のＳＯＣが
十分に高い場合に充電したり、大電流を前記バッテリ１
２に供給したりすることがないので、該バッテリ１２が
過充電されることによって破壊されてしまうことがな
い。

【００６９】また、前記バッテリ１２のＳＯＣが低下し
て充電が必要な場合であり、前記回生電流が発生しない
場合には、前記燃料電池１１から電流を供給してバッテ
リ１２を充電する。この場合、前記ハイブリッド回路電
子制御ユニット２０は、前記バッテリ充電制御回路１５
におけるＩＧＢＴ１５ａをスイッチング信号によってオ
ンにするので、直流の回生電流は前記ＩＧＢＴ１５ａを
通ってバッテリ１２に供給される。したがって、該バッ
テリ１２は充電される。

【００７０】なお、前記燃料電池１１からの電流の値及
び前記バッテリ１２に供給される電流の値は、電流セン
サ１８によって測定され、前記ハイブリッド回路電子制
御ユニット２０によって常時チェックされる。また、電
圧についても前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２
０によって常時チェックされる。そして、前記バッテリ
１２のＳＯＣが十分に上昇した場合、前記燃料電池１１
から供給される電流の値が前記電流値Ａとなった場合、
及び前記インバータ１３を介してモータ１４に供給され
る要求電流の値が大きい場合には、前記ＩＧＢＴ１５ａ
はオフにされる。また、前記バッテリ１２に供給される
電流の値が過大である場合は、前記ＩＧＢＴ１５ａを所
定周期のスイッチング信号によってオンオフして、前記
ＩＧＢＴ１５ａを流れる電流の値を制御する。

【００７１】したがって、前記バッテリ１２のＳＯＣが
十分に高い場合に充電したり、大電流を前記バッテリ１
２に供給したりすることがないので、該バッテリ１２が
過充電されることによって破壊されてしまうことがな
い。また、前記燃料電池１１に過大な負荷をかけること
も、前記要求電流に対応することができなくなってしま
うこともない。

【００７２】次に、前述された燃料電池回路１０の動作
と、車両の走行状態としての走行モードとの関係の１例
について説明する。

【００７３】図５は本発明の実施の形態における燃料電
池回路１０の動作と走行モードとの関係の１例を示す図
である。なお、図５において、横軸に車両負荷を、縦軸
に出力を採ってある。

【００７４】図５において、５１は車両の負荷が正の範
囲における車両の負荷と燃料電池１１（図１）及びバッ
テリ１２の出力、すなわち、要求電流の大きさとの関係
を示す直線、５２は車両の負荷が負の範囲における車両
の負荷とモータ１４の出力、すなわち、回生電流の大き
さとの関係を示す直線である。

【００７５】ここで、車両の負荷は、車両の走行モード
が市街地等を走行する低負荷運転の場合に最も低く、高
速道路等を走行する高速巡航、上り坂等を走行する高負
荷運転、高速道路の上り坂等を走行する最大負荷運転の
順に高くなっていく。そして、要求電流の値は車両の負
荷に比例して上昇する。

【００７６】一方、車両が下り坂等を走行していて、モ
ータ１４が発電機として機能して回生電流を発生する走
行モードである回生の場合は、車両の減速運転であるの
で、車両の負荷はマイナスとなり、回生電流の値は車両
の負荷の絶対値に比例する。

【００７７】そして、車両の負荷がマイナスである領域
５３においては、ハイブリッド回路電子制御ユニット２
０は、バッテリ充電制御回路１５におけるＩＧＢＴ１５
ａをスイッチング信号によってオンにするので、回生電
流が前記ＩＧＢＴ１５ａを通ってバッテリ１２に供給さ
れる。したがって、該バッテリ１２は充電される。

【００７８】次に、車両の負荷が０から図４における電
流値Ａに対応する境界Ｊまでの領域５４においては、燃
料電池１１から要求電流に応じた値の電流が自動的に供
給されるインバータ１３を介してモータ１４に供給され
る。

【００７９】なお、前記領域５４においては、バッテリ
１２のＳＯＣが低い場合には、前記ハイブリッド回路電
子制御ユニット２０は、前記バッテリ充電制御回路１５
におけるＩＧＢＴ１５ａを適当な時間オンにすることに
よって、前記燃料電池１１から電流を供給して前記バッ
テリ１２を充電する。

【００８０】また、逆に、前記バッテリ１２のＳＯＣが
高い場合であり、回生電流を受け入れる余地がない場合
には、回生電流を受け入れる余地を生じさせるために前
記バッテリ１２を少し放電させることが望ましいので、
前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０は、バッテ
リ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａを所定周期
のスイッチング信号によってオンオフして、前記バッテ
リ１２からの電流もインバータ１３を介してモータ１４
に供給するようにする。これにより、前記燃料電池１１
から供給すべき電流を低減することができるので、前記
燃料電池１１の負荷が低減され、燃料の消費量を抑制す
ることができる。なお、前記バッテリ１２のＳＯＣは８
０〔％〕程度の値であることが望ましい。

【００８１】最後に、車両の負荷が境界Ｊを超える領域
５５、５６においては、要求電流の値が図４における電
流値Ａを超えているので、前記ハイブリッド回路電子制
御ユニット２０は、バッテリ放電制御回路１６における
ＩＧＢＴ１６ａを所定周期のスイッチング信号によって
オンオフして、前記燃料電池１１からの電流値Ａの電流
に加えて、前記バッテリ１２からは電流値Ａを超える分
の電流がインバータ１３を介してモータ１４に供給され
るようにする。なお、図５において、領域５５は前記燃
料電池１１からの電流による出力の範囲を、領域５６は
前記バッテリ１２からの電流による出力の範囲をそれぞ
れ示している。

【００８２】次に、本実施の形態における車両の各種走
行モードに対応する燃料電池回路１０の制御方法につい
て詳細に説明する。

【００８３】図６は本発明の実施の形態における燃料電
池回路の制御方法の基本的な考え方を示す図、図７は本
発明の実施の形態における各種走行モードにおけるバッ
テリのＳＯＣの値を示す図、図８は本発明の実施の形態
における各種走行モードにおける燃料電池及びバッテリ
の出力範囲を示す図、図９は本発明の実施の形態におけ
る燃料電池回路の制御動作を示すフローチャート、図１
０は本発明の実施の形態におけるＳＯＣ基準範囲外処理
の動作を示す第１のフローチャート、図１１は本発明の
実施の形態におけるＳＯＣ基準範囲外処理の動作を示す
第２のフローチャート、図１２は本発明の実施の形態に
おけるＳＯＣ基準範囲外処理の動作を示す第３のフロー
チャートである。

【００８４】本実施の形態においては、回生電流を無駄
にすることなく、可能な限り利用することができるよう
に、燃料電池回路１０（図１）を制御する。すなわち、
回生電流は、下り坂等を走行する場合のように車両にブ
レーキをかける必要がある時に、モータ１４をブレーキ
として機能させることによって副次的に発生されるエネ
ルギーであり、これを利用することによって燃料電池１
１の燃料を節約することができる。

【００８５】そして、回生電流は定常的に発生するもの
ではないので、回生電流を利用するには、まず、バッテ
リ１２に充電する必要がある。したがって、バッテリ１
２のＳＯＣが高い時には、ＳＯＣをある程度引き下げて
充電することができる余地を残すようにする必要があ
る。一方、図５における車両の負荷が境界Ｊを超える領
域５５、５６で車両が走行する時には、バッテリ１２か
ら電流を出力する必要があるので、ＳＯＣを低くし過ぎ
ると、高負荷運転や最大負荷運転が連続した場合に対応
することができなくなってしまう。

【００８６】したがって、車両の走行モードに基づいて
回生電流の発生を予測し、該回生電流をバッテリ１２に
充電することができるように、前記バッテリ１２のＳＯ
Ｃを制御する必要がある。

【００８７】次に、車両の走行モードと燃料電池（Ｆ
Ｃ）１１及びバッテリ（ＢＴ）１２の出力との基本的な
考え方について説明する。

【００８８】図６に示されるのは、定められた時間（５
〜２０分）の間にどの領域において多く運転されたかに
よって車両の走行モードを判定するためのテーブルであ
る。ここで、６５は、勾配が０度の平坦な道を一定の速
度で走る場合、すなわち定速走行をした場合のモータ１
４の出力と車両の速度の関係を示す曲線である。

【００８９】まず、領域６１は車速が低く、モータ１４
の出力が定速走行よりも高いので、市街地等の発進停止
を繰り返す走行モード、すなわち市街地モードであると
いえる。したがって、車両にブレーキをかける減速運転
が多く、回生電流が頻繁に発生すると予測されるので、
主としてバッテリ１２から電流を供給するようにして、
前記バッテリ１２のＳＯＣを比較的低く、例えば６０％
程度に維持し、回生電流が発生した場合にはバッテリ１
２に充電することができるようにする。

【００９０】そして、領域６２は車速が高く、モータ１
４の出力が定速走行よりも高いので、郊外や高速道路を
巡航する走行モード、すなわち高速モードであるといえ
る。したがって、車両にブレーキをかける減速運転は少
なく、回生電流はあまり発生せず、一方、燃料電池１１
からの電流だけでは要求電流を満たすことができない場
合もあることも予測されるので、該バッテリ１２のＳＯ
Ｃを高く、例えば７５％程度に維持し、必要時には常に
バッテリ１２から電流を供給することができるようにす
る。

【００９１】次に、領域６３はモータ１４の出力が定速
走行よりも高いので、山道において下り坂を下る走行モ
ード、すなわち山道下モードであるといえる。したがっ
て、時々の上り坂で出力することが要求されるが、高い
回生電流が発生することが予測されるので、バッテリ１
２のＳＯＣを低く、例えば５０％程度に維持して、回生
電流を余すところなくバッテリ１２に充電することがで
きるようにする。

【００９２】最後に、領域６４は車速が低い領域でも、
モータ１４の出力が高いので、山道において上り坂を上
る走行モード、すなわち山道上モードであるといえる。
したがって、時々の下り坂で回生電流が発生するが、燃
料電池１１からの電流だけでは要求電流を満たすことが
できないことが予測されるので、バッテリ１２のＳＯＣ
を比較的高く、例えば７０％程度に維持して、バッテリ
１２からも電流を供給することができるようにする。

【００９３】本実施の形態においては、判定した走行モ
ードに応じたバッテリ１２のＳＯＣの基準値を設定す
る。そして、バッテリ１２のＳＯＣの実測値が前記基準
値の範囲内に収まるように燃料電池回路１０の動作を制
御する。

【００９４】まず、ハイブリッド回路電子制御ユニット
２０は、過去５〜２０分間の車速、アクセル開度θ（モ
ータ１４が発生すべきトルクに比例）、燃料電池１１及
びバッテリ１２から供給された電流値、バッテリ１２の
ＳＯＣ等の数値の変化や継続時間に基づいて、現時点ま
での車両の走行モードが高速モード、山道上モード、山
道下モード、又は市街地モードのいずれであるかを判定
する。そして、前記判定した走行モードが、現時点以降
５〜２０分間継続されると予測して、燃料電池回路１０
の動作を制御する。

【００９５】ここで、走行モードを判定するための時間
は、適宜設定することができ、例えば、過去１〜５分間
程度であっても、過去２０〜４０分間程度であってもよ
い。また、判定した走行モードが、継続されると予測す
る時間も、適宜設定することができ、例えば、現時点以
降１〜５分間としても、現時点以降２０〜４０分間とし
てもよい。

【００９６】なお、前記数値は、ハイブリッド回路電子
制御ユニット２０によって直接測定されるか、又は車両
用電子制御ユニット２１等の他の制御装置によって測定
される。

【００９７】また、車両に車両位置検出装置、例えばナ
ビゲーション装置が備えられている場合には、該ナビゲ
ーション装置によって現時点での車両の走行モードを判
定することが可能であるので、前記ハイブリッド回路電
子制御ユニット２０は前記ナビゲーション装置からの情
報に基づいて、現在の車両の走行モードが高速モード、
山道上モード、山道下モード、又は市街地モードのいず
れであるかを判定するようにしてもよい。

【００９８】続いて、前記ハイブリッド回路電子制御ユ
ニット２０は、図７に示されるように、判定した現在の
車両の走行モードに応じたバッテリ１２のＳＯＣの基準
値を設定する。

【００９９】まず、高速モードである場合は、例えば、
７５〔％〕を中心として±１０〔％〕の範囲、すなわ
ち、６５〜８５〔％〕をＳＯＣの基準値として設定す
る。そして、山道上モードである場合は、例えば、６０
〜８０〔％〕を、山道下モードである場合は、例えば、
４０〜６０〔％〕を、市街地モードである場合は、例え
ば、５０〜７０〔％〕をそれぞれＳＯＣの基準値として
設定する。

【０１００】そして、現時点でのバッテリ１２のＳＯＣ
が前記基準値の範囲内にあるときは、図８に示されるよ
うに、燃料電池回路１０の動作が制御される。

【０１０１】図８（ａ）に示される高速モードにおい
て、車速が低い場合は、燃料電池１１から電流を供給
し、バッテリ１２からは電流が供給されないようにする
ので、バッテリ充電制御回路１５及びバッテリ放電制御
回路１６におけるＩＧＢＴ１５ａ、１６ａをオフの状態
とする。また、車速が高い場合は、要求電力が燃料電池
１１の供給能力を上回った場合には、バッテリ１２から
も電流が供給される。この時も、バッテリ充電制御回路
１５及びバッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１
５ａ、１６ａはオフの状態とする。

【０１０２】次に、図８（ｂ）に示される山道上モード
において、車速が低くアクセル開度θも小さい場合は、
バッテリ１２から電流を供給し、燃料電池１１からは電
流が供給されないようにするので、バッテリ充電制御回
路１５におけるＩＧＢＴ１５ａをオフの状態とし、バッ
テリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａを所定周
期のスイッチング信号によってオンオフする。これによ
り、前記バッテリ１２の出力電圧が昇圧されて燃料電池
１１の出力電圧以上となるので、前記燃料電池１１から
は電流が供給されない。

【０１０３】なお、車速は低いがアクセル開度θが大き
い場合は、前記高速モードにおける車速が低い場合と同
様であり、また、車速が高い場合は、前記高速モードに
おける車速が高い場合と同様である。

【０１０４】次に、図８（ｃ）に示される山道下モード
において、車速及びアクセル開度θの数値範囲は異なる
が、その他については、前記山道上モードにおける場合
と同様である。

【０１０５】最後に、図８（ｄ）に示される市街地モー
ドにおいて、車速が低くアクセル開度θが大きい場合
は、バッテリ１２から電流を供給し、燃料電池１１から
は電流が供給されないようにする点についてだけ異なる
が、その他については、前記山道上モード又は山道下モ
ードにおける場合と同様である。

【０１０６】次に、現時点でのバッテリ１２のＳＯＣが
前記基準値の範囲外にあるときの燃料電池回路１０の動
作について説明する。

【０１０７】まず、前記バッテリ１２のＳＯＣが前記基
準値の範囲の下限に達していない場合には、前記バッテ
リ１２を充電する必要があるので、どの程度の電流値で
バッテリ１２に充電するか、すなわち、充電電流の値が
設定される。

【０１０８】そして、充電電流と要求電流との合計が前
記燃料電池１１の最大供給電流値（図４における電流値
Ａ）を超えない場合には、前記燃料電池１１から供給さ
れる電流の一部が前記バッテリ１２の充電に使用され
る。この場合、前記バッテリ充電制御回路１５における
ＩＧＢＴ１５ａをオンの状態とする。

【０１０９】なお、前記燃料電池１１からの電流値及び
前記バッテリ１２に供給される充電電流の電流値は、電
流センサ１８によって測定され、前記ハイブリッド回路
電子制御ユニット２０によって常時検出される。また、
電圧についても前記ハイブリッド回路電子制御ユニット
２０によって常時検出される。そして、前記バッテリ１
２のＳＯＣが前記基準値の範囲にまで上昇した場合、前
記燃料電池１１から供給される電流の値が前記最大供給
電流値となった場合、及び前記インバータ１３を介して
モータ１４に供給される要求電流の値が大きい場合に
は、前記ＩＧＢＴ１５ａはオフにされる。また、前記バ
ッテリ１２に供給される電流の値が過大である時は、前
記ＩＧＢＴ１５ａを所定周期のスイッチング信号によっ
てオンオフして、前記ＩＧＢＴ１５ａを流れる電流の値
を制御する。

【０１１０】一方、前記燃料電池１１は何ら制御されな
いので、燃料電池１１からは充電電流と要求電流とを合
計した電流が供給される。

【０１１１】次に、充電電流と要求電流との合計が前記
燃料電池１１の最大供給電流値を超えている場合には、
前記要求電流が燃料電池１１の最大供給電流値を超えて
いるか否かを判定する。

【０１１２】そして、超えていない場合には、前記バッ
テリ１２の充電は中止される。この場合、前記バッテリ
充電制御回路１５におけるＩＧＢＴ１５ａをオフの状態
とする。なお、前記燃料電池１１は何ら制御されないの
で、燃料電池１１から要求電流に等しい電流がインバー
タ１３を介してモータ１４に供給される。

【０１１３】次に、前記要求電流が燃料電池１１の最大
供給電流値を超えている場合には、前記バッテリ１２の
充電は中止され、さらに、バッテリ１２からも電流が前
記モータ１４に供給されるようにする。この場合、前記
バッテリ充電制御回路１５におけるＩＧＢＴ１５ａをオ
フの状態とし、前記バッテリ放電制御回路１６における
ＩＧＢＴ１６ａを所定周期のスイッチング信号によって
オンオフして、前記バッテリ１２の出力電圧を昇圧す
る。

【０１１４】なお、前記燃料電池１１からの電流値及び
前記バッテリ１２から供給される電流値は、電流センサ
１８によって測定され、前記ハイブリッド回路電子制御
ユニット２０によって常時チェックされる。また、電圧
についても前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０
によって常時チェックされる。そして、前記バッテリ放
電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａのオンオフの比
率（デューティー比）を制御して、前記バッテリ１２か
ら出力される電流の値を制御する。

【０１１５】一方、前記燃料電池１１は何ら制御されな
いので、要求電流から前記バッテリ１２からの電流を減
算した値の電流が燃料電池１１から供給される。

【０１１６】次に、前記バッテリ１２のＳＯＣが基準値
の範囲の上限を超えている場合には、前記要求電流がバ
ッテリ１２の最大供給電流値を超えているか否かを判定
する。

【０１１７】そして、超えていない場合には、前記バッ
テリ１２から電流を供給し、前記燃料電池１１からは電
流が供給されないようにする。この場合、前記バッテリ
充電制御回路１５におけるＩＧＢＴ１５ａをオフの状態
とし、前記バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ
１６ａを所定周期のスイッチング信号によってオンオフ
して、前記バッテリ１２の出力電圧を昇圧する。

【０１１８】なお、前記バッテリ１２から供給される電
流の値は、電流センサ１８によって測定され、前記ハイ
ブリッド回路電子制御ユニット２０によって、常時検出
される。また、電圧についても前記ハイブリッド回路電
子制御ユニット２０によって常時検出される。

【０１１９】一方、前記燃料電池１１は何ら制御されな
いが、昇圧されたバッテリ１２の出力電圧が前記燃料電
池１１の開放端子電圧よりも高いので、前記燃料電池１
１からは電流が出力されない。

【０１２０】次に、前記要求電流がバッテリ１２の最大
供給電流値を超えている場合には、前記バッテリ１２か
ら供給される電流値が設定される。そして、前記燃料電
池１１及びバッテリ１２から前記モータ１４に電流が供
給されるようにする。この場合、前記バッテリ充電制御
回路１５におけるＩＧＢＴ１５ａをオフの状態とし、前
記バッテリ放電制御回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａを
所定周期のスイッチング信号によってオンオフして、前
記バッテリ１２の出力電圧を昇圧する。

【０１２１】なお、前記燃料電池１１からの電流値及び
前記バッテリ１２から供給される電流の値は、電流セン
サ１８によって測定され、前記ハイブリッド回路電子制
御ユニット２０によって常時検出される。また、電圧に
ついても前記ハイブリッド回路電子制御ユニット２０に
よって常時検出される。そして、前記バッテリ放電制御
回路１６におけるＩＧＢＴ１６ａのオンオフの比率を制
御して、前記バッテリ１２から出力される電流の値を制
御する。

【０１２２】一方、前記燃料電池１１は何ら制御されな
いので、要求電流から前記バッテリ１２からの電流を減
算した値の電流が燃料電池１１から供給される。

【０１２３】このように、本実施の形態においては、判
定した走行モードに応じたバッテリ１２のＳＯＣの基準
値を設定して、バッテリ１２のＳＯＣの実測値が前記基
準値の範囲内に収まるように、燃料電池回路１０の動作
を制御する。したがって、バッテリ１２には回生電流を
充電するための余地が適切に残されているので、副次的
に発生されるエネルギーである回生電流を無駄にせず、
可能な限り利用することができ、燃料電池１１の燃料を
節約することができる。しかも、バッテリ１２の容量を
必要以上に大きくする必要がないので、バッテリ１２を
収容する車両の重量及び大きさを低減することができ、
コストを低くすることができる。

【０１２４】また、格別に制御しなくても、燃料電池１
１から適切な電流が供給される。したがって、要求電流
が燃料電池１１の最大供給電流値を超えている場合であ
っても、バッテリ１２から不足分の電流が供給されるの
で、車両の走行に支障を与えることがない。

【０１２５】また、バッテリ１２のＳＯＣの実測値が基
準値の範囲内に収まらない場合であっても、燃料電池１
１及びバッテリ１２から出力される電流の配分を適切に
制御することができるので、車両の走行に何ら支障を与
えることがなく、バッテリ１２が上がってしまうことも
ない。

【０１２６】次に、燃料電池回路の制御動作のメインフ
ローチャートについて説明する。ステップＳ１車速を検出する。ステップＳ２車速の変化を記憶する。ステップＳ３モータ１４が発生すべきトルクを検出す
る。ステップＳ４バッテリ１２から供給される電流の値を
検出する。ステップＳ５バッテリ１２のＳＯＣを算出する。ステップＳ６燃料電池１１から供給される電流の値を
検出する。ステップＳ７車両の走行モードを判定する。ステップＳ８車両の走行モードに応じたバッテリ１２
のＳＯＣの基準値を設定する。ステップＳ９検出したバッテリ１２のＳＯＣが基準値
の範囲内にあるか否かを判定する。範囲内である場合は
ステップＳ１１に、範囲内でない場合はステップＳ１０
に進む。ステップＳ１０ＳＯＣ基準範囲外処理を行う。ステップＳ１１アクセル開度θを検出する。ステップＳ１２図８（ａ）〜（ｄ）に従って燃料電池
１１及びバッテリ１２の出力を制御する。

【０１２７】次に、ステップＳ１０におけるＳＯＣ基準
範囲外処理のサブルーチンのフローチャートについて説
明する。ステップＳ１０−１検出したバッテリ１２のＳＯＣが
基準値の範囲の下限以下か否かを判定する。以下の場合
はステップＳ１０−２に進み、以下でない場合、すなわ
ち基準値の範囲の上限を超えている場合はステップＳ１
０−７に進む。ステップＳ１０−２充電電流の電流値を設定する。ステップＳ１０−３充電電流と要求電流との合計が燃
料電池１１の最大供給電流値未満か否かを判定する。未
満の場合はステップＳ１０−４に、未満でない場合はス
テップＳ１０−１９に進む。ステップＳ１０−４燃料電池１１から供給される電流
の一部をバッテリ１２の充電に使用する。ステップＳ１０−５バッテリ充電制御回路１５のＩＧ
ＢＴ１５ａをオンにする。ステップＳ１０−６燃料電池１１は何ら制御されず、
充電電流と要求電流とを合計した電流を供給し、処理を
終了する。ステップＳ１０−７要求電流がバッテリ１２の最大供
給電流値未満か否かを判定する。未満の場合はステップ
Ｓ１０−８に、未満でない場合はステップＳ１０−１１
に進む。ステップＳ１０−８バッテリ１２から電流を供給し、
燃料電池１１からは電流を供給しない。ステップＳ１０−９バッテリ放電制御回路１６のＩＧ
ＢＴ１６ａを所定周期のスイッチング信号によってオン
オフし、バッテリ１２の出力電圧を昇圧する。ステップＳ１０−１０燃料電池１１は何ら制御され
ず、電流を供給することなく、処理を終了する。ステップＳ１０−１１バッテリ１２から供給される電
流の電流値を設定する。ステップＳ１０−１２バッテリ１２からの電流に加え
て、燃料電池１１からの電流もモータ１４に供給する。ステップＳ１０−１３バッテリ１２がモータ１４に供
給する電流の電流値を算出する。ステップＳ１０−１４バッテリ放電制御回路１６のＩ
ＧＢＴ１６ａを所定周期のスイッチング信号によってオ
ンオフし、バッテリ１２の出力電圧を昇圧する。ステップＳ１０−１５燃料電池１１は何ら制御され
ず、要求電流からバッテリ１２からの電流を減算した値
の電流を供給し、処理を終了する。ステップＳ１０−１６要求電流が燃料電池１１の最大
供給電流値未満か否かを判定する。未満の場合はステッ
プＳ１０−１７に、未満でない場合はステップＳ１０−
２０に進む。ステップＳ１０−１７バッテリ１２の充電を中止す
る。ステップＳ１０−１８バッテリ充電制御回路１５のＩ
ＧＢＴ１５ａをオフにする。ステップＳ１０−１９燃料電池１１は何ら制御され
ず、要求電流を供給して処理を終了する。ステップＳ１０−２０バッテリ１２の充電を中止す
る。ステップＳ１０−２１燃料電池１１からの電流に加え
て、バッテリ１２からの電流もモータ１４に供給する。ステップＳ１０−２２バッテリ１２がモータ１４に供
給する電流値を算出する。ステップＳ１０−２３バッテリ放電制御回路１６のＩ
ＧＢＴ１６ａを所定周期のスイッチング信号によってオ
ンオフし、バッテリ１２の出力電圧を昇圧する。ステッ
プＳ１０−２４燃料電池１１は何ら制御されず、要求
電流を供給して処理を終了する。

【０１２８】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。

【０１２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、燃料電池回路においては、燃料電池と、該燃料電
池の出力端子に接続された負荷と、該負荷に対して、前
記燃料電池と並列に接続された２次電池回路とを備える
燃料電池回路において、前記２次電池回路は、前記燃料
電池より低い電圧を基準電圧とする２次電池と、該２次
電池の出力電圧を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路
と、前記燃料電池の出力する電流を前記２次電池に充電
する充電回路とを備える。

【０１３０】この場合、負荷の要求する要求電流が、燃
料電池の最大供給電流値を超えている場合であっても、
２次電池から不足分の電流が供給される。また、回生電
流等によって２次電池も適切に充電されるので、２次電
池が上がることもない。

【０１３１】また、他の燃料電池回路においては、負荷
に接続された燃料電池と、前記燃料電池と前記負荷に対
して並列に接続された２次電池回路とを備える燃料電池
回路において、前記２次電池回路は、互いに直列に接続
された充電用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング
素子と、前記昇圧用スイッチング素子に対して、リアク
トルを介して並列に接続された２次電池と、前記負荷又
は前記２次電池からの電流が前記燃料電池に供給されな
いように配設されたダイオード素子とを備える。

【０１３２】この場合、簡単な回路構成でありながら、
２次電池のＳＯＣを適切に制御することができるので、
回生電流を無駄にすることなく可能な限り利用すること
ができ、燃料電池の燃料を節約することができる。しか
も、２次電池の容量を必要以上に大きくする必要がな
い。また、燃料電池及びバッテリから要求電流に対応す
る電流が適切に供給される。さらに、回生電流等によっ
て２次電池が適切に充電されるので、２次電池が上がっ
てしまうことがない。

【０１３３】また、更に他の燃料電池回路においては、
さらに、前記負荷は、車両を駆動する駆動モータの駆動
制御装置である。

【０１３４】この場合、簡単な回路構成でありながら、
燃料電池及び２次電池から要求電流に対応する電流が適
切に供給されるので、車両の走行に支障を与えることが
ない。

【０１３５】また、更に他の燃料電池回路においては、
さらに、前記負荷は、車両を駆動する駆動モータのイン
バータ装置である。

【０１３６】この場合、燃料電池及び２次電池から出力
される電流の配分を適切に制御することができるので、
車両の走行に何ら支障を与えることがなく、２次電池が
上がってしまうこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における燃料電池回路の概
念図である。

【図２】従来の燃料電池回路を示す図である。

【図３】従来の車両用ハイブリッド回路における燃料電
池及びバッテリの特性を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態における燃料電池及びバッ
テリの特性を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態における燃料電池回路の動
作と走行モードとの関係の１例を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態における燃料電池回路の制
御方法の基本的な考え方を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態における各種走行モードに
おけるバッテリのＳＯＣの値を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態における各種走行モードに
おける燃料電池及びバッテリの出力範囲を示す図であ
る。

【図９】本発明の実施の形態における燃料電池回路の制
御動作を示すフローチャートである。

【図１０】本発明の実施の形態におけるＳＯＣ基準範囲
外処理の動作を示す第１のフローチャートである。

【図１１】本発明の実施の形態におけるＳＯＣ基準範囲
外処理の動作を示す第１のフローチャートである。

【図１２】本発明の実施の形態におけるＳＯＣ基準範囲
外処理の動作を示す第１のフローチャートである。

【符号の説明】

１０燃料電池回路１１燃料電池１２バッテリ１７リアクトル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｐ 7/34 7/34 Ｃ (72)発明者鈴木明愛知県安城市藤井町高根10番地アイシン・エィ・ダブリュ株式会社内 (72)発明者南谷佳彦愛知県安城市藤井町高根10番地アイシン・エィ・ダブリュ株式会社内 (72)発明者堀田豊愛知県安城市藤井町高根10番地アイシン・エィ・ダブリュ株式会社内 (72)発明者中島資浩愛知県安城市藤井町高根10番地アイシン・エィ・ダブリュ株式会社内Ｆターム(参考） 5G003 AA05 BA01 CA14 CC02 DA07 DA16 FA06 GB06 5H027 AA03 AA04 AA05 AA06 DD00 DD03 MM26 5H030 AA01 AA03 AA04 AS08 BB01 BB22 BB26 DD04 DD20 5H420 BB14 CC03 CC06 DD03 DD05 EA10 EB39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池と、該燃料電池の出力端子に接続
された負荷と、該負荷に対して、前記燃料電池と並列に
接続された２次電池回路とを備える燃料電池回路におい
て、前記２次電池回路は、前記燃料電池より低い電圧を
基準電圧とする２次電池と、該２次電池の出力電圧を昇
圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、前記燃料電池の
出力する電流を前記２次電池に充電する充電回路とを備
えることを特徴とする燃料電池回路。
【請求項２】負荷に接続された燃料電池と、前記燃料電
池と前記負荷に対して並列に接続された２次電池回路と
を備える燃料電池回路において、前記２次電池回路は、
互いに直列に接続された充電用スイッチング素子及び昇
圧用スイッチング素子と、前記昇圧用スイッチング素子
に対して、リアクトルを介して並列に接続された２次電
池と、前記負荷又は前記２次電池からの電流が前記燃料
電池に供給されないように配設されたダイオード素子と
を備えることを特徴とする燃料電池回路。
【請求項３】前記負荷は、車両を駆動する駆動モータの
駆動制御装置である請求項１又は２に記載の燃料電池回
路。
【請求項４】前記負荷は、車両を駆動する駆動モータの
インバータ装置である請求項１又は２に記載の燃料電池
回路。