JP2010238528A - 燃料電池システム及びこれを備えた車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池の始動時における二次電池の過充電を回避す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、燃料電池と、二次電池と、燃料電池の始動時の発電量を制御する制御部と、を備える。二次電池が過充電状態となることを回避するように始動時目標電圧Ｖｂｏｏｔを設定し（Ｓ１２４）、燃料電池の出力電圧を開回路電圧と高電位回避電圧との間で調整する電圧調整手段が、燃料電池の始動時の発電量をＶｂｏｏｔに基づいて調整する（Ｓ１２６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システム及びこれを備えた車両に関する。
燃料極に燃料ガスとしての水素を供給し、酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、水素と空気中の酸素の電気化学反応によって発電すると共に酸化剤極に水を生成する燃料電池の実用化が検討されつつある。
このような燃料電池においては、始動の際に燃料極に供給する水素の圧力と酸化剤極に供給する空気の圧力とがそれぞれ通常運転の際の各圧力と同程度の場合には、水素ガスと空気がそれぞれ燃料極と酸化剤極の中で偏在し、このガスの偏在によって発生する電気化学反応で電極が劣化してしまう場合があった。そこで、燃料電池の始動の際に燃料極に供給する水素の圧力と酸化剤極に供給する空気の圧力とを通常の各供給圧力よりも高くすることによって電極の劣化を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、燃料電池の始動の際に水素ガスと空気とを高圧で燃料電池に供給した場合、燃料電池の電圧の上昇速度が高くなって燃料電池の電圧が上限電圧をオーバーシュートしてしまうという問題があった。このため、特許文献１には、燃料電池の始動の際に通常発電の際の圧力よりも高い圧力で水素ガスと空気とを供給する場合、燃料電池の電圧が上限電圧よりも低い所定の電圧に達したら、燃料電池から出力を取り出して車両駆動用モータや抵抗器などに出力する方法が提案されている。
特開２００７−２６８９１号公報
ところで、燃料電池が搭載された電動車両では、燃料電池の出力電力指令値は負荷からの要求電力と燃料電池の出力電流電圧特性とに基づいて計算される。しかし、燃料電池を始動する際、燃料電池の電圧が始動電圧から上昇している間は燃料電池に供給される水素と空気中の酸素とは燃料電池の電圧を上昇させることに消費されるため燃料電池から電流は流れ出さない。一方、例えば、始動の際に燃料電池の電圧を一旦、開回路電圧（以下「ＯＣＶ」ともいう）まで上昇させた後、燃料電池の制御電圧を下げて電力の取り出す方法において、燃料電池の発電許可までの間は、燃料電池の電圧をＯＣＶにしておき、燃料電池から電流が流出しないように制御されるが、かかる場合、燃料電池の耐久性が損なわれる場合がある。
そこで、燃料電池の発電許可前であっても、燃料電池の出力電圧を予めＯＣＶより下げ、高電位状態を回避することが望ましい。そして、始動時に、負荷からの要求電力以上に燃料電池から発電された場合には、電動車両に設けられた二次電池にその余剰電力が充電されることになる。
しかし、二次電池の充電状態によっては、新たに充電可能な電力量に制約を受ける場合がある。また低温（環境温度が、例えば−３０℃以下）または高温（二次電池の温度が、例えば５０℃以上）での充電など、充電時の二次電池の環境条件の変動に伴い二次電池に充電し得る電力量そのものが変動することもある。このため、場合によっては始動直後であっても二次電池が過充電状態になることもあり得た。
本発明は、始動時に二次電池の過充電を回避し、当該二次電池の劣化を抑制する燃料電池システム及びこれを備えた車両を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システム及びこれを備えた車両は以下の特徴を有する。
（１）燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から出力される電力を充電するとともに充放電可能な二次電池と、前記燃料電池の始動時の発電量を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、始動時に前記二次電池に余剰電力を充電させるとともに前記燃料電池の出力電圧を開回路電圧と高電位回避電圧との間で調整する電圧調整手段と、前記二次電池が過充電状態となることを回避するように始動時目標電圧を設定する始動時目標電圧設定手段を有し、前記制御部が、前記始動時目標電圧となるように前記燃料電池の始動時の発電量を制御する、燃料電池システムである。
（２）前記二次電池の充電電力制限値Ｗｉｎを算出する充電電力制限値算出手段と、二次電池の充電容量を算出するＳＯＣ算出手段と、をさらに備え、前記始動時目標電圧設定手段が、前記充電電力制限値Ｗｉｎと前記充電容量とに基づいて前記始動時目標電圧を設定する、燃料電池システムである。
（３）前記二次電池と負荷との間に設けられた電圧変換器と、制動により所定の回生電力を出力する発動機と、前記充電電力制限値Ｗｉｎに応じて前記発動機の出力を制限するための回生電力制限電圧の目標値Ｖ３を算出する回生電力制限電圧算出手段と、をさらに備え、前記始動時目標電圧設定手段が、前記充電電力制限値Ｗｉｎ、前記充電容量および前記回生電力制限電圧の目標値に基づいて前記始動時目標電圧を設定する、燃料電池システムである。
（４）前記充電電力制限値Ｗｉｎに基づく電圧目標値Ｖ１を演算する第１の目標電圧設定部と、前記充電容量に基づく電圧目標値Ｖ２を演算する第２の目標電圧設定部と、をさらに有し、前記始動時目標電圧設定手段が、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち、最大値を前記始動時目標電圧に設定する、燃料電池システムである。
（５）上記いずれかの燃料電池システムを有する車両である。
本発明によれば、二次電池への過充電を回避しつつ燃料電池システムを始動することができる。
本発明の実施形態における燃料電池システムの系統図である。 本発明の実施形態における燃料電池システムの始動時燃料電池の目標電圧設定制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態における燃料電池システムの、充電電力制限値と目標電圧Ｖ１との関係を例示するマップである。 本発明の実施形態における燃料電池システムの、二次電池のＳＯＣと目標電圧Ｖ２との関係を例示するマップである。 本発明の実施形態における燃料電池システムの、制動モードごとの充電電力制限値と目標電圧Ｖ３との関係を例示するマップである。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、電動車両２００に搭載されている燃料電池システム１００は、充放電可能な二次電池１２と、二次電池１２の電圧を昇圧する昇降圧コンバータ１３と、昇降圧コンバータ１３の直流電力を交流電力に変換して走行用モータ１５に供給するインバータ１４と、燃料電池１１と、を備えている。なお、本明細書において、「電動車両」とは、エンジンによる駆動や回生により発電を行う発電機と、バッテリからの電力により作動し駆動輪を駆動するモータとを有するハイブリッド電気自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や、いわゆる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、燃料電池車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle）を含む意である。
二次電池１２は充放電可能なリチウムイオン電池などによって構成され、本実施の形態において、その電圧は走行用モータ１５の駆動電圧よりも低い電圧であるが、同等又は高い電圧であっても良い。昇降圧コンバータ１３は、複数のスイッチング素子を備え、スイッチング素子のオンオフ動作によって二次電池１２から供給された低圧の電圧を走行用モータ駆動用の高圧に昇降圧するものであり、基準電路３２が二次電池１２のマイナス側電路３４とインバータ１４のマイナス側電路３９とに共通に接続され、１次側電路３１が二次電池１２のプラス側電路３３に接続され、２次側電路３５がインバータ１４のプラス側電路３８に接続された非絶縁型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。また、二次電池１２のプラス側電路３３とマイナス側電路３４には二次電池１２と負荷系統との接続を入り切りするシステムリレー２５が設けられている。
燃料電池１１は、燃料ガスである水素ガスと酸化剤ガスである空気が供給され、水素ガスと空気中の酸素との電気化学反応により発電するもので、水素ガスは高圧の水素タンク１７から水素供給弁１８を介して燃料極（アノード）に供給され、空気は空気圧縮機１９によって酸化剤極（カソード）に供給される。燃料電池１１のプラス側電路３６は昇降圧コンバータ１３の２次側電路３５にＦＣリレー２４と逆流防止ダイオード２３を介して接続され、燃料電池１１のマイナス側電路３７はＦＣリレー２４を介して昇降圧コンバータ１３の基準電路３２に接続される。昇降圧コンバータ１３の２次側電路３５はインバータ１４のプラス側電路３８に接続され、昇降圧コンバータ１３の基準電路３２はインバータ１４のマイナス側電路３９に接続されているので、燃料電池１１のプラス側電路３６とマイナス側電路３７はそれぞれインバータ１４のプラス側電路３８とマイナス側電路３９にＦＣリレー２４を介して接続されている。ＦＣリレー２４は負荷系統と燃料電池１１との接続を入り切りするもので、ＦＣリレー２４が閉となると燃料電池１１は昇降圧コンバータ１３の２次側と接続され、燃料電池１１の発電電力は二次電池１２の１次側電力を昇圧した２次側電力と共にインバータ１４に供給されて車輪６０を回転させる走行用モータ１５を駆動する。この際、燃料電池１１の電圧は昇降圧コンバータ１３の出力電圧、インバータ１４の入力電圧と同一電圧となる。また、空気圧縮機１９や冷却水ポンプ、水素ポンプなど燃料電池１１の補機１６の駆動電力は基本的には燃料電池１１が発電した電圧でまかなうが、燃料電池１１が発電できないときは二次電池１２が補完する。
二次電池１２のプラス側電路３３とマイナス側電路３４との間には１次側の電圧を平滑化する１次側コンデンサ２０が接続され、１次側コンデンサ２０には両端の電圧を検出する電圧センサ４１が設けられている。また、インバータ１４のプラス側電路３８とマイナス側電路３９との間には２次側の電圧を平滑にする２次側コンデンサ２１が設けられ、２次側コンデンサ２１にも両端の電圧を検出する電圧センサ４２が設けられている。１次側コンデンサ２０両端の電圧は昇降圧コンバータ１３の入力電圧である１次側電圧ＶＬであり、２次側コンデンサ２１の両端の電圧は昇降圧コンバータ１３の出力電圧である２次側電圧ＶＨである。また、燃料電池１１のプラス側電路３６とマイナス側電路３７との間には燃料電池１１の電圧を検出する電圧センサ４３が設けられ、燃料電池１１のプラス側電路３６には燃料電池１１からの出力電流を検出する電流センサ４４が設けられている。
制御部５０は、内部に信号処理を行うＣＰＵとプログラムや制御データを格納する記憶部とを備えるコンピュータであり、燃料電池１１、空気圧縮機１９、水素供給弁１８、昇降圧コンバータ１３、インバータ１４、走行用モータ１５、補機１６、ＦＣリレー２４、システムリレー２５は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって動作するよう構成されている。また、二次電池１２と各電圧センサ４１〜４３、電流センサ４４はそれぞれ制御部５０に接続され、二次電池１２の状態と各電圧センサ４１〜４３、電流センサ４４の検出信号が制御部５０に入力されるよう構成されている。電動車両２００には燃料電池システム１００を始動停止させるスイッチであるイグニッションキー３０が設けられている。イグニッションキー３０は制御部５０に接続され、イグニッションキー３０のオンオフ信号が制御部５０に入力されるよう構成されている。
このように二種類の電源を備える燃料電池システム１００では、通常運転の際には走行用モータ１５の駆動に必要な電力を二次電池１２からの出力電力と燃料電池１１からの出力電力とに分配する分配演算に基づいて各電池１１，１２からの出力電力を制御している。電力分配演算は燃料電池の出力電流電圧特性と、二次電池の出力電流電圧特性とに基づいて計算される。しかし、燃料電池１１は、始動後、運転電圧まで電圧が上昇し燃料電池１１から電力が取り出せるようになるまで時間がかかるため、二次電池１２と燃料電池１１とを搭載した電動車両２００では、イグニッションキー３０をオンとして電動車両２００を始動した後、燃料電池１１から電力を取り出せるようになるまでの間は電力分配演算を行わずに燃料電池１１の出力電力指令値をゼロとして二次電池１２からの電力によって電動車両２００を駆動する。そして、燃料電池１１の始動が完了した際に電力分配演算を行う通常運転に移行する。
一方、図１に示すように、燃料電池１１の始動が完了するまで（つまり、始動時）に、負荷からの要求電力以上に燃料電池１１から発電された場合には、電動車両２００に設けられた二次電池１２にその余剰電力が充電される。通常、二次電池１２は、始動時の燃料電池から出力される電力を充電可能な程度の充分な充電容量を有しているが、例えば、経時劣化した二次電池１２など、二次電池１２の充電容量が低い場合や、二次電池１２のＳＯＣ（state of charge）が高い条件下での充電の場合には、二次電池１２が過充電状態になるおそれがある。
そこで、燃料電池の発電許可前における始動時の燃料電池の出力による二次電池の過充電を回避する必要がある。本発明の実施形態では、図１に示す制御部５０内に、二次電池が過充電状態となることを回避するように燃料電池１１の始動時の目標電圧を設定する始動時目標電圧設定手段（図示せず）と、始動時に二次電池１２に余剰電力を充電するとともに燃料電池１１の出力電圧を開回路電圧（ＯＣＶ）から高電位回避電圧まで降下させる際に、開回路電圧と高電位回避電圧との間で燃料電池の電圧を調整して二次電池１２が過充電状態となることを回避するための電圧調整手段（図示せず）が設けられている。図１に示す制御部５０が、燃料電池の始動時の発電量を、始動時目標電圧設定手段が設定した始動時目標電圧となるように制御することにより、充電された余剰電力による、二次電池１２の過充電を回避することができる。このとき、電圧調整手段は、目標電圧を下回らないように燃料電池の始動時の発電量を調整することが好適である。ここで「高電位回避電圧」は、ＯＣＶより小さく、燃料電池の耐久性を担保するために、燃料電池からの発電が可能な予め定められた燃料電池の目標運転電圧（例えばＯＣＶの９０％程度）を意味する。
本発明の実施形態において、制御部５０には、二次電池１２への充電電力制限値Ｗｉｎを算出する充電電力制限値算出手段（図示せず）と、充電電力制限値Ｗｉｎに基づく電圧目標値Ｖ１を演算する第１の目標電圧設定部（図示せず）とを備えている。充電電力制限値は、例えば、以下に示す式（１），（２）を用いて算出される。
Ｗｉｎ（ｔ）＝ＳＷｉｎ（ｔ）−Ｋｐ×｛ＩＢ（ｔ）−Ｉｔａｇ１（ｔ）｝−Ｋｉ×∫｛ＩＢ（ｔ）−Ｉｔａｇ２（ｔ）｝ｄｔ ・・・（１）
（式中、Ｗｉｎ（ｔ）：時刻ｔにおける二次電池の充電電力制限値、ＳＷｉｎ（ｔ）：予め設定された二次電池の充電電力制限既定値、Ｋｐ：ｐ項フィードバックゲイン、Ｋｉ：ｉ項フィードバックゲイン、Ｉｔａｇ１（ｔ）：ｐ項フィードバック制御による電流制限目標値、ＩＢ（ｔ）：時間ｔにおける二次電池の電流値を示す。）
Ｉｔａｇ１（ｔ）＝Ｆｐ（Ｉｌｉｍ’（ｔ））、及び、Ｉｔａｇ２（ｔ）＝Ｆｉ（Ｉｌｉｍ’（ｔ）） ・・・（２）
（式中、Ｉｌｉｍ’（ｔ）は、前回算出した前回算出許容充電電流値Ｉｌｉｍ（ｔ−１）または初回のみ設定許容充電電流値Ｉｌｉｍ（０）を基に算出される。）
実施形態において、第１の目標電圧設定部は、制御部５０内の記憶部に予め用意されたデータマップを参照し、もしくは所定の計算式に基づく演算により、充電電力制限値Ｗｉｎに基づいて電圧目標値Ｖ１を算出することができる。データマップは例えば、予め実機試験やシミュレーションにより取得することができる。図３は、本発明の実施形態における燃料電池システムの、充電電力制限値Ｗｉｎと目標電圧Ｖ１との関係を例示するデータマップである。図３において、横軸に示す充電電力制限値は、右側に行くにつれて充電電力が大きく制限され、あまり充電できないことを示している。このため、充電電力制限値Ｗｉｎが所定の値Ｗ４よりも小さい、つまり、Ｗ４よりも右側の場合には、目標電圧Ｖ１をＯＣＶとなるように制御し、二次電池１２への充電を禁止することにより、二次電池１２が過充電状態となることを回避する。一方、充電電力制限値Ｗｉｎが所定の値Ｗ１よりも大きく、つまり、Ｗ１よりも左側であって、二次電池１２の充電に制約が無い場合には、目標電圧Ｖ１を通常運転時の所定の値Ｖａまで低下させることができる。実施形態において、Ｖａは例えば、ＯＣＶの９０％程度に設定することができる。
制御部５０はまた、二次電池１２の充電容量を算出するＳＯＣ算出手段（図示せず）と、充電容量に基づく電圧目標値Ｖ２を演算する第２の目標電圧設定部（図示せず）とを備えている。二次電池１２の充電容量を算出するのに必要な信号、例えば、二次電池１２の端子間に設置された電圧センサ４１からの端子間電圧、二次電池１２の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサ（不図示）からの充放電容量、二次電池１２に取り付けられた温度センサ（不図示）からの電池温度等が入力される。そして、ＳＯＣ算出手段は、例えば、電力センサから実測される二次電池電流値ＩＢ（ｔ）を積算し、又は実測された二次電池の電圧、温度により補正された推定電流値を積算して、充電容量（ＳＯＣ）を算出する。
実施形態において、第２の目標電圧設定部は、制御部５０内の記憶部に予め用意されたデータマップを参照し、もしくは所定の計算式に基づく演算により、充電容量に基づいて電圧目標値Ｖ２を算出することができる。データマップは例えば、予め実機試験やシミュレーションにより取得することができる。図４は、本発明の実施形態における燃料電池システムの、充電容量と目標電圧Ｖ２との関係を例示するデータマップである。二次電池１２の充電容量は通常、例えば４０％〜８０％、実施形態によっては場合によっては６０％〜７５％、のような所定の範囲を適正範囲として設計されている。図４において、充電容量が所定の値Ｓ４よりも大きい場合には、目標電圧Ｖ２をＯＣＶとなるように制御し、二次電池１２への充電を禁止することにより、二次電池１２が過充電状態となることを回避する。一方、充電容量が所定の値Ｗ２よりも小さい場合には、目標電圧Ｖ２を通常運転時の所定の値Ｖａまで低下させることができる。実施形態において、Ｖａは例えば、ＯＣＶの９０％程度に設定することができる。
さらに、図１に示す制御部５０は、発動機である走行用モータ１５の出力を制限するための回生電力制限電圧Ｖ３を算出する回生電力制限電圧算出手段（図示せず）を設けることができる。回生電力制限電圧Ｖ３に基づいて燃料電池１１からの発電量を制御することにより、走行用モータ１５が出力可能な最大の回生電力量を充電電力制限値Ｗｉｎに応じて制限し、走行用モータ１５の制動により得られる回生電力量が高くなった場合でも、いわゆるトルク抜けなどの走行性に関する、走行用モータ１５の回生トルクの変動に伴う一時的な不具合を抑制するとともに、二次電池１２の過充電を回避することができる。
実施形態において、回生電力制限電圧算出手段は、制御部５０内の記憶部に予め用意されたデータマップを参照し、もしくは所定の計算式に基づく演算により、充電電力制限値Ｗｉｎおよび走行用モータ１５の制動モードに基づいて回生電力制限電圧の目標値Ｖ３を算出することができる。データマップは例えば、予め実機試験やシミュレーションにより取得することができる。図５は、本発明の実施形態における燃料電池システムの、充電電力制限値Ｗｉｎと目標電圧Ｖ３との関係を例示するデータマップである。図５において、実線Ｄで示すラインは、いわゆるＤレンジと称される、制動により得られる回生電力が比較的少ない制動または駆動モードを示している。一方、破線Ｂで示すラインは、いわゆるＢレンジと称される、制動により得られる回生電力がＤレンジよりも多い制動または駆動モードを示している。ＤレンジとＢレンジとでは、得られる回生電力量の最大値が異なるため、図５に示すように、走行用モータ１５の制動モードに応じて異なるデータマップを利用し、充電電力制限値Ｗｉｎに応じて電圧目標値Ｖ３を算出する。実施形態において、目標電圧Ｖ３の最小値Ｖｄは、例えばＯＣＶの９０％程度に設定することができる。一方、実施形態において、Ｖｅは例えば、ＯＣＶに設定することができ、他の実施形態では、Ｖｅは例えば、ＯＣＶの９５％〜１００％程度の適切な値に設定することができる。
実施形態において、図３，５に示す横軸の充電電力制限値Ｗｉｎは、二次電池最大充電電力よりマージン電力量分だけ低い値で予め補正させておくことができる。マージン電力量は、例えば燃料電池１１の運転電圧の制御速度に応じて、例えば数ｋＷ程度に適宜設定することができる。図５に示す横軸の充電電力制限値Ｗｉｎはさらに、補機１６を含む系統での消費電力を考慮して補正することができる。
図１に示す制御部５０に設けられた目標電圧設定手段は、上述のようにして得られた各目標電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて燃料電池１１の始動時目標電圧Ｖｂｏｏｔを算出する。Ｖｂｏｏｔは通常、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち、最大値にあわせて設定することができる。なお、回生トルクの変動に関する考慮が不要の場合には、Ｖ３の考慮は不要であり、Ｖ１，Ｖ２のうち、最大値にあわせて設定することができる。
以上のように構成された燃料電池システム１００の動作について、図１，２を用いて以下に説明する。
まず、イングニッションキー３０がオンになったか否かを確認する（Ｓ１１０）。イングニッションキー３０がオンになったら、充電電力制限値算出手段において、入力された時刻ｔにおける充電電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出し（Ｓ１１２）、第１の目標電圧設定部において、Ｗｉｎ（ｔ）に基づいて時刻ｔにおける第１の電圧目標値Ｖ１を演算する（Ｓ１１４）。一方、ＳＯＣ算出手段では、入力された時刻ｔにおける充電容量ＳＯＣ（ｔ）を算出し（Ｓ１１６）、第２の目標電圧設定部において、ＳＯＣ（ｔ）に基づいて時刻ｔにおける第２の電圧目標値Ｖ２を演算する（Ｓ１１８）。
次に、走行用モータ１５の制動モードを取得し（Ｓ１２０）、Ｗｉｎ（ｔ）と制動モードに基づいて、回生電力制限電圧算出手段において、入力された時刻ｔにおける回生電力制限電圧の目標値Ｖ３を演算する（Ｓ１２２）。
次いで、始動時目標電圧設定手段は、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３をそれぞれ比較し、そのうち最大の値を選択し、時刻ｔにおける始動時目標電圧Ｖｂｏｏｔを設定する（Ｓ１２４）。そして、電圧調整手段は、得られた始動時目標電圧Ｖｂｏｏｔを基に、燃料電池のＦＣリレー２４接続から燃料電池の発電許可前において、燃料電池１１の運転電圧を開回路電圧と高電位回避電圧との間で調整して、燃料電池１１の発電量を制御する（Ｓ１２６）。
燃料電池１１の運転電圧が始動時目標電圧Ｖｂｏｏｔまで到達した時点で、燃料電池の始動が完了したか否かを判定する（Ｓ１２８）。図２に示す動作は、燃料電池１１の始動が完了するまで繰り返される。始動時において、二次電池１２の充電状態及び必要に応じて走行用モータ１５の制動モードを監視しながら、燃料電池１１の発電量を調整するため、二次電池１２が過充電状態になることが回避され、かつ走行用モータ１５の回生トルクも確保される。
本発明は、種々の燃料電池システムに利用可能であるが、例えば車両に搭載可能な燃料電池システムなどに利用可能である。
１１ 燃料電池、１２ 二次電池、１３ 昇降圧コンバータ、１４ インバータ、１５ 走行用モータ、１６ 補機、１７ 水素タンク、１８ 水素供給弁、１９ 空気圧縮機、２０ １次側コンデンサ、２１ ２次側コンデンサ、２３ 逆流防止ダイオード、２４ ＦＣリレー、２５ システムリレー、３０ イグニッションキー、３１ １次側電路、３２ 基準電路、３３，３６，３８ プラス側電路、３４，３７，３９ マイナス側電路、３５ ２次側電路、４１〜４３ 電圧センサ、４４ 電流センサ、５０ 制御部、６０ 車輪、１００ 燃料電池システム、２００ 電動車両。

Claims (5)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
    前記燃料電池から出力される電力を充電するとともに充放電可能な二次電池と、
    前記燃料電池の始動時の発電量を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、
    始動時に前記二次電池に余剰電力を充電させるとともに前記燃料電池の出力電圧を開回路電圧と高電位回避電圧との間で調整する電圧調整手段と、前記二次電池が過充電状態となることを回避するように始動時目標電圧を設定する始動時目標電圧設定手段を有し、
    前記制御部が、前記始動時目標電圧となるように前記燃料電池の始動時の発電量を制御することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記二次電池の充電電力制限値Ｗｉｎを算出する充電電力制限値算出手段と、
    二次電池の充電容量を算出するＳＯＣ算出手段と、
    をさらに備え、
    前記始動時目標電圧設定手段が、前記充電電力制限値Ｗｉｎと前記充電容量とに基づいて前記始動時目標電圧を設定することを特徴とする燃料電池システム。
  3. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記二次電池と負荷との間に設けられた電圧変換器と、
    制動により所定の回生電力を出力する発動機と、
    前記充電電力制限値Ｗｉｎに応じて前記発動機の出力を制限するための回生電力制限電圧の目標値Ｖ３を算出する回生電力制限電圧算出手段と、
    をさらに備え、
    前記始動時目標電圧設定手段が、前記充電電力制限値Ｗｉｎ、前記充電容量および前記回生電力制限電圧の目標値に基づいて前記始動時目標電圧を設定することを特徴とする燃料電池システム。
  4. 請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記充電電力制限値Ｗｉｎに基づく電圧目標値Ｖ１を演算する第１の目標電圧設定部と、前記充電容量に基づく電圧目標値Ｖ２を演算する第２の目標電圧設定部と、をさらに有し、
    前記始動時目標電圧設定手段が、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち、最大値を前記始動時目標電圧に設定することを特徴とする燃料電池システム。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システムを有する車両。
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