JP5326228B2 - Fuel cell system - Google Patents

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JP5326228B2 JP2007157772A JP2007157772A JP5326228B2 JP 5326228 B2 JP5326228 B2 JP 5326228B2 JP 2007157772 A JP2007157772 A JP 2007157772A JP 2007157772 A JP2007157772 A JP 2007157772A JP 5326228 B2 JP5326228 B2 JP 5326228B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supplying system which can make higher a supplying voltage and secure an insulating property as well when supplying power to a driving unit. <P>SOLUTION: The power supplying system which is mounted on a vehicle and supplies power to a driving unit 4 functioning as a driving source of the vehicle is provided with a first power source unit 40 to supply power to the driving unit 4, a second power source unit 50 which is arranged separately from the first power source unit 40 and supplies power to the driving unit 4 and a system insulating converter 30 which is arranged between a power supplying part PS including at least either of the first power source unit 40 and the second power source unit 50 and a vehicle driving part VD including the driving unit 4 and conducts power from the power supplying part PS to the vehicle driving part VD and secures an insulation between the parts as well. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

従来から、燃料電池システムに、蓄電装置を設け、ハイブリッド電源として機能させるものが提案されている（例えば、下記特許文献１から４を参照）。これらのシステムでは、燃料電池と負荷との間、および蓄電装置と負荷との間にＤＣＤＣ（直流直流）コンバータ等の電圧変換部を設け、燃料電池から負荷への電力供給と、蓄電装置から負荷への電力供給を制御する。   Conventionally, a fuel cell system provided with a power storage device and functioning as a hybrid power source has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 4 below). In these systems, a voltage converter such as a DCDC (direct current direct current) converter is provided between the fuel cell and the load, and between the power storage device and the load, so that power is supplied from the fuel cell to the load, and the load from the power storage device. Control the power supply to.

しかし、従来の技術では、必ずしも、燃料電池の高電圧状態を維持したいという要求と、燃料電池システム全体の損失を極力低減したいという要求に対して、両立が図られていなかった。   However, the conventional technology has not always achieved both the demand for maintaining the high voltage state of the fuel cell and the demand for reducing the loss of the entire fuel cell system as much as possible.

すなわち、従来のシステムでは、負荷に供給する電力を燃料電池から取り出すとき、昇圧を必要とする場合に備えてＤＣＤＣコンバータ等の電圧変換部を通す構成となっている。このため、電圧変換部による損失がシステム全体の効率に与える影響を無視できない場合があった。例えばＤＣＤＣコンバータ等の電圧変換部では、パルス幅変調により通過電力を制御するものがある。このような電圧変換部で、パルスのデューティ比を１００％（通過が１００％）に設定しても、電圧変換ロスをなくすことはできない。   That is, in the conventional system, when the power supplied to the load is taken out from the fuel cell, a voltage conversion unit such as a DCDC converter is passed in preparation for a case where boosting is required. For this reason, the influence which the loss by a voltage conversion part has on the efficiency of the whole system may not be disregarded. For example, some voltage converters such as DCDC converters control the passing power by pulse width modulation. With such a voltage converter, even if the duty ratio of the pulse is set to 100% (passage is 100%), the voltage conversion loss cannot be eliminated.

特に、燃料電池からの電力取り出し用、蓄電装置への電力蓄積・取り出し用にＤＣＤＣコンバータを備えた構成では、燃料電池からの出力時と、蓄電装置への蓄積時と、蓄電装置からの出力時のそれぞれの時点で電圧変換による損失が発生する。さらには、蓄電装置での充放電損失も避けられない。   In particular, in a configuration provided with a DCDC converter for taking out electric power from the fuel cell and for accumulating and taking out electric power from the power storage device, when outputting from the fuel cell, when storing in the power storage device, and when outputting from the power storage device At each point of time, loss due to voltage conversion occurs. Furthermore, a charge / discharge loss in the power storage device is unavoidable.

改めて、負荷の消費電力低減の側面からみると、負荷の高効率化やシステム構成部品の小型化等のための、システムの高電圧化の要求はやはり高い。一方で、燃料電池や蓄電装置そのものの小型化の要求もあり、両者は互いに背反するものである。このようなシステム電圧の問題を解消すべく上記電圧変換部が有用となるが、やはりこの電圧変換部における電力損失の問題は重大である。
特開２００５−３４８５３０号公報 特開２０００−３６３０８号公報 特開平６−３２５７７４号公報 特開２００３−２０８９１３号公報 Again, from the viewpoint of reducing the power consumption of the load, there is still a high demand for a higher system voltage in order to increase the load efficiency and reduce the size of system components. On the other hand, there is a demand for miniaturization of the fuel cell and the power storage device itself, which are mutually contradictory. The voltage converter is useful to solve such a system voltage problem, but the problem of power loss in the voltage converter is also serious.
JP 2005-348530 A JP 2000-36308 A JP-A-6-325774 JP 2003-208913 A

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされた。本発明の目的は、燃料電池の高電圧状態を維持したいという要求と、燃料電池システム全体の損失を極力低減したいという要求とを両立させる技術を提供することである。   The present invention has been made to solve such problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a technique that satisfies both a demand for maintaining a high voltage state of a fuel cell and a demand for reducing the loss of the entire fuel cell system as much as possible.

本発明においては、上記課題を解決するために、燃料電池システムにおいて燃料電池本体側と蓄電装置側にそれぞれ電圧変換部を対応させるとともに、負荷への電力供給を含む当該燃料電池システム内での電力授受において、電圧変換部をバイパスして供給先に対して電力を供給することを必要に応じて可能とした。これにより、燃料電池システムの高電
圧化と、電圧変換部による電力損失の可及的回避の両立を図る。 In the present invention, in order to solve the above problem, in the fuel cell system, the voltage conversion unit is associated with each of the fuel cell main body side and the power storage device side, and the power in the fuel cell system including power supply to the load is included. In the transfer, it is possible to supply power to the supply destination by bypassing the voltage converter as required. As a result, both higher voltage of the fuel cell system and avoidance of power loss by the voltage converter as much as possible are achieved.

そこで、より具体的には、本発明は、負荷に電力を供給する燃料電池本体と、前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、前記蓄電装置に入力される電圧および該蓄電装置から出力される電圧のうち少なくとも一方の電圧を変換する第１電圧変換部と、前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、前記燃料電池本体、前記蓄電装置および前記負荷の間で行われる電力授受において、前記第１電圧変換部と前記第２電圧変換部のうち少なくとも一方をバイパスして該電力授受を可能とするバイパス回路と、前記負荷の状態に応じて、前記バイパス回路を介して行われる電力授受を制御する制御部と、を備える燃料電池システムである。   Therefore, more specifically, the present invention relates to a fuel cell main body that supplies electric power to a load, a power storage device that stores power exchanged between the load and the fuel cell main body, and an input to the power storage device. A first voltage converter that converts at least one of a voltage output from the power storage device and a voltage output from the power storage device, a second voltage converter that converts a voltage output from the fuel cell main body, and the fuel cell main body In the power transfer between the power storage device and the load, a bypass circuit that bypasses at least one of the first voltage converter and the second voltage converter and enables the power transfer, and the load And a control unit that controls power transfer performed via the bypass circuit according to the state of the fuel cell system.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池本体に対応する電圧変換部として第２電圧変換部が設定され、蓄電装置に対応する電圧変換部として第１電圧変換部が設定される。これらの電圧変換部により、燃料電池の出力電力の電圧や、蓄電装置への入力電力の電圧および該蓄電装置からの出力電力の電圧のうち少なくとも一方の電圧が適宜変換され、燃料電池本体と蓄電装置と負荷との間で該燃料電池システムとして必要な負荷の制御のための電力授受が行われる。   In the fuel cell system according to the present invention, the second voltage conversion unit is set as the voltage conversion unit corresponding to the fuel cell main body, and the first voltage conversion unit is set as the voltage conversion unit corresponding to the power storage device. These voltage converters appropriately convert at least one of the voltage of the output power of the fuel cell, the voltage of the input power to the power storage device, and the voltage of the output power from the power storage device. Electric power is transferred between the apparatus and the load for controlling the load necessary for the fuel cell system.

ここで、上記燃料電池システムの特徴点は、上述した第１電圧変換部と第２電圧変換部を介して行われる電力授受に加えて、更にバイパス回路を介した電力授受を行うことができる点である。このバイパス回路は、授受される電力が第１電圧変換部又は第２電圧変換部を経ることなく供給先へと供給されることを可能とするバイパスである。この電力のバイパスは、制御部によって負荷の状態に基づいて制御される。即ち、負荷の状態が各電圧変換部によって変換される必要が無い場合には、制御部によってその電圧変換部をバイパスさせることで、当該電圧変換部で生じる電力損失を回避することが可能となる。   Here, the feature of the fuel cell system is that, in addition to the power exchange performed via the first voltage converter and the second voltage converter described above, power can be exchanged via a bypass circuit. It is. This bypass circuit is a bypass that enables power to be transferred to be supplied to a supply destination without passing through the first voltage conversion unit or the second voltage conversion unit. This power bypass is controlled by the controller based on the state of the load. That is, when the load state does not need to be converted by each voltage conversion unit, the control unit bypasses the voltage conversion unit, thereby making it possible to avoid power loss that occurs in the voltage conversion unit. .

ここで、本発明は前記課題を解決するために、以下の手段も採用する。すなわち、本発明は、負荷に電力を供給する燃料電池本体と、前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、前記負荷と蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、前記負荷と燃料電池本体との間に設けられ、前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を前記負荷に供給するバイパス回路と、前記燃料電池本体の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記バイパス回路によって前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を負荷に供給し、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なくとも一方で昇圧することにより負荷に供給する電圧を制御する、制御部と、を備える燃料電池システムである。   Here, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention also adopts the following means. That is, the present invention is provided between the load and the power storage device, a fuel cell main body that supplies power to the load, a power storage device that stores power exchanged between the load and the fuel cell main body, A first voltage conversion unit that converts a voltage that is input to and output from the power storage device; and a second voltage conversion unit that is provided between the load and the fuel cell main body and converts a voltage output from the fuel cell main body. A bypass circuit that bypasses the second voltage converter and supplies the power of the fuel cell body to the load, and an output voltage of the fuel cell body exceeds a reference value that is specified according to the state of the load The bypass circuit bypasses the second voltage conversion unit to supply power of the fuel cell body to a load, and when the output voltage of the fuel cell body is less than the reference value, the first voltage conversion unit and the front Controlling the voltage supplied to the load by boosting at least one of the second voltage converter is a fuel cell system comprising a control unit.

本発明によれば、燃料電池本体の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記バイパス回路によって第２電圧変換部をバイパスして燃料電池本体の電力を負荷に供給する。したがって、この場合には、第２電圧変換部による電力損失を回避して、燃料電池本体から負荷に電力を供給できる。   According to the present invention, when the output voltage of the fuel cell main body exceeds the reference value specified according to the state of the load, the bypass circuit bypasses the second voltage conversion unit and uses the power of the fuel cell main body as a load. Supply. Therefore, in this case, power loss due to the second voltage conversion unit can be avoided and power can be supplied from the fuel cell main body to the load.

一方、燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なくとも一方で昇圧することにより負荷に供給する電圧を制御すればよい。すなわち、昇圧の必要がある場合には第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なくとも一方で昇圧すればよい。このような構成によって、燃料電池本体または蓄電装置のいずれか一方（都合がよい方）から、あるいは、その双方から負荷に電力を供給できる。   On the other hand, when the output voltage of the fuel cell main body is less than the reference value, the voltage supplied to the load may be controlled by boosting at least one of the first voltage converter and the second voltage converter. That is, when it is necessary to boost, it is sufficient to boost at least one of the first voltage converter and the second voltage converter. With such a configuration, power can be supplied to the load from either the fuel cell main body or the power storage device (whichever is convenient) or from both.

前記制御部は、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値を超えるときには、さらに、前記第１電圧変換部によって前記負荷に加えられる電圧を制御するようにしてもよい。すなわち、第２電圧変換部をバイパスする場合でも、第１電圧変換部に変換された電圧で、負荷に加えられる電圧、すなわち、燃料電池本体の出力電圧を制御すればよい。このような構成によって、燃料電池本体の発電状態を制御できる。   The controller may further control the voltage applied to the load by the first voltage converter when the output voltage of the fuel cell main body exceeds the reference value. That is, even when the second voltage converter is bypassed, the voltage applied to the load, that is, the output voltage of the fuel cell main body may be controlled by the voltage converted to the first voltage converter. With such a configuration, the power generation state of the fuel cell main body can be controlled.

前記負荷は電動機であり、前記電動機の回転数を検出する回転数センサをさらに備え、前記制御部は、電動機の異なる回転数に応じて前記基準値を記憶した記憶手段を有し、前記回転数センサによって検出された回転数から前記記憶手段を参照して前記基準値を特定するようにしてもよい。このような基準値としては、例えば、電動機が含まれる場合の電動機の逆起電力がある。   The load is an electric motor, and further includes a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the electric motor, and the control unit includes storage means that stores the reference value according to different rotational speeds of the electric motor, and the rotational speed The reference value may be specified by referring to the storage means from the rotation speed detected by the sensor. As such a reference value, for example, there is a counter electromotive force of the motor when the motor is included.

ここで、本発明は前記課題を解決するために、以下のように構成されてもよい。すなわち、本発明は、負荷に電力を供給する燃料電池本体と、前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、前記第１電圧変換部、前記第２電圧変換部および前記負荷と接続し、前記燃料電池本体、前記蓄電装置および前記負荷との間で電力授受を可能とする電力供給回路と、前記燃料電池本体と前記蓄電装置との間の電力授受において、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部のうち少なくとも該第１電圧変換部をバイパスして、該電力授受を可能とするバイパス回路と、前記負荷の状態に応じて、前記バイパス回路を介した前記燃料電池本体から前記蓄電装置への電力授受を制御する制御部と、を備える燃料電池システムである。   Here, in order to solve the above-described problems, the present invention may be configured as follows. That is, the present invention converts a fuel cell main body that supplies power to a load, a power storage device that stores power exchanged between the load and the fuel cell main body, and a voltage that is input to and output from the power storage device. A first voltage conversion unit; a second voltage conversion unit that converts a voltage output from the fuel cell main body; and the first voltage conversion unit, the second voltage conversion unit, and the load; In the power supply circuit that enables power transmission / reception between the power storage device and the load, and in power transmission / reception between the fuel cell main body and the power storage device, the first voltage conversion unit and the second voltage conversion A bypass circuit that bypasses at least the first voltage conversion unit of the unit and enables the power transfer, and depending on the state of the load, from the fuel cell main body to the power storage device via the bypass circuit Power transfer A control unit for controlling a fuel cell system comprising a.

上記電力供給回路は、第１電圧変換部と第２電圧変換部と負荷とを電気的に接続することで、燃料電池本体、蓄電装置、負荷の間の電力授受を可能とするものである。ここで、燃料電池本体で発電された電力を蓄電装置に供給し、そこで蓄電しようとする場合、第１電圧変換部と第２電圧変換部が蓄電装置と燃料電池本体にそれぞれ対応して設けられているため、それぞれの電圧変換部での電力損失に晒されることになる。そこで、上記燃料電池システムでは、バイパス回路による供給電力のバイパスが行われる。即ち、制御部によって、負荷の状態に基づいた電力供給が行われる。これにより、燃料電池本体から蓄電装置へ電力が供給される際には、少なくとも第１電圧変換部がバイパスされて電力が供給されるため、電力損失を可及的に抑えることができる。尚、第２電圧変換部がバイパスされないときは、当該第２電圧変換部による電圧の変換（昇圧）が可能であるため、これにより燃料電池本体から蓄電装置への電力供給をより確実に行うことができる。   The power supply circuit electrically connects the first voltage conversion unit, the second voltage conversion unit, and the load, thereby enabling power transfer between the fuel cell main body, the power storage device, and the load. Here, when the electric power generated by the fuel cell main body is supplied to the power storage device and is to be stored there, the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit are provided corresponding to the power storage device and the fuel cell main body, respectively. Therefore, it is exposed to power loss in each voltage converter. Thus, in the fuel cell system, supply power is bypassed by a bypass circuit. That is, the control unit supplies power based on the load state. Thus, when power is supplied from the fuel cell main body to the power storage device, at least the first voltage conversion unit is bypassed and power is supplied, so that power loss can be suppressed as much as possible. When the second voltage conversion unit is not bypassed, voltage conversion (boost) by the second voltage conversion unit is possible, thereby more reliably supplying power from the fuel cell body to the power storage device. Can do.

上記の燃料電池システムにおいて、前記バイパス回路は、前記燃料電池本体と前記蓄電装置との間の電力授受において、前記第１電圧変換部に加えて前記第２電圧変換部もバイパスして該電力授受を可能とし、そして、前記制御部によって前記バイパス回路を介した電力授受が可能とされた状態では、前記燃料電池本体側の電圧は、前記蓄電装置側の電圧よりも高く設定されるようにしてもよい。このようにバイパス回路による電力のバイパスを制御することで、燃料電池本体による蓄電装置の充電の際には、第１電圧変換部と第２電圧変換部の両方がバイパスされて電力が供給されるため、電力損失をより確実に抑えることができる。また、このとき前記燃料電池本体側の電圧は、前記蓄電装置側の電圧よりも高く設定されることで、燃料電池本体から蓄電装置への電力供給が安定的に行われる。   In the fuel cell system, the bypass circuit bypasses the second voltage conversion unit in addition to the first voltage conversion unit in the power transfer between the fuel cell main body and the power storage device. In the state where power can be exchanged via the bypass circuit by the control unit, the voltage on the fuel cell main body side is set higher than the voltage on the power storage device side. Also good. By controlling the bypass of power by the bypass circuit in this way, when the power storage device is charged by the fuel cell main body, both the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit are bypassed and power is supplied. Therefore, power loss can be more reliably suppressed. At this time, the voltage on the fuel cell main body side is set higher than the voltage on the power storage device side, so that power supply from the fuel cell main body to the power storage device is stably performed.

また、上述までの燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記負荷から電力の供給要求が無いとき、前記バイパス回路を介して前記燃料電池本体によって発電された電力を前記蓄電装置に供給するようにしてもよい。即ち、燃料電池本体で発電された電力を負荷に供給する必要が無い場合に、その発電電力を、上記バイパス回路を介して蓄電装置に供給する。このようにすることで、負荷の電力消費に影響されること無く、蓄電装置への電
力供給が達成され得る。 In the fuel cell system described above, the control unit supplies power generated by the fuel cell body to the power storage device via the bypass circuit when there is no power supply request from the load. May be. That is, when it is not necessary to supply the power generated by the fuel cell main body to the load, the generated power is supplied to the power storage device via the bypass circuit. In this way, power supply to the power storage device can be achieved without being affected by the power consumption of the load.

また、上記の制御部による電力のバイパスに代えて以下の電力バイパスを行ってもよい。即ち、前記制御部は、前記負荷から電力の供給要求があるとき、前記燃料電池本体によって発電された電力の一部を、前記第２電圧変換部を介して該負荷に供給するとともに、前記発電電力の残りを、前記バイパス回路を介さずに前記第１電圧変換部と前記第２電圧変換部とを介して前記蓄電装置に供給する。このようにすることで、負荷からの電力要求を満たす電力を燃料電池本体から供給し、更に電力に余力がある場合には、その残余部分を蓄電装置に供給することになり、以て蓄電装置への電力供給を理由として負荷の運転状態を妨げる虞がなくなる。   The following power bypass may be performed instead of the power bypass by the control unit. That is, when there is a power supply request from the load, the control unit supplies a part of the power generated by the fuel cell main body to the load via the second voltage conversion unit, and the power generation The remainder of the power is supplied to the power storage device via the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit without passing through the bypass circuit. In this way, power that satisfies the power requirement from the load is supplied from the fuel cell main body, and when there is power remaining, the remaining portion is supplied to the power storage device. There is no possibility of disturbing the operating state of the load due to the power supply to the load.

ここで、本発明は、上記課題を解決するために、以下のようにも構成される。即ち、本発明は、回生電力を発生可能な負荷に電力を供給する燃料電池本体と、前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、前記負荷と蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、前記負荷と並列に接続される静電容量素子と、前記負荷から回収可能な回生電力を予測する予測計算部と、前記予測された回収可能な回生電力と前記静電容量素子の現在の充電状態とに基づいて、前記静電量素子に充電すべき充電量と前記蓄電装置に充電すべき充電量の割合を設定し、その割合にしたがって、前記第１電圧変換部を通じて前記蓄電装置に充電される充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もよい。   Here, in order to solve the above-described problems, the present invention is also configured as follows. That is, the present invention includes a fuel cell main body that supplies power to a load capable of generating regenerative power, a power storage device that stores power transferred between the load and the fuel cell main body, and the load and power storage device. A first voltage converter that converts a voltage input to and output from the power storage device, a capacitive element connected in parallel with the load, and a regenerative power that can be recovered from the load A charge amount to be charged to the electrostatic capacitance element and a charge amount to be charged to the power storage device based on the prediction calculation unit, the predicted regenerative power that can be collected and the current charge state of the capacitance element And a control unit that controls a charge amount charged in the power storage device through the first voltage conversion unit according to the ratio.

本発明によれば、予測された回収可能な回生電力と静電容量素子の現在の充電状態とに基づいて、静電容量素子に充電される充電量と、蓄電装置に充電される充電量とが制御される。したがって、回収可能な回生電力が静電容量素子の定格容量より多い場合には、優先して蓄電装置に充電すればよい。これによって、回収総量を極力多くすることができる。   According to the present invention, based on the predicted recoverable regenerative power and the current charge state of the capacitive element, the charge amount charged in the capacitive element, and the charge amount charged in the power storage device Is controlled. Therefore, when the regenerative power that can be recovered is larger than the rated capacity of the capacitive element, the power storage device may be preferentially charged. As a result, the total recovery amount can be increased as much as possible.

一方、回収可能な回生電力が静電容量素子の定格容量より少ない場合には、優先して静電容量素子に充電すればよい。これによって、少ない回生エネルギを効率的に回収することができる。   On the other hand, if the regenerative power that can be recovered is less than the rated capacity of the capacitive element, the capacitive element may be charged with priority. Thereby, a small amount of regenerative energy can be efficiently recovered.

前記負荷は、車両に搭載された電動機であり、前記車両の速度を検出可能な速度センサをさらに備え、前記予測計算部は、前記車両の速度による運動エネルギに応じて前記回収可能な回生電力を予測するようにしてもよい。すなわち、車両の搭載されたシステムでは、車両の速度から回生電力の回収エネルギ総量を見積もることができる。   The load is an electric motor mounted on a vehicle, and further includes a speed sensor capable of detecting the speed of the vehicle, and the prediction calculation unit generates the regenerative power that can be recovered according to kinetic energy according to the speed of the vehicle. You may make it predict. That is, in the system in which the vehicle is mounted, the total amount of recovered energy of regenerative power can be estimated from the speed of the vehicle.

前記制御部は、前記予測された回生電力を前記静電容量素子に充電した場合の蓄積電荷による電圧と前記静電容量素子の定格電圧との差分で決定される容量余裕値が所定の許容値を超えて確保できる場合には前記容量素子を充電し、容量余裕値が前記許容値を超えて確保できない場合には、前記第１電圧変換部を通じて、前記回生電力のうち前記容量余裕値に応じて決定される少なくとも一部の電力を前記蓄電装置に充電するようにすればよい。このような手順によって、現在の静電容量素子の状態と、回生電力との予測値とから、きめ細かな制御を実現し、回収総量の確保と、燃料効率の向上とを達成できる。   The control unit is configured such that a capacity margin value determined by a difference between a voltage due to accumulated charge when the capacitance element is charged with the predicted regenerative power and a rated voltage of the capacitance element is a predetermined allowable value. If the capacity margin value cannot be secured exceeding the allowable value, the capacity element is charged according to the capacity margin value of the regenerative power through the first voltage converter. The power storage device may be charged with at least part of the electric power determined in this manner. By such a procedure, fine control can be realized from the current state of the capacitive element and the predicted value of the regenerative electric power, ensuring the total amount of recovery and improving the fuel efficiency.

本燃料電池システムは、前記負荷と燃料電池本体との間に設けられる第２電圧変換部と、前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を前記負荷に供給するバイパス回路とをさらに備え、前記制御部は、前記燃料電池本体の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記バイパス回路によって前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を負荷に供給し、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部の少なく
とも一方で昇圧することにより負荷に供給する電圧を制御するようにしてもよい。このような構成により、燃料電池本体、静電容量素子、および蓄電装置のいずれか１以上から、効率のよいものを優先して、負荷に電力を供給できる。 The fuel cell system includes a second voltage converter provided between the load and the fuel cell main body, and a bypass circuit that bypasses the second voltage converter and supplies electric power of the fuel cell main body to the load. When the output voltage of the fuel cell main body exceeds a reference value specified according to the state of the load, the control unit bypasses the second voltage conversion unit by the bypass circuit, and the fuel cell Voltage supplied to the load by supplying power of the main body to the load and boosting at least one of the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit when the output voltage of the fuel cell main body is less than the reference value May be controlled. With such a configuration, it is possible to supply power to the load by giving priority to an efficient one from one or more of the fuel cell main body, the capacitive element, and the power storage device.

本発明によれば、燃料電池の高電圧状態を維持したいという要求と、燃料電池システム全体の損失を極力低減したいという要求とを両立させることができる。   According to the present invention, it is possible to satisfy both a request for maintaining the high voltage state of the fuel cell and a request for reducing the loss of the entire fuel cell system as much as possible.

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る燃料電池システムについて説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成には限定されない。   Hereinafter, a fuel cell system according to the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. The configuration of the following embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

《第１実施形態》
図１から図６の図面に基づいて本発明の第１実施形態に係る燃料電池を説明する。 << First Embodiment >>
A fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

＜システム構成＞
図１は、本燃料電池システムのシステム構成図である。図１のように、本燃料電池システムは、負荷６に電力を供給する燃料電池３と、負荷６と燃料電池３との間で授受される電力を一時的に蓄積する二次電池５と、負荷６と二次電池５との間に設けられる第１ＤＣＤＣコンバータ１と、負荷６と燃料電池３との間に設けられ、燃料電池３の出力電圧を変換して負荷に供給する第２ＤＣＤＣコンバータ２と、燃料電池３の出力電流を測定する電流センサ８と、負荷６の端子間の電圧を測定する電圧センサ７と、負荷６に含まれるモータの回転数を検出する回転数センサ１５と、燃料電池システムを制御するＥＣＵ（電子制御ユニット、本発明の制御部に相当）１０とを備えている。 <System configuration>
FIG. 1 is a system configuration diagram of the fuel cell system. As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 3 that supplies electric power to a load 6, a secondary battery 5 that temporarily stores electric power exchanged between the load 6 and the fuel cell 3, A first DCDC converter 1 provided between the load 6 and the secondary battery 5, and a second DCDC converter 2 provided between the load 6 and the fuel cell 3 for converting the output voltage of the fuel cell 3 and supplying the converted voltage to the load. A current sensor 8 that measures the output current of the fuel cell 3, a voltage sensor 7 that measures the voltage between the terminals of the load 6, a rotational speed sensor 15 that detects the rotational speed of a motor included in the load 6, and a fuel ECU (electronic control unit, equivalent to the control part of this invention) 10 which controls a battery system is provided.

燃料電池３は、燃料電池本体ともいい、セルスタックを含む。燃料電池３は、発電した電力を図１の＋と−の記号で示されている出力端子から出力する。   The fuel cell 3 is also called a fuel cell main body and includes a cell stack. The fuel cell 3 outputs the generated power from output terminals indicated by + and − symbols in FIG.

第１ＤＣＤＣコンバータ１（本発明の第１電圧変換部に相当）および第２ＤＣＤＣコンバータ２（本発明の第２電圧変換部に相当）は、ともに、２対の端子を有しており、一方の端子間に入力された電圧を変換して他方の端子間に出力する。第１ＤＣＤＣコンバータ１および第２ＤＣＤＣコンバータ２の構成そのものは一般的なものである。これらは、例えば、トランジスタをブリッジで形成したスイッチング回路と、インダクタンス素子とを含み、入力側の直流の電力を交流に変換し、インダクタンス素子によって電圧を変更し、整流して出力側に出力する。ブリッジとしては、ハーフブリッジ方式あるいはフルブリッジ方式のものが通常使用される。   The first DCDC converter 1 (corresponding to the first voltage converter of the present invention) and the second DCDC converter 2 (corresponding to the second voltage converter of the present invention) both have two pairs of terminals, one terminal The voltage input in between is converted and output between the other terminals. The configurations of the first DCDC converter 1 and the second DCDC converter 2 are general. These include, for example, a switching circuit in which a transistor is formed as a bridge, and an inductance element. The DC power on the input side is converted to AC, the voltage is changed by the inductance element, rectified, and output to the output side. As the bridge, a half bridge type or a full bridge type is usually used.

負荷６は、本実施形態では、モータ（本発明の電動機に相当）である。モータが交流モータの場合には、インバータによって直流の電力が交流に変換されてモータに投入される。交流モータでは、投入された電力にて作動したときに、電源端子間（例えば、界磁巻線の端子間）に、投入された電圧に対して逆方向に働く起電力が発生する。   In the present embodiment, the load 6 is a motor (corresponding to the electric motor of the present invention). When the motor is an AC motor, DC power is converted into AC by an inverter and is input to the motor. In an AC motor, when operated with supplied electric power, an electromotive force that works in the opposite direction to the supplied voltage is generated between power supply terminals (for example, between terminals of a field winding).

燃料電池３から供給される電圧、または、二次電池５から供給される電圧がこの逆起電力より高い場合には、負荷６に電力が供給されることになる。ただし、モータの回転数の増加とともに、逆起電力は次第に高くなる。第２ＤＣＤＣコンバータ２は、負荷６の逆起電力が、燃料電池３の出力電圧よりも高くなった場合に、燃料電池３の出力電圧を上昇させ、負荷６の逆起電力よりも高く制御する役割を有する。したがって、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって、燃料電池３から負荷６への電力供給が維持されることになる。   When the voltage supplied from the fuel cell 3 or the voltage supplied from the secondary battery 5 is higher than the counter electromotive force, electric power is supplied to the load 6. However, the counter electromotive force gradually increases as the number of rotations of the motor increases. The second DCDC converter 2 is configured to increase the output voltage of the fuel cell 3 and control it higher than the back electromotive force of the load 6 when the back electromotive force of the load 6 becomes higher than the output voltage of the fuel cell 3. Have Therefore, the power supply from the fuel cell 3 to the load 6 is maintained by the second DCDC converter 2.

一方、燃料電池３の出力電圧が、負荷６の逆起電力より高い場合には、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって燃料電池３の出力電圧を上昇させる必要はない。そこで、本燃料電池システムでは、第２ＤＣＤＣコンバータ２をバイパスして燃料電池３の電力を負荷６に投入できるようにダイオード４（本発明のバイパス回路に相当）が設けられている。すなわち、燃料電池３の出力電圧が、負荷６の逆起電力より高い場合には、ダイオード４を通じて、負荷６に電力が供給される。ただし、燃料電池３の出力電圧が、負荷６の逆起電力より低くなると、ダイオード４は遮断する。   On the other hand, when the output voltage of the fuel cell 3 is higher than the back electromotive force of the load 6, it is not necessary to increase the output voltage of the fuel cell 3 by the second DCDC converter 2. Therefore, in the present fuel cell system, a diode 4 (corresponding to a bypass circuit of the present invention) is provided so that the second DCDC converter 2 can be bypassed and the electric power of the fuel cell 3 can be input to the load 6. That is, when the output voltage of the fuel cell 3 is higher than the back electromotive force of the load 6, power is supplied to the load 6 through the diode 4. However, when the output voltage of the fuel cell 3 becomes lower than the back electromotive force of the load 6, the diode 4 is cut off.

なお、負荷６に含まれるモータの回転数は、回転数センサ１５からＥＣＵ１０の不図示のインターフェースに報告される。回転数センサ１５は、１回転ごとにパルスを発生する方式（例えば、永久磁石の回転をピックアップで検知する方式）で構成すればよい。   The rotation speed of the motor included in the load 6 is reported from the rotation speed sensor 15 to an interface (not shown) of the ECU 10. The rotation speed sensor 15 may be configured by a system that generates a pulse for each rotation (for example, a system that detects the rotation of a permanent magnet with a pickup).

二次電池５（本発明の蓄電装置に相当）は、充放電可能なバッテリである。このような構成において、ＥＣＵ１０は、電流センサ８、電圧センサ７、および回転数センサ１５等を監視するとともに、第１ＤＣＤＣコンバータ１、第２ＤＣＤＣコンバータ２等を制御する。第１ＤＣＤＣコンバータ１は、ダイオード４を通じた燃料電池３の出力電圧を制御する。出力電圧を制御された燃料電池３は、燃料電池３が有する電流電圧特性にしたがって、電流を出力し、これにより、燃料電池３の反応状態が制御される。   The secondary battery 5 (corresponding to the power storage device of the present invention) is a chargeable / dischargeable battery. In such a configuration, the ECU 10 monitors the current sensor 8, the voltage sensor 7, the rotation speed sensor 15, and the like, and controls the first DCDC converter 1, the second DCDC converter 2, and the like. The first DCDC converter 1 controls the output voltage of the fuel cell 3 through the diode 4. The fuel cell 3 whose output voltage is controlled outputs a current according to the current-voltage characteristic of the fuel cell 3, thereby controlling the reaction state of the fuel cell 3.

図２に、燃料電池出力と負荷電圧との関係を示す。図２は、図１の燃料電池３から出力される電流（電流センサ８で検出される電流）と、負荷６の端子電圧（電圧センサ７の検出電圧）との関係を示している。図２では、電流センサ８で検出される電流は、「燃料電池出力電流」として横軸に示されている。また、電圧センサ７で検出される電圧は、「負荷電圧」として縦軸に示されている。   FIG. 2 shows the relationship between the fuel cell output and the load voltage. FIG. 2 shows the relationship between the current output from the fuel cell 3 of FIG. 1 (current detected by the current sensor 8) and the terminal voltage of the load 6 (detected voltage of the voltage sensor 7). In FIG. 2, the current detected by the current sensor 8 is indicated on the horizontal axis as “fuel cell output current”. The voltage detected by the voltage sensor 7 is indicated as “load voltage” on the vertical axis.

図２のように、燃料電池出力電流と負荷電圧の関係は、２つの交差する特性曲線によって構成されている。符号１０１で示した曲線は、燃料電池３の電流電圧特性であり、電流の増加とともに電圧が単調に減少する。符号１０２で示した曲線は、負荷６に含まれるモータの逆起電力を示す特性曲線であり、出力電流の増加ともに、増加する傾向にある。   As shown in FIG. 2, the relationship between the fuel cell output current and the load voltage is constituted by two intersecting characteristic curves. A curve denoted by reference numeral 101 is a current-voltage characteristic of the fuel cell 3, and the voltage monotonously decreases as the current increases. A curve denoted by reference numeral 102 is a characteristic curve indicating the counter electromotive force of the motor included in the load 6 and tends to increase as the output current increases.

なお、図２では、特定の回転数に固定して、負荷６の逆起電力（本発明の基準値に相当）を示している。したがって、例えば、回転数をより高い状態で使用した場合には、符号１０２の曲線は、左側（同一の燃料電池出力電流に対して、逆起電力が高くなる方向）に移動する。また、回転数をより低い状態で使用した場合には、符号１０２の曲線は、右側（同一の燃料電池出力電流に対して、逆起電力が低くなる方向）に移動する。   In FIG. 2, the counter electromotive force (corresponding to the reference value of the present invention) of the load 6 is shown while being fixed at a specific rotational speed. Therefore, for example, when the rotational speed is used in a higher state, the curve denoted by reference numeral 102 moves to the left (in the direction in which the counter electromotive force increases with respect to the same fuel cell output current). When the engine is used at a lower rotational speed, the curve denoted by reference numeral 102 moves to the right (in the direction in which the counter electromotive force decreases with respect to the same fuel cell output current).

また、より大きな励磁電流で駆動可能としモータを大型化した場合には、同一の回転数において、逆起電力が小さくなる。したがって、そのようなモータの場合には、符号１０２の曲線は、右側に移動する。一方、モータを相対的に小型化した場合には、同一の回転数において、逆起電力が大きくなる。したがって、そのようなモータの場合には、符号１０２の曲線は、左側に移動する。   Further, when the motor can be driven with a larger excitation current and the motor is enlarged, the back electromotive force is reduced at the same rotational speed. Therefore, in the case of such a motor, the curve 102 is moved to the right. On the other hand, when the motor is relatively miniaturized, the back electromotive force increases at the same rotational speed. Therefore, in the case of such a motor, the curve of reference numeral 102 moves to the left.

燃料電池の電流電圧特性（符号１０１の曲線）と、モータの逆起電力（符号１０２の曲線）とが交差する位置ＩＢより、燃料電池出力電流が小さい領域（図２で、制御モード（１）と記載）では、燃料電池出力電圧は、モータの逆起電力より高い。このため、この領域では、燃料電池３で発電された電力は、第２ＤＣＤＣコンバータ２を介さず、ダイオード４を介して、負荷６に供給される。このとき、燃料電池３の出力電圧自体は、第１ＤＣＤＣコンバータ１が負荷に加える電圧によって制御される。   The region where the fuel cell output current is smaller than the position IB where the current-voltage characteristic of the fuel cell (curve 101) and the counter electromotive force (curve 102) of the motor intersect (control mode (1) in FIG. 2) The fuel cell output voltage is higher than the back electromotive force of the motor. Therefore, in this region, the electric power generated by the fuel cell 3 is supplied to the load 6 via the diode 4 without passing through the second DCDC converter 2. At this time, the output voltage itself of the fuel cell 3 is controlled by the voltage applied to the load by the first DCDC converter 1.

一方、燃料電池３の電流電圧特性と、モータの逆起電力とが交差する位置ＩＢより、燃
料電池出力電流が大きい領域（図２で、制御モード（２）と記載）では、燃料電池出力電圧は、モータの逆起電力より低い。この領域では、ダイオード４は、遮断状態となる。そのため、本燃料電池システムでは、第２ＤＣＤＣコンバータ２が燃料電池の出力電圧をモータの逆起電力より大きくなるまで昇圧し、負荷６に供給する。 On the other hand, in the region where the fuel cell output current is larger than the position IB where the current-voltage characteristic of the fuel cell 3 and the back electromotive force of the motor intersect (described as control mode (2) in FIG. 2), the fuel cell output voltage. Is lower than the back electromotive force of the motor. In this region, the diode 4 is cut off. Therefore, in this fuel cell system, the second DCDC converter 2 boosts the output voltage of the fuel cell until it becomes larger than the back electromotive force of the motor, and supplies it to the load 6.

その場合に、燃料電池３の発電状態に応じて、必要により二次電池５からも負荷６に電力を供給する。例えば、急加速等によって要求負荷電力が増大した場合で、燃料電池３でのガスの供給が追いつかないような場合には、第１ＤＣＤＣコンバータ１での変換する電圧を制御し、二次電池５からも負荷６に電力を供給すればよい。   In that case, depending on the power generation state of the fuel cell 3, the secondary battery 5 also supplies power to the load 6 as necessary. For example, when the required load power increases due to rapid acceleration or the like and the gas supply in the fuel cell 3 cannot catch up, the voltage to be converted in the first DCDC converter 1 is controlled, and the secondary battery 5 Also, power may be supplied to the load 6.

燃料電池３を車両に搭載した場合、大半の使用状態は、図２の制御モード（１）の領域である（図２に常用域と明示）。そして、一時的に負荷６での消費電力が増加し、燃料電池出力電流が増加する場合があり、その場合に、第２ＤＣＤＣコンバータ２での昇圧が必要となる。   When the fuel cell 3 is mounted on a vehicle, most of the use state is the region of the control mode (1) in FIG. 2 (expressed as the normal region in FIG. 2). Then, the power consumption at the load 6 temporarily increases and the fuel cell output current may increase. In such a case, boosting by the second DCDC converter 2 is required.

したがって、ダイオード４がない場合には、大半の運転時間において、第２ＤＣＤＣコンバータ２による昇圧の必要がないにも拘わらず、第２ＤＣＤＣコンバータ２を通じて、電力を負荷６に供給する必要があり、第２ＤＣＤＣコンバータ２でのスイッチングによる損失が無視できない。図１の構成では、大半の運転時間において、そのような第２ＤＣＤＣコンバータ２でのスイッチングによる損失を抑制できる。   Therefore, in the absence of the diode 4, it is necessary to supply power to the load 6 through the second DCDC converter 2 in spite of the fact that there is no need for boosting by the second DCDC converter 2 during most of the operation time. Loss due to switching in the converter 2 cannot be ignored. In the configuration of FIG. 1, such loss due to switching in the second DCDC converter 2 can be suppressed during most of the operation time.

＜処理フロー＞
図３に、本燃料電池システムにおける制御の処理フローを示す。この処理は、図１に示したＥＣＵ１０にて、メモリ上に展開された制御プログラムを実行することで実現される。 <Processing flow>
FIG. 3 shows a control processing flow in the present fuel cell system. This process is realized by executing a control program developed on the memory in the ECU 10 shown in FIG.

この処理では、ＥＣＵ１０は、負荷６を構成するモータの回転数を監視する（Ｓ１）。次に、ＥＣＵ１０は、モータの回転数に対する逆起電力Ｖｍをマップから参照する（Ｓ２）。このマップは、モータの回転数と逆起電力Ｖｍとを対にして記憶したテーブルであり、不図示のメモリ上に構成される。モータの回転数と逆起電力Ｖｍとの関係は、モータの方式、構造、定格励磁電流等に応じて異なる。本実施形態では、ＥＣＵ１０内のメモリ上に、負荷６の特性に応じたマップが構成されている。図４は、そのようなマップ内のデータ例をプロットした図である。図４で、横軸は、モータ回転数であり、最大回転数は、モータの機種に応じて定められている。また、図４で縦軸は、モータ逆起電力Ｖｍである。また、図４において、マップはモータ負荷が１００％、５０％、および０％を例に示されている。一般的に、モータ回転数の増加とともに、逆起電力Ｖｍが増加する。また、モータ逆起電力Ｖｍは、モータ負荷が１００％、モータ回転数が最大回転数のとき、機種に応じて定まるモータシステムとしての電圧最大値Ｖｓｙｓとなる。   In this process, the ECU 10 monitors the rotational speed of the motor constituting the load 6 (S1). Next, the ECU 10 refers to the counter electromotive force Vm with respect to the rotation speed of the motor from the map (S2). This map is a table in which the rotational speed of the motor and the back electromotive force Vm are stored as a pair, and is configured on a memory (not shown). The relationship between the motor speed and the back electromotive force Vm differs depending on the motor system, structure, rated excitation current, and the like. In the present embodiment, a map corresponding to the characteristics of the load 6 is configured on the memory in the ECU 10. FIG. 4 is a plot of example data in such a map. In FIG. 4, the horizontal axis represents the motor rotation speed, and the maximum rotation speed is determined according to the motor model. In FIG. 4, the vertical axis represents the motor back electromotive force Vm. Further, in FIG. 4, the map shows an example where the motor load is 100%, 50%, and 0%. In general, the counter electromotive force Vm increases with an increase in the motor rotation speed. The motor back electromotive force Vm is a maximum voltage value Vsys as a motor system determined according to the model when the motor load is 100% and the motor rotation speed is the maximum rotation speed.

次に、ＥＣＵ１０は、ユーザから要求されている要求負荷電力を参照する（Ｓ３）。要求負荷電力は、例えば、アクセルの踏み込み角度から判定される。   Next, the ECU 10 refers to the required load power requested by the user (S3). The required load power is determined from, for example, the accelerator depression angle.

次に、ＥＣＵ１０は、燃料電池の負荷−出力電圧特性マップを参照し、要求されている負荷電力に対する燃料電池３の出力端子の端子電圧Ｖｏを参照する（Ｓ４）。燃料電池の負荷−出力電圧特性マップは、燃料電池３から負荷６に供給される負荷電力と、そのときの燃料電池の端子電圧とを対にして記憶したテーブルであり、不図示のメモリ上に構成される。燃料電池の負荷−出力電圧特性マップは、個々の燃料電池３について、実験的に測定した結果をＥＣＵ１０内のメモリに記憶したテーブルである。図５は、そのようなマップ内のデータ例をプロットした図である。燃料電池の負荷−出力電圧特性は、電流電圧特性と同様の傾向にあり、負荷電力の増加とともに、出力電圧が低下する。   Next, the ECU 10 refers to the load-output voltage characteristic map of the fuel cell, and refers to the terminal voltage Vo of the output terminal of the fuel cell 3 with respect to the requested load power (S4). The load-output voltage characteristic map of the fuel cell is a table in which the load power supplied from the fuel cell 3 to the load 6 and the terminal voltage of the fuel cell at that time are stored as a pair and stored on a memory (not shown). Composed. The load-output voltage characteristic map of the fuel cell is a table in which the experimentally measured result of each fuel cell 3 is stored in the memory in the ECU 10. FIG. 5 is a plot of example data in such a map. The load-output voltage characteristic of the fuel cell has the same tendency as the current-voltage characteristic, and the output voltage decreases as the load power increases.

次に、ＥＣＵ１０は、現在の回転数でのモータの逆起電力Ｖｍが、現在の要求負荷電力での燃料電池３の出力電圧Ｖｏより大きいか、否かを判定する（Ｓ５）。逆起電力Ｖｍが、燃料電池３の出力電圧Ｖｏより大きい場合、ＥＣＵ１０は、第２ＤＣＤＣコンバータ２をオンにして、燃料電池３の出力電圧Ｖｏが負荷６のモータの逆起電力Ｖｍより高くなるように制御する（Ｓ７）。これにより、図２での、制御モード（２）の制御が実行される。その後、ＥＣＵ１０は、制御をＳ１に戻す。   Next, the ECU 10 determines whether or not the back electromotive force Vm of the motor at the current rotational speed is greater than the output voltage Vo of the fuel cell 3 at the current required load power (S5). When the back electromotive force Vm is larger than the output voltage Vo of the fuel cell 3, the ECU 10 turns on the second DCDC converter 2 so that the output voltage Vo of the fuel cell 3 becomes higher than the back electromotive force Vm of the motor of the load 6. (S7). Thereby, control of the control mode (2) in FIG. 2 is performed. Thereafter, the ECU 10 returns the control to S1.

一方、Ｓ５の判定で、逆起電力Ｖｍが、燃料電池３の出力電圧Ｖｏより大きくない場合、ＥＣＵ１０は、第２ＤＣＤＣコンバータ２をオフにする。また、すでに第２ＤＣＤＣコンバータ２がオフになっている場合には、オフの状態を継続する。この状態では、燃料電池３の電力は、ダイオード４を通じて負荷に供給されることになる。ただし、燃料電池３の出力電流（および出力電力）は、第１ＤＣＤＣコンバータ１の端子電圧によって制御される。   On the other hand, when the back electromotive force Vm is not larger than the output voltage Vo of the fuel cell 3 in the determination of S5, the ECU 10 turns off the second DCDC converter 2. If the second DCDC converter 2 has already been turned off, the off state is continued. In this state, the electric power of the fuel cell 3 is supplied to the load through the diode 4. However, the output current (and output power) of the fuel cell 3 is controlled by the terminal voltage of the first DCDC converter 1.

以上述べたように、本実施形態の燃料電池システムによれば、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えた場合に、燃料電池３の出力電圧を昇圧する第２ＤＣＤＣコンバータ２を有するとともに、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えない場合に第２ＤＣＤＣコンバータ２をバイパスするためのダイオード４を有している。   As described above, according to the fuel cell system of the present embodiment, the second DCDC converter that boosts the output voltage of the fuel cell 3 when the back electromotive force of the motor of the load 6 exceeds the output voltage of the fuel cell 3. 2 and a diode 4 for bypassing the second DCDC converter 2 when the back electromotive force of the motor of the load 6 does not exceed the output voltage of the fuel cell 3.

このため、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えない場合には、第２ＤＣＤＣコンバータ２と介することなく、ダイオード４を通じて燃料電池３の電力を負荷６に供給できる。この場合に、第２ＤＣＤＣコンバータ２を構成するブリッジ接続されたトランジスタをオフにすればよい。   For this reason, when the back electromotive force of the motor of the load 6 does not exceed the output voltage of the fuel cell 3, the power of the fuel cell 3 can be supplied to the load 6 through the diode 4 without going through the second DCDC converter 2. In this case, the bridge-connected transistors constituting the second DCDC converter 2 may be turned off.

このような構成により、第２ＤＣＤＣコンバータ２による電力損失を可能な限り低減できる。例えば、本燃料電池システムを車両に搭載し、負荷６として、車両を駆動するモータを想定した場合、通常の車両の走行状態では、負荷６のモータの逆起電力は燃料電池３の出力電圧を超えない（図２の常用域）と想定される。したがって、大半の運転時間において、燃料電池３から第２ＤＣＤＣコンバータ２を介することなく負荷に電力が供給され、電力効率を極めて高めることができる。その場合に、第２ＤＣＤＣコンバータ２を構成するブリッジ接続されたトランジスタを遮断し、第２ＤＣＤＣコンバータ２をオフにすることにより、不要なスイッチングによる電力消費も削減できる。   With such a configuration, the power loss due to the second DCDC converter 2 can be reduced as much as possible. For example, when the present fuel cell system is mounted on a vehicle and a motor that drives the vehicle is assumed as the load 6, the back electromotive force of the motor of the load 6 is the output voltage of the fuel cell 3 in a normal vehicle running state. It is assumed that it does not exceed (ordinary area in FIG. 2). Therefore, in most of the operation time, electric power is supplied from the fuel cell 3 to the load without passing through the second DCDC converter 2, and the power efficiency can be extremely increased. In that case, the power consumption due to unnecessary switching can be reduced by cutting off the bridge-connected transistors constituting the second DCDC converter 2 and turning off the second DCDC converter 2.

ただし、システムの応答性を要求されるようなシステム（例えば、負荷６のモータ回転数の変動が激しい場合）では、必ずしも第２ＤＣＤＣコンバータ２をオフにしなくてもよい。その場合には、第２ＤＣＤＣコンバータ２でのスイッチングによる損失は生ずる可能性があるが、大半の電力をダイオード４経由で負荷６に供給することができる。したがって、第２ＤＣＤＣコンバータ２がオフになり得る運転モードと、オフにならない運転モードとを選択できるシステムとしてもよい。   However, in a system that requires responsiveness of the system (for example, when the motor rotation speed of the load 6 varies greatly), the second DCDC converter 2 does not necessarily have to be turned off. In that case, a loss due to switching in the second DCDC converter 2 may occur, but most of the power can be supplied to the load 6 via the diode 4. Therefore, it is good also as a system which can select the operation mode which can turn off the 2nd DCDC converter 2, and the operation mode which does not turn off.

また、本実施形態の燃料電池システムによれば、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えない場合に、二次電池５に接続された第１ＤＣＤＣコンバータ１により、二次電池５の電圧を変換して、負荷６の端子に供給する。これによって、第２ＤＣＤＣコンバータ２を使用しない場合に、第１ＤＣＤＣコンバータ１によって、燃料電池３の出力電圧（したがって、燃料電池３の電流電圧特性にしたがう出力電流）を制御する。その結果、第１ＤＣＤＣコンバータ１によって、燃料電池３の出力制御が実現され、燃料電池３の電流電圧特性上で発電効率のよい状態に制御できる。すなわち、燃料電池３から負荷６のモータへの電力伝達効率が向上し、燃料効率が向上する。   Further, according to the fuel cell system of the present embodiment, when the back electromotive force of the motor of the load 6 does not exceed the output voltage of the fuel cell 3, the secondary DC is connected by the first DCDC converter 1 connected to the secondary battery 5. The voltage of the battery 5 is converted and supplied to the terminal of the load 6. Thus, when the second DCDC converter 2 is not used, the first DCDC converter 1 controls the output voltage of the fuel cell 3 (and thus the output current according to the current-voltage characteristics of the fuel cell 3). As a result, the output control of the fuel cell 3 is realized by the first DCDC converter 1, and it is possible to control the fuel cell 3 to have a good power generation efficiency on the current-voltage characteristics. That is, the power transmission efficiency from the fuel cell 3 to the motor of the load 6 is improved, and the fuel efficiency is improved.

また、本燃料電池システムでは、第１ＤＣＤＣコンバータ１および第２ＤＣＤＣコンバータ２の少なくとも一方によって、燃料電池３の出力制御をすることができる。このため、例えばＤＣＤＣコンバータをすべて止める方式と比較して、負荷変動に対するレスポンスの低下は少ない。また、燃料電池システムが車両に搭載された場合で、車輪のスリップ等が発生しても、負荷変動を吸収することが可能であり、機器破損の可能性を低減できる。   In the fuel cell system, the output of the fuel cell 3 can be controlled by at least one of the first DCDC converter 1 and the second DCDC converter 2. For this reason, compared with the system which stops all DCDC converters, the fall of the response with respect to load fluctuation is small, for example. Further, when the fuel cell system is mounted on a vehicle, even if wheel slip or the like occurs, load fluctuations can be absorbed, and the possibility of equipment damage can be reduced.

さらに、本燃料電池システムでは、負荷６のモータを従来よりも小型化できる。負荷６のモータを小型化（モータの励磁電流を小さく）すれば、同一の回転数出力を得るための逆起電力が増加する。この場合、本燃料電池システムでは、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって、燃料電池３の出力電圧を昇圧することで、逆起電力を超える電圧を負荷６に供給できる。すなわち、本燃料電池システムによれば、負荷６のモータの小型を図るとともに、第２ＤＣＤＣコンバータ２を可能な限り通さないで、燃料電池３の電力を負荷６に供給できる。すなわち、負荷６のモータの小型と、第２ＤＣＤＣコンバータ２による損失低減のバランスをとることができる。   Furthermore, in this fuel cell system, the motor of the load 6 can be made smaller than before. If the motor of the load 6 is downsized (the excitation current of the motor is reduced), the back electromotive force for obtaining the same rotation speed output increases. In this case, in this fuel cell system, the second DCDC converter 2 can boost the output voltage of the fuel cell 3 to supply a voltage exceeding the counter electromotive force to the load 6. That is, according to the present fuel cell system, the motor of the load 6 can be reduced in size, and the power of the fuel cell 3 can be supplied to the load 6 without passing through the second DCDC converter 2 as much as possible. That is, it is possible to balance the size reduction of the motor of the load 6 and the loss reduction by the second DCDC converter 2.

＜変形例＞
上記実施形態では、燃料電池３と負荷６との間に第２ＤＣＤＣコンバータ２を設けるとともに、第２ＤＣＤＣコンバータ２をバイパスして燃料電池３から負荷６に電力を供給するダイオード４を設けた。しかし、ダイオード４を設ける代わりに、第２ＤＣＤＣコンバータ２として、ハーフブリッジ方式を採用し、ハーフブリッジを構成するトランジスタと並列に設けられるフリーホイールダイオードをダイオード４の代わりにバイパス経路としてもよい。 <Modification>
In the above embodiment, the second DCDC converter 2 is provided between the fuel cell 3 and the load 6, and the diode 4 that bypasses the second DCDC converter 2 and supplies power from the fuel cell 3 to the load 6 is provided. However, instead of providing the diode 4, the second DCDC converter 2 may employ a half-bridge method, and a free wheel diode provided in parallel with a transistor constituting the half-bridge may be used as a bypass path instead of the diode 4.

図６に、本実施形態の変形例における燃料電池３、第２ＤＣＤＣコンバータ２および負荷６を含む回路構成を示す。図６のように、変形例では、第２ＤＣＤＣコンバータ２に並列なダイオード４は設けられていない。なお、図６では、第１ＤＣＤＣコンバータ１および二次電池５は図示されていない。   FIG. 6 shows a circuit configuration including the fuel cell 3, the second DCDC converter 2, and the load 6 in a modification of the present embodiment. As shown in FIG. 6, in the modification, the diode 4 parallel to the second DCDC converter 2 is not provided. In FIG. 6, the first DCDC converter 1 and the secondary battery 5 are not shown.

図６のように、第２ＤＣＤＣコンバータ２は、ハーフブリッジで構成される。ハーフブリッジは、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、およびこれらと対に設けられるフリーホイールダイオードＨＤ１、ＨＤ２によって構成される。   As shown in FIG. 6, the second DCDC converter 2 is formed of a half bridge. The half bridge includes two transistors Tr1 and Tr2 and free wheel diodes HD1 and HD2 provided in pairs with these transistors.

この回路では、燃料電池３の出力電圧３が、負荷６のモータの逆起電力より高い場合（図２の常用域）には、点線の矢印２００のように直流電流が流れる。すなわち、燃料電池３から出力された電流は、チョークコイルＬ、およびフリーホイールダイオードＨＤ１を通って負荷６に供給される（この場合、他方のフリーホイールダイオードＨＤ２は、逆方向電圧により遮断する）。   In this circuit, when the output voltage 3 of the fuel cell 3 is higher than the back electromotive force of the motor of the load 6 (ordinary range in FIG. 2), a direct current flows as indicated by a dotted arrow 200. That is, the current output from the fuel cell 3 is supplied to the load 6 through the choke coil L and the free wheel diode HD1 (in this case, the other free wheel diode HD2 is blocked by the reverse voltage).

したがって、常用域では、ハーフブリッジのうち、トランジスタＴｒ１、およびＴｒ２を遮断し、フリーホイールダイオードＨＤ１だけがオンとなるようにすることで、実効的に図１の回路と同様の機能を構成できる。ただし、この回路構成では、リアクトルであるチョークコイルＬを電流が流れることによる損失は低減できない。   Therefore, in the normal range, by cutting off the transistors Tr1 and Tr2 in the half bridge and turning on only the free wheel diode HD1, it is possible to effectively configure the same function as the circuit of FIG. However, with this circuit configuration, loss due to current flowing through the reactor choke coil L cannot be reduced.

なお、図６の回路構成で、燃料電池３の出力電圧３が、負荷６のモータの逆起電力より低い場合には（図２の制御モード（２）の領域）、トランジスタＴｒ２によるチョークコイルへのエネルギの蓄積と遮断とによってチョークコイルの両端に電圧を発生させることで、負荷６へ加える電圧を昇圧する。すなわち、トランジスタＴｒ２をオン（飽和状態）にすることで、燃料電池３からチョークコイルＬおよびトランジスタＴｒ２に電流が流れ
る。そして、チョークコイルＬにエネルギが蓄積された状態で、トランジスタＴｒ２を遮断すると、チョークコイルＬには、同一方向への電流を維持しようとする電圧が発生し、その電圧と、燃料電池３の出力電圧が直列になって、フリーホイールダイオードＨＤ１を通じて、負荷６に電圧が加わる。 In the circuit configuration of FIG. 6, when the output voltage 3 of the fuel cell 3 is lower than the back electromotive force of the motor of the load 6 (control mode (2) region of FIG. 2), the choke coil by the transistor Tr2 is used. The voltage applied to the load 6 is boosted by generating a voltage at both ends of the choke coil by accumulating and cutting off the energy. That is, when the transistor Tr2 is turned on (saturated), a current flows from the fuel cell 3 to the choke coil L and the transistor Tr2. Then, when the transistor Tr2 is cut off with energy stored in the choke coil L, a voltage is generated in the choke coil L to maintain the current in the same direction, and the output of the fuel cell 3 The voltage is in series, and the voltage is applied to the load 6 through the free wheel diode HD1.

このように、図６の回路構成によっても、簡易的に第１実施形態の機能を実現できる。   As described above, the function of the first embodiment can be easily realized by the circuit configuration of FIG.

《第２実施形態》
以下、図７から図９の図面を参照して、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムを説明する。 << Second Embodiment >>
Hereinafter, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

＜概要＞
上記第１実施形態では、燃料電池３とともに負荷６に並列に、第１ＤＣＤＣコンバータ１を介して二次電池５を設けた。また、燃料電池３と負荷６との間に第２ＤＣＤＣコンバータ２を設けるとともに、第２ＤＣＤＣコンバータ２をバイパスして燃料電池３から負荷６に電力を供給するダイオード４を設けた。このようにして、第１実施形態では、燃料電池が低出力（低負荷）である常用域（図２参照）では、燃料電池３からダイオード４を通じて負荷６に電力を供給するともに、その出力制御を第１ＤＣＤＣコンバータ１の端子電圧で行った。また、燃料電池３の高出力（高負荷）領域では、第２ＤＣＤＣコンバータ２で燃料電池３の出力電圧を昇圧した。このような構成により、第１実施形態では、燃料電池システムの高出力域において出力電圧を昇圧する要請と、燃料電池システムの常用域において燃料効率を向上する要請の両方に対応した。 <Overview>
In the first embodiment, the secondary battery 5 is provided via the first DCDC converter 1 in parallel with the load 6 together with the fuel cell 3. Further, the second DCDC converter 2 is provided between the fuel cell 3 and the load 6, and the diode 4 that bypasses the second DCDC converter 2 and supplies power from the fuel cell 3 to the load 6 is provided. In this way, in the first embodiment, in the normal range (see FIG. 2) where the fuel cell has a low output (low load), power is supplied from the fuel cell 3 to the load 6 through the diode 4, and its output control is performed. Was performed with the terminal voltage of the first DCDC converter 1. Further, in the high output (high load) region of the fuel cell 3, the output voltage of the fuel cell 3 is boosted by the second DCDC converter 2. With such a configuration, in the first embodiment, both the request for boosting the output voltage in the high output range of the fuel cell system and the request for improving the fuel efficiency in the normal range of the fuel cell system are satisfied.

本実施形態では、負荷６において回生電力が発生する場合に、効率的に回生電力を回収するとともに、効率的に負荷６に電力を供給する燃料電池システムの構成を説明する。   In the present embodiment, a configuration of a fuel cell system that efficiently recovers regenerative power and efficiently supplies power to the load 6 when regenerative power is generated in the load 6 will be described.

すでに、第１実施形態で述べたようにＤＣＤＣコンバータを通じて二次電池に電力を蓄積し、二次電池から負荷に電力を供給するとＤＣＤＣコンバータによる損失が生じる。特に、変動が大きいと考えられる回生電力の場合には、二次電池に蓄積するよりも、大容量のキャパシタを設けて、キャパシタを充電する方が、回生効率が高まる。   As already described in the first embodiment, when power is stored in the secondary battery through the DCDC converter and power is supplied from the secondary battery to the load, a loss is caused by the DCDC converter. In particular, in the case of regenerative electric power that is considered to vary greatly, the regenerative efficiency is higher when a capacitor having a large capacity is provided and the capacitor is charged rather than being stored in the secondary battery.

しかしながら、一般的には、キャパシタの容量は二次電池の容量よりも小さいので、回生電力のすべてを大容量のキャパシタに蓄積するのは困難である。そこで、本実施形態では、回収見込みエネルギの大小（あるいは、キャパシタの容量の余裕）を判定し、回収見込みエネルギが小さい場合（キャパシタ容量に余裕がある場合）には、そのまま大容量のキャパシタに充電する。一方、回収見込みエネルギが大きい場合（キャパシタ容量に余裕がない場合）には、その程度に応じてＤＣＤＣコンバータを通じて回生電力の一部を二次電池に振り分け回収する。このような構成をとることで、大容量のキャパシタによる効率向上と、二次電池による蓄積電力量の増加とのバランスをとる。   However, generally, since the capacity of the capacitor is smaller than the capacity of the secondary battery, it is difficult to store all of the regenerative power in the large capacity capacitor. Therefore, in the present embodiment, the magnitude of the expected recovery energy (or the capacity margin of the capacitor) is determined, and if the expected recovery energy is small (the capacity of the capacitor is sufficient), the large capacity capacitor is charged as it is. To do. On the other hand, if the expected recovery energy is large (capacity of the capacitor is not enough), a part of the regenerative power is distributed and recovered to the secondary battery through the DCDC converter according to the degree. By adopting such a configuration, it is possible to balance the improvement in efficiency due to the large capacity capacitor and the increase in the amount of stored power due to the secondary battery.

さらに、第１実施形態と同様に、燃料電池から負荷への電圧をＤＣＤＣコンバータにより昇圧可能とするとともに、ダイオードによってそのＤＣＤＣコンバータをバイパス可能とする。このような構成により、大容量のキャパシタに電荷を蓄積した状態で、燃料電池から負荷への電力供給を可能とし、燃料電池による発電電力と、負荷から回収した回生電力とを柔軟に使い分けることを可能とする。   Further, as in the first embodiment, the voltage from the fuel cell to the load can be boosted by the DCDC converter, and the DCDC converter can be bypassed by the diode. With such a configuration, it is possible to supply power from the fuel cell to the load while charge is accumulated in a large-capacity capacitor, and to flexibly use the power generated by the fuel cell and the regenerative power recovered from the load. Make it possible.

＜システム構成＞
図７に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を示す。図７のように、本燃料電池システムは、負荷６に並列に、大容量キャパシタ９（本発明の静電容量素子に相当）および速度センサ２０が設けられている。大容量キャパシタ９および速度
センサ２０以外の構成は、第１実施形態の場合（図１）と同様であるので、図１と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明の繰り返しは省略する。なお、図７の構成から明らかなように、大容量キャパシタ９は、第１ＤＣＤＣコンバータ１を介した二次電池５の端子および第２ＤＣＤＣコンバータ２（またはダイオード４）を介した燃料電池３の出力端子とも並列に接続されることになる。 <System configuration>
FIG. 7 shows a system configuration of a fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the fuel cell system is provided with a large-capacity capacitor 9 (corresponding to the capacitance element of the present invention) and a speed sensor 20 in parallel with the load 6. Since the configuration other than the large-capacitance capacitor 9 and the speed sensor 20 is the same as that in the case of the first embodiment (FIG. 1), the same components as those in FIG. Is omitted. As is clear from the configuration of FIG. 7, the large-capacity capacitor 9 includes a terminal of the secondary battery 5 through the first DCDC converter 1 and an output terminal of the fuel cell 3 through the second DCDC converter 2 (or the diode 4). Both are connected in parallel.

このような構成により、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えない場合には、第２ＤＣＤＣコンバータ２を介することなく、ダイオード４を通じて燃料電池３の電力を負荷６に供給できる。また、負荷６のモータの逆起電力が燃料電池３の出力電圧を超えた場合に、燃料電池３の出力電圧を昇圧することができる。   With such a configuration, when the back electromotive force of the motor of the load 6 does not exceed the output voltage of the fuel cell 3, the power of the fuel cell 3 is supplied to the load 6 through the diode 4 without passing through the second DCDC converter 2. it can. Further, when the back electromotive force of the motor of the load 6 exceeds the output voltage of the fuel cell 3, the output voltage of the fuel cell 3 can be boosted.

さらに、本燃料電池システムでは、負荷６に回生電力が発生した場合には、まず、第１ＤＣＤＣコンバータ１および第２ＤＣＤＣコンバータ２をオフとし、大容量キャパシタ９に電力を蓄積する。   Further, in this fuel cell system, when regenerative power is generated in the load 6, first, the first DCDC converter 1 and the second DCDC converter 2 are turned off, and power is stored in the large-capacity capacitor 9.

そして、回収エネルギが増加し、大容量キャパシタ９の蓄積電荷による電圧がその耐圧に近づいた場合には、第１ＤＣＤＣコンバータ１をオンにして、二次電池５に回生電力を蓄積する。その場合、大容量キャパシタ９と、二次電池５との蓄積エネルギの振り分け制御は、第１ＤＣＤＣコンバータ１のパルス幅（デューティ比）によればよい。すなわち、より多くのエネルギを二次電池５に蓄積する必要がある場合には、第１ＤＣＤＣコンバータ１のスイッチングパルスのデューティ比を１００％に近づければよい。   When the recovered energy increases and the voltage due to the accumulated charge of the large-capacity capacitor 9 approaches its breakdown voltage, the first DCDC converter 1 is turned on and the regenerative power is accumulated in the secondary battery 5. In that case, the distribution energy distribution control between the large-capacity capacitor 9 and the secondary battery 5 may be based on the pulse width (duty ratio) of the first DCDC converter 1. That is, when more energy needs to be stored in the secondary battery 5, the duty ratio of the switching pulse of the first DCDC converter 1 may be close to 100%.

そして、負荷６での回生電力の発生がない状態では、燃料電池３の運転状態に応じて、燃料電池３、大容量キャパシタ９および二次電池５のいずれかから、負荷６に電力が供給される。例えば、要求負荷電力が安定している状態では、原則的には、燃料電池３から負荷６に電力を供給すればよい。また、車両の急発進、急加速に相当するような運転状態では、大容量キャパシタ９、あるいは、二次電池５から電力を供給すればよい。   In a state where no regenerative power is generated at the load 6, power is supplied to the load 6 from any one of the fuel cell 3, the large-capacity capacitor 9, and the secondary battery 5 according to the operation state of the fuel cell 3. The For example, in a state where the required load power is stable, in principle, power may be supplied from the fuel cell 3 to the load 6. Further, in an operation state corresponding to sudden start and acceleration of the vehicle, electric power may be supplied from the large capacity capacitor 9 or the secondary battery 5.

なお、速度センサ２０は、いわゆるスピードメータであり、本燃料電池システムが搭載された車両の走行速度を測定する。ＥＣＵ１０（本発明の制御部に相当）は車両の速度から、回収可能な回生エネルギの総量を見積ることができる。   The speed sensor 20 is a so-called speedometer, and measures the traveling speed of the vehicle on which the fuel cell system is mounted. The ECU 10 (corresponding to the control unit of the present invention) can estimate the total amount of regenerative energy that can be recovered from the speed of the vehicle.

図８に、回生電力発生時の負荷６の端子電圧、すなわち、大容量キャパシタ９の端子電圧の時間変化を示す。図８では、燃料電池システムを搭載した車両が、高速運転である場合（モータ回転数が高い場合）と、低速運転である場合（モータ回転数が低い場合）とが示されている。さらに、点線は、燃料電池３の開放端子電圧ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を示している。   FIG. 8 shows a time change of the terminal voltage of the load 6 when the regenerative power is generated, that is, the terminal voltage of the large-capacity capacitor 9. FIG. 8 shows a case where the vehicle equipped with the fuel cell system is operating at high speed (when the motor rotational speed is high) and a case where the vehicle is operating at low speed (when the motor rotational speed is low). Further, the dotted line indicates the open terminal voltage OCV (Open Circuit Voltage) of the fuel cell 3.

さらに、図８の時間軸と平行に、制御モード（１）と示されているのは、燃料電池３の出力電圧が、負荷６のモータの逆起電力よりも大きい場合（常用域）を示している。この状態では、燃料電池３から、負荷６に対して、発電された電力が供給される。そのとき、第２ＤＣＤＣコンバータ２は停止状態にあり、燃料電池３の出力は、ダイオード４を通り、負荷６に供給される。したがって、負荷６の端子電圧は、燃料電池３の出力電圧に等しくなる。   Further, the control mode (1) is indicated in parallel with the time axis of FIG. 8 when the output voltage of the fuel cell 3 is larger than the back electromotive force of the motor of the load 6 (normal range). ing. In this state, the generated electric power is supplied from the fuel cell 3 to the load 6. At that time, the second DCDC converter 2 is in a stopped state, and the output of the fuel cell 3 passes through the diode 4 and is supplied to the load 6. Therefore, the terminal voltage of the load 6 is equal to the output voltage of the fuel cell 3.

ただし、このとき、図８には示されていないが、燃料電池３の運転状態を第１ＤＣＤＣコンバータ１の端子電圧によって制御してもよい。このとき、燃料電池３は、電流電圧特性にしたがって電流を負荷６に出力するとともに、発電状態が制御される。   However, at this time, although not shown in FIG. 8, the operating state of the fuel cell 3 may be controlled by the terminal voltage of the first DCDC converter 1. At this time, the fuel cell 3 outputs a current to the load 6 according to the current-voltage characteristics, and the power generation state is controlled.

モータ回転数が高くなると、モータの逆起電力が増加し、燃料電池３の出力電圧を超え
るようになる。その場合には、ＥＣＵ１０は、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって、燃料電池３の出力電圧を昇圧して、負荷６に供給する。これによって、燃料電池３の発電状態も制御される。 As the motor speed increases, the back electromotive force of the motor increases and exceeds the output voltage of the fuel cell 3. In that case, the ECU 10 boosts the output voltage of the fuel cell 3 by the second DCDC converter 2 and supplies the boosted voltage to the load 6. Thereby, the power generation state of the fuel cell 3 is also controlled.

一方、制御モード（３）とあるのは、負荷６から回生電力が出力されている運転状態を示している。この状態では、負荷６で発生した回生電力が、大容量キャパシタ９または二次電池５に蓄積される。   On the other hand, the control mode (3) indicates an operating state in which regenerative power is output from the load 6. In this state, the regenerative power generated by the load 6 is accumulated in the large-capacity capacitor 9 or the secondary battery 5.

この状態では、ＥＣＵ１０は、第２ＤＣＤＣコンバータ２を停止させ、さらに、第１ＤＣＤＣコンバータ１で負荷６の端子電圧（および大容量キャパシタ９の端子電圧）を燃料電池３の開放端子電圧ＯＣＶ以上に制御する。その結果、ダイオード４は逆方向に電圧が加えられ、遮断状態となる。   In this state, the ECU 10 stops the second DCDC converter 2, and further controls the terminal voltage of the load 6 (and the terminal voltage of the large-capacity capacitor 9) with the first DCDC converter 1 to be equal to or higher than the open terminal voltage OCV of the fuel cell 3. . As a result, a voltage is applied to the diode 4 in the reverse direction, so that the diode 4 is cut off.

そして、ＥＣＵ１０は、回生電力を大容量キャパシタ９と、二次電池５とで振り分け回収する。振り分けの割合は、車両速度、およびキャパシタ９の充電状態によって制御する。   The ECU 10 distributes and collects the regenerative power between the large-capacity capacitor 9 and the secondary battery 5. The distribution ratio is controlled by the vehicle speed and the charged state of the capacitor 9.

すなわち、速度（回転数）が高い場合、回収見込みエネルギが大きいため、エネルギの回収総量を極力多くするため、二次電池５に優先的に充電する。一方、速度（回転数）が低い場合、回収見込みエネルギが小さいため、回収効率を極力高くするため、大容量キャパシタ９に優先的に充電する。   That is, when the speed (number of rotations) is high, the expected recovery energy is large, so the secondary battery 5 is preferentially charged in order to maximize the total energy recovery amount. On the other hand, when the speed (the number of rotations) is low, the expected recovery energy is small, so that the high-capacity capacitor 9 is preferentially charged in order to maximize the recovery efficiency.

＜処理フロー＞
図９に、本燃料電池システムにおける制御の処理フローを示す。この処理は、図７に示したＥＣＵ１０にて、メモリ上に展開された制御プログラムを実行することで実現される。 <Processing flow>
FIG. 9 shows a control processing flow in the fuel cell system. This process is realized by executing a control program developed on the memory in the ECU 10 shown in FIG.

この処理では、ＥＣＵ１０は、負荷６からの回生電力の発生を監視する（Ｓ１１）。回生電力の発生は、例えば、燃料電池システムが車両に搭載されたシステムの場合には、アクセルペダルが開放され、要求負荷電力が０に近づいたか否かによって判定すればよい。また、ブレーキペダルによって制動が指示されたか否かによって判定すればよい（Ｓ１２）。   In this process, the ECU 10 monitors the generation of regenerative power from the load 6 (S11). For example, in the case of a system in which the fuel cell system is mounted on a vehicle, the generation of regenerative power may be determined by whether or not the accelerator pedal is released and the required load power approaches zero. The determination may be made based on whether braking is instructed by the brake pedal (S12).

回生電力が発生していない場合、ＥＣＵ１０は、制御をＳ１１に戻す。一方、回生電力が発生している場合、ＥＣＵ１０は、車両の速度を参照する（Ｓ１３）。そして、ＥＣＵ１０は、現在の車両の速度で発生する回生電力から回収可能なエネルギの総量を予測する（Ｓ１４）。回収可能なエネルギの総量の予測は、例えば、以下の手順による。この処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明の予測計算部に相当する。
（１）車両の速度を基に、運動エネルギを算出する。そして、その運動エネルギに対して、経験的に求めた係数（０〜１の範囲）を乗算した値を回収エネルギ総量とする。
（２）車両の速度と、アクセルペダルの開放時間を基に、所定の制動力にてその開放時間経過した後の速度を推定する。その速度の変化量に相当するエネルギを回収エネルギ総量とする。
（３）車両の速度と、ブレーキペダルの踏み込み時間と、その踏み込み角度を基に、その踏み込み角度に相当する制動力にて、その踏み込み時間が経過した後の速度を推定する。その速度の変化量に相当するエネルギを回収される回生エネルギ総量とする。 When the regenerative power is not generated, the ECU 10 returns the control to S11. On the other hand, when regenerative electric power is generated, the ECU 10 refers to the speed of the vehicle (S13). Then, the ECU 10 predicts the total amount of energy that can be recovered from the regenerative power generated at the current vehicle speed (S14). The total amount of energy that can be recovered is predicted by, for example, the following procedure. The ECU 10 that executes this process corresponds to the prediction calculation unit of the present invention.
(1) Calculate kinetic energy based on the speed of the vehicle. And the value which multiplied the coefficient (range of 0-1) calculated | required empirically with respect to the kinetic energy is made into total recovery energy.
(2) Based on the vehicle speed and the accelerator pedal release time, the speed after the release time has elapsed with a predetermined braking force is estimated. The energy corresponding to the amount of change in speed is taken as the total amount of recovered energy.
(3) Based on the vehicle speed, the depression time of the brake pedal, and the depression angle, the speed after the depression time is estimated with the braking force corresponding to the depression angle. The energy corresponding to the speed change amount is defined as the total amount of regenerative energy to be recovered.

次に、ＥＣＵ１０は、大容量キャパシタ９の現在の端子電圧Ｖｃ１を読み取る（Ｓ１５）。そして、ＥＣＵ１０は、Ｓ１４で予測された回収される回生エネルギ総量を大容量キャパシタ９に蓄積した場合の、大容量キャパシタ９の端子電圧Ｖｃ２を予測する（Ｓ１６
）。そして、ＥＣＵ１０は、大容量キャパシタ９の規格で定まる耐電圧Ｖｄと、回生エネルギ蓄積後の端子電圧Ｖｃ２との差である電圧余裕ΔＶ＝Ｖｄ−Ｖｃ２を求める（Ｓ１７）。 Next, the ECU 10 reads the current terminal voltage Vc1 of the large capacity capacitor 9 (S15). Then, the ECU 10 predicts the terminal voltage Vc2 of the large-capacitance capacitor 9 when the total amount of regenerative energy recovered in S14 is stored in the large-capacity capacitor 9 (S16).
). Then, the ECU 10 obtains a voltage margin ΔV = Vd−Vc2 that is a difference between the withstand voltage Vd determined by the standard of the large-capacity capacitor 9 and the terminal voltage Vc2 after accumulating the regenerative energy (S17).

そして、ＥＣＵ１０は、電圧余裕ΔＶが許容値未満か否かを判定する（Ｓ１８）。電圧余裕ΔＶが許容値より大きい場合には、まだ、大容量キャパシタ９の耐電圧まで余裕があるので、ＥＣＵ１０は、第１ＤＣＤＣコンバータ１をオフにする（Ｓ１６）。また、すでに、第１ＤＣＤＣコンバータ１がオフになっている場合には、ＥＣＵ１０は、そのオフの状態を維持する。そして、制御をＳ１１に戻す。   Then, the ECU 10 determines whether or not the voltage margin ΔV is less than the allowable value (S18). If the voltage margin ΔV is larger than the allowable value, the ECU 10 turns off the first DCDC converter 1 because there is still a margin up to the withstand voltage of the large-capacitance capacitor 9 (S16). Further, when the first DCDC converter 1 has already been turned off, the ECU 10 maintains the off state. Then, the control is returned to S11.

一方、電圧余裕ΔＶが許容値より小さい場合には、まだ、大容量キャパシタ９の耐電圧までの余裕がないので、ＥＣＵ１０は、第１ＤＣＤＣコンバータ１をオンにする（Ｓ１Ａ）。   On the other hand, when the voltage margin ΔV is smaller than the allowable value, the ECU 10 turns on the first DCDC converter 1 because there is still no margin to the withstand voltage of the large capacity capacitor 9 (S1A).

そして、ＥＣＵ１０は、電圧余裕ΔＶに応じて、大容量キャパシタ９と、二次電池５との間の振り分け比率を決定する。振り分け比率は、例えば、電圧余裕ΔＶと振り分け比率との関係を設定したマップを参照して決定すればよい。   Then, the ECU 10 determines a distribution ratio between the large capacity capacitor 9 and the secondary battery 5 according to the voltage margin ΔV. For example, the distribution ratio may be determined with reference to a map in which the relationship between the voltage margin ΔV and the distribution ratio is set.

そして、ＥＣＵ１０は、その振り分け比率に応じた第１ＤＣＤＣコンバータ１でのパルスのデューティ比を制御する。そして、ＥＣＵ１０は、制御をＳ１３に戻す。このようにして、電圧余裕ΔＶが所定の許容値に達するまで、大容量キャパシタ９と、二次電池５との間の振り分け制御が実施される。その後、ＥＣＵ１０は、制御をＳ１１に戻す。   Then, the ECU 10 controls the duty ratio of the pulse in the first DCDC converter 1 according to the distribution ratio. Then, the ECU 10 returns the control to S13. In this way, distribution control between the large-capacity capacitor 9 and the secondary battery 5 is performed until the voltage margin ΔV reaches a predetermined allowable value. Thereafter, the ECU 10 returns the control to S11.

以上述べたように、本実施形態の燃料電池システムによれば、負荷６において、回生電力が発生した場合に、大容量キャパシタ９に余裕がある場合に、回生エネルギを大容量キャパシタ９に優先的に蓄積する。一方、大容量キャパシタ９に余裕がなく、電圧余裕ΔＶが所定の許容値に未満の場合、または、車両速度（モータ回転数）が大きく、大きな回生エネルギの発生が予測される場合に、二次電池５に優先して蓄積する。   As described above, according to the fuel cell system of the present embodiment, when regenerative power is generated in the load 6, the regenerative energy is given priority to the large capacity capacitor 9 when there is a margin in the large capacity capacitor 9. To accumulate. On the other hand, when the large-capacity capacitor 9 has no margin and the voltage margin ΔV is less than a predetermined allowable value, or when the vehicle speed (motor rotation speed) is large and generation of large regenerative energy is predicted, Accumulate prior to the battery 5.

このような制御によって、単に二次電池５を使用した場合と比較して、運動エネルギの回生率が改善される。また、単にキャパシタ９だけを使用した場合に比較して、回収総量を増加できるとともに、キャパシタ９の耐電圧を低くすることができ、システム全体として小型化が可能となる。   By such control, the kinetic energy regeneration rate is improved as compared with the case where the secondary battery 5 is simply used. Further, compared with the case where only the capacitor 9 is used, the total amount of recovery can be increased, the withstand voltage of the capacitor 9 can be lowered, and the entire system can be downsized.

＜変形例＞
上記では、車両の速度に応じて回生エネルギの総量を予測し、さらに、大容量キャパシタ９での電圧余裕ΔＶを予測し、大容量キャパシタ９と二次電池５との間の振り分け比率を決定した。しかし、そのいずれか一方だけにしたがって、振り分け比率を決定してもよい。 <Modification>
In the above, the total amount of regenerative energy is predicted according to the speed of the vehicle, and further, the voltage margin ΔV in the large capacity capacitor 9 is predicted, and the distribution ratio between the large capacity capacitor 9 and the secondary battery 5 is determined. . However, the distribution ratio may be determined according to only one of them.

例えば、現在の大容量キャパシタの端子電圧と耐電圧との差を電圧余裕として、振り分け比率を決定してもよい。また、車両の速度から予測される回生エネルギの総量に応じて振り分け比率を決定してもよい。   For example, the distribution ratio may be determined using the difference between the current terminal voltage and the withstand voltage of the large-capacity capacitor as a voltage margin. Further, the distribution ratio may be determined according to the total amount of regenerative energy predicted from the vehicle speed.

上記実施実施形態では、図７に示したように、燃料電池３と負荷６の間に、第２ＤＣＤＣコンバータ２およびダイオード４を設けた。しかし、本実施形態の燃料電池システムにおいて、大容量キャパシタ９と、二次電池５との間の電力の振り分け制御を実行するための構成としては、第２ＤＣＤＣコンバータ２およびダイオード４を設けなくても構わない。   In the above embodiment, as shown in FIG. 7, the second DCDC converter 2 and the diode 4 are provided between the fuel cell 3 and the load 6. However, in the fuel cell system of the present embodiment, the configuration for executing the power distribution control between the large-capacity capacitor 9 and the secondary battery 5 is not provided with the second DCDC converter 2 and the diode 4. I do not care.

ただし、第２ＤＣＤＣコンバータ２によって、例えば、大容量キャパシタ９に電荷が蓄積された状態で、燃料電池３から負荷６に電力の供給が可能となる。したがって、大容量キャパシタ９の電荷量とは独立に、ＥＣＵ１０は、燃料電池３、大容量キャパシタ９、および二次電池５のいずれか１つを自在に選択して、負荷６に電力を供給できる。したがって、ＥＣＵ１０は、要求負荷電力量に応じて、電力供給元を選択するとともに、燃料電池３の発電状態を制御できる。例えば、急加速などが発生した場合で、燃料電池３への燃料ガスの供給が追いつかない不効率な状態での発電を回避できる。すなわち、一旦回収された回生電力と、燃料電池本体３で発電される電力と、二次電池５に蓄積された電力との間で効率的に負荷を駆動するための手段として、第２ＤＣＤＣコンバータ２およびダイオード４が効果を発揮する。   However, the second DCDC converter 2 can supply electric power from the fuel cell 3 to the load 6 in a state where charges are accumulated in the large-capacity capacitor 9, for example. Accordingly, the ECU 10 can freely select any one of the fuel cell 3, the large-capacity capacitor 9, and the secondary battery 5 and supply power to the load 6 independently of the charge amount of the large-capacity capacitor 9. . Therefore, the ECU 10 can select the power supply source and control the power generation state of the fuel cell 3 according to the required load power amount. For example, it is possible to avoid power generation in an inefficient state where supply of fuel gas to the fuel cell 3 cannot catch up when sudden acceleration occurs. That is, the second DCDC converter 2 is used as a means for efficiently driving the load among the regenerative power once recovered, the power generated by the fuel cell main body 3 and the power stored in the secondary battery 5. The diode 4 is effective.

《第３実施形態》
＜システム構成＞
図１０から図１４の図面に基づいて本発明の第１実施形態に係る燃料電池を説明する。図１０に本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す。図１０に示す燃料電池システムは、電動機である負荷７０に電力を供給する燃料電池４０と、負荷７０と燃料電池４０との間で授受される電力を蓄電、放出することが可能な、バッテリである二次電池５０と、負荷７０と二次電池５０との間に設けられる第１ＤＣＤＣコンバータ８０（本発明に係る第１電圧変換部に相当）と、負荷７０と燃料電池４０との間に設けられ、燃料電池４０の出力電圧を変換して負荷７０に供給する第２ＤＣＤＣコンバータ９０（本発明に係る第２電圧変換部に相当）と、この燃料電池システムを制御するＥＣＵ（本発明の制御部に相当）２００と、を備えている。また、電動機である負荷７０に交流入力を行うためのインバータ６０が、上記燃料電池システムと負荷７０との間に設けられている。 << Third Embodiment >>
<System configuration>
A fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings of FIGS. FIG. 10 shows a configuration of a fuel cell system according to the third embodiment of the present invention. The fuel cell system shown in FIG. 10 is a battery that can store and discharge the fuel cell 40 that supplies power to a load 70 that is an electric motor, and the power that is exchanged between the load 70 and the fuel cell 40. Provided between a certain secondary battery 50, a first DCDC converter 80 (corresponding to the first voltage converter according to the present invention) provided between the load 70 and the secondary battery 50, and the load 70 and the fuel cell 40. And a second DCDC converter 90 (corresponding to a second voltage converter according to the present invention) that converts the output voltage of the fuel cell 40 and supplies it to the load 70, and an ECU that controls the fuel cell system (the controller of the present invention) 200). Further, an inverter 60 for performing AC input to the load 70 that is an electric motor is provided between the fuel cell system and the load 70.

燃料電池４０は、燃料電池本体ともいい、セルスタックを含む。燃料電池４０は、発電した直流電力を出力端子から出力する。また二次電池５０は、その出力端子から蓄電してある直流電力を出力し又は該出力端子を介して外部から直流電力を蓄電する。   The fuel cell 40 is also called a fuel cell main body, and includes a cell stack. The fuel cell 40 outputs the generated DC power from the output terminal. The secondary battery 50 outputs DC power stored from its output terminal, or stores DC power from the outside through the output terminal.

ここで、第１ＤＣＤＣコンバータ８０と第２ＤＣＤＣコンバータ９０は、電圧変換部として機能し、その構成はそれぞれ一般的なものであるが、それぞれの具体的構成が異なるため、以下に相違点について説明する。先ず、第１ＤＣＤＣコンバータ８０は、主にリアクタＲａ２、スイッチング素子ＳＷ３、キャパシタＣｐ２から構成される。リアクタＲａ２とスイッチング素子ＳＷ３の作用により、二次電池５０から出力される直流電力の昇圧および二次電池５０に入力される直流電力の降圧を可能とする。尚、キャパシタＣｐ２は、スイッチング素子ＳＷ３のスイッチング動作の影響を平滑化するものである。   Here, the first DCDC converter 80 and the second DCDC converter 90 function as voltage converters, and their configurations are general, but the specific configurations thereof are different. Therefore, differences will be described below. First, the first DCDC converter 80 mainly includes a reactor Ra2, a switching element SW3, and a capacitor Cp2. By the action of the reactor Ra2 and the switching element SW3, the DC power output from the secondary battery 50 can be boosted and the DC power input to the secondary battery 50 can be lowered. The capacitor Cp2 smoothes the influence of the switching operation of the switching element SW3.

次に、第２ＤＣＤＣコンバータ９０は、主にリアクタＲａ１、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、キャパシタＣｐ１から構成される。この第２ＤＣＤＣコンバータ９０の特徴は、スイッチング素子ＳＷ１とＳＷ２、又はスイッチング素子ＳＷ１とＳＷ４の組合せにより、燃料電池４０の出力電力を２つの出力口（即ち、スイッチング素子ＳＷ２側とスイッチング素子ＳＷ４側）に昇圧出力することが可能である点である。そして、スイッチング素子ＳＷ２側に出力された電力は、負荷７０に供給可能であるとともに第１ＤＣＤＣコンバータ８０を介して二次電池５０に蓄電されるように該二次電池５０にも供給可能である。一方で、スイッチング素子ＳＷ４側に出力された電力は、第１ＤＣＤＣコンバータ８０を介さずに、即ちバイパス回路４５を通って二次電池５０に直接蓄電されるように該二次電池５０に供給可能である。尚、キャパシタＣｐ１は、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング動作の影響を平滑化するものである。   Next, the second DCDC converter 90 mainly includes a reactor Ra1, switching elements SW1, SW2, SW4, and a capacitor Cp1. The feature of the second DCDC converter 90 is that the output power of the fuel cell 40 is supplied to two output ports (that is, the switching element SW2 side and the switching element SW4 side) by the switching elements SW1 and SW2 or the combination of the switching elements SW1 and SW4. It is possible to output a boosted voltage. The electric power output to the switching element SW2 side can be supplied to the load 70 and also to the secondary battery 50 so as to be stored in the secondary battery 50 via the first DCDC converter 80. On the other hand, the power output to the switching element SW4 side can be supplied to the secondary battery 50 so as to be directly stored in the secondary battery 50 without passing through the first DCDC converter 80, that is, through the bypass circuit 45. is there. The capacitor Cp1 smoothes the influence of the switching operation of the switching element SW2.

そして、負荷７０は、第１ＤＣＤＣコンバータ８０を介して二次電池５０に蓄電された電力が供給可能となり、且つ第２ＤＣＤＣコンバータ９０を介して燃料電池４０で発電さ
れた電力が供給可能となるように、第１ＤＣＤＣコンバータ８０と第２ＤＣＤＣコンバータ９０とが負荷７０に対して並列となった状態で、燃料電池システムに接続されている。 The load 70 can supply power stored in the secondary battery 50 via the first DCDC converter 80, and can supply power generated by the fuel cell 40 via the second DCDC converter 90. The first DCDC converter 80 and the second DCDC converter 90 are connected to the fuel cell system in parallel with the load 70.

そして、このように構成される燃料電池システムでは、上述したように燃料電池４０から出力される電力は、２つの出力口から出力される。詳細には、スイッチング素子ＳＷ２側から出力された電力は、二次電池５０と負荷７０のうち少なくとも何れかに一方に供給され、スイッチング素子ＳＷ４側から出力された電力は、バイパス回路４５を経て二次電池５０に供給されることになる。ここで、燃料電池４０で発電された電力の二次電池５０への供給を考えたとき、バイパス回路４５を経由して供給される場合と二つのＤＣＤＣコンバータを経由して供給される場合が考えられるが、前者の場合は、第１ＤＣＤＣコンバータ８０を介することなく発電電力が二次電池５０に供給されることになるため、後者の場合と比べて第１ＤＣＤＣコンバータ８０による電力損失を確実に回避することが可能となる。尚、この場合、二次電池５０への電力供給が円滑に行われるべく、第２ＤＣＤＣコンバータ９０によって、燃料電池４０側の電圧が二次電池５０の電圧より高くなるように調整される。   And in the fuel cell system comprised in this way, the electric power output from the fuel cell 40 is output from two output ports as mentioned above. Specifically, the power output from the switching element SW2 side is supplied to at least one of the secondary battery 50 and the load 70, and the power output from the switching element SW4 side passes through the bypass circuit 45. The secondary battery 50 is supplied. Here, when considering the supply of the power generated by the fuel cell 40 to the secondary battery 50, there are cases where the power is supplied via the bypass circuit 45 and cases where the power is supplied via two DCDC converters. However, in the former case, since the generated power is supplied to the secondary battery 50 without going through the first DCDC converter 80, the power loss by the first DCDC converter 80 is surely avoided as compared with the latter case. It becomes possible. In this case, the voltage on the fuel cell 40 side is adjusted to be higher than the voltage of the secondary battery 50 by the second DCDC converter 90 in order to smoothly supply power to the secondary battery 50.

＜制御フロー＞
本実施例に係る燃料電池システムにおける電力の供給に際して、その電力の供給経路の選択、即ち燃料電池４０からの電力の出力経路の選択は、図１０に示すＥＣＵ２００によって制御される。そこで、上記燃料電池システムは車両に搭載され、該車両の駆動源として機能するものと想定し、当該車両における燃料電池システムの制御（電力供給制御）の処理フローの一例を図１１に示す。即ち、図１１に示す処理フローは、車両の駆動を行う負荷７０に電力を供給する燃料電池システムの処理フローであり、この処理フローは、ＥＣＵ２００にてメモリ上に展開された制御プログラムを実行することで実現される。尚、この処理を行うために必要な燃料電池システム上のパラメータとして、燃料電池システムから負荷７０へ出力される電力の電圧Ｖｓｙｓと、燃料電池４０そのものの出力電圧Ｖｆｃ、二次電池５０そのものの出力電圧Ｖｂａｔが挙げられる。これらのパラメータは、図１０においては図示されない電圧センサによってそれぞれ検出され、当該検出値はＥＣＵ２００に渡され、上記処理に用いられる。 <Control flow>
When supplying power in the fuel cell system according to this embodiment, selection of the power supply path, that is, selection of the output path of power from the fuel cell 40 is controlled by the ECU 200 shown in FIG. Therefore, assuming that the fuel cell system is mounted on a vehicle and functions as a drive source of the vehicle, an example of a processing flow of control (power supply control) of the fuel cell system in the vehicle is shown in FIG. That is, the processing flow shown in FIG. 11 is a processing flow of the fuel cell system that supplies electric power to the load 70 that drives the vehicle, and this processing flow executes a control program developed on the memory by the ECU 200. This is realized. As parameters on the fuel cell system necessary for performing this process, the voltage Vsys of power output from the fuel cell system to the load 70, the output voltage Vfc of the fuel cell 40 itself, and the output of the secondary battery 50 itself. An example is the voltage Vbat. These parameters are respectively detected by voltage sensors (not shown in FIG. 10), and the detected values are passed to the ECU 200 and used for the above processing.

以下に、図１１に示す電力供給制御の処理フローの詳細について説明する。先ず、Ｓ１０１では、電動機である負荷７０の回転数が、該負荷７０に取り付けられているエンコーダ（図示せず）によって検出される。次に、Ｓ１０２では、検出された負荷７０の実際の回転数に対応する、該負荷７０が最大出力し得る最大トルクを算出する。具体的には、図１２Ａに示すように負荷７０の回転数とそれに対応した最大トルクとが関連付けられている最大モータトルクマップをＥＣＵ２００が有しており、エンコーダからの検出値である回転数とそのマップとを比較することで、その回転数における負荷７０の最大トルクが算出される。例えば、図１２Ａに示すように、モータの回転数がｒｐｍ１であるとき、最大モータトルクはＴＱ１と算出される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。   The details of the processing flow of the power supply control shown in FIG. 11 will be described below. First, in S101, the rotation speed of the load 70, which is an electric motor, is detected by an encoder (not shown) attached to the load 70. Next, in S102, the maximum torque that the load 70 can output at maximum corresponding to the detected actual rotation speed of the load 70 is calculated. Specifically, as shown in FIG. 12A, the ECU 200 has a maximum motor torque map in which the rotation speed of the load 70 and the maximum torque corresponding to the load 70 are associated with each other. By comparing the map, the maximum torque of the load 70 at the rotation speed is calculated. For example, as shown in FIG. 12A, when the rotational speed of the motor is rpm1, the maximum motor torque is calculated as TQ1. When the process of S102 ends, the process proceeds to S103.

Ｓ１０３では、車両のアクセルペダル（図示せず）の開度に基づいて、負荷７０に出力要求されている要求トルク（Ｔｑ＿ｒｅｑ）が算出される。アクセルペダルの全開が、負荷７０の現時点での回転数における最大トルクを要求していると定義すると、全開時の係数を１００％、全閉時の係数を０％として、以下の式に従って要求トルク（Ｔｑ＿ｒｅｑ）が算出される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
（要求トルクＴｑ＿ｒｅｑ）＝（上記最大トルク）×（アクセルペダルの開度に応じた係数） In S103, the required torque (Tq_req) requested to be output to the load 70 is calculated based on the opening of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle. If it is defined that the full opening of the accelerator pedal requires the maximum torque at the current rotational speed of the load 70, the required torque is calculated according to the following formula, assuming that the coefficient when fully opened is 100% and the coefficient when fully closed is 0%. (Tq_req) is calculated. When the process of S103 ends, the process proceeds to S104.
(Requested torque Tq_req) = (Maximum torque) × (Coefficient according to accelerator pedal opening)

Ｓ１０４では、上述までの算出結果に基づいて、負荷７０に要求されている出力である要求出力（Ｐ＿ｒｅｑ）が、以下の式に従って算出される。Ｓ１０４の処理が終了すると
、Ｓ１０５へ進む。
（要求出力Ｐ＿ｒｅｑ）＝（要求トルクＴｑ＿ｒｅｑ）×（モータの回転数） In S104, a required output (P_req), which is an output required for the load 70, is calculated according to the following equation based on the calculation results described above. When the process of S104 ends, the process proceeds to S105.
(Request output P_req) = (Request torque Tq_req) × (Motor rotation speed)

Ｓ１０５では、Ｓ１０４で算出された要求出力と負荷７０の回転数に基づいて、負荷７０に供給されるべき要求電圧値が算出される。具体的には、図１２Ｂに示すように負荷７０の回転数（ｒｐｍ）と上記要求出力（Ｐ＿ｒｅｑ）で形成される関数Ｆと、要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑとが関連付けられている要求電圧値マップをＥＣＵ２００が有しており、負荷７０の回転数と要求出力とをこれに比較することで、要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑが算出される。ここで、負荷７０の回転数が高くなるに従いその逆起電圧が高くなるため要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑは高くなるべきであり、要求出力Ｐ＿ｒｅｑが高くなるとその出力をより少ない電流で達成するために要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑは高くなるべきであるので、その点が図１２Ｂに示す関数Ｆと要求電圧Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑとの相関に反映されている。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。   In S105, a required voltage value to be supplied to the load 70 is calculated based on the required output calculated in S104 and the rotation speed of the load 70. Specifically, as shown in FIG. 12B, a required voltage value map in which the function F formed by the rotation speed (rpm) of the load 70 and the required output (P_req) and the required voltage value Vsys_req are associated is shown in the ECU 200. The required voltage value Vsys_req is calculated by comparing the rotation speed of the load 70 with the required output. Here, since the counter electromotive voltage increases as the rotational speed of the load 70 increases, the required voltage value Vsys_req should be increased. When the required output P_req increases, the required voltage is achieved in order to achieve the output with less current. Since the value Vsys_req should be high, this point is reflected in the correlation between the function F and the required voltage Vsys_req shown in FIG. 12B. When the process of S105 ends, the process proceeds to S106.

Ｓ１０６では、Ｓ１０３で算出された要求トルクＴｑ＿ｒｅｑがゼロより大きいか否か、即ち負荷７０から電力の供給要求があるか否かが判定される。このＳ１０６の判定は、負荷７０の状態に基づいて行われるべき電力供給のための処理を、後述する複数の処理の中から選択するために行われる判定である。そこで、Ｓ１０６で肯定判定されるとＳ１１３〜Ｓ１１５に示す電力供給の処理が行われことになり、Ｓ１０６で否定判定されるとＳ１０７へ進み、そこで再度判定がされて何れかの電力供給の処理が選択されることになる。   In S106, it is determined whether or not the required torque Tq_req calculated in S103 is greater than zero, that is, whether or not there is a power supply request from the load 70. The determination in S106 is a determination performed to select a process for power supply to be performed based on the state of the load 70 from a plurality of processes described later. Therefore, if an affirmative determination is made in S106, the power supply process shown in S113 to S115 is performed, and if a negative determination is made in S106, the process proceeds to S107, where a determination is again made and any of the power supply processes is performed. Will be selected.

Ｓ１０７では、本実施例に係る燃料電池システムが搭載される車両の状態がどのような状態であるか判定される。本実施例では、車両状態が停止状態又は減速状態の何れであるかが判定される。このＳ１０７での判定も、上記のＳ１０６の判定と同様に、負荷７０の状態に基づいて行われるべき電力供給のための処理を選択するために行われる判定である。ここで、停止状態とは、車両の駆動源である負荷７０が停止している状態であり、このときは燃料電池システムから負荷７０に対して電力を供給する必要も無く、また負荷７０から回生電力が燃料電池システムに対して戻されることもない。従って、この停止状態とは、燃料電池システムと負荷７０との間で電力授受が行われない状態と言える。一方で、減速状態とは、ある回転速度で回転駆動していた電動機の回転速度が減速する状態であり、車両側の状態で説明すると車両に対してユーザがブレーキ等の減速指示を出した状態や、積極的な減速指示を出さなくともアクセルを踏まずに車両が惰走している状態が、この減速状態に該当する。従って、この減速状態では、負荷７０によって生じた回生電力が燃料電池システムに送られることになる。このようにＳ１０７では車両状態が判定され、それが停止状態であるときはＳ１０８〜Ｓ１０９に示す電力供給の処理が行われ、またそれが減速状態であるときはＳ１１０〜Ｓ１１２に示す電力供給の処理が行われる。   In S107, it is determined what state the vehicle on which the fuel cell system according to this embodiment is mounted is. In this embodiment, it is determined whether the vehicle state is a stop state or a deceleration state. The determination in S107 is also a determination performed to select a process for power supply to be performed based on the state of the load 70, similarly to the determination in S106. Here, the stopped state is a state in which the load 70 that is a drive source of the vehicle is stopped. At this time, it is not necessary to supply power to the load 70 from the fuel cell system, and regeneration from the load 70 is performed. No power is returned to the fuel cell system. Therefore, it can be said that this stop state is a state where power is not transferred between the fuel cell system and the load 70. On the other hand, the deceleration state is a state in which the rotational speed of the motor that has been driven to rotate at a certain rotational speed is decelerated. In the state on the vehicle side, the user issues a deceleration instruction such as a brake to the vehicle. The state where the vehicle is coasting without stepping on the accelerator without issuing an aggressive deceleration instruction corresponds to this deceleration state. Therefore, in this deceleration state, regenerative power generated by the load 70 is sent to the fuel cell system. Thus, in S107, the vehicle state is determined, and when it is in the stopped state, the power supply process shown in S108 to S109 is performed, and when it is in the deceleration state, the power supply process shown in S110 to S112 is performed. Is done.

このように本実施例では、Ｓ１０６およびＳ１０７の判定で、負荷７０の状態に基づいて何れかの電力供給の処理が行われることになる。   As described above, in this embodiment, one of the power supply processes is performed based on the state of the load 70 in the determinations in S106 and S107.

以下に図１１に示す電力供給のための三つの処理のうち、先ず、Ｓ１０８〜Ｓ１０９による処理について説明する。この処理が行われるときは、上述したように車両が停止状態にあるときである。Ｓ１０８では、二次電池５０の端子間電圧Ｖｂａｔと燃料電池４０の端子間電圧Ｖｆｃの比率であるＶｂａｔ／Ｖｆｃに基づいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。例えば、Ｖｂａｔ／Ｖｆｃの値が低いほど該スイッチングデューティを高くすることで、燃料電池４０から二次電池５０へ電力供給が行われるようにする。   Of the three processes for power supply shown in FIG. 11, first, the processes of S108 to S109 will be described. This process is performed when the vehicle is stopped as described above. In S108, the switching duty Ton / Toff of the switching elements SW1 and SW4 is calculated based on Vbat / Vfc, which is the ratio of the inter-terminal voltage Vbat of the secondary battery 50 and the inter-terminal voltage Vfc of the fuel cell 40, and is executed. To do. For example, power is supplied from the fuel cell 40 to the secondary battery 50 by increasing the switching duty as the value of Vbat / Vfc is lower.

このように車両が停止状態にある場合には、負荷７０と燃料電池システムとの間には電力
授受が行われないので、燃料電池４０の発電電力を二次電池５０に対して予め供給し、そこに蓄電しておくことで、二次電池５０から負荷７０への電力供給が必要なときに備えることが可能となる。ここで、スイッチング素子ＳＷ１とＳＷ４の作用によって電力が供給される場合には、上で説明したようにその供給電力はバイパス回路４５を介して二次電池５０に送られ、このとき第１ＤＣＤＣコンバータ８０を経由することはない。従って、この蓄電の際の第１ＤＣＤＣコンバータ８０による電力損失を確実に回避することができる。 Thus, when the vehicle is in a stopped state, power is not exchanged between the load 70 and the fuel cell system, so the power generated by the fuel cell 40 is supplied in advance to the secondary battery 50, By storing electricity there, it is possible to prepare for when power supply from the secondary battery 50 to the load 70 is necessary. Here, when electric power is supplied by the action of the switching elements SW1 and SW4, the supplied electric power is sent to the secondary battery 50 via the bypass circuit 45 as described above. At this time, the first DCDC converter 80 is supplied. Never go through. Therefore, it is possible to reliably avoid power loss due to the first DCDC converter 80 during the storage.

尚、このＳ１０８の処理は車両が停止状態にあるときは必ずしなければならない処理ではない。即ち、二次電池５０の蓄電状態が更に蓄電する必要が無い場合には、Ｓ１０８の処理は行わなくてもよい。Ｓ１０８の処理が終了すると、Ｓ１０９へ進む。   The process of S108 is not a process that must be performed when the vehicle is stopped. That is, if the storage state of the secondary battery 50 does not require further storage, the process of S108 does not have to be performed. When the process of S108 ends, the process proceeds to S109.

Ｓ１０９では、Ｓ１０８で算出され実施されているスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のスイッチングデューティを、二次電池５０に実際に流れ込んでいる電流量（実電流）に基づいて補正する。この実電流は、二次電池５０に接続された図示しない電流センサによって検出される。この補正の一例として、ＥＣＵ２００は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４の所定のスイッチングデューティと二次電池５０に流れるべき電流との相関を予め記憶しておき、実電流と実際のスイッチングデューティの関係がずれているときは、そのずれ量に応じてスイッチングデューティの値を補正する。Ｓ１０９の処理が終わると、再びＳ１０１からの処理が繰り返し行われる。   In S109, the switching duty of the switching elements SW1 and SW4 calculated and implemented in S108 is corrected based on the amount of current (actual current) actually flowing into the secondary battery 50. This actual current is detected by a current sensor (not shown) connected to the secondary battery 50. As an example of this correction, the ECU 200 stores in advance the correlation between the predetermined switching duty of the switching elements SW1 and SW4 and the current that should flow through the secondary battery 50, and the relationship between the actual current and the actual switching duty is shifted. If it is, the switching duty value is corrected according to the amount of deviation. When the process of S109 is completed, the processes from S101 are repeated.

次に、Ｓ１１０〜Ｓ１１２による処理について説明する。この処理が行われるときは、上述したように車両が減速状態にあるときである。Ｓ１１０では、負荷７０による回生電力の電圧に基づいて、スイッチング素子ＳＷ３のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。例えば、回生電圧が高いほど該スイッチングデューティを高く設定することで、回生電力を二次電池５０内に蓄電するようにする。Ｓ１１０の処理が終了すると、Ｓ１１１へ進む。Ｓ１１１では、Ｓ１０８と同様に、二次電池５０の端子間電圧Ｖｂａｔと燃料電池４０の端子間電圧Ｖｆｃの比率であるＶｂａｔ／Ｖｆｃに基づいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。即ち、負荷７０による回生電力で二次電池５０が完全な蓄電状態にならない分について、燃料電池４０の発電電力によって更に二次電池５０の蓄電を行うものである。従って、負荷７０の回生電力によって二次電池５０が十分な蓄電状態になっている場合には、Ｓ１１１の処理を行う必要は無い。Ｓ１１１の処理が終了すると、Ｓ１１２へ進む。   Next, the process by S110-S112 is demonstrated. This process is performed when the vehicle is in a deceleration state as described above. In S110, based on the voltage of the regenerative electric power by the load 70, the switching duty Ton / Toff of the switching element SW3 is calculated and executed. For example, the regenerative power is stored in the secondary battery 50 by setting the switching duty higher as the regenerative voltage is higher. When the process of S110 ends, the process proceeds to S111. In S111, similarly to S108, the switching duty Ton / Toff of the switching elements SW1 and SW4 is calculated based on Vbat / Vfc which is the ratio of the inter-terminal voltage Vbat of the secondary battery 50 and the inter-terminal voltage Vfc of the fuel cell 40. And run it. That is, the secondary battery 50 is further charged with the generated power of the fuel cell 40 for the amount of power that is not fully charged by the regenerative power generated by the load 70. Therefore, when the secondary battery 50 is in a sufficiently charged state by the regenerative power of the load 70, it is not necessary to perform the process of S111. When the process of S111 ends, the process proceeds to S112.

Ｓ１１２では、燃料電池システムと負荷７０とをつなぐ部位の電圧である、該システムの出力電圧Ｖｓｙｓに基づいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。このスイッチングデューティの実行は、Ｓ１１０やＳ１１１の処理がより確実に行われるように、燃料電池システムにおける電流の流れを整えるためのものである。Ｓ１１２の処理が終わると、再びＳ１０１からの処理が行われる。   In S112, the switching duty Ton / Toff of the switching elements SW1 and SW2 is calculated based on the output voltage Vsys of the system that connects the fuel cell system and the load 70, and is executed. The execution of the switching duty is for adjusting the flow of current in the fuel cell system so that the processes of S110 and S111 are more reliably performed. When the process of S112 ends, the process from S101 is performed again.

次に、Ｓ１１３〜Ｓ１１５による処理について説明する。この処理が行われるときは、上述したように負荷７０から電力の供給要求があったときである。Ｓ１１３では、Ｓ１０５で算出された要求電圧値Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑと燃料電池４０の端子間電圧Ｖｆｃの比率であるＶｓｙｓ＿ｒｅｑ／Ｖｆｃに基づいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。例えば、Ｖｓｙｓ＿ｒｅｑ／Ｖｆｃの値が高くなるほど該スイッチングデューティを高くすることで、燃料電池４０から負荷７０へ電力供給が行われるようにする。Ｓ１１３の処理が終了すると、Ｓ１１４へ進む。   Next, the process by S113-S115 is demonstrated. This process is performed when there is a power supply request from the load 70 as described above. In S113, based on Vsys_req / Vfc, which is the ratio of the required voltage value Vsys_req calculated in S105 and the inter-terminal voltage Vfc of the fuel cell 40, the switching duty Ton / Toff of the switching elements SW1 and SW2 is calculated and executed. To do. For example, the switching duty is increased as the value of Vsys_req / Vfc increases, so that power is supplied from the fuel cell 40 to the load 70. When the process of S113 ends, the process proceeds to S114.

Ｓ１１４では、Ｓ１０９と同様の原理で、Ｓ１１３で算出され実施されているスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングデューティを、負荷７０に実際に流れ込んでいる電流量（実電流）に基づいて補正する。この実電流は、負荷７０に接続された図示しない電流センサによって検出される。この補正の一例として、ＥＣＵ２００は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の所定のスイッチングデューティと負荷７０に流れるべき電流との相関を予め記憶しておき、実電流と実際のスイッチングデューティの関係がずれているときは、そのずれ量に応じてスイッチングデューティの値を補正する。Ｓ１１４の処理が終わると、再びＳ１１５からの処理が繰り返し行われる。   In S114, based on the same principle as in S109, the switching duty of the switching elements SW1 and SW2 calculated and implemented in S113 is corrected based on the amount of current (actual current) actually flowing into the load 70. This actual current is detected by a current sensor (not shown) connected to the load 70. As an example of this correction, the ECU 200 stores in advance a correlation between a predetermined switching duty of the switching elements SW1 and SW2 and a current that should flow through the load 70, and the relationship between the actual current and the actual switching duty is deviated. Corrects the value of the switching duty in accordance with the amount of deviation. When the process of S114 ends, the process from S115 is repeated again.

Ｓ１１５では、燃料電池システムの出力電圧であるＶｓｙｓと二次電池５０の端子間電圧Ｖｂａｔの比率であるＶｓｙｓ／Ｖｂａｔに基づいて、スイッチング素子ＳＷ３のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。これは、燃料電池４０で発電された電力のうち、負荷７０に供給すべき電力を差し引いた分の電力を二次電池５０に供給するために行われるスイッチング素子ＳＷ３のスイッチング動作である。このときは、燃料電池４０から二次電池５０へ電力が供給されるが、上記のＳ１０８やＳ１１１の処理と異なり、バイパス回路４５を経由せずに、代わって第２ＤＣＤＣコンバータ９０と第１ＤＣＤＣコンバータ８０の両方を経由して電力の供給が行われる。これは、仮に燃料電池４０から負荷７０に電力を供給するとともにバイパス回路４５を介して電力を二次電池に供給するために、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４を同時に作動させると、リアクトルＲａ１にためる電気エネルギを確保するためにはリアクトルＲａ１における電力の電圧振幅が大きくなり好ましくない。そこで、Ｓ１１５では、スイッチング素子ＳＷ４をＯＦＦ状態にした上でスイッチング素子ＳＷ３を動作させることで、二つのＤＣＤＣコンバータを介した、二次電池５０への電力供給が行われる。Ｓ１１５の処理が終わると、再びＳ１０１からの処理が行われる。   In S115, the switching duty Ton / Toff of the switching element SW3 is calculated based on Vsys / Vbat, which is the ratio of the output voltage Vsys of the fuel cell system and the inter-terminal voltage Vbat of the secondary battery 50, and is executed. . This is a switching operation of the switching element SW <b> 3 that is performed to supply the secondary battery 50 with power that is obtained by subtracting the power to be supplied to the load 70 from the power generated by the fuel cell 40. At this time, power is supplied from the fuel cell 40 to the secondary battery 50, but unlike the processing of S108 and S111 described above, instead of passing through the bypass circuit 45, the second DCDC converter 90 and the first DCDC converter 80 are used instead. Power is supplied via both of these. This is because if the switching elements SW1, SW2, and SW4 are simultaneously operated in order to supply power from the fuel cell 40 to the load 70 and supply power to the secondary battery via the bypass circuit 45, the reactor Ra1 accumulates. In order to ensure electric energy, the voltage amplitude of the electric power in reactor Ra1 becomes large, which is not preferable. Therefore, in S115, power is supplied to the secondary battery 50 via the two DCDC converters by operating the switching element SW3 after turning off the switching element SW4. When the process of S115 is completed, the process from S101 is performed again.

本実施例に係る電力供給制御によると、燃料電池４０によって発電された電力を二次電池５０に供給するとき、可及的にバイパス回路４５を介して電力供給を行うため、第１ＤＣＤＣコンバータ８０による電力損失を確実に回避することが可能となる。   According to the power supply control according to the present embodiment, when the power generated by the fuel cell 40 is supplied to the secondary battery 50, the first DCDC converter 80 uses the power supply via the bypass circuit 45 as much as possible. It is possible to reliably avoid power loss.

＜変形例＞
上記実施形態では、図１０に示すように、燃料電池４０から二次電池５０に電力を供給するに際して、バイパス回路４５を介することで第１ＤＣＤＣコンバータ８０を経ずに電力を送ることが可能となるように、燃料電池システムが構成された。しかし、これに代えて、燃料電池４０から二次電池５０に電力を供給するに際して第１ＤＣＤＣコンバータ８０と第２ＤＣＤＣコンバータ９０の両方を介さずに電力を送ることが可能となるように燃料電池システムを構成してもよい。その具体的な燃料電池システムの構成を図１３に示す。 <Modification>
In the above embodiment, as shown in FIG. 10, when power is supplied from the fuel cell 40 to the secondary battery 50, power can be sent via the bypass circuit 45 without passing through the first DCDC converter 80. Thus, a fuel cell system was configured. However, instead of this, when supplying power from the fuel cell 40 to the secondary battery 50, the fuel cell system is configured so that power can be sent without passing through both the first DCDC converter 80 and the second DCDC converter 90. It may be configured. A specific configuration of the fuel cell system is shown in FIG.

図１３に示す燃料電池システムと図１０に示す燃料電池システムとの相違点は、バイパス回路４５の接続部位である。図１３に示すように、この変形例に係る燃料電池システムでは、燃料電池４０とバッテリ５０とがスイッチング素子ＳＷ４を介してバイパス回路４５で接続される（図１０に示す燃料電池システムでは、バイパス回路４５の一端は、スイッチング素子ＳＷ４を介してリアクトルＲａ１に接続されている）。その結果、変形例に係る燃料電池システムでは、スイッチング素子ＳＷ４が第２ＤＣＤＣコンバータ９０の構成から外れることになり、このスイッチング素子ＳＷ４は、燃料電池４０と二次電池５０との間で単なるチョッパーとして機能する。更に、この変形例に係る燃料電池システムでは、スイッチング素子ＳＷ４のスイッチング動作の影響を平滑化するためにキャパシタＣｐ３がバイパス回路４５に接続されている。   The difference between the fuel cell system shown in FIG. 13 and the fuel cell system shown in FIG. As shown in FIG. 13, in the fuel cell system according to this modification, the fuel cell 40 and the battery 50 are connected by a bypass circuit 45 via a switching element SW4 (in the fuel cell system shown in FIG. 10, the bypass circuit One end of 45 is connected to the reactor Ra1 via the switching element SW4). As a result, in the fuel cell system according to the modification, the switching element SW4 deviates from the configuration of the second DCDC converter 90, and the switching element SW4 functions as a mere chopper between the fuel cell 40 and the secondary battery 50. To do. Further, in the fuel cell system according to this modification, the capacitor Cp3 is connected to the bypass circuit 45 in order to smooth the influence of the switching operation of the switching element SW4.

このように構成される変形例に係る燃料電池システムでは、バイパス回路４５は、燃料電池４０と二次電池５０とを、第１ＤＣＤＣコンバータ８０と第２ＤＣＤＣコンバータ９０とをバイパスする形で結ぶ。従って、スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態になると、燃料電池４０から二次電池５０へ両ＤＣＤＣコンバータを介することなく電力を供給することが可能となる。但し、この電力供給が行われる際は、燃料電池４０の端子間電圧は二次電池５０の端子間電圧より高く設定されている。   In the fuel cell system according to the modified example configured as described above, the bypass circuit 45 connects the fuel cell 40 and the secondary battery 50 so as to bypass the first DCDC converter 80 and the second DCDC converter 90. Therefore, when the switching element SW4 is turned on, it is possible to supply power from the fuel cell 40 to the secondary battery 50 without using both DCDC converters. However, when this power supply is performed, the terminal voltage of the fuel cell 40 is set higher than the terminal voltage of the secondary battery 50.

＜制御フロー＞
本変形例に係る燃料電池システムでの電力の供給に際して、その電力の供給経路の選択、即ち燃料電池１からの電力の出力経路の選択は、図１０に示す燃料電池システムと同様に、ＥＣＵ２００によって制御される。そこで、その制御フローを図１４に示す。この制御フローは、図１１に示す制御フローと同様に、車両の駆動を行う負荷７０に電力を供給する燃料電池システムの処理フローであり、この処理フローは、ＥＣＵ２００にてメモリ上に展開された制御プログラムを実行することで実現される。そこで、図１４に示す制御中の処理と図１１に示す制御中の処理で共通するものについては、同一の参照番号を付すことでその詳細な説明は省略する。 <Control flow>
When supplying power in the fuel cell system according to this modification, the selection of the power supply path, that is, the selection of the output path of power from the fuel cell 1, is performed by the ECU 200 as in the fuel cell system shown in FIG. Be controlled. The control flow is shown in FIG. Similar to the control flow shown in FIG. 11, this control flow is a processing flow of the fuel cell system for supplying electric power to the load 70 for driving the vehicle. This processing flow is developed on the memory by the ECU 200. This is realized by executing a control program. Therefore, the same reference numerals are used for the processes in control shown in FIG. 14 and the processes in control shown in FIG. 11, and the detailed description thereof is omitted.

図１４に示す制御フローは、図１１に示す制御フロー中の処理Ｓ１０８とＳ１１１とをそれぞれＳ２０１とＳ２０２に置き換えたものである。これらの置き換えは、本変形例に係る燃料電池システムにおいては、上述のようにスイッチング素子ＳＷ４が単なるチョッパーとして機能することになったことに起因する処理内容の変更である。即ち、二次電池５０の端子間電圧Ｖｂａｔと燃料電池４０の端子間電圧Ｖｆｃの比率であるＶｂａｔ／Ｖｆｃに基づいて、スイッチング素子ＳＷ４のスイッチングデューティＴｏｎ／Ｔｏｆｆを算出し、それを実行する。これにより、二次電池５０において蓄電可能な容量の電力が燃料電池４０から供給されることになる。個別具体的には、Ｓ２０１では、車両が停止状態にあるときは、二次電池５０に蓄電可能な容量分の電力が燃料電池４０から供給され、Ｓ２０２では、車両が減速状態にあるときは、負荷７０からの回生電力を踏まえて上で二次電池５０に蓄電可能な容量分の電力が燃料電池４０から供給される。   The control flow shown in FIG. 14 is obtained by replacing the processes S108 and S111 in the control flow shown in FIG. 11 with S201 and S202, respectively. These replacements are processing changes due to the fact that the switching element SW4 functions as a simple chopper as described above in the fuel cell system according to the present modification. That is, the switching duty Ton / Toff of the switching element SW4 is calculated based on Vbat / Vfc, which is the ratio of the inter-terminal voltage Vbat of the secondary battery 50 and the inter-terminal voltage Vfc of the fuel cell 40, and is executed. As a result, power of a capacity that can be stored in the secondary battery 50 is supplied from the fuel cell 40. Individually, in S201, when the vehicle is in a stopped state, power corresponding to the capacity that can be stored in the secondary battery 50 is supplied from the fuel cell 40. In S202, when the vehicle is in a decelerating state, Based on the regenerative power from the load 70, the fuel cell 40 supplies power for a capacity that can be stored in the secondary battery 50.

本変形例に係る電力供給制御によると、燃料電池４０によって発電された電力を二次電池５０に供給するとき、可及的にバイパス回路４５を介して電力供給を行うため、第１ＤＣＤＣコンバータ８０および第二ＤＣＤＣコンバータ９０による電力損失を確実に回避することが可能となる。   According to the power supply control according to this modification, when supplying the power generated by the fuel cell 40 to the secondary battery 50, the first DCDC converter 80 and the It is possible to reliably avoid power loss due to the second DCDC converter 90.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 燃料電池出力と負荷電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a fuel cell output and load voltage. 燃料電池システムにおける制御の処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow of control in a fuel cell system. モータの回転数と逆起電力との関係を格納したマップのデータ例である。It is an example of the data of the map which stored the relationship between the rotation speed of a motor, and a counter electromotive force. 燃料電池の負荷−出力電圧特性マップのデータ例である。It is an example of the data of the load-output voltage characteristic map of a fuel cell. 変形例における燃料電池、第２ＤＣＤＣコンバータおよび負荷を含む回路構成図である。It is a circuit block diagram containing the fuel cell in a modification, a 2nd DCDC converter, and load. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。It is a system configuration figure of a fuel cell system concerning a 2nd embodiment of the present invention. 回生電力発生時の負荷の端子電圧（および大容量キャパシタ）の端子電圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the terminal voltage of load terminal voltage (and large capacity capacitor) at the time of regenerative electric power generation. 本燃料電池システムにおける制御の処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow of control in this fuel cell system. 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。It is a system block diagram of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図１０に示す燃料電池システムにおける制御の処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow of control in the fuel cell system shown in FIG. 図１１に示す制御が行われる車両の負荷（電動機）のトルク線図である。It is a torque diagram of the load (electric motor) of the vehicle in which the control shown in FIG. 11 is performed. 図１１に示す制御が行われる車両の負荷（電動機）の回転数および要求出力と、該負荷が必要とする電圧との相関を示す線図である。It is a diagram which shows the correlation with the rotation speed and request | requirement output of the load (electric motor) of the vehicle in which control shown in FIG. 11 is performed, and the voltage which this load requires. 本発明の第３実施形態の変形例に係る燃料電池システムのシステム構成図である。It is a system block diagram of the fuel cell system which concerns on the modification of 3rd Embodiment of this invention. 図１３に示す燃料電池システムにおける制御の処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow of control in the fuel cell system shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 第１ＤＣＤＣコンバータ
２ 第２ＤＣＤＣコンバータ
３ 燃料電池
４ ダイオード
５ 二次電池
６ 負荷
７ 電圧センサ
８ 電流センサ
９ 大容量キャパシタ
１０ ＥＣＵ
１５ 回転数センサ
２０ 速度センサ
４０ 燃料電池
４５ バイパス回路
５０ 二次電池
６０ インバータ
７０ 負荷（電動機）
８０ 第１ＤＣＤＣコンバータ
９０ 第２ＤＣＤＣコンバータ
２００ ＥＣＵ
Ｌ チョークコイル
ＨＤ１、ＨＤ２ フリーホイールダイオード
Ｔｒ１、Ｔｒ２ トランジスタ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４ スイッチング素子
Ｒａ１、Ｒａ２ リアクトル
Ｃｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ３ キャパシタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st DCDC converter 2 2nd DCDC converter 3 Fuel cell 4 Diode 5 Secondary battery 6 Load 7 Voltage sensor 8 Current sensor 9 Large-capacity capacitor 10 ECU
15 Speed sensor 20 Speed sensor 40 Fuel cell 45 Bypass circuit 50 Secondary battery 60 Inverter 70 Load (motor)
80 1st DCDC converter 90 2nd DCDC converter 200 ECU
L Choke coil HD1, HD2 Free wheel diode Tr1, Tr2 Transistors SW1, SW2, SW3, SW4 Switching element Ra1, Ra2 Reactor Cp1, Cp2, Cp3 Capacitor

Claims (6)

負荷に電力を供給する燃料電池本体と、
前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、
前記負荷と蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、
前記負荷と燃料電池本体との間に設けられ、前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、
前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を前記負荷に供給するバイパス回路と、
前記燃料電池本体の出力電圧が前記負荷の状態に応じて特定される基準値を超えるときには、前記第１電圧変換部によって前記燃料電池本体の出力電圧が制御されて、前記バイパス回路によって前記第２電圧変換部をバイパスして前記燃料電池本体の電力を負荷に供給し、前記燃料電池本体の出力電圧が前記基準値未満のときには、前記第２電圧変換部によって昇圧された前記燃料電池本体からの電力を負荷に供給する、制御部と、を備える燃料電池システム。 A fuel cell body for supplying power to the load;
A power storage device for accumulating electric power exchanged between the load and the fuel cell body;
A first voltage conversion unit that is provided between the load and the power storage device and converts a voltage input to and output from the power storage device;
A second voltage converter provided between the load and the fuel cell main body for converting a voltage output from the fuel cell main body;
A bypass circuit that bypasses the second voltage converter and supplies power of the fuel cell body to the load;
When the output voltage of the fuel cell main body exceeds a reference value specified according to the state of the load, the output voltage of the fuel cell main body is controlled by the first voltage converter , and the second voltage is output by the bypass circuit. By bypassing the voltage conversion unit to supply the power of the fuel cell main body to the load, and when the output voltage of the fuel cell main body is less than the reference value, from the fuel cell main body boosted by the second voltage conversion unit A fuel cell system comprising: a control unit that supplies electric power to a load . 前記負荷は電動機であり、前記電動機の回転数を検出する回転数センサをさらに備え、
前記制御部は、電動機の異なる回転数に応じて前記基準値を記憶した記憶手段を有し、前記回転数センサによって検出された回転数から前記記憶手段を参照して前記基準値を特定する請求項１に記載の燃料電池システム。 The load is an electric motor, and further includes a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the electric motor,
Wherein the control unit includes a storage means for storing the reference value in accordance with the rotational speed of different motor, wherein the rotational speed detected by the speed sensor with reference to the storage means for specifying the reference value according Item 4. The fuel cell system according to Item 1 . 負荷に電力を供給する燃料電池本体と、
前記負荷と燃料電池本体との間で授受される電力を蓄積する蓄電装置と、
スイッチング素子を有し、該スイッチング素子の動作によって前記蓄電装置に入出力される電圧を変換する第１電圧変換部と、
スイッチング素子を有し、該スイッチング素子の動作によって前記燃料電池本体から出力される電圧を変換する第２電圧変換部と、
前記第１電圧変換部、前記第２電圧変換部および前記負荷と接続し、前記燃料電池本体、前記蓄電装置および前記負荷との間で電力授受を可能とする電力供給回路と、
前記燃料電池本体と前記蓄電装置との間の電力授受において、前記第１電圧変換部および前記第２電圧変換部のうち少なくとも該第１電圧変換部をバイパスして、該電力授受を
可能とするバイパス回路と、
前記負荷の状態に応じて前記第１電圧変換部のスイッチング素子のスイッチングデューティと前記第２電圧変換部のスイッチング素子のスイッチングデューティを調整することで、前記バイパス回路を介した前記燃料電池本体から前記蓄電装置への電力授受を制御する制御部と、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell body for supplying power to the load;
A power storage device for accumulating electric power exchanged between the load and the fuel cell body;
A first voltage converter that includes a switching element and converts a voltage input to and output from the power storage device by an operation of the switching element ;
A second voltage converter that has a switching element and converts a voltage output from the fuel cell main body by an operation of the switching element ;
A power supply circuit that is connected to the first voltage converter, the second voltage converter, and the load, and that enables power transfer between the fuel cell body, the power storage device, and the load;
In power transmission / reception between the fuel cell main body and the power storage device, at least the first voltage conversion unit of the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit is bypassed to enable the power transmission / reception. A bypass circuit;
By adjusting the switching duty of the switching element of the first voltage converter and the switching duty of the switching element of the second voltage converter according to the state of the load, the fuel cell main body through the bypass circuit A control unit for controlling power transfer to the power storage device;
A fuel cell system comprising: 前記バイパス回路は、前記燃料電池本体と前記蓄電装置との間の電力授受において、前記第１電圧変換部に加えて前記第２電圧変換部もバイパスして該電力授受を可能とし、
前記制御部によって前記バイパス回路を介した電力授受が可能とされた状態では、前記燃料電池本体側の電圧は、前記蓄電装置側の電圧よりも高く設定される、請求項３に記載の燃料電池システム。 In the power transfer between the fuel cell main body and the power storage device, the bypass circuit bypasses the second voltage converter in addition to the first voltage converter and enables the power transfer.
4. The fuel cell according to claim 3 , wherein the voltage on the fuel cell main body side is set to be higher than the voltage on the power storage device side in a state where power can be exchanged via the bypass circuit by the control unit. system. 前記制御部は、前記負荷から電力の供給要求が無いとき、前記バイパス回路を介して前記燃料電池本体によって発電された電力を前記蓄電装置に供給する、請求項３又は請求項４に記載の燃料電池システム。 5. The fuel according to claim 3 , wherein the control unit supplies power generated by the fuel cell main body to the power storage device via the bypass circuit when there is no power supply request from the load. Battery system. 前記制御部は、前記負荷から電力の供給要求があるとき、前記燃料電池本体によって発電された電力の一部を、前記第２電圧変換部を介して該負荷に供給するとともに、前記発電電力の残りを、前記バイパス回路を介さずに前記第１電圧変換部と前記第２電圧変換部とを介して前記蓄電装置に供給する、請求項３又は請求項４に記載の燃料電池システム。 When there is a power supply request from the load, the control unit supplies a part of the power generated by the fuel cell main body to the load via the second voltage conversion unit, and The fuel cell system according to claim 3 or 4 , wherein the remainder is supplied to the power storage device via the first voltage conversion unit and the second voltage conversion unit without passing through the bypass circuit.
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