特許 7359605 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-02

(45)【発行日】2023-10-11

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/40 20190101AFI20231003BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20231003BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231003BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20231003BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20231003BHJP

   B60L 58/15 20190101ALN20231003BHJP

   B60L 1/00 20060101ALN20231003BHJP

【ＦＩ】

B60L58/40

H01M8/04537

H02J7/00 P

H02J7/02 G

H01M8/04858

B60L58/15

B60L1/00 L

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019165253

(22)【出願日】2019-09-11

(65)【公開番号】P2020188671

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2022-04-14

(31)【優先権主張番号】P 2019090795

(32)【優先日】2019-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】立川 克之

(72)【発明者】

【氏名】堀田 真志

【審査官】上野 力

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０９１３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５９６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０８１６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２７１７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１００４９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ ５８／４０

Ｈ０１Ｍ ８／０４５３７

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０１Ｍ ８／０４８５８

Ｂ６０Ｌ ５８／１５

Ｂ６０Ｌ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックで発電された電力により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で回生電力を発生させる発電機として機能するモータを含む負荷と、
前記モータが駆動力を発生させるための電力を蓄電し、且つ前記モータが発生させた回生電力を蓄電する高圧蓄電装置と、
前記燃料電池スタックの動作を制御する制御部と、
補機を動作させる電力が充電されるとともに前記高圧蓄電装置よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定される低圧蓄電装置と、
前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記高圧蓄電装置に蓄電されるときの電力の電圧を降圧する降圧コンバータと、を備え、
前記降圧コンバータは、
三相のスイッチング素子を有するインバータ回路と、
前記インバータ回路及び前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記低圧蓄電装置に供給される電力の電圧を安定させる平滑回路と、を備え、
前記インバータ回路は、
正極母線と、
前記低圧蓄電装置に電気的に接続される負極母線と、
前記正極母線と前記負極母線とを電気的に接続する第１配線、第２配線、及び第３配線からなる中継配線と、を有し、
前記中継配線のそれぞれに前記スイッチング素子としての上アームスイッチング素子と前記スイッチング素子としての下アームスイッチング素子とを直列接続させ、且つ前記中継配線上において前記正極母線側から前記負極母線側に向けての電流の逆流を防止するためのダイオードが前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子に対して逆並列接続されることで構成され、
前記平滑回路は、
前記負極母線と、
前記第２配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間に電気的に接続される第１平滑配線と、
前記第３配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間に電気的に接続される第２平滑配線と、
前記第１平滑配線と前記第２平滑配線とをまとめることで形成され、前記低圧蓄電装置に電気的に接続される統合平滑配線と、
前記負極母線と前記統合平滑配線とを電気的に接続する平滑中継配線と、
前記平滑中継配線に設けられるコンデンサと、
前記第１平滑配線及び前記第２平滑配線のそれぞれに設けられているリアクトルと、を有し、
前記第１配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間には、前記モータが発生させる回生電力が入力される回生用配線が接続され、
前記制御部は、
前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記第１配線に設けられている前記スイッチング素子と前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させることにより、前記回生電力を前記低圧蓄電装置に蓄電させることを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記制御部は、
前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記第２配線に設けられている前記上アームスイッチング素子と前記第３配線に設けられている前記上アームスイッチング素子とを交互に開閉させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記燃料電池スタックの正極は、前記インバータ回路の前記正極母線に電気的に接続され、
前記燃料電池スタックの負極は、前記インバータ回路の前記負極母線に電気的に接続され、
前記燃料電池スタックで発電された電力を前記高圧蓄電装置が蓄電できる電圧まで降圧させる高圧コンバータを備え、
前記高圧コンバータと前記モータとは、前記高圧コンバータにより降圧された電力を前記負荷に送出するための高圧側変換配線で電気的に接続され、
前記回生用配線は、前記高圧側変換配線の正極側に電気的に接続され、
前記制御部は、
前記モータが回生電力を発生させていない場合、前記第１配線に設けられている前記スイッチング素子と前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させることにより前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧を降圧させる降圧制御を実施し、
前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記燃料電池スタックの動作を停止させるとともに前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングを前記降圧制御と比較して早くする回生降圧制御を実施することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に記載されるような車両用回生制動装置が知られている。
上記の車両用回生制動装置は、燃料電池車に搭載されている。当該燃料電池車には、燃料電池スタックと、燃料電池スタックで発電される電力により走行用駆動力を発生させる走行用モータと、走行用モータに供給する電力を蓄電している高圧蓄電装置としてのバッテリと、燃料電池スタックの動作を制御する制御部としての燃料電池用ＥＣＵと、を備えている燃料電池システムが適用されている。

【0003】

上記の車両用回生制動装置は、回生ブレーキと、上記のバッテリと、ヒータと、を備えている。回生ブレーキ、バッテリ、及びヒータは電気的に接続されている。回生ブレーキは、回生制動時に制動力を発生させる。回生制動時に回生ブレーキで発生する回生電力は、バッテリに蓄電される。回生ブレーキで回生電力が発生しているとき、バッテリの蓄電分を超える余剰電力は、ヒータに供給される。そのため、ヒータは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することで熱を発生させる。

【0004】

また、車両用回生制動装置は、車両温水回路を備えている。車両用温水回路には、水が流動しており、ヒータで発生した熱は車両用温水回路に蓄熱される。また、車両用回生制動装置は、燃料電池スタックを冷却するための冷却水が流動する冷却回路を備えている。冷却回路には、冷却水に含まれた熱を放熱するためのラジエータと、補機としてのロータリーバルブと、補機としての燃料電池用ポンプとが設けられている。燃料電池用ポンプは、冷却水を冷却回路に循環させるための循環ポンプである。ロータリーバルブは、ラジエータに流動させる冷却水の流量を調整している。なお、一般的に補機は、燃料電池スタックに酸素を供給するための電動圧縮機等が含まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－９３１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、バッテリの蓄電分を超える余剰電力は、ヒータにより電気エネルギーから熱エネルギーに変換されているが、電気エネルギーから熱エネルギーに変化するときにエネルギー損失が発生する虞がある。なお、当該課題は、車両としての燃料電池車において発生することに限らず、燃料電池システムを搭載し、且つ回生電力をバッテリに蓄電するユニットでも発生しうる。

【0007】

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、回生電力を効率良く蓄えることができる燃料電池システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックで発電された電力により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で回生電力を発生させる発電機として機能するモータを含む負荷と、前記モータが駆動力を発生させるための電力を蓄電し、且つ前記モータが発生させた回生電力を蓄電する高圧蓄電装置と、前記燃料電池スタックの動作を制御する制御部と、補機を動作させる電力が充電されるとともに前記高圧蓄電装置よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定される低圧蓄電装置と、
前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記高圧蓄電装置に蓄電されるときの電力の電圧を降圧する降圧コンバータと、を備え、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記降圧コンバータを介して回生電力を前記低圧蓄電装置に蓄電させる。

【0009】

これによれば、モータで発生した回生電力を高圧蓄電装置に蓄電し、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに降圧コンバータにより回生電力の電圧を降圧させ低圧蓄電装置に蓄電させている。そのため、例えば規定の電圧値が高圧蓄電装置の満充電時の電圧値だとすると、高圧蓄電装置の蓄電分を超える余剰電力は、低圧蓄電装置に蓄電される。よって、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときの余剰電力は、エネルギー変換されることになく低圧蓄電装置に蓄電される。したがって、上記の燃料電池システムでは、エネルギー変換によるエネルギー損失を発生させず、回生電力を効率良く蓄えることができる。

【0010】

上記の燃料電池システムにおいて、前記降圧コンバータは、三相のスイッチング素子を有するインバータ回路と、前記インバータ回路及び前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記低圧蓄電装置に供給される電力の電圧を安定させる平滑回路と、を備え、前記インバータ回路は、正極母線と、前記低圧蓄電装置に電気的に接続される負極母線と、前記正極母線と前記負極母線とを電気的に接続する第１配線、第２配線、及び第３配線からなる中継配線と、を有し、前記中継配線のそれぞれに前記スイッチング素子としての上アームスイッチング素子と前記スイッチング素子としての下アームスイッチング素子とを直列接続させ、且つ前記中継配線上において前記正極母線側から前記負極母線側に向けての電流の逆流を防止するためのダイオードが前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子に対して逆並列接続されることで構成され、前記平滑回路は、前記負極母線と、前記第２配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間に電気的に接続される第１平滑配線と、前記第３配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間に電気的に接続される第２平滑配線と、前記第１平滑配線と前記第２平滑配線とをまとめることで形成され、前記低圧蓄電装置に電気的に接続される統合平滑配線と、前記負極母線と前記統合平滑配線とを電気的に接続する平滑中継配線と、前記平滑中継配線に設けられるコンデンサと、前記第１平滑配線及び前記第２平滑配線のそれぞれに設けられているリアクトルと、を有し、前記第１配線における前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との間には、前記モータが発生させる回生電力が入力される回生用配線が電気的に接続され、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記第１配線に設けられている前記スイッチング素子と前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させるとよい。

【0011】

負荷はモータを駆動させるインバータを含むことが一般的である。そのため、燃料電池システムでは、降圧コンバータとインバータとを用いなければならない。
その点、これによれば、降圧コンバータは、インバータ回路を有している。すなわち、降圧コンバータは、負荷に含まれるインバータと同じ構成に対して平滑回路を付加したものである。よって、降圧コンバータを新たに用いる必要がないため、燃料電池システムのコストを低減させることができる。

【0012】

そして、上記の燃料電池システムでは、モータが回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに制御部は、インバータ回路の第１配線に設けられているスイッチング素子と第２配線及び第３配線に設けられている下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させる。例えば、第３配線に設けられている上アームスイッチング素子を閉状態にしたときを考える。

【0013】

モータが発生させている回生電力は、回生用配線を通じて第１配線に伝達され、第１配線に設けられている上アームスイッチング素子に対して逆並列接続されているダイオードを介して第２配線と第３配線に供給される。第３配線に供給された回生電力は、第２平滑配線のリアクトルを介して統合平滑配線に供給され、低圧蓄電装置に供給される。第３配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となったとき、第２平滑配線に設けられているリアクトルが磁化する。これにより、第２平滑配線に設けられているリアクトルには、第３配線から第２平滑回路を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第３配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となると、第２平滑配線に設けられているリアクトルにより回生電力の電圧が降圧される。また、第２配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となる場合も同様であり、第１平滑配線に設けられているリアクトルが磁化することにより、第１平滑配線に設けられているリアクトルには、第２配線から第１平滑配線を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第２配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となると、第１平滑配線に設けられているリアクトルにより回生電力の電圧が降圧される。ここで、第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させると平滑中継配線に設けられているコンデンサが充電される。コンデンサには、各リアクトルにより降圧された回生電力が充電される。第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子が開状態となったとしてもコンデンサから第２配線及び第３配線に設けられている下アームスイッチング素子に対して逆並列接続されているダイオードを介して各リアクトルに向けて流れる還流電流が発生する。よって、第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子が開状態で回生電力が低圧蓄電装置に流れなくてもコンデンサによる還流電流により低圧蓄電装置に蓄電される電力の電圧の時間的変化が少なくなる。よって、降圧コンバータの平滑回路により回生電力を降圧させつつ低圧蓄電装置に蓄電される電力の電圧を安定させることができる。

【0014】

上記の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記第２配線に設けられている前記上アームスイッチング素子と前記第３配線に設けられている前記上アームスイッチング素子とを交互に開閉させるとよい。

【0015】

例えば、第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子を同時に開閉させる場合を考える。回生用配線から第１配線に設けられている上アームスイッチング素子に対して逆並列接続されているダイオードを介して第２配線及び第３配線に回生電力が供給されたとき、コンデンサに向けて回生電力が流れない期間がある。第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングによるが、コンデンサによる還流電流により低圧蓄電装置に蓄電される電力の電圧の時間的変化が大きくなる虞がある。

【0016】

その点、これによれば、第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子を交互に開閉させている。そのため、コンデンサに向けて回生電力が流れない期間を短くすることができる。よって、低圧蓄電装置に蓄電される電圧をより安定させることができる。

【0017】

上記の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの正極は、前記インバータ回路の前記正極母線に電気的に接続され、前記燃料電池スタックの負極は、前記インバータ回路の前記負極母線に電気的に接続され、前記燃料電池スタックで発電された電力を前記高圧蓄電装置が蓄電できる電圧まで降圧させる高圧コンバータを備え、前記高圧コンバータと前記モータとは、前記高圧コンバータにより降圧された電力を前記負荷に送出するための高圧側変換配線で電気的に接続され、前記回生用配線は、前記高圧側変換配線の正極側に電気的に接続され、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させていない場合、前記第１配線に設けられている前記スイッチング素子と前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記下アームスイッチング素子とが開状態に維持された状態において、前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させることにより前記燃料電池スタックで発電された電力の電圧を降圧させる降圧制御を実施し、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記燃料電池スタックの動作を停止させるとともに前記第２配線及び前記第３配線に設けられている前記上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングを前記降圧制御と比較して早くする回生降圧制御を実施するとよい。

【0018】

これによれば、モータが回生電力を発生させていない場合、制御部の降圧制御により降圧コンバータは、燃料電池スタックで発電された電力を降圧させる機能を発揮することができる。そして、モータが回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに制御部の回生降圧制御により降圧コンバータは、回生電力を降圧させる機能を発揮することができる。すなわち、燃料電池スタックで発電された電力を降圧させるコンバータと、回生電力を降圧させるコンバータとを別途用意する必要がない。そのため、燃料電池システムのコストを低減させることができる。

【0019】

また、上記の燃料電池システムにおいて、制御部はモータが回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに燃料電池スタックの動作を停止させる。これにより、降圧コンバータが降圧制御を実施するときの機能と、回生降圧制御を実施するときの機能とを区別することができる。

【0020】

また、燃料電池スタックで発電された電力を降圧する場合と、回生電力を降圧する場合とでは、電圧の降圧幅が異なる。回生電力を降圧できる理由は、リアクトルの磁化による逆起電力である。そのため、降圧幅を変化させるには、リアクトルに発生する逆起電力の大きさを変化させる必要がある。

【0021】

その点、これによれば、制御部は、回生降圧制御を実施するときに第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングを降圧制御と比較して早くしている。第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子が開状態になっている期間が長いと、コンデンサによる還流電流によりリアクトルは磁気エネルギーを多く蓄える。そのため、第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子が閉状態となりリアクトルが磁化すると、リアクトルに発生する逆起電力が大きくなる。すなわち、回生降圧制御を実施するときに第２配線及び第３配線に設けられている上アームスイッチング素子を開閉させるタイミングを降圧制御よりも早くすることで、リアクトルに蓄えられる磁気エネルギーを少なくすることができ、リアクトルに発生する逆起電力を小さくすることができる。よって、燃料電池スタックで発電される電力を低圧蓄電装置が蓄電できる電圧まで降圧する降圧制御と、回生電力を低圧蓄電装置が蓄電できる電圧まで降圧する回生降圧制御とで降圧幅を適切に変更することができる。

【発明の効果】

【0022】

この発明によれば、回生電力を効率良く蓄えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】燃料電池システムの構成を示すブロック図。

【図2】第１低圧コンバータの構成を示す概略図。

【図3】変更例における第１低圧コンバータの構成を示す概略図。

【図4】変更例における第１低圧コンバータの構成を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、燃料電池システムを具体化した実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、この実施形態の燃料電池システム１は、トーイングトラクターに適用されるものである。燃料電池システム１は、車両に搭載される負荷に供給する電力を発電するシステムである。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０を備えている。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池セルをスタック化したものである。燃料電池セルとは、例えば固定分子型燃料電池である。燃料電池スタック１０は、燃料ガスと、酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う。本実施形態では、水素ガスを燃料ガス、空気中の酸素を酸化剤ガスとして発電が行われる。すなわち、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０で発電された電力によって負荷を駆動させるシステムである。なお、燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧値は、例えば１４０Ｖである。

【0025】

本実施形態の負荷は、車両が走行するための駆動力を発生させるモータとしての走行用モータ７０を含んでいる。負荷は、図示しないが走行用モータ７０を駆動させるためのインバータを含んでいる。また、走行用モータ７０は、トーイングトラクターが停止するときの制動力を発生させる回生ブレーキとしても使用される。よって、走行用モータ７０は、燃料電池スタック１０で発電された電力により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で回生制動時に制動力を発生させるとともに回生電力を発生させる発電機として機能する。なお、走行用モータ７０は、三相交流回転電機が採用されている。

【0026】

燃料電池システム１は、高圧蓄電装置２０と、高圧コンバータ３０と、低圧蓄電装置としての第１低圧蓄電装置４０と、降圧コンバータとしての第１低圧コンバータ５０とを備えている。

【0027】

高圧蓄電装置２０には、リチウムイオンキャパシタが採用されている。高圧蓄電装置２０は、走行用モータ７０が駆動力を発生させるための電力を蓄電し、且つ走行用モータ７０が発生させた回生電力を蓄電する機能を有している。高圧蓄電装置２０は、例えば電圧値が８０Ｖの電力を蓄電できる。

【0028】

高圧コンバータ３０は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータが採用されている。高圧コンバータ３０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧する機能を有している。高圧コンバータ３０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を例えば８０Ｖまで降圧する機能を有している。燃料電池スタック１０の正極と高圧コンバータ３０の入力側における正極とは、高圧側供給正極配線Ｌ１により電気的に接続されている。燃料電池スタック１０の負極と高圧コンバータ３０の入力側の負極とは、高圧側供給負極配線Ｌ２により電気的に接続されている。高圧側供給正極配線Ｌ１及び高圧側供給負極配線Ｌ２は、燃料電池スタック１０で発電された電力を高圧コンバータ３０に送出するために設けられている。高圧側供給負極配線Ｌ２は、グランド配線である。なお、高圧側供給正極配線Ｌ１には、燃料電池スタック１０に向けて電力の逆流を防止するダイオード１０５が設けられている。

【0029】

高圧コンバータ３０の出力側の正極と高圧蓄電装置２０の正極とは、高圧側変換正極配線Ｌ３により電気的に接続されている。高圧コンバータ３０の出力側の負極と高圧蓄電装置２０の負極とは、高圧側変換負極配線Ｌ４により電気的に接続されている。高圧側変換負極配線Ｌ４は、グランド配線である。また、高圧コンバータ３０の出力側の正極及び負極と走行用モータ７０とは、高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４により電気的に接続されている。高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４は、高圧コンバータ３０により降圧された電力を負荷及び高圧蓄電装置２０に送出するために設けられている。そのため、燃料電池スタック１０で発電された電力は、高圧コンバータ３０から高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４を介して走行用モータ７０に供給されつつ、高圧蓄電装置２０に蓄電される。すなわち、高圧蓄電装置２０には、燃料電池スタック１０で発電された電力を走行用モータ７０に供給した余剰電力が蓄電される。そして、高圧蓄電装置２０に蓄電された電力は、例えば燃料電池スタック１０の発電初期に発電量が不足したときに走行用モータ７０を駆動させるための電力としても使用される。なお、高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４は、高圧側変換配線の一例であり、高圧側変換正極配線Ｌ３は、高圧側変換配線の正極側の一例である。

【0030】

第１低圧蓄電装置４０には、リチウムイオンキャパシタが採用されている。第１低圧蓄電装置４０は、補機としての第１補機６０を動作させる電力が充電されるとともに高圧蓄電装置２０よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定されている。第１低圧蓄電装置４０は、例えば電圧値が４８Ｖの電力を蓄電できる。ここで、第１補機６０とは、例えば燃料電池スタック１０の動作を補助する電磁弁及び電動圧縮機を示している。電磁弁は、図示しない水素タンクと燃料電池スタック１０とを接続する水素供給配管に設けられ、当該水素供給配管を開閉する機能を有している。電動圧縮機は、燃料電池スタック１０に酸素を含んだ空気を圧縮させた状態で供給する機能を有している。

【0031】

ここで、燃料電池システム１は、制御部としてのＦＣＥＣＵ６５を有している。ＦＣＥＣＵ６５は、燃料電池スタック１０の動作を制御する。ＦＣＥＣＵ６５は、上記した電磁弁及び電動圧縮機の動作を制御することで燃料電池スタック１０の動作を制御する。具体的には、ＦＣＥＣＵ６５は、予め設定された駆動周期や開弁時間に応じて電磁弁を動作させることで水素供給配管の開度を調整する。すなわち、ＦＣＥＣＵ６５は、電磁弁の動作を制御し、水素供給配管の開度を調整することで水素タンクから燃料電池スタック１０に供給される水素の供給量を調整している。また、電動圧縮機に設けられた電動モータのトルクを制御することで燃料電池スタック１０への空気の供給量を制御している。よって、ＦＣＥＣＵ６５は、電磁弁及び電動圧縮機の動作を制御し、水素の供給量及び空気の供給量を制御することで燃料電池スタック１０の発電量を制御している。

【0032】

第１低圧コンバータ５０は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータが採用されている。第１低圧コンバータ５０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧する機能を有している。第１低圧コンバータ５０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を例えば４８Ｖまで降圧する機能を有している。燃料電池スタック１０の正極と第１低圧コンバータ５０の入力側における正極とは、高圧側供給正極配線Ｌ１により電気的に接続されている。燃料電池スタック１０の負極と第１低圧コンバータ５０の入力側の負極とは、高圧側供給負極配線Ｌ２により電気的に接続されている。高圧側供給正極配線Ｌ１及び高圧側供給負極配線Ｌ２は、上記した高圧コンバータ３０だけに限らず、燃料電池スタック１０で発電された電力を第１低圧コンバータ５０に送出するために設けられている。

【0033】

第１低圧コンバータ５０の出力側の正極と第１低圧蓄電装置４０の正極とは、第１低圧側変換正極配線Ｌ５により電気的に接続されている。第１低圧コンバータ５０の出力側の負極と第１低圧蓄電装置４０の負極とは、第１低圧側変換負極配線Ｌ６により電気的に接続されている。また、第１低圧コンバータ５０の出力側の正極及び負極と第１補機６０とは、第１低圧側変換正極配線Ｌ５及び第１低圧側変換負極配線Ｌ６により電気的に接続されている。第１低圧側変換正極配線Ｌ５及び第１低圧側変換負極配線Ｌ６は、第１低圧コンバータ５０により降圧された電力を第１補機６０及び第１低圧蓄電装置４０に送出するために設けられている。そのため、燃料電池スタック１０で発電された電力は、第１低圧コンバータ５０から第１低圧側変換正極配線Ｌ５及び第１低圧側変換負極配線Ｌ６を介して第１補機６０に供給されつつ、第１低圧蓄電装置４０に蓄電される。すなわち、第１低圧蓄電装置４０には、燃料電池スタック１０で発電された電力を第１補機６０に供給した余剰電力が蓄電される。そして、第１低圧蓄電装置４０に蓄電された電力は、例えば燃料電池スタック１０の発電初期に発電量が不足したときに第１補機６０を駆動させるための電力としても使用される。

【0034】

燃料電池システム１は、第２低圧蓄電装置８０と、第２低圧コンバータ９０とを備えている。第２低圧蓄電装置８０には、１２Ｖバッテリが採用されている。第２低圧蓄電装置８０は、第２補機９５を動作させる電力が充電されるとともに第１低圧蓄電装置４０よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定されている。第２低圧蓄電装置８０は、上述したが電圧値が１２Ｖの電力を蓄電できる。ここで、第２補機９５とは、例えばエアコン、ナビゲーションシステム、ライト等を示している。なお、本実施形態におけるＦＣＥＣＵ６５は、第２補機９５の一部である。

【0035】

第２低圧コンバータ９０は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータが採用されている。第２低圧コンバータ９０は、第１低圧コンバータ５０で降圧された電力を更に降圧する機能を有している。第２低圧コンバータ９０は、第１低圧コンバータ５０で降圧された電力を例えば１２Ｖまで降圧する機能を有している。第２低圧コンバータ９０には、第１低圧側変換正極配線Ｌ５及び第１低圧側変換負極配線Ｌ６が電気的に接続されている。第１低圧側変換正極配線Ｌ５及び第１低圧側変換負極配線Ｌ６は、上記した第１補機６０及び第１低圧蓄電装置４０に限らず、第１低圧コンバータ５０により降圧された電力を第２低圧コンバータ９０に送出するために設けられている。そのため、第１低圧コンバータ５０で降圧された電力は、第１補機６０に供給されるとともに第２低圧コンバータ９０にも供給される。第２低圧コンバータ９０の出力側の正極と第２低圧蓄電装置８０の正極とは、第２低圧側変換正極配線Ｌ７により電気的に接続されている。第２低圧コンバータ９０の出力側の負極と第２低圧蓄電装置８０の負極とは、第２低圧側変換負極配線Ｌ８により電気的に接続されている。また、第２低圧コンバータ９０の出力側の正極及び負極と第２補機９５とは、第２低圧側変換正極配線Ｌ７及び第２低圧側変換負極配線Ｌ８により電気的に接続されている。第２低圧側変換正極配線Ｌ７及び第２低圧側変換負極配線Ｌ８は、第２低圧コンバータ９０により降圧された電力を第２補機９５及び第２低圧蓄電装置８０に送出するために設けられている。そのため、第１低圧コンバータ５０で降圧された電力は、第２低圧コンバータ９０から第２低圧側変換正極配線Ｌ７及び第２低圧側変換負極配線Ｌ８を介して第２補機９５に供給されつつ、第２低圧蓄電装置８０に蓄電される。すなわち、第２低圧蓄電装置８０には、第２低圧コンバータ９０で降圧された電力を第２補機９５に供給した余剰電力が蓄電される。そして、第２低圧蓄電装置８０に蓄電された電力は、例えば燃料電池スタック１０の発電初期に発電量が不足したときに第２補機９５を駆動させるための電力としても使用される。

【0036】

このように構成された燃料電池システム１では、燃料電池システム１を起動させる場合、ＦＣＥＣＵ６５により電磁弁及び電動圧縮機が動作させられることで燃料電池スタック１０が発電を開始する。燃料電池スタック１０で発電された電力は、高圧コンバータ３０を介して負荷（インバータと走行用モータ７０）に供給される一方で、負荷の駆動に用いられなかった余剰電力が高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４を介して高圧蓄電装置２０に充電される。同様に、燃料電池スタック１０で発電された電力は、第１低圧コンバータ５０を介して第１補機６０に供給される一方で、第１補機６０の駆動に用いられなかった余剰電力が第１低圧側変換正極配線Ｌ５及び第１低圧側変換負極配線Ｌ６を介して第１低圧蓄電装置４０に充電される。また、第１低圧コンバータ５０で降圧された電力は、第２低圧コンバータ９０を介して第２補機９５に供給される一方で、第２補機９５の駆動に用いられなかった余剰電力が第２低圧側変換正極配線Ｌ７及び第２低圧側変換負極配線Ｌ８を介して第２低圧蓄電装置８０に充電される。

【0037】

ＦＣＥＣＵ６５は、高圧蓄電装置２０の充電容量、第１低圧蓄電装置４０の充電容量、及び第２低圧蓄電装置８０の充電容量を確認しながら燃料電池スタック１０の動作を制御している。具体的には、ＦＣＥＣＵ６５は、高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４における高圧蓄電装置２０の近傍に設けられた電圧センサ１０１で検出される電圧値が第１規定値となっているか否かを確認している。また、ＦＣＥＣＵ６５は、第１低圧側変換正極配線Ｌ５及び第１低圧側変換負極配線Ｌ６における第１低圧蓄電装置４０の近傍に設けられた電圧センサ１０２で検出される電圧値が第２規定値となっているか否かを確認している。さらに、ＦＣＥＣＵ６５は、第２低圧側変換正極配線Ｌ７及び第２低圧側変換負極配線Ｌ８における第２低圧蓄電装置８０の近傍に設けられた電圧センサ１０３で検出される電圧値が第３規定値となっているか否かを確認している。ＦＣＥＣＵ６５は、高圧蓄電装置２０の電圧値が第１規定値を、第１低圧蓄電装置４０の電圧値が第２規定値を、第２低圧蓄電装置８０の電圧値が第３規定値を満たすまで燃料電池スタック１０の動作を継続させることで高圧蓄電装置２０、第１低圧蓄電装置４０、及び第２低圧蓄電装置８０の充電を継続する。

【0038】

ここで、第１規定値は、高圧蓄電装置２０に充電されている電力が燃料電池スタック１０の出力状態が急変したときに走行用モータ７０の動作の追従性を保つことができるように設定されている。燃料電池スタック１０の出力の急変とは、例えばトーイングトラクター及び燃料電池システム１が起動し、走行用モータ７０の動作を急変させることを示している。走行用モータ７０の動作を急変させるためには、燃料電池スタック１０の発電量を多くするように、出力状態を低出力状態から高出力状態に急変させる必要がある。しかし、燃料電池スタック１０の発電量によっては、走行用モータ７０の動作を急変させるための電力が不足する場合がある。この場合、高圧蓄電装置２０に充電されている電力を負荷に向けて放電することで発電量の不足を補う。よって、第１規定値は、燃料電池スタック１０の出力状態が急変したときに走行用モータ７０の動作の追従性を保つことができる程度に設定されている。第２規定値は、第１補機６０（電磁弁、電動圧縮機、及びＦＣＥＣＵ６５）を安定的に駆動させることができるように設定されている。すなわち、第２規定値は、燃料電池スタック１０の発電初期において発電量が不足したときに第１補機６０を安定的に駆動できるように設定されている。第２規定値と同様に、第３規定値は、燃料電池スタック１０の発電初期において発電量が不足したときに第２補機９５を安定的に駆動できるように設定されている。

【0039】

また、燃料電池システム１は、走行用モータ７０が回生電力を発生させているときに当該回生電力を高圧蓄電装置２０に蓄電する機能を有している。そして、燃料電池システム１は、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置２０に蓄電される電力の電圧値が規定の電圧値に達したときに第１低圧コンバータ５０を介して高圧蓄電装置２０の規定の電圧値を超える余剰電力を第１低圧蓄電装置４０に蓄電させる機能を有している。なお、高圧蓄電装置２０の規定の電圧値とは、燃料電池システム１の仕様によって高圧蓄電装置２０に要求される充電量を考慮して設定することが好ましい。例えば、燃料電池システム１において走行用モータ７０に使用する電力が多い場合、可能な限り多くの回生電力を高圧蓄電装置２０に充電することが好ましいと考えられる。その場合、高圧蓄電装置２０の規定の電圧値は、例えば高圧蓄電装置２０の満充電時の電圧値とすることが好ましい。また、走行用モータ７０よりも第１補機６０に使用する電力が多い場合、可能な限り多くの回生電力を第１低圧蓄電装置４０に充電することが好ましいと考えられる。この場合、高圧蓄電装置２０の規定の電圧値は、例えば高圧蓄電装置２０の第１規定値とすることが好ましい。また、高圧蓄電装置２０の規定の電圧値を第１規定値と満充電時の電圧値との間に設定するようにしてもよい。

【0040】

燃料電池システム１において、ＦＣＥＣＵ６５には、高圧コンバータ３０と走行用モータ７０とを接続している高圧側変換正極配線Ｌ３に直列接続されている電流センサ１０４により検出された電流が入力される。ＦＣＥＣＵ６５は、電流センサ１０４から入力された電流により高圧側変換正極配線Ｌ３に流れる電流の向きを判断し、走行用モータ７０が回生電力を発生させているか否かを確認している。ＦＣＥＣＵ６５は、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、燃料電池スタック１０の動作を停止させる。具体的には、ＦＣＥＣＵ６５は、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、電磁弁への通電を停止し水素供給配管を閉状態にすることで水素タンクから燃料電池スタック１０への水素の供給を停止させる。また、ＦＣＥＣＵ６５は、電動圧縮機の動作を停止させることで燃料電池スタック１０への酸素を含む空気の供給を停止させる。これにより、ＦＣＥＣＵ６５は、燃料電池スタック１０の動作を停止させる。

【0041】

燃料電池システム１において、第１低圧コンバータ５０には、回生用配線Ｌｒが電気的に接続されている。回生用配線Ｌｒは、高圧側変換正極配線Ｌ３に電気的に接続されている。回生用配線Ｌｒには、走行用モータ７０が発生させる回生電力が高圧側変換正極配線Ｌ３を介して入力され、第１低圧コンバータ５０に入力される。第１低圧コンバータ５０は、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときに走行用モータ７０が発生させる回生電力を降圧させる機能を有している。図示しないが回生用配線Ｌｒには、例えばリレーが設けられている。ＦＣＥＣＵ６５は、走行用モータ７０が回生電力を発生させていない場合、リレーを開状態にすることにより高圧コンバータ３０で降圧された電力が第１低圧コンバータ５０に入力されないようにしている。ＦＣＥＣＵ６５は、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときにリレーを閉状態にして高圧側変換正極配線Ｌ３及び回生用配線Ｌｒを介して第１低圧コンバータ５０に回生電力を入力させる。すなわち、ＦＣＥＣＵ６５は、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときに第１低圧コンバータ５０を介して回生電力を第１低圧蓄電装置４０に蓄電させている。また、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、ＦＣＥＣＵ６５により燃料電池スタック１０の動作が停止されるが、燃料電池スタック１０の高電圧状態が少しの期間継続する。すなわち、第１低圧コンバータ５０に対して燃料電池スタック１０で発電された電力（１４０Ｖ）と回生電力（８０Ｖ）が同時に作用する期間がある。しかしながら、燃料電池スタック１０に酸素を含む空気が供給されない状態となるため、燃料電池スタック１０の高電圧状態は回生電力が第１低圧コンバータ５０に入力されてすぐに解消され、燃料電池スタック１０の電力よりも回生電力の方が優位となる。よって、燃料電池スタック１０の高電圧状態が少しの期間継続したとしても回生電力を降圧させる第１低圧コンバータ５０の機能を妨げることはない。

【0042】

次に、第１低圧コンバータ５０の構成について詳しく説明する。
図２に示すように、第１低圧コンバータ５０は、インバータ回路５１と、平滑回路５２とを備えている。インバータ回路５１は、負荷のインバータが有するインバータ回路と同一である。インバータ回路５１は、三相のスイッチング素子として６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を有している。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６としては、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やＭＯＳＦＥＴが採用されている。インバータ回路５１は、正極母線Ｌｐと、負極母線Ｌｎと、中継配線Ｌｍとを有している。正極母線Ｌｐは、高圧側供給正極配線Ｌ１に電気的に接続されている。そのため、正極母線Ｌｐは、燃料電池スタック１０の正極と電気的に接続されている。負極母線Ｌｎは、高圧側供給負極配線Ｌ２に電気的に接続されている。そのため、負極母線Ｌｎは、燃料電池スタック１０の負極と電気的に接続されている。負極母線Ｌｎは、第１低圧側変換負極配線Ｌ６に電気的に接続されている。そのため、負極母線Ｌｎは、第１低圧蓄電装置４０と電気的に接続されている。中継配線Ｌｍは、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとを電気的に接続する第１配線Ｌｍ１、第２配線Ｌｍ２、及び第３配線Ｌｍ３から構成されている。

【0043】

第１配線Ｌｍ１において、ｕ相上アームを構成する上アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Ｑ１と、ｕ相下アームを構成する下アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Ｑ２とが直列接続されている。第２配線Ｌｍ２において、ｖ相上アームを構成する上アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Ｑ３と、ｖ相下アームを構成する下アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Ｑ４とが直列接続されている。第３配線Ｌｍ３において、ｗ相上アームを構成する上アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Ｑ５と、ｗ相上アームを構成する下アームスイッチング素子としてのスイッチング素子Ｑ６とが直列接続されている。また、中継配線Ｌｍ上において正極母線Ｌｐ側から負極母線Ｌｎに向けてに電流の逆流を防止するための６つのダイオードＤ１～Ｄ６がそれぞれ上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を構成するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のそれぞれに対して逆並列接続されている。

【0044】

平滑回路５２は、インバータ回路５１及び第１低圧蓄電装置４０に電気的に接続されるとともに第１低圧蓄電装置４０に供給される電力の電圧を安定させる機能を有している。平滑回路５２は、インバータ回路５１と同様に負極母線Ｌｎを有している。平滑回路５２は、インバータ回路５１と負極母線Ｌｎを共有している。平滑回路５２は、第１平滑配線Ｌｓ１と、第２平滑配線Ｌｓ２と、統合平滑配線Ｌｓｔと、平滑中継配線Ｌｓｍと、コンデンサ５３と、リアクトル５４，５５とを有している。第１平滑配線Ｌｓ１は、第２配線Ｌｍ２におけるスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との間に電気的に接続されている。第２平滑配線Ｌｓ２は、第３配線Ｌｍ３におけるスイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との間に電気的に接続されている。統合平滑配線Ｌｓｔは、第１平滑配線Ｌｓ１と第２平滑配線Ｌｓ２とをまとめることで形成されている。統合平滑配線Ｌｓｔは、第１低圧側変換正極配線Ｌ５に電気的に接続されている。そのため、統合平滑配線Ｌｓｔは、第１低圧蓄電装置４０と電気的に接続されている。平滑中継配線Ｌｓｍは、負極母線Ｌｎと統合平滑配線Ｌｓｔとの間を電気的に接続している。コンデンサ５３は、平滑中継配線Ｌｓｍに設けられている。リアクトル５４は、第１平滑配線Ｌｓ１に設けられている。リアクトル５５は、第２平滑配線Ｌｓ２に設けられている。ここで、第１配線Ｌｍ１におけるスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間には、回生用配線Ｌｒが電気的に接続されている。なお、リアクトル５４，５５は、インダクタ等の受動素子であり、本実施形態ではコイルにより構成されている。なお、本実施形態の第１低圧コンバータ５０は、入力側（燃料電池スタック１０側）と出力側（第１低圧蓄電装置４０側）電気的に導通している非絶縁型コンバータである。

【0045】

ここで、ＦＣＥＣＵ６５の第１低圧コンバータ５０の制御について説明するとともに第１低圧コンバータ５０の動作についても説明する。
図１及び図２に示すように、ＦＣＥＣＵ６５は、走行用モータ７０が回生電力を発生させていない場合、燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧する降圧制御を実施する。降圧制御において、ＦＣＥＣＵ６５は、第１低圧コンバータ５０のインバータ回路５１における第１配線Ｌｍ１に設けられているスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２と、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３上に設けられたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６を常に開状態に維持する。そして、ＦＣＥＣＵ６５は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が開状態に維持された状態において、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させることで降圧制御を実施する。より詳細には、降圧制御時には、ＦＣＥＣＵ６５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を交互に開閉させる。

【0046】

例えば、第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ５を閉状態にしたときを考える。燃料電池スタック１０で発電された電力は、高圧側供給正極配線Ｌ１及び正極母線Ｌｐを通じて第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に供給される。第３配線Ｌｍ３に供給された電力は、第２平滑配線Ｌｓ２のリアクトル５５を介して統合平滑配線Ｌｓｔに供給され、第１低圧蓄電装置４０に供給される。第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ５が閉状態となったとき、第２平滑配線Ｌｓ２に設けられているリアクトル５５が磁化する。これにより、第２平滑配線Ｌｓ２に設けられているリアクトル５５には、第３配線Ｌｍ３から第２平滑配線Ｌｓ２を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ５が閉状態となると、第２平滑配線Ｌｓ２に設けられているリアクトル５５により燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧が低下し、燃料電池スタック１０で発電された電力が降圧される。また、第２配線Ｌｍ２に設けられているスイッチング素子Ｑ３が閉状態となる場合も同様であり、第１平滑配線Ｌｓ１に設けられているリアクトル５４が磁化することにより、第１平滑配線Ｌｓ１に設けられているリアクトル５４には、第２配線Ｌｍ２から第１平滑配線Ｌｓ１を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第２配線Ｌｍ２に設けられているスイッチング素子Ｑ３が閉状態になると、第１平滑配線Ｌｓ１に設けられているリアクトル５４により燃料電池スタック１０で発電された電力の電圧が低下し、燃料電池スタック１０で発電された電力が降圧される。ここで、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させると平滑中継配線Ｌｓｍに設けられているコンデンサ５３に充電される。コンデンサ５３には、各リアクトル５４，５５により降圧された燃料電池スタック１０の電力が充電される。第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５が開状態となったとしてもコンデンサ５３から第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６に対して逆並列接続されているダイオードＤ４，Ｄ６を介して各リアクトル５４，５５に向けて流れる還流電流が発生する。よって、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５が開状態であり、燃料電池スタック１０で発電された電力が第１低圧蓄電装置４０に流れなくてもコンデンサ５３による還流電流により第１低圧蓄電装置４０に蓄電される電力の電圧の時間的変化が少なくなる。よって、第１低圧コンバータ５０の平滑回路５２により燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧させつつ第１低圧蓄電装置４０に蓄電される電力の電圧を安定させることができる。

【0047】

図１及び図２に示すように、ＦＣＥＣＵ６５は、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときに回生電力を降圧する回生降圧制御を実施する。回生降圧制御において、ＦＣＥＣＵ６５は、上述したように燃料電池スタック１０の動作を停止させる。また、ＦＣＥＣＵ６５は、第１低圧コンバータ５０のインバータ回路５１における第１配線Ｌｍ１に設けられているスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２と、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３上に設けられた下アームスイッチング素子であるスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６を常に開状態に維持する。そして、ＦＣＥＣＵ６５は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が開状態に維持された状態において、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させることで回生降圧制御を実施する。より詳細には、回生降圧制御時には、ＦＣＥＣＵ６５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を交互に開閉させる。また、回生降圧制御において、ＦＣＥＣＵ６５は、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させるタイミングを上記降圧制御と比較して早くする。

【0048】

例えば、第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ５を閉状態にしたときを考える。走行用モータ７０が発生させている回生電力は、回生用配線Ｌｒを通じて第１配線Ｌｍ１に伝達され、第１配線Ｌｍ１に設けられているスイッチング素子Ｑ１に対して逆並列接続されているダイオードＤ１を介して第２配線Ｌｍ２と第３配線Ｌｍ３に供給される。第３配線Ｌｍ３に供給された回生電力は、第２平滑配線Ｌｓ２のリアクトル５５を介して統合平滑配線Ｌｓｔに供給され、第１低圧蓄電装置４０に供給される。第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ５が閉状態となったとき、第２平滑配線Ｌｓ２に設けられているリアクトル５５が磁化する。これにより、第２平滑配線Ｌｓ２に設けられているリアクトル５５には、第３配線Ｌｍ３から第２平滑配線Ｌｓ２を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ５が閉状態となると、第２平滑配線Ｌｓ２に設けられているリアクトル５５により回生電力の電圧が降圧される。また、第２配線Ｌｍ２に設けられているスイッチング素子Ｑ３が閉状態となる場合も同様であり、第１平滑配線Ｌｓ１に設けられているリアクトル５４が磁化することにより、第１平滑配線Ｌｓ１に設けられているリアクトル５４には、第２配線Ｌｍ２から第１平滑配線Ｌｓ１を介して流れようとする電流を妨げる向きに逆起電力が発生する。よって、第２配線Ｌｍ２に設けられているスイッチング素子Ｑ３が閉状態となると、第１平滑配線Ｌｓ１に設けられているリアクトル５４により回生電力の電圧が降圧される。ここで、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させると、平滑中継配線Ｌｓｍに設けられているコンデンサ５３が充電される。コンデンサ５３には、各リアクトル５４，５５により降圧された回生電力が充電される。第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５が開状態となったとしてもコンデンサ５３から第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６に対して逆並列接続されているダイオードＤ４，Ｄ６を介して各リアクトル５４，５５に向けて流れる還流電流が発生する。よって、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５が開状態で回生電力が第１低圧蓄電装置４０に流れなくてもコンデンサ５３による還流電流により第１低圧蓄電装置４０に蓄電される電力の電圧の時間的な変化が少なくなる。よって、第１低圧コンバータ５０の平滑回路５２により回生電力を降圧させつつ第１低圧蓄電装置４０に蓄電される電力の電圧を安定させることができる。

【0049】

ここで、回生降圧制御において降圧制御時よりもスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させるタイミングを早くする理由について説明する。
燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧する場合と、回生電力を降圧する場合とでは、電圧の降圧幅が異なる。回生電力を降圧できる理由は、リアクトル５４，５５の磁化による逆起電力である。そのため、降圧幅を変化させるには、リアクトル５４，５５に発生する逆起電力の大きさを変化させる必要がある。そこで、ＦＣＥＣＵ６５は、回生降圧制御を実施するときにスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させるタイミングを降圧制御と比較して早くしている。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５が開状態となっている期間が長いと、コンデンサ５３による還流電流によりリアクトル５４，５５は磁気エネルギーを多く蓄える。そのため、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５が閉状態となりリアクトル５４，５５が磁化すると、リアクトル５４，５５に発生する逆起電力が大きくなる。すなわち、回生降圧制御を実施するときにスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させるタイミングを降圧制御よりも早くすることで、リアクトル５４，５５に蓄えられる磁気エネルギーを少なくすることができ、リアクトル５４，５５に発生する逆起電力を小さくすることができる。よって、回生降圧制御において降圧制御よりもスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させるタイミングを早くする理由は、降圧制御と回生降圧制御とで降圧幅を適切に変更するためである。

【0050】

ここで、ＦＣＥＣＵ６５は、電圧センサ１０２により検出される電圧値が規定の電圧値となったときに走行用モータ７０が回生電力を発生させている状態であっても回生電力が高圧蓄電装置２０及び第１低圧蓄電装置４０に向けて流れないようにする回生停止制御を実施する。例えば、回生停止制御を実施するにあたって、高圧側変換正極配線Ｌ３における高圧蓄電装置２０よりも下流側に電力遮断部としてリレーを設けるとよい。そして、ＦＣＥＣＵ６５は、第１低圧蓄電装置４０が規定の電圧値に達したときに当該リレーを開状態とすることで回生電力が高圧蓄電装置２０及び第１低圧蓄電装置４０に向けて流れないようにする。なお、ここで紹介した回生停止制御は一例であり、第１低圧蓄電装置４０が規定の電圧値に達したときに高圧蓄電装置２０及び第１低圧蓄電装置４０に回生電力が流れないようにできればどのように変更してもよい。また、第１低圧蓄電装置４０の規定の電圧値とは、高圧蓄電装置２０の規定の電圧値と同様に、燃料電池システム１の仕様によって第１低圧蓄電装置４０に要求される充電量を考慮して設定することが好ましい。そのため、第１低圧蓄電装置４０の規定の電圧値は、例えば第１低圧蓄電装置４０の満充電時の電圧値、第１低圧蓄電装置４０の第２規定値、又は第１低圧蓄電装置４０の満充電時の電圧値と第２規定値との間に設定されてもよい。

【0051】

本実施形態では以下の作用及び効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、走行用モータ７０で発生した回生電力を高圧蓄電装置２０に蓄電し、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときに第１低圧コンバータ５０により回生電力の電圧を降圧させ第１低圧蓄電装置４０に蓄電させている。そのため、例えば規定の電圧値が高圧蓄電装置２０の満充電時の電圧値だとすると、高圧蓄電装置２０の蓄電分を超える余剰電力は、第１低圧蓄電装置４０に蓄電される。よって、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときの余剰電力は、エネルギー変換されることになく第１低圧蓄電装置４０に蓄電される。したがって、燃料電池システム１では、エネルギー変換によるエネルギー損失を発生させず、回生電力を効率良く蓄えることができる。

【0052】

（２）本実施形態では、第１低圧コンバータ５０は、インバータ回路５１を有している。すなわち、第１低圧コンバータ５０は、負荷に含まれるインバータと同じ構成に対して平滑回路５２を付加したものである。よって、降圧コンバータを新たに用いる必要がないため、燃料電池システム１のコストを低減させることができる。

【0053】

（３）例えば、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を同時に開閉させる場合を考える。回生用配線Ｌｒから第１配線Ｌｍ１に設けられているスイッチング素子Ｑ１に対して逆並列接続されているダイオードＤ１を介して第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に回生電力が供給されたとき、コンデンサ５３に向けて回生電力が流れない期間がある。第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させるタイミングによるが、コンデンサ５３による還流電流により第１低圧蓄電装置４０に蓄電される電力の電圧の時間的変化が大きくなる虞がある。

【0054】

その点、本実施形態では、第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を交互に開閉させている。そのため、コンデンサ５３に向けて回生電力が流れない期間を短くすることができる。よって、第１低圧蓄電装置４０に蓄電される電圧をより安定させることができる。

【0055】

（４）本実施形態では、走行用モータ７０が回生電力を発生させていない場合、ＦＣＥＣＵ６５の降圧制御により第１低圧コンバータ５０は、燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧させる機能を発揮することができる。そして、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときにＦＣＥＣＵ６５の回生降圧制御により第１低圧コンバータ５０は、回生電力を降圧させる機能を発揮することができる。すなわち、燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧させるコンバータと、回生電力を降圧させるコンバータとを別途用意する必要がない。そのため、燃料電池システム１のコストを低減させることができる。

【0056】

また、上記の燃料電池システム１において、ＦＣＥＣＵ６５は走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときに燃料電池スタック１０の動作を停止させる。これにより、第１低圧コンバータ５０が降圧制御を実施するときの機能と、回生降圧制御を実施するときの機能とを区別することができる。

【0057】

また、ＦＣＥＣＵ６５は、回生降圧制御を実施するときに第２配線Ｌｍ２及び第３配線Ｌｍ３に設けられているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を開閉させるタイミングを降圧制御と比較して早くしている。よって、燃料電池スタック１０で発電される電力を第１低圧蓄電装置４０が蓄電できる電圧まで降圧する降圧制御と、回生電力を第１低圧蓄電装置４０が蓄電できる電圧まで降圧する回生降圧制御とで降圧幅を適切に変更することができる。

【0058】

（５）従来、高圧蓄電装置２０は、回生電力を蓄電するために充電容量の大きいものが採用されていたが、本実施形態では、高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達したときには第１低圧蓄電装置４０に充電することができる。そのため、高圧蓄電装置２０は、必要以上に充電容量の大きいものを採用しなくてもよい。よって、充電容量が適切な高圧蓄電装置２０を採用することができるため、燃料電池システム１として小型化することができ、且つ低コスト化することができる。

【0059】

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施できる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。
〇 高圧蓄電装置２０が規定の電圧値に達するまでの間、燃料電池スタック１０を動作させてもよい。このようにしても回生用配線Ｌｒに設けられたリレーが開状態であるため、第１低圧コンバータ５０に燃料電池スタック１０で発電された電力と走行用モータ７０が発生させる回生電力とが同時に入力されることはない。

【0060】

〇 本実施形態では、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、燃料電池スタック１０の動作を停止させていたが、これに限らない。例えば、燃料電池スタック１０の電圧が高電圧と低電圧との間で増減することを抑制するため、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合であっても燃料電池スタック１０の動作を継続することが好ましい。この場合、例えば高圧側供給正極配線Ｌ１にリレーを設け、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、ＦＣＥＣＵ６５により当該リレーを開状態にするとよい。このように変更すると、走行用モータ７０が回生電力を発生させている場合、燃料電池スタック１０の動作を継続しつつ第１低圧コンバータ５０に燃料電池スタック１０で発電された電力と回生電力とが同時に入力されなくなる。そのため、降圧制御における第１低圧コンバータ５０の機能と、回生降圧制御における第１低圧コンバータ５０の機能とを区別しつつ、燃料電池スタック１０の電圧が高電圧と低電圧との間で増減することを抑制できる。

【0061】

〇 本実施形態では、第１低圧コンバータ５０により降圧制御と回生降圧制御を実施していたが、これに限らない。例えば、降圧制御を実施する降圧コンバータを新たに設け、第１低圧コンバータ５０は、回生降圧制御のみを実施するように変更してもよい。本変更例では、降圧制御を実施する降圧コンバータを本実施形態の第１低圧コンバータ５０の位置に配置するとともに第１低圧コンバータには、回生用配線Ｌｒと、第１低圧側変換正極配線Ｌ５と、第１低圧側変換負極配線Ｌ６とが電気的に接続されている状態に変更すればよい。

【0062】

〇 ＦＣＥＣＵ６５は、降圧制御及び回生降圧制御においてスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を交互に開閉させていたが、これに限らない。例えばＦＣＥＣＵ６５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５を同時に開閉させてもよい。

【0063】

〇 図３に示すように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６を割愛し、第１低圧コンバータ５０を、正極母線Ｌｐ、負極母線Ｌｎ、中継配線Ｌｍ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５、及び平滑回路５２により構成されるように変更してもよい。この場合、回生用配線Ｌｒは、第１配線Ｌｍ１に設けられたダイオードＤ１，Ｄ２の間に電気的に接続されている。第１平滑配線Ｌｓ１は、第２配線Ｌｍ２におけるスイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ４との間に電気的に接続されている。第２平滑配線Ｌｓ２は、第３配線Ｌｍ３におけるスイッチング素子Ｑ５とダイオードＤ６との間に電気的に接続されている。

【0064】

〇 第１低圧コンバータ５０を、以下のように変更してもよい。
図４に示すように、第１低圧コンバータ５０は、正極母線Ｌｐと、負極母線Ｌｎと、１本の中継配線Ｌｍと、第１低圧蓄電装置４０に供給される電力の電圧を安定させる平滑回路５６とを備えている。中継配線Ｌｍには、正極母線Ｌｐ寄りにスイッチング素子Ｑ７が設けられている。中継配線Ｌｍには、正極母線Ｌｐ側から負極母線Ｌｎ側に向けての電流の逆流を防止するためにスイッチング素子Ｑ７に対して逆並列接続されているダイオードＤ７が設けられている。また、中継配線Ｌｍには、負極母線Ｌｎ寄りに正極母線Ｌｐ側から負極母線Ｌｎ側に向けて電流の逆流を防止するためのダイオードＤ８が設けられている。ダイオードＤ８は、スイッチング素子Ｑ７と直列接続されている。回生用配線Ｌｒは、正極母線Ｌｐに電気的に接続されている。回生用配線Ｌｒには、正極母線Ｌｐ側から回生用配線Ｌｒに向けて電流の逆流を防止するためのダイオードＤ９が設けられている。

【0065】

平滑回路５６は、負極母線Ｌｎと、１本の平滑配線Ｌｓと、平滑中継配線Ｌｓｍと、リアクトル５７と、コンデンサ５３とを有している。平滑配線Ｌｓは、中継配線Ｌｍにおけるスイッチング素子Ｑ７とダイオードＤ８との間に電気的に接続されている。平滑配線Ｌｓは、第１低圧側変換正極配線Ｌ５に電気的に接続されている。そのため、平滑配線Ｌｓは、第１低圧蓄電装置４０に電気的に接続されている。平滑中継配線Ｌｓｍは、負極母線Ｌｎと平滑配線Ｌｓとに電気的に接続されている。リアクトル５７は、平滑配線Ｌｓに設けられている。リアクトル５７は、本実施形態のリアクトル５４，５５と同じものを使用している。

【0066】

このように構成された第１低圧コンバータ５０において、ＦＣＥＣＵ６５は、スイッチング素子Ｑ７を開閉させることにより燃料電池スタック１０で発電された電力を降圧する降圧制御を実施し、回生電力を降圧する回生降圧制御を実施するように変更してもよい。また、本変更例の第１低圧コンバータ５０を採用しても、ＦＣＥＣＵ６５を回生降圧制御におけるスイッチング素子Ｑ７を開閉させるタイミングを、降圧制御におけるスイッチング素子Ｑ７を開閉させるタイミングと比較して早くすることが好ましい。

【0067】

〇 第１低圧コンバータ５０は、非絶縁型コンバータに限らず、例えば入力側（燃料電池スタック１０側）と出力側（第１低圧蓄電装置４０側）が電気的に導通していない絶縁型コンバータを採用してもよい。

【0068】

〇 ＦＣＥＣＵ６５が、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６を開状態に維持させていたが、機械的に常に開状態にしておいてもよい。そのため、ＦＣＥＣＵ６５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５のみを開閉させればよい。

【0069】

〇 第１低圧コンバータ５０は、高圧側変換正極配線Ｌ３及び高圧側変換負極配線Ｌ４に電気的に接続されるように変更してもよい。この場合、降圧制御を実施するにあたり、第１低圧コンバータ５０の機能を高圧コンバータ３０で降圧された電圧を更に降圧する機能に変更する。また、高圧側変換正極配線Ｌ３を介して回生電力が第１低圧コンバータ５０に入力されるため、回生用配線Ｌｒは割愛するとよい。

【0070】

〇 本実施形態では、低圧蓄電装置として第１低圧蓄電装置４０を一例としていたが、これに限らない。例えば低圧蓄電装置として第２低圧蓄電装置８０を一例としてもよい。この場合、例えば、第２低圧コンバータ９０を第１低圧コンバータ５０と同様の構成に変更して降圧コンバータの一例として使用してもよい。このとき、第２補機９５は補機の一例である。そして、回生用配線Ｌｒは、第２低圧コンバータ９０に電気的に接続するように変更する。

【0071】

また、第１低圧蓄電装置４０及び第２低圧蓄電装置８０を低圧蓄電装置の一例としてもよい。この場合、第２低圧コンバータ９０の構成を第１低圧コンバータ５０と同様の構成となるように変更し、且つ第１低圧コンバータ５０及び第２低圧コンバータ９０のいずれにも回生用配線Ｌｒを電気的に接続するように変更する。このとき、第１補機６０及び第２補機９５が補機の一例である。

【0072】

〇 本実施形態では、第１低圧蓄電装置４０が規定の電圧値に達したときにＦＣＥＣＵ６５により回生停止制御を実施していたが、これに限らない。例えば、第１低圧蓄電装置４０が規定の電圧値に達したときに第１低圧蓄電装置４０の規定の電圧値を超える余剰電力を第２低圧蓄電装置８０に充電するようにしてもよい。なお、ＦＣＥＣＵ６５は、例えば電圧センサ１０３により検出される電圧値が規定の電圧値となったときに走行用モータ７０が回生電力を発生させている状態であっても回生電力が高圧蓄電装置２０、第１低圧蓄電装置４０、及び第２低圧蓄電装置８０に向けて流れないようにする回生停止制御を実施してもよい。なお、第２低圧蓄電装置８０の規定の電圧値とは、高圧蓄電装置２０の規定の電圧値及び第１低圧蓄電装置４０の規定の電圧値と同様に、燃料電池システム１の仕様によって第２低圧蓄電装置８０に要求される充電量を考慮して設定することが好ましい。そのため、第２低圧蓄電装置８０の規定の電圧値は、例えば第２低圧蓄電装置８０の満充電時の電圧値、第２低圧蓄電装置８０の第３規定値、又は第２低圧蓄電装置８０の満充電時の電圧値と第３規定値との間に設定されてもよい。

【0073】

〇 高圧蓄電装置２０及び第１低圧蓄電装置４０は、リチウムイオンキャパシタが採用されていたが、例えば、電気二重層キャパシタ等のその他のキャパシタ、あるいはニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池を採用してもよい。また、第２低圧蓄電装置８０は、１２Ｖバッテリが採用されていたが、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを採用してもよい。

【0074】

〇 本実施形態では、燃料電池システム１はトーイングトラクターに適用されていたが、これに限らない。例えば、フォークリフト等の産業車両に適用されてもよい。また、燃料電池システム１は、燃料電池車に適用されてもよい。

【0075】

〇 本実施形態では、負荷は、インバータと走行用モータ７０を有していたが、これに限らない。例えば、燃料電池システム１をフォークリフトに適用した場合を考える。この場合、負荷は荷役モータを有していてもよい。荷役モータは、フォークリフトの油圧機構に作動油を供給する荷役ポンプを駆動させる駆動力を発生させるモータである。当該荷役モータでは、例えばフォークリフトが荷を下ろすときに油圧機構から作動油が荷役ポンプに戻されることにより荷役モータが回転し、回生電力が発生する。そのため、荷役モータは、燃料電池スタック１０で発電された電力により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で荷下ろし時に回生電力を発生させる発電機として機能する。

【0076】

〇 燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧値は１４０Ｖ、高圧蓄電装置２０に蓄電できる電力の電圧値は８０Ｖ、第１低圧蓄電装置４０に蓄電できる電力の電圧値は４８Ｖ、第２低圧蓄電装置８０に蓄電できる電力の電圧値は１２Ｖであったが、電圧値の大きさは適宜変更してもよい。例えば、燃料電池スタック１０で発電される電力の電圧値を８０Ｖ、高圧蓄電装置２０に蓄電できる電力の電圧値を４８Ｖ、第１低圧蓄電装置４０に蓄電できる電力の電圧値を２４Ｖに変更してもよい。第２低圧蓄電装置８０に蓄電できる電力の電圧値も適宜変更してもよい。

【0077】

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下追記する。
（１）燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックで発電された電力により駆動力を発生させる電動機として機能する一方で回生電力を発生させるモータを含む負荷と、前記モータが駆動力を発生させるための電力を蓄電し、且つ前記モータが発生させた回生電力を蓄電する蓄電装置と、前記燃料電池スタックの動作を制御する制御部と、補機を動作させる電力が充電されるとともに前記高圧蓄電装置よりも電力を蓄電するときの電圧が低く設定される低圧蓄電装置と、前記低圧蓄電装置に電気的に接続されるとともに前記高圧蓄電装置に蓄電されるときの電力の電圧を降圧する降圧コンバータと、を備え、前記制御部は、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記高圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに前記降圧コンバータを介して回生電力を前記低圧蓄電装置に蓄電させ、前記モータが回生電力を発生させている場合、前記低圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに回生電力が前記高圧蓄電装置及び前記低圧蓄電装置に流れないように回生停止制御を実施することを特徴とする燃料電池システム。

【0078】

一般的に蓄電装置は、過充電により劣化することがあるが、これによれば、モータが回生電力を発生させている状態で高圧蓄電装置が規定の電圧値に達し、且つ低圧蓄電装置が規定の電圧値に達したときに制御部により回生電力が高圧蓄電装置及び低圧蓄電装置に流れないように回生停止制御が実施される。そのため、高圧蓄電装置及び低圧蓄電装置における過充電を抑制できる。

【符号の説明】

【0079】

１…燃料電池システム、１０…燃料電池スタック、２０…高圧蓄電装置、３０…高圧コンバータ、４０…第１低圧蓄電装置、５０…第１低圧コンバータ、５１…インバータ回路、５２…平滑回路、５３…コンデンサ、５４，５５…リアクトル、６０…第１補機、６５…ＦＣＥＣＵ、７０…走行用モータ、８０…第２低圧蓄電装置、９０…第２低圧コンバータ、９５…第２補機、Ｌ３…高圧側変換正極配線、Ｌ４…高圧側変換負極配線、Ｌｒ…回生用配線、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６…スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６…ダイオード、Ｌｐ…正極母線、Ｌｎ…負極母線、Ｌｍ…中継配線、Ｌｍ１…第１配線、Ｌｍ２…第２配線、Ｌｍ３…第３配線、Ｌｓ１…第１平滑配線、Ｌｓ２…第２平滑配線、Ｌｓｔ…統合平滑配線、Ｌｓｍ…平滑中継配線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】