特許 7569137 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】2024-10-08

(45)【発行日】2024-10-17

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04955 20160101AFI20241009BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20241009BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20241009BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20241009BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20241009BHJP

   B60L 7/14 20060101ALI20241009BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20241009BHJP

   B60L 50/75 20190101ALI20241009BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20241009BHJP

   B60L 58/40 20190101ALI20241009BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04955

H01M8/04537

H01M8/04858

H01M8/00 Z

B60L1/00 L

B60L7/14

B60L50/60

B60L50/75

B60L58/12

B60L58/40

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021049545

(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公開番号】P2022148029

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-04-13

(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】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】富本 尚也

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３２２４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４９８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７３７２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ １／００－ ３／１２

７／００－１３／００

１５／００－５８／４０

Ｈ０１Ｍ ８／０４－ ８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池と前記車両に搭載される負荷との間に接続される蓄電装置と、
前記燃料電池から供給される電力により駆動する複数の補機と、
前記燃料電池から出力される電力を前記車両に搭載される負荷及び前記複数の補機に供給するとともに前記燃料電池から出力される残りの電力を前記蓄電装置に供給するＤＣＤＣコンバータと、
前記燃料電池の発電、前記ＤＣＤＣコンバータの動作、及び前記補機の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記複数の補機は、ラジエタにより冷却された冷媒を前記燃料電池に供給するウォータポンプ、前記燃料電池から排出される燃料ガスを前記燃料電池に再度供給する水素循環ポンプ、前記ラジエタの放熱量を上昇させるファン、及び、酸化剤ガスを前記燃料電池に供給するエアコンプレッサであり、
前記制御部は、前記燃料電池の出力電圧が高電位回避のための所定電圧以上になると、前記ＤＣＤＣコンバータを強制的に駆動させ、
前記制御部は、前記車両から当該燃料電池システムに供給される回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、前記車両の加速度が所定加速度以下である場合、前記燃料電池の発電を停止させつつ、前記蓄電装置の充電量に応じて、前記ウォータポンプ、前記水素循環ポンプ、前記ファン、及び前記エアコンプレッサから少なくとも１つの駆動対象の補機を選択し、その選択した駆動対象の補機を駆動するためのモータの回転数及び前記所定電圧を増加させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記回生電力が前記所定電力以上である場合で、かつ、前記加速度が前記所定加速度以下である場合、カウンタ値をインクリメントし、
前記回生電力が前記所定電力より小さい場合、または、前記加速度が前記所定加速度より大きい場合、前記カウンタ値をデクリメントし、
前記カウンタ値が第１の閾値以上になると、前記燃料電池の発電を停止させつつ、前記燃料電池の発電に直接係わらない前記補機を駆動させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項3】

請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記カウンタ値が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以上になると、前記燃料電池の発電に直接係わらない前記補機を駆動させる準備を行う
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記蓄電装置は、キャパシタである
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項5】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記回生電力が前記所定電力以上である場合で、かつ、前記加速度が前記所定加速度以下である場合、前記燃料電池の発電を停止させた後、前記充電量が第１充電量以上になると、前記ウォータポンプを駆動させるためのモータの回転数を増加させ、その後、前記充電量が前記第１充電量より大きい第２充電量以上になると、さらに前記水素循環ポンプを駆動させるためのモータの回転数を増加させ、その後、前記充電量が前記第２充電量より大きい第３充電量以上になると、さらに前記ファンを駆動させるためのモータの回転数を増加させ、その後、前記充電量が前記第３充電量より大きい第４充電量以上になると、さらに前記エアコンプレッサを駆動させるためのモータの回転数を増加させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両に搭載される燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

車両に搭載される燃料電池システムとして、燃料電池から出力される電力を燃料電池の後段に設けられる蓄電装置を介して走行用モータなどの負荷に供給するとともに、負荷から出力される回生電力を蓄電装置に供給するものがある。

【0003】

しかしながら、上記燃料電池システムでは、蓄電装置の容量が比較的小さい場合、蓄電装置が過充電状態になり易くなるという問題がある。

【0004】

そこで、回生電力により蓄電装置が過充電状態になるおそれがある場合、燃料電池の発電に係わる補機を駆動することにより燃料電池から供給される電力を消費させることが考えられる。関連する技術として、特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１４４５０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記燃料電池システムでは、蓄電装置が過充電状態になることを抑制するために補機を強制的に駆動させると、特に、酸化剤ガスを燃料電池に供給するための補機など燃料電池の発電に直接係わる補機を強制的に駆動させると、燃料電池の出力が高電位になり燃料電池が劣化するおそれがある。

【0007】

そこで、本発明の一側面に係る目的は、燃料電池システムにおいて、蓄電装置が過充電状態になることを抑制しつつ、燃料電池が劣化することを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池と前記車両に搭載される負荷との間に接続される蓄電装置と、前記燃料電池から供給される電力により駆動する補機と、前記燃料電池の発電及び前記補機の動作を制御する制御部とを備える。

【0009】

前記制御部は、前記車両から当該燃料電池システムに供給される回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、前記車両の加速度が所定加速度以下である場合、前記燃料電池の発電を停止させつつ、前記燃料電池の発電に直接係わらない前記補機を駆動させる。

【0010】

これにより、回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、車両の加速度が所定加速度以下である場合、すなわち、車両が下り坂を走行している可能性が高く、蓄電装置が過充電状態になるおそれがある場合、燃料電池の発電を停止させつつ、燃料電池の発電に直接係わらない補機を駆動させることができる。そのため、補機により燃料電池から供給される電力を消費させたとしても、燃料電池の出力が高電位になることを抑えることができ、燃料電池が劣化することを抑制することができる。すなわち、蓄電装置が過充電状態になることを抑制しつつ、燃料電池が劣化することを抑制することができる。

【0011】

また、前記制御部は、前記回生電力が前記所定電力以上である場合で、かつ、前記加速度が前記所定加速度以下である場合に前記燃料電池の発電を停止させた後、前記複数の補機のうち、前記蓄電装置の充電量に応じた１以上の前記補機を駆動させるように構成してもよい。

【0012】

これにより、車両が下り坂を走行している可能性が高く、蓄電装置が過充電状態になるおそれがある場合において、蓄電装置の充電量に応じた１以上の補機の動作制御を適切に行うことができるため、蓄電装置が過充電状態になることを抑制しつつ、燃料電池の劣化を抑制することができる。

【0013】

また、前記制御部は、前記回生電力が前記所定電力以上である場合で、かつ、前記加速度が前記所定加速度以下である場合、カウンタ値をインクリメントし、前記回生電力が前記所定電力より小さい場合、または、前記加速度が前記所定加速度より大きい場合、前記カウンタ値をデクリメントし、前記カウンタ値が第１の閾値以上になると、前記燃料電池の発電を停止させつつ、前記燃料電池の発電に直接係わらない前記補機を駆動させるように構成してもよい。

【0014】

これにより、回生電力や車両の加速度が変動することで燃料電池の発電停止と発電再開が頻繁に繰り返されることを抑制することができるため、燃料電池の発電停止と発電再開が頻繁に繰り返されることで車両の走行に与える影響を抑えることができ、車両の運転者が車両の走行に対して違和感を覚えることを抑制することができる。

【0015】

また、前記制御部は、前記カウンタ値が第１の閾値より小さい第２の閾値以上になると、前記燃料電池の発電に直接係わらない前記補機を駆動させる準備を行うように構成してもよい。

【0016】

これにより、カウンタ値が第１の閾値以上になる前に補機を駆動させる準備を行わない場合に比べて、カウンタ値が第１の閾値以上になった後、すぐに、補機を駆動させて燃料電池から供給される電力を消費させることができるため、蓄電装置が過充電状態になることをさらに抑制することができる。

【0017】

また、前記蓄電装置は、キャパシタにより構成されてもよい。

【0018】

一般に、キャパシタは、二次電池のなかで容量が比較的小さく、充放電特性が優れているため、蓄電装置をキャパシタにより構成することで、燃料電池システムの充放電特性を比較的高くすることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、燃料電池システムにおいて、蓄電装置が過充電状態になることを抑制しつつ、燃料電池が劣化することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

【図2】燃料電池から出力される電流と電圧の一例を示す図である。

【図3】降坂フラグ切替処理時の制御部の動作の一例を示すフローチャートである。

【図4】発電制御処理時の制御部の動作の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0022】

図１は、実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

【0023】

図１に示す燃料電池システム１は、フォークリフトなどの産業車両や自動車などの車両Ｖｅに搭載され、負荷Ｌｏなどに電力を供給する。なお、負荷Ｌｏは、車両Ｖｅに搭載される走行用モータを駆動するためのインバータなどとする。

【0024】

また、燃料電池システム１は、燃料電池ＦＣと、水素タンクＨＴと、水素タンク弁ＨＴＶと、インジェクタＩＮＪと、気液分離機ＧＬＳと、水素循環ポンプＨＰと、排気排水弁ＥＤＶと、エアコンプレッサＡＣＰと、エア調圧弁ＡＲＶと、エアシャット弁ＡＳＶと、ラジエタＲと、ファンＦと、ウォータポンプＷＰと、インタークーラＩＣと、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、蓄電装置Ｂと、制御部２とを備える。なお、水素タンク弁ＨＴＶ、インジェクタＩＮＪ、水素循環ポンプＨＰ、排気排水弁ＥＤＶ、エアコンプレッサＡＣＰ、エア調圧弁ＡＲＶ、エアシャット弁ＡＳＶ、ファンＦ、及びウォータポンプＷＰは、燃料電池ＦＣ（ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ）から供給される電力を消費する補機である。特に、水素循環ポンプＨＰ、エアコンプレッサＡＣＰ、ファンＦ、及びウォータポンプＷＰを駆動するためのモータの回転数を増加させるほど、燃料電池ＦＣから供給される電力の消費量が増加するものとする。また、エアコンプレッサＡＣＰ及びインジェクタＩＮＪなどの補機は、燃料電池ＦＣの発電に直接係わる補機とする。また、水素循環ポンプＨＰ、ファンＦ、及びウォータポンプＷＰなどの補機は、燃料電池ＦＣの発電に直接係わらない補機とする。すなわち、燃料電池ＦＣの発電に直接係わる補機とは、反応ガス（後述する燃料ガスや酸化剤ガス）を燃料電池ＦＣに追加供給する補機と言い換えることができ、燃料電池ＦＣの発電に直接係わらない補機とは、反応ガスを燃料電池ＦＣに追加供給しない補機と言い換えることができる。

【0025】

燃料電池ＦＣは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池スタックであり、燃料ガス（水素ガスなど）に含まれる水素と酸化剤ガス（空気など）に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。

【0026】

水素タンクＨＴは、燃料ガスの貯蔵容器である。水素タンクＨＴに貯蔵された燃料ガスは水素タンク弁ＨＴＶ及びインジェクタＩＮＪを介して燃料電池ＦＣに供給される。

【0027】

水素タンク弁ＨＴＶは、燃料電池ＦＣに供給される燃料ガスを減圧する。

【0028】

インジェクタＩＮＪは、燃料電池ＦＣに供給される燃料ガスの流量を調整する。

【0029】

気液分離機ＧＬＳは、燃料電池ＦＣから排出される燃料ガスと液水とを分離する。

【0030】

水素循環ポンプＨＰは、気液分離機ＧＬＳにより分離された燃料ガスを燃料電池ＦＣに再度供給する。

【0031】

排気排水弁ＥＤＶは、気液分離機ＧＬＳにより分離された液水を外部に排出する。

【0032】

エアコンプレッサＡＣＰは、酸化剤ガスを圧縮しインタークーラＩＣ及びエアシャット弁ＡＳＶを介して燃料電池ＦＣに供給する。

【0033】

インタークーラＩＣは、酸化剤ガスをインタークーラＩＣに流れる冷却水などの冷媒と熱交換させる。

【0034】

エアシャット弁ＡＳＶは、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスを遮断する。

【0035】

エア調圧弁ＡＲＶは、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの圧力や流量を調整する。

【0036】

ラジエタＲは、燃料電池の発熱により温められた冷媒を外気と熱交換させる。

【0037】

ファンＦは、ラジエタＲの放熱量を上昇させる。なお、燃料電池システム１は、ラジエタＲの入力と出力とを接続するバイパス流路Ｐを備えているものとする。これにより、燃料電池ＦＣから出力される冷媒をラジエタＲを介さずにウォータポンプＷＰに供給することができるため、ファンＦを駆動するためのモータの回転数を増加させてラジエタＲの放熱量を上昇させても冷媒が過冷却（オーバークール）状態になることを抑制することができる。

【0038】

ウォータポンプＷＰは、ラジエタＲにより冷却された冷媒をインタークーラＩＣを介して燃料電池ＦＣに供給する。

【0039】

ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、燃料電池ＦＣの後段に設けられ、燃料電池ＦＣから出力される電力を蓄電装置Ｂに供給する。なお、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力のうち、補機により電力が消費された残りの電力が蓄電装置Ｂに供給されるものとする。

【0040】

蓄電装置Ｂは、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと負荷Ｌｏとの間に設けられ、負荷Ｌｏや水素循環ポンプＨＰ、エアコンプレッサＡＣＰ、ファンＦ、及びウォータポンプＷＰなどの補機に電力を供給する。なお、蓄電装置Ｂをリチウムイオンキャパシタなどのキャパシタにより構成してもよい。一般に、キャパシタは、二次電池のなかで容量が比較的小さく、充放電特性が優れているため、蓄電装置Ｂをキャパシタにより構成することで、燃料電池システム１の充放電特性を比較的高くすることができる。

【0041】

制御部２は、メモリに記憶されたプログラムから論理演算を行うＣＰＵを含むマイクロコンピュータなどにより構成される。

【0042】

また、制御部２は、通常発電制御時、燃料電池ＦＣにおいて発電される電力が目標電力Ｐｔになるように、水素タンク弁ＨＴＶ、インジェクタＩＮＪ、水素循環ポンプＨＰ、排気排水弁ＥＤＶ、エアコンプレッサＡＣＰ、エア調圧弁ＡＲＶ、エアシャット弁ＡＳＶ、ファンＦ、及びウォータポンプＷＰなどの各種補機をそれぞれ駆動させる。例えば、制御部２は、燃料電池ＦＣの発電開始時、各種補機をそれぞれ駆動させるためのモータの電源をオンにした後、各モータの目標回転数を示す指令値を出力する。

【0043】

また、制御部２は、通常発電制御時、蓄電装置Ｂの充電量に応じて、目標電力Ｐｔを変化させる。なお、充電量とは、蓄電装置Ｂの満充電容量に対する現在の容量の割合［％］（充電率）、または、蓄電装置Ｂに電流が流れていないときの蓄電装置Ｂの電圧［Ｖ］とする。

【0044】

また、制御部２は、蓄電装置Ｂの充電量に応じて、段階的に、目標電力Ｐｔを変化させるように構成してもよい。例えば、充電率ＳＯＣ１＜充電率ＳＯＣ２＜充電率ＳＯＣ３＜充電率ＳＯＣ４＜充電率ＳＯＣ５＜充電率ＳＯＣ６とし、目標電力Ｐｔ１＜目標電力Ｐｔ２とする場合を想定する。この場合、制御部２は、蓄電装置Ｂの充電率が充電率ＳＯＣ３～充電率ＳＯＣ５の範囲において減少している場合、目標電力Ｐｔとして目標電力Ｐｔ１を設定し、蓄電装置Ｂの充電率が充電率ＳＯＣ１～充電率ＳＯＣ３の範囲において減少している場合、目標電力Ｐｔとして目標発電電力Ｐｔ２を設定し、蓄電装置Ｂの充電率が充電率ＳＯＣ２～充電率ＳＯＣ４の範囲において増加している場合、目標電力Ｐｔとして目標電力Ｐｔ２を設定し、蓄電装置Ｂの充電率が充電率ＳＯＣ４～充電率ＳＯＣ６の範囲において増加している場合、目標電力Ｐｔとして目標電力Ｐｔ１を設定する。

【0045】

ここで、図２は、燃料電池ＦＣから出力される電流と電圧の一例を示す図である。なお、図２に示す２次元座標の横軸は電流［Ａ］を示し、縦軸は電圧［Ｖ］を示し、実線は燃料電池ＦＣから出力される電流と電圧の対応関係を示している。

【0046】

図２に示すように、燃料電池ＦＣから出力される電流が小さくなるほど、燃料電池ＦＣから出力される電圧が大きくなるものとする。また、燃料電池ＦＣから出力される電圧が比較的高くなると、電気化学反応に必要な触媒がイオン化され、燃料電池ＦＣから出力される電圧が次回比較的小さくなったときにイオン化された触媒の結晶が大きくなるため、触媒の粒径が増大するとともに触媒の表面積が低下して燃料電池ＦＣが劣化するおそれがある。

【0047】

そこで、実施形態の制御部２では、燃料電池ＦＣの出力電圧が所定電圧Ｖｃ以上になると、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶを強制的に駆動させることで、燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶに流れる電流を増加させて、燃料電池ＦＣから出力される電圧を低下させる。これにより、信号待ちなどで車両Ｖｅが一時停止して燃料電池システム１から負荷Ｌｏに流れる電流が比較的小さくなるアイドル時において、燃料電池ＦＣから出力される電圧が比較的大きくなることを抑えることができるため、燃料電池ＦＣが劣化することを抑制することができる。

【0048】

また、車両Ｖｅが下り坂を走行しているとき、車両Ｖｅ（負荷Ｌｏ）から燃料電池システム１に供給される回生電力が比較的大きくなるものとする。また、車両Ｖｅが下り坂を走行しているとき、車両Ｖｅの速度が一定になるように車両Ｖｅのアクセルが運転者により操作されることで、車両Ｖｅの加速度が比較的小さくなるものとする。

【0049】

そのため、車両Ｖｅから燃料電池システム１に供給される回生電力が比較的大きい場合で、かつ、車両Ｖｅの加速度が比較的小さい場合、車両Ｖｅが下り坂を走行している可能性が高い。

【0050】

そして、車両Ｖｅが下り坂を走行している場合では、比較的長い期間、車両Ｖｅから燃料電池システム１に回生電力が供給されることで、蓄電装置Ｂが過充電状態になる可能性が高くなるという懸念がある。

【0051】

そこで、実施形態の制御部２では、車両Ｖｅから燃料電池システム１に供給される回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、車両Ｖｅの加速度が所定加速度以下である場合、すなわち、車両Ｖｅが下り坂を走行している可能性が高く、蓄電装置Ｂが過充電状態になるおそれがある場合、燃料電池ＦＣの発電を停止させつつ、燃料電池ＦＣの出力電圧が比較的高くならないように、燃料電池ＦＣの発電に直接係わらない補機を強制的に駆動させる。

【0052】

なお、制御部２は、車両Ｖｅから燃料電池システム１に出力される電圧と、車両Ｖｅから燃料電池システム１に流れる電流との乗算結果を、車両Ｖｅから燃料電池システム１に供給される回生電力とする。また、制御部２は、車両Ｖｅの速度［ｋｍ／ｈ］を車両Ｖｅに搭載される走行制御部（不図示）から受け取り、単位時間あたりの車両Ｖｅの速度の変化量を、車両Ｖｅの加速度とする。車両Ｖｅの速度は、（走行モータの回転数×タイヤ外径×円周率）／（ギア比×減速比）とする。または、制御部２は、加速度センサにより求められた車両Ｖｅの加速度を走行制御部から受け取る。

【0053】

このように、実施形態の制御部２では、車両Ｖｅが下り坂を走行している可能性が高く、蓄電装置Ｂが過充電状態になるおそれがある場合、燃料電池ＦＣの発電を停止させつつ、燃料電池ＦＣの発電に直接係わらない補機を駆動させている。これにより、蓄電装置Ｂが過充電状態にならないように補機により燃料電池ＦＣから供給される電力を消費させたとしても、燃料電池ＦＣの出力が高電位になることを抑えることができ、燃料電池ＦＣが劣化することを抑制することができる。すなわち、蓄電装置Ｂが過充電状態になることを抑制しつつ、燃料電池ＦＣが劣化することを抑制することができる。

【0054】

なお、車両Ｖｅから燃料電池システム１に供給される回生電力が比較的小さい場合、蓄電装置Ｂが過充電状態になり難く、燃料電池ＦＣの発電を停止させたり補機を駆動させたりする必要がないため、制御部２は、通常発電制御を継続する。

【0055】

また、車両Ｖｅから燃料電池システム１に供給される回生電力が比較的大きいが、車両Ｖｅの加速度が比較的大きい場合、平坦な道を走行しているときの車両Ｖｅが減速したときに一時的に回生電力が比較的大きくなった可能性が高く、燃料電池ＦＣの発電を停止させたり補機を駆動させたりする必要がないため、制御部２は、通常発電制御を継続する。

【0056】

また、制御部２は、回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、車両Ｖｅの加速度が所定加速度以下である場合、カウンタ値をインクリメントし、回生電力が所定電力より小さい場合、または、車両Ｖｅの加速度が所定加速度より大きい場合、カウンタ値をデクリメントし、カウンタ値が閾値Ｃ１ｔｈ（第１の閾値）以上になると、車両Ｖｅが下り坂を走行していると判断して降坂フラグをオンする。また、制御部２は、降坂フラグがオンになると、燃料電池ＦＣの発電を停止させつつ、燃料電池ＦＣの発電に直接係わらない補機を駆動させる。すなわち、制御部２は、回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、車両Ｖｅの加速度が所定加速度以下である場合、カウンタ値をインクリメントし、回生電力が所定電力より小さい場合、または、車両Ｖｅの加速度が所定加速度より大きい場合、カウンタ値をデクリメントし、カウンタ値が閾値Ｃ１ｔｈ以上になると、燃料電池ＦＣの発電を停止させつつ、燃料電池ＦＣの発電に直接係わらない補機を駆動させる。

【0057】

これにより、回生電力や車両Ｖｅの加速度が変動することで燃料電池ＦＣの発電停止と発電再開が頻繁に繰り返されることを抑制することができるため、燃料電池ＦＣの発電停止と発電再開が頻繁に繰り返されることで車両Ｖｅの走行に与える影響を抑えることができ、車両Ｖｅの運転者が車両Ｖｅの走行に対して違和感を覚えることを抑制することができる。

【0058】

また、制御部２は、カウンタ値が閾値Ｃ１ｔｈより小さい閾値Ｃ２ｔｈ（第２の閾値）以上になると、燃料電池ＦＣの発電に直接係わらない補機を駆動させる準備を行うように構成してもよい。

【0059】

これにより、カウンタ値が閾値Ｃ１ｔｈ以上になる前に補機を駆動させる準備を行わない場合に比べて、カウンタ値が閾値Ｃ１ｔｈ以上になった後、すぐに、補機を駆動させて燃料電池ＦＣから供給される電力を消費させることができるため、蓄電装置Ｂが過充電状態になることをさらに抑制することができる。

【0060】

また、制御部２は、回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、車両Ｖｅの加速度が所定加速度以下である場合に燃料電池ＦＣの発電を停止させた後、複数の補機のうち、蓄電装置Ｂの充電量に応じた１以上の補機を駆動させるように構成してもよい。

【0061】

ここで、制御部２が、燃料電池ＦＣの発電停止時において、補機の動作制御として、下記１）～４）の何れか１つの動作制御を行う場合を想定する。

【0062】

１）ウォータポンプＷＰを駆動するためのモータの回転数を最大回転数にする。

【0063】

２）ウォータポンプＷＰ及び水素循環ポンプＨＰを駆動するためのモータの回転数を最大回転数にする。

【0064】

３）ウォータポンプＷＰ、水素循環ポンプＨＰ、及びファンＦを駆動するためのモータの回転数を最大回転数する。

【0065】

４）ウォータポンプＷＰ、水素循環ポンプＨＰ、及びファンＦを駆動するためのモータの回転数を最大回転数にするとともに、エアコンプレッサＡＣＰを駆動するためのモータの回転数及び高電位回避のための所定電圧Ｖｃを増加させる。

【0066】

なお、上記４）の動作制御が行われる場合、燃料電池ＦＣから供給される電力の消費量が最も大きく、上記３）の動作制御が行われる場合、燃料電池ＦＣから供給される電力の消費量が２番目に大きく、上記２）の動作制御が行われる場合、燃料電池ＦＣから供給される電力の消費量が３番目に大きく、上記１）の動作制御が行われる場合、燃料電池ＦＣから供給される電力の消費量が最も小さくなるものとする。また、上記１）の動作制御が行われる場合、燃料電池ＦＣの劣化に対する影響度が最も低く、上記２）の動作制御が行われる場合、燃料電池ＦＣの劣化に対する影響度が２番目に低く、上記３）の動作制御が行われる場合、燃料電池ＦＣの劣化に対する影響度が３番目に低く、上記４）の動作制御が行われる場合、燃料電池ＦＣの劣化に対する影響度が４番目に低くなるものとする。また、閾値Ｓ１ｔｈ＜閾値Ｓ２ｔｈ＜閾値Ｓ３ｔｈ＜閾値Ｓ４ｔｈとする。

【0067】

この場合、制御部２は、回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、車両Ｖｅの加速度が所定加速度以下である場合に燃料電池ＦＣの発電を停止させた後、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ１ｔｈ以上である場合、上記１）の動作制御を行い、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ２ｔｈ以上である場合、上記２）の動作制御を行い、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ３ｔｈ以上である場合、上記３）の動作制御を行い、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ４ｔｈ以上である場合、上記４）の動作制御を行う。

【0068】

これにより、燃料電池ＦＣの発電停止時において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ１ｔｈ以上である場合、制御部２により上記１）の動作制御が行われるため、燃料電池ＦＣの劣化に対する影響度を最も低くさせながら蓄電装置Ｂの電力を消費させることができる。また、燃料電池ＦＣの発電停止時において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ２ｔｈ以上である場合、制御部２により上記２）の動作制御が行われるため、燃料電池ＦＣの劣化に対する影響度を比較的低くさせながら蓄電装置Ｂの電力を消費させることができる。また、燃料電池ＦＣの発電停止時において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ３ｔｈ以上である場合、制御部２により上記３）の動作制御が行われるため、蓄電装置Ｂの電力の消費量を比較的大きくさせながら燃料電池ＦＣの劣化に対する影響度を抑えることができる。また、燃料電池ＦＣの発電停止時において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ４ｔｈ以上である場合、制御部２により上記４）の動作制御が行われるため、蓄電装置Ｂの電力の消費量を最も大きくさせながら燃料電池ＦＣの劣化に対する影響度を抑えることができる。

【0069】

このように、車両Ｖｅが下り坂を走行している可能性が高く、蓄電装置Ｂが過充電状態になるおそれがある場合において、蓄電装置Ｂの充電量に応じた補機の動作制御を適切に行うことができるため、蓄電装置Ｂが過充電状態になることを抑制しつつ、燃料電池ＦＣの劣化を抑制することができる。

【0070】

図３は、降坂フラグ切替処理時の制御部２の動作の一例を示すフローチャートである。

【0071】

まず、制御部２は、車両Ｖｅから燃料電池システム１に供給される回生電力が所定電力以上である場合で、かつ、車両Ｖｅの加速度が所定加速度以下である場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、カウンタのカウンタ値をインクリメントする（ステップＳ１２）。

【0072】

次に、制御部２は、カウンタ値が閾値Ｃ２ｔｈ（第２の閾値）以上である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、各種補機の駆動を準備する（ステップＳ１４）。

【0073】

次に、制御部２は、カウンタ値が閾値Ｃ１ｔｈ（第１の閾値）以上である場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、カウンタ値を閾値Ｃ１ｔｈと同じ値にし、降坂フラグをオンし（ステップＳ１６）、降坂フラグ切替処理を終了する。

【0074】

一方、制御部２は、車両Ｖｅから燃料電池システム１に供給される回生電力が所定電力より小さい場合、または、車両Ｖｅの加速度が所定加速度より大きい場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、カウンタのカウンタ値をデインクリメントする（ステップＳ１７）。

【0075】

次に、制御部２は、カウンタ値がゼロ以下である場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、カウンタ値をゼロにするとともに降坂フラグをオフし（ステップＳ１９）、降坂フラグ切替処理を終了する。

【0076】

また、制御部２は、カウンタ値が閾値Ｃ２ｔｈより小さい場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、または、カウンタ値が閾値Ｃ１ｔｈより小さい場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、または、カウンタ値がゼロより大きい場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、降坂フラグ切替処理を終了する。

【0077】

図４は、発電制御処理時の制御部２の動作の一例を示すフローチャートである。

【0078】

まず、制御部２は、降坂フラグがオフである場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、通常発電制御を行う（ステップＳ２２）。

【0079】

一方、制御部２は、降坂フラグがオンである場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、燃料電池ＦＣの発電を停止させる（ステップＳ２３）。

【0080】

次に、制御部２は、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ１ｔｈ以上になると（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、ウォータポンプＷＰを駆動するためのモータの回転数が最大回転数になるように指令値を出力する（ステップＳ２５）。

【0081】

次に、制御部２は、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ２ｔｈ以上になると（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、水素循環ポンプＨＰを駆動するためのモータの回転数が最大回転数になるように指令値を出力する（ステップＳ２７）。なお、制御部２は、ステップＳ２７において、ウォータポンプＷＰを駆動するためのモータの回転数を最大回転数にさせる指令値を継続して出力しているものとする。

【0082】

次に、制御部２は、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ３ｔｈ以上になると（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、ファンＦを駆動するためのモータの回転数が最大回転数になるように指令値をする（ステップＳ２９）。なお、制御部２は、ステップＳ２９において、ウォータポンプＷＰ及び水素循環ポンプＨＰを駆動するためのモータの回転数を最大回転数にさせる指令値を継続して出力しているものとする。

【0083】

そして、制御部２は、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｓ４ｔｈ以上になると（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、エアコンプレッサＡＣＰを駆動するためのモータの回転数及び高電位回避の所定電圧Ｖｃを増加させる（ステップＳ３１）。なお、制御部２は、ステップＳ３１において、ウォータポンプＷＰ、水素循環ポンプＨＰ、及びファンＦを駆動するためのモータの回転数を最大回転数にさせる指令値を継続して出力しているものとする。

【0084】

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

【符号の説明】

【0085】

１ 燃料電池システム
２ 制御部
Ｖｅ 車両
Ｌｏ 負荷
ＦＣ 燃料電池
ＨＴ 水素タンク
ＨＴＶ 水素タンク弁
ＩＮＪ インジェクタ
ＧＬＳ 気液分離機
ＨＰ 水素循環ポンプ
ＥＤＶ 排気排水弁
ＡＣＰ エアコンプレッサ
ＡＲＶ エア調圧弁
ＡＳＶ エアシャット弁
Ｒ ラジエタ
Ｆ ファン
ＷＰ ウォータポンプ
ＩＣ インタークーラ
ＣＮＶ ＤＣＤＣコンバータ
Ｂ 蓄電装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】