JP6183699B2 - 燃料電池車両 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池車両に関し、さらに詳しくは、燃料電池と蓄電池を備えた電動車両の制御システムに関するものである。
燃料電池車両は、電力の利用効率を高めるために燃料電池と共に蓄電池が搭載されることが有利である。例えば、燃料電池とインバータモータは直結され、燃料電池に過電圧が印加されるのを防止するためにダイオードが設けられる一方、蓄電池はＤＣ−ＤＣコンバータを介してインバータモータと接続される（特許文献１，２参照）。
このような燃料電池車両では、高負荷時や負荷変動時には蓄電池からも電力供給を行うとともに、車両減速時にはモータからの回生電力を蓄電池に充電することが有利であるが、セル電圧が高いと触媒の酸化が進行して活性が低下し燃料電池の出力が低下する問題があり、また、セル電圧が変化すると触媒の酸化還元の反復により溶解が進行し燃料電池が劣化する問題がある。そのため、これらの問題を回避できかつ運転状況の変化に対応して高効率を維持できるような効率的な制御システムが検討されている。
本発明は従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池の劣化や出力低下を回避しつつ運転状況の変化に対応して高効率を維持できる燃料電池車両を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池と蓄電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して走行用インバータモータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
運転状況に応じて、前記燃料電池と前記蓄電池の何れか一方を、前記各側直結回路を介して前記インバータモータと選択的に直結し、かつ、前記燃料電池と前記蓄電池の他方を、定電流制御で動作する前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続するかまたは停止できるように構成されていることを特徴とする。
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
運転状況に応じて、前記燃料電池と前記蓄電池の何れか一方を、前記各側直結回路を介して前記インバータモータと選択的に直結し、かつ、前記燃料電池と前記蓄電池の他方を、定電流制御で動作する前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続するかまたは停止できるように構成されていることを特徴とする。
すなわち、燃料電池側と蓄電池側のそれぞれにＤＣ−ＤＣコンバータと、それをバイパスする直結回路とを設け、それらを運転状況に応じて選択的に切り替えることで、燃料電池を高効率に維持することを特徴としており、この構成は以下のような燃料電池の特性を考慮したものである。
図８（ａ）は燃料電池の電流−電圧曲線を示すグラフであり、電流が大きくなるに従って電圧が下がる特性となっている。図８（ｂ）は燃料電池の電流と効率の関係を示しており、セル電圧が０．７Ｖ付近が最も効率が高く、０．６４〜０．７５Ｖの範囲であれば最大の効率が得られる。したがって、この範囲にセル電圧が維持されるような制御を行うことで高効率が得られると共に、燃料電池の劣化を防止することが可能となる。
具体的には、燃料電池側においてセル電圧が高い領域（図８（ａ）の左上側）にある場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御でダウンコンバート動作させて、セル電圧を降下させる。逆に、セル電圧が低い領域（図８（ａ）の右下側）にある場合、燃料電池側は直結してＤＣ−ＤＣコンバータを通過することに伴う効率低下を回避するとともに、蓄電池から補助電力を供給してセル電圧を上昇させる。また、極低温状態となった場合や燃料電池が劣化した場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御でアップコンバート動作させて、セル電圧の上昇すなわち回復を行う。
本発明に係る燃料電池車両は、上記構成により、以下のような効果を有する。
第１に、燃料電池と蓄電池の何れか一方は常にインバータモータと直結され、ＤＣ−ＤＣコンバータを介さずに電力供給または蓄電池への回生電力の充電が可能であるため、ＤＣ−ＤＣコンバータによる効率低下を回避できる。
第２に、燃料電池と蓄電池の他方は、定電流制御で動作するＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続することで、起動時や回生時における燃料電池の電圧上昇防止、高出力時における蓄電池の過充電防止および補助電力供給が可能となり、燃料電池の劣化や出力低下を回避しつつ運転状況の変化に対応して高効率を維持する上で有利である。また、通常走行時や蓄電池の故障時には蓄電池を遮断することもできる。
第３に、燃料電池と蓄電池の何れか一方は常にインバータモータと直結されるので、燃料電池側および蓄電池側での定電流制御を１つのＤＣ−ＤＣコンバータで実施可能となり、比較的大型の部品であるインダクタ（チョークコイル）を１つにすることができ、機器搭載スペースの制約が大きい電動二輪車や三輪車への実施に有利である。
以上述べたような各運転状況に応じた動作モードを予め制御手段（制御手段に付設の記憶装置）に格納しておき、運転操作に応じたモード選択により、燃料電池、蓄電池、ＤＣ−ＤＣコンバータ、および各側直結回路が切り替わるような構成が有利である。
すなわち、本発明は、燃料電池と蓄電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して走行用インバータモータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる起動モード、
前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記蓄電池側直結回路を開く通常走行モード、
制動操作時に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池に回生電力を充電すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる回生モード、
を含む各モードで選択的に動作可能に構成されている燃料電池車両にもある。
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる起動モード、
前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記蓄電池側直結回路を開く通常走行モード、
制動操作時に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池に回生電力を充電すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる回生モード、
を含む各モードで選択的に動作可能に構成されている燃料電池車両にもある。
上記構成によれば、起動モードでは、蓄電池から直結でインバータモータに電力供給することで、ＥＶとして直ちに走行可能となる一方、燃料電池をＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続することで、セル電圧の上昇を回避しながら通常走行に必要な出力になるまで電流値を上昇させることができる。
また、通常走行モードでは、燃料電池から直結でインバータモータに電力供給することで、ＤＣ−ＤＣコンバータによる効率低下を回避でき、さらに、制動操作時には、ＤＣ−ＤＣコンバータによる効率低下を回避しながら蓄電池に回生電力を効率良く充電できるとともに、燃料電池はＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続することで、セル電圧の上昇を回避し高効率状態を維持したまま通常走行に復帰できる。
本発明のさらに好適な態様では、前記通常走行モードにおいて、前記蓄電池側で前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させ、前記蓄電池から、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して前記インバータモータに電力供給する高出力走行モードを含む。
上記構成によれば、高出力時に、蓄電池から過充電を防止しながら補助電力を供給可能となり、燃料電池の出力不足やセル電圧低下を回避しつつ高効率を維持できる。
本発明のさらに好適な態様では、
前記燃料電池の異常が検出された場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる燃料電池劣化モード、
前記燃料電池が故障した場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する燃料電池故障モード、
前記蓄電池が故障した場合に、前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する蓄電池故障モード、をさらに含む。
前記燃料電池の異常が検出された場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる燃料電池劣化モード、
前記燃料電池が故障した場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する燃料電池故障モード、
前記蓄電池が故障した場合に、前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する蓄電池故障モード、をさらに含む。
上記構成によれば、燃料電池と蓄電池の何れか一方の故障が検出された場合には故障した電源を遮断するとともに、他方を直結にすることで効率良く走行を続けることが可能である。また、長期間の不使用等により燃料電池が劣化している場合には、燃料電池を定電流制御で動作するＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続することで、蓄電池の電力で走行を続けながら、燃料電池を回復させることができる。
本発明のさらに好適な態様では、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが、前記燃料電池側と前記蓄電池側とで共用される１つのインダクタと、前記燃料電池側と前記蓄電池側とで選択的に動作する個別のスイッチング素子を含む１つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータからなる。
上記構成によれば、以上述べたような種々の利点を得ながらも、比較的大型の部品であるインダクタ（チョークコイル）を１つにすることでコスト削減および小型軽量化が図れ、機器搭載スペースの制約が大きい電動二輪車や三輪車への実施に有利であるうえ、電源回路および制御回路も簡素化される利点もある。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、本発明第１実施形態に係る燃料電池車１０は、燃料電池１と蓄電池３がＤＣ−ＤＣコンバータ２，４を介してインバータ５およびモータ６に対して並列に接続され、かつ、各側のＤＣ−ＤＣコンバータ２，４をバイパスする直結回路１２，１４と、それらを遮断するスイッチング手段１１，１３とを備えている。
図１において、本発明第１実施形態に係る燃料電池車１０は、燃料電池１と蓄電池３がＤＣ−ＤＣコンバータ２，４を介してインバータ５およびモータ６に対して並列に接続され、かつ、各側のＤＣ−ＤＣコンバータ２，４をバイパスする直結回路１２，１４と、それらを遮断するスイッチング手段１１，１３とを備えている。
燃料電池１は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）が好適に用いられる。図中において、燃料電池１は単にＦＣと記載される場合がある。蓄電池３は、リチウムイオン二次電池（ＬｉＢ）が好適に用いられる。モータ６は、発電機としての機能をも有するモータ・ジェネレータ（回転電機）である。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２，４は、後述するように、インダクタ（チョークコイル）とその両側に接続されたスイッチング素子などから構成され、スイッチング素子のパルス幅変調（ＰＷＭ）により定電流制御を行い、昇降圧コンバータとして動作させる。以下の説明において、単に定電流モードと記載する場合がある。蓄電池３側のＤＣ−ＤＣコンバータ４は、充放電に使用可能な双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとして構成される必要がある。ＤＣ−ＤＣコンバータ２，４のスイッチング素子、および、直結回路１２，１４のスイッチング手段１１，１３としては、パワーＭＯＳＦＥＴが好適に使用されるが、他のスイッチング素子を用いることもできる。
本発明に係る燃料電池車１０は、燃料電池１側（または蓄電池３側）のスイッチング手段１１（１３）を閉じて直結にするとともに、蓄電池３側（または燃料電池１側）のスイッチング手段１３（１１）は開いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ４（２）を定電流制御で動作させるかまたは停止することによる各モードを、図示しない制御手段（ＣＰＵ）により、運転状況に応じて切り替えるものである。図２における左側の４つが本発明に係る燃料電池車１の基本的な運転モード４０（４１〜４４）であり、右側の３つが非常モード５０（５１〜５３）である。以下、各モードについて説明する。
図４（ａ）は、起動モード４１での基本動作を示し、図３は、起動モードを中心とした制御を示すフローチャートである。燃料電池車１０のスイッチをＯＮにすると、この起動モード４１になる。起動時は、燃料電池１、蓄電池３、インバータ５共にＯＦＦの状態からスタートし、その後、直ぐに起動可能な蓄電池３とインバータ５がＯＮになり、ＥＶモードで走行可能となる。その際、蓄電池３側のＤＣ−ＤＣコンバータ４はＯＦＦのまま直結回路１４のスイッチング手段１３を閉じて直通モードで起動する。
次に、燃料電池１をスタートさせる（蓄電池３と同時でも問題はない）。その際、燃料電池１側の直結回路１２のスイッチング手段１１は開いたまま、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を定電流モードで起動させる。この定電流の設定値は、燃料電池１の状態（各セルの発電電圧、セル温度、内部抵抗）をモニタしながら徐々に上昇させ、必要な出力になるまで電流値を上昇させる。
その過程で燃料電池１の状態に異常が検知された場合（低温時も含まれる）は、後述するＦＣ劣化モード５１や、ＦＣ故障モード５３での運転に移行する。燃料電池１に問題がない場合には通常走行モード４２に移行していく。また、通常走行モード４２に移行後も、モータ６が停止した場合や、モータ６の出力が低下した場合には、起動モード４１に戻る。
図４（ｂ）は、通常走行モード４２を示している。通常走行モード４２では、燃料電池１側のＤＣ−ＤＣコンバータ２はＯＦＦのまま、直結回路１２のスイッチング手段１１を閉じて直結モードとし、基本的に燃料電池１からの出力のみで走行する。これにより、燃料電池１側ではＤＣ−ＤＣコンバータ２での電力ロスが回避され、電費が良好に維持される。
この状態において、モータ６の出力が増大し、燃料電池１の出力電圧が低下した場合や、フラッディングの危険性が高まった場合には、後述する高出力モード４４に移行する。また、通常走行モード４２では、蓄電池３側のＤＣ−ＤＣコンバータ４は通常ＯＦＦの状態となっているが、蓄電池３の充電量が閾値以下に低下した場合、例えば３０％以下になった場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４を起動し、蓄電池３の充電を行う。
図４（ｃ）は、回生モード４３を示している。先述した起動モード４１、通常走行モード４２、あるいは後述する高出力モード４４、ＦＣ劣化モード５１での走行中に、エンジンブレーキが必要となった場合やブレーキペダルを操作した場合には、回生モード４３となり、ブレーキカに応じてインバータ５が蓄電池３に充電動作をする。
その際、蓄電池３側のＤＣ−ＤＣコンバータ４はＯＦＦの状態で直結回路１４のスイッチング手段１３を閉じて直通モードとなり、充電効率を高め、電力損失を最小限に抑えることができる。一方、燃料電池１は出力ゼロとすると劣化につながってしまうので、劣化にならない程度の電流を蓄電池３への充電電流として流す。その際、燃料電池１側のＤＣ−ＤＣコンバータ２は電流を制御する定電流モードで動作する。
図４（ｄ）は、高出力走行モード４４を示している。通常走行モード４２において、モータ６が高出力の場合はこのモードに移行する。この高出力走行モード４４では、通常走行モード４２において、蓄電池３側のＤＣ−ＤＣコンバータ４を定電流モードで起動し、燃料電池１出力不足や電圧の異常低下を抑える動作を行う。また、燃料電池１中にフラッディングの発生が懸念される場合もこの高出力走行モード４４に移行する。但し、先にも述べた通り、蓄電池３の充電量が閾値以下に低下した場合には、高出力走行モード４４には移行しない。
図５（ａ）は、ＦＣ劣化モード５１（燃料電池劣化モード）を示している。先述した起動モード４１において、内部抵抗の増大など、燃料電池１の異常が検知された場合にこのモード５１を起動する。燃料電池１の異常は低温、抵抗Ｒの劣化、燃料電池１の故障などが考えられるが、燃料電池１の出力電圧が異常低下した場合は、燃料電池１の故障と判断し、運転者に異常を知らせ、ＥＶモードでの走行に移行する。
燃料電池１の劣化時は、燃料電池１の内部抵抗は大きいが燃料電池１の温度が低温でない場合であり、走行は蓄電池３を直結にしてＥＶモード、燃料電池１側のＤＣ−ＤＣコンバータ２は定電流モードでの運転とし、燃料電池１の出力の回復を待つ。燃料電池１の内部抵抗が大きく、燃料電池１の温度が低温である場合は、低温による出力低下と判断し、燃料電池１を定電流で動作させながら温度上昇を待つ。燃料電池１の劣化時および燃料電池１の低温時は、燃料電池１の出力上昇が認められた場合には、起動モード４１に復帰する。
図５（ｂ）は、バッテリー故障モード５２（蓄電池故障モード）を示している。蓄電池３（リチウムイオン電池）が故障した場合、エマージェンシーモード５０としてこのモード５２に移行する。その際、蓄電池３側のＤＣ−ＤＣコンバータ４はＯＦＦにし、燃料電池１側のＤＣ−ＤＣコンバータ２はＯＦＦのまま直結回路１１のスイッチング手段１２を閉じて直通モードとする。また、回生モード４３においても、燃料電池１側のＤＣ−ＤＣコンバータ２をＯＦＦにし、回生は受け付けない。あくまでもエマージェンシーモードとなっている。
図５（ｃ）は、ＦＣ故障モード５３（燃料電池故障モード）を示している。このモードもエマージェンシーモード５０である。この場合は燃料電池１側のＤＣ−ＤＣコンバータ２はＯＦＦ、蓄電池３側のＤＣ−ＤＣコンバータ４はＯＦＦにして直結回路１４のスイッチング手段１３を閉じて直通モードとし、ＥＶモードでの走行に移行する。この場合、回生は可能であるが、蓄電池３の充電量がなくなれば走行不可能になるので、それまでの間に修理工場に行く要がある。
次に、図６および図７は、本発明第２実施形態に係る燃料電池車２０とその電源回路の主要部分を示している。第１実施形態の燃料電池車１０との違いは、燃料電池車２０では燃料電池１側と蓄電池３側とで１つのＤＣ−ＤＣコンバータ８を共用する構成にある。
図７において、インダクタＬ１（チョークコイル）と４つのスイッチング素子Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４（パワーＭＯＳＦＥＴ）が第１実施形態の蓄電池側ＤＣ−ＤＣコンバータ４に相当し、インダクタＬ１（チョークコイル）と１つのスイッチング素子Ｍ１の代わりにＭ５を加えた４つのスイッチング素子Ｍ５，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４が第１実施形態の燃料電池側ＤＣ−ＤＣコンバータ２に相当する。
燃料電池１側と蓄電池３側のそれぞれにおいてＤＣ−ＤＣコンバータ８をバイパスする直結回路２２，２４は第１実施形態と同様であり、蓄電池３側の直結回路２４には放電（電力供給）および充電（電力回生）の双方向に対応すべく２つのスイッチング素子Ｍ７，Ｍ８（パワーＭＯＳＦＥＴ）がスイッチング手段２３として接続されている。
この第２実施形態の燃料電池車２０では、構成部品中では比較的大型で重量物のインダクタは１つ搭載すればよいので、軽量化および小型化に有利な構成となっており、機器搭載スペースの制約が大きい二輪車や三輪車に最適である。
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。例えば、第１実施形態または第３実施形態に係る重み付け処理と、第２実施形態に係る重み付け処理を併せて実施することもできる。
１ 燃料電池
２，４，８ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３ 蓄電池
５ インバータ
６ モータ
１０，２０ 燃料電池車
１１，１３，２１，２３ スイッチング手段
１２，１４，２２，２４ 直結回路
４１ 起動モード
４２ 通常走行モード
４３ 回生モード
４４ 高出力走行モード
５１ ＦＣ劣化モード（燃料電池劣化モード）
５２ バッテリー故障モード（蓄電池故障モード）
５３ ＦＣ故障モード（燃料電池故障モード）
２，４，８ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３ 蓄電池
５ インバータ
６ モータ
１０，２０ 燃料電池車
１１，１３，２１，２３ スイッチング手段
１２，１４，２２，２４ 直結回路
４１ 起動モード
４２ 通常走行モード
４３ 回生モード
４４ 高出力走行モード
５１ ＦＣ劣化モード（燃料電池劣化モード）
５２ バッテリー故障モード（蓄電池故障モード）
５３ ＦＣ故障モード（燃料電池故障モード）
Claims (9)
- 燃料電池と蓄電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して走行用インバータモータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる起動モード、
前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記蓄電池側直結回路を開く通常走行モード、
制動操作時に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池に回生電力を充電すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる回生モード、
前記燃料電池の異常が検出された場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる燃料電池劣化モード、
を含む各モードで選択的に動作可能に構成されていることを特徴とする燃料電池車両。 - 燃料電池と蓄電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して走行用インバータモータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる起動モード、
前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記蓄電池側直結回路を開く通常走行モード、
制動操作時に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池に回生電力を充電すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる回生モード、
前記燃料電池が故障した場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する燃料電池故障モード、
を含む各モードで選択的に動作可能に構成されていることを特徴とする燃料電池車両。 - 燃料電池と蓄電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して走行用インバータモータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる起動モード、
前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記蓄電池側直結回路を開く通常走行モード、
制動操作時に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池に回生電力を充電すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる回生モード、
前記蓄電池が故障した場合に、前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する蓄電池故障モード、
を含む各モードで選択的に動作可能に構成されていることを特徴とする燃料電池車両。 - 燃料電池と蓄電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して走行用インバータモータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる起動モード、
前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記蓄電池側直結回路を開く通常走行モード、
制動操作時に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池に回生電力を充電すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる回生モード、
前記燃料電池の異常が検出された場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる燃料電池劣化モード、
前記燃料電池が故障した場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する燃料電池故障モード、
前記蓄電池が故障した場合に、前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する蓄電池故障モード、
を含む各モードで選択的に動作可能に構成されていることを特徴とする燃料電池車両。 - 前記通常走行モードにおいて、前記蓄電池側で前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させ、前記蓄電池から、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して前記インバータモータに電力供給する高出力走行モードをさらに含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の燃料電池車両。
- 燃料電池と蓄電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して走行用インバータモータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記燃料電池側と前記蓄電池側とで共用される１つのインダクタと、前記１つのインダクタと共働し、前記蓄電池と前記インバータモータとの間で双方向昇降圧コンバータを構成する４つのスイッチング素子と、これら４つのスイッチング素子のうち、前記蓄電池と前記インダクタとの間に介設される１つのスイッチング素子に対して並列に、前記燃料電池と前記インダクタとの間に介設され、かつ、前記蓄電池側の１つのスイッチング素子と選択的に動作する１つのスイッチング素子と、を含み、
運転状況に応じて、前記燃料電池と前記蓄電池の何れか一方を、前記各側直結回路を介して前記インバータモータと選択的に直結し、かつ、前記燃料電池と前記蓄電池の他方を、定電流制御で動作する前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続するかまたは停止できるように構成されていることを特徴とする燃料電池車両。 - 燃料電池と蓄電池がＤＣ−ＤＣコンバータを介して走行用インバータモータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスして前記燃料電池側と前記蓄電池側のそれぞれにおいて前記インバータモータと直結可能な燃料電池側および蓄電池側直結回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記各側直結回路の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記燃料電池側と前記蓄電池側とで共用される１つのインダクタと、前記１つのインダクタと共働し、前記蓄電池と前記インバータモータとの間で双方向昇降圧コンバータを構成する４つのスイッチング素子と、これら４つのスイッチング素子のうち、前記蓄電池と前記インダクタとの間に介設される１つのスイッチング素子に対して並列に、前記燃料電池と前記インダクタとの間に介設され、かつ、前記蓄電池側の１つのスイッチング素子と選択的に動作する１つのスイッチング素子と、を含み、
前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる起動モード、
前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給すると共に、前記蓄電池側直結回路を開く通常走行モード、
制動操作時に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池に回生電力を充電すると共に、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる回生モード、
を含む各モードで選択的に動作可能に構成されていることを特徴とする燃料電池車両。 - 前記通常走行モードにおいて、前記蓄電池側で前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させ、前記蓄電池から、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して前記インバータモータに電力供給する高出力走行モードをさらに含むことを特徴とする請求項７記載の燃料電池車両。
- 前記燃料電池の異常が検出された場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記燃料電池側直結回路を開いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御で動作させる燃料電池劣化モード、
前記燃料電池が故障した場合に、前記蓄電池を前記インバータモータに直結して前記蓄電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する燃料電池故障モード、
前記蓄電池が故障した場合に、前記燃料電池を前記インバータモータと直結して前記燃料電池から前記インバータモータに電力供給する一方、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止する蓄電池故障モード、をさらに含むことを特徴とする請求項７または８記載の燃料電池車両。
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