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課題

逆流防止用ダイオードの更なる有効活用を図ることができる燃料電池車両を提供する。

解決手段

DC/DCコンバータ74による昇圧後の電圧(2次電圧V2)が燃料電池42の開放電圧OCV)より高いとき、ダイオード50の短絡検知を行う。このため、ダイオード50の短絡が発生したとしても、これに対する対応を速やかにとることができる。従って、逆流防止用のダイオード50をより有効に利用することができるようになる。また、ダイオード50の短絡を検知した場合、FCコンタクタ56a、56bを開くため、ダイオード50の短絡に起因するバッテリ62又はモータ22からFC42への電圧印加を防止し、FC42を保護することが可能となる。

概要

背景

燃料電池蓄電装置により駆動モータを駆動する燃料電池車両が知られている。このような燃料電池車両の中には、逆流防止用ダイオードを備えるものがある(例えば、特許文献1及び特許文献2)。

特開2002−118981号公報
特開2004−222376号公報

概要

逆流防止用のダイオードの更なる有効活用をることができる燃料電池車両を提供する。DC/DCコンバータ74による昇圧後の電圧(2次電圧V2)が燃料電池42の開放電圧OCV)より高いとき、ダイオード50の短絡検知を行う。このため、ダイオード50の短絡が発生したとしても、これに対する対応を速やかにとることができる。従って、逆流防止用のダイオード50をより有効に利用することができるようになる。また、ダイオード50の短絡を検知した場合、FCコンタクタ56a、56bを開くため、ダイオード50の短絡に起因するバッテリ62又はモータ22からFC42への電圧印加を防止し、FC42を保護することが可能となる。

目的

この発明は、逆流防止用のダイオードの更なる有効活用を図ることができる燃料電池車両を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

駆動モータと、前記駆動モータを駆動する燃料電池と、前記燃料電池と並列に前記駆動モータに接続され、前記駆動モータを駆動する蓄電装置と、前記駆動モータと前記蓄電装置との間に配置され、前記蓄電装置の出力電圧を昇圧して前記燃料電池の出力電流を制御する昇圧器と、前記蓄電装置から前記燃料電池への電流の流入を防止する逆流防止用ダイオードと、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に配置された電圧センサと、前記燃料電池と前記駆動モータとの間に配置され、前記燃料電池と前記駆動モータとの接続状態切り替えコンタクタと、前記ダイオードの短絡を検知する短絡検知部と、を備える燃料電池車両であって、前記短絡検知部は、前記昇圧器による昇圧後の電圧が前記燃料電池の開放電圧よりも高いとき、前記電圧センサの検出値に基づいて前記ダイオードの短絡検知を行い、前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記コンタクタを開くことを特徴とする燃料電池車両。

請求項2

請求項1記載の燃料電池車両において、前記短絡検知部は、前記電圧センサの検出値が前記燃料電池の開放電圧よりも高いとき、前記ダイオードが短絡していると判定することを特徴とする燃料電池車両。

請求項3

請求項1記載の燃料電池車両において、さらに、前記ダイオードと前記昇圧器との間の電圧を検出する第2電圧センサを備え、前記短絡検知部は、前記電圧センサの検出値と前記第2電圧センサの検出値を比較し、両検出値が一致する場合、前記ダイオードが短絡していると判定することを特徴とする燃料電池車両。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、前記短絡検知部は、前記ダイオードの短絡を確定するための所定時間を事前に設定し、前記ダイオードの短絡を示す状態が前記所定時間続いたとき、前記コンタクタを開くことを特徴とする燃料電池車両。

請求項5

請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、前記燃料電池車両の起動後、前記燃料電池の電圧が最初に所定電圧以上になるまで前記燃料電池から前記駆動モータへの電力供給を行わない燃料電池発電準備期間が設定され、前記短絡検知部は、前記燃料電池発電準備期間内に前記ダイオードの短絡検知を行うことを特徴とする燃料電池車両。

請求項6

請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、前記燃料電池車両の停止時に、前記燃料電池内部に残留する反応ガスによる発電電力により前記蓄電装置を充電するディスチャージ期間が設定され、前記短絡検知部は、前記ディスチャージ期間後に前記ダイオードの短絡検知を行うことを特徴とする燃料電池車両。

請求項7

請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、前記燃料電池の発電開始後に、前記燃料電池に対する反応ガスの供給を一時的に停止するアイドル停止期間が設定され、前記短絡検知部は、前記アイドル停止期間内に前記ダイオードの短絡検知を行うことを特徴とする燃料電池車両。

請求項8

請求項7記載の燃料電池車両において、前記アイドル停止期間は、前記燃料電池内部に残留する反応ガスによる発電電力により前記蓄電装置を充電するアイドル停止時ディスチャージ期間を含み、前記短絡検知部は、前記アイドル停止時ディスチャージ期間後に前記ダイオードの短絡検知を行うことを特徴とする燃料電池車両。

請求項9

請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、前記短絡検知部は、前記蓄電装置により前記駆動モータを駆動している際に、前記ダイオードの短絡検知を行うことを特徴とする燃料電池車両。

請求項10

請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記昇圧器は、昇圧後の電圧を、前記燃料電池の開放電圧より低い電圧まで低下させることを特徴とする燃料電池車両。

請求項11

請求項1〜10のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、さらに、前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、当該短絡を通報する短絡通報装置を有することを特徴とする燃料電池車両。

請求項12

請求項1〜11のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記蓄電装置からの電力のみで前記駆動モータを駆動することを特徴とする燃料電池車両。

請求項13

請求項1〜12のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、前記燃料電池車両は、さらに、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に接続された補機と、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に配置され、前記燃料電池から流出する電流を検出する電流センサと、を備え、前記電圧センサの検出値が、前記昇圧器による昇圧後の電圧未満であるとき、前記補機が必要とする電流と前記電流センサの検出値とが等しければ、前記短絡検知部は、前記ダイオードが短絡していないと判定することを特徴とする燃料電池車両。

技術分野

0001

この発明は、燃料電池蓄電装置により駆動モータを駆動する燃料電池車両に関する。より詳細には、前記燃料電池への電流の流入を防止する逆流防止用ダイオードを備える燃料電池車両に関する。

背景技術

0002

燃料電池と蓄電装置により駆動モータを駆動する燃料電池車両が知られている。このような燃料電池車両の中には、逆流防止用のダイオードを備えるものがある(例えば、特許文献1及び特許文献2)。

0003

特開2002−118981号公報
特開2004−222376号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1及び特許文献2では、前記逆流防止用のダイオードが存在することにより、燃料電池への電流の流入が防止され、燃料電池が保護される。

0005

この発明は、逆流防止用のダイオードの更なる有効活用を図ることができる燃料電池車両を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

この発明に係る燃料電池車両は、駆動モータと、前記駆動モータを駆動する燃料電池と、前記燃料電池と並列に前記駆動モータに接続され、前記駆動モータを駆動する蓄電装置と、前記駆動モータと前記蓄電装置との間に配置され、前記蓄電装置の出力電圧を昇圧して前記燃料電池の出力電流を制御する昇圧器と、前記蓄電装置から前記燃料電池への電流の流入を防止する逆流防止用のダイオードと、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に配置された電圧センサと、前記燃料電池と前記駆動モータとの間に配置され、前記燃料電池と前記駆動モータとの接続状態切り替えコンタクタと、前記ダイオードの短絡を検知する短絡検知部と、を備えるものであって、前記短絡検知部は、前記昇圧器による昇圧後の電圧が前記燃料電池の開放電圧よりも高いとき、前記電圧センサの検出値に基づいて前記ダイオードの短絡検知を行い、前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記コンタクタを開くことを特徴とする。

0007

この発明によれば、昇圧器による昇圧後の電圧が燃料電池の開放電圧より高いとき、ダイオードの短絡検知を行う。このため、ダイオードの短絡が発生したとしても、これに対する対応を速やかにとることができる。従って、逆流防止用のダイオードをより有効に利用することができるようになる。また、ダイオードの短絡を検知した場合、コンタクタを開くため、ダイオードの短絡に起因する燃料電池への電圧印加を防止し、燃料電池を保護することが可能となる。

0008

前記短絡検知部は、前記電圧センサの検出値が前記燃料電池の開放電圧よりも高いとき、前記ダイオードが短絡していると判定することができる。

0009

また、前記ダイオードと前記昇圧器との間の電圧を検出する第2電圧センサを備え、前記短絡検知部は、前記電圧センサの検出値と前記第2電圧センサの検出値を比較し、両検出値が一致する場合、前記ダイオードが短絡していると判定してもよい。

0010

さらに、前記短絡検知部は、前記ダイオードの短絡を確定するための所定時間を事前に設定し、前記ダイオードの短絡を示す状態が前記所定時間続いたとき、前記コンタクタを開くことが好ましい。

0011

前記燃料電池車両の起動後、前記燃料電池の電圧が最初に所定電圧以上になるまで前記燃料電池から前記駆動モータへの電力供給を行わない燃料電池発電準備期間を設定し、前記燃料電池発電準備期間内に前記ダイオードの短絡検知を行うこともできる。

0012

前記燃料電池車両の停止時に、前記燃料電池内部に残留する反応ガスによる発電電力により前記蓄電装置を充電するディスチャージ期間を設定し、前記ディスチャージ期間後に前記ダイオードの短絡検知を行ってもよい。

0013

前記燃料電池の発電開始後に、前記燃料電池に対する反応ガスの供給を一時的に停止するアイドル停止期間を設定し、前記アイドル停止期間内に前記ダイオードの短絡検知を行ってもよい。

0014

前記アイドル停止期間は、前記燃料電池内部に残留する反応ガスによる発電電力により前記蓄電装置を充電するアイドル停止時ディスチャージ期間を含み、前記短絡検知部は、前記アイドル停止時ディスチャージ期間後に前記ダイオードの短絡検知を行うものであってもよい。

0015

前記短絡検知部は、前記蓄電装置により前記駆動モータを駆動している際に、前記ダイオードの短絡検知を行ってもよい。

0016

前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記昇圧器は、昇圧後の電圧を、前記燃料電池の開放電圧より低い電圧まで低下させてもよい。

0017

前記燃料電池車両は、さらに、前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、当該短絡を通報する短絡通報装置を有することが好ましい。

0018

前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記蓄電装置からの電力のみで前記駆動モータを駆動してもよい。

0019

前記燃料電池車両は、さらに、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に接続された補機と、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に配置され、前記燃料電池から流出する電流を検出する電流センサと、を備え、前記電圧センサの検出値が、前記昇圧器による昇圧後の電圧未満であるとき、前記補機が必要とする電流と前記電流センサの検出値とが等しければ、前記短絡検知部は、前記ダイオードが短絡していないと判定してもよい。

発明の効果

0020

この発明によれば、昇圧器による昇圧後の電圧が燃料電池の開放電圧より高いとき、ダイオードの短絡検知を行う。このため、ダイオードの短絡が発生したとしても、これに対する対応を速やかにとることができる。従って、逆流防止用のダイオードをより有効に利用することができるようになる。また、ダイオードの短絡を検知した場合、コンタクタを開くため、ダイオードの短絡に起因する燃料電池への電圧印加を防止し、燃料電池を保護することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0021

A.第1実施形態
1.燃料電池車両10の構成
(1)全体構成
図1は、この発明の第1実施形態に係る燃料電池車両10(以下「FC車両10」とも称する。)の回路図である。FC車両10は、基本的には、モータユニット20と、FCユニット40と、バッテリユニット60と、統括制御部80{以下「統合制御ECU80」とも称する。}とを有する。

0022

モータユニット20は、FC車両10の力行時には、駆動用モータ22を用いてFC車両10の走行駆動力を生成し、FC車両10の回生時には、モータ22が発生した回生電力モータ回生電力Preg)[W]をバッテリユニット60に供給する。

0023

FCユニット40は、FC車両10の力行時には、モータユニット20に対して燃料電池42(以下「FC42」とも称する。)が発生した発電電力(FC発電電力Pfc)[W]を供給し、FC車両10の回生時には、FC発電電力Pfcをバッテリユニット60に供給する。

0024

バッテリユニット60は、FC車両10の力行時には、エネルギストレージである蓄電装置62(以下「バッテリ62」とも称する。)からの出力電力バッテリ出力電力Pbat)[W]をモータユニット20に対して供給し、FC車両10の回生時には、モータ回生電力Preg及びFC発電電力Pfcをバッテリ62に蓄電する。

0025

統合制御ECU80は、モータユニット20、FCユニット40及びバッテリユニット60を制御する。

0026

なお、モータ回生電力Preg、FC発電電力Pfc及びバッテリ出力電力Pbatは、ライトパワーウインドワイパー用電動機等の図示しない補機に供給してもよい。

0027

(2)モータユニット20
モータユニット20は、モータ22に加え、パワードライブユニット24(以下「PDU24」とも称する。)と、減速機26と、シャフト28と、車輪30と、モータ制御部32{以下「モータECU32」(ECU:Electric Control Unit)とも称する。}とを備える。

0028

PDU24は、FC車両10の力行時において、FC42からの発電電流(FC発電電流If)[A]及びバッテリ62からの出力電流(バッテリ出力電流Ibat)[A]とを直流交流変換し、モータ22を駆動する電流(モータ駆動電流Imd)[A]としてモータ22に供給する。このモータ駆動電流Imdの供給に伴うモータ22の回転は、減速機26、シャフト28を通じて車輪30に伝達される。

0029

また、PDU24は、FC車両10の回生時において、モータ22からの回生電流モータ回生電流Imr)を交流直流変換し、バッテリ充電電流Ibcとしてバッテリユニット60に供給する。このバッテリ充電電流Ibcの供給によりバッテリ62が充電される。

0030

モータECU32は、統合制御ECU80からの指令に基づいてモータ22及びPDU24の動作を制御する。

0031

(3)FCユニット40
FCユニット40は、FC42に加え、水素タンク44と、エアコンプレッサ46と、FC制御部48(以下「FC ECU48」とも称する。)と、逆流防止用のダイオード50と、電圧センサ52と、電流センサ54と、FCコンタクタ56a、56bとを有する。

0032

FC42は、例えば固体高分子電解質膜アノード電極カソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造である。FC42には、水素タンク44とエアコンプレッサ46が配管により接続されている。水素タンク44内の加圧水素は、FC42のアノード電極に供給される。また、エアコンプレッサ46により空気がFC42のカソード電極に供給される。水素タンク44及びエアコンプレッサ46の動作は、FC ECU48により制御される。FC42内で反応ガスである水素燃料ガス)と空気(酸化剤ガス)の電気化学反応によりFC発電電流Ifが生成される。FC発電電流Ifは、FCコンタクタ56a、56b、電流センサ54及びダイオード50を介し、FC車両10の力行時にはPDU24に供給され、回生時にはバッテリユニット60に供給される。電流センサ54で検出されたFC発電電流Ifは、通信線82を介して統合制御ECU80に出力される。また、FC42の発電電圧(FC発電電圧Vf)[V]は、FC42とダイオード50との間に配置された電圧センサ52で検出され、通信線82を介してFC ECU48及び統合制御ECU80に出力される。

0033

FCコンタクタ56a、56bは、FC42と電圧センサ52との間に配置され、FC42とモータ22(PDU24)との接続状態を切り替える。FCコンタクタ56a、56bは、FC ECU48及び統合制御ECU80により制御される。

0034

なお、図1では図示していないが、図示しない電圧センサによりFC42の各セルの出力電圧が検出され、検出値は、FC ECU48及び統合制御ECU80に通知される。

0035

(4)バッテリユニット60
バッテリユニット60は、バッテリ62に加え、電圧センサ64、66と、電流センサ68、70と、バッテリ制御部72(以下「バッテリECU72」とも称する。)と、DC/DCコンバータ74と、コンバータ制御部76{以下「VCU76」(VCU:Voltage Control Unit)}と、バッテリコンタクタ78a、78bとを有する。

0036

バッテリ62は、DC/DCコンバータ74の1次側1Sに接続されており、例えばリチウムイオン2次電池ニッケル水素2次電池又はキャパシタを利用することができる。第1実施形態ではリチウムイオン2次電池を利用している。電圧センサ64は、DC/DCコンバータ74の1次側1Sの電圧(1次電圧V1)[V]を検出し、通信線82に出力する。電圧センサ66は、DC/DCコンバータ74の2次側2Sの電圧(2次電圧V2)[V]を検出し、通信線82に出力する。電流センサ68は、1次側1Sの電流(1次電流I1)を検出し、通信線82に出力する。電流センサ70は、2次側2Sの電流(2次電流I2)を検出し、通信線82に出力する。

0037

バッテリECU72は、バッテリ62の温度や電圧Vbat[V]などを監視し、異常を検出した場合には、充放電の制限や停止によりバッテリ62を保護する。

0038

DC/DCコンバータ74は、いわゆるチョッパ方式昇降圧DC/DCコンバータであり、力行時には、1次電圧V1を昇圧して2次側2Sに供給し、回生時には、2次電圧V2を降圧して1次側1Sに供給する。すなわち、モータ22が発生した回生電圧(モータ回生電圧Vreg)[V]又はFC42のFC発電電圧Vfである2次電圧V2がDC/DCコンバータ74により低電圧に変換された1次電圧V1によりバッテリ62を充電する。

0039

VCU76は、統合制御ECU80からの指令並びに電圧センサ64、66及び電流センサ68、70の検出値に基づいて、DC/DCコンバータ74を制御する。VCU76は、DC/DCコンバータ74の制御を介してFC発電電流Ifを制御することができる。

0040

バッテリコンタクタ78a、78bは、バッテリ62と電圧センサ64との間に配置され、バッテリ62とDC/DCコンバータ74との接続状態を切り替える。バッテリコンタクタ78a、78bは、バッテリECU72及び統合制御ECU80により制御される。

0041

(5)統合制御ECU80
統合制御ECU80は、モータ22の要求出力(モータ要求出力Pmr_req)[W]やFCユニット40(エアコンプレッサ46等)の要求電力、図示しない補機の要求電力に基づいて、モータECU32、FC ECU48、バッテリECU72及びVCU76を制御する。統合制御ECU80は、その他のECUを制御してもよい。また、第1実施形態の統合制御ECU80は、ダイオード50の短絡検知処理を行う(詳細は後述する。)。

0042

統合制御ECU80は、CPU、ROM、RAM、タイマの他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてDSP(Digital Signal Processor)等を有している。モータECU32、FC ECU48、バッテリECU72及びVCU76も同様である。さらに、統合制御ECU80は、メモリ84とカウンタ86を備え、表示装置88に接続されている。

0043

統合制御ECU80と、モータECU32、FC ECU48、バッテリECU72及びVCU76とは、車内LANであるCAN(Controller Area Network)等の通信線82を通じて相互に接続されている。これらの制御部は、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各CPUが各ROMに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。

0044

(6)その他
車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、上述した電圧センサ52、64、66、電流センサ54、68、70の他、通信線82に接続されるイグニッションスイッチ90、アクセルセンサ92、ブレーキセンサ94、及び車速センサ96等がある。

0045

2.ダイオード50の短絡検知処理
上述したように、統合制御ECU80は、ダイオード50の短絡検知処理を行う。この短絡検知処理では、ダイオード50が短絡しているかどうかを判定し、短絡していると判定した場合、FC42を保護するための措置を取る。ここでいう「短絡」とは、故障によりダイオード50の抵抗値が低下し、ダイオード50のアノード側からカソード側に電流が流れる状態をいう。

0046

(1)短絡検知処理の具体的内容
図2には、ダイオード50の短絡検知処理のフローチャートが示されている。ステップS1において、統合制御ECU80は、FC42の開放電圧(OCV:OpenCircuit Voltage)[V]を判定する。ここでのOCVは、その時点においてFC42のスタック(図示せず)がさらされている開放電圧をいう。OCVは、例えば、FC42に対する水素や空気の供給量、FC42のスタックの温度及び劣化状態等の環境決定要因により決定される。統合制御ECU80のメモリ84には、前記環境決定要因とOCVとの関係がマップ化されており、統合制御ECU80は、この関係を用いてOCVを判定する。なお、OCVは、FC42のセル(図示せず)毎に電圧センサ(図示せず)を設けておき、各セルの出力電圧を検出し、これを加算することによりOCVを求めることもできる。或いは、最も良好な環境(条件)においてFC42が出力可能な電圧をOCVとして用いることもできる。或いは、特開2003−086211号公報に記載されている方法(例えば、同公報の段落[0058]〜[0060]を参照)によりOCVを算出することもできる。

0047

ステップS2において、統合制御ECU80は、OCVに応じて2次電圧V2を増加させる。具体的には、OCVに追加分α(例えば、αは数十ボルト)を加えた電圧OCV+αを、ダイオード50の短絡の有無を判定するための電圧(短絡判定電圧Vcs)として算出する。そして、統合制御ECU80は、VCU76に対し、DC/DCコンバータ74の昇圧後の電圧(2次電圧V2)を短絡判定電圧Vcsまで増加するように指令する。換言すると、統合制御ECU80は、短絡判定電圧Vcsを2次電圧V2の指令値(2次電圧指令値V2com)に設定してVCU76に通知する。そして、この2次電圧指令値V2comを受けたVCU76は、2次電圧V2が短絡判定電圧Vcsと等しくなるように、DC/DCコンバータ74を動作させる。

0048

ステップS3において、統合制御ECU80は、電圧センサ52の検出値(3次電圧V3[V])が、OCVより大きいかどうかを判定する。或いは、3次電圧V3と、OCV及び誤差許容範囲の和とを比較してもよい。2次電圧V2が短絡判定電圧Vcsとなっている状態で3次電圧V3がOCV以下である場合(S3:No)、逆流防止用のダイオード50は、正常に機能している(短絡していない)と判断可能である。この場合、ステップS4において、統合制御ECU80は、カウンタ86のカウント値CTRリセットする。

0049

3次電圧V3がOCVより大きい場合(S3:Yes)、ダイオード50が短絡し、2次電圧V2がダイオード50の存在にもかかわらず、FC42に印加されていると判断することができる。但し、ノイズ等何らかの原因により、電圧センサ52が実際とは異なる値を出力していることも考えられる。そこで、まずはステップS5において、統合制御ECU80は、カウンタ86のカウント値CTRを1増加させる。

0050

続くステップS6において、統合制御ECU80は、現在のカウント値CTRが、カウンタ閾値THctr以上となっているかどうかを判定する。カウンタ閾値THctrは、ダイオード50が短絡していることを確定するための閾値である。現在のカウント値CTRがカウンタ閾値THctrより小さい場合(S6:No)、ダイオード50の短絡を確定せずに、今回の処理を終了する。現在のカウント値CTRがカウンタ閾値THctr以上である場合(S6:Yes)、統合制御ECU80は、ダイオード50の短絡を確定し、短絡時の処理を行うためにステップS7に進む。

0051

ステップS7において、統合制御ECU80は、運転者に対して警告を行う。具体的には、ダイオード50が短絡している旨を表示装置88に表示する。

0052

続くステップS8において、統合制御ECU80は、2次電圧V2をOCVよりも低くする。具体的には、統合制御ECU80は、VCU76に対し、DC/DCコンバータ74の昇圧後の電圧(2次電圧V2)をOCVよりも所定値β小さい値(OCV−β)とするように指令する。換言すると、統合制御ECU80は、OCV−βを2次電圧指令値V2comに設定してVCU76に通知する。そして、この2次電圧指令値V2comを受けたVCU76は、2次電圧V2がOCV−βと等しくなるように、DC/DCコンバータ74を動作させる。これにより、FC42の発電電圧Vfの方が2次電圧V2よりも高くなり、OCVダイオード50が短絡していても、2次電圧V2がFC42に印加されることを回避することができる。ステップS8の処理は、特に、後述するステップS9においてFCコンタクタ56a、56bが開くまでの間には有効である。

0053

ステップS9において、統合制御ECU80は、通信線82を介してFCコンタクタ56a、56bを開く。これにより、FC42が、モータユニット20やバッテリユニット60から完全に切り離される。従って、ダイオード50が短絡していても、2次電圧V2がFC42に印加されることを回避し、FC42を保護することができる。

0054

ステップS10において、統合制御ECU80は、FC発電電力Pfcなしにバッテリ出力電力Pbatのみでモータ22を駆動するバッテリ走行モード移行する。そして、アクセルセンサ92から通知されるアクセルペダル(図示せず)の踏込み量に応じてバッテリ出力電力PbatのみでFC車両10を駆動する。

0055

(2)短絡検知処理を行うタイミン
第1実施形態では、上記短絡検知処理を、FC車両10の起動時と、FC車両10の停止時と、FC車両10のアイドル停止時とに行う。

0056

(a)FC車両10の起動時
図3には、FC車両10の起動時に短絡検知処理を行うフローチャートが示されている。ステップS21において、運転者によりイグニッションスイッチ90がオンにされ、FC車両10の起動を命じる起動指令が統合制御ECU80になされると、ステップS22において、バッテリコンタクタ78a、78bが閉じられる。すなわち、前記起動指令を受けた統合制御ECU80は、バッテリECU72に対し、バッテリ62による電力供給の開始を指令する。これを受けたバッテリECU72は、バッテリコンタクタ78a、78bを閉じて、バッテリ62からの電力供給を可能にする。これにより、モータ22がバッテリ出力電力Pbatにより駆動可能となり、その結果、FC車両10は走行可能となる。

0057

次いで、ステップS23において、統合制御ECU80は、FC ECU48に対し、FC42による電力供給の開始を指令する。これを受けたFC ECU48は、OCVチェックを行う。OCVチェックは、FC42に対する水素及び空気の供給開始から、実際にモータユニット20に対してFC発電電力Pfcを供給するまでの一連の処理をいう(例えば、特開2005−302539号公報の段落[0003]参照)。

0058

ステップS24において、統合制御ECU80は、上述した短絡検知処理を行う。ダイオード50が短絡していなければ、ステップS25において、FC ECU48は、FCコンタクタ56a、56bを閉じる。これにより、FC発電電力Pfcがモータユニット20及びバッテリユニット60に供給可能となる。

0059

なお、図3のフローチャートにおいて、短絡検知処理は、ステップS22においてバッテリコンタクタ78a、78bが閉じられた後、ステップS25においてFCコンタクタ56a、56bが閉じられるまでであれば、いつ行ってもよい。

0060

(b)FC車両10の停止時
図4には、FC車両10の停止時に短絡検知処理を行うフローチャートが示されている。ステップS31において、運転者によりイグニッションスイッチ90がオフにされ、FC車両10の停止を命じる停止命令が統合制御ECU80になされると、統合制御ECU80は、FC車両10を停止するための処理を開始する。すなわち、統合制御ECU80は、ステップS32において、FC ECU48に対し、FC42に対する水素の供給停止を命じる。これを受けたFC ECU48は、水素タンク44からの水素ガスの供給を停止する。

0061

ステップS33において、統合制御ECU80は、FC42をディスチャージするためのディスチャージ処理を行う。具体的には、FC ECU48に対し、空気の供給の継続を命じると共に、バッテリECU72に対し、FC発電電力Pfcをバッテリ62に充電するよう命じる。FC発電電圧Vfcがゼロ又は所定の閾値を下回ったとき、ステップS34において、統合制御ECU80は、通信線82を介してFCコンタクタ56a、56bを開く。これにより、FC42が、モータユニット20やバッテリユニット60から完全に切り離される。従って、ダイオード50が短絡していても、2次電圧V2がFC42に印加されることを回避し、FC42を保護することができる。

0062

ステップS35において、統合制御ECU80は、FC ECU48に対し、FC42に対する空気の供給の停止を命じる。これを受けたFC ECU48は、エアコンプレッサ46を停止させ、空気の供給を停止する。

0063

ステップS36において、統合制御ECU80は、上述した短絡検知処理を行う。ステップS37において、FC ECU48は、バッテリコンタクタ78a、78bを開く。これにより、FC車両10は駆動できなくなり、停止状態となる。

0064

(c)アイドル停止時
図5には、FC車両10のアイドル停止時に短絡検知処理を行うフローチャートが示されている。アイドル停止とは、イグニッションスイッチ90がオンの状態でFC車両10が停止することを意味する。

0065

ステップS41において、統合制御ECU80は、アイドル停止要求を受ける。具体的には、イグニッションスイッチ90がオンの状態で、FC車両10が停止する(車速V[km/h]がゼロになる)と、アイドル停止要求があったものとみなされる。ステップS42において、統合制御ECU80は、FC ECU48に対し、FC42に対する水素ガスの供給停止を命じる。これを受けたFC ECU48は、水素タンク44からの水素ガスの供給を停止する。

0066

ステップS43において、統合制御ECU80は、FC42をディスチャージするためのディスチャージ処理を行う。このディスチャージ処理は、図4のステップS33の処理と同様である。続くステップS44において、統合制御ECU80は、FC ECU48に対し、FC42に対する空気の供給の停止を命じる。これを受けたFC ECU48は、エアコンプレッサ46を停止させ、空気の供給を停止する。ステップS45において、統合制御ECU80は、上述した短絡検知処理を行う。

0067

ステップS46において、アクセルセンサ92から通知されるアクセルペダル(図示せず)の踏込み量又は車速Vにより、FC42の発電要求があったものと判断すると、ステップS47において、統合制御ECU80は、FC ECU48に対し、空気の供給再開を指令する。さらに、ステップS48において、統合制御ECU80は、FC ECU48に対し、水素ガスの供給再開を指令する。

0068

3.第1実施形態の効果
以上のように、第1実施形態によれば、DC/DCコンバータ74による昇圧後の電圧(2次電圧V2)をOCVより高くして(図2のS2)、ダイオード50の短絡検知を行う(S3)。このため、ダイオード50の短絡が発生したとしても、これに対する対応を速やかにとることができる。従って、逆流防止用のダイオード50をより有効に利用することができるようになる。また、ダイオード50の短絡を検知した場合、FCコンタクタ56a、56bを開くため、ダイオード50の短絡に起因するバッテリ62又はモータ22からFC42への電圧印加を防止し、FC42を保護することが可能となる。

0069

第1実施形態では、FC42とダイオード50との間に配置された電圧センサ52を、FC発電電圧Vfの検出と、ダイオード50の短絡検知との両方に用いることができる。従って、FC車両10全体で用いる電圧センサの数を少なくすることができる。

0070

第1実施形態では、ダイオード50が短絡していることを確定するためカウンタ閾値THctrを事前に設定し、カウンタ86のカウント値CTRが、カウンタ閾値THctr以上となったとき、短絡を確定し、FCコンタクタ56a、56bを開く(図2のS9)。これにより、ダイオード50の短絡の誤検知を防止することができる。

0071

第1実施形態では、FC車両10の起動後、OCVチェックを行い(図3のS23)、FC発電電圧Vfが最初に所定電圧以上になるまでFC42からモータ22への電力供給を行わない燃料電池発電準備期間が設定され(図3のS21後S25直前まで)、統合制御ECU80は、前記燃料電池発電準備期間内にダイオード50の短絡検知を行う(S24)。これにより、FC車両10の起動時にダイオード50の短絡検知が可能となり、FC42がモータ22を駆動する前に、すなわち、FC42に対するバッテリ62からの電圧印加がほとんど行われない時点で、FCコンタクタ56a、56bを開きFC42を保護することができる。また、第1実施形態では、モータ22による回生可能であるが、FC42にモータ回生電圧Vregが印加されることを防止することができる。

0072

第1実施形態では、FC車両10の停止時に、FC42内部に残留する水素ガスによるFC発電電力Pfcによりバッテリ62を充電するディスチャージ処理が行われ(図4のS33)、統合制御ECU80は、ディスチャージ処理後にダイオード50の短絡検知を行う(S36)。これにより、ダイオード50の短絡の有無にかかわらず、FC車両10の停止時のFC発電電力Pfc(ディスチャージ電力)によりバッテリ62を充電可能となり、ディスチャージ電力を有効利用できると共に、ダイオード50の短絡検知をFC42の発電停止に伴って行うことができる。

0073

第1実施形態では、FC車両10のアイドル停止時にダイオード50の短絡検知を行う(図5のS45)。これにより、FC車両10の運転時におけるダイオード50の短絡検知の回数を増やすことができる。また、アイドル停止時の短絡検知(S45)は、ディスチャージ処理(S43)の後に行う。これにより、ダイオード50の短絡の有無にかかわらず、FC車両10のアイドル停止時のFC発電電力Pfc(ディスチャージ電力)によりバッテリ62を充電可能となり、ディスチャージ電力を有効利用できると共に、ダイオード50の短絡検知をアイドル停止に伴って行うことができる。

0074

第1実施形態では、統合制御ECU80は、バッテリ62によりモータ22を駆動している際に、ダイオード50の短絡検知を行う(図3のS24)。これにより、モータ22の作動中であっても、ダイオード50の短絡検知を行うことができる。

0075

第1実施形態では、統合制御ECU80がダイオード50の短絡を検知したとき、DC/DCコンバータ74は、昇圧後の電圧(2次電圧V2)を、OCVより低い電圧まで低下させる(図2のS8)。これにより、ダイオード50の短絡検知からFCコンタクタ56a、56bを開くまでの間、OCV以上の電圧がFC42に印加されることを防止し、FC42を保護することができる。

0076

第1実施形態では、統合制御ECU80がダイオード50の短絡を検知したとき、表示装置88を介して当該短絡を通報する。これにより、運転者、搭乗者等にダイオード50の短絡を通報することができる。

0077

第1実施形態では、統合制御ECU80がダイオード50の短絡を検知したとき、バッテリ出力電力Pbatのみでモータ22を駆動する。これにより、FC42を保護しつつ、一定程度の走行が可能となる。

0078

B.第2実施形態
1.第1実施形態との相違
図6は、この発明の第2実施形態に係る燃料電池車両10A(以下「FC車両10A」とも称する。)の回路図である。第2実施形態に係るFC車両10Aは、基本的に、第1実施形態に係るFC車両10と同様である。しかし、FC車両10Aは、電流センサ54と電圧センサ64との間に補機100を有する点でFC車両10と異なる。補機100は、FC発電電力Pfcが生成されている状態でのみ動作を要するものであり、例えば、FC42のスタックの冷却ポンプである。

0079

2.ダイオード50の短絡検知処理
第2実施形態では、第1実施形態における短絡検知処理に加え、補機100があることにより、第1実施形態とは異なる短絡検知処理(第2短絡検知処理)が可能である。図7には、第2短絡検知処理のフローチャートが示されている。第2短絡検知処理は、FCコンタクタ56a、56bが閉じた状態でのみ行われる。例えば、図3(FC車両10の起動時のフローチャート)であれば、ステップS25以降に行われ、図4(FC車両10の停止時のフローチャート)であれば、ステップS34よりも前に行われる。図5(FC車両10のアイドル停止時のフローチャート)では、FCコンタクタ56a、56bが開かれることはないので、いつでも行うことができる。或いは、FC車両10の走行中に行うこともできる。

0080

図7のステップS51において、統合制御ECU80は、電圧センサ52で検出された電圧(3次電圧V3[V])が、電圧センサ66で検出された電圧(2次電圧V2[V])未満であるかどうかを判定する。3次電圧V3が2次電圧V2以上である場合(S51:No)、第2短絡検知処理を終了し、FC発電電流Ifをモータユニット20又はバッテリユニット60に供給する。3次電圧V3が2次電圧V2未満である場合(S51:Yes)、ステップS52に進む。なお、3次電圧V3が2次電圧V2未満である場合、モータユニット20又はバッテリユニット60にFC発電電流Ifは供給されず、また、ダイオード50が正常に動作していれば(短絡していなければ)、モータユニット20及びバッテリユニット60のいずれからも、FC42に対して電流は流れない。このため、補機100には、FC発電電流Ifのみが供給される。

0081

ステップS52において、統合制御ECU80は、電流センサ54で検出された電流(3次電流I3[A])が、補機必要電流Ia_nec[A]未満であるかどうかを判定する。補機必要電流Ia_necは、補機100の動作に必要な電流であり、補機100に応じて予め設定されている。

0082

3次電流I3が、補機必要電流Ia_nec以上である場合(S52:No)、ダイオード50は正常に動作していると判断可能であるため、ステップS53において、統合制御ECU80は、カウンタ86のカウント値CTRをリセットする。ステップS53の処理は、図2のステップS4と同様の処理である。3次電流I3が、補機必要電流Ia_nec未満である場合(S52:Yes)、補機100には、FC発電電流If以外の電流も供給されており、ダイオード50が短絡していると考えられる。そこで、ステップS54〜S59において、短絡を確定するための処理及び短絡確定後の処理を行う。ステップS54〜S59は、図2のステップS5〜S10と同様であるため、詳細な説明は省略する。

0083

3.第2実施形態の効果
以上のように、第2実施形態によれば、第1実施形態の効果に加え、次の効果を得ることができる。すなわち、第2実施形態では、3次電圧V3が、DC/DCコンバータ74による昇圧後の電圧(2次電圧V2)未満であり(図7のS51:Yes)、且つ補機必要電流Ia_necと3次電流I3とが等しければ(S52:No)、統合制御ECU80は、ダイオード50が短絡していないと判定する。これにより、ダイオード50の短絡の有無を判定する方法を増やすことができ、ダイオード50の短絡をより精度よく検知することができる。

0084

C.変形例
なお、この発明は、上記各実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

0085

第1実施形態では、ダイオード50の短絡検知のために、3次電圧V3がOCVより大きいかどうかを判定した(図2のS3)が、これに限られない。例えば、図8のステップS63に示すように、2次電圧V2と3次電圧V3とが等しいかどうかにより判定することもできる。すなわち、ダイオード50が正常に動作しているとき(短絡していないとき)、3次電圧はOCVを超えることはない。このため、ダイオード50が正常に動作しているとき2次電圧V2がOCVよりも高ければ、2次電圧V2と3次電圧V3とが等しくなることはない。それにもかかわらず、2次電圧V2と3次電圧V3とが等しくなった場合には、ダイオード50が短絡したと判断することができる。なお、図8のステップS61、S62、S64〜S70は、図2のS1、S2、S4〜S10と同様である。

0086

或いは、ダイオード50からFC42に向かって電流が流れているときにダイオード50が短絡していると判定するのであれば、電流センサ54の検出値を用いて短絡検知をすることもできる。すなわち、FC42からダイオード50へ向かう電流を正とすれば、負の電流が発生しているとき、又は、電流センサ54が検出した電流が負の所定値よりも小さいとき、ダイオード50が短絡していると判定することもできる。同様に、FC42とダイオード50との間に磁場センサを設け、この磁場センサの検出値が、負の電流を示すときに、ダイオード50が短絡していると判定することもできる。

0087

上記各実施形態では、ダイオード50の短絡検知を、FC車両10の起動時、停止時及びアイドル停止時に行ったが、これに限られず、例えば、FC車両10が走行中の場合にも短絡検知をしてもよい。FC車両10が力行しているとき、統合制御ECU80(又はVCU76)は、短絡検知のためのみではなく、モータ22を駆動するために2次電圧V2をDC/DCコンバータ74により増加させる。そして、2次電圧V2がOCVより大きくなったとき、図2のような短絡検知処理を行うことができる。

0088

図3では、ステップS22でバッテリコンタクタ78a、78bを閉じた後(S22)、ステップS25でFCコンタクタ56a、56bを閉じるまでに短絡検知処理を行うことができたが、バッテリコンタクタ78a、78bを有さない構成であれば、イグニッションスイッチ90がオンにされた時点から短絡検知処理を行うこともできる。

0089

上記各実施形態では、ダイオード50の短絡を確定したとき、表示装置88を用いて運転者等に通報したが(図2のS7、図7のS56)、通報の方法はこれに限られず、例えば、図示しない車載スピーカを用いて音声により通報することもできる。

0090

上記各実施形態では、FCコンタクタ56a、56bをFC42とダイオード50との間に配置したが、これに限られず、FCコンタクタ56a、56bがFC42とモータユニット20との接続状態を切り替えるものであれば(FCコンタクタ56a、56bの動作が、モータユニット20とバッテリユニット60との接続状態に影響しなければ)、FCコンタクタ56a、56bを、ダイオード50よりもモータユニット20側に配置することもできる。

図面の簡単な説明

0091

この発明の第1実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。
第1実施形態における逆流防止用ダイオードの短絡検知処理のフローチャートである。
燃料電池車両の起動時に前記短絡検知処理を行うフローチャートである。
燃料電池車両の停止時に前記短絡検知処理を行うフローチャートである。
燃料電池車両のアイドル停止時に前記短絡検知処理を行うフローチャートである。
この発明の第2実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。
第2実施形態における逆流防止用ダイオードの短絡検知処理のフローチャートである。
図2のフローチャートの変形例である。

符号の説明

0092

10、10A…燃料電池車両22…モータ
42…燃料電池50…ダイオード
56a、56b…FCコンタクタ62…バッテリ(蓄電装置)
64、66…電圧センサ74…DC/DCコンバータ
80…統合制御ECU(短絡検知部) 88…表示装置(短絡通報装置)
100…補機
If…FC発電電流OCV…燃料電池の開放電圧

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