CN104471769A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料电池系统具备：作为电力供给源的燃料电池及二次电池；第一转换器及第二转换器，分别设置在燃料电池及二次电池与第一负载及第二负载之间；第一逆变器及第二逆变器，分别设置在第一及第二转换器与第一及第二负载之间；第一控制器，对燃料电池的输出进行控制；及第二控制器，在第一控制器之外另行构成，包括来自二次电池的输出在内对向第一及第二逆变器供给的输出进行控制。第一及第二控制器以各自的控制对象的故障信息能够相互通信的方式连接。第一及第二控制器在接收到从它们中的一方发送的故障信息的情况下，使由接收到该故障信息的一侧的第一或第二控制器控制的控制对象的运转停止。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及具备多个对转换器或逆变器进行控制的控制器的燃料电池系统。
背景技术
一直以来，已知有以燃料电池(以下，称为FC)和二次电池这2个为电力供给源的FC系统和搭载有这样的FC系统的FC车辆。在其中还以电力再生为目的而搭载二次电池的情况下，能够通过容量相对于FC较小的二次电池来充分实现该目的。
然而，在这样的具备2个电力供给源的FC系统中，例如FC、二次电池、从FC或/及二次电池接受电力供给的驱动马达、对驱动马达进行控制的逆变器等中的任一个系统构成要素发生故障而从任一个系统构成要素无法输出时，会产生输出的不平衡。
例如，在FC向100kW的驱动马达供给100kW的输出时，在因某种理由而驱动马达发生了故障的情况下，来自FC的100kW的输出向再生用的二次电池流入。
在采用相对于这样的驱动马达的故障引起的FC的全部输出向二次电池的流入而熔丝发生切断的那种结构的情况下，即，在采用构成FC系统的各个系统构成要素自行进行故障检测和自我保护目的的停止的那种结构的情况下，可能会引起伴随于某一系统构成要素的故障而其他的系统构成要素也发生故障这样的所谓共联故障。
作为这样的共联故障的对策，例如在专利文献1中公开了如下的技术：在设于FC与负载之间的FC用的升压转换器发生了过电流的情况下，将设于该升压转换器与负载之间的驱动逆变器的输入侧电压限制为规定的过电压阈值以下，由此，即使在升压转换器的开关元件发生了打开故障的情况下，也能够抑制驱动逆变器等的共联故障。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-283172号公报
发明内容
发明要解决的课题
存在如下结构：在具备FC及二次电池、分别设置在上述FC及二次电池与第一负载及第二负载之间的FC用的转换器及二次电池用的转换器、分别设置在上述FC用的转换器及二次电池用的转换器与第一负载及第二负载之间的第一逆变器及第二逆变器的FC系统中，分开构成对FC的输出进行控制的控制器、包括来自二次电池的输出在内对向第一逆变器及第二逆变器供给的输出进行控制的控制器，并对这些控制器分别进行控制。
在这样的FC系统中，在由一方的控制器控制的系统构成要素发生了故障的情况下，若该故障的信息向另一方的控制器的传递发生延迟，则可能会引起由另一方的控制器控制的系统构成要素的共联故障。
尤其是在故障检测和自我保护的功能由各控制器分别独立控制的情况下，若故障检测的信息在各个控制器间无法共有，则无法避免引起共联故障的情况。
本发明鉴于上述情况而作出，目的在于提供一种对共联故障的抑制有效的FC系统。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的FC系统具备：
作为电力供给源的FC及二次电池；
第一转换器及第二转换器，分别设置在上述FC及二次电池与第一负载及第二负载之间；
第一逆变器及第二逆变器，分别设置在上述第一转换器及第二转换器与所述第一负载及第二负载之间；
第一控制器，通过控制所述第一转换器来对所述FC的输出进行控制；及
第二控制器，在所述第一控制器之外另行构成，通过控制所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器，包括来自所述二次电池的输出在内对向所述第一逆变器及所述第二逆变器供给的输出进行控制，
所述第一控制器与所述第二控制器以各自的控制对象的故障信息能够相互通信的方式连接，
所述第一控制器及所述第二控制器在接收到从它们中的一方发送的所述故障信息的情况下，使由接收到该故障信息的一侧的所述第一控制器或所述第二控制器控制的所述控制对象的运转停止。
在这样的结构的FC系统中，例如在检测到由第一控制器控制的系统构成要素的故障的情况下，能够使由第二控制器控制的系统构成要素的运转同时停止。与之相反，在检测到由第二控制器控制的系统构成要素的故障的情况下，能够使由第一控制器控制的系统构成要素的运转同时停止。
由此，即使在特定的系统构成要素发生故障的情况下，也能抑制与该故障没有直接关系的系统构成要素的共联故障。
需要说明的是，第二控制器可以物理性地通过1个控制器来控制第一逆变器、第二逆变器及第二转换器，也可以相对于第一逆变器、第二逆变器及第二转换器分别设置各1个控制器，并将这3个控制器连接而构成第二控制器。
另外，也可以将对第一逆变器、第二逆变器及第二转换器中的1个进行控制的控制器与对剩余的2个进行控制的控制器连接而构成第二控制器。
在上述的结构中，可以的是，所述第一控制器及所述第二控制器在检测到所述第一转换器、所述第二转换器、所述第一逆变器或所述第二逆变器中的任意一个的故障的情况下，
在检测到所述第二转换器的故障时，使所述第一转换器、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器的运转停止，
在检测到所述第二转换器以外的故障时，使所述第一转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器的运转停止，在自该运转停止经过了规定时间之后使所述第二转换器的运转停止。
在该FC系统中，除了第二转换器发生故障的情况外，将第二转换器从同时停止的对象中排除。即，只有第二转换器在从其他的控制对象的同时停止的时机起经过了规定时间之后停止。
由此，能够通过第二转换器控制在第一逆变器、第二逆变器同时停止之后会发生的反电动势，从而能够抑制反电动势引起的半导体元件的故障。
在上述的结构中，可以的是，
所述燃料电池系统具备判定所述故障的原因的判定部，
所述第一控制器及所述第二控制器基于所述判定部的判定结果，使所述第一转换器、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器中的至少一个再起动。
根据该结构，从避免了共联故障之后的系统停止状态起，能够进行仅适合于再起动的系统构成要素的安全的再起动。
例如，在上述的结构中，可以的是，
所述第一转换器是具备两相以上的升压电路部而构成的多相转换器，
在所述第一转换器的故障原因是特定相的过电流异常且该过电流异常是第一次的过电流异常的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器使所述第一转换器、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
另外，可以的是，所述第一转换器是具备两相以上的升压电路部而构成的多相转换器，
在所述第一转换器的故障原因是特定相的过电流异常且该过电流异常是第二次以后的过电流异常的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器使所述第一转换器的除了所述特定相之外的全部的相、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
另外，可以的是，所述第一转换器是具备两相以上的升压电路部而构成的多相转换器，
在所述第一转换器的故障原因是特定相的过热异常或电路异常的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器使所述第一转换器的除了所述特定相之外的剩余的相、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
另外，可以的是，在所述第一转换器的故障原因是该第一转换器的出口侧电路的电路异常的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器使所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
另外，可以的是，在所述第一转换器的故障原因是该第一转换器的出口侧的过电压异常、该第一转换器的入口侧的低电压异常、该第一转换器的入口侧电路的电路异常中的任意一种的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器在将从所述FC向所述第一负载及所述第二负载的输出切断之后，使所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
在上述的结构中，可以的是，在所述第一控制器实施用于确定所述故障的有无的故障诊断的情况下，
所述第一控制器及所述第二控制器在所述故障诊断完成之前，禁止所述再起动。
例如，在第一转换器的故障原因为特定相的过电流异常的情况下，有时在第一转换器的运转停止之后不久故障原因消除而恢复正常。此时，虽然从硬件方面来看，能够进行第一转换器等的再起动，但是根据上述结构，通过在故障诊断完成之前禁止(保留)再起动，FC系统的可靠性提高。
在上述的结构中，可以的是，在所述第一控制器实施用于确定所述故障的有无的故障诊断的情况下，
所述第一控制器及所述第二控制器在所述故障诊断完成之后，允许所述再起动。
例如，在第一转换器的故障原因为特定相的过热异常或电路异常、第一转换器的出口侧电路的电路异常、第一转换器的出口侧的过电压异常、第一转换器的入口侧的低电压异常、或第一转换器的入口侧电路的电路异常中的任一个的情况下，在第一转换器的运转停止之后不久，不会有故障原因消除而恢复正常的情况，在恢复正常之前会花费很多的时间。
因此，根据上述结构，在故障诊断完成之后，允许第一转换器等的再起动，由此能够实现更迅速且可靠的再起动。
发明效果
根据本发明，能够提供一种对共联故障的抑制有效的FC系统。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的FC系统的结构图。
图2是说明如何通过FC升压转换器控制器与逆变器类控制器之间的故障信息的相互通信来实现FC升压转换器、驱动逆变器、辅机逆变器及蓄电池升压转换器的同时运转停止的图。
图3是说明图2中的故障信号或关闭信号的内容的图。
图4是说明用于输出FLVL的下限电压切断电路的图。
标号说明
11FC系统(燃料电池系统)
12FC(燃料电池)
13驱动马达(第一负载)
14驱动马达(第二负载)
15FC-CVT(FC升压转换器、第一转换器)
16驱动IVT(驱动逆变器、第一逆变器)
17辅机IVT(辅机逆变器、第二逆变器)
20BAT(二次电池)
22BAT-CVT(蓄电池升压转换器、第二转换器)
30CTRL(控制器)
31C-CTRL(FC升压转换器控制器、第一控制器、判定部)
32I-CTRL(逆变器类控制器、第二控制器、判定部)
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的FC系统的一实施方式。在本实施方式中，说明将本发明的FC系统作为FC车辆(FCHV；Fuel Cell HybridVehicle)的车载发电系统使用的情况。
如图1所示，本实施方式的FC系统11具备例如高分子电解质型的FC12及BAT20作为向负载的电力供给源。
FC12与用于使车辆行驶的驱动马达(第一负载)13经由电力供给路径A而连接。在该电力供给路径A上，从FC12侧依次设有FC继电器50、FC-CVT(第一转换器)15及驱动IVT16。需要说明的是，FC继电器50也可以设置在FC-CVT15与后述的连接点X之间。
FC-CVT15是直流的电压转换器，对从FC12输入的直流电压进行调整而向驱动IVT16侧输出。驱动马达13例如是三相交流马达，驱动IVT16将直流电流转换成三相交流并向驱动马达13供给。
在电力供给路径A上连接有电力供给路径B。电力供给路径A与电力供给路径B的连接点X位于FC-CVT15与驱动IVT16之间。在电力供给路径B的一端连接有BAT20，在BAT20与连接点X之间，从BAT20侧依次设有继电器(图示略)及BAT-CVT(第二转换器)22。
BAT20能够基于来自CTRL30的控制信号，将FC12的输出电力的剩余部分或驱动马达13的再生电力进行充电，或者在相对于驱动马达13、14的驱动所需的电力而FC12的输出电力不足的情况下补给该不足部分的电力。
BAT-CVT22是直流的电压转换器，具有调整从BAT20输入的直流电压而向驱动马达13、14侧输出的功能、调整从FC12或驱动马达13输入的直流电压而向BAT20输出的功能。通过这样的BAT-CVT22的功能，能实现BAT20的充放电。
在电力供给路径B的高电压侧连接有电力供给路径C。电力供给路径B与电力供给路径C的连接点Y位于连接点X与BAT-CVT22之间。在电力供给路径C的一端连接有驱动马达(第一负载)14。驱动马达14例如是三相交流马达，是向FC12压力输送空气(氧化气体)的空气压缩机的驱动马达。在驱动马达14与连接点Y之间设有辅机IVT17。辅机IVT17将直流电流转换成三相交流而向驱动马达14供给。
需要说明的是，在本实施方式中，虽然省略图示，但是在电力供给路径B的低电压侧(BAT20侧)设有对用于使从FC12的氢气流路排出的氢废气向FC12回流的氢泵进行驱动的辅机马达、对用于使FC12的调温所使用的冷却水循环的冷却水泵进行驱动的辅机马达、及在将直流电流转换成三相交流之后向这些辅机马达供给的辅机逆变器。
CTRL30是用于对FC系统11进行统一控制的计算机系统，具有例如CPU、RAM、ROM等。CTRL30接受从各种传感器供给的信号(例如，表示油门开度的信号、表示车速的信号、表示FC12的输出电流或输出电压的信号等，在图1中仅图示出一部分)的输入，算出包含驱动马达13、14及辅机马达在内的负载整体的要求电力。
本实施方式的CTRL30具备对FC12的输出电压(换言之，FC-CVT15的输入电压)进行控制的C-CTRL31、对来自BAT20的输出电压(换言之，BAT-CVT22的输入电压)和向驱动IVT16及辅机IVT17供给的输出电压进行控制的I-CTRL32。
如图1中的虚线框所示，FC-CVT15属于由C-CTRL31控制的系统构成要素组(以下，称为控制对象组41)，BAT-CVT22、驱动IVT16及辅机IVT17属于由I-CTRL32控制的系统构成要素组(以下，称为控制对象组42)。
上述C-CTRL31与I-CTRL32以相互能够通信的方式连接，例如在属于一方的控制对象组41/42的系统构成要素发生了故障的情况下，其故障信息从一方的C-CTRL31/I-CTRL32向另一方的控制器I-CTRL32/C-CTRL31发送。
作为驱动马达13、14及辅机马达以外的负载，有车辆行驶所需的未图示的装置(变速器、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等)消耗的电力、配置在乘坐人员空间内的未图示的装置(空调装置、照明器具、音频设备等)消耗的电力等。
CTRL30决定FC12与BAT20的各输出电力的分配，并算出发电指令值。更具体而言，CTRL30当算出对FC12及BAT20要求的要求电力时，以得到上述的要求电力的方式控制FC-CVT15及BAT-CVT22的动作。
并且，在通常运转时，CTRL30的C-CTRL31使FC-CVT15控制FC12的输出电压，并且I-CTRL32使BAT-CVT22控制向驱动马达13、14侧的输出电压、换言之向驱动IVT16及辅机IVT17的输入电压，但是在一方的C-CTRL31/I-CTRL32检测到属于一方的控制对象组41/42的系统构成要素的故障的情况下，将其故障信息向另一方的控制器I-CTRL32/C-CTRL31发送。
接收到从一方的C-CTRL31/I-CTRL32发送的故障信息的另一方的I-CTRL32/C-CTRL31根据发生了故障的系统构成要素为哪个，而实施各种的同时关闭(同时运转停止)处理。以下，对该关闭处理进行详细叙述。
图2是表示本实施方式的FC系统11的关闭体系的一例的图。标号100是通过I-CTRL32来控制驱动IVT16、辅机IVT17及BAT-CVT22的关闭及关闭的解除等的第一关闭体系。而且，标号200是通过C-CTRL31来控制FC-CVT15的关闭及关闭的解除等的第二关闭体系。
然而，在转换器或逆变器中装入有被称为IPM(Intelligent PowerModule)的功能部件。这是由于转换器或逆变器内的半导体元件(例如，IGBT)是对于过热、过电流、过电压等的异常非常弱而容易发生故障的部件，因此在预先设计IGBT模块时，将检测所述异常的异常检测电路向该IGBT模块装入，在检测到异常的情况下迅速地切断向电路的通电，由此来抑制IGBT的故障。
在本实施方式中，如图2所示，对于具备驱动IVT16、辅机IVT17及BAT-CVT22的控制对象组41装入PCU-IPM110，对于具备FC-CVT15的控制对象组42装入FDC-IPM210。需要说明的是，在图2中例示FC-CVT15具备U相、V相、W相及X相这4相的升压电路部而成的多相转换器的情况。
以下，参照图2及将图2中的记号的说明列表表示的图3，具体说明通过C-CTRL31及I-CTRL32控制的关闭动作的代表例。
需要说明的是，在图3中，MFINV、GFINV、FCV等那样利用大文字的字母来标记且在信号名中不具有“-rg”的信号是具有表示关闭指令(停止信号)的信号值(以下，有时称为“关闭侧的信号值”，而且，有时将“具有关闭侧的信号值”简称为“关闭侧的”的情况)、或者表示关闭解除指令(停止解除信号)的信号值(以下，有时称为“关闭解除侧的信号值”，而且，有时将“具有关闭解除侧的信号值”简称为“关闭解除侧的”)中的任一方的信号。
另外，如mfinv-rg、gfinv-rg、fcv-rg等那样由小文字的字母来标记且在信号名中具有“-rg”的信号是即使在输出表示上述关闭指令的信号值的情况下也将其隐藏而使关闭指令无效化的信号。
<MFINV>
在第一关闭体系100中，例如在驱动IVT16发生了故障的情况下，其故障由PCU-IPM110检测，对应于驱动IVT16的故障检测而输出具有关闭侧的信号值的MFINV。当输出该关闭侧的MFINV时，生成对于驱动马达13、14的具有关闭侧的信号值的MSDN及GSDN，将这些关闭侧的MSDN及GSDN分别向驱动IVT16及辅机IVT17输出，驱动马达13、14的运转停止。
此时，对于BAT-CVT22输出具有关闭解除侧的信号值的CSDN。而且，在第一关闭体系100中输出关闭侧的MFINV，对应于该关闭侧的MFINV的输出而生成对于控制对象组41的具有关闭侧的信号值的FSDN时，该关闭侧的FSDN从第一关闭体系100向第二关闭体系200发送。
于是，在第二关闭体系200中，生成对于FC-CVT15的U相、V相、W相及X相这各相的具有关闭侧的信号值的SDNU、SDNV、SDNW及SDNX，这些关闭侧的SDNU至SDNX分别向U相至X相输出，FC-CVT15的运转停止。
这样，在本实施方式中，在检测到驱动IVT16的故障的情况下，不仅属于同一控制对象组42的系统构成要素中的除了BAT-CVT22之外的其他的驱动IVT16及辅机IVT17的运转同时停止，而且连属于另一方的控制对象组41的FC-CVT15的运转也同时停止。因此，即使在驱动IVT16发生了故障的情况下，也能抑制与之相伴的辅机IVT17或FC-CVT15的共联故障。
在本实施方式中，为了抑制共联故障，使发生了故障的系统构成要素以外的系统构成要素也同时停止，但是只将BAT-CVT22从同时停止的对象中排除。即，仅BAT-CVT22在从上述同时停止的时机起经过了规定时间之后停止。
由此，能够通过BAT-CVT22控制在驱动IVT16或辅机IVT17同时停止之后会产生的反电动势，能够抑制反电动势引起的半导体元件的故障。
<GFINV>
在第一关闭体系100中，在辅机IVT17发生了故障的情况下，该故障由PCU-1PM110检测，对应于上述故障检测而输出具有关闭侧的信号值的GFINV。并且，当输出关闭侧的GFINV时，输出该关闭侧的MSDN及GSDN。这以后的系统构成要素的同时停止动作与上述的驱动IVT16发生了故障的情况(上述<MFINV>)同样，因此省略上述情况的动作及作用效果的说明。
<FCV>
接着，在第一关闭体系100中，说明BAT-CVT22发生了故障的情况。在上述情况下，该故障由PCU-IPM110检测，对应于BAT-CVT22的故障检测而输出具有关闭侧的指令值的FCV。
当输出该关闭侧的FCV时，输出对于驱动马达13、14及BAT-CVT22的具有关闭侧的信号值的MSDN、GSDN及CSDN，这些关闭侧的MSDN、GSDN及CSDN分别向驱动IVT16、辅机IVT17及BAT-CVT22，驱动马达13、14及BAT-CVT22的运转停止。
另外，与上述的驱动IVT16发生了故障的情况同样，在第一关闭体系100中当输出关闭侧的FCV时，对应于该FCV的输出而生成对于FC-CVT15的具有关闭侧的信号值的FSDN并向第二关闭体系200发送，对于FC-CVT15的U相、V相、W相及X相这各相的具有关闭侧的信号值的SDNU至SDNX分别向U相至X相输出，FC-CVT15的运转停止。
这样，在检测到BAT-CVT22的故障的情况下，也是不仅属于控制对象组42的BAT-CVT22、驱动IVT16及辅机IVT17的运转同时停止，连属于另一方的控制对象组41的FC-CVT15的运转也同时停止，因此能抑制共联故障。
<OVH>
在第一关闭体系100中，在检测到驱动IVT16的输入电压成为规定的阈值以上的驱动IVT16的过电压异常的情况下，该异常由PCU-IPM110检测，对应于上述异常检测而输出具有关闭侧的信号值的OVH。
并且，当输出该关闭侧的OVH时，输出关闭侧的MSDN、GSDN及CSDN。这以后的系统构成要素的同时停止动作与上述的检测到BAT-CVT22的故障的情况(上述<FCV>)同样，因此省略上述情况的动作和作用效果的说明。
<OVL>
另外，在第一关闭体系100中，在检测到BAT-CVT22的入口电压成为规定的阈值以上的BAT-CVT22的过电压异常的情况下，其异常由PCU-IPM110检测，对应于上述异常检测而输出具有关闭侧的信号值的OVL。
并且，当输出该关闭侧的OVL时，输出关闭侧的MSDN、GSDN及CSDN。这以后的系统构成要素的同时停止动作与上述的检测到BAT-CVT22的故障的情况(上述<FCV>)同样，因此省略上述情况的动作和作用效果的说明。
<FCVU>
接着，在第二关闭体系200中，说明FC-CVT15内的U相发生了故障的情况。在上述情况下，该故障由FDC-IPM210检测，对应于FC-CVT15的U相的故障检测而输出具有关闭侧的信号值的FCVU。
当输出关闭侧的FCVU时，输出对于FC-CVT15的U相、V相、W相、X相的具有关闭侧的信号值的SDNU、SDNV、SDNW及SDNX，这些关闭侧的SDNU、SDNV、SDNW及SDNX分别向驱动FC-CVT15的U相、V相、W相、X相输出，FC-CVT15的全相的运转停止。
需要说明的是，在图2中省略了软件性的信号线的图示，但是当输出关闭侧的FCVU时，C-CTRL31软件性地也使U相乃至X相关闭。
在第二关闭体系200中，当输出关闭侧的FCVU时，对应于该FCVU的输出而生成对于控制对象组42的具有关闭侧的信号值的ISDN并向第一关闭体系100发送。于是，在第一关闭体系100中，生成对于驱动马达13、14的具有关闭侧的信号值的MSDN及GSDN，这些关闭侧的MSDN及GSDN分别向驱动IVT16及辅机IVT17输出，驱动马达13、14的运转停止。
此时，对于BAT-CVT22，输出具有关闭解除侧的信号值的CSDN。
这样，在检测到FC-CVT15内的U相的故障的情况下，不仅属于控制对象组41的FC-CVT15的全相的运转同时停止，而且连属于另一方的控制对象组42的驱动IVT16及辅机IVT17的运转也同时停止，因此能抑制共联故障。
在该同时停止时，只将BAT-CVT22从同时停止的对象中排除。即，仅BAT-CVT22在从上述同时停止的时机经过了规定时间之后停止。由此，能够通过BAT-CVT22控制在驱动IVT16或辅机IVT17同时停止之后会产生的反电动势，能够抑制反电动势引起的半导体元件的故障。
<FCVV、FCVW、FCVX>
在第二关闭体系200中，在FC-CVT15内的其他的相(V相、W相、X相)中的任一相中检测到故障的情况下，也是该故障由FDC-IPM210检测，作为与发生了故障的相对应的故障检测信号，而分别输出具有关闭侧的信号值的FCVV(V相)、FCVW(W相)或FCVX(X相)。
并且，当输出关闭侧的FCVV至FCVX中的任一个时，输出关闭侧的SDNU、SDNV、SDNW及SDNX。除此以外的系统构成要素的同时停止动作或软件性的关闭动作与上述的检测到U相的故障的情况(上述<FCVU>)同样，因此省略上述情况的动作和作用效果的说明。
<FLVL>
在第二关闭体系200中，在检测到FC-CVT15的入口电压成为规定的阈值以下的低电压异常的情况下，对应于上述异常检测而输出具有关闭侧的信号值的FLVL。
在此，关于用于输出该FLVL的下限电压切断电路及其作用，以下参照图4进行说明。需要说明的是，本实施方式的FC-CVT15如上述那样是所谓多相转换器，但是在图4中，为了便于说明，仅图示了一相(例如，U相)。
U相(其他的相也同样)具有感应器L1、开关元件S1、回流二极管D1。开关元件S1在绝缘栅极双极晶体管(IGBT)、其他的双极晶体管、电场效应晶体管(FET)等的半导体装置151上如图示那样连接有二极管152。
U相的开关元件S1的一端在连接节点P1处连接感应器L1的一端。在感应器L1的另一端，在连接接点P2处与回流二极管D1的一端连接。并且，感应器L1的另一端及回流二极管D1的一端经由继电器50而与FC12的正极连接。
感应器L1的一端及开关元件S1的一端与平滑电容器C1的一端连接。平滑电容器C1的另一端、开关元件S1的另一端、回流二极管D1的另一端经由继电器50而与FC2的负极连接。
在回流二极管D1的一端及另一端分别连接有用于取得FC-CVT15的入口电压的信号线SL1、SL2。
在第一电路251中，算出来自信号线SL1的电位信号与来自信号线SL2か的电位信号之差(电位差)作为FC-CVT15的入口电压。
在第二电路252中，算出FC-CVT15的入口电压与规定的下限电压阈值(电源260的正极侧电位)之差(换言之，比较大小关系)。
并且，在FC-CVT15的入口电压低于所述下限电压阈值的情况下，从第二电路252输出具有关闭侧的信号值的FLVL，在除此以外的情况下，输出具有关闭解除侧的信号值的FLVL。
返回图2，在第二关闭体系200中当输出关闭侧的FLVL时，对应于该FLVL的输出而生成对于控制对象组42的具有关闭侧的信号值的ISDN并向第一关闭体系100发送。于是，在第一关闭体系100中，生成对于驱动马达13、14的具有关闭侧的信号值的MSDN及GSDN，这些MSDN及GSDN分别向驱动IVT16及辅机IVT17输出，驱动马达13、14的运转停止。
此时，对于BAT-CVT22，输出具有关闭解除侧的信号值的CSDN。
并且，当输出关闭侧的FLVL时，输出关闭侧的SDNU、SDNV、SDNW及SDNX。除此以外的系统构成要素的同时停止动作或软件性的关闭动作与上述的检测到FC-CVT15的U相的故障的情况(上述<FCVU>)同样，因此省略上述情况的动作和作用效果的说明。
<FOVH>
在第二关闭体系200中，在检测到FC-CVT15的出口电压成为规定的阈值以上的过电压异常的情况下，对应于上述异常检测而输出具有关闭侧的信号值的FOVH。
并且，当输出该关闭侧的FOVH时，输出关闭侧的SDNU、SDNV、SDNW及SDNX。除此以外的系统构成要素的同时停止动作或软件性的关闭动作与上述的检测到FC-CVT15的U相的故障的情况(上述<FCVU>)同样，因此省略上述情况的动作和作用效果的说明。
如上所述，第一关闭体系100及第二关闭体系200进行了动作之后，FC系统11的运转的主要的系统构成要素全部停止运转，因此放任不管的话，车辆会陷入路上故障的状态。
因此，在通过上述的关闭动作而使系统构成要素安全地停止来避免了共联故障之后，需要在确定了该故障(异常)内容的基础上，以最佳的方法使FC系统11再起动，进行失效保护行驶(退避行驶)。
以下，说明对应于故障(异常)内容而选择失效保护行驶的最佳模式而恢复至车辆能够行驶的状态为止的处理。
<FCVU至FCVX>
在第二关闭体系200中输出的故障信号是关闭侧的FCVU至FCVX中的任一个的情况下，即，在FC-CVT15的U相至X相的任一个中检测到故障的情况下，首先，通过C-CTRL31来判定该故障的原因是过电流异常、过热异常及电路异常(例如，短路)中哪一个所引起的。
作为代表例，说明U相(特定相)发生了故障的情况。
在检测到U相的电流值(U相中的电抗器L1的电流值)成为规定的上限电流阈值以上且该状态持续了规定时间的情况下，判定为该U相存在过电流异常。
在检测到U相的故障原因不是过电流异常、U相的温度(U相的IGBT的温度)成为规定的上限温度阈值以上且该状态持续了规定时间的情况下，判定为该U相存在过热异常。
在U相的故障原因与过电流异常、过热异常的任一者都不对应的情况、故障状态持续第二规定时间以上的情况下，判定为该U相存在电路异常。
关于V相、W相及X相的故障原因的判定，也通过与上述的U相的情况同样的过程进行。
(1)过电流异常
<<再试模式>>
在故障的原因是由第一次的过电流异常引起的情况下，在通过FDC-IPM210检测到该过电流异常被消除时，输出关闭解除侧的FCVU。于是，在第一关闭体系100中，从第二关闭体系200接收具有关闭解除侧的信号值的ISDN，对驱动IVT16及辅机IVT17输出具有关闭解除侧的信号值的MSDN及GSDN。
另一方面，在第二关闭体系200中，对U相至X相，分别输出具有关闭解除侧的信号值的SDNU、SDNV、SDNW及SDNX。而且，在从关闭侧的FCVU被输出起经过了后述的规定的诊断时间之后，C-CTRL31解除U相至X相的软件性的关闭。
这样，在FC-CVT15的故障原因是由过电流异常引起的且该过电流异常是第一次检测到的异常的情况下，即，过电流异常在FC系统11的起动后首次检测到的情况下，处于运转停止状态的驱动IVT16、辅机IVT17及FC-CVT15以与通常运转时相同的条件进行再起动，恢复成能够通常行驶的状态。
这样的恢复动作对于V相、W相、X相存在过电流异常的情况也同样。即，在FC-CVT15的故障原因是由U相以外的相的过电流异常引起的且该相的过电流异常是在FC系统11的起动后首次检测到的异常的情况下，处于运转停止状态的驱动IVT16、辅机IVT17及FC-CVT15以与通常运转时相同的条件进行再起动，恢复成能够通常行驶的状态。
<<规定相升压禁止模式>>
然而，在FC-CVT15的故障原因例如是由U相的过电流异常引起的且该U相的过电流异常是在FC系统11的起动后第二次以后检测到的异常的情况下，如以下叙述那样，进行与上述第一次的情况不同的处理。
即，与第一次的情况同样，对于ISDN、MSDN、GSDN及SDNU至SDNX，即使输出关闭解除侧的信号值，在第二次以后的情况下，将软件性地关闭的U相至X相中的V相至X相的软件性的关闭解除，但是U相的软件性的关闭不解除而维持(U相的升压禁止)。
由此，在维持FC-CVT15的U相的运转停止状态下，其他的全部的相(V相、W相、X相)、驱动IVT16及辅机IVT17进行再起动，恢复成能够行驶的状态。此时，FC-CVT15仅4相中的3相进行驱动，因此相对于通常运转时的最大输出，成为强加了75％(＝3相/4相×100％)的输出限制的状态下的恢复。
这样的恢复动作对于V相、W相、X相存在过电流异常的情况也同样。即，在FC-CVT15的故障原因是由U相以外的相的过电流异常引起的且该相的过电流异常是在FC系统11的起动后第二次以后检测到的异常的情况下，在维持该相的运转停止状态下，其他的全部的相、驱动IVT16及辅机IVT17进行再起动，恢复成能够行驶的状态。
然而，本实施方式的C-CTRL31在作为故障检测信号的关闭侧的FCVU乃至FCVX、FLVL或FOVH被输出时，实施用于确定故障的有无的故障诊断。C-CTRL31在从故障诊断开始起，换言之，从检测到故障检测信号的输出起，在经过了规定的诊断时间(例如，0.2秒)之后仍检测到故障状态继续的情况下，确定为有故障。
如上所述，在第二关闭体系200中，例如当关闭侧的FCVU被输出时，FC-CVT15的全相的运转暂时停止，因此例如在U相的故障原因是上述过电流异常的情况下，虽然是上述规定的诊断时间经过之前，即，虽然是故障诊断完成前，也存在U相硬件性地恢复正常的情况，在上述情况下，FC-CVT15其他运转停止状态的部件成为能够再起动的状态。
然而，从FC系统11甚至FC车辆的可靠性提高的观点出发，优选即使转变成硬件性地能够再起动的状态的情况下，以只要C-CTRL31的故障诊断未完成而FC-CVT15等就无法再起动的方式预先软件性地作某些准备。
例如，在关闭侧的FCVU被输出起经过了上述规定的诊断时间而故障诊断完成之前(诊断结果确定之前)，即使对于U相至X相、驱动IVT16及辅机IVT17分别硬件性地输出具有关闭解除侧的信号值的SDNU至SDNX、MSDN及GSDN，C-CTRL31也软件性地禁止FC-CVT15等的再起动，I-CTRL32软件性地禁止驱动IVT16等的再起动。
并且，在故障诊断完成后，C-CTRL31软件性地允许FC-CVT15的再起动，并且I-CTRL32软件性地允许驱动IVT16、辅机IVT17的再起动。
这样的处于运转停止状态的驱动IVT16、辅机IVT17及FC-CVT15以与通常运转时同样的条件或带输出限制的条件进行再起动而转移成能够行驶的状态时实施的软件性的再起动禁止控制对于V相、W相、X相存在过电流异常的情况也同样实施。
(2)过热异常
<<规定相升压禁止模式>>
在第二关闭体系200中输出的故障信号为关闭侧的FCVU至FCVX中的任一个的情况，即，在FC-CVT15的U相至X相中的任一个中检测到故障的情况且该故障的原因是由过热异常引起的情况下，进行与上述的“(1)过电流异常”中的“<<规定相升压禁止模式>>”同样的处理。
例如列举U相存在过热异常的情况为例，在输出了具有关闭解除侧的信号值的ISDN、MSDN及GSDN之后，软件性地关闭的U相至X相中的仅U相维持软件性的关闭(U相的升压禁止)，解除V相至X相的软件性的关闭。
由此，在维持FC-CVT15的U相的运转停止状态下，其他的全部的相(V相、W相、X相)、驱动IVT16及辅机IVT17进行再起动，更迅速且可靠地恢复成能够行驶的状态。此时，FC-CVT15由于仅4相中的3相进行驱动，因此相对于通常运转时的最大输出，成为强加了75％(＝3相/4相×100％)的输出限制的状态下的恢复。
以上的恢复动作对于V相、W相、X相中的任一个存在过热异常的情况，除了维持运转停止状态的相为过热异常相的点以外，其他同样。
(3)电路异常1
<<规定相升压禁止模式>>
在第二关闭体系200中输出的故障信号为关闭侧的FCVU至FCVX中的任一个的情况，即，在FC-CVT15的U相至X相中的任一个中检测到故障的情况下，即使该故障的原因是由电路异常(例如，短路)引起时，也进行与上述的“(2)过热异常”的情况同样的处理，相对于通常运转时的最大输出，虽然带75％的输出限制，但是恢复成能够行驶的状态。
<FLVL>
在第二关闭体系200中输出的故障信号为关闭侧的FLVL时，首先，通过C-CTRL31来判定该故障的原因是电路异常(例如，短路)、低电压异常中的哪一个引起的。
例如，在检测到FC-CVT15的入口电压成为规定的下限电压阈值以下且其状态持续规定时间的情况下，判定为FC-CVT15存在低电压异常。
另外，在FC-CVT15的异常原因不对应于低电压异常的情况，故障状态持续比所述规定时间长的第二规定时间以上的情况下，判定为在FC-CVT15的入口侧电路存在某些电路异常。
(1)电路异常2
<<EV行驶>>
在故障的原因是由电路异常引起的情况下，在检测到该电路异常起经过了上述规定的诊断时间之后，即，在故障诊断完成后，输出具有关闭解除侧的信号值的ISDN、MSDN、GSDN、CSDN，暂时设定的U相至X相的软件性的关闭未解除而维持(全相的升压禁止)。然后，将配置在FC12与FC-CVT15之间的FC继电器50切断。
这样，在FC-CVT15的入口侧电路中检测到电路异常的情况下，断绝从FC12的电力供给，但是处于运转停止状态的驱动IVT16及辅机IVT17的运转恢复，恢复成能够进行基于仅来自BAT20的供给电力的所谓EV行驶。
(2)低电压异常
<<EV行驶>>
在第二关闭体系200中输出的故障信号为关闭侧的FLVL的情况下，在该故障的原因是由低电压异常引起时，进行与上述“(1)电路异常2”的情况同样的处理，断绝从FC12的电力供给，处于运转停止状态的驱动IVT16及辅机IVT17的运转恢复，恢复成能够进行基于仅来自BAT20的供给电力的所谓EV行驶。
<FOVH>
在第二关闭体系200中输出的故障信号为关闭侧的FOVH的情况下，首先，通过C-CTRL31来判定该故障的原因是由电路异常(例如，短路)、过电压异常中的哪一个引起。
例如，在检测到FC-CVT15的出口电压成为规定的上限电压阈值以上且该状态持续规定时间的情况下，判定为FC-CVT15存在过电压异常。
另外，在FC-CVT15的异常原因不对应于过电压异常的情况，故障状态持续比所述规定时间长的第二规定时间以上的情况下，判定为FC-CVT15的出口侧电路存在某些电路异常。
(1)电路异常3
<<FC-CVT停止行驶>>
在故障的原因是由电路异常引起的情况下，在从检测该电路异常起经过了上述规定的诊断时间之后，即，在故障诊断完成后，输出具有关闭解除侧的信号值的ISDN、MSDN、GSDN，暂时设定的U相至X相的软件性的关闭不解除而维持(全相的升压禁止)。
这样，在FC-CVT15的出口侧电路中检测到电路异常的情况下，虽然维持FC-CVT15的运转停止状态，但是处于运转停止状态的驱动IVT16及辅机IVT17的运转恢复，通过来自FC12或/及BAT20的供给电力而恢复成能够行驶的状态。
(2)过电压异常
<<EV行驶>>
在第二关闭体系200中输出的故障信号是关闭侧的FOVH的情况下，在该故障的原因是由过电压异常引起时，从检测该过电压异常起经过了上述规定的诊断时间之后，即，在故障诊断完成后，输出具有关闭解除侧的信号值的ISDN、MSDN、GSDN、CSDN，另一方面，U相至X相的软件性的关闭不解除而维持(全相的升压禁止)。
然后，将配置在FC12与FC-CVT15之间的FC继电器50切断。
这样，在检测到FC-CVT15的过电压异常的情况下，断绝来自FC12的电力供给，但是处于运转停止状态的驱动IVT16及辅机IVT17的运转恢复，恢复成能够进行仅基于来自BAT20的供给电力的所谓EV行驶的状态。
如以上说明那样，在上述的实施方式中，即使以某系统构成要素的故障为起因而使其他的系统构成要素同时停止(关闭)之后，通过确定发生了故障的系统构成要素及其故障原因，也能够进行不产生故障的系统构成要素的系统再起动。
由此，根据搭载有FC系统11的车辆，能够避免系统构成要素的共联故障，并且在该避免之后也能够进行最低限度的失效保护行驶。
需要说明的是，在上述的实施方式中，说明了I-CTRL32(第二控制器)物理性地由1个控制器构成且通过这1个控制器控制驱动IVT16(第一逆变器)、辅机IVT17(第二逆变器)及BAT-CVT22(第二转换器)的例子，但是本发明没有限定为这样的例子。
例如，也可以对于第一逆变器、第二逆变器及第二转换器分别设置各1个控制器，将这3个控制器连接而构成第二控制器。
另外，也可以将对第一逆变器、第二逆变器及第二转换器中的1个进行控制的控制器与对其他的2个进行控制的控制器连接而构成第二控制器。
另外，在上述的实施方式中，说明了将本发明的FC系统搭载于FC车辆的情况，但是在FC车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、航空机等)中也可以应用本发明的FC系统。而且，还可以将本发明的FC系统应用于作为建筑物(住宅、大楼等)用的发电设备来使用的固定用发电系统。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其具备：
作为电力供给源的燃料电池及二次电池；
第一转换器及第二转换器，分别设置在上述燃料电池及二次电池与第一负载及第二负载之间；
第一逆变器及第二逆变器，分别设置在上述第一转换器及第二转换器与所述第一负载及第二负载之间；
第一控制器，通过控制所述第一转换器来对所述燃料电池的输出进行控制；及
第二控制器，在所述第一控制器之外另行构成，通过控制所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器，包括来自所述二次电池的输出在内对向所述第一逆变器及所述第二逆变器供给的输出进行控制，
所述第一控制器与所述第二控制器以各自的控制对象的故障信息能够相互通信的方式连接，
所述第一控制器及所述第二控制器在接收到从它们中的一方发送的所述故障信息的情况下，使由接收到该故障信息的一侧的所述第一控制器或所述第二控制器控制的所述控制对象的运转停止。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述第一控制器及所述第二控制器在检测到所述第一转换器、所述第二转换器、所述第一逆变器或所述第二逆变器中的任意一个的故障的情况下，
在检测到所述第二转换器的故障时，使所述第一转换器、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器的运转停止，
在检测到所述第二转换器以外的故障时，使所述第一转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器的运转停止，在自该运转停止经过了规定时间之后使所述第二转换器的运转停止。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统具备判定所述故障的原因的判定部，
所述第一控制器及所述第二控制器基于所述判定部的判定结果，使所述第一转换器、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器中的至少一个再起动。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
所述第一转换器是具备两相以上的升压电路部而构成的多相转换器，
在所述第一转换器的故障原因是特定相的过电流异常且该过电流异常是第一次的过电流异常的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器使所述第一转换器、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
所述第一转换器是具备两相以上的升压电路部而构成的多相转换器，
在所述第一转换器的故障原因是特定相的过电流异常且该过电流异常是第二次以后的过电流异常的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器使所述第一转换器的除了所述特定相之外的全部的相、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
6.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
所述第一转换器是具备两相以上的升压电路部而构成的多相转换器，
在所述第一转换器的故障原因是特定相的过热异常或电路异常的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器使所述第一转换器的除了所述特定相之外的剩余的相、所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
7.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
在所述第一转换器的故障原因是该第一转换器的出口侧电路的电路异常的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器使所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
8.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
在所述第一转换器的故障原因是该第一转换器的出口侧的过电压异常、该第一转换器的入口侧的低电压异常、该第一转换器的入口侧电路的电路异常中的任意一种的情况下，所述第一控制器及所述第二控制器在将从所述燃料电池向所述第一负载及所述第二负载的输出切断之后，使所述第二转换器、所述第一逆变器及所述第二逆变器再起动。
9.根据权利要求4或5所述的燃料电池系统，其中，
所述第一控制器实施用于确定所述故障的有无的故障诊断，
所述第一控制器及所述第二控制器在所述故障诊断完成之前，禁止所述再起动。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述第一控制器实施用于确定所述故障的有无的故障诊断，
所述第一控制器及所述第二控制器在所述故障诊断完成之后，允许所述再起动。
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