CN105473370B - 电动车辆的控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

为了在车辆碰撞时使燃料电池堆叠体切实地放电，电动车辆具备：燃料电池堆叠体，其通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力并且将所产生的电力供给到车辆驱动用电动马达；第1放电用电阻(81)，其经由电控制式的放电开关(82)与燃料电池堆叠体电连接；放电控制电路(90)，其控制放电开关的接通断开；以及碰撞检测器，其检测车辆碰撞而向放电控制电路输出碰撞信号。放电控制电路在碰撞信号输入时使放电开关接通来将燃料电池堆叠体与第1放电用电阻电连接，由此使燃料电池堆叠体放电。放电控制电路的电源由燃料电池堆叠体构成。

Description

电动车辆的控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及电动车辆的控制装置以及控制方法。
背景技术
公知了如下的电动车辆的控制装置：具备通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力并且将所产生的电力供给到车辆驱动用电动马达的燃料电池堆叠体、经由电控制式的放电开关与燃料电池堆叠体电连接的第1放电用电阻、控制放电开关的接通断开的放电控制电路、和检测车辆碰撞而向放电控制电路输出碰撞信号的碰撞检测器，放电控制电路在碰撞信号输入了时使放电开关接通来将燃料电池堆叠体与第1放电用电阻电连接，由此使燃料电池堆叠体放电(参照专利文献1)。若在车辆碰撞时燃料电池堆叠体仍为高电压，则有可能会造成工作人员触电。因此在专利文献1中，在车辆碰撞时使燃料电池堆叠体放电，由此使燃料电池堆叠体的电压降低。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2013-027275号公报
发明内容
发明要解决的问题
虽然在专利文献1中没有具体的记载，但放电控制电路通常从电源接受驱动电压进行工作。换言之，在电源的电压比驱动电压低时，无法使放电开关接通，因此无法使燃料电池堆叠体放电。然而，若使放电开关继续接通，则电源的电压逐渐降低。因此，当在燃料电池堆叠体的放电过程中电源的电压变得低于驱动电压时，已经无法再使燃料电池堆叠体放电。在车辆碰撞一开始电源的电压就比驱动电压低时也同样。另外，例如，在放电控制电路与电源之间的电连接或放电控制电路与放电开关之间的电连接因车辆碰撞而破坏时，也无法使放电开关接通，因此无法使燃料电池堆叠体放电。而且，在碰撞检测器与放电控制电路之间的电连接已破坏时，即使发生了车辆碰撞，碰撞信号也没有被输入到放电控制电路，因此燃料电池堆叠体不被放电。
用于解决问题的技术方案
根据本发明的一个观点，提供一种电动车辆的控制装置，具备：燃料电池堆叠体，其通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力并且将所产生的电力供给到车辆驱动用电动马达；第1放电用电阻，其经由电控制式的放电开关与燃料电池堆叠体电连接；放电控制电路，其控制放电开关的接通断开；以及碰撞检测器，其检测车辆碰撞而向放电控制电路输出碰撞信号，放电控制电路在碰撞信号输入了时使放电开关接通来将燃料电池堆叠体与第1放电用电阻电连接，由此使燃料电池堆叠体放电，在所述控制装置中，还具备与燃料电池堆叠体一直电连接的第2放电用电阻，放电控制电路的电源由燃料电池堆叠体构成。
根据本发明的另一观点，提供一种电动车辆的控制装置，具备：燃料电池堆叠体，其通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力并且将所产生的电力供给到车辆驱动用电动马达；第1放电用电阻，其经由电控制式的放电开关与燃料电池堆叠体电连接；放电控制电路，其控制放电开关的接通断开；以及碰撞检测器，其检测车辆碰撞而向放电控制电路输出碰撞信号，当放电开关被接通时燃料电池堆叠体与第1放电用电阻电连接，由此使燃料电池堆叠体放电，在所述控制装置中，判断放电控制电路与碰撞检测器是否能够通信，在判断为能够通信时，当碰撞信号输入了时使放电开关接通，在判断为不能通信时，即使没有碰撞信号的输入也使放电开关接通。
根据本发明的又一观点，提供一种电动车辆的控制方法，所述电动车辆具备：燃料电池堆叠体，其通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力并且将所产生的电力供给到车辆驱动用电动马达；第1放电用电阻，其经由电控制式的放电开关与燃料电池堆叠体电连接；放电控制电路，其控制放电开关的接通断开；以及碰撞检测器，其检测车辆碰撞而向放电控制电路输出碰撞信号，在所述电动车辆中，当放电开关被接通时燃料电池堆叠体与第1放电用电阻电连接，由此使燃料电池堆叠体放电，所述控制方法包括：判断放电控制电路与另外的控制电路是否能够通信的步骤；和在判断为能够通信时，当碰撞信号输入了时使放电开关接通，在判断为不能通信时，即使没有碰撞信号的输入也使放电开关接通的步骤。
发明的效果
能够在车辆碰撞时切实地使燃料电池堆叠体放电。
附图说明
图1是电动车辆的燃料电池系统的整体图。
图2是执行碰撞检测程序的流程图。
图3是放电装置的整体图。
图4是说明放电作用的时间图。
图5是执行碰撞时控制程序的流程图。
图6是执行放电控制程序的流程图。
图7是执行本发明的另一实施例的放电控制程序的流程图。
具体实施方式
参照图1，搭载于电动车辆的燃料电池系统1具备燃料电池堆叠体10。燃料电池堆叠体10具备在层叠方向上相互层叠的多个燃料电池单元。各燃料电池单元包含膜电极接合体20。膜电极接合体20具备膜状的电解质、在电解质的一侧形成的阳极、和在电解质的另一侧形成的阴极。另外，在各燃料电池单元内分别形成用于向阳极供给燃料气体的燃料气体流路、用于向阴极供给氧化剂气体的氧化剂气体流路、和用于向燃料电池单元供给冷却水的冷却水流路。通过将多个燃料电池单元的燃料气体流路、氧化剂气体流路以及冷却水流路分别串联连接，在燃料电池堆叠体10分别形成燃料气体通路30、氧化剂气体通路40以及冷却水通路50。在图1所示的实施例中，在燃料电池堆叠体10内燃料气体通路30的容积和氧化剂气体通路40的容积彼此大致相等。此外，在电动车辆上形成有乘员室(未图示)和在乘员室的车辆长度方向外部形成的收容室(未图示)，燃料电池系统1的要素的一部分或全部被收容在收容室内。
在燃料气体通路30的入口连结有燃料气体供给路31，燃料气体供给路31连结于燃料气体源32。在本发明的实施例中，燃料气体由氢形成，燃料气体源32由氢罐形成。在燃料气体供给路31内配置用于控制在燃料气体供给路31内流动的燃料气体的量的电磁式燃料气体控制阀33。另一方面，在燃料气体通路30的出口连结有阳极废气通路34。当燃料气体控制阀33开启时，燃料气体源32内的燃料气体经由燃料气体供给路31供给到燃料电池堆叠体10内的燃料气体通路30内。此时从燃料气体通路30流出的气体即阳极废气流入到阳极废气通路34内。另外，在与燃料气体通路30的入口相邻的燃料气体供给路31以及与燃料气体通路30的出口相邻的阳极废气通路34上分别配置电磁式的燃料气体密封阀35a、35b。燃料气体密封阀35a、35b通常是开启的。
另外，在氧化剂气体通路40的入口连结有氧化剂气体供给路41，氧化剂气体供给路41与氧化剂气体源42连结。在本发明的实施例中，氧化剂气体由空气形成，氧化剂气体源42由大气形成。在氧化剂气体供给路41内配置对氧化剂气体进行压送的氧化剂气体供给器乃至压缩机43。另一方面，在氧化剂气体通路40的出口连结有阴极废气通路44。当压缩机43被驱动时，氧化剂气体源42内的氧化剂气体经由氧化剂气体供给路41供给到燃料电池堆叠体10内的氧化剂气体通路40内。此时从氧化剂气体通路40流出的气体即阴极废气流入到阴极废气通路44内。在阴极废气通路44内配置用于控制在阴极废气通路44内流动的阴极废气的量的电磁式的阴极废气控制阀45。而且，压缩机43下游的氧化剂气体通路40与阴极废气控制阀45下游的阴极废气通路44通过堆叠体旁路通路46彼此连结，在堆叠体旁路通路46内配置用于控制在堆叠体旁路通路46内流动的氧化剂气体的量的电磁式的堆叠体旁路控制阀47。当堆叠体旁路控制阀47开启时，从压缩机43排出的氧化剂气体的一部分或全部经由堆叠体旁路通路46即绕过燃料电池堆叠体10流入到阴极废气通路44内。此外，在图1所示的实施例中，即使阴极废气控制阀45的开度为最小开度，也能够有微量的氧化剂气体乃至空气通过阴极废气控制阀45。另外，在压缩机43停止时，微量的氧化剂气体乃至空气能够通过压缩机43。
进而，参照图1，在冷却水通路50的入口连结有冷却水供给路51的一端，在冷却水供给路51的出口连结有冷却水供给路51的另一端。在冷却水供给路51内配置对冷却水进行压送的冷却水泵52和散热器53。当冷却水泵52被驱动时，从冷却水泵52排出的冷却水经由冷却水供给路51流入到燃料电池堆叠体10内的冷却水通路50内，接着经过冷却水通路50流入到冷却水供给路51内，接着返回到冷却水泵52。
另外，燃料电池单元的阳极以及阴极分别串联地电连接而构成燃料电池堆叠体10的电极。燃料电池堆叠体10的两个电极与用于提高来自燃料电池堆叠体10的电压的升压转换器60电连接，升压转换器60与用于将来自升压转换器60的直流电流变换成交流电流的逆变器61电连接，逆变器61与电动发电机62电连接。另外，在燃料电池堆叠体10的两个电极上电连接有电压计63。而且，在燃料电池堆叠体10的两个电极上电连接有放电装置80。
进而，参照图1，燃料电池系统1具备系统控制电路70。系统控制电路70由数字计算机构成，具备通过双向总线71相互连接的ROM(只读存储器)72、RAM(随机读取存储器)73、CPU(微处理器)74、输入端口75以及输出端口76。在电动车辆上安装有检测车辆的加速度的加速度传感器64。上述的电压计63的输出电压以及加速度传感器64的输出电压经由对应的AD转换器77输入到输入端口75。另一方面，输出端口76经由对应的驱动电路78与燃料气体控制阀33、燃料气体密封阀35a、35b、压缩机43、阴极废气控制阀45、堆叠体旁路控制阀47、冷却水泵52、升压转换器60、逆变器61以及电动发电机62电连接。另外，系统控制电路70的电源由与燃料电池堆叠体10不同的另外的电源79构成。
在图1所示的实施例中，如下述这样来检测有无车辆碰撞。即，在由加速度传感器64检测到的车辆的加速度比容许上限大时判断为发生了车辆碰撞，在车辆加速度为容许上限以下时判断为未发生车辆碰撞。在检测到车辆碰撞时向放电装置80输出碰撞信号。一旦输出碰撞信号就继续输出碰撞信号。另一方面，在未检测到车辆碰撞时不输出碰撞信号。如此，加速度传感器64以及系统控制电路70构成检测车辆碰撞而输出碰撞信号的碰撞检测器。
图2示出了执行上述的车辆碰撞检测的程序。该程序在系统控制电路70中通过每预定的设定时间的中断来执行。
参照图2，在步骤100中判别当前是否输出了碰撞信号。在未输出碰撞信号时，接着进入步骤101，判别车辆的加速度ACC是否为容许上限LMT以下。在ACC≦LMT时，接着进入步骤102，继续碰撞信号的输出停止。在ACC>LMT时从步骤101进入步骤103，输出碰撞信号。在输出了碰撞信号时从步骤100进入步骤103，继续碰撞信号的输出。
图3示出了放电装置80的一例。参照图3，放电装置80具备第1放电用电阻81和电控制式的放电开关82。在图3所示的例子中，放电开关82由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成。第1放电用电阻81的一端与燃料电池堆叠体10的例如阳极电连接，第1放电用电阻81的另一端与放电开关82的集电极电连接。另外，放电开关82的发射极与燃料电池堆叠体10的例如阴极电连接。即，第1放电用电阻81经由放电开关82与燃料电池堆叠体10电连接。
另外，放电装置80具备放电控制电路90。放电控制电路90由数字计算机构成，具备通过双向总线91相互连接的ROM(只读存储器)92、RAM(随机读取存储器)93、CPU(微处理器)94、输入端口95以及输出端口96。放电开关82的栅极经由驱动电路98与输出端口96电连接。另外，放电控制电路90的输入端口95与系统控制电路70的输出端口76电连接，放电控制电路90的输出端口96与系统控制电路70的输入端口75电连接。即，系统控制电路70和放电控制电路90能够相互通信。
在图3所示的例子中，放电控制电路90的电源由燃料电池堆叠体10构成。即，放电控制电路90经由电阻99与燃料电池堆叠体10的例如阳极一直电连接。该情况下，燃料电池堆叠体10的输出电压通过电阻99降低到放电控制电路90的驱动电压而送至放电控制电路90。放电控制电路90的驱动电压例如为24伏。
从系统控制电路70输出的上述的碰撞信号被输入到放电装置80的放电控制电路90。放电控制电路90在被输入碰撞信号时，对放电开关82的栅极施加电压来接通放电开关82。另外，放电控制电路90构成为在启动时碰撞信号输入时使放电开关82接通。
在应该由燃料电池堆叠体10发电时使燃料气体控制阀33开启，将燃料气体供给到燃料电池堆叠体10。另外，驱动压缩机43，将氧化剂气体从压缩机43供给到燃料电池堆叠体10。其结果，在燃料电池单元中发生燃料气体与氧化剂气体的电化学反应，产生电力。该产生的电力被发送到电动发电机62。其结果，电动发电机62作为车辆驱动用的电动马达进行工作，驱动车辆。
当检测到车辆碰撞时、即在输出碰撞信号时，系统控制电路70进行燃料电池系统1的碰撞时控制。即，使电动发电机62停止。另外，关闭燃料气体密封阀35a、35b。其结果，停止了向燃料电池堆叠体10供给燃料气体，阻止了从燃料电池堆叠体10流出燃料气体。进而，使压缩机43停止，使阴极废气控制阀45的开度成为最小开度，开启堆叠体旁路控制阀47。其结果，停止了向燃料电池堆叠体10供给氧化剂气体，抑制了从燃料电池堆叠体10流出氧化剂气体。进而，停止冷却水泵52。其结果，停止了向燃料电池堆叠体10供给燃料气体以及氧化剂气体。
即使停止了向燃料电池堆叠体10供给燃料气体以及氧化剂气体，通过残留在燃料电池堆叠体10内的燃料气体以及氧化剂气体也继续进行发电作用。因此，燃料电池堆叠体10维持为高电压。
因此，在本发明的实施例中，在输出了碰撞信号时，通过放电装置80使燃料电池堆叠体10放电，由此使燃料电池堆叠体10的电压降低。
即，当在图4的时间t1输出碰撞信号时，使放电开关82接通。其结果，第1放电用电阻81与燃料电池堆叠体10电连接。因此，由燃料电池堆叠体10产生的电力被第1放电用电阻81消耗，燃料电池堆叠体10被放电。
当燃料电池堆叠体10放电时，残留在燃料电池堆叠体10的燃料气体量以及氧化剂气体量逐渐减少，燃料电池堆叠体10的输出电压VS逐渐降低。接着，在时间t2，燃料电池堆叠体10的输出电压VS低于放电控制电路90的驱动电压VDD。在图3所示的实施例中，因为放电控制电路90的电源由燃料电池堆叠体10构成，所以当燃料电池堆叠体10的输出电压VS比放电控制电路90的驱动电压VDD低时，放电控制电路90已经不再工作。其结果，放电开关82断开，第1放电用电阻81不与燃料电池堆叠体10电连接。因此，燃料电池堆叠体10不再通过第1放电用电阻81放电。
然而，在燃料电池堆叠体10内燃料气体通路30的容积和氧化剂气体通路40的容积彼此大致相等以及氧化剂气体由氧构成的情况下，若考虑到向燃料电池堆叠体10供给的空气中的对上述的电化学反应起作用的氧的比例约为20％，则放电作用时的输出电压的降低是由氧不足而引起的。
当输出碰撞信号时，如上所述停止压缩机43，使阴极废气控制阀45的开度成为最小开度。该情况下，氧化剂气体乃至空气能够通过压缩机43以及阴极废气控制阀45。因此，空气有可能会从氧化剂气体供给路41或阴极废气通路44流入到燃料电池堆叠体10内。当空气流入到燃料电池堆叠体10内时，有可能导致燃料电池堆叠体10的发电量增大而燃料电池堆叠体10的输出电压上升。
在本发明的实施例中，在燃料电池堆叠体10的输出电压VS上升而达到了放电控制电路90的驱动电压VDD的情况下，放电控制电路90被再次启动。如上所述，放电控制电路90构成为在启动时碰撞信号输出时使放电开关82接通。其结果，第1放电用电阻81再次与燃料电池堆叠体10电连接，通过第1放电用电阻81使燃料电池堆叠体10放电。因此，燃料电池堆叠体10的输出电压再次降低。如此，燃料电池堆叠体10的输出电压VS维持为低。接着，当燃料电池堆叠体10的输出电压再次低于放电控制电路90的驱动电压VDD时，放电控制电路90停止工作，放电开关82再次成为断开。
如此，即使在放电作用开始之后空气乃至氧流入到燃料电池堆叠体10也能够将燃料电池堆叠体10的输出电压维持为低。这意味着不需要设置在输出了碰撞信号时将燃料电池堆叠体10的氧化剂气体通路40密封的密封阀。因此，能够简化燃料电池系统1的结构，能够降低成本。
图5示出了执行本发明的实施例的碰撞时控制的程序。该程序在系统控制电路70中通过每预定的设定时间的中断来执行。
参照图5，在步骤200中判别是否输出了碰撞信号。在未输出碰撞信号时结束处理循环。在输出了碰撞信号时进入步骤201，停止电动发电机62。接着在步骤202中，关闭燃料气体密封阀35a、35b。接着在步骤203中停止压缩机43。接着在步骤204中使阴极废气控制阀45的开度成为最小开度。接着在步骤205中开启堆叠体旁路控制阀47。接着在步骤206中停止冷却水泵52。
图6示出了执行本发明的实施例的放电控制的程序。该程序在放电控制电路90启动时在放电控制电路90中执行。
参照图6，在步骤300中判别碰撞信号是否被输入到了放电控制电路90。在未输入碰撞信号时返回到步骤300。在输入了碰撞信号时进入步骤301，使放电开关82接通。
接着，说明本发明的另一实施例。
当发生车辆碰撞时，将系统控制电路70与放电控制电路90电连接的电缆有可能会损坏。即，系统控制电路70与放电控制电路90有可能会无法通信。在系统控制电路70和放电控制电路90无法通信时，即使从系统控制电路70输出了碰撞信号，碰撞信号也没有被输入到放电控制电路90。其结果，燃料电池堆叠体10的放电作用不进行。
因此，在本发明的另一实施例中，通过放电控制电路90判断系统控制电路70和放电控制电路90是否能够通信。在判断为能够通信时，在碰撞信号输入时使放电开关82接通。与此相对，在判断为不能通信时即使没有碰撞信号的输入也使放电开关82接通。其结果，能够切实地进行燃料电池堆叠体10的放电。
图7示出了执行本发明的另一实施例的放电控制的程序。该程序在启动了放电控制电路90时在放电控制电路90中执行。
参照图7，在步骤300a中判别放电控制电路90和系统控制电路70是否能够通信。在能够通信时进入步骤300，判别是否向放电控制电路90输入了碰撞信号。在未输入碰撞信号时返回到步骤300a。在输入了碰撞信号时进入步骤301。另一方面，在不能通信时从步骤300a进入步骤301。在步骤301中使放电开关82接通。
本申请主张日本专利申请第2014-076444号的权益，在此引用该公开全部内容。
符号的说明
1 燃料电池系统
10 燃料电池堆叠体
62 电动发电机
64 加速度传感器
70 系统控制电路
80 放电装置
81 第1放电用电阻
82 放电开关
90 放电控制电路

Claims (5)

1.一种电动车辆的控制装置，具备：
燃料电池堆叠体，其通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力并且将所产生的电力供给到车辆驱动用电动马达；
第1放电用电阻，其经由电控制式的放电开关与燃料电池堆叠体电连接；
放电控制电路，其控制放电开关的接通断开；以及
碰撞检测器，其检测车辆碰撞而向放电控制电路输出碰撞信号，
放电控制电路在碰撞信号输入了时使放电开关接通来将燃料电池堆叠体与第1放电用电阻电连接，由此使燃料电池堆叠体放电，
在所述控制装置中，
放电控制电路的电源由燃料电池堆叠体构成。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的控制装置，其中，
放电控制电路构成为在该放电控制电路启动时碰撞信号输入到该放电控制电路时使放电开关接通。
3.根据权利要求1或2所述的电动车辆的控制装置，其中，
放电控制电路判断放电控制电路与碰撞检测器是否能够通信，在判断为能够通信时，当碰撞信号输入了时使放电开关接通，在判断为不能通信时，即使没有碰撞信号的输入也使放电开关接通。
4.一种电动车辆的控制装置，具备：
燃料电池堆叠体，其通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力并且将所产生的电力供给到车辆驱动用电动马达；
第1放电用电阻，其经由电控制式的放电开关与燃料电池堆叠体电连接；
放电控制电路，其控制放电开关的接通断开；以及
碰撞检测器，其检测车辆碰撞而向放电控制电路输出碰撞信号，
当放电开关被接通时燃料电池堆叠体与第1放电用电阻电连接，由此使燃料电池堆叠体放电，
在所述控制装置中，
判断放电控制电路与碰撞检测器是否能够通信，
在判断为能够通信时，当碰撞信号输入了时使放电开关接通，
在判断为不能通信时，即使没有碰撞信号的输入也使放电开关接通。
5.一种电动车辆的控制方法，所述电动车辆具备：
燃料电池堆叠体，其通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来产生电力并且将所产生的电力供给到车辆驱动用电动马达；
第1放电用电阻，其经由电控制式的放电开关与燃料电池堆叠体电连接；
放电控制电路，其控制放电开关的接通断开；以及
碰撞检测器，其检测车辆碰撞而向放电控制电路输出碰撞信号，
在所述电动车辆中，当放电开关被接通时燃料电池堆叠体与第1放电用电阻电连接，由此使燃料电池堆叠体放电，
所述控制方法包括：
判断放电控制电路与另外的控制电路是否能够通信的步骤；和
在判断为能够通信时，当碰撞信号输入了时使放电开关接通，在判断为不能通信时，即使没有碰撞信号的输入也使放电开关接通的步骤。
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