CN108695525B - 燃料电池系统及其控制方法以及燃料电池系统搭载车辆 - Google Patents

燃料电池系统及其控制方法以及燃料电池系统搭载车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃料电池系统及其控制方法以及燃料电池系统搭载车辆。在燃料电池系统中，在燃料电池系统的外部不形成将冷却回路与高电压电路连接的高电压路径的情况下使燃料电池启动。燃料电池系统(FCS)具备：燃料电池(10)、用于驱动电动机(42)的高电压电路(21)、用于将燃料电池(10)与高电压电路(21)电连接或电切断的继电器(41)。控制装置(50)接收燃料电池的启动要求，取得绝缘下降信息，在确定出的绝缘下降的产生区域不是包括燃料电池及冷却回路的燃料电池区域(SE1)的情况下，在将继电器(41)连接之前利用导电率降低部(113)执行对于冷却液的导电率降低处理，并在导电率降低处理完成后将继电器(41)连接。

Description

燃料电池系统及其控制方法以及燃料电池系统搭载车辆
本申请主张基于2017年3月31日提出申请的日本发明专利申请2017-69608的优先权，并通过参照而将其公开内容全部援引于本申请。
技术领域
本发明涉及燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法及燃料电池搭载车辆。
背景技术
在燃料电池系统中，包括燃料电池及对电动机进行驱动的高电压电路的高压电气系统与和燃料电池系统相接的周围的结构或者对高压电气系统进行支撑的支撑体绝缘。对燃料电池进行冷却的冷却回路不是电流回路，因此通常不考虑相对于支撑体的绝缘。因此，当冷却液的导电性增大时，有可能经由冷却回路而带来燃料电池系统的绝缘下降。例如，已知在燃料电池系统停止时，从构成对燃料电池进行冷却的冷却回路的金属部件向冷却液中熔析出金属离子，从而冷却液的导电率增大。针对该问题，提出了在燃料电池运转时去除冷却液中的金属离子而降低冷却液的导电性的技术。
然而，在现有技术中，未考虑经由冷却回路以外的路径的绝缘下降，例如在燃料电池的启动后执行冷却液的导电性下降处理，而没有考虑经由高电压电路的绝缘下降。在由于冷却回路以外的路径而产生了绝缘下降的情况下，可能会在燃料电池系统的外部形成将冷却回路与高电压电路电连接的电流路径，因此存在由于燃料电池的启动而向外部的电流路径施加高电压的问题。
发明内容
发明要解决的课题
因此，在燃料电池系统中，希望在燃料电池系统的外部不形成将冷却回路与高电压电路连接的高电压路径的情况下使燃料电池启动。
用于解决课题的方案
本发明为了解决上述课题而作出，能够作为以下的形态实现。
第一形态提供一种燃料电池系统。第一形态的燃料电池系统具备：燃料电池；高电压电路，用于驱动电动机；继电器，配置在上述燃料电池与上述高电压电路之间，用于将上述燃料电池与上述高电压电路电连接或电切断；冷却回路，配置于上述燃料电池，包括用于对上述燃料电池进行冷却的冷却液；导电率降低部，配置于上述冷却回路，用于降低上述冷却回路的导电率；存储部，存储对上述燃料电池系统中的绝缘下降的产生区域进行确定的绝缘下降信息；及控制装置，接收上述燃料电池的启动要求，取得上述绝缘下降信息，在确定出的上述绝缘下降的产生区域不是包括上述燃料电池及上述冷却回路的燃料电池区域的情况下，在将上述继电器连接之前利用上述导电率降低部执行对于上述冷却液的导电率降低处理，并在上述导电率降低处理完成后将上述继电器连接。
根据第一形态的燃料电池系统，接收燃料电池的启动要求，在确定出的绝缘下降的产生区域不是包括燃料电池及冷却回路的燃料电池区域的情况下，在将继电器连接之前利用导电率降低部执行对于冷却液的导电率降低处理，在导电率降低处理完成之后将继电器连接，因此能够在燃料电池系统的外部不形成将冷却回路与高电压电路连接的高电压路径的情况下使燃料电池启动。
在第一形态的燃料电池系统的基础上，可以是，在确定出的上述绝缘下降的产生区域不是上述燃料电池区域且上述燃料电池系统的停止期间比预定的期间短的情况下，上述控制装置不执行上述导电率降低处理而将上述继电器连接，在上述燃料电池系统的停止期间为上述预定的期间以上的情况下，上述控制装置执行上述导电率降低处理，并在上述导电率降低处理完成后将上述继电器连接。在该情况下，在确定出的绝缘下降的产生区域不是燃料电池区域的情况下，由于考虑冷却液的导电率来决定是否执行导电率降低处理，因此也能够实现燃料电池的迅速启动和避免在燃料电池系统的外部形成高电压路径这双方。
在第一形态的燃料电池系统的基础上，可以是，在确定出的上述绝缘下降的产生区域是上述燃料电池区域的情况下，上述控制装置不执行上述导电率降低处理而将上述继电器连接。在该情况下，能够在燃料电池系统的外部不形成高电压路径的情况下使燃料电池迅速启动。
第一形态的燃料电池系统可以还具备与上述高电压电路连接的二次电池，上述控制装置在执行上述导电率降低处理的情况下，在上述导电率降低处理完成前，通过上述二次电池驱动上述电动机，在上述导电率降低处理完成后，将上述继电器连接而通过上述燃料电池驱动上述电动机。在该情况下，即使在导电率降低处理的执行中也能够驱动电动机，并且能够防止燃料电池系统的外部的高电压路径的形成。
在第一形态的燃料电池系统的基础上，可以是，上述冷却回路具备使上述冷却液进行循环的冷却液泵，上述控制装置利用上述二次电池的电力驱动上述冷却液泵而使上述冷却液向上述导电率降低部流动，从而执行上述导电率降低处理。在该情况下，能够在不使燃料电池启动的情况下执行冷却液的导电率降低处理。
在第一形态的燃料电池系统的基础上，可以是，上述绝缘下降信息还包括与是否产生绝缘下降相关的信息，在上述绝缘下降信息表示产生了绝缘下降的情况下，上述控制装置执行与上述绝缘下降的产生区域对应的上述导电率降低处理，在上述绝缘下降信息未表示产生绝缘下降的情况下，上述控制装置不执行上述导电率降低处理而将上述继电器连接。在该情况下，能够包括是否产生绝缘下降地执行燃料电池系统的启动处理。
第一形态的燃料电池系统可以还具备用于检测上述燃料电池系统中的绝缘下降的绝缘检测装置，上述控制装置对检测到的绝缘下降的产生区域是上述燃料电池区域还是除上述燃料电池区域以外的其他区域进行确定，生成上述绝缘下降信息，并存储于上述存储部。在该情况下，能够在下次的燃料电池系统的启动时在燃料电池系统的外部不形成高电压路径的情况下生成用于使燃料电池启动的信息。
在第一形态的燃料电池系统的基础上，可以是，由上述控制装置执行的上述绝缘下降的产生区域的确定、上述绝缘下降信息的生成及向上述存储部的存储是在上述燃料电池系统停止时执行的。在该情况下，能够在下次的燃料电池系统的启动时在燃料电池系统的外部不形成高电压路径的情况下生成用于使燃料电池启动的信息。
第二形态提供一种车辆。第二形态的车辆具备第一形态的燃料电池系统，上述高电压电路、上述燃料电池及上述冷却回路由上述车辆支撑，上述绝缘下降是上述车辆的车身与上述燃料电池系统之间的绝缘下降。根据第二形态的车辆，能够在车辆的车身上不形成将冷却回路与高电压电路连接的高电压路径的情况下使燃料电池启动。
第三形态提供一种具有燃料电池的燃料电池系统的控制方法。第三形态的控制方法包括如下步骤：接收上述燃料电池的启动要求；取得对上述燃料电池系统中的绝缘下降的产生区域进行确定的绝缘下降信息；执行启动处理，该启动处理包括：在确定出的上述绝缘下降的产生区域不是包括上述燃料电池及冷却液进行循环的冷却回路的燃料电池区域的情况下，在将配置在用于驱动电动机的高电压电路与上述燃料电池之间的继电器连接之前，执行对于上述冷却液的导电率降低处理，在上述导电率降低处理完成后将上述继电器连接。
根据第三形态的燃料电池系统的控制方法，能够得到与第一形态的燃料电池系统相同的作用效果。另外，第三实施方式的燃料电池系统的控制方法与第一形态的燃料电池系统相同地能够以各种形态实现。此外，第三形态的燃料电池系统的控制方法也可以作为计算机程序、记录有计算机程序的计算机可读取的记录介质实现。
附图说明
图1是表示在各实施方式中能够共通地应用的燃料电池系统的概略结构的说明图。
图2是表示在各实施方式中能够共通地应用的控制装置的框图。
图3是用于说明第一实施方式的燃料电池系统的绝缘下降的产生区域的说明图。
图4是表示在第一实施方式的燃料电池系统中执行的绝缘下降检测处理的处理例程的流程图。
图5是表示在第一实施方式的燃料电池系统启动时执行的系统启动处理的处理例程的流程图。
图6是表示在第二实施方式的燃料电池系统启动时执行的系统启动处理的处理例程的流程图。
图7是表示在第三实施方式的燃料电池系统启动时执行的系统启动处理的处理例程的流程图。
具体实施方式
以下说明本发明的燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法及燃料电池系统搭载车辆。
第一实施方式：
图1是表示在各实施方式中能够共通地应用的燃料电池系统的概略结构的说明图。图2是表示在各实施方式中能够共通地应用的控制装置的框图。
第一实施方式的燃料电池系统FCS具备：燃料电池10、燃料电池用高电压装置12、二次电池20、动力控制装置21、辅机控制装置22、系统开关30、行驶用电动机42、高压辅机43及控制装置50。燃料电池系统FCS包括燃料电池区域SE1和燃料电池外区域SE2，上述燃料电池区域SE1包括燃料电池10及燃料电池用高电压装置12，上述燃料电池外区域SE2包括二次电池20、动力控制装置21、辅机控制装置22、行驶用电动机42及高压辅机43。燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2经由继电器41而被电连接。动力控制装置21及辅机控制装置22是高电压电路，只要至少具备动力控制装置21即可。另外，以下取燃料电池系统FCS搭载于车辆的例子进行说明。
燃料电池系统FCS在车辆搭载时与车身BD绝缘。因此，能够看作在燃料电池系统FCS与车身BD之间假想性地配置有绝缘电阻IR1。另外，构成燃料电池系统FCS的高电压电路，例如动力控制装置21、辅机控制装置22也与车身BD绝缘，或者与以往的构成电路的低电压电路之间绝缘。因此，能够看作在高电压电路与车身BD及以往的构成电路的低电压电路之间假想性地配置有绝缘电阻IR2。另外，也可以说是燃料电池系统FCS接地于车身BD。另外，以下，包括应与高电压电路绝缘的区域在内地记载为车身BD。
燃料电池10是例如通过作为氧化气体的空气与作为燃料气体的氢之间的电化学反应而能够进行发电的固体高分子型的燃料电池。在本说明书中，将氧化气体及燃料气体都总称为反应气体。燃料电池10中具备用于对燃料电池10进行冷却的冷却回路11。
冷却回路11具备：冷却管111、换热器112、离子交换器113、切换阀114及冷却液泵40。离子交换器113是在内部具有作为离子去除过滤器发挥作用的离子交换树脂的导电率降低部，将通过的冷却液中的导电性离子去除，而使冷却液的导电率降低。
冷却液泵40是由控制装置50控制而使冷却管111内的冷却液进行循环的泵，包括在高压辅机中。冷却液泵40将在燃料电池10中夺走热量的冷却液向换热器112即散热器或离子交换器113送出，将在换热器112中冷却后的冷却液或者在离子交换器113中进行了导电性离子去除处理后的冷却液再次向燃料电池10导入。切换阀114是由控制装置50控制而用于将冷却液的送出目的地切换为换热器112及离子交换器113中的任一个的三通阀。切换阀114在执行冷却液的导电率降低处理时，将冷却液的送出目的地切换为离子交换器113，在不执行导电率降低处理时，即在通常运转时，将冷却液的送出目的地切换为换热器112。
冷却回路11例如经由搭载框架而通过导电性的紧固件例如金属制的螺栓、螺母来固定于车身BD。作为冷却液，通常使用纯水或低导电率的冷却液，冷却回路11实质上与车身BD电绝缘。即，在冷却回路11与车身BD之间存在绝缘电阻IR1。然而，已知当由于车辆的驻车而燃料电池系统FCS系统停止时，从通常由金属制材料形成的冷却管111、换热器112向冷却液中熔析出金属离子，而冷却液的导电率上升。冷却液的导电率的上升会使冷却回路11与车身BD之间的绝缘性下降，即，使绝缘电阻IR1下降。因此，根据需要而执行利用了离子交换器113的冷却液的导电率降低处理。
燃料电池用高电压装置12是用于将燃料电池10的输出电压升压至行驶用电动机42的驱动所需的预定电压的高电压电路，在内部具备升压转换器。在燃料电池用高电压装置12中升压后的直流电力被供给至动力控制装置21，被转换成交流电力而向行驶用电动机42供给。
继电器41是由控制装置50控制且用于将燃料电池10从燃料电池系统FCS的其他电路以机械的方式切断的继电器，在内部具有第一继电器41a及第二继电器41b。通过继电器41连接而行驶用电动机42能够由燃料电池10发电的电力来驱动。具体而言，第一继电器41a及第二继电器41b根据来自控制装置50的控制信号而切换为执行电切断的断开位置、执行电连通的接通位置。在继电器41接通的情况下，第一继电器41a先接通，接下来，第二继电器41b接通。在第二继电器41b设有用于防止、降低继电器接通时的冲击电流的预充电电阻。
二次电池20经由辅机控制装置22而与动力控制装置21连接。二次电池20与绝缘检测装置45连接。二次电池20可使用例如锂离子电池、镍氢电池、电容器。
动力控制装置21是主要用于对作为三相交流电动机的行驶用电动机42的动作进行控制的控制装置，使行驶用电动机42进行动力运行动作或再生动作。动力控制装置21例如具备：控制单元、由控制单元控制的电动机用的逆变器及二次电池用的升压、降压转换器、用于以机械的方式切断与行驶用电动机42的电连接的切断闸。动力控制装置21将二次电池20的输出电压升压至行驶用电动机42的驱动电压。动力控制装置21在动力运行时将通过燃料电池用高电压装置12升压后的来自燃料电池10的直流电力或者由升压、降压转换器升压后的来自二次电池20的直流电力转换成交流电力并向行驶用电动机42供给。动力控制装置21在再生时通过升压、降压转换器将从行驶用电动机42输出的交流电力转换成直流电力并降压而向二次电池20供给。再生时的交流电力也可以用于作为燃料电池10的辅机的高压辅机43的驱动。
辅机控制装置22经由燃料电池用高电压装置12而接收来自燃料电池10的电力的供给或来自二次电池20的电力的供给。辅机控制装置22具备逆变器，从燃料电池10或二次电池20供给的直流电力由逆变器转换成交流电力，来控制对高压辅机43进行驱动的交流电动机。辅机控制装置22还具备用于以机械的方式切断与高压辅机43的电连接的切断闸。另外，在图1中，为了图示及说明的简化，对于一个辅机控制装置22连接有冷却液泵40及高压辅机43，但是辅机控制装置22配置于各高压辅机43。
行驶用电动机42是用于对车辆进行驱动的三相交流电动机，通过动力控制装置21来控制其输出，上述动力控制装置21从控制装置50接收从加速踏板等输入部输入的与驾驶者的要求对应的控制信号。行驶用电动机42也可以使用其他交流电动机或直流电动机。
高压辅机43是由以大致100V以上的高电压运转的电动机驱动的辅机，例如，包括向燃料电池10送出空气的空气压缩机、在阳极气体供给系统中用于使氢气进行循环的氢泵。另外，在冷却回路11中使冷却液进行循环的冷却液泵40也包括于高压辅机。另一方面，低压辅机通常是指以12～48V的低电压驱动的辅机。
绝缘检测装置45是用于检测燃料电池系统FCS中的绝缘电阻的装置，具体而言，检测已述的绝缘电阻IR1、IR2的下降。绝缘检测装置45例如向燃料电池系统FCS的高电压电气系统施加预定的频率的交流电压，生成对应于高压电气系统的绝缘下降而下降的电压值并作为检测信号向控制装置50输出。另外，高压电气系统是指由燃料电池区域SE1及燃料电池外区域SE2规定的、在燃料电池系统FCS中被供给高电压的电力的电气系统。
系统开关30是用于使燃料电池系统FCS启动或停止的开关，相当于内燃机车辆的点火开关。另外，基于系统开关30的输入可以包括：容许空调、导航装置、音频装置这样的电气安装件的工作的附件位置、容许基于行驶用电动机42的车辆的行驶的接通位置。关于上述位置的切换，例如在伴随制动踏板的踏入的系统开关30的操作时切换为接通位置，或者在系统开关30的长按时切换为接通位置。
对控制装置50进行说明。控制装置50具备：中央处理装置(CPU)500、存储器501、输入输出接口502、计数器503及内部总线504。控制装置50从未图示的低电压二次电池接收电力供给而工作。CPU500、存储器501、输入输出接口502及计数器503经由内部总线504以能够进行双向通信的方式连接。存储器501包括将用于检测燃料电池系统FCS的绝缘下降的绝缘下降检测程序P1及在燃料电池系统FCS启动时执行的系统启动程序P2、P2a、P2b以非易失且只读的方式存储的作为存储部的存储器例如ROM和能够进行基于CPU500的读写的存储器例如RAM。在存储器501还存储有通过执行绝缘下降检测程序P1而检测到燃料电池系统FCS的绝缘下降时存储的确定绝缘下降的产生区域的绝缘下降信息。另外，绝缘下降信息不仅包括绝缘下降的产生区域，还可以包括与是否检测出绝缘下降相关的信息。
CPU500通过将存储于存储器501的绝缘下降检测程序P1在可读写的存储器中展开并执行而作为绝缘下降检测部发挥作用，通过执行系统启动程序P2而作为系统启动部发挥作用。另外，在第一实施方式中，只要在存储器501中至少存储有系统启动程序P2即可，其他程序的存储是任意的。而且，CPU500可以是能够单一地处理多个执行命令的多线程类型的CPU，或者也可以是为了执行各程序P1及P2而专门准备的多个CPU。在通过多个CPU实现的情况下，由各CPU和存储各程序的存储器构成单独的控制装置，在各控制装置间通过相互通信来执行协调处理。
在输入输出接口502经由检测信号线而与系统开关30及绝缘检测装置45连接。在输入输出接口502经由控制信号线而与包括切断闸的动力控制装置21及辅机控制装置22、冷却液泵40、切换阀114连接。
计数器503可以是以预定时间间隔发送时钟信号的振荡电路，或者可以是当计数到预定数的时钟信号时输出检测信号的电路。在前者的情况下，通过CPU500对时钟信号数进行计数，在后者的情况下，CPU500通过来自计数器503的检测信号的输入来取得表示经过了预定期间的信息。
说明在第一实施方式的燃料电池系统FCS中执行的绝缘下降检测处理。图3是用于说明第一实施方式的燃料电池系统的绝缘下降的产生区域的说明图。图4是表示在第一实施方式的燃料电池系统中执行的绝缘下降检测处理的处理例程的流程图。
在搭载有燃料电池系统FCS的燃料电池车辆FCV中，燃料电池系统FCS通常与车身BD及低电压电路VA1绝缘。具体而言，燃料电池10的冷却回路11具有金属制的换热器112及配管，换热器112经由金属制的框架而固定于车身BD。冷却管111内流动有低导电率的冷却液，只要冷却液的导电率维持得较低，在冷却回路11与车身BD之间就存在绝缘电阻IR1。另一方面，当金属离子熔析到冷却液中时，冷却液的导电率上升，车身BD与冷却回路11即燃料电池10之间的绝缘电阻IR1下降。另外，冷却回路11电气性地接地于车身BD。
高电压电路例如动力控制装置21与车身BD之间绝缘，在高电压电路与车身BD之间存在绝缘电阻IR2。高电压电路也存在经由低电压电路VA1而与车身BD连接的情况，在该情况下，高电压电路与低电压电路VA1之间绝缘，在动力控制装置21与低电压电路VA1之间存在绝缘电阻IR2。即，高电压电路被接地于车身BD。例如，有时由于高电压电路与低电压电路VA1之间的绝缘部件变差，由于与高电压电路连接的线束包覆的损伤，而绝缘电阻IR2下降。
绝缘下降检测处理通过在燃料电池系统FCS的运转中CPU500以预定时间间隔执行绝缘下降检测程序P1来实现。CPU500判定是否由绝缘检测装置45检测到燃料电池系统FCS产生了绝缘下降(步骤S100)。如上述那样，在燃料电池系统FCS未产生绝缘下降的情况下，绝缘检测装置45将高电压值作为检测信号向CPU500输出，在燃料电池系统FCS产生绝缘下降时，绝缘检测装置45将低于未产生绝缘下降时的电压值作为检测信号向CPU500输出。CPU500在被输入了较高的电压值作为检测信号时，判定为燃料电池系统FCS未产生绝缘下降(步骤S100：否)，并结束本处理例程。
CPU500在被输入了较低的电压值作为检测信号时，判定为燃料电池系统FCS产生了绝缘下降(步骤S100：是)，对绝缘下降产生的区域进行确定(步骤S102)，并结束本处理例程。绝缘下降产生的区域的确定在系统开关30被断开时，在燃料电池系统FCS运转停止之前由CPU500执行。
CPU500将动力控制装置21及辅机控制装置22的切断闸、继电器41依次切断。在切断了辅机控制装置22的切断闸之后，在由绝缘检测装置45输出的检测信号表示较低的电压值的情况下，CPU500确定为在辅机控制装置22或高压辅机43与车身BD之间产生了绝缘下降。在切断了辅机控制装置22的切断闸之后，在由绝缘检测装置45输出的检测信号依然表示较低的电压值的情况下，CPU500将动力控制装置21的切断闸切断。在由绝缘检测装置45输出的检测信号表示较低的电压值的情况下，CPU500确定为在动力控制装置21或行驶用电动机42与车身BD之间产生了绝缘下降。在切断了动力控制装置21的切断闸之后，在由绝缘检测装置45输出的检测信号依然表示较低的电压值的情况下，CPU500将继电器41切断。在由绝缘检测装置45输出的检测信号表示低电压值时，CPU500确定为在燃料电池10、冷却回路11或燃料电池用高电压装置12与车身BD之间产生了绝缘下降。
CPU500将绝缘下降的信息和绝缘下降区域的信息作为绝缘下降信息存储于存储器501，并结束燃料电池系统FCS。在本实施方式中，绝缘下降区域的信息只要是至少对燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2中的任一个进行确定的信息即可，上述燃料电池区域SE1包括燃料电池10及燃料电池用高电压装置12，上述燃料电池外区域SE2包括二次电池20、动力控制装置21、辅机控制装置22、行驶用电动机42及高压辅机43。
存储于存储器501的绝缘下降信息在下次的燃料电池系统FCS启动时使用。图5是表示在第一实施方式的燃料电池系统启动时执行的系统启动处理的处理例程的流程图。在表示在上次的燃料电池系统FCS的运转中检测到绝缘下降的情况下，接收系统开关30的接通输入即启动要求而CPU500执行系统启动程序P2，由此实现第一实施方式的系统启动处理。另外，继电器41在燃料电池系统FCS的系统结束时为切断状态，即非连接状态。
CPU500取得存储于存储器501中的绝缘下降信息，而取得确定出的绝缘下降区域(步骤S200)。在第一实施方式中，确定出的绝缘下降区域是燃料电池区域SE1或燃料电池外区域SE2。
CPU500对确定出的绝缘下降区域是否为燃料电池区域SE1进行判定(步骤S202)，在确定出的绝缘下降区域为燃料电池区域SE1的情况下(步骤S202：是)，移向步骤S212而将继电器41连接，并结束本处理例程。因此，CPU500向动力控制装置21发送与来自驾驶者的要求输出对应的控制信号，能够以燃料电池10为电源对行驶用电动机42进行驱动而使车辆FCV行驶。在确定出的绝缘下降区域为燃料电池区域SE1的情况下，燃料电池系统FCS中的绝缘下降部位为一处，在燃料电池系统FCS的外部，不会经由车身BD将燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2电连接，即使将继电器41连接也不会形成燃料电池系统FCS的外部的电流路径，即，将燃料电池区域SE1及燃料电池外区域SE2电连接的外部电流路径。另外，燃料电池系统FCS的外部是指与燃料电池系统FCS的高压电气系统之间绝缘的外部结构，例如车身BD、低电压电路，外部电流路径是在燃料电池系统FCS的外部结构形成的将燃料电池区域SE1及燃料电池外区域SE2电连接的路径。因此，即使燃料电池10启动，容许以燃料电池10为电源的行驶用电动机42的驱动，也不会产生从燃料电池10向高压电气系统外例如车身BD的电流泄漏。另外，燃料电池10的启动是指通过将燃料电池10连接于负载而能够进行发电的状态，至少包括反应气体对于燃料电池10的供给开始。此外，为了消除以冷却液的导电率的增大为起因的绝缘下降，通过在燃料电池10的工作中执行导电率降低处理而能够使绝缘下降恢复。因此，在绝缘下降区域为燃料电池区域SE1的情况下，不谋求继电器41的连接定时和其他处理的调整，在要求行驶用电动机42的驱动的定时，为了连接燃料电池10与动力控制装置21而将继电器41连接。
在确定出的绝缘下降区域不是燃料电池区域SE1的情况下(步骤S202：否)，CPU500在将继电器41连接之前执行导电率降低处理(步骤S208)。
在导电率降低处理中，CPU500向驱动冷却液泵40的辅机控制装置22发送控制信号，向切换阀114发送将冷却液的送出目的地切换为离子交换器113的控制信号。冷却液泵40利用二次电池20的电力来驱动。其结果是，熔析到冷却液中的金属离子被离子交换器113去除。CPU500保持经由离子交换器113的冷却液流路直至导电率降低处理完成为止(步骤S210：否)，当导电率降低处理完成时(步骤S210：是)，向切换阀114发送将冷却液的送出目的地切换为换热器112的控制信号。导电率降低处理的完成可以通过等待预先以实验的方式决定的导电率降低处理时间的经过例如几分钟的经过来判断，或者通过对于冷却回路11，例如，对于离子交换器113配置导电率检测传感器，在检测的导电率下降至导电率基准值时来判断。冷却液泵40利用二次电池20的电力来驱动，因此能够在不使燃料电池10启动的情况下执行冷却液的导电率降低处理。另外，由于继电器41处于切断状态，因此燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2未被电连通，二次电池20的电力不会向外部电流路径施加。
CPU500当导电率降低处理完成时，将继电器41连接(步骤212)，使燃料电池10启动，容许利用了燃料电池10的行驶用电动机42的驱动，并结束本处理例程。以后，CPU500将与来自驾驶者的要求输出对应的控制信号向动力控制装置21发送，驱动行驶用电动机42，而能够使车辆FCV行驶。
根据以上说明的第一实施方式的燃料电池系统FCS，具备在燃料电池外区域SE2产生了燃料电池系统FCS的绝缘下降的情况下，在完成了冷却液的导电率降低处理之后将继电器41连接的结构。因此，即使由于冷却液的导电率的增大而车身BD与燃料电池区域SE1之间的绝缘下降，经由车身BD而燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2电连接的情况下，在燃料电池系统FCS内，燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2也不电连接，不会形成将车身BD、燃料电池区域SE1及燃料电池外区域SE2电连接的外部电流路径。由此，不会产生从燃料电池区域SE1及燃料电池外区域SE2这样的高电压电路向车身BD的电流泄漏。
根据第一实施方式的燃料电池系统FCS，在上次的燃料电池系统FCS运转结束时检测出了绝缘下降的情况下，能够在绝缘下降区域为燃料电池区域SE1的情况下不执行导电率降低处理，而也按照启动要求来使燃料电池10快速地启动。在绝缘下降区域为燃料电池区域SE1的情况下，不会经由车身BD而将燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2电连接。因此，根据第一实施方式的燃料电池系统FCS，根据确定出的绝缘下降区域来变更燃料电池10的启动定时，由此能够使燃料电池10的启动迅速、防止从燃料电池系统FCS的高电压电路向燃料电池系统FCS外部的外部电流路径的电流泄漏。
第二实施方式：
说明第二实施方式的燃料电池系统。图6是表示在第二实施方式的燃料电池系统的启动时执行的系统启动处理的处理例程的流程图。第二实施方式的燃料电池系统的硬件结构与第一实施方式的燃料电池系统FCS相同，因此通过标注与在第一实施方式中使用的各附图标记相同的附图标记而省略说明。另外，第二实施方式的系统启动程序P2a在如下的方面与第一实施方式的系统启动程序P2a不同，即在绝缘下降区域为燃料电池外区域SE2的情况下，考虑车辆放置时间地判断是否执行导电率降低处理。因此，关于与第一实施方式的启动处理相同的处理步骤，标注同一附图标记而省略说明，对于不同的处理步骤进行详细说明。
在表示上次的燃料电池系统FCS的运转中检测出了绝缘下降的情况下，接受系统开关30的接通输入，CPU500执行系统启动程序P2a，由此实现第二实施方式的系统启动处理。
CPU500执行步骤S200及S202，在确定出的绝缘下降区域为燃料电池区域SE1的情况下(步骤S202：是)，移向步骤S212而将继电器41连接，并结束本处理例程。因此，CPU500向动力控制装置21发送与来自驾驶者的要求输出对应的控制信号，能够以燃料电池10为电源驱动行驶用电动机42而使车辆FCV行驶。
在确定出的绝缘下降区域不是燃料电池区域SE1的情况下(步骤S202：否)，即，是燃料电池外区域SE2的情况下，CPU500从计数器503或存储器501取得车辆放置时间ts(s)(步骤S204)。车辆放置时间ts是从燃料电池系统FCS停止时到系统开关30接通为止的经过时间，也可以称为燃料电池系统FCS的停止期间。在计数器503对于从燃料电池系统FCS的停止时起的经过时间进行计数并保持时，从计数器503取得车辆放置时间ts，在CPU500对于从计数器503输出的时钟信号进行计数而存储于存储器501时，从存储器501取得车辆放置时间ts。
CPU500判定所取得的车辆放置时间ts是否小于预定的基准时间t1(s)(步骤S206)，在车辆放置时间ts比基准时间t1短，而ts<t1的关系成立的情况下(步骤S206：是)，移向步骤S212而将继电器41连接，使燃料电池10启动，容许用于向行驶用电动机42供给电力的发电。CPU500向动力控制装置21发送与来自驾驶者的要求输出对应的控制信号，能够以燃料电池10为电源驱动行驶用电动机42而使车辆FCV行驶。基准时间t1是有可能金属离子熔析到冷却液中，冷却液的导电率增大而引起绝缘下降的时间。基准时间t1根据环境条件不同而进行变动，但例如是周单位的时间。在ts<t1的情况下，可认为不需要冷却液的导电率降低处理，而且，不会产生经由冷却回路11的燃料电池10与车身BD之间的绝缘下降。因此，在燃料电池系统FCS的外部，不会经由车身BD而将燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2电连接，即使将继电器41连接也不会形成将车身BD、燃料电池区域SE1及燃料电池外区域SE2电连接的外部电流路径。其结果是，不谋求继电器41的连接定时和其他处理的调整，在要求行驶用电动机42的驱动的定时，为了连接燃料电池10与动力控制装置21而将继电器41连接。
在不是ts<t1的情况下(步骤S206：否)，CPU500在将继电器41连接之前执行导电率降低处理(步骤S208)。在不是ts<t1的情况下，冷却液的导电率上升，能够经由冷却回路11而在燃料电池10与车身BD之间产生绝缘下降。此外，也检测、确定出燃料电池外区域SE2的绝缘下降。因此，在燃料电池系统FCS的外部，有可能经由车身BD而将燃料电池区域SE1与燃料电池外区域SE2电连接，当将继电器41连接时，形成将车身BD、燃料电池区域SE1及燃料电池外区域SE2电连接的外部电流路径。当在该状态下容许燃料电池10的启动时，在燃料电池10中生成的电流可能会在外部电流路径中流动。此外，在导电率降低处理时，以二次电池20为电源来驱动冷却液泵40，因此当将继电器41连接时，来自二次电池20的电流可能会在外部电流路径中流动。因此，在第一实施方式中，在不连接继电器41的状态下执行冷却液的导电率降低处理，防止二次电池20的高压电力及伴随着燃料电池10的发电的高压电力施加于外部电流路径的情况。
CPU500保持经由离子交换器113的冷却液流路直至导电率降低处理完成为止(步骤S210：否)，当导电率降低处理完成时(步骤S210：是)，向切换阀114发送将冷却液的送出目的地切换为换热器112的控制信号。导电率降低处理的完成可以通过等待根据车辆放置时间ts而预先以实验的方式决定的导电率降低处理时间的经过例如几分钟的经过来判断，或者在通过导电率检测传感器检测的导电率下降至导电率基准值时来判断。
当导电率降低处理完成时，CPU500将继电器41连接(步骤212)，并结束本处理例程。CPU500向动力控制装置21发送与来自驾驶者的要求输出对应的控制信号，利用由燃料电池10发电产生的电力，驱动行驶用电动机42而使车辆FCV行驶。
根据第二实施方式的燃料电池系统FCS，考虑与上次的燃料电池系统FCS运转结束时起的经过时间对应的冷却液的导电率的增加来决定是否执行导电率降低处理。因此，能够在不需要导电率降低处理的情况下，立即容许燃料电池系统FCS的启动，能够在需要导电率降低处理时，防止从燃料电池系统FCS的高电压电路向燃料电池系统FCS外部的漏电。由此，与一律执行导电性下降处理的情况相比，能够实现驾驶者的便利性的提高、从燃料电池系统FCS的高电压电路向燃料电池系统FCS外部的漏电防止。而且，根据第二实施方式的燃料电池系统FCS，也能够得到通过第一实施方式的燃料电池系统FCS得到的优点。
第三实施方式：
说明第三实施方式的燃料电池系统。图7是表示在第三实施方式的燃料电池系统启动时执行的系统启动处理的处理例程的流程图。另外，第三实施方式的燃料电池系统的硬件结构与第一实施方式的燃料电池系统FCS相同，因此通过标注与第一实施方式中使用的各附图标记相同的附图标记而省略说明。另外，第三实施方式的系统启动程序P2b在不以绝缘下降为前提的综合性的系统启动程序这一点、能够利用二次电池20的电力在系统启动后立即使车辆FCV行驶这一点上与第一及第二实施方式的系统启动程序P2、P2a不同。因此，关于与第一及第二实施方式中的启动处理相同的处理步骤，标注同一符号而省略说明，对于不同的处理步骤进行详细说明。
接受系统开关30的接通输入，CPU500执行系统启动程序P2b，由此实现第三实施方式的系统启动处理。CPU500取得存储于存储器501中的绝缘下降信息，判定在上次的燃料电池系统FCS运转时是否检测出了绝缘下降(步骤S200a)。在取得的绝缘下降信息未表示绝缘下降的记录时(步骤S200a：否)，CPU500移向步骤S212，将继电器41连接。这是因为，在燃料电池系统FCS未产生绝缘下降时，未形成外部电流路径，不需要调整继电器41的连接定时。
在取得的绝缘下降信息表示绝缘下降的记录的情况下(步骤S200a：是)，CPU500取得确定出的绝缘下降区域(步骤S200)。以下，CPU500执行步骤S202～S208。
在导电率降低处理的执行中，当接收到来自驾驶者的车辆FCV的行驶要求时，CPU500以使车辆FCV按照从驾驶者输入的要求输出来行驶的方式向动力控制装置21发送控制信号。具体而言，在导电率降低处理的完成前，动力控制装置21以二次电池20为电源，按照来自驾驶者的要求输出来驱动行驶用电动机42而使车辆FCV行驶(步骤S209)。
CPU500执行步骤S210及S212而结束本处理例程。
根据以上说明的第三实施方式的燃料电池系统FCS，除了通过第一及第二实施方式的燃料电池系统FCS得到的优点之外，能够在不等待导电率降低处理的完成的情况下按照驾驶者的要求使车辆FCV行驶。即，在燃料电池外区域SE2产生了燃料电池系统FCS的绝缘下降的情况下，在冷却液的导电率降低处理的完成后将继电器41连接的结构中，能够在导电率降低处理中通过二次电池20的电力来驱动行驶用电动机42而使车辆FCV行驶。而且，在上次的燃料电池系统FCS运转结束时进行是否检测到绝缘下降的判断，因此能够通过通用的启动处理来执行绝缘下降产生时的启动处理和绝缘下降未产生时的启动处理。
变形例：
(1)第一变形例：在第一～第三实施方式中，在执行导电率降低处理时，仅冷却液泵40工作，在将继电器41连接之后，开始对燃料电池10供给反应气体，但是也可以在执行导电率降低处理时且将继电器41连接之前开始对燃料电池10供给反应气体。在该情况下，能够使燃料电池10的启动迅速。另外，只要继电器41被切断，燃料电池10就不开始发电，不会形成将车身BD、燃料电池区域SE1及燃料电池外区域SE2连接的外部电流路径。
(2)第二变形例：在第一～第三实施方式中，在执行导电率降低处理时通过二次电池20使冷却液泵40工作，但是在继电器41与燃料电池10之间具备冷却液泵40用的辅机控制装置的情况下，可以利用由燃料电池10发电产生的电力来使冷却液泵40工作。在该情况下，在导电率降低处理后，能够迅速地利用来自燃料电池10的电力使车辆FCV行驶。
(3)第三变形例：在第一～第三实施方式中，以搭载于车身BD的燃料电池系统FCS为例进行了说明，但是燃料电池系统FCS也可以搭载于船舶、列车这样的移动体，或者，可以是固定式的燃料电池系统FCS。在上述情况下，也能解决与本发明同样的与绝缘下降相伴的课题。
以上，基于实施例、变形例而说明了本发明，但是上述发明的实施方式是用于使本发明的理解容易的方式，对本发明没有限定作用。本发明能够不脱离其主旨以及权利要求书而进行变更、改良，并且本发明包括其等同物。例如，与发明内容部分记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、变形例中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换或组合。而且，该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。
附图标记说明
10…燃料电池，11…冷却回路，12…燃料电池用高电压装置，20…二次电池，21…动力控制装置，22…辅机控制装置，30…系统开关，40…冷却液泵，41…继电器，41a…第一继电器，41b…第二继电器，42…行驶用电动机，43…高压辅机，45…绝缘检测装置，50…控制装置，111…冷却管，112…换热器，113…离子交换器，114…切换阀，50…控制装置，500…CPU，501…存储器，502…输入输出接口，503…计数器，504…内部总线，BD…车身，FCS…燃料电池系统，FCV…燃料电池车辆，IR1…绝缘电阻，IR2…绝缘电阻，P1…绝缘下降检测程序，P2、P2a、P2b…系统启动程序，SE1…燃料电池区域，SE2…燃料电池外区域，VA1…低电压电路，t1…基准时间，ts…车辆放置时间。

Claims (28)

1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池；
高电压电路，用于驱动电动机；
继电器，配置在所述燃料电池与所述高电压电路之间，用于将所述燃料电池与所述高电压电路电连接或电切断；
冷却回路，配置于所述燃料电池，包括用于对所述燃料电池进行冷却的冷却液；
导电率降低部，配置于所述冷却回路，用于降低所述冷却回路的导电率；
存储部，存储对所述燃料电池系统中的绝缘下降的产生区域进行确定的绝缘下降信息；及
控制装置，接收所述燃料电池的启动要求，取得所述绝缘下降信息，在确定出的所述绝缘下降的产生区域不是包括所述燃料电池及所述冷却回路的燃料电池区域的情况下，在将所述继电器连接之前利用所述导电率降低部执行对于所述冷却液的导电率降低处理，并在所述导电率降低处理完成后将所述继电器连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在确定出的所述绝缘下降的产生区域不是所述燃料电池区域且所述燃料电池系统的停止期间比预定的期间短的情况下，所述控制装置不执行所述导电率降低处理而将所述继电器连接，在所述燃料电池系统的停止期间为所述预定的期间以上的情况下，所述控制装置执行所述导电率降低处理，并在所述导电率降低处理完成后将所述继电器连接。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
在确定出的所述绝缘下降的产生区域是所述燃料电池区域的情况下，所述控制装置不执行所述导电率降低处理而将所述继电器连接。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备与所述高电压电路连接的二次电池，
所述控制装置在执行所述导电率降低处理的情况下，在所述导电率降低处理完成前，通过所述二次电池驱动所述电动机，在所述导电率降低处理完成后，将所述继电器连接而通过所述燃料电池驱动所述电动机。
5.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备与所述高电压电路连接的二次电池，
所述控制装置在执行所述导电率降低处理的情况下，在所述导电率降低处理完成前，通过所述二次电池驱动所述电动机，在所述导电率降低处理完成后，将所述继电器连接而通过所述燃料电池驱动所述电动机。
6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，
所述冷却回路具备使所述冷却液进行循环的冷却液泵，
所述控制装置利用所述二次电池的电力驱动所述冷却液泵而使所述冷却液向所述导电率降低部流动，从而执行所述导电率降低处理。
7.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，
所述冷却回路具备使所述冷却液进行循环的冷却液泵，
所述控制装置利用所述二次电池的电力驱动所述冷却液泵而使所述冷却液向所述导电率降低部流动，从而执行所述导电率降低处理。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述绝缘下降信息还包括与是否产生绝缘下降相关的信息，
在所述绝缘下降信息表示产生了绝缘下降的情况下，所述控制装置执行与所述绝缘下降的产生区域对应的所述导电率降低处理，在所述绝缘下降信息未表示产生绝缘下降的情况下，所述控制装置不执行所述导电率降低处理而将所述继电器连接。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备用于检测所述燃料电池系统中的绝缘下降的绝缘检测装置，
所述控制装置对检测到的绝缘下降的产生区域是所述燃料电池区域还是除所述燃料电池区域以外的其他区域进行确定，生成所述绝缘下降信息，并存储于所述存储部。
10.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备用于检测所述燃料电池系统中的绝缘下降的绝缘检测装置，
所述控制装置对检测到的绝缘下降的产生区域是所述燃料电池区域还是除所述燃料电池区域以外的其他区域进行确定，生成所述绝缘下降信息，并存储于所述存储部。
11.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，
由所述控制装置执行的所述绝缘下降的产生区域的确定、所述绝缘下降信息的生成及向所述存储部的存储是在所述燃料电池系统停止时执行的。
12.根据权利要求10所述的燃料电池系统，其中，
由所述控制装置执行的所述绝缘下降的产生区域的确定、所述绝缘下降信息的生成及向所述存储部的存储是在所述燃料电池系统停止时执行的。
13.一种车辆，其中，
所述车辆具备权利要求1～12中任一项所述的燃料电池系统，
所述高电压电路、所述燃料电池及所述冷却回路由所述车辆支撑，
所述绝缘下降是所述车辆的车身与所述燃料电池系统之间的绝缘下降。
14.一种燃料电池系统的控制方法，是具有燃料电池的燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统的控制方法包括如下的步骤：
接收所述燃料电池的启动要求；
取得对所述燃料电池系统中的绝缘下降的产生区域进行确定的绝缘下降信息；
执行启动处理，该启动处理包括：在确定出的所述绝缘下降的产生区域不是包括所述燃料电池及冷却液进行循环的冷却回路的燃料电池区域的情况下，在将配置在用于驱动电动机的高电压电路与所述燃料电池之间的继电器连接之前，执行对于所述冷却液的导电率降低处理，在所述导电率降低处理完成后将所述继电器连接。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
在所述燃料电池系统的停止期间比预定的期间短的情况下，不执行所述导电率降低处理而将所述继电器连接，在所述燃料电池系统的停止期间为所述预定的期间以上的情况下，执行所述导电率降低处理，并在所述导电率降低处理完成后将所述继电器连接，从而执行所述启动处理。
16.根据权利要求15所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述启动处理包括：在确定出的所述绝缘下降的产生区域是所述燃料电池区域的情况下，不执行所述导电率降低处理而将所述继电器连接。
17.根据权利要求14所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述启动处理还包括：在执行所述导电率降低处理的情况下，在所述导电率降低处理完成前，通过与所述高电压电路连接的二次电池驱动所述电动机，在所述导电率降低处理完成后，将所述继电器连接而通过所述燃料电池驱动所述电动机。
18.根据权利要求15所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述启动处理还包括：在执行所述导电率降低处理的情况下，在所述导电率降低处理完成前，通过与所述高电压电路连接的二次电池驱动所述电动机，在所述导电率降低处理完成后，将所述继电器连接而通过所述燃料电池驱动所述电动机。
19.根据权利要求17所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
利用所述二次电池的电力驱动冷却液泵而使所述冷却液向所述导电率降低部流动，从而执行所述导电率降低处理。
20.根据权利要求18所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
利用所述二次电池的电力驱动冷却液泵而使所述冷却液向所述导电率降低部流动，从而执行所述导电率降低处理。
21.根据权利要求14～20中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述绝缘下降信息还包括与是否产生绝缘下降相关的信息，
所述启动处理包括：在所述绝缘下降信息表示产生了绝缘下降的情况下，执行与所述绝缘下降的产生区域对应的所述导电率降低处理，在所述绝缘下降信息未表示产生绝缘下降的情况下，不执行所述导电率降低处理而将所述继电器连接。
22.根据权利要求14～20中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统的控制方法还包括如下的步骤：对由绝缘检测装置检测到的绝缘下降的产生区域是燃料电池区域还是除燃料电池区域以外的其他区域进行确定，生成所述绝缘下降信息，并存储于存储部。
23.根据权利要求21所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述燃料电池系统的控制方法还包括如下的步骤：对由绝缘检测装置检测到的绝缘下降的产生区域是燃料电池区域还是除燃料电池区域以外的其他区域进行确定，生成所述绝缘下降信息，并存储于存储部。
24.根据权利要求22所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述绝缘下降的产生区域的确定、所述绝缘下降信息的生成及向所述存储部的存储是在所述燃料电池系统停止时执行的。
25.根据权利要求23所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述绝缘下降的产生区域的确定、所述绝缘下降信息的生成及向所述存储部的存储是在所述燃料电池系统停止时执行的。
26.根据权利要求14～20及23～25中任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述绝缘下降是车辆的车身与所述燃料电池系统之间的绝缘下降。
27.根据权利要求21所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述绝缘下降是车辆的车身与所述燃料电池系统之间的绝缘下降。
28.根据权利要求22所述的燃料电池系统的控制方法，其中，
所述绝缘下降是车辆的车身与所述燃料电池系统之间的绝缘下降。
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