JP2007236132A - Controller for vehicle - Google Patents

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JP2007236132A JP2006056139A JP2006056139A JP2007236132A JP 2007236132 A JP2007236132 A JP 2007236132A JP 2006056139 A JP2006056139 A JP 2006056139A JP 2006056139 A JP2006056139 A JP 2006056139A JP 2007236132 A JP2007236132 A JP 2007236132A
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Kengo Iketani
謙吾 池谷
Kazuyuki Izawa
和幸 井沢
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Suzuki Motor Co Ltd
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Suzuki Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a controller for vehicle which can start the running of a vehicle at an early stage, without spoiling the reliability of the vehicle system by starting running of the vehicle with the energy of a fuel cell, even if the capacitor voltage is lower than the idling votage of the fuel cell and connection with a motor is possible, only after the precharging the capacitor when the vehicle system is actuated, thereby shortening the time required for running the vehicle after the actuation of the start. <P>SOLUTION: The control means comprises a precharge control section for connecting a fuel cell side connection means after a fuel cell has been actuated, if the difference between the idling voltage of the fuel cell and the capacitor voltage detected by a capacitor voltage detection means is larger than a set voltage, when the vehicle is actuated, and for starting precharge of the capacitor, after the vehicle is brought into drivable state by means of a motor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、車両用制御装置に係り、特に燃料電池(燃料電池スタック)とキャパシタ(電気二重層コンデンサ)とを備えた車両用制御装置に関する。   The present invention relates to a vehicle control device, and more particularly to a vehicle control device including a fuel cell (fuel cell stack) and a capacitor (electric double layer capacitor).

車両には、燃料電池(燃料電池スタック)を搭載した燃料電池自動車がある。この燃料電池自動車においては、車両の総合効率を向上させるために、あるいは、燃料電池の負荷応答特性を補完するために、二次電池やキャパシタ(電気二重層コンデンサ)等の電力貯蔵装置を搭載したハイブリッドシステムを採用しているものがある。中でも、キャパシタは、充放電において二次電池のような化学変化を伴わないため、一般的に、長寿命で出力密度が高く、また、燃料電池の出力電圧にも良く追従し、さらに、燃料電池との間に大型のDC/DCコンバータ等の電圧調整装置を必ずしも必要としない等の利点が多いものである。これにより、ハイブリッドシステムが簡素化されるだけでなく、システム効率の向上にも寄与している。   Vehicles include fuel cell vehicles equipped with fuel cells (fuel cell stacks). This fuel cell vehicle is equipped with a power storage device such as a secondary battery or a capacitor (electric double layer capacitor) in order to improve the overall efficiency of the vehicle or to complement the load response characteristics of the fuel cell. Some have adopted a hybrid system. In particular, capacitors are not accompanied by chemical changes like secondary batteries in charge and discharge, so they generally have a long life and high output density, and follow the output voltage of the fuel cell well. There are many advantages such as not necessarily requiring a voltage regulator such as a large DC / DC converter. This not only simplifies the hybrid system, but also contributes to improving system efficiency.

従来、燃料電池自動車の制御装置には、キャパシタ側の電流検出手段で測定した電流値と燃料電池側の電圧検出手段で測定した電圧値とに基づいて駆動用モータのリレーの接続状態を推定するメイン制御装置を設けたものがある。
また、燃料電池自動車の制御装置には、車両走行開始後の燃料電池電圧を予測し、キャパシタ電圧が予測された燃料電池電圧以上となった時点で、モータヘの電力供給開始を指示するものがある。
特開2003−052103号公報 特開2004−180455号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a control device for a fuel cell vehicle estimates a connection state of a relay of a driving motor based on a current value measured by a current detection unit on a capacitor side and a voltage value measured by a voltage detection unit on a fuel cell side. Some have a main controller.
Some fuel cell vehicle control devices predict the fuel cell voltage after the vehicle starts running, and instruct the start of power supply to the motor when the capacitor voltage becomes equal to or higher than the predicted fuel cell voltage. .
JP 2003-052103 A JP 2004-180455 A

ところで、従来、燃料電池とキャパシタとを搭載した燃料電池自動車の車両用制御装置(燃料電池システム:FCシステム)においては、車両システム停止時に、一般的に、燃料電池及びキャパシタのそれぞれが、リレーにより電力供給回路(メイン高電圧バス)から電気的に切り離されている場合が多い。一般的に、キャパシタは、このように電気的負荷から完全に切り離された状態においても、経時的に蓄積エネルギを損失する自己放電特性を有し、システム停止中においてもその電圧値が徐々に低下する。故に、このようなシステムにおいては、車両システムを起動する際に、キャパシタ電圧が燃料電池電圧よりも著しく低い場合に、リレーを接続した瞬間に燃料電池からキャパシタに向かって過電流が生じ、リレーやキャパシタの故障、あるいは、燃料電池の電圧の急激な低下に伴うシステム停止や燃料電池の劣化につながるというおそれがあった。
このような不具合を避けるために、従来、リレーにより燃料電池とキャパシタとを接続するのに先立ち、燃料電池とキャパシタとの間に介在させた電流制御装置により燃料電池からキャパシタヘの電流値を制限しながらキャパシタを充電していた(例えば、特開2003−197229号公報、特開2001−357865号公報、特開平08−130805号公報等)。
しかしながら、この場合、電流制御装置を介してキャパシタのプリチャージを行っている間は車両を発進させることができず、運転者は、プリチャージが完了し、燃料電池とキャパシタとを接続できる状態になるまで、車両の発進を待機せざるを得なかった。
また、上記の特許文献2のように、車両走行開始後の燃料電池電圧を予測し、キャパシタ電圧が予測された燃料電池電圧以上となった時点で、モータヘの電力供給開始を許可するというものがある。この特許文献2の技術によれば、燃料電池を保護しつつキャパシタのプリチャージに要する時間を短縮することが可能となるが、この場合においても、同様に、運転者は、キャパシタのプリチャージが完了し、車両が走行可能となるまで、車両の発進を待機する必要があった。
By the way, conventionally, in a control device for a fuel cell vehicle (fuel cell system: FC system) equipped with a fuel cell and a capacitor, when the vehicle system is stopped, each of the fuel cell and the capacitor is generally connected by a relay. Often electrically disconnected from the power supply circuit (main high voltage bus). In general, a capacitor has a self-discharge characteristic that loses stored energy over time even when it is completely disconnected from an electrical load, and its voltage value gradually decreases even when the system is stopped. To do. Therefore, in such a system, when starting the vehicle system, when the capacitor voltage is significantly lower than the fuel cell voltage, an overcurrent is generated from the fuel cell to the capacitor at the moment when the relay is connected. There has been a risk of system failure or deterioration of the fuel cell due to a capacitor failure or a rapid drop in the voltage of the fuel cell.
In order to avoid such problems, conventionally, the current value from the fuel cell to the capacitor is limited by a current control device interposed between the fuel cell and the capacitor before connecting the fuel cell and the capacitor with a relay. However, the capacitor was charged (for example, JP 2003-197229 A, JP 2001-357865 A, JP 08-130805 A, etc.).
However, in this case, the vehicle cannot be started while the capacitor is precharged via the current control device, and the driver is ready to connect the fuel cell and the capacitor after the precharge is completed. Until then, I had to wait for the vehicle to start.
In addition, as described in Patent Document 2, the fuel cell voltage after starting the vehicle travel is predicted, and when the capacitor voltage becomes equal to or higher than the predicted fuel cell voltage, the start of power supply to the motor is permitted. is there. According to the technique of Patent Document 2, it is possible to reduce the time required for capacitor precharging while protecting the fuel cell. In this case, too, the driver can precharge the capacitor. It was necessary to wait for the vehicle to start until it was completed and the vehicle was able to run.

そこで、この発明の目的は、車両の起動開始から走行可能になるまでの時間を短縮可能とし、システムの信頼性を損なうことなく早期に車両走行を開始することを可能とする車両用制御装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vehicle control device that can shorten the time from the start of vehicle start-up until it can travel, and can start vehicle travel early without impairing the reliability of the system. It is to provide.

この発明は、車両を駆動するモータと、このモータに対して並列に接続された燃料電池と、キャパシタとを備えた車両用制御装置において、前記燃料電池の端子間電圧としての燃料電池電圧を検出する燃料電池電圧検出手段を設け、前記キャパシタの端子間電圧としてのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段を設け、前記燃料電池に接続された燃料電池出力回路と前記モータに接続された電力供給回路とを接続又は遮断する燃料電池側接続手段を設け、前記電力供給回路と前記キャパシタとを接続するキャパシタ回路を接続又は遮断するキャパシタ側接続手段を設け、前記キャパシタを充電可能なプリチャージ回路を前記キャパシタ回路に設け、少なくとも前記燃料電池電圧検出手段と前記キャパシタ電圧検出手段と前記燃料電池側接続手段と前記キャパシタ側接続手段と前記プリチャージ回路とに連絡した制御手段を設け、この制御手段には、車両起動時に前記燃料電池のアイドリング電圧と前記キャパシタ電圧検出手段により検出されるキャパシタ電圧との電圧差が設定電圧よりも大きい場合に、前記燃料電池の起動後に前記燃料電池側接続手段を接続し、前記モータにより車両を駆動可能状態とした後には前記キャパシタヘのプリチャージを開始するプリチャージ制御部を備えたことを特徴とする。   The present invention detects a fuel cell voltage as a terminal voltage of the fuel cell in a vehicle control device including a motor for driving a vehicle, a fuel cell connected in parallel to the motor, and a capacitor. A fuel cell voltage detecting means, a capacitor voltage detecting means for detecting a capacitor voltage as an inter-terminal voltage of the capacitor, a fuel cell output circuit connected to the fuel cell, and a power supply circuit connected to the motor A fuel cell side connection means for connecting or disconnecting the power supply circuit, a capacitor side connection means for connecting or disconnecting the capacitor circuit for connecting the power supply circuit and the capacitor, and a precharge circuit capable of charging the capacitor. At least the fuel cell voltage detection means, the capacitor voltage detection means, and the fuel cell. Control means connected to the side connection means, the capacitor side connection means and the precharge circuit, and the control means includes an idling voltage of the fuel cell and a capacitor voltage detected by the capacitor voltage detection means when the vehicle is started. When the fuel cell is started, the fuel cell side connecting means is connected after the fuel cell is started, and the precharge to the capacitor is started after the vehicle is driven by the motor. A precharge control unit is provided.

この発明の車両用制御装置は、車両システム起動時において、キャパシタ電圧が燃料電池のアイドリング電圧よりも低く、キャパシタにプリチャージしないとモータと接続できない場合でも、燃料電池分のエネルギにより車両走行を開始し、車両の起動開始から走行可能になるまでの時間を短縮することを可能とし、これにより、システムの信頼性を損なうことなく早期に車両走行を開始することを可能とする。   When the vehicle system is started, the vehicle control device of the present invention starts running the vehicle with the energy of the fuel cell even when the capacitor voltage is lower than the idling voltage of the fuel cell and cannot be connected to the motor without precharging the capacitor. Thus, it is possible to reduce the time from the start of the vehicle to the time when the vehicle can run, thereby enabling the vehicle to start running early without impairing the reliability of the system.

この発明は、車両の起動開始から走行可能になるまでの時間を短縮可能とし、システムの信頼性を損なうことなく早期に車両走行を開始することを可能とする目的を、車両システム起動時に、キャパシタ電圧が燃料電池のアイドリング電圧よりも低く、キャパシタにプリチャージしないとモータと接続できない場合でも、燃料電池分のエネルギにより車両走行を開始して実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。
An object of the present invention is to make it possible to shorten the time from the start of the start of the vehicle until the vehicle can run, and to start the vehicle early without impairing the reliability of the system. Even when the voltage is lower than the idling voltage of the fuel cell and it cannot be connected to the motor without precharging the capacitor, the vehicle travels with the energy of the fuel cell and is realized.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail and specifically with reference to the drawings.

図1〜図4は、この発明の実施例を示すものである。図1において、1は燃料電池自動車(以下「車両」という)の車両用制御装置(燃料電池システム:FCシステム)、2は車両に搭載された燃料電池(燃料電池スタック)、3はインバータ、4は車両駆動用のモータである。
燃料電池2は、モータ4に対して並列に接続され、燃料(ガス)及び酸化剤の供給を受けて発電する。インバータ3は、燃料電池2で発電された直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力をモータ4に供給する。モータ4は、インバータ3から供給された電力によって駆動する。このモータ4で発生した駆動力は、変速機を介して駆動輪に伝達される。なお、インバータ3は、モータ4の駆動制御に加え、車両減速時にはモータ4の負トルクを電力に変換する回生制御を行う。
燃料電池2とインバータ3とは、並列した第1、第2メイン電線5、6により接続している。この第1、第2メイン電線5、6は、燃料電池2に接続された燃料電池出力回路(燃料電池バス)7とモータ4側のインバータ3に接続された電力供給回路(メイン高電圧バス)8とを構成する。
この第1、第2メイン電線5、6には、燃料電池出力回路7側で、該燃料電池出力回路7と電力供給回路8とを接続又は遮断する燃料電池側接続手段である燃料電池用リレー9が設けられている。
また、この燃料電池用リレー9と燃料電池2間の燃料電池出力回路7において、第1、第2メイン電線5、6には、燃料電池2の端子間電圧としての燃料電池電圧を検出する燃料電池電圧検出手段である燃料電池用電圧計10が接続している。この燃料電池用電圧計10は、一端側が第1メイン電線5の一側接続部11に接続するとともに、他端側が第2メイン電線6の他側接続部12に接続している。
更に、燃料電池2と燃料電池用電圧計10の一側接続部11間の燃料電池出力回路7において、燃料電池2の出力段の第1メイン電線5には、逆流防止ダイオード13が設けられる。この逆流防止ダイオード13は、燃料電池2への電流の逆流を防止する。但し、車両減速で、インバータ3による回生時に、燃料電池2の出力端子への外部からの許容印加電圧の上限値よりも電力供給回路8に印加される最大回生電圧が低い場合は、この逆流防止ダイオード13は、必ずしも必要としない。
1 to 4 show an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a vehicle control device (fuel cell system: FC system) of a fuel cell vehicle (hereinafter referred to as “vehicle”), 2 is a fuel cell (fuel cell stack) mounted on the vehicle, 3 is an inverter, 4 Is a motor for driving the vehicle.
The fuel cell 2 is connected in parallel to the motor 4 and receives power (gas) and oxidant to generate power. The inverter 3 converts the DC power generated by the fuel cell 2 into three-phase AC power and supplies the three-phase AC power to the motor 4. The motor 4 is driven by the electric power supplied from the inverter 3. The driving force generated by the motor 4 is transmitted to the drive wheels via the transmission. In addition to the drive control of the motor 4, the inverter 3 performs regenerative control that converts the negative torque of the motor 4 into electric power when the vehicle is decelerated.
The fuel cell 2 and the inverter 3 are connected by first and second main electric wires 5 and 6 arranged in parallel. The first and second main electric wires 5 and 6 are a fuel cell output circuit (fuel cell bus) 7 connected to the fuel cell 2 and a power supply circuit (main high voltage bus) connected to the inverter 3 on the motor 4 side. 8 and.
The first and second main electric wires 5 and 6 are connected to the fuel cell output circuit 7 on the fuel cell output circuit 7 side, and are fuel cell relays that are fuel cell side connection means for connecting or disconnecting the fuel cell output circuit 7 and the power supply circuit 8. 9 is provided.
Further, in the fuel cell output circuit 7 between the fuel cell relay 9 and the fuel cell 2, the first and second main electric wires 5 and 6 are fuels for detecting the fuel cell voltage as the voltage across the terminals of the fuel cell 2. A fuel cell voltmeter 10 as battery voltage detecting means is connected. The fuel cell voltmeter 10 has one end connected to the one-side connecting portion 11 of the first main electric wire 5 and the other end connected to the other-side connecting portion 12 of the second main electric wire 6.
Further, in the fuel cell output circuit 7 between the fuel cell 2 and the one-side connection portion 11 of the fuel cell voltmeter 10, a backflow prevention diode 13 is provided on the first main electric wire 5 at the output stage of the fuel cell 2. The backflow prevention diode 13 prevents backflow of current to the fuel cell 2. However, if the maximum regenerative voltage applied to the power supply circuit 8 is lower than the upper limit of the allowable applied voltage from the outside to the output terminal of the fuel cell 2 during regeneration by the inverter 3 during vehicle deceleration, this backflow prevention is performed. The diode 13 is not always necessary.

また、第1、第2メイン電線5、6には、燃料電池用リレー9よりもインバータ3側において、第1、第2サブ電線14、15によりキャパシタ(電気二重層コンデンサ)16が接続している。この第1、第2サブ電線14、15は、電力供給回路8とキャパシタ16とを接続するキャパシタ回路(キャパシタバス)17を構成する。第1サブ電線14は、第1接続部18で、第1メイン電線5に接続している。第2サブ電線15は、第2接続部19で、第2メイン電線6に接続している。よって、燃料電池2とキャパシタ16とは、モータ4に対して並列に接続している。
キャパシタ16は、インバータ3への電力供給を補助すると共に、燃料電池2の発電した電力や、車両減速時におけるインバータ3からの回生電力を受け入れる。また、このキャパシタ16は、一般的に、燃料電池2に比べて、負荷応答性に優れているため、車両の負荷要求に対して非常に良く応答し、また、その特性上、充放電に電圧変化を伴うため、燃料電池2の出力電圧の変化に良く追従する。キャパシタ16からインバータ3ヘの電力の供給、あるいは、燃料電池2やインバータ3からキャパシタ16ヘの電力の供給は、キャパシタ16と燃料電池2及び電力供給回路8との電圧関係により決まる。なお、この実施例において、キャパシタ16としては、大容量の電気二重層コンデンサの他、金属錯体高分子を電極材に用いたキャパシタ等を使用することが可能である。
第1、第2サブ電線14、15には、第1、第2接続部18、19とキャパシタ16との間に、キャパシタ回路17を接続又は遮断するキャパシタ側接続手段であるキャパシタ用リレー20が設けられる。このキャパシタ用リレー20は、開動作することで、高電圧系統の電力供給回路8からキャパシタ16を切り離す機能(遮断機能)を有している。
また、このキャパシタ回路17において、第1、第2サブ電線14、15には、キャパシタ用リレー20とキャパシタ16との間に、キャパシタ16の端子間電圧としてのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段であるキャパシタ用電圧計21が接続している。このキャパシタ用電圧計21は、一端側が第1サブ電線14の一側接続部22に接続するとともに、他端側が第2サブ電線15の他側接続部23に接続して、キャパシタ16の端子間電圧を検出する。
更に、このキャパシタ回路17において、第1、第2サブ電線14、15には、第3、第4サブ電線24、25によりプリチャージ回路26が接続している。第3サブ電線24は、一端側がキャパシタ用リレー20よりも第1接続部18側の第1サブ電線14の一側接続部27に接続するとともに、他端側がキャパシタ用リレー20よりもキャパシタ16側の第1サブ電線14の他側接続部28に接続している。第4サブ電線25は、一端側がキャパシタ用リレー20よりも第2接続部19側の第2サブ電線15の一側接続部29に接続するとともに、他端側がキャパシタ用リレー20よりもキャパシタ16側の第2サブ電線15の他側接続部30に接続している。プリチャージ回路26は、キャパシタ16を充電可能であり、充電電流を制限しながらキャパシタ16を充電する。このため、プリチャージ回路26は、一般的に、電流制限のための制限抵抗器を備えたり、あるいは、スイッチング制御が可能な半導体素子等から構成される。
Further, a capacitor (electric double layer capacitor) 16 is connected to the first and second main electric wires 5 and 6 on the inverter 3 side of the fuel cell relay 9 by the first and second sub electric wires 14 and 15. Yes. The first and second sub wires 14 and 15 constitute a capacitor circuit (capacitor bus) 17 that connects the power supply circuit 8 and the capacitor 16. The first sub electric wire 14 is connected to the first main electric wire 5 at the first connecting portion 18. The second sub electric wire 15 is connected to the second main electric wire 6 at the second connecting portion 19. Therefore, the fuel cell 2 and the capacitor 16 are connected in parallel to the motor 4.
The capacitor 16 assists the power supply to the inverter 3 and accepts the power generated by the fuel cell 2 and the regenerative power from the inverter 3 during vehicle deceleration. Further, the capacitor 16 is generally superior in load responsiveness as compared with the fuel cell 2 and therefore responds very well to the load demand of the vehicle. Since the change accompanies the change, it follows the change in the output voltage of the fuel cell 2 well. The supply of power from the capacitor 16 to the inverter 3 or the supply of power from the fuel cell 2 or the inverter 3 to the capacitor 16 is determined by the voltage relationship between the capacitor 16, the fuel cell 2, and the power supply circuit 8. In this embodiment, as the capacitor 16, it is possible to use a capacitor using a metal complex polymer as an electrode material in addition to a large-capacity electric double layer capacitor.
The first and second sub wires 14 and 15 have a capacitor relay 20 that is a capacitor side connection means for connecting or disconnecting the capacitor circuit 17 between the first and second connecting portions 18 and 19 and the capacitor 16. Provided. The capacitor relay 20 has a function of disconnecting the capacitor 16 from the power supply circuit 8 of the high voltage system (opening function) by opening.
Further, in the capacitor circuit 17, the first and second sub wires 14 and 15 have capacitor voltage detection means for detecting a capacitor voltage as a voltage between terminals of the capacitor 16 between the capacitor relay 20 and the capacitor 16. The capacitor voltmeter 21 is connected. The capacitor voltmeter 21 has one end connected to the one-side connecting portion 22 of the first sub-wire 14 and the other end connected to the other-side connecting portion 23 of the second sub-wire 15. Detect voltage.
Further, in the capacitor circuit 17, a precharge circuit 26 is connected to the first and second sub wires 14 and 15 through third and fourth sub wires 24 and 25. One end side of the third sub electric wire 24 is connected to the one side connecting portion 27 of the first sub electric wire 14 on the first connecting portion 18 side relative to the capacitor relay 20, and the other end side thereof is closer to the capacitor 16 side than the capacitor relay 20. The first sub electric wire 14 is connected to the other side connection portion 28. One end side of the fourth sub electric wire 25 is connected to the one side connecting portion 29 of the second sub electric wire 15 on the second connecting portion 19 side with respect to the capacitor relay 20, and the other end side is on the capacitor 16 side with respect to the capacitor relay 20. The second sub electric wire 15 is connected to the other side connection portion 30. The precharge circuit 26 can charge the capacitor 16 and charges the capacitor 16 while limiting the charging current. For this reason, the precharge circuit 26 generally includes a limiting resistor for limiting the current, or is configured by a semiconductor element or the like capable of switching control.

更に、高電圧系統の第5、第6サブ電線31、32により複数の高電圧補機からなる高電圧補機類33が接続している。第5サブ電線31は、第3接続部34で第1メイン電線5に接続している。第6サブ電線32は、第4接続部35で第2メイン電線6に接続している。高電圧補機類33は、燃料電池2を含む車両用制御装置(燃料電池システム)1を運転する。   Furthermore, high voltage auxiliary equipment 33 including a plurality of high voltage auxiliary machines is connected by the fifth and sixth sub electric wires 31 and 32 of the high voltage system. The fifth sub electric wire 31 is connected to the first main electric wire 5 at the third connecting portion 34. The sixth sub electric wire 32 is connected to the second main electric wire 6 at the fourth connecting portion 35. The high-voltage auxiliary machinery 33 operates the vehicle control device (fuel cell system) 1 including the fuel cell 2.

また、第1、第2メイン電線5、6には、燃料電池2及びキャパシタ16と並列で、高電圧系統の第7、第8サブ電線36、37により補機駆動用バッテリ(補助バッテリ)38が接続している。第7サブ電線36は、第5接続部39で第1メイン電線5に接続している。第8サブ電線37は、第6接続部40で第2メイン電線6に接続している。   In addition, the first and second main electric wires 5 and 6 are connected to the fuel cell 2 and the capacitor 16 in parallel, and the auxiliary voltage drive battery (auxiliary battery) 38 is connected to the high voltage system seventh and eighth sub electric wires 36 and 37. Is connected. The seventh sub electric wire 36 is connected to the first main electric wire 5 at the fifth connecting portion 39. The eighth sub electric wire 37 is connected to the second main electric wire 6 at the sixth connecting portion 40.

この第7、第8サブ電線36、37の途中には、DC/DCコンバータとして、例えば、双方向型DC/DCコンバータ41が設けられている。この双方向型DC/DCコンバータ41は、キャパシタ9と並列にインバータ3に接続し、燃料電池2やキャパシタ16からの電力、あるいは、インバータ3からの回生電力の電圧を、後述する車両補機類44を駆動するための電圧(通常は12V系統)に変換し、また、逆に、車両補機類44を駆動するための電圧を高電圧補機類33に供給し、あるいは、キャパシタ16を補充電するための電圧に変換する。なお、DC/DCコンバータとしては、双方向型DC/DCコンバータ41に限るものではなく、昇圧型DC/DCコンバータと降圧型のDC/DCコンバータとの両方を並列に備えたDC/DCコンバータとすることも可能である。   In the middle of the seventh and eighth sub wires 36 and 37, for example, a bidirectional DC / DC converter 41 is provided as a DC / DC converter. This bidirectional DC / DC converter 41 is connected to the inverter 3 in parallel with the capacitor 9, and the electric power from the fuel cell 2 and the capacitor 16 or the voltage of the regenerative power from the inverter 3 is used as a vehicle auxiliary machine to be described later. Is converted to a voltage for driving 44 (usually 12V system), and conversely, a voltage for driving the vehicle auxiliary machinery 44 is supplied to the high voltage auxiliary machinery 33 or the capacitor 16 is supplemented. Convert to voltage for charging. The DC / DC converter is not limited to the bidirectional DC / DC converter 41, and is a DC / DC converter including both a step-up DC / DC converter and a step-down DC / DC converter in parallel. It is also possible to do.

また、第7、第8サブ電線36、37には、双方向型DC/DCコンバータ41と補機駆動用バッテリ38との間に、第9、第10サブ電線42、43により車両補機類44が接続している。第9サブ電線42は、一側接続部45で第7サブ電線36に接続している。第10サブ電線43は、他側接続部46で第8サブ電線37に接続している。
従って、双方向型DC/DCコンバータ41の低電圧側には、車両補機類44としての前照灯やラジオ、水ポンプ等の各種車両補機を駆動するための補機駆動用バッテリ(通常は12V系統)38が接続されている。
Further, the seventh and eighth sub electric wires 36 and 37 are connected to the vehicle auxiliary machinery by the ninth and tenth sub electric wires 42 and 43 between the bidirectional DC / DC converter 41 and the auxiliary device driving battery 38. 44 is connected. The ninth sub electric wire 42 is connected to the seventh sub electric wire 36 at the one side connecting portion 45. The tenth sub electric wire 43 is connected to the eighth sub electric wire 37 at the other side connection portion 46.
Therefore, on the low voltage side of the bidirectional DC / DC converter 41, auxiliary equipment driving batteries for driving various vehicle auxiliary equipment such as headlamps, radios, and water pumps as the vehicle auxiliary equipment 44 (normally Is a 12V system) 38.

即ち、この実施例の車両用制御装置1において、高電圧系統は、燃料電池用リレー9とキャパシタ用リレー20とにより、インバータ3に当たる電力供給回路(メイン高電圧バス)8と、燃料電池用リレー9の燃料電池2側に当たる燃料電池出力回路(燃料電池バス)7と、そして、キャパシタ用リレー20のキャパシタ16側に当たるキャパシタ回路(キャパシタバス)17との3つに分けられる。そして、燃料電池用リレー9及びキャパシタ用リレー20が共に接続された状態においては、電力供給回路8と燃料電池出力回路7とキャパシタ回路17との各電圧は一致するが、燃料電池用リレー9及びキャパシタ用リレー20が開放された状態においては、電力供給回路8と燃料電池出力回路7とキャパシタ回路17との各電圧に差異が生じる場合がある。また、電力供給回路8には、燃料電池2に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサや、室内空調用のエアコン用コンプレッサ等、高電圧で駆動される補機類がそれぞれのインバータを介して複数接続される。更に、モータ4のインバータ3の内部入力段や、その他の高電圧補機類33のインバータの内部入力段には、電力供給回路8の入力電圧の変動を抑えるための電解コンデンサが備えられる場合が多い。   That is, in the vehicle control apparatus 1 of this embodiment, the high voltage system includes a fuel cell relay 9 and a capacitor relay 20, a power supply circuit (main high voltage bus) 8 that hits the inverter 3, and a fuel cell relay. 9 is divided into a fuel cell output circuit (fuel cell bus) 7 corresponding to the fuel cell 2 side and a capacitor circuit (capacitor bus) 17 corresponding to the capacitor 16 side of the capacitor relay 20. In the state where the fuel cell relay 9 and the capacitor relay 20 are connected together, the voltages of the power supply circuit 8, the fuel cell output circuit 7, and the capacitor circuit 17 match, but the fuel cell relay 9 and In the state where the capacitor relay 20 is opened, there may be a difference in the voltages of the power supply circuit 8, the fuel cell output circuit 7, and the capacitor circuit 17. The power supply circuit 8 includes a plurality of auxiliary devices driven by high voltage such as an air compressor for supplying compressed air to the fuel cell 2 and an air conditioner compressor for indoor air conditioning via respective inverters. Connected. Further, the internal input stage of the inverter 3 of the motor 4 and the internal input stage of the inverter of the other high-voltage auxiliary machinery 33 may be provided with an electrolytic capacitor for suppressing fluctuations in the input voltage of the power supply circuit 8. Many.

インバータ3と燃料電池用リレー9と燃料電池用電圧計10とキャパシタ用リレー20とキャパシタ用電圧計21とプリチャージ回路26と高電圧補機類33と双方向型DC/DCコンバータ41と車両補機類44とは、制御手段47に接続している。また、この制御手段47には、エンジンキーの操作によってオン・オフするキースイッチ48と、スロットル開度を検出するスロットル検出手段としてのスロットルセンサ49とが接続している。   Inverter 3, fuel cell relay 9, fuel cell voltmeter 10, capacitor relay 20, capacitor voltmeter 21, precharge circuit 26, high-voltage auxiliary machinery 33, bidirectional DC / DC converter 41, vehicle auxiliary The machine 44 is connected to the control means 47. The control means 47 is connected to a key switch 48 that is turned on / off by operating an engine key and a throttle sensor 49 as a throttle detection means for detecting the throttle opening.

この制御手段47は、各センサ類より収集した情報や内部メモリ47Aに格納されたデータを基に、上記の車両補機類44等の各制御対象を作動して車両システムを制御するものである。
また、この制御手段47は、車両起動時に燃料電池2のアイドリング電圧とキャパシタ用電圧計21により検出されるキャパシタ電圧との電圧差が設定電圧よりも大きい場合に、燃料電池2の起動後に燃料電池用リレー9を接続し、モータ4により車両を駆動可能状態とした後にはキャパシタ16ヘのプリチャージを開始するプリチャージ制御部47Bを備えている。
このプリチャージ制御部47Bによるキャパシタ16ヘの充電は、燃料電池電圧とキャパシタ電圧との電圧差が設定電圧以下になったときに終了し、その後、キャパシタ用リレー20を接続状態にして電力供給回路8とキャパシタ回路17とを接続したときに行われる。
また、制御手段47は、前記設定電圧を、燃料電池出力回路7と電力供給回路8とキャパシタ回路7とに接続された全ての部品が許容できる許容電流の最小値とキャパシタ16の内部抵抗の値との積から算出する。
前記燃料電池電圧には、車両が走行中である場合に、燃料電池用電圧計10により検出された瞬時電圧値を用いている。
The control means 47 controls the vehicle system by operating each control object such as the vehicle auxiliary equipment 44 based on the information collected from each sensor and the data stored in the internal memory 47A. .
In addition, the control means 47 is arranged to start the fuel cell after the fuel cell 2 is started when the voltage difference between the idling voltage of the fuel cell 2 and the capacitor voltage detected by the capacitor voltmeter 21 is larger than the set voltage. After the relay 9 is connected and the motor 4 can drive the vehicle, a precharge controller 47B that starts precharging the capacitor 16 is provided.
The charging of the capacitor 16 by the precharge control unit 47B is terminated when the voltage difference between the fuel cell voltage and the capacitor voltage becomes equal to or lower than the set voltage, and then the capacitor relay 20 is connected to the power supply circuit. This is performed when 8 and the capacitor circuit 17 are connected.
In addition, the control means 47 sets the set voltage to the minimum allowable current that can be allowed by all components connected to the fuel cell output circuit 7, the power supply circuit 8, and the capacitor circuit 7 and the value of the internal resistance of the capacitor 16. Calculated from the product of
As the fuel cell voltage, an instantaneous voltage value detected by the fuel cell voltmeter 10 when the vehicle is running is used.

そして、車両用制御装置1において、システム停止時には、燃料電池出力回路7及びキャパシタ回路17の双方が燃料電池用リレー9及びキャパシタ用リレー20により電力供給回路8から切り離されている(遮断)。このような車両制御装置1においては、起動時に、燃料電池出力回路7及びキャパシタ回路17を電力供給回路8に接続する際に、燃料電池出力回路7とキャパシタ回路17との双方の電圧関係によっては燃料電池2からキャパシタ16に向かって過大な電流が流れ、各リレー9、20やキャパシタ16の故障や、あるいは燃料電池2の電圧の急激な低下に伴うシステム停止や燃料電池の劣化につながるおそれがある。
そこで、この実施例の車両用制御装置1においては、キャパシタ16ヘの充電電流を制限するためのプリチャージ回路26を備え、キャパシタ電圧により各リレー9、20の開閉タイミング(接続・遮断の時期)を制御している。詳しくは、プリチャージ回路26を介さずに燃料電池用リレー9及びキャパシタ用リレー20を接続した際に、燃料電池2からキャパシタ16に流入する電流は、燃料電池出力回路7とキャパシタ回路17との双方の電圧とキャパシタ16の内部抵抗とに大きく支配され、燃料電池出力回路7とキャパシタ回路17との電圧差が大きい程、また、キャパシタ16の内部抵抗が小さい程、流入電流が大きくなる。そして、キャパシタ16の電圧値が燃料電池2の出力電圧よりも大きい場合には、逆流防止ダイオード13によりキャパシタ16から燃料電池2に電流が流れることはないため、問題が生ずることがない。
In the vehicle control device 1, when the system is stopped, both the fuel cell output circuit 7 and the capacitor circuit 17 are disconnected from the power supply circuit 8 by the fuel cell relay 9 and the capacitor relay 20 (cut off). In such a vehicle control device 1, when the fuel cell output circuit 7 and the capacitor circuit 17 are connected to the power supply circuit 8 during startup, depending on the voltage relationship between the fuel cell output circuit 7 and the capacitor circuit 17, Excessive current flows from the fuel cell 2 toward the capacitor 16, which may lead to failure of the relays 9, 20 and the capacitor 16, or system stoppage or deterioration of the fuel cell due to a rapid decrease in the voltage of the fuel cell 2. is there.
Therefore, the vehicle control apparatus 1 of this embodiment includes a precharge circuit 26 for limiting the charging current to the capacitor 16, and the opening / closing timing (connection / cutoff timing) of each relay 9, 20 by the capacitor voltage. Is controlling. Specifically, when the fuel cell relay 9 and the capacitor relay 20 are connected without going through the precharge circuit 26, the current flowing from the fuel cell 2 to the capacitor 16 flows between the fuel cell output circuit 7 and the capacitor circuit 17. Both the voltages and the internal resistance of the capacitor 16 are largely controlled. The larger the voltage difference between the fuel cell output circuit 7 and the capacitor circuit 17 and the smaller the internal resistance of the capacitor 16, the larger the inflow current. When the voltage value of the capacitor 16 is larger than the output voltage of the fuel cell 2, no current flows from the capacitor 16 to the fuel cell 2 by the backflow prevention diode 13, so that no problem occurs.

次に、この実施例の作用を、図2〜図4のフローチャートに基づいて説明する。
図2に示すように、運転者がキースイッチ48をスタートの位置に捻る等の操作により車両起動ルーチンが開始すると(ステップA01)、先ず、キャパシタ用電圧計21によりキャパシタ電圧(Vcap)が計測される(ステップA02)。
次に、制御手段47では、内部メモリ47Aに格納されている燃料電池2のアイドリング電圧(Vfc−id1e)と前記ステップA01で計測したキャパシタ電圧(Vcap)との差である電圧差を計算し、この電圧差が、予め設定されている設定電圧である閾値(ΔVmax)以下か、又は、閾値(ΔVmax)よりも大きく超えているか否かを判定する(ステップA03)。ここで、上記の閾値(ΔVmax)は、起動時において燃料電池2とキャパシタ16とを接続する際の最大許容電圧差である。そして、この最大許容電圧差以内であれば、燃料電池2からキャパシタ16に向かって電流が生じないか、又は、流れる電流値をキャパシタ16及び他の部品の許容する値以内に抑えることができる。この許容電流は、キャパシタ16の許容充電電流、燃料電池用リレー9やキャパシタ用リレー20の許容電流、及び、燃料電池2の電圧低下により決まる許容発電電流等、車両用制御装置1に含まれる全部品の許容電流の最小値として定められる。
一例として、キャパシタ16の内部抵抗をRcap、キャパシタ用リレー20の接続時の車両用制御装置1の許容電流をImaxとすれば、閾値(ΔVmax)は、以下の式で求められる。
ΔVmax=Imax*Rcap……式
Next, the operation of this embodiment will be described based on the flowcharts of FIGS.
As shown in FIG. 2, when the vehicle starting routine is started by an operation such as the driver twisting the key switch 48 to the start position (step A01), the capacitor voltage (Vcap) is first measured by the capacitor voltmeter 21. (Step A02).
Next, the control means 47 calculates a voltage difference which is a difference between the idling voltage (Vfc-id1e) of the fuel cell 2 stored in the internal memory 47A and the capacitor voltage (Vcap) measured in the step A01, It is determined whether or not the voltage difference is equal to or less than a threshold value (ΔVmax) that is a preset setting voltage, or greatly exceeds the threshold value (ΔVmax) (step A03). Here, the threshold value (ΔVmax) is a maximum allowable voltage difference when the fuel cell 2 and the capacitor 16 are connected at the time of startup. If the difference is within the maximum allowable voltage difference, no current is generated from the fuel cell 2 toward the capacitor 16, or the flowing current value can be suppressed within a value allowed by the capacitor 16 and other components. This allowable current includes all of those included in the vehicle control device 1 such as the allowable charging current of the capacitor 16, the allowable current of the fuel cell relay 9 and the capacitor relay 20, and the allowable generation current determined by the voltage drop of the fuel cell 2. It is determined as the minimum value of the allowable current of the product.
As an example, if the internal resistance of the capacitor 16 is Rcap and the allowable current of the vehicle control device 1 when the capacitor relay 20 is connected is Imax, the threshold value (ΔVmax) can be obtained by the following equation.
ΔVmax = Imax * Rcap …… Formula

前記ステップA03において、アイドリング電圧(Vfc−id1e)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差が閾値(ΔVmax)以下である場合には、車両起動ルーチンのステップA04に移行する。
このステップA04においては、双方向DC/DCコンバータ41を起動モードで動作させ、補機用補助バッテリ38からの電力により電力供給回路8に接続されているインバータ3やその他の高電圧補機類33の内部のコンデンサを、前記ステップA02で計測したキャパシタ電圧(Vcap)まで充電する。
続いて、エアコンプレッサ等の高電圧補機類33を駆動して車両用制御装置(燃料電池システム)1を起動し、燃料電池2での発電を開始する(ステップA05)。この状態においては、電力供給回路8の電圧値とキャパシタ回路17の電圧値とは、共にキャパシタ電圧(Vcap)となっているため、キャパシタ用リレー20を接続してキャパシタ回路17を電力供給回路8に接続する(ステップA06)。
ここで、双方向DC/DCコンバータの運転を終了し(ステップA07)、直ちに、燃料電池用リレー9を接続して燃料電池出力回路7を電力供給回路8に接続する(ステップA08)。この時、燃料電池2からキャパシタ16に向かい、上記の電圧差に応じた電流が生じるが、それは、上述した許容電流以内に抑えられるため、特に、問題は生じない。
これにより、制御手段47は、車両の走行開始許可を判断し(ステップA09)、車両起動ルーチンを終了する(ステップA10)。この車両の走行開始許可は、例えば、運転席インストルメントパネル内の「READY」ランプの点灯等により運転者に伝達される。
If the voltage difference between the idling voltage (Vfc−id1e) and the capacitor voltage (Vcap) is equal to or less than the threshold value (ΔVmax) in step A03, the process proceeds to step A04 of the vehicle activation routine.
In this step A04, the bidirectional DC / DC converter 41 is operated in the start mode, and the inverter 3 and other high voltage auxiliary machines 33 connected to the power supply circuit 8 by the electric power from the auxiliary battery 38 for auxiliary machines. Is charged to the capacitor voltage (Vcap) measured in step A02.
Subsequently, the high-voltage auxiliary machinery 33 such as an air compressor is driven to start the vehicle control device (fuel cell system) 1 to start power generation in the fuel cell 2 (step A05). In this state, since the voltage value of the power supply circuit 8 and the voltage value of the capacitor circuit 17 are both the capacitor voltage (Vcap), the capacitor relay 17 is connected to connect the capacitor circuit 17 to the power supply circuit 8. (Step A06).
Here, the operation of the bidirectional DC / DC converter is finished (step A07), and the fuel cell relay 9 is immediately connected to connect the fuel cell output circuit 7 to the power supply circuit 8 (step A08). At this time, a current corresponding to the voltage difference is generated from the fuel cell 2 toward the capacitor 16, but this is not particularly problematic because it is suppressed within the allowable current described above.
Thereby, the control means 47 judges the driving | running | working start permission of a vehicle (step A09), and complete | finishes a vehicle starting routine (step A10). The vehicle travel start permission is transmitted to the driver by, for example, lighting of a “READY” lamp in the driver's seat instrument panel.

一方、前記ステップA03において、アイドリング電圧(Vfc−id1e)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差が閾値(ΔVmax)よりも大きく超えているときには、キャパシタ16のプリチャージルーチンのステップA11に移行する。
このステップA11においては、先ず、双方向DC/DCコンバータ41と補機駆動用バッテリ38とにより、電力供給回路8に接続されているインバータ3及びその他の高電圧補機類33の内部コンデンサを充電するが、この時の充電電圧は、燃料電池2のアイドリング電圧(Vfc−id1e)とする。
続いて、高電圧補機類33を駆動して車両用制御装置1を起動し、燃料電池2での発電を開始する(ステップA12)。
次に、この場合においては、キャパシタ用リレー20を接続する前に、燃料電池用リレー9を接続し、燃料電池出力回路7を電力供給回路8に接続する(ステップA13)。これは、キャパシタ16のプリチャージが終了する前に車両を走行可能とするためである。
このステップA13においては、燃料電池出力回路7が電力供給回路8に接続され、高電圧補機類33への電力を燃料電池2から供給することが可能になったら、双方向DC/DCコンバータ41の運転を終了する(ステップA14)。
このステップA14まで進むと、制御手段47は、車両の仮走行開始許可を判断し(ステップA15)、燃料電池2からの電力により車両を走行させることが可能な状態となるため、車両の仮走行開始許可が、例えば、運転席インストルメントパネル内の「READY」ランプの点滅等により運転者に伝達される。
しかしながら、この状態では、依然としてキャパシタ電圧(Vcap)が低いため、キャパシタ回路17を電力供給回路8に接続することができず、インバータ3ヘの電力供給は燃料電池2からの電力のみに限られる。
このため、ステップA16において、燃料電池出力回路7とキャパシタ回路17とを持続してキャパシタ16のプリチャージを行う。このステップA16では、燃料電池2からの電力によりプリチャージ回路26を介してキャパシタ16のプリチャージが開始される。この時、制御手段47では、キャパシタ16ヘのプリチャージ電流を供給するように、車両用制御装置1を制御する。
このステップA16において、キャパシタ16のプリチャージが開始されると、制御手段47は、スロットルセンサ信号を読み込み(ステップA17)、スロットルセンサ49がONか否かの判断が行われる(ステップA18)。
On the other hand, when the voltage difference between the idling voltage (Vfc−id1e) and the capacitor voltage (Vcap) exceeds the threshold value (ΔVmax) in step A03, the process proceeds to step A11 of the precharge routine for the capacitor 16.
In step A11, first, the internal capacitors of the inverter 3 and other high-voltage auxiliary devices 33 connected to the power supply circuit 8 are charged by the bidirectional DC / DC converter 41 and the auxiliary device driving battery 38. However, the charging voltage at this time is the idling voltage (Vfc-id1e) of the fuel cell 2.
Subsequently, the high-voltage auxiliary machinery 33 is driven to start the vehicle control device 1 and power generation in the fuel cell 2 is started (step A12).
Next, in this case, before connecting the capacitor relay 20, the fuel cell relay 9 is connected, and the fuel cell output circuit 7 is connected to the power supply circuit 8 (step A13). This is because the vehicle can run before the precharge of the capacitor 16 is completed.
In this step A13, when the fuel cell output circuit 7 is connected to the power supply circuit 8 and power to the high voltage auxiliary equipment 33 can be supplied from the fuel cell 2, the bidirectional DC / DC converter 41 is provided. Is finished (step A14).
When the process proceeds to step A14, the control unit 47 determines permission to start the temporary travel of the vehicle (step A15), and the vehicle can be traveled by the electric power from the fuel cell 2. The start permission is transmitted to the driver by, for example, blinking the “READY” lamp in the driver's seat instrument panel.
However, in this state, since the capacitor voltage (Vcap) is still low, the capacitor circuit 17 cannot be connected to the power supply circuit 8, and power supply to the inverter 3 is limited only to power from the fuel cell 2.
For this reason, in step A16, the fuel cell output circuit 7 and the capacitor circuit 17 are maintained and the capacitor 16 is precharged. In step A <b> 16, precharge of the capacitor 16 is started via the precharge circuit 26 by the power from the fuel cell 2. At this time, the control means 47 controls the vehicle control device 1 so as to supply a precharge current to the capacitor 16.
In step A16, when the precharge of the capacitor 16 is started, the control means 47 reads the throttle sensor signal (step A17) and determines whether or not the throttle sensor 49 is ON (step A18).

このステップA18において、スロットルセンサ49がONになり、YESの場合、つまり、運転発進要求が認められると、図3に示すように、燃料電池2からインバータ3に電力を供給して車両の走行を開始する(ステップA19)。この時、制御手段47では、インバータ3からの要求電力に加え、キャパシタ16ヘのプリチャージ電力を供給するように、車両用制御装置1を制御する。このように、キャパシタ電圧(Vcap)が低く、キャパシタ16のプリチャージを継続した状態においても、プリチャージの終了を待つことなく、燃料電池2からの電力により車両の走行を開始できることが、この実施例における特有のメリットである。
ここで、燃料電池用電圧計10及びキャパシタ用電圧計21により、燃料電池電圧(Vfc)及びキャパシタ電圧(Vcap)が計測される(ステップA20)。
続いて、制御手段47では、燃料電池電圧(Vfc)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差が計算される(ステップA21)。
このステップA21においては、前記ステップA03の場合と異なり、燃料電池電圧(Vfc)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差の基準として、燃料電池2のアイドリング電圧(Vfc−id1e)ではなく、燃料電池2の瞬時電圧(Vfc)を用いている。これは、燃料電池電圧(Vfc)が電気負荷の大きさに応じて低下するため、前記ステップA19において燃料電池2からの電力供給が開始されると、燃料電池電圧(Vfc)が低下することにより、キャパシタ16のプリチャージ時間を短縮することができるためである。
In step A18, when the throttle sensor 49 is turned on and the answer is YES, that is, when a driving start request is recognized, as shown in FIG. 3, power is supplied from the fuel cell 2 to the inverter 3 to drive the vehicle. Start (step A19). At this time, the control means 47 controls the vehicle control device 1 so as to supply the precharge power to the capacitor 16 in addition to the required power from the inverter 3. As described above, even when the capacitor voltage (Vcap) is low and the capacitor 16 is continuously precharged, it is possible to start running the vehicle with the electric power from the fuel cell 2 without waiting for the end of the precharge. This is a particular advantage in the example.
Here, the fuel cell voltage (Vfc) and the capacitor voltage (Vcap) are measured by the fuel cell voltmeter 10 and the capacitor voltmeter 21 (step A20).
Subsequently, the control means 47 calculates the voltage difference between the fuel cell voltage (Vfc) and the capacitor voltage (Vcap) (step A21).
In step A21, unlike the case of step A03, the fuel cell is not the idling voltage (Vfc-id1e) of the fuel cell 2 as a reference for the voltage difference between the fuel cell voltage (Vfc) and the capacitor voltage (Vcap). 2 instantaneous voltage (Vfc) is used. This is because the fuel cell voltage (Vfc) decreases in accordance with the magnitude of the electric load. Therefore, when power supply from the fuel cell 2 is started in step A19, the fuel cell voltage (Vfc) decreases. This is because the precharge time of the capacitor 16 can be shortened.

前記ステップA21での比較の結果、燃料電池電圧(Vfc)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差が依然として閾値(ΔVmax)よりも大きく超えていれば、前記ステップA20に戻り、車両走行及びキャパシタ16のプリチャージを継続する。
一方、前記ステップA21での比較の結果、プリチャージによりキャパシタの電圧が上がるか、又は、電気負荷の増加により燃料電池電圧が下がるかにより、燃料電池電圧(Vfc)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差が閾値(ΔVmax)以下になれば、プリチャージを終了し(ステップA22)、キャパシタ用リレー20を接続してキャパシタ回路17を電力供給回路8に接続する(ステップA23)。これにより、車両起動ルーチンが完全に完了し、燃料電池2及びキャパシタ16の双方からインバータ3ヘの電力供給が可能な状態となる。
これにより、制御手段47は、車両の走行開始許可を判断し(ステップA24)、例えば、運転席インストルメントパネル内の「READY」ランプの点灯等により、車両の走行開始許可が運転者に伝達される。そして、プログラムを終了する(ステップA25)。
If the voltage difference between the fuel cell voltage (Vfc) and the capacitor voltage (Vcap) still exceeds the threshold value (ΔVmax) as a result of the comparison in step A21, the process returns to step A20, and the vehicle running and capacitor 16 Continue to precharge.
On the other hand, as a result of the comparison in the step A21, whether the fuel cell voltage (Vfc) and the capacitor voltage (Vcap) are increased depending on whether the capacitor voltage increases due to precharge or the fuel cell voltage decreases due to an increase in electric load. When the voltage difference is equal to or less than the threshold value (ΔVmax), the precharge is terminated (step A22), the capacitor relay 20 is connected, and the capacitor circuit 17 is connected to the power supply circuit 8 (step A23). As a result, the vehicle activation routine is completely completed, and power can be supplied from both the fuel cell 2 and the capacitor 16 to the inverter 3.
As a result, the control means 47 determines permission to start driving the vehicle (step A24). For example, when the “READY” lamp in the driver's seat instrument panel is turned on, permission to start driving the vehicle is transmitted to the driver. The Then, the program ends (step A25).

一方、前記ステップA18において、スロットルセンサ39のONが検出されず、NOの場合には、図4に示すように、ステップA26から始まる車両起動ルーチンにおいて、キャパシタ16のプリチャージを継続する。
このステップA26においては、キャパシタ電圧(Vcap)を計測し、そして、前記ステップA03と同様、燃料電池2のアイドリング電圧(Vfc−id1e)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差の計算を行い、アイドリング電圧(Vfc−id1e)とキャパシタ電圧(Vcap)との電位差が依然として閾値(ΔVmax)よりも大きいか、あるいは、アイドリング電圧(Vfc−id1e)とキャパシタ電圧(Vcap)との電位差が閾値(ΔVmax)以下かの判定を行う(ステップA27)。
このステップA27において、アイドリング電圧(Vfc−id1e)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差が依然として閾値(△Vmax)よりも大きく超えている場合は、プリチャージを継続して図2のフローチャートの前記ステップA17に戻す。
前記ステップA27においてアイドリング電圧(Vfc−id1e)とキャパシタ電圧(Vcap)との電圧差が閾値(△Vmax)以下となれば、キャパシタ16のプリチャージを終了し(ステップA28)、キャパシタ用リレー20を接続してキャパシタ回路17を電力供給回路8に接続する(ステップA29)。
これにより、制御手段47は、車両の走行開始許可を判断し(ステップA30)、例えば、運転席インストルメントパネル内の「READY」ランプの点灯等により、車両の走行開始許可が運転者に伝達され、一連の車両起動ルーチンを終了する(ステップA31)。
On the other hand, if the ON of the throttle sensor 39 is not detected in step A18 and the result is NO, as shown in FIG. 4, the precharge of the capacitor 16 is continued in the vehicle starting routine starting from step A26.
In this step A26, the capacitor voltage (Vcap) is measured, and the voltage difference between the idling voltage (Vfc-id1e) of the fuel cell 2 and the capacitor voltage (Vcap) is calculated and idling, as in step A03. The potential difference between the voltage (Vfc−id1e) and the capacitor voltage (Vcap) is still larger than the threshold (ΔVmax), or the potential difference between the idling voltage (Vfc−id1e) and the capacitor voltage (Vcap) is less than the threshold (ΔVmax). Is determined (step A27).
In step A27, when the voltage difference between the idling voltage (Vfc-id1e) and the capacitor voltage (Vcap) still exceeds the threshold value (ΔVmax), the precharge is continued and the above-described flowchart of FIG. Return to Step A17.
If the voltage difference between the idling voltage (Vfc−id1e) and the capacitor voltage (Vcap) is equal to or less than the threshold value (ΔVmax) in step A27, the precharge of the capacitor 16 is terminated (step A28), and the capacitor relay 20 is turned off. Then, the capacitor circuit 17 is connected to the power supply circuit 8 (step A29).
As a result, the control means 47 determines permission to start driving the vehicle (step A30). For example, when the “READY” lamp in the driver's seat instrument panel is turned on, permission to start driving the vehicle is transmitted to the driver. Then, a series of vehicle activation routines are terminated (step A31).

この結果、制御手段47のプリチャージ制御部47Bは、車両起動時に燃料電池2のアイドリング電圧とキャパシタ用電圧計21により検出されるキャパシタ電圧との電圧差が設定電圧である閾値よりも大きく超えている場合に、燃料電池2の起動後に燃料電池用リレー9を接続し、モータ4により車両を駆動可能状態とした後にはキャパシタ16ヘのプリチャージを開始する。これにより、車両システム起動時において、キャパシタ電圧が、燃料電池2のアイドリング電圧よりも低く、キャパシタ16にプリチャージしないと電力供給回路8と接続できない場合でも、燃料電池分のエネルギにより走行開始することができるので、車両起動開始から走行可能になるまでの時間を短縮することが可能であり、よって、車両制御装置1の信頼性を損なうことなく早期に走行を開始することが可能である。
また、プリチャージ制御部47Bによるキャパシタ16ヘの充電は、燃料電池電圧とキャパシタ電圧との電圧差が設定電圧以下になったときに終了し、その後、キャパシタ用リレー20を接続状態にして電力供給回路8とキャパシタ回路17とを接続する。これにより、充電されたキャパシタ電圧の値が、燃料電池電圧との差が小さくなってから、キャパシタ16を電力供給回路8と接続し、接続した瞬間に燃料電池2からキャパシタ16ヘ過電流が流れることはなく、システムが信頼性を向上することができる。
更に、制御手段47は、前記設定電圧を、燃料電池出力回路7と電力供給回路8とキャパシタ回路17とに接続された全ての部品が許容できる許容電流の最小値とキャパシタ16の内部抵抗の値との積から算出する。これにより、設定電圧の値は、燃料電池2による車両駆動システムを構成する部品に瞬間的に電流が流れても故障することのない値に設定され、構成部品の信頼性を損なうことのないプリチャージ制御を実現することができる。
更にまた、前記燃料電池電圧には、車両が走行中である場合に、燃料電池用電圧計10により検出された瞬時電圧値を用いている。これにより、車両走行中の燃料電池電圧は、一般的に、アイドリング電圧よりも低いので、キャパシタ電圧との差が小さくなるため、プリチャージ制御を早く終了することができる。
As a result, the precharge control unit 47B of the control means 47 causes the voltage difference between the idling voltage of the fuel cell 2 and the capacitor voltage detected by the capacitor voltmeter 21 to greatly exceed the threshold value that is the set voltage. In this case, after the fuel cell 2 is started, the fuel cell relay 9 is connected, and after the motor 4 has made the vehicle drivable, precharging of the capacitor 16 is started. As a result, when the vehicle system is started, the capacitor voltage is lower than the idling voltage of the fuel cell 2, and even if the capacitor 16 is not precharged and cannot be connected to the power supply circuit 8, the vehicle starts running with the energy of the fuel cell. Therefore, it is possible to reduce the time from the start of the vehicle start until the vehicle can run, and thus it is possible to start traveling early without impairing the reliability of the vehicle control device 1.
Further, the charging of the capacitor 16 by the precharge control unit 47B is terminated when the voltage difference between the fuel cell voltage and the capacitor voltage becomes equal to or lower than the set voltage, and then the capacitor relay 20 is connected to supply power. The circuit 8 and the capacitor circuit 17 are connected. As a result, the capacitor 16 is connected to the power supply circuit 8 after the difference between the charged capacitor voltage value and the fuel cell voltage becomes small, and an overcurrent flows from the fuel cell 2 to the capacitor 16 at the instant of connection. And the system can improve the reliability.
Further, the control means 47 sets the set voltage to the minimum allowable current that can be allowed by all the components connected to the fuel cell output circuit 7, the power supply circuit 8, and the capacitor circuit 17 and the value of the internal resistance of the capacitor 16. Calculated from the product of As a result, the value of the set voltage is set to a value that does not cause a failure even if an electric current flows instantaneously to the parts constituting the vehicle drive system by the fuel cell 2, and does not impair the reliability of the constituent parts. Charge control can be realized.
Furthermore, as the fuel cell voltage, an instantaneous voltage value detected by the fuel cell voltmeter 10 when the vehicle is running is used. As a result, the fuel cell voltage during traveling of the vehicle is generally lower than the idling voltage, so that the difference from the capacitor voltage becomes small, so that the precharge control can be finished early.

詳しくは、燃料電池2とキャパシタ16とを備える車両用制御装置1において、キャパシタ16のプリチャージが完了するのに先立ち、燃料電池2をモータ4のインバータ3に接続する。これにより、車両起動ルーチンに要する時間を短縮化し、乗員をキャパシタ16のプリチャージ終了まで待機させる必要を無くし、車両を早期に走行可能状態とすることができる。
また、車両制御装置1において、キャパシタ16のプリチャージ未完のまま車両走行を開始した後も、プリチャージを継続する。これにより、車両走行に伴う燃料電池2の電圧低下により、キャパシタ16のプリチャージに要する時間を短縮することができる。
更に、燃料電池2とキャパシタ16との許容電圧差を規定し、両者の電圧が完全に一致しなくとも、許容電圧差以下となったらプリチャージを終了する。これにより、車両用制御装置1を保護しつつ、キャパシタ16へのプリチャージに要する時間を短縮することができる。
更にまた、上記許容電圧差は、キャパシタ16の許容充電電流、各リレー9、20の許容電流及び燃料電池2の電圧低下により決まる許容発電電流のいずれか最小値とキャパシタ16の内部抵抗の積から定められる。これにより、キャパシタ16、各リレー9、20、及び燃料電池2の全てを過電流から保護することができる。
また、キャパシタ16のプリチャージの要否の判定において、燃料電池2のアイドリング電圧とキャパシタ16の瞬時電圧との電圧差を用いる。これにより、キャパシタ16へのプリチャージに要する時間を短縮することができる。
更に、走行開始後のプリチャージ完了の判定において、燃料電池2の瞬時電圧とキャパシタ16の瞬時電圧との差を用いる。これにより、車両走行に伴う燃料電池2の電圧低下により、キャパシタ16のプリチャージに要する時間を短縮することができる。
Specifically, in the vehicle control device 1 including the fuel cell 2 and the capacitor 16, the fuel cell 2 is connected to the inverter 3 of the motor 4 before the precharge of the capacitor 16 is completed. This shortens the time required for the vehicle activation routine, eliminates the need for the occupant to wait until the precharge of the capacitor 16 is completed, and allows the vehicle to be able to travel quickly.
Further, in the vehicle control device 1, the precharge is continued even after the vehicle travel is started without precharging the capacitor 16. As a result, the time required for precharging the capacitor 16 can be reduced due to the voltage drop of the fuel cell 2 as the vehicle travels.
Further, an allowable voltage difference between the fuel cell 2 and the capacitor 16 is defined, and the precharge is terminated when the voltage difference between the fuel cell 2 and the capacitor 16 is equal to or smaller than the allowable voltage difference. Thereby, the time required for precharging the capacitor 16 can be reduced while protecting the vehicle control device 1.
Furthermore, the allowable voltage difference is obtained by multiplying the minimum value of the allowable charging current of the capacitor 16, the allowable currents of the relays 9 and 20, and the allowable power generation current determined by the voltage drop of the fuel cell 2 with the internal resistance of the capacitor 16. Determined. Thereby, all of the capacitor 16, each relay 9, 20, and the fuel cell 2 can be protected from overcurrent.
Further, in determining whether the capacitor 16 needs to be precharged, the voltage difference between the idling voltage of the fuel cell 2 and the instantaneous voltage of the capacitor 16 is used. Thereby, the time required for precharging the capacitor 16 can be shortened.
Furthermore, the difference between the instantaneous voltage of the fuel cell 2 and the instantaneous voltage of the capacitor 16 is used in determining the completion of the precharge after the start of traveling. As a result, the time required for precharging the capacitor 16 can be reduced due to the voltage drop of the fuel cell 2 as the vehicle travels.

なお、この発明においては、上述の実施例に限定されず、種々応用改変が可能であることは勿論である。
例えば、図2のフローチャートのステップA04におけるインバータ3及び高電圧補機類33の内部コンデンサ充電電圧をキャバシタ電圧(Vcap)よりも低くすることにより、充電時間を短縮することができる。但し、この場合、充電電圧は、ステップA06でキャパシタ用リレー20を接続した際の突入電流が許容値を越えないよう、考慮して定められる。
また、図2のフローチャートのステップA10におけるインバータ3及び高電圧補機類33の内部コンデンサ充電電圧をアイドリング電圧(Vfc−id1e)よりも低くすることにより、充電時間を短縮することができる。但し、この場合、充電電圧は、ステップA12で燃料電池用リレー9を接続した際の突入電流が許容値を越えないよう、考慮して定められる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various application modifications are of course possible.
For example, the charging time can be shortened by making the internal capacitor charging voltage of the inverter 3 and the high-voltage auxiliary machinery 33 in step A04 in the flowchart of FIG. 2 lower than the capacitor voltage (Vcap). However, in this case, the charging voltage is determined in consideration that the inrush current when the capacitor relay 20 is connected in step A06 does not exceed the allowable value.
Further, the charging time can be shortened by making the internal capacitor charging voltage of the inverter 3 and the high voltage auxiliary machinery 33 in step A10 of the flowchart of FIG. 2 lower than the idling voltage (Vfc-id1e). However, in this case, the charging voltage is determined in consideration so that the inrush current when the fuel cell relay 9 is connected in step A12 does not exceed the allowable value.

車両システム起動時に、キャパシタ電圧が燃料電池のアイドリング電圧よりも低く、キャパシタにプリチャージしないとモータと接続できない場合でも、燃料電池分のエネルギにより車両走行を開始することを、燃料電池車両の制御以外の他の装置の制御にも適用することができる。   When starting the vehicle system, the capacitor voltage is lower than the idling voltage of the fuel cell, and even if it is not possible to connect to the motor without precharging the capacitor, starting the vehicle with the energy of the fuel cell other than the control of the fuel cell vehicle It can also be applied to the control of other devices.

車両用制御装置のシステム構成図である。It is a system block diagram of the control apparatus for vehicles. 車両用制御のフローチャートである。It is a flowchart of control for vehicles. 図1に続く一の車両用制御のフローチャートである。It is a flowchart of the control for one vehicle following FIG. 図1に続く他の車両用制御のフローチャートである。It is a flowchart of the other vehicle control following FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 車両用制御装置
2 燃料電池
3 インバータ
4 モータ
7 燃料電池出力回路
8 電力供給回路
9 燃料電池用リレー
10 燃料電池用電圧計
16 キャパシタ
17 キャパシタ回路
20 キャパシタ用リレー
21 キャパシタ用電圧計
26 プリチャージ回路
33 高電圧補機類
38 補機駆動用バッテリ
41 双方向型DC/DCコンバータ
44 車両補機類
47 制御手段
47B プリチャージ制御部
49 スロットルセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle control apparatus 2 Fuel cell 3 Inverter 4 Motor 7 Fuel cell output circuit 8 Power supply circuit 9 Fuel cell relay 10 Fuel cell voltmeter 16 Capacitor 17 Capacitor circuit 20 Capacitor relay 21 Capacitor voltmeter 26 Precharge circuit 33 High Voltage Auxiliary Equipment 38 Auxiliary Drive Battery 41 Bidirectional DC / DC Converter 44 Vehicle Auxiliary Equipment 47 Control Unit 47B Precharge Control Unit 49 Throttle Sensor

Claims (4)

車両を駆動するモータと、このモータに対して並列に接続された燃料電池と、キャパシタとを備えた車両用制御装置において、前記燃料電池の端子間電圧としての燃料電池電圧を検出する燃料電池電圧検出手段を設け、前記キャパシタの端子間電圧としてのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段を設け、前記燃料電池に接続された燃料電池出力回路と前記モータに接続された電力供給回路とを接続又は遮断する燃料電池側接続手段を設け、前記電力供給回路と前記キャパシタとを接続するキャパシタ回路を接続又は遮断するキャパシタ側接続手段を設け、前記キャパシタを充電可能なプリチャージ回路を前記キャパシタ回路に設け、少なくとも前記燃料電池電圧検出手段と前記キャパシタ電圧検出手段と前記燃料電池側接続手段と前記キャパシタ側接続手段と前記プリチャージ回路とに連絡した制御手段を設け、この制御手段には、車両起動時に前記燃料電池のアイドリング電圧と前記キャパシタ電圧検出手段により検出されるキャパシタ電圧との電圧差が設定電圧よりも大きい場合に、前記燃料電池の起動後に前記燃料電池側接続手段を接続し、前記モータにより車両を駆動可能状態とした後には前記キャパシタヘのプリチャージを開始するプリチャージ制御部を備えたことを特徴とする車両用制御装置。   A fuel cell voltage for detecting a fuel cell voltage as a terminal voltage of the fuel cell in a vehicle control device comprising a motor for driving a vehicle, a fuel cell connected in parallel to the motor, and a capacitor A detecting means, and a capacitor voltage detecting means for detecting a capacitor voltage as a voltage between the terminals of the capacitor; and a fuel cell output circuit connected to the fuel cell and a power supply circuit connected to the motor, or Fuel cell side connection means for shutting off, capacitor side connection means for connecting or shutting off the capacitor circuit for connecting the power supply circuit and the capacitor are provided, and a precharge circuit capable of charging the capacitor is provided in the capacitor circuit , At least the fuel cell voltage detection means, the capacitor voltage detection means, and the fuel cell side connection means Control means connected to the capacitor side connection means and the precharge circuit is provided, and the control means includes a voltage difference between the idling voltage of the fuel cell and the capacitor voltage detected by the capacitor voltage detection means when the vehicle is started. Is connected to the fuel cell side connecting means after the fuel cell is started, and after the motor is driven by the motor, the precharge control unit starts precharging the capacitor. A vehicle control device comprising: 前記プリチャージ制御部による前記キャパシタヘの充電は、燃料電池電圧とキャパシタ電圧との電圧差が設定電圧以下になったときに終了し、その後、前記キャパシタ側接続手段を接続状態にして前記電力供給回路と前記キャパシタ回路とを接続することを特徴とする請求項1に記載の車両用制御装置。   The charging of the capacitor by the precharge control unit is terminated when the voltage difference between the fuel cell voltage and the capacitor voltage becomes equal to or lower than a set voltage, and then the capacitor side connection means is connected to supply the power. The vehicle control device according to claim 1, wherein a circuit and the capacitor circuit are connected. 前記制御手段は、前記設定電圧を、前記燃料電池出力回路と前記電力供給回路と前記キャパシタ回路とに接続された全ての部品が許容できる許容電流の最小値と前記キャパシタの内部抵抗の値との積から算出することを特徴とする請求項1に記載の車両用制御装置。   The control means sets the set voltage between a minimum value of an allowable current that can be allowed by all components connected to the fuel cell output circuit, the power supply circuit, and the capacitor circuit, and a value of an internal resistance of the capacitor. The vehicle control device according to claim 1, wherein the vehicle control device is calculated from a product. 前記燃料電池電圧には、車両が走行中である場合に、前記燃料電池電圧検出手段により検出された瞬時電圧値を用いていることを特徴とする請求項2に記載の車両用制御装置。   The vehicle control device according to claim 2, wherein the fuel cell voltage uses an instantaneous voltage value detected by the fuel cell voltage detection means when the vehicle is running.
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