JP2009054308A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of downsizing a system and reducing manufacturing cost through reduction of the number of components concerning pre-charge and discharge of the system. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is provided with a pair of main contactors 41, 42 fitted to a cathode-side power feeding line 31 and an anode-side power feeding line 32, respectively, for connecting or disconnecting each of the power feeding lines 31, 32, a first sub-feeding line 33 bypassing a cathode main contactor 41, a pre-charge contactor 43 connecting or disconnecting the first sub-feeding line 33, an integrated resistor 44 fitted to the first sub-feeding line 33, a second sub-feeding line 35 connecting a fuel cell 10 side of the anode-side power feeding line 32 away from the anode main contactor 42 and an electric load 20 side of the first sub-feeding line 33 away from the integrated resistor 44, and a discharge contactor 45 connecting or disconnecting the second sub-feeding line 35. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、燃料電池による発電を開始および停止する際にプリチャージおよびディスチャージを行う燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system. Specifically, the present invention relates to a fuel cell system that performs precharging and discharging when starting and stopping power generation by a fuel cell.

近年、その動力源として燃料電池システムを搭載する燃料電池車両が注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。   In recent years, fuel cell vehicles equipped with a fuel cell system as a power source have attracted attention. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas flow path, and a control that controls the reaction gas supply device. An apparatus.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。   The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.

この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含むエアを供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。   When hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction. Since only harmless water is generated at the time of power generation, fuel cells are attracting attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.

このような燃料電池システムを搭載する燃料電池車両では、燃料電池と電気負荷とは、コンタクタを介して接続されている。ここで、燃料電池と電気負荷とをいきなり接続すると、電気負荷に含まれる平滑コンデンサに過大な充電電流が流れてしまい、コンタクタが破損するおそれがある。そこで、従来より、平滑コンデンサのプリチャージを行う際には、電気抵抗（プリチャージ抵抗）を介して平滑コンデンサに充電電流を供給することで、コンタクタを保護している（特許文献１参照）。   In a fuel cell vehicle equipped with such a fuel cell system, the fuel cell and the electrical load are connected via a contactor. Here, when the fuel cell and the electric load are suddenly connected, an excessive charging current flows through the smoothing capacitor included in the electric load, and the contactor may be damaged. Therefore, conventionally, when precharging a smoothing capacitor, the contactor is protected by supplying a charging current to the smoothing capacitor via an electric resistance (precharge resistor) (see Patent Document 1).

また、燃料電池による発電を停止する場合、電力が残存した状態で放置すると燃料電池が劣化するおそれがある。そこで、従来より、燃料電池の発電を停止し燃料電池を電気負荷から開放する際には、燃料電池に電気抵抗（ディスチャージ抵抗）を接続して放電（ディスチャージ）し、残存する電力を消費させている（特許文献２参照）。   In addition, when power generation by the fuel cell is stopped, the fuel cell may be deteriorated if it is left in a state where power remains. Therefore, conventionally, when power generation of the fuel cell is stopped and the fuel cell is released from the electric load, an electric resistance (discharge resistance) is connected to the fuel cell to discharge (discharge), and the remaining power is consumed. (See Patent Document 2).

図５は、以上のようなプリチャージ抵抗１４４およびディスチャージ抵抗１４６を備える従来の燃料電池システム１０１の構成を示すブロック図である。
図５に示すように、プリチャージ抵抗１４４は、燃料電池１１０の正極から延びる正極側電力供給線１３１に設けられたコンタクタ１４１をバイパスして設けられる。また、ディスチャージ抵抗１４６は、正極側電力供給線１３１と負極側電力供給線１３２とを跨いで設けられる。ここで、プリチャージ抵抗１４４の抵抗値は、電気負荷１２０の平滑コンデンサ１２３の容量および燃料電池１１０の出力に合わせて、ディスチャージ抵抗１４６の抵抗値よりも大きくなっている。また、ディスチャージ抵抗１４６の定格電力値は、燃料電池１１０の出力に合わせてプリチャージ抵抗１４４の定格電力値よりも大きくなっている。
特開２００３−３２４８０１号公報 特開平１−２９８６４９号公報 FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system 101 including the precharge resistor 144 and the discharge resistor 146 as described above.
As shown in FIG. 5, the precharge resistor 144 is provided to bypass the contactor 141 provided on the positive power supply line 131 extending from the positive electrode of the fuel cell 110. The discharge resistor 146 is provided across the positive power supply line 131 and the negative power supply line 132. Here, the resistance value of the precharge resistor 144 is larger than the resistance value of the discharge resistor 146 in accordance with the capacity of the smoothing capacitor 123 of the electric load 120 and the output of the fuel cell 110. Further, the rated power value of the discharge resistor 146 is larger than the rated power value of the precharge resistor 144 in accordance with the output of the fuel cell 110.
JP 2003-324801 A JP-A-1-298649

このように、システム１０１を保護しつつ、燃料電池１１０と電気負荷１２０とを接続したり遮断したりするには、異なる定格を有するプリチャージ抵抗１４４とディスチャージ抵抗１４６とを設ける必要がある。また、これら抵抗１４４，１４６に加えて、各電力供給線１３１，１３２，１３３，１３５を接続および遮断するためのコンタクタ１４１，１４２，１４３，１４５も必要となるため、部品の数が増加し、燃料電池システム１０１が大型化してしまうおそれがある。   Thus, in order to connect or disconnect the fuel cell 110 and the electric load 120 while protecting the system 101, it is necessary to provide the precharge resistor 144 and the discharge resistor 146 having different ratings. In addition to the resistors 144 and 146, contactors 141, 142, 143, and 145 for connecting and disconnecting the power supply lines 131, 132, 133, and 135 are also required, which increases the number of components. The fuel cell system 101 may be increased in size.

本発明は、システムのプリチャージおよびディスチャージに係る部品の数を削減し、システムの小型化および製造コストの低減できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of reducing the number of parts related to precharging and discharging of the system, reducing the size of the system, and reducing the manufacturing cost.

本発明の燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）は、燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、電気負荷（例えば、後述の電気負荷２０）と、前記燃料電池の正極側と前記電気負荷の正極側を接続する正極側電力供給線（例えば、後述の正極側電力供給線３１）と、前記燃料電池の負極側と前記電気負荷の負極側を接続する負極側電力供給線（例えば、後述の負極側電力供給線３２）と、当該正極側電力供給線および負極側電力供給線のそれぞれに設けられ、これら正極側電力供給線および負極側電力供給線の各々を接続または遮断する一対のメインコンタクタ（例えば、後述の正極メインコンタクタ４１および負極メインコンタクタ４２）と、前記正極側電力供給線および負極側電力供給線の一方に接続され、前記メインコンタクタをバイパスする第１サブ供給線（例えば、後述の第１サブ供給線３３）と、前記第１サブ供給線に設けられ、当該第１サブ供給線を接続または遮断する第１サブコンタクタ（例えば、後述のプリチャージコンタクタ４３）と、前記第１サブ供給線に設けられた抵抗器（例えば、後述の統合抵抗器４４）と、前記正極側電力供給線および負極側電力供給線の他方の前記メインコンタクタよりも前記燃料電池側と、前記第１サブ供給線のうち前記第１サブコンタクタおよび前記抵抗器よりも前記電気負荷側と、を接続する第２サブ供給線（例えば、後述の第２サブ供給線３５）と、前記第２サブ供給線に設けられ、当該第２サブ供給線を接続または遮断する第２サブコンタクタ（例えば、後述のディスチャージコンタクタ４５）と、前記一対のメインコンタクタ、前記第１サブコンタクタ、および前記第２サブコンタクタを制御する制御装置（例えば、後述の制御装置５０）と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池を起動する場合、前記第１サブコンタクタおよび前記他方の電力供給線のメインコンタクタを接続するとともに、前記第２サブコンタクタおよび前記一方の電力供給線のメインコンタクタを開放して、前記電気負荷に設けられた平滑コンデンサ（例えば、後述の平滑コンデンサ２３）に充電し、前記燃料電池を停止する場合、前記第１サブコンタクタおよび前記第２サブコンタクタを接続するとともに、前記一対のメインコンタクタを開放して、前記燃料電池を放電させることを特徴とする。   A fuel cell system (for example, a fuel cell system 1 described later) of the present invention includes a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later), an electric load (for example, an electric load 20 described later), and a positive electrode side of the fuel cell. And a positive power supply line (for example, a positive power supply line 31 described later) connecting the positive electrode side of the electric load, and a negative power supply line connecting the negative electrode side of the fuel cell and the negative electrode side of the electric load. (For example, a negative power supply line 32 described later) and the positive power supply line and the negative power supply line are connected to or disconnected from each of the positive power supply line and the negative power supply line. A pair of main contactors (for example, a positive main contactor 41 and a negative main contactor 42 described later) and one of the positive power supply line and the negative power supply line, and A first sub supply line (for example, a first sub supply line 33 to be described later) that bypasses the contactor and a first sub contactor that is provided in the first sub supply line and connects or disconnects the first sub supply line. For example, a precharge contactor 43 described later, a resistor (for example, an integrated resistor 44 described later) provided in the first sub supply line, and the other of the positive power supply line and the negative power supply line A second sub supply line (for example, a later-described second sub supply line) that connects the fuel cell side with respect to the main contactor and the first sub contactor and the electric load side with respect to the resistor among the first sub supply lines. 2 sub-supply lines 35), and a second sub-contactor (for example, a discharge contactor 45 described later) provided on the second sub-supply line and connecting or blocking the second sub-supply line. A control device (for example, a control device 50 described later) that controls the pair of main contactors, the first sub-contactor, and the second sub-contactor, and when the control device starts the fuel cell, A smoothing capacitor provided in the electric load by connecting the first sub contactor and the main contactor of the other power supply line, and opening the main contactor of the second sub contactor and the one power supply line ( For example, when charging the smoothing capacitor 23) to be described later and stopping the fuel cell, the first sub contactor and the second sub contactor are connected and the pair of main contactors are opened to It is characterized by discharging.

この発明によれば、燃料電池を起動する場合、第１サブコンタクタおよび他方の電力供給線のメインコンタクタが接続されるとともに、第２サブコンタクタおよび一方の電力供給線のメインコンタクタが開放される。これにより、燃料電池と電気負荷との間には抵抗器を介した閉回路が形成され、電気負荷の平滑コンデンサのプリチャージが行われる。
一方、燃料電池を停止する場合、第１サブコンタクタおよび第２サブコンタクタが接続されるとともに、一対のメインコンタクタが開放される。これにより、燃料電池と電気負荷とが遮断されるとともに、燃料電池の正極および負極が抵抗器を介して短絡され、燃料電池の残存電力がディスチャージされる。 According to the present invention, when starting the fuel cell, the first sub-contactor and the main contactor of the other power supply line are connected, and the second sub-contactor and the main contactor of the one power supply line are opened. Thereby, a closed circuit is formed between the fuel cell and the electric load via the resistor, and the smoothing capacitor of the electric load is precharged.
On the other hand, when stopping the fuel cell, the first sub-contactor and the second sub-contactor are connected, and the pair of main contactors are opened. As a result, the fuel cell and the electrical load are interrupted, and the positive and negative electrodes of the fuel cell are short-circuited via the resistor, and the remaining power of the fuel cell is discharged.

以上のように、この発明によれば、異なる定格の抵抗を複数設けることなく、一つの抵抗器のみで、システムのプリチャージおよびディスチャージを行うことができる。これにより、上述の従来の燃料電池システムと比較して、抵抗の数を削減し、システムの小型化および製造コストを低減できる。   As described above, according to the present invention, the system can be precharged and discharged with only one resistor without providing a plurality of resistors having different ratings. Thereby, compared with the above-mentioned conventional fuel cell system, the number of resistors can be reduced, and the system can be reduced in size and manufacturing cost.

本発明の燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１Ａ）は、燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、電気負荷（例えば、後述の電気負荷２０）と、前記燃料電池の正極側と前記電気負荷の正極側を接続する正極側電力供給線（例えば、後述の正極側電力供給線３１）と、前記燃料電池の負極側と前記電気負荷の負極側を接続する負極側電力供給線（例えば、後述の負極側電力供給線３２）と、当該正極側電力供給線および負極側電力供給線のそれぞれに設けられ、これら正極側電力供給線および負極側電力供給線の各々を接続または遮断する一対のメインコンタクタ（例えば、後述の正極メインコンタクタ４１および負極メインコンタクタ４２）と、前記正極側電力供給線および負極側電力供給線の一方に接続され、前記メインコンタクタをバイパスする第１サブ供給線（例えば、後述の第１サブ供給線３３）と、前記第１サブ供給線に設けられ、当該第１サブ供給線を接続または遮断する第１サブコンタクタ（例えば、後述のプリチャージコンタクタ４３Ａ）と、前記第１サブ供給線のうち前記第１サブコンタクタよりも前記燃料電池側に設けられた抵抗器（例えば、後述の統合抵抗器４４Ａ）と、前記正極側電力供給線および負極側電力供給線の他方の前記メインコンタクタよりも前記燃料電池側と、前記第１サブ供給線の前記第１サブコンタクタおよび前記抵抗器の間とを接続する第２サブ供給線（例えば、後述の第２サブ供給線３５Ａ）と、前記第２サブ供給線に設けられ、当該第２サブ供給線を接続または遮断する第２サブコンタクタ（例えば、後述のディスチャージコンタクタ４５Ａ）と、前記一対のメインコンタクタ、前記第１サブコンタクタ、および前記第２サブコンタクタを制御する制御装置（例えば、後述の制御装置５０Ａ）と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池を起動する場合、前記第１サブコンタクタおよび前記他方の電力供給線のメインコンタクタを接続するとともに、前記第２サブコンタクタおよび前記一方の電力供給線のメインコンタクタを開放して、前記電気負荷に設けられた平滑コンデンサ（例えば、後述の平滑コンデンサ２３）に充電し、前記燃料電池を停止する場合、前記第２サブコンタクタを接続するとともに、前記第１サブコンタクタおよび前記一対のメインコンタクタを開放して、前記燃料電池を放電させることを特徴とする。   A fuel cell system (for example, a fuel cell system 1A described later) of the present invention includes a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later), an electric load (for example, an electric load 20 described later), and a positive electrode side of the fuel cell. And a positive power supply line (for example, a positive power supply line 31 described later) connecting the positive electrode side of the electric load, and a negative power supply line connecting the negative electrode side of the fuel cell and the negative electrode side of the electric load. (For example, a negative power supply line 32 described later) and the positive power supply line and the negative power supply line are connected to or disconnected from each of the positive power supply line and the negative power supply line. A pair of main contactors (for example, a positive main contactor 41 and a negative main contactor described later) and one of the positive power supply line and the negative power supply line, A first sub supply line (for example, a first sub supply line 33 to be described later) that bypasses the contactor, and a first sub contactor that is provided on the first sub supply line and connects or blocks the first sub supply line ( For example, a precharge contactor 43A described later, a resistor (for example, an integrated resistor 44A described later) provided on the fuel cell side of the first sub supply line with respect to the first subcontactor, and the positive electrode A second sub-supply that connects the fuel cell side with respect to the other main contactor of the other of the side-side power supply line and the negative-side power supply line and between the first sub-contactor and the resistor of the first sub-supply line A second sub-contactor (for example, to be described later) that is provided on the line (for example, a second sub-supply line 35A to be described later) and a second sub-contact line that is connected to or disconnected from the second sub-supply line A discharge contactor 45A), and a control device (for example, a control device 50A described later) for controlling the pair of main contactors, the first sub-contactor, and the second sub-contactor, the control device including the fuel When starting the battery, the main contactor of the first sub-contactor and the other power supply line is connected, the main contactor of the second sub-contactor and the one power supply line is opened, and the electric load is connected. When the provided smoothing capacitor (for example, smoothing capacitor 23 described later) is charged and the fuel cell is stopped, the second sub-contactor is connected and the first sub-contactor and the pair of main contactors are opened. The fuel cell is discharged.

この発明によれば、燃料電池を起動する場合、第１サブコンタクタおよび他方の電力供給線のメインコンタクタが接続されるとともに、第２サブコンタクタおよび一方の電力供給線のメインコンタクタが開放される。これにより、燃料電池と電気負荷との間には抵抗器を介した閉回路が形成され、電気負荷の平滑コンデンサのプリチャージが行われる。
一方、燃料電池を停止する場合、第２サブコンタクタが接続されるとともに、第１サブコンタクタおよび一対のメインコンタクタが開放される。これにより、燃料電池と電気負荷とが遮断されるとともに、燃料電池の正極および負極が抵抗器を介して短絡され、燃料電池の残存電力がディスチャージされる。 According to the present invention, when starting the fuel cell, the first sub-contactor and the main contactor of the other power supply line are connected, and the second sub-contactor and the main contactor of the one power supply line are opened. Thereby, a closed circuit is formed between the fuel cell and the electric load via the resistor, and the smoothing capacitor of the electric load is precharged.
On the other hand, when stopping the fuel cell, the second sub-contactor is connected, and the first sub-contactor and the pair of main contactors are opened. As a result, the fuel cell and the electrical load are interrupted, and the positive and negative electrodes of the fuel cell are short-circuited via the resistor, and the remaining power of the fuel cell is discharged.

以上のように、この発明によれば、異なる定格の抵抗を複数設けることなく、１つの抵抗器のみで、システムのプリチャージおよびディスチャージを行うことができる。これにより、上述の従来の燃料電池システムと比較して、抵抗の数を削減し、システムの小型化および製造コストを低減できる。   As described above, according to the present invention, the system can be precharged and discharged with only one resistor without providing a plurality of resistors having different ratings. Thereby, compared with the above-mentioned conventional fuel cell system, the number of resistors can be reduced, and the system can be reduced in size and manufacturing cost.

本発明の燃料電池システムによれば、異なる定格の抵抗を複数設けることなく、１つの抵抗器のみで、システムのプリチャージおよびディスチャージを行うことができる。これにより、上述の従来の燃料電池システムと比較して、抵抗の数を削減し、システムの小型化および製造コストを低減できる。   According to the fuel cell system of the present invention, the system can be precharged and discharged with only one resistor without providing a plurality of resistors having different ratings. Thereby, compared with the above-mentioned conventional fuel cell system, the number of resistors can be reduced, and the system can be reduced in size and manufacturing cost.

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。 <First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、電気負荷２０と、これら燃料電池１０および電気負荷２０を接続および遮断する接続回路３０と、この接続回路３０を制御する制御装置５０と、を備える。この燃料電池システム１は、燃料電池１０をその動力源として、車両に搭載される。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 according to the present embodiment.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, an electric load 20, a connection circuit 30 that connects and disconnects the fuel cell 10 and the electric load 20, and a control device 50 that controls the connection circuit 30. The fuel cell system 1 is mounted on a vehicle using the fuel cell 10 as a power source.

燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このような燃料電池１０は、図示しない供給装置により、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むエアが供給されると、これらの電気化学反応により発電する。   The fuel cell 10 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of cells are stacked. Each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure is composed of two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes. Usually, both electrodes are formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. In such a fuel cell 10, when hydrogen gas is supplied to the anode electrode (anode) side and oxygen-containing air is supplied to the cathode electrode (cathode) side by a supply device (not shown), these electrochemical reactions are performed. Generate electricity.

電気負荷２０は、車両を駆動するモータや、車両の空調機器などの補機類を含んで構成される。また、この電気負荷２０は、燃料電池１０の電圧の変動を抑制するための平滑コンデンサ２３を備える。この平滑コンデンサ２３は、電気負荷２０の正極２１および負極２２に接続されている。   The electric load 20 includes an auxiliary device such as a motor for driving the vehicle and an air conditioner for the vehicle. The electric load 20 includes a smoothing capacitor 23 for suppressing fluctuations in the voltage of the fuel cell 10. The smoothing capacitor 23 is connected to the positive electrode 21 and the negative electrode 22 of the electric load 20.

接続回路３０は、燃料電池１０の正極１１と電気負荷２０の正極２１とを接続する正極側電力供給線３１と、燃料電池１０の負極１２と電気負荷２０の負極２２を接続する負極側電力供給線３２と、これら正極側電力供給線３１および正極側電力供給線３１のそれぞれに設けられた一対のメインコンタクタとしての正極メインコンタクタ４１および負極メインコンタクタ４２と、を備える。   The connection circuit 30 includes a positive power supply line 31 that connects the positive electrode 11 of the fuel cell 10 and the positive electrode 21 of the electric load 20, and a negative power supply that connects the negative electrode 12 of the fuel cell 10 and the negative electrode 22 of the electric load 20. And a positive electrode main contactor 41 and a negative electrode main contactor 42 as a pair of main contactors provided on each of the positive electrode side power supply line 31 and the positive electrode side power supply line 31.

正極メインコンタクタ４１および負極メインコンタクタ４２は、それぞれ、機械接点と、この接点を開閉する駆動コイルとを備え、制御装置５０からの制御信号に基づいて動作し、正極側電力供給線３１および負極側電力供給線３２を接続または遮断する。   Each of the positive main contactor 41 and the negative main contactor 42 includes a mechanical contact and a drive coil that opens and closes the contact, and operates based on a control signal from the control device 50. The positive side power supply line 31 and the negative side The power supply line 32 is connected or cut off.

接続回路３０は、さらに、正極側電力供給線３１に接続され、正極メインコンタクタ４１をバイパスする第１サブ供給線３３と、負極側電力供給線３２と第１サブ供給線３３とを接続する第２サブ供給線３５と、を備える。   The connection circuit 30 is further connected to the positive power supply line 31 and connected to the first sub supply line 33 that bypasses the positive main contactor 41, and the negative power supply line 32 and the first sub supply line 33. 2 sub supply lines 35.

第１サブ供給線３３には、この第１サブ供給線３３を接続または遮断する第１サブコンタクタとしてのプリチャージコンタクタ４３と統合抵抗器４４とが、燃料電池１０側から電気負荷２０側へ向かって順に設けられている。   The first sub supply line 33 includes a precharge contactor 43 and an integrated resistor 44 as a first sub contactor for connecting or disconnecting the first sub supply line 33 from the fuel cell 10 side to the electric load 20 side. In order.

第２サブ供給線３５は、第１サブ供給線３３のプリチャージコンタクタ４３および統合抵抗器４４よりも電気負荷２０側と、負極側電力供給線３２の負極メインコンタクタ４２よりも燃料電池１０側とを接続する。また、第２サブ供給線３５には、この第２サブ供給線３５を接続および遮断する第２サブコンタクタとしてのディスチャージコンタクタ４５が設けられている。   The second sub supply line 35 is closer to the electrical load 20 than the precharge contactor 43 and the integrated resistor 44 of the first sub supply line 33, and to the fuel cell 10 side of the negative main contactor 42 of the negative power supply line 32. Connect. Further, the second sub supply line 35 is provided with a discharge contactor 45 as a second sub contactor for connecting and disconnecting the second sub supply line 35.

プリチャージコンタクタ４３およびディスチャージコンタクタ４５は、それぞれ、機械接点と、この接点を開閉する駆動コイルとを備え、制御装置５０からの制御信号に基づいて動作し、第１サブ供給線３３および第２サブ供給線３５を接続または遮断する。   Each of the precharge contactor 43 and the discharge contactor 45 includes a mechanical contact and a drive coil that opens and closes the contact. The precharge contactor 43 and the discharge contactor 45 operate based on a control signal from the control device 50, and operate as a first sub supply line 33 and a second sub Connect or disconnect the supply line 35.

ここで、統合抵抗器４４の定格値について、上述の図５の従来の燃料電池システム１０１におけるプリチャージ抵抗１４４およびディスチャージ抵抗１４６の定格値と比較して説明する。統合抵抗器４４の抵抗値は、燃料電池システム１の起動性に鑑みて、従来のプリチャージ抵抗１４４の抵抗値に近いものを用いる。また、統合抵抗器４４の定格電力値は、燃料電池１０の出力に鑑みて、ディスチャージ抵抗１４６の定格電力値に近いものを用いる。
また、以上のように構成された接続回路３０は、電気接続ボックス４９内に収納される。 Here, the rated value of the integrated resistor 44 will be described in comparison with the rated values of the precharge resistor 144 and the discharge resistor 146 in the conventional fuel cell system 101 of FIG. 5 described above. The resistance value of the integrated resistor 44 is close to the resistance value of the conventional precharge resistor 144 in view of the startability of the fuel cell system 1. The rated power value of the integrated resistor 44 is close to the rated power value of the discharge resistor 146 in view of the output of the fuel cell 10.
Further, the connection circuit 30 configured as described above is accommodated in the electrical connection box 49.

制御装置５０は、コンタクタ４１，４２，４３，４５の各々に制御信号を出力し、これらコンタクタ４１，４２，４３，４５を制御する。具体的には、制御装置５０は、燃料電池１０の起動時および停止時に、各コンタクタ４１，４２，４３，４５を制御し、プリチャージおよびディスチャージを行う。   The control device 50 outputs a control signal to each of the contactors 41, 42, 43, 45 and controls these contactors 41, 42, 43, 45. Specifically, the control device 50 controls the contactors 41, 42, 43, and 45 to perform precharge and discharge when the fuel cell 10 is started and stopped.

次に、図２のタイムチャートを参照して、制御装置５０によるプリチャージおよびディスチャージの手順について説明する。   Next, with reference to the time chart of FIG. 2, the precharge and discharge procedures by the control device 50 will be described.

ここで、車両に設けられたイグニッションがオンにされる前は、全てのコンタクタ４１，４２，４３，４５は、開放された状態になっている。
先ず、時刻ｔ０において、イグニッションがオンにされたことに応じて、プリチャージコンタクタ４３および負極メインコンタクタ４２を接続する。また、ディスチャージコンタクタ４５および正極メインコンタクタ４１は開放したままにする。これにより、燃料電池１０と電気負荷２０との間には統合抵抗器４４を介した閉回路を形成し、電気負荷２０の平滑コンデンサ２３の充電（プリチャージ）を開始する。 Here, before the ignition provided in the vehicle is turned on, all of the contactors 41, 42, 43, and 45 are in an open state.
First, at time t0, the precharge contactor 43 and the negative main contactor 42 are connected in response to the ignition being turned on. Further, the discharge contactor 45 and the positive main contactor 41 are left open. As a result, a closed circuit is formed between the fuel cell 10 and the electric load 20 via the integrated resistor 44, and charging (precharging) of the smoothing capacitor 23 of the electric load 20 is started.

次に、時刻ｔ１において、プリチャージが完了したことに応じて、プリチャージコンタクタ４３を開放するとともに、正極メインコンタクタ４１を接続する。また、ディスチャージコンタクタ４５は開放したままにし、負極メインコンタクタ４２は接続したままにする。これにより、燃料電池１０と電気負荷２０とが接続され、車両の駆動が開始される。   Next, at time t1, in response to the completion of precharging, the precharge contactor 43 is opened and the positive main contactor 41 is connected. Further, the discharge contactor 45 is left open, and the negative electrode main contactor 42 is kept connected. Thereby, the fuel cell 10 and the electric load 20 are connected, and driving of the vehicle is started.

次に、時刻ｔ２において、イグニッションがオフにされたことに応じて、プリチャージコンタクタ４３およびディスチャージコンタクタ４５を接続するとともに、正極メインコンタクタ４１および負極メインコンタクタ４２を開放する。これにより、燃料電池１０と電気負荷２０とが遮断されるとともに、燃料電池１０の正極１１および負極１２が統合抵抗器４４を介して短絡され、燃料電池１０の残存電力が放電（ディスチャージ）される。   Next, at time t2, in response to the ignition being turned off, the precharge contactor 43 and the discharge contactor 45 are connected, and the positive main contactor 41 and the negative main contactor 42 are opened. As a result, the fuel cell 10 and the electric load 20 are cut off, and the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the fuel cell 10 are short-circuited via the integrated resistor 44, and the remaining power of the fuel cell 10 is discharged (discharged). .

次に、時刻ｔ３において、ディスチャージが完了したことに応じて、プリチャージコンタクタ４３およびディスチャージコンタクタ４５を開放する。これにより、燃料電池１０の正極１１および負極１２が開放される。   Next, at time t3, in response to the completion of the discharge, the precharge contactor 43 and the discharge contactor 45 are opened. Thereby, the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the fuel cell 10 are opened.

本実施形態の燃料電池システム１によれば、異なる定格の抵抗を複数設けることなく、一つの統合抵抗器４４のみで、燃料電池システム１のプリチャージおよびディスチャージを行うことができる。これにより、従来の燃料電池システム１０１（上述の図５参照）と比較して、抵抗の数を１つ削減し、システムの小型化および製造コストを低減できる。   According to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the fuel cell system 1 can be precharged and discharged with only one integrated resistor 44 without providing a plurality of resistors having different ratings. Thereby, compared with the conventional fuel cell system 101 (refer FIG. 5 mentioned above), the number of resistances can be reduced by 1, and the system can be reduced in size and manufacturing cost.

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について、図３および図４を参照して説明する。
以下の第２実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。 Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the following description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図３は、本実施形態に係る燃料電池システム１Ａの構成を示すブロック図である。
燃料電池システム１Ａは、第１実施形態の燃料電池システム１と、接続回路３０Ａおよび制御装置５０Ａの構成が異なる。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system 1A according to the present embodiment.
The fuel cell system 1A differs from the fuel cell system 1 of the first embodiment in the configuration of the connection circuit 30A and the control device 50A.

第１サブ供給線３３には、統合抵抗器４４Ａとプリチャージコンタクタ４３Ａとが、燃料電池１０側から電気負荷２０側に向かって順に設けられている。
第２サブ供給線３５Ａは、第１サブ供給線３３の統合抵抗器４４Ａおよびプリチャージコンタクタ４３Ａの間と、負極側電力供給線３２の負極メインコンタクタ４２よりも燃料電池１０側とを接続する。 The first sub supply line 33 is provided with an integrated resistor 44A and a precharge contactor 43A in order from the fuel cell 10 side to the electric load 20 side.
The second sub supply line 35A connects between the integrated resistor 44A and the precharge contactor 43A of the first sub supply line 33 and the fuel cell 10 side of the negative power contact line 42 of the negative power supply line 32.

次に、図４のタイムチャートを参照して、制御装置５０Ａによるプリチャージおよびディスチャージの手順について説明する。   Next, referring to the time chart of FIG. 4, the precharge and discharge procedures by the control device 50A will be described.

先ず、時刻ｔ０において、イグニッションがオンにされたことに応じて、プリチャージコンタクタ４３Ａおよび負極メインコンタクタ４２を接続する。また、ディスチャージコンタクタ４５Ａおよび正極メインコンタクタ４１は開放したままにする。これにより、燃料電池１０と電気負荷２０との間に統合抵抗器４４Ａを介した閉回路を形成し、電気負荷２０の平滑コンデンサ２３の充電（プリチャージ）を開始する。   First, at time t0, the precharge contactor 43A and the negative main contactor 42 are connected in response to the ignition being turned on. Further, the discharge contactor 45A and the positive main contactor 41 are left open. Accordingly, a closed circuit is formed between the fuel cell 10 and the electric load 20 via the integrated resistor 44A, and charging (precharging) of the smoothing capacitor 23 of the electric load 20 is started.

次に、時刻ｔ１において、プリチャージが完了したことに応じて、プリチャージコンタクタ４３を開放するとともに、正極メインコンタクタ４１を接続する。また、ディスチャージコンタクタ４５は開放したままにし、負極メインコンタクタ４２は接続したままにする。これにより、燃料電池１０と電気負荷２０とが接続され、車両の駆動が開始される。   Next, at time t1, in response to the completion of precharging, the precharge contactor 43 is opened and the positive main contactor 41 is connected. Further, the discharge contactor 45 is left open, and the negative electrode main contactor 42 is kept connected. Thereby, the fuel cell 10 and the electric load 20 are connected, and driving of the vehicle is started.

次に、時刻ｔ２において、イグニッションがオフにされたことに応じて、ディスチャージコンタクタ４５Ａを接続するとともに正極メインコンタクタ４１および負極メインコンタクタ４２開放する。また、プリチャージコンタクタ４３Ａは、開放したままにする。これにより、燃料電池１０と電気負荷２０とが遮断されるとともに、燃料電池１０の正極１１および負極１２が統合抵抗器４４Ａを介して短絡され、燃料電池１０の残存電力が放電（ディスチャージ）される。   Next, at time t2, in response to the ignition being turned off, the discharge contactor 45A is connected and the positive main contactor 41 and the negative main contactor 42 are opened. Further, the precharge contactor 43A is left open. As a result, the fuel cell 10 and the electric load 20 are disconnected, and the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the fuel cell 10 are short-circuited via the integrated resistor 44A, and the remaining power of the fuel cell 10 is discharged (discharged). .

次に、時刻ｔ３において、ディスチャージが完了したことに応じて、プリチャージコンタクタ４３Ａおよびディスチャージコンタクタ４５Ａを開放する。これにより、燃料電池１０の正極１１および負極１２が開放される。   Next, at time t3, in response to the completion of the discharge, the precharge contactor 43A and the discharge contactor 45A are opened. Thereby, the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the fuel cell 10 are opened.

本実施形態の燃料電池システム１Ａによれば、上述の第１実施形態の燃料電池システム１と同様の効果に加えて、以下の効果がある。
上述のように、本実施形態の燃料電池システム１Ａでは、ディスチャージを行う場合、プリチャージコンタクタ４３Ａは開放したままで行われる。すなわち、上述の第１実施形態の燃料電池システム１と比較して、燃料電池１０を起動してから停止するまでの間におけるプリチャージコンタクタ４３Ａの作動回数を１回減らすことができる。 According to the fuel cell system 1A of the present embodiment, in addition to the same effects as those of the fuel cell system 1 of the first embodiment described above, the following effects are obtained.
As described above, in the fuel cell system 1A of the present embodiment, when discharging is performed, the precharge contactor 43A is left open. That is, compared with the fuel cell system 1 of the first embodiment described above, the number of operations of the precharge contactor 43A during the period from when the fuel cell 10 is started to when it is stopped can be reduced by one.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements and the like within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

第１実施形態および第２実施形態では、第１サブ供給線３３を、正極側電力供給線３１に設けたが、これに限らない。例えば、第１サブ供給線を、負極側電力供給線に設けるとともに、第２サブ供給線の極性を逆にして、正極側電力供給線および第１サブ供給線に接続してもよい。   In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the 1st sub supply line 33 was provided in the positive electrode side power supply line 31, it is not restricted to this. For example, the first sub supply line may be provided in the negative power supply line and connected to the positive power supply line and the first sub supply line with the polarity of the second sub supply line reversed.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る制御装置によるプリチャージおよびディスチャージの手順を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the procedure of the precharge and discharge by the control apparatus which concerns on the said embodiment. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 前記実施形態に係る制御装置によるプリチャージおよびディスチャージの手順を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the procedure of the precharge and discharge by the control apparatus which concerns on the said embodiment. 従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional fuel cell system.

符号の説明Explanation of symbols

１，１Ａ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
２０ 電気負荷
２３ 平滑コンデンサ
３０，３０Ａ 接続回路
３１ 正極側電力供給線
３２ 負極側電力供給線
３３ 第１サブ供給線
３５，３５Ａ 第２サブ供給線
４１ 正極メインコンタクタ
４２ 負極メインコンタクタ
４３，４３Ａ プリチャージコンタクタ
４４，４４Ａ 統合抵抗器
４５，４５Ａ ディスチャージコンタクタ
５０，５０Ａ 制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A Fuel cell system 10 Fuel cell 20 Electric load 23 Smoothing capacitor 30, 30A Connection circuit 31 Positive side power supply line 32 Negative side power supply line 33 1st sub supply line 35, 35A 2nd sub supply line 41 Positive electrode main contactor 42 Negative electrode main contactor 43, 43A Precharge contactor 44, 44A Integrated resistor 45, 45A Discharge contactor 50, 50A Control device

Claims (2)

燃料電池と、
電気負荷と、
前記燃料電池の正極側と前記電気負荷の正極側を接続する正極側電力供給線と、
前記燃料電池の負極側と前記電気負荷の負極側を接続する負極側電力供給線と、
当該正極側電力供給線および負極側電力供給線のそれぞれに設けられ、これら正極側電力供給線および負極側電力供給線の各々を接続または遮断する一対のメインコンタクタと、
前記正極側電力供給線および負極側電力供給線の一方に接続され、前記メインコンタクタをバイパスする第１サブ供給線と、
前記第１サブ供給線に設けられ、当該第１サブ供給線を接続または遮断する第１サブコンタクタと、
前記第１サブ供給線に設けられた抵抗器と、
前記正極側電力供給線および負極側電力供給線の他方の前記メインコンタクタよりも前記燃料電池側と、前記第１サブ供給線のうち前記第１サブコンタクタおよび前記抵抗器よりも前記電気負荷側と、を接続する第２サブ供給線と、
前記第２サブ供給線に設けられ、当該第２サブ供給線を接続または遮断する第２サブコンタクタと、
前記一対のメインコンタクタ、前記第１サブコンタクタ、および前記第２サブコンタクタを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池を起動する場合、前記第１サブコンタクタおよび前記他方の電力供給線のメインコンタクタを接続するとともに、前記第２サブコンタクタおよび前記一方の電力供給線のメインコンタクタを開放して、前記電気負荷に設けられた平滑コンデンサに充電し、
前記燃料電池を停止する場合、前記第１サブコンタクタおよび前記第２サブコンタクタを接続するとともに、前記一対のメインコンタクタを開放して、前記燃料電池を放電させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell;
Electrical load,
A positive power supply line connecting the positive electrode side of the fuel cell and the positive electrode side of the electric load;
A negative side power supply line connecting the negative side of the fuel cell and the negative side of the electrical load;
A pair of main contactors that are provided on each of the positive power supply line and the negative power supply line and connect or disconnect each of the positive power supply line and the negative power supply line;
A first sub-supply line connected to one of the positive-side power supply line and the negative-side power supply line and bypassing the main contactor;
A first sub-contactor provided on the first sub-supply line and connecting or blocking the first sub-supply line;
A resistor provided in the first sub-supply line;
The fuel cell side from the other main contactor of the positive electrode side power supply line and the negative electrode side power supply line, and the electric load side from the first sub contactor and the resistor of the first sub supply line. A second sub-supply line connecting
A second sub-contactor provided on the second sub-supply line and connecting or blocking the second sub-supply line;
A control device for controlling the pair of main contactors, the first sub-contactor, and the second sub-contactor,
The controller is
When starting the fuel cell, the first sub-contactor and the main contactor of the other power supply line are connected, and the second sub-contactor and the main contactor of the one power supply line are opened, Charge the smoothing capacitor provided in the load,
When stopping the fuel cell, the first sub-contactor and the second sub-contactor are connected and the pair of main contactors are opened to discharge the fuel cell. 燃料電池と、
電気負荷と、
前記燃料電池の正極側と前記電気負荷の正極側を接続する正極側電力供給線と、
前記燃料電池の負極側と前記電気負荷の負極側を接続する負極側電力供給線と、
当該正極側電力供給線および負極側電力供給線のそれぞれに設けられ、これら正極側電力供給線および負極側電力供給線の各々を接続または遮断する一対のメインコンタクタと、
前記正極側電力供給線および負極側電力供給線の一方に接続され、前記メインコンタクタをバイパスする第１サブ供給線と、
前記第１サブ供給線に設けられ、当該第１サブ供給線を接続または遮断する第１サブコンタクタと、
前記第１サブ供給線のうち前記第１サブコンタクタよりも前記燃料電池側に設けられた抵抗器と、
前記正極側電力供給線および負極側電力供給線の他方の前記メインコンタクタよりも前記燃料電池側と、前記第１サブ供給線の前記第１サブコンタクタおよび前記抵抗器の間とを接続する第２サブ供給線と、
前記第２サブ供給線に設けられ、当該第２サブ供給線を接続または遮断する第２サブコンタクタと、
前記一対のメインコンタクタ、前記第１サブコンタクタ、および前記第２サブコンタクタを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池を起動する場合、前記第１サブコンタクタおよび前記他方の電力供給線のメインコンタクタを接続するとともに、前記第２サブコンタクタおよび前記一方の電力供給線のメインコンタクタを開放して、前記電気負荷に設けられた平滑コンデンサに充電し、
前記燃料電池を停止する場合、前記第２サブコンタクタを接続するとともに、前記第１サブコンタクタおよび前記一対のメインコンタクタを開放して、前記燃料電池を放電させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell;
Electrical load,
A positive power supply line connecting the positive electrode side of the fuel cell and the positive electrode side of the electric load;
A negative side power supply line connecting the negative side of the fuel cell and the negative side of the electrical load;
A pair of main contactors that are provided on each of the positive power supply line and the negative power supply line and connect or disconnect each of the positive power supply line and the negative power supply line;
A first sub-supply line connected to one of the positive-side power supply line and the negative-side power supply line and bypassing the main contactor;
A first sub-contactor provided on the first sub-supply line and connecting or blocking the first sub-supply line;
A resistor provided closer to the fuel cell than the first sub-contactor of the first sub-supply line;
A second connecting the fuel cell side with respect to the other main contactor of the positive side power supply line and the negative side power supply line and between the first sub contactor and the resistor of the first sub supply line. A sub-supply line;
A second sub-contactor provided on the second sub-supply line and connecting or blocking the second sub-supply line;
A control device for controlling the pair of main contactors, the first sub-contactor, and the second sub-contactor,
The controller is
When starting up the fuel cell, the main contactor of the first sub-contactor and the other power supply line is connected, and the main contactor of the second sub-contactor and the one power supply line is opened to Charge the smoothing capacitor provided in the load,
When stopping the fuel cell, the fuel cell system discharges the fuel cell by connecting the second sub-contactor and opening the first sub-contactor and the pair of main contactors.
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