JP2010021127A - 燃料電池を搭載した移動体及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、燃料電池に供給される反応ガスの圧力センサに駆動電力を供給する定電圧レギュレータが故障した場合、即時に緊急停止しなくても信頼性が確保される燃料電池を搭載した移動体を提供する。
【解決手段】移動体10において、エアを入力しその信号圧に基づいて燃料電池21に供給する水素圧力を調整する減圧弁35と、電源23の電圧を降圧し前記調整後の水素の水素圧力が検出される水素圧センサ33に駆動電力を供給する第１定電圧レギュレータ91と、燃料電池21に供給されるエアの圧力が検出されるエア圧センサ43に駆動電力を供給する第２定電圧レギュレータ92とを、備え、機能しなくなったエア圧センサ43（又は水素圧センサ33の検出値を、正常に機能する水素圧センサ33（又はエア圧センサ43）の検出値から仮想することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池に供給されるエア及び水素のガス圧力を検出するセンサに駆動電力を供給する定電圧レギュレータが故障した場合における移動体の信頼性設計（フェイルセーフ）に関連する。

燃料電池を搭載する車両（移動体）は、燃料ガス（水素）及びエア（酸素）を反応ガスとして単セルに供給して電気化学反応により動力源となる起電力を得ている。
この燃料電池は、数十から数百の単セルが積層し直列に配列して構成された組電池の一種であって、全体として数百Ｖの起電力を出力する。

一方、供給される反応ガスの圧力は、所定範囲内に設定されることにより、燃料電池の発電が安定するように調節されている。
さらに、反応ガスの圧力調整に関与する機器の一部に不具合が生じた場合は、当該機器の機能を補完する手段を動作させたり、運転を緊急停止する制御を実行したりして車両の信頼性を確保する設計がなされている（例えば、特許文献１）。

そして、反応ガスの圧力を検出する水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３は（図２参照）、前記した圧力調整に関与する機器の一つであって、検出値の水素圧力Ｐ１及びエア圧力Ｐ２は、車両制御における重要な制御パラメータである。また、これら水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３は、定電圧レギュレータから５Ｖ電圧の供給を受けて駆動するものである。
そして、この定電圧レギュレータが故障して水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３のうちいずれか一方が機能しなくなったときは、フェイルセーフの観点から緊急停止をするように車両制御されることになる。
特開２００６−３５１４１１号公報

ところで、移動体に搭載されている燃料電池に供給される水素圧力Ｐ１は、減圧弁３５（図２参照）がエアを入力し、そのエア圧力に基づいて機械的に調整されるものである。
そうすると、水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３のうちいずれか一方のものが機能しなくなっても、機能している他方のものによる検出値に基づいて、機能しなくなった一方のものによる検出値を仮想することができるはずである。
にもかかわらず、従来の車両制御は、センサに電力を供給する定電圧レギュレータに何らかの障害が認められる場合は、安易に車両を緊急停止させる制御を選択し、乗員に対して無用の不安をあおる問題が存在した。

本発明は、前記した問題を解決することを課題とし、電装部品に障害が生じた場合、即時に緊急停止をしなくてもフェイルセーフが犠牲にならない燃料電池を搭載した移動体を提供することを目的にする。

前記した課題を解決するために本発明は、水素及びエアが供給されて電気化学反応により起電力を発生する燃料電池を搭載した移動体において、前記エアを入力しその信号圧に基づいて前記燃料電池に供給する前記水素の圧力を調整する減圧弁と、電源の電圧を降圧し前記調整後の水素の水素圧力が検出される水素圧センサに駆動電力を供給する第１定電圧レギュレータと、前記第１定電圧レギュレータに並列接続するとともに前記燃料電池に供給される前記エアのエア圧力が検出されるエア圧センサに駆動電力を供給する第２定電圧レギュレータとを、備えることを特徴とする

かかる構成により、水素圧センサ及びエア圧センサはそれぞれ別個の定電圧レギュレータを介して駆動電力が供給されることになる。これにより、水素圧センサ及びエア圧センサのいずれか一方に電力を供給する定電圧レギュレータが故障しても他方のセンサの動作に影響が及ばない。よって、正常に動作する他方のセンサの検出値を利用して移動体の制御を行うようにすれば、車両（移動体）を、緊急停止させる必要性に至らない。

さらに本発明において、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータのうちいずれか一方のものが故障した場合に動作する警告手段を、備えることを特徴とする。

かかる構成により、第１定電圧レギュレータ及び第２定電圧レギュレータのいずれか一方のものが故障している状態では、車両（移動体）は、緊急停止には至らないものの、警告灯（警告手段）が点灯しているために乗員は点検整備を促されることになる。

さらに本発明において、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータのうちいずれか一方のものが故障した場合に、前記水素圧センサ及び前記エア圧センサのうち、機能しなくなった一方のものの検出値を、正常に機能する他方のものの検出値から仮想することを特徴とする。

かかる構成により、第１定電圧レギュレータが故障して水素圧センサに障害が発生した場合は、正常なエア圧センサによるエア圧力の検出値に基づいて導かれた水素圧力の仮想値が車両制御に用いられることになる。また、第２定電圧レギュレータが故障してエア圧センサに障害が発生した場合は、正常な水素圧センサによる水素圧力の検出値に基づいて導かれたエア圧力の仮想値が車両制御に用いられることになる。

さらに本発明において、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータのうちいずれか一方のものが故障した場合に、前記燃料電池の出力制限を実施することを特徴とする。

かかる構成により、燃料電池に実際に導入されるエア圧力及び水素圧力の間に差圧が存在しても不具合を抑制できる。

さらに本発明において、第１定電圧レギュレータ及び第２定電圧レギュレータのうちいずれか一方のものが故障した場合に、正常に動作する他方のものが前記水素圧センサ及び前記エア圧センサに駆動電力を供給することを特徴とする。

かかる構成により、水素圧センサ及びエア圧センサのうち、故障したレギュレータに接続する一方のものの機能が回復し、移動体の制御に用いられるエア圧力及び水素圧力は共に実測値を使用することができる。つまり、移動体は、通常制御により走行することになる。

さらに本発明において、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータのうち前記正常に動作する他方のものは、前記水素圧センサ及び前記エア圧センサを除くその他の部品への駆動電力の供給を停止することを特徴とする

かかる構成により、第１定電圧レギュレータ及び第２定電圧レギュレータのいずれか一方が、水素圧センサ及びエア圧センサの両方の駆動電力の供給を負担することになっても、過負荷になることが防止される。

さらに本発明において、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータの両方が故障した場合に、前記燃料電池は出力を停止し、二次電池が代わりの出力をすることを特徴とする。

かかる構成により、燃料電池を保護することができるとともに、走行中の車両を停止させる必要がない。

さらに本発明において、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータの両方が故障した場合に、走行を停止することを特徴とする。

かかる構成により、燃料電池を保護することができるとともに、フェイルセーフに基づく移動体の信頼性が確保される。

さらに本発明において、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータは、故障が生じた場合にその旨の信号を出力する故障信号出力手段を備えることを特徴とする。

かかる構成により、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータに故障が生じた場合は、その旨が即時に把握される。そして、故障した定電圧レギュレータからの電力供給によるエラー検出値は、正常な定電圧レギュレータからの電力供給による検出値からの仮想値に置換されて、車体制御に利用される。
これにより、定電圧レギュレータが故障した直後に出力されるエラー値に基づいて車両が制御されて誤動作するのを回避できる。

さらに本発明において、前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータが故障しているか否かの判断は、共通の前記第１定電圧レギュレータ又は前記第２定電圧レギュレータから電力供給を受けるその他の部品の動作に基づいて判断されることを特徴とする。

かかる構成により、特別な構成要素を追加することなく前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータが故障しているか否かの判断を実行することができる。

本発明により、電装部品に故障が生じた場合、即時に緊急停止をしなくてもフェイルセーフが犠牲にならず、適切な制御を実行し信頼性の高い燃料電池を搭載した移動体が提供される。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の燃料電池を搭載した車両（移動体）の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料電池を搭載した車両１０の実施形態を示す縦断面図である。
車両１０は、乗員空間であるキャビンＣと、このキャビンＣとの連続空間であるとともに荷物を収納するトランクルームＴとを備えている。
そして、車両１０は、このキャビンＣ及びトランクルームＴで形成される連続空間をボトム側で仕切るとともにフロントシート７４及びリアシート７５を固定するフロアパネル７２を備えている。さらに、その連続空間をフロント側で仕切るとともにイグニッションスイッチ６１その他計器類を収めたインスツルメントパネル６２及びアクセルペダル５１が設けられるダッシュボードパネル７１を備えている。

さらに、このダッシュボードパネル７１及びフロアパネル７２と、アンダカバー７３と、その他ボンネットパネル等で形成される空間には、車両が走行するのに必要な駆動力を付与する燃料電池２１と、高圧二次電池２２と、電源管理制御部２３と、低圧二次電池２４と、アノード系補機３０と、水素補給路３１と、水素ボンベ３２と、カソード系補機４０と、エア補給路４１と、エアコンプレッサ４２と、走行モータ５０と、ＥＣＵ６０とが収納されている。

燃料電池２１は、図示しないサブフレームに底面側を固定され、左右一対のフロントシート７４の間におけるフロアパネル７２の部分が隆起してなるセンターコンソールＳの内部空間に収納されている。そして、燃料電池２１は、供給される水素と酸素の電気化学反応により発電して走行モータ５０等に電力を供給するものである。
燃料電池２１は、複数（例えば、２００〜４００）の単セル２１ａ（適宜図２参照）の厚み方向に積層されて直列に配列してなり、剛性の高い筐体に収納されている。
この単セルは、それぞれ電解質膜と、その両面にそれぞれ配置されるアノード極及びカソード極と、燃料ガス（水素）の流路及び酸化ガス（エア（酸素））の流路が設けられているセパレータとを、構成要素としている。
このように構成される単セルは、燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）との電気化学反応により０．７Ｖ程度の起電力を発生するとともに、積層する単セルが直列に配列してなる燃料電池２１は、発電により全体として数百Ｖの起電力を出力する。

高圧二次電池２２は、リチウム蓄電池等であって、走行モータ５０の要求電力のうち燃料電池２１の発電のみでは不足する電力を供給したり、走行モータ５０で発生した回生電力を充電したりするものである。
低圧二次電池２４は、１２Ｖ電力を出力する鉛蓄電池であって、車両１０に搭載される各種電装部品に駆動電力を供給するものである。

図２は、車両１０におけるガス流路の構成を主に示す概念図であって、実線は水素及びエアの流路を示し、破線は信号の伝達を示し、点線は駆動電力の供給を示している。
図３は、車両１０における電源回路の構成を主に示す概念図であって、実線は駆動電力の供給を示し、破線は信号の伝達を示し、点線は水素及びエアの流れを示している。

走行モータ５０は、ＰＤＵ５２（図３参照）を介して電源管理制御部２３に接続され、車両１０の走行時にアクセルペダル５１（図２参照）の踏み込み量に応じた回転駆動力を付与したり、減速時に回生電力を発生させたりするものである。
アクセルペダル５１は、乗員が車両１０を加速させるために踏み込むペダルであり、この踏み込み量（アクセル開度）がＥＣＵ６０に出力されるようになっている。
ＰＤＵ５２は、図３に示すように、電源管理制御部２３（電源）からアクセル開度に応じた直流電力を入力し、３相交流電力に変換して走行モータ５０に出力するものである。また、走行モータ５０が回生電力を発生しているときＰＤＵ５２は、その交流電力を直流電力に変換し、電源管理制御部２３を介して高圧二次電池２２に充電させるものである。

図２に戻って説明を続ける。
アノード系補機３０は、減圧弁３５と、オリフィス３６と、エゼクタ３７と、水素圧センサ３３と、パージ弁３８とを備え、水素補給路３１を介して水素ボンベ３２に接続されている。
減圧弁３５には、エアコンプレッサ４２からのエアが、オリフィス３６により減圧された後にパイロット圧（信号圧）として入力される。
そして、アクセルペダル５１の踏み込み量が大きくなると、エアコンプレッサ４２からのエア流量が高まると共に、後記する背圧弁４４の開度が小さくなるので、減圧弁３５に入力されるパイロット圧が高くなり水素の供給量が増加するようになっている。

つまり、減圧弁３５は、このパイロット圧（信号圧）に基づいて水素の供給圧力を機械的に調整し、水素圧力Ｐ１とエア圧力Ｐ２との関係が一定になるようにしている。
このような、水素圧力Ｐ１とエア圧力Ｐ２の関係は、Ｐ１＝ｋＰ２（ｋは比例係数）のような比例関係が成立し、水素圧力Ｐ１及びエア圧力Ｐ２のうちいずれか一方の検出値が不明でも、他方の検出値から不明な検出値を仮想することができるようになっている。
そして、このような仮想した水素圧力Ｐ１又はエア圧力Ｐ２は、車両１０の制御パラメータとして設定されることになる。なお、このような仮想値の設定は、Ｐ１＝ｋＰ２の関係からｋを固定値としたり変数としたりして演算により導いてもよいし、水素圧力Ｐ１とエア圧力Ｐ２との関係を記録したテーブルから導いてもよい。

そして、減圧弁３５により圧力が調整された水素は、エゼクタ３７を経由した燃料電池２１のアノード極に供給される。そして、このアノード極を通過して燃料電池２１から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスは、気液分離器（図示せず）で含有する水分を分離した後で上流のエゼクタ３７に回帰するようになっている。そして、このエゼクタ３７において、水素ボンベ３２からの水素と混合された後、アノード極に再び供給されることになる。

パージ弁３８は、燃料電池２１の発電時に間欠的に開弁して、アノード系補機３０の内部を循環する水素に含まれる水蒸気、窒素等の不純物を排出（パージ）し、発電を安定化するものである。

水素圧センサ３３は、燃料電池２１のアノード電極に供給される水素圧力Ｐ１を検出するために、この燃料電池２１に接続する配管の近傍に取り付けられている。
そして、水素圧センサ３３は、図３に示されるように、第１定電圧レギュレータ９１から供給される駆動電力により水素圧力Ｐ１を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。

水素ボンベ３２は、トランクルームＴ（図１参照）の床下に配置され、水素補給路３１を介して接続するアノード系補機３０に水素を供給するものである。
水素ボンベ３２は、燃料電池２１を発電させる反応ガスである水素が高圧に圧縮されて貯蔵されている。そして、水素ボンベ３２側に接続する水素補給路３１の上流には遮断弁３４が設けられており、この遮断弁３４が開くと高圧の水素がアノード系補機３０に導入されるようになっている。

エアコンプレッサ４２は、電源管理制御部２３（図３参照）から駆動電力が供給され、圧縮エアを出力するものである。そして、図２に示されるように、出力される圧縮エアの大部分は、カソード系補機４０に供給され、燃料電池２１の発電において含まれる酸素が反応ガスとして消費される。また、出力される圧縮エアの一部は、アノード系補機３０の減圧弁３５に供給され、前記した通り、水素の供給圧力を機械的に調整するパイロット圧（信号圧）として利用される。
エアコンプレッサ４２は、アクセルペダル５１の踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、ＥＣＵ６０の指令により回転速度が高くなりエア流量が増加するようになっている。

カソード系補機４０は、エア圧センサ４３と、背圧弁４４とを備えている。
背圧弁４４は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、ＥＣＵ６０によって制御される開度は、アクセルペダル５１の踏み込み量（アクセル開度）に応じて変化する。つまり、アクセル開度が大きくなると、背圧弁４４の開度は小さく制御され、前記したエアコンプレッサ４２からのエア流量が増加することも加わって、カソード系補機４０には、エア圧力Ｐ２が高圧で供給されることになる。

エア圧センサ４３は、燃料電池２１のカソード電極に供給されるエア圧力Ｐ２を検出するために、この燃料電池２１に接続する配管の近傍に取り付けられている。
そして、エア圧センサ４３は、第２定電圧レギュレータ９２（図３参照）から供給される駆動電力によりエア圧力Ｐ２を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。

図３を参照して説明を続ける。
第１定電圧レギュレータ９１及び第２定電圧レギュレータ９２（以下、両者を区別しない場合は単に「定電圧レギュレータ９１，９２」と記載する）は、電界効果トランジスタ（FET:Field effect transistor）等のスイッチング素子を利用した、降圧動作により一定電圧を得る手段である。

ここで定電圧レギュレータ９１，９２は、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｃ及び低圧二次電池２４に接続し、供給される１２Ｖ電力を５Ｖ電力に降圧して出力するものである。この定電圧レギュレータ９１，９２には、水素圧センサ３３、エア圧センサ４３、流量センサや温度センサ等のセンサ部品９５，９６、及び５Ｖ電力で駆動するその他の部品が接続されている。
また、水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３は、それぞれアノード系補機３０及びカソード系補機４０の内部に配置されているものであるが、図３においては説明の便宜上外部に記載されている。

電源管理制御部２３（電源）は、燃料電池２１及び高圧二次電池２２等の電源と走行モータ５０との間の供給電力及び回生電力のやりとりの制御を行うものである。
電源管理制御部２３は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａと、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｂと、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｃと、から構成されている。
このように構成される電源管理制御部２３は、燃料電池２１の出力電圧を第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａで昇圧してＰＤＵ５２やエアコンプレッサ４２等に出力する。
そして、ＰＤＵ５２に必要な電力が燃料電池２１の出力だけでは不足するときにその不足分を高圧二次電池２２から第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｂを介してＰＤＵ５２やエアコンプレッサ４２等に出力する。
また電源管理制御部２３は、すでに説明したように、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｃを介して、車両１０の搭載されている電装部品（符号６０〜６３，符号９０〜９６等）に駆動電力を供給するものである。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａは、チョッパ型電力変換回路を備え、燃料電池２１の出力電圧に対して昇圧動作をし、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｂ、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｃ、エアコンプレッサ４２及びＰＤＵ５２に電力を供給するものである。
第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｂは、高圧二次電池２２の出力電圧に対して昇圧動作をし、ＰＤＵ５２又は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａからの供給電力に対して降圧動作する双方向のチョッパ型電力変換回路を備えている。
なお、電源管理制御部２３は、エアコンプレッサ４２及びＰＤＵ５２に供給する電力として、燃料電池２１からの出力を優先して、不足分を高圧二次電池２２から補助（アシスト）するように制御している。

第３ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｃは、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａ及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｂの出力電圧に対し降圧動作をする。
そして、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｃは、ハーネス２５に接続されている電装部品に対しＥＣＵ６０の判断で開閉するリレー９０を介して駆動電力を供給する。さらには低圧二次電池２４（鉛蓄電池，１２Ｖバッテリ）を充電する。
これら電装部品とは、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｃ及び／又は低圧二次電池２４から１２Ｖ電力の供給を受けて動作する例えばヘッドライト、エアコン、カーステレオ等の１２Ｖ駆動部品９４であり、さらには、定電圧レギュレータ９１，９２により降圧された５Ｖ電力の供給を受けて動作する水素圧センサ３３、エア圧センサ４３、その他センサ部品９５，９６等である。

ちなみに、図示略とされているが、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃも、駆動電源を低圧二次電池２４からとっており、ハーネス２５を介して接続される電装部品の一つである。
また、これらリレー９０，９３は、図示しないリレーボックスに集約されており、車載されるほとんどの電装部品は、このリレーボックスを介して駆動電圧が供給／遮断される。

ＥＣＵ６０（Electronic control unit）は、図示しない車内ＬＡＮを介して車両１０に搭載されている各種電装部品と接続し、車両１０全体の制御を統括するものである。
このＥＣＵ６０は、イグニッションスイッチ６１の３つの設定ポジションであるＯＦＦモード、アクセサリーモード、ＯＮモードのいずれかに対応して、制御対象の電装部品に対応するリレー９０，９３及び高圧電源のコンタクタ（図示略）の開閉を行う。

ＥＣＵ６０の動作の一例について述べると、イグニッションスイッチ６１がアクセサリーモードに設定されると、リレー９０が閉状態になって、低圧二次電池２４からハーネス２５を伝って定電圧レギュレータ９１，９２、及び１２Ｖ駆動部品９４に駆動電圧が供給される。
そして、イグニッションスイッチ６１がＯＮモードに設定されると図示しないコンタクタが閉状態になって、高圧電源（燃料電池２１，高圧二次電池２２）から電力の供給を受けてエアコンプレッサ４２及び走行モータ５０が起動することになる。

ＥＣＵ６０は、第１定電圧レギュレータ９１及び第２定電圧レギュレータ９２のうちいずれか一方のものが故障した場合にリレー９３を閉状態にして警告灯６２（警告手段）を動作させ乗員にその旨を通告する。なお、警告手段としては、音声等で乗員に知らせるものであってもよい。
さらに、この警告手段が動作している警告期間中にＥＣＵ６０は、前記したように、水素圧力Ｐ１及びエア圧力Ｐ２のうち正常に機能している一方のものの検出値から他方の検出値を仮想し、車両制御用のパラメータとして設定する。

そしてＥＣＵ６０は、警告手段６２の動作後において正常動作していた第１定電圧レギュレータ９１及び第２定電圧レギュレータ９２のうち他方のものが故障した場合に車両１０を緊急停止させる。
ここで緊急停止とは、水素ボンベ３２の遮断弁３４を閉状態にしたり、コンタクタ（図示略）を開状態にしたりして、高圧電源（燃料電池２１，高圧二次電池２２）から走行モータ５０に電力が供給されないようにして車両１０を走行不能な状態にすることを指す。

故障信号出力手段６３は、対応する第１定電圧レギュレータ９１又は第２定電圧レギュレータ９２に故障が生じた場合、その旨の信号を出力するものである。
そして、この信号は、ＥＣＵ６０に受信され、定電圧レギュレータ９１，９２に故障が生じた旨が即時に把握される。
この故障信号出力手段６３は、定電圧レギュレータ９１，９２を構成する回路の電圧が正常範囲を規定する閾値を超えるか否かを検出したり、電圧の変動をモニタリングしたりする等して、定電圧レギュレータ９１，９２の故障／正常の判断をすることができる。
そして、前記したように、故障した定電圧レギュレータ９２（９１）から電力供給を受けて検出されていたエア圧力Ｐ２（水素圧力Ｐ１）は、正常な定電圧レギュレータ９１（９２）から電力供給を受けて検出された水素圧力Ｐ１（エア圧力Ｐ２）から導いた仮想値に置換されて車体制御用のパラメータに設定される。

これにより、定電圧レギュレータ９１（９２）が故障した直後にエア圧センサ４３又は水素圧センサ３３出力されるエラー値に基づく制御が実行されて車両が誤動作するのを回避できる。
さらに、第１定電圧レギュレータ９１及び第２定電圧レギュレータ９２のいずれか一方のものが故障している状態では、車両１０は、緊急停止には至らないものの、警告灯６２が点灯しているために乗員は点検整備を促されることになる。
なお、このような警告灯６２の点灯期間中に、正常に機能していた他方のものが故障した場合、そうなってから緊急停止すればフェイルセーフに基づく信頼性は、確保される。

次に図４のフローチャートを参照して（適宜図２参照）、第１実施形態に係る燃料電池を搭載した移動体の制御方法の動作を説明する。
イグニッションスイッチ６１をＯＮモードに設定すると、水素ボンベ３２から水素がアノード系補機３０に供給され、エアコンプレッサ４２からはエアがカソード系補機４０に供給され、燃料電池２１は発電を開始する。
そして、乗員が操作するアクセルペダル５１の踏み込み量に応じて、カソード系補機４０に供給されるエアの圧力Ｐ２が変化し、このエア圧力Ｐ２を減圧したパイロット圧（信号圧）により調整される水素圧力Ｐ１も同期して変化して供給されることになる。
そして、通常状態において、水素圧力Ｐ１は水素圧センサ３３において、エア圧力Ｐ２はエア圧センサ４３において検出され、車両制御のパラメータに設定されている（Ｓ１０）。

ここで、何らかの理由により水素圧センサ３３に駆動電力を供給する第１定電圧レギュレータ９１が故障したとする（Ｓ１１：Ｙｅｓ）。するとこの第１定電圧レギュレータ９１を担当する故障信号出力手段６３がその旨の信号をＥＣＵ６０に送信し、このＥＣＵ６０はリレー９３を閉状態にして警告灯６２を点灯させその旨が警告される（Ｓ１２）。この警告により、第１定電圧レギュレータ９１が機能しなくなったことについて乗員に点検整備を促し、移動体１０を即時に緊急停止させることはしない。このため、乗員に無用の不便を与えることがない。

そして、正常に動作しているエア圧センサ４３により検出されているエア圧力Ｐ２から、故障している水素圧センサ３３に印加している水素圧力を仮想し、この仮想水素圧を車両制御のパラメータに設定する（Ｓ１３Ａ）。
なお仮想水素圧が制御に反映されると、実際の水素圧との間に乖離が生じている場合は、エア圧力との間に差圧が発生することになる。この差圧が大きくなり燃料電池に不具合が生じるのを防止するために燃料電池の出力制限を行う場合がある（Ｓ１３Ｂ）。
次に、この警告期間中に正常に動作していたエア圧センサ４３に駆動電力を供給する第２定電圧レギュレータ９２が故障したとする（Ｓ１４：Ｙｅｓ）。するとこの第２定電圧レギュレータ９２を担当する故障信号出力手段６３がその旨の信号をＥＣＵ６０に送信し、移動体１０を緊急停止する（Ｓ１５）。これにより、水素圧力Ｐ１及びエア圧力Ｐ２を認識できない状態になったので、車両１０は緊急停止してフェイルセーフに基づいて信頼性が確保される。

次に、通常状態（Ｓ１０）から、エア圧センサ４３に駆動電力を供給する第２定電圧レギュレータ９２が故障したとする（Ｓ１１：Ｎｏ，Ｓ２１：Ｙｅｓ）。するとこの第２定電圧レギュレータ９２を担当する故障信号出力手段６３がその旨の信号をＥＣＵ６０に送信し、このＥＣＵ６０はリレー９３を閉状態にして警告灯６２を点灯させその旨が警告される（Ｓ２２）。この警告により、第２定電圧レギュレータ９２が機能しなくなったことについて乗員に点検整備を促し、移動体１０を即時に緊急停止させることはしない。このため、乗員に無用の不便を与えることがない。

そして、正常に動作している水素圧センサ３３により検出されている水素圧力Ｐ１から故障しているエア圧センサ４３に印加しているエア圧力を仮想し、この仮想エア圧を車両制御のパラメータに設定する（Ｓ２３Ａ）。
なお仮想エア圧が制御に反映されると、Ｓ１３Ｂで説明した同じ理由により、燃料電池２１の出力制限を行う場合がある（Ｓ２３Ｂ）。なおこのように燃料電池の出力制限を行った場合であっても、二次電池２２のアシストにより、走行モータ５０の最高出力を維持させることは可能である。
次に、この警告期間中に正常に動作していた水素圧センサ３３に駆動電力を供給する第１定電圧レギュレータ９１が故障したとする（Ｓ２４：Ｙｅｓ）。するとこの第１定電圧レギュレータ９１を担当する故障信号出力手段６３がその旨の信号をＥＣＵ６０に送信し、移動体１０を緊急停止する（Ｓ１５）。もしくは、緊急停止に至らないまでも、燃料電池２１の出力のみを停止して、二次電池２２の出力のみで移動体１０の走行を維持させることが可能である。これにより、水素圧力Ｐ１及びエア圧力Ｐ２を認識することができない状態になったので、車両１０は緊急停止してフェイルセーフに基づいて信頼性が確保される。

ところで、第１定電圧レギュレータ９１が故障しているか否かの判断（Ｓ１１，Ｓ２４）は、前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、共通の第１定電圧レギュレータ９１から電力供給を受ける他のセンサ部品９６が正常に動作しているか否かに基づいて判断してもよい。
同様に、第２定電圧レギュレータ９２が故障しているか否かの判断（Ｓ２１，Ｓ１４）は、前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、共通の第２定電圧レギュレータ９２から電力供給を受ける他のセンサ９５が正常に動作しているか否かに基づいて判断してもよい。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る燃料電池を搭載した移動体（図１、図２参照）における電源回路の主要部の構成を示す概念図である。
第１実施形態と第２実施形態との相違点は、第２実施形態において給電切替手段８０が設けられている点にある。その他の構成については、すでに説明しているものと共通しているので（図３参照）、同一符号を付して記載を省略する。

給電切替手段８０は、定電圧レギュレータ９１，９２から供給される駆動電力の回線上における供給／遮断をＥＣＵ６０からの指示に従い切り替える第１開閉器８１、第２開閉器８２、及び第３開閉器８３とから構成されている。
このように構成される給電切替手段８０は、第１定電圧レギュレータ９１が故障した場合に、正常に動作する第２定電圧レギュレータ９２が水素圧センサ３３に駆動電力を供給し、第２定電圧レギュレータ９２が故障した場合に、正常に動作する第１定電圧レギュレータ９１がエア圧センサ４３に駆動電力を供給するものである。

第１開閉器８１は、第１定電圧レギュレータ９１が通常時において電力供給を担当するセンサ部品９６，９６…の群と、第１定電圧レギュレータ９１とを結ぶ回線上に配置されている。そして、この第１開閉器８１が閉状態になると定電圧レギュレータ９１（９２）からセンサ部品９６，９６…に駆動電力が供給されることになり、開状態になると駆動電力は遮断される。
第２開閉器８２は、第２定電圧レギュレータ９２が通常時において電力供給を担当するセンサ部品９５，９５…の群と、第２定電圧レギュレータ９２とを結ぶ回線上に配置されている。そして、この第２開閉器８２が閉状態になると定電圧レギュレータ９２（９１）からセンサ部品９５，９５…に駆動電力が供給されることになり、開状態になると駆動電力は遮断される。
第３開閉器８３は、水素圧センサ３３に電力供給する回線とエア圧センサ４３に電力供給する回線とを直結する回線上に配置されている。そして、この第３開閉器８３が開状態になると第１定電圧レギュレータ９１からは水素圧センサ３３に駆動電力が供給され、第２定電圧レギュレータ９２からはエア圧センサ４３に駆動電力が供給されることになる。一方、第３開閉器８３が閉状態になると第１定電圧レギュレータ９１及び第２定電圧レギュレータ９２のうちいずれか一方が故障しても、水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３は、正常に動作する他方のものから駆動電力が供給されることになる。

ここで、給電切替手段８０は、定電圧レギュレータ９１，９２が共に正常である場合の開閉器８１，８２，８３の開閉状態を示している。すなわち、第１開閉器８１及び第２開閉器８２は閉状態、第３開閉器８３は開状態を示している。
このように正常時においては、第１定電圧レギュレータ９１からは水素圧センサ３３及びその他のセンサ部品９６，９６に対して駆動電力が供給され、第２定電圧レギュレータ９２からはエア圧センサ４３及びその他のセンサ部品９５，９５に対して駆動電力が供給されている。

一方、図５の下側に符号８０´で示される給電切替手段８０´は、定電圧レギュレータ９１（９２）のうちいずれか一方（１個）が故障した場合の開閉器８１，８２，８３の開閉状態を示している。すなわち、第１開閉器８１及び第２開閉器８２は開状態、第３開閉器８３は閉状態を示している。このように、故障時においては、第３開閉器８３が閉状態であることにより、正常に動作する他方（１個）の定電圧レギュレータ９２（９１）から駆動電力が水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３の両方に供給されることになる。
さらに、第１開閉器８１及び第２開閉器８２が開状態であることにより、その他の部品９５，９６への駆動電力の供給が停止されることになる。これにより、正常に動作している１個の定電圧レギュレータ９２（９１）が過負荷になることが防止される。

次に図６のフローチャートを参照して（適宜図５参照）、第２実施形態に係る燃料電池を搭載した移動体の制御方法の動作を説明する。
第２実施形態における、図６中のＳ１３Ｃ及びＳ２３Ｃを除く各ステップは、図４における同一符号のステップと共通しているので、第１実施形態においてした説明を援用することとして記載を省略する。

動作フローにおけるＳ１３Ｃ及びＳ２３Ｃのステップは、水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３のうち何れか一方が故障した場合（Ｓ１１，Ｓ２１）、給電切替手段８０を構成する開閉器８１，８２，８３の開閉状態を、符号８０から符号８０´のように切り替える。
これにより、正常に動作している一つの定電圧レギュレータ９１（９２）から、水素圧センサ３３及びエア圧センサ４３の両方に、駆動電力が供給されることになる。これにより、第２実施形態では、第１実施形態のような仮想値を用いることなく、車両の通常制御を継続させることができる。

前記した実施形態では、燃料電池２１が搭載された車両１０を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に燃料電池が搭載された移動体でもよい。また、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムにも本願発明を適用することができる。

本発明に係る燃料電池を搭載した車両（移動体）の実施形態を示す縦断面図である。 本実施形態の燃料電池を搭載した車両（移動体）におけるガス流路の構成を主に示す概念図であって、実線はアノードガスである水素及びカソードガスであるエアの流路を示し、破線は信号の伝達を示し、点線は駆動電力の供給を示している。 本発明の第１実施形態の燃料電池を搭載した車両（移動体）における電源回路の構成を主に示す概念図であって、実線は駆動電力の供給を示し、破線は信号の伝達を示し、点線は水素及びエアの流れを示している。 第１実施形態に係る燃料電池を搭載した移動体の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の燃料電池を搭載した車両（移動体）における電源回路の構成を主に示す概念図である。 第２実施形態に係る燃料電池を搭載した移動体の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 車両（移動体）
２１ 燃料電池
２３ 電源管理制御部（電源）
３０ アノード系補機
３１ 水素補給路
３３ 水素圧センサ（５Ｖ駆動部品）
３４ 遮断弁
３５ 減圧弁
４０ カソード系補機
４１ エア補給路
４３ エア圧センサ（５Ｖ駆動部品）
５０ 走行モータ
６２ 警告灯（警告手段）
６３ 故障信号出力手段
８０，８０´ 給電切替手段
８１，８２，８３ 開閉器
９０，９３ リレー
９１ 第１定電圧レギュレータ（定電圧レギュレータ）
９２ 第２定電圧レギュレータ（定電圧レギュレータ）
９４ １２Ｖ駆動部品
９５，９６ センサ部品（５Ｖ駆動部品）
Ｐ１ 水素圧力
Ｐ２ エア圧力

Claims (11)

1. 水素及びエアが供給されて電気化学反応により起電力を発生する燃料電池を搭載した移動体において、
   前記エアを入力しその信号圧に基づいて前記燃料電池に供給する前記水素の圧力を調整する減圧弁と、
   電源の電圧を降圧し前記調整後の水素の水素圧力が検出される水素圧センサに駆動電力を供給する第１定電圧レギュレータと、
   前記第１定電圧レギュレータに並列接続するとともに、前記燃料電池に供給される前記エアのエア圧力が検出されるエア圧センサに駆動電力を供給する第２定電圧レギュレータとを、備えることを特徴とする燃料電池を搭載した移動体。
2. 前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータのうちいずれか一方のものが故障した場合に動作する警告手段を、備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池を搭載した移動体。
3. 前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータのうちいずれか一方のものが故障した場合に、前記水素圧センサ及び前記エア圧センサのうち、機能しなくなった一方のものの検出値を、正常に機能する他方のものの検出値から仮想することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池を搭載した移動体。
4. 前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータのうちいずれか一方のものが故障した場合に、前記燃料電池の出力制限を実施することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池を搭載した移動体。
5. 前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータのうちいずれか一方のものが故障した場合に、正常に動作する他方のものが前記水素圧センサ及び前記エア圧センサに駆動電力を供給することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池を搭載した移動体。
6. 前記正常に動作する他方のものは、前記水素圧センサ及び前記エア圧センサを除くその他の部品への駆動電力の供給を停止することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池を搭載した移動体。
7. 前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータの両方が故障した場合に、前記燃料電池は出力を停止し、二次電池が代わりの出力をすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池を搭載した移動体。
8. 前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータの両方が故障した場合に、走行を停止することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池を搭載した移動体。
9. 前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータは、故障が生じた場合にその旨の信号を出力する故障信号出力手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池を搭載した移動体。
10. 前記第１定電圧レギュレータ及び前記第２定電圧レギュレータが故障しているか否かの判断は、共通の前記第１定電圧レギュレータ又は前記第２定電圧レギュレータから電力供給を受けるその他の部品の動作に基づいて判断されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池を搭載した移動体。
11. 水素及びエアが供給されて電気化学反応により起電力を発生する燃料電池を搭載した移動体の制御方法において、
    前記エアの信号圧に基づいて水素圧力が調整された水素が前記燃料電池に供給される段階と、
    前記燃料電池に供給される前記エアの圧力検出及び前記水素の圧力検出のいずれか一方が不能になる段階と、
    圧力検出が不能である一方の検出値を、圧力検出が可能な他方の検出値から仮想する段階と、を含むことを特徴とする燃料電池を搭載した移動体の制御方法。

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