JP2015228786A - 燃料電池車両の安全システムおよびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、燃料電池車両の安全システムおよびその制御方法に関する。【解決手段】本発明の実施例に係る燃料電池と高電圧バッテリーを含む電源の電力を利用する燃料電池車両の安全システムは、電源と電力負荷を連結する電力配線に配置される電力スイッチと、電力配線とシャーシとの間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器と、絶縁抵抗測定器で測定した絶縁抵抗測定値に基づいて電力スイッチの作動を制御する制御部とを含み、絶縁抵抗測定値が基準抵抗値以下であれば、制御部は安全モードに進入し、電力スイッチがターンオフして電力負荷に供給する電力を遮断する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池車両の安全システムおよびその制御方法に関する。
燃料電池（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）は、燃料の酸化によって発生する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる、一種の発電装置といえる。基本的に、酸化、還元反応を利用するという点で化学電池と同一であるが、閉じられたシステムの内部で電池反応をする化学電池とは違って、反応物が外部から連続的に供給されて反応生成物が連続的にシステムの外部に除去されるという相違点がある。燃料電池の反応生成物が純粋な水であるため、環境にやさしい車両として燃料電池車両に対する研究が活発に行われている。
燃料電池車両の衝突を感知するために、複数の衝突センサーが具備される。エアバッグ制御器（ａｉｒ ｂａｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ;ＡＣＵ）は、前記複数の衝突センサーから入力された信号に基づいてエアバッグを展開するか否かを判断する。
しかし、複数の衝突センサーから入力される信号を基準としてのみ燃料電池車両の衝突を判断する場合は、実際に発生した衝突を判断できない場合がある。例えば、衝突センサー自体のフェイル（ｆａｉｌ）、衝突センサーと連結された配線のフェイル、または衝突センサの出力値のフェイルなどが発生する場合、実際に発生した衝突を判断できない場合がある。また、エアバッグが展開しないほどの小さい衝突が発生した場合にも、燃料電池車両の一部のシステムは破損し得て、これにより、感電のような２次事故が発生し得る。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、本発明が解決しようとする課題は、絶縁抵抗測定値に基づいて燃料電池車両が危険状態にあるか否かを判断することで、感電を防止することができる燃料電池車両の安全システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施例に係る燃料電池と高電圧バッテリーを含む電源の電力を利用する燃料電池車両の安全システムは、前記電源と電力負荷を連結する電力配線に配置される電力スイッチと、前記電力配線とシャーシとの間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器と、前記絶縁抵抗測定器で測定した絶縁抵抗測定値に基づいて前記電力スイッチの作動を制御する制御部とを含み、前記絶縁抵抗測定値が基準抵抗値以下であれば、前記制御部は安全モードに進入し、前記電力スイッチがターンオフして前記電力負荷に供給する電力を遮断することができる。
前記燃料電池車両の安全システムは、水素タンクと前記燃料電池を連結する水素供給ラインに配置され、前記制御部の制御により開閉する第１バルブをさらに含み、前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であれば、前記第１バルブが完全に閉じられて前記燃料電池に供給する水素を遮断することができる。
前記燃料電池車両の安全システムは、空気ブロワと前記燃料電池を連結する空気供給ラインに配置され、前記制御部の制御により開閉する第２バルブをさらに含み、前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であれば、前記第２バルブが完全に閉じられて前記燃料電池に供給する空気を遮断することができる。
前記燃料電池車両の安全システムは、前記燃料電池車両の衝突を感知して衝突信号を前記制御部に伝達する衝突感知部をさらに含み、前記衝突が感知されれば、前記制御部は前記安全モードに進入することができる。
本発明の他の実施例に係る燃料電池と高電圧バッテリーを含む電源の電力を利用する燃料電池車両の安全システムは、前記電源と電力負荷を連結する電力配線に配置される電力スイッチと、前記電力配線とシャーシとの間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器と、前記燃料電池車両の速度を感知する車速感知部と、前記絶縁抵抗測定器で測定した絶縁抵抗測定値および前記燃料電池車両の速度に基づいて前記電力スイッチの作動を制御する制御部とを含み、前記絶縁抵抗測定値が基準抵抗値以下であり、前記燃料電池車両の速度が基準速度以下であれば、前記制御部は安全モードに進入し、前記電力スイッチがターンオフして前記電力負荷に供給する電力を遮断することができる。
前記燃料電池車両の安全システムは、水素タンクと前記燃料電池を連結する水素供給ラインに配置され、前記制御部の制御により開閉する第１バルブをさらに含み、前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であり、前記燃料電池車両の速度が基準速度以下であれば、前記第１バルブが完全に閉じられて前記燃料電池に供給する水素を遮断することができる。
前記燃料電池車両の安全システムは、空気ブロワと前記燃料電池を連結する空気供給ラインに配置され、前記制御部の制御により開閉する第２バルブをさらに含み、前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であり、前記燃料電池車両の速度が基準速度以下であれば、前記第２バルブが完全に閉じられて前記燃料電池に供給する空気を遮断することができる。
前記燃料電池車両の安全システムは、前記燃料電池車両の衝突を感知して衝突信号を前記制御部に伝達する衝突感知部をさらに含み、前記衝突が感知されれば、前記制御部は前記安全モードに進入することができる。
本発明の実施例に係る燃料電池と高電圧バッテリーを含む電源の電力を利用する燃料電池車両の安全システム制御方法は、絶縁抵抗測定器から絶縁抵抗測定値の入力を受けるステップと、前記絶縁抵抗測定値と基準抵抗値を比較するステップと、前記比較結果により安全モードに進入するか否かを決めるステップと、前記安全モードに進入すれば、前記電源から電力負荷に供給する電力を遮断するステップとを含むことができる。
前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であれば、前記安全モードに進入することができる。
前記燃料電池車両の安全システム制御方法は、前記安全モードに進入すれば、水素タンクから前記燃料電池に供給する水素を遮断するステップをさらに含むことができる。
前記燃料電池車両の安全システム制御方法は、前記安全モードに進入すれば、空気ブロワから前記燃料電池に供給する空気を遮断するステップをさらに含むことができる。
前記燃料電池車両の安全システム制御方法は、衝突感知部から入力される衝突信号に基づいて衝突が感知されれば、前記安全モードに進入するステップをさらに含むことができる。
前記燃料電池車両の安全システム制御方法は、前記燃料電池車両の速度と基準速度を比較するステップをさらに含み、前記安全モードに進入するか否かを決めるステップでは、前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であり、前記燃料電池車両の速度が基準速度以下であれば、前記安全モードに進入することができる。
上述したように本発明の実施例によると、絶縁抵抗測定値に基づいて燃料電池車両が危険状態にあるか否かを判断して、電力および水素の供給を遮断することができる。
本発明の一実施例に係る燃料電池車両の概略的な構成図である。 本発明の一実施例に係る燃料電池車両の安全システム制御方法のフローチャートである。 本発明の他の実施例に係る燃料電池車両の安全システム制御方法のフローチャートである。
以下、添付の図面を参考として本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、ここで説明する実施例に限定されず、他の形態に具体化することもできる。
本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付けた。
また、図面に示した各構成は、説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図面に示されたものに限定されない。
図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池車両の概略的な構成図である。
図１に示すように、本発明の実施例に係る燃料電池車両は、燃料電池１２と高電圧バッテリー１４を含む電源１０の電力を利用する。本発明の実施例に係る燃料電池車両の安全システム１００は、絶縁抵抗測定値に基づいて制御部２０の制御により電力負荷３０に供給する電力、水素タンク（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｔａｎｋ）４２から前記燃料電池１２に供給する水素を遮断する。
前記電力負荷３０は、燃料電池車両を駆動させる駆動モータおよび電力を利用する各種の電子装置を含む。
前記燃料電池１２は、燃料としての水素と酸化剤である空気の電気化学的な反応によって電力を生成する。前記生成した電力は、電力負荷３０に供給される。
前記水素タンク４２に貯蔵された水素は、水素供給ライン４４を通じて燃料電池１２に供給される。第１バルブ４６は、前記水素タンク４２と前記燃料電池１２を連結する前記水素供給ライン４４に配置される。前記第１バルブ４６は、制御部２０の制御により開閉し、前記第１バルブ４６が完全に閉じられれば水素の供給が遮断される。
空気ブロワ（ａｉｒ ｂｌｏｗｅｒ）５２は、空気供給ライン５４を通じて燃料電池１２に酸素を含む外部空気を供給する。第２バルブ５６は、前記空気供給ライン５４に配置される。前記第２バルブ５６は、制御部２０の制御により開閉し、前記第２バルブ５６が完全に閉じられれば空気の供給が遮断される。
前記電源１０と前記電力負荷３０を連結する電力配線３２には電力スイッチ３４が配置される。前記電力スイッチ３４がオンの状態である時、前記電源１０で発生した電力が前記電力負荷３０に供給される。
絶縁抵抗測定器（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）６０は、前記電力配線３２とシャーシ６２との間の絶縁抵抗（Ｒｉ）を測定する。絶縁抵抗測定器６０で測定した絶縁抵抗測定値は、制御部２０に伝達される。シャーシ６２は、燃料電池車両の電気的グラウンド（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｇｒｏｕｎｄ）の役割をする。
衝突感知部７２は、燃料電池車両の衝突を感知して衝突信号を制御部２０に伝達する。衝突感知部７２は、燃料電池車両内の設定された位置に装着され、衝突が発生すれば出力値が変化する複数の衝突センサー、および衝撃量によりエアバッグを展開するか否かを判断するエアバッグ制御器（ａｉｒ ｂａｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ;ＡＣＵ）のいずれか一つである。
車速感知部７４は、燃料電池車両の速度を感知し、燃料電池車両のホイールに装着される。
制御部２０は、設定されたプログラムによって動作する一つ以上のマイクロプロセッサーで具現され、このような設定されたプログラムは、後述する本発明の実施例に係る燃料電子車両の安全システムの制御方法に含まれた各ステップを行うための一連の命令を含むことにしてもよい。
制御部２０は、前記絶縁抵抗測定値に基づいて前記電力スイッチ３４、前記第１バルブ４６、および前記第２バルブ５６の作動を制御する。
以下、図２および図３を参考として、本発明の実施例に係る燃料電池車両の安全システム制御方法を具体的に説明する。
図２は、本発明の一実施例に係る燃料電池車両の安全システム制御方法のフローチャートである。
図２に示すように、本発明の実施例に係る燃料電池車両の安全システムの制御方法は、絶縁抵抗測定器６０が前記絶縁抵抗（Ｒｉ）を測定することで始まる（Ｓ１００）。制御部２０は、前記絶縁抵抗測定器６０によって測定された絶縁抵抗測定値の入力を受ける。
制御部２０は、前記絶縁抵抗測定値と基準抵抗値を比較する（Ｓ１１０）。前記基準抵抗値は、当業者が好ましいと判断される値（一例として、１００[Ｏ／Ｖｄｃ]）に設定する。一般に、燃料電池車両の安全性のために、絶縁抵抗値は１００[Ｏ／Ｖｄｃ]より大きいように管理される。
Ｓ１１０ステップにおいて、前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値を超えれば、制御部２０は、本発明の一実施例に係る燃料電池車両の安全システム制御方法を終了する。
Ｓ１１０ステップにおいて、前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であれば、制御部２０は、燃料電池車両が危険状態（例えば、衝突または浸水）にあると判断する。
前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であれば、制御部２０は、安全モード（ｓａｆｅ ｍｏｄｅ）に進入する（Ｓ１２０）。前記安全モードに進入すれば、制御部２０は、電力負荷３０に供給する電力および燃料電池１２に供給される水素を遮断する。具体的に、電力スイッチ３４は、制御部２０の制御信号（ＣＯＮＴ１）によりターンオフして、電源１０から電力負荷３０に供給する電力が遮断される。第１バルブ４６は、制御部２０の制御信号（ＣＯＮＴ２）により完全に閉じられて、燃料電池１２に供給される水素を遮断する。また、第２バルブ５６は、制御部２０の制御信号（ＣＯＮＴ３）により完全に閉じられて、燃料電池１２に供給される空気を遮断する。
また、制御部２０は、衝突感知部７２から入力される衝突信号に基づいて前記安全モードに進入するか否かを決める。つまり、衝突感知部７２で衝突を感知する場合だけでなく、絶縁抵抗測定値が非正常的に低い場合も電力および水素の供給を遮断することができる。衝突感知部７２の衝突信号のみを利用する場合とは違って、衝突感知部７２自体のフェイル、衝突感知部７２と連結された配線のフェイル、または衝突感知部７２の出力値のフェイルなどが発生する場合も、絶縁抵抗測定値に基づいて燃料電池車両が危険状態にあるか否かを判断することができ、感電を防止することができる。
図３は、本発明の他の実施例に係る燃料電池車両の安全システム制御方法のフローチャートである。
図３を参照すると、本発明の他の実施例に係る燃料電池車両の安全システム制御方法は、燃料電池車両の速度と基準速度を比較するステップ（Ｓ２２０）をさらに含んでいることを除いては、図２の燃料電池車両の安全システム制御方法と同一である。
制御部２０は、燃料電池車両の衝突が発生するか否かを正確に判断するために、燃料電池車両の速度と基準速度を比較する（Ｓ２２０）。前記基準速度は、当業者が好ましいと判断される値（一例として、０[ｋｍ／ｈ]）に設定することができる。
制御部２０は、絶縁抵抗測定器６０自体のフェイル、絶縁抵抗測定器６０と連結された配線のフェイル、または絶縁抵抗測定器６０の出力値のフェイルなどが発生する場合、誤った絶縁抵抗測定値により衝突が発生したと誤って判断し得る。従って、制御部２０は、絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下の状態で、燃料電池車両が停止したか否かを判断する。
Ｓ２２０ステップにおいて、前記燃料電池車両の速度が前記基準速度を超えれば、制御部２０は、本発明の他の実施例に係る燃料電池車両の安全システム制御方法を終了する。
Ｓ２２０ステップにおいて、前記燃料電池車両の速度が前記基準速度以下であれば、制御部２０は、前記安全モードに進入する（Ｓ２３０）。これにより、燃料電池車両が危険状態にあるか否かを正確に判断することができる。
上述したように本発明の実施例によると、絶縁抵抗測定値に基づいて燃料電池車両が危険状態にあるか否かを判断して、電力および水素の供給を遮断することができる。
以上で本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
１０：電源
１２：燃料電池
１４：高電圧バッテリー
２０：制御部
３０：電力負荷
４２：水素タンク
４４：水素供給ライン
４６：第１バルブ
５２：空気ブロワ
５４：空気供給ライン
５６：第２バルブ
６０：絶縁抵抗測定器
６２：シャーシ
７２：衝突感知部
７４：車速感知部
１００：安全システム

Claims (14)

  1. 燃料電池と高電圧バッテリーを含む電源の電力を利用する燃料電池車両の安全システムにおいて、
    前記電源と電力負荷を連結する電力配線に配置される電力スイッチと、
    前記電力配線とシャーシとの間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器と、
    前記絶縁抵抗測定器で測定した絶縁抵抗測定値に基づいて前記電力スイッチの作動を制御する制御部と、
    を含み、
    前記絶縁抵抗測定値が基準抵抗値以下であれば、前記制御部は安全モードに進入し、前記電力スイッチがターンオフして前記電力負荷に供給する電力を遮断する、燃料電池車両の安全システム。
  2. 水素タンクと前記燃料電池を連結する水素供給ラインに配置され、前記制御部の制御により開閉する第１バルブ、
    をさらに含み、
    前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であれば、前記第１バルブが完全に閉じられて前記燃料電池に供給する水素を遮断する、請求項１に記載の燃料電池車両の安全システム。
  3. 空気ブロワと前記燃料電池を連結する空気供給ラインに配置され、前記制御部の制御により開閉する第２バルブ、
    をさらに含み、
    前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であれば、前記第２バルブが完全に閉じられて前記燃料電池に供給する空気を遮断する、請求項１に記載の燃料電池車両の安全システム。
  4. 前記燃料電池車両の衝突を感知して衝突信号を前記制御部に伝達する衝突感知部、
    をさらに含み、
    前記衝突が感知されれば、前記制御部は前記安全モードに進入する、請求項１に記載の燃料電池車両の安全システム。
  5. 燃料電池と高電圧バッテリーを含む電源の電力を利用する燃料電池車両の安全システムにおいて、
    前記電源と電力負荷を連結する電力配線に配置される電力スイッチと、
    前記電力配線とシャーシとの間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器と、
    前記燃料電池車両の速度を感知する車速感知部と、
    前記絶縁抵抗測定器で測定した絶縁抵抗測定値および前記燃料電池車両の速度に基づいて前記電力スイッチの作動を制御する制御部と、
    を含み、
    前記絶縁抵抗測定値が基準抵抗値以下であり、前記燃料電池車両の速度が基準速度以下であれば、前記制御部は安全モードに進入し、前記電力スイッチがターンオフして前記電力負荷に供給する電力を遮断する、燃料電池車両の安全システム。
  6. 水素タンクと前記燃料電池を連結する水素供給ラインに配置され、前記制御部の制御により開閉する第１バルブ、
    をさらに含み、
    前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であり、前記燃料電池車両の速度が基準速度以下であれば、前記第１バルブが完全に閉じられて前記燃料電池に供給する水素を遮断する、請求項５に記載の燃料電池車両の安全システム。
  7. 空気ブロワと前記燃料電池を連結する空気供給ラインに配置され、前記制御部の制御により開閉する第２バルブ、
    をさらに含み、
    前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であり、前記燃料電池車両の速度が基準速度以下であれば、前記第２バルブが完全に閉じられて前記燃料電池に供給する空気を遮断する、請求項５に記載の燃料電池車両の安全システム。
  8. 前記燃料電池車両の衝突を感知して衝突信号を前記制御部に伝達する衝突感知部、
    をさらに含み、
    前記衝突が感知されれば、前記制御部は前記安全モードに進入する、請求項５に記載の燃料電池車両の安全システム。
  9. 燃料電池と高電圧バッテリーを含む電源の電力を利用する燃料電池車両の安全システムを制御する方法において、
    絶縁抵抗測定器から絶縁抵抗測定値の入力を受けるステップと、
    前記絶縁抵抗測定値と基準抵抗値を比較するステップと、
    前記比較結果により安全モードに進入するか否かを決めるステップと、
    前記安全モードに進入すれば、前記電源から電力負荷に供給する電力を遮断するステップと、
    を含む、燃料電池車両の安全システム制御方法。
  10. 前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であれば、前記安全モードに進入する、請求項９に記載の燃料電池車両の安全システム制御方法。
  11. 前記安全モードに進入すれば、水素タンクから前記燃料電池に供給する水素を遮断するステップ、
    をさらに含む、請求項９に記載の燃料電池車両の安全システム制御方法。
  12. 前記安全モードに進入すれば、空気ブロワから前記燃料電池に供給する空気を遮断するステップ、
    をさらに含む、請求項９に記載の燃料電池車両の安全システム制御方法。
  13. 衝突感知部から入力される衝突信号に基づいて衝突が感知されれば、前記安全モードに進入するステップ、
    をさらに含む、請求項９に記載の燃料電池車両の安全システム制御方法。
  14. 前記燃料電池車両の速度と基準速度を比較するステップ、
    をさらに含み、
    前記安全モードに進入するか否かを決めるステップでは、
    前記絶縁抵抗測定値が前記基準抵抗値以下であり、前記燃料電池車両の速度が基準速度以下であれば、前記安全モードに進入する、請求項９に記載の燃料電池車両の安全システム制御方法。
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