JP2017130293A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおけるリレー回路の溶着を検出するために要する時間を短縮する。
【解決手段】燃料電池システムは、第１のコンデンサを有する昇圧コンバータと；昇圧コンバータとパワーコントロールユニットと間に配置されるリレー回路であって、第１メインリレーと、第１メインリレーと対をなす第２メインリレーと、第２メインリレーに並列に接続されるプリチャージリレーと、プリチャージリレーと直列に接続される制限抵抗と、を有するリレー回路と；燃料電池システムの起動時に、燃料電池システムの起動と終了とが所定の時間以内に所定の回数以上行なわれていた場合に、第１メインリレーを開いて、プリチャージリレーを開いた状態から閉じた状態へと変化させた後に、第１のコンデンサの電位が予め設定された所定の電位以下に変化した場合、第１メインリレーの溶着を検出する制御装置と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムの技術に関する。

特許文献１には、燃料電池（ＦＣ）と、燃料電池が出力する電圧を昇圧させるＦＣ用昇圧コンバータとの間に、リレー回路が設けられた燃料電池システムが記載されている。

特開２０１３−２４７０８４号公報

燃料電池システム内に設けられたリレー回路に大きな電流が流れてしまうと、リレー回路が溶着するおそれがある。リレー回路が溶着してしまうと、燃料電池システム内の回路の開閉に不具合を生じて、燃料電池システムを正常に制御できない。そのため、燃料電池システム内のリレー回路が溶着してしまった場合に、リレー回路の溶着を正しく検出する必要があり、当該溶着を確認するために要する時間を短縮したいという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この形態の燃料電池システムは、燃料電池と；前記燃料電池が出力する電圧を昇圧させ、第１のコンデンサを有する昇圧コンバータと；第２のコンデンサを有するパワーコントロールユニットと；前記昇圧コンバータと前記パワーコントロールユニットと間に配置されるリレー回路であって、第１メインリレーと、前記第１メインリレーと対をなす第２メインリレーと、前記第２メインリレーに並列に接続されるプリチャージリレーと、前記プリチャージリレーと直列に接続される制限抵抗と、を有するリレー回路と；検出された前記第１のコンデンサの電位を用いて、前記第１メインリレーの溶着を検出する制御装置と、を備え；前記制御装置は、前記燃料電池システムの起動時に、前記燃料電池システムの起動と終了とが所定の時間以内に所定の回数以上行なわれていた場合に、前記第１メインリレーを開いて、前記プリチャージリレーを開いた状態から閉じた状態へと変化させた後に、前記第１のコンデンサの電位が予め設定された所定の電位以下に変化した場合、前記第１メインリレーの溶着を検出する。この形態の燃料電池システムによれば、制限抵抗が通電不可能な過熱状態の場合に、燃料電池システムの終了時に制限抵抗の放熱を待ってから第１メインリレーの溶着の有無を判断するのではなく、燃料電池システムの起動時に第１のコンデンサの電位を用いて第１メインリレーの溶着の有無を判断する。そのため、制限抵抗の放熱を待たずに第１メインリレーの溶着を検出でき、燃料電池システムのリレー回路の溶着の検出に要する時間を短縮できる。

本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システム、燃料電池システムを搭載した車両、燃料電池システムの制御方法、燃料電池システムの制御方法を実現させるためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

本実施形態における燃料電池システムの概略図である。 リレー溶着を検出する工程を含む燃料電池システムの起動処理のフローチャートである。 システム起動処理の各処理に応じたリレーの動きおよび蓄えられた電荷についての説明図である。 リレー溶着を検出する工程を含む燃料電池システムの終了処理のフローチャートである。 システム終了処理の各処理に応じたリレーの動きおよび蓄えられた電荷についての説明図である。 比較例におけるシステム終了処理の各処理に応じたリレーの動きおよび蓄えられた電荷についての説明図である。

Ａ−１．燃料電池システムの構成：
図１は、本実施形態における燃料電池システム１００の概略図である。図１に示す燃料電池システム１００は、例えば、燃料電池の発電によって走行する車両に搭載されるシステムである。図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１００は、制御装置６０と、燃料電池１０と、ＦＣ昇圧コンバータ２０と、ＦＣリレー回路３０と、パワーコントロールユニット４０（ＰＣＵ４０）と、二次電池５０と、二次電池用リレー回路７０と、補機バッテリ１０５と、トラクションモーターＭＧ２と、エアコンプレッサＭＧ１とを備えている。

制御装置６０は、制御信号を送信することで、ＰＣＵ４０と、ＦＣリレー回路３０の開閉と、二次電池用リレー回路７０の開閉とを制御する。ＰＣＵ４０は、制御装置６０から送信された制御信号に基づいて、燃料電池システム１００における各部へと送電する電力量を制御する。ＰＣＵ４０は、電荷を蓄えられる第２コンデンサ４１と、二次電池５０から供給される電力の電圧を昇圧させる昇圧ＩＰＭ４５（Intelligent Power Module）と、電力を消費可能なエアコンプレッサＭＧ１およびトラクションモーターＭＧ２に接続されたＩＰＭ４８と、を有している。詳細については後述するが、制御装置６０は、ＰＣＵ４０から送信される制御信号に基づいて、第２コンデンサ４１に蓄えられた電荷や後述する第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷を検出し、検出した電荷に基づいて、二次電池用リレー回路７０を構成する３つのリレーの溶着、および、ＦＣリレー回路３０を構成する３つのリレーの溶着を検出する。なお、第２コンデンサ４１および第１コンデンサ２１のそれぞれには、並列に第２電圧計Ｖ２および第１電圧計Ｖ１が接続されており、制御装置６０は、それぞれの電圧計が測定した電位を取得する。

燃料電池１０は、反応ガスである水素と酸素とを反応させて発電する電池である。燃料電池システム１００を搭載した車両は、反応ガスとしての水素を貯留した水素タンク（図示しない）を有している。エアコンプレッサＭＧ１は、大気中から空気を圧縮して、反応ガスとしての酸素を燃料電池１０へと供給する。

ＦＣ昇圧コンバータ２０は、燃料電池１０が出力する電圧を、トラクションモーターＭＧ２の駆動電圧まで昇圧させる昇圧コンバータである。ＦＣ昇圧コンバータ２０は、電荷を蓄えることができる第１コンデンサ２１を有している。第１コンデンサ２１を含むリレーの溶着の詳細については、後述する。なお、ＦＣ昇圧コンバータ２０は、請求項における昇圧コンバータに相当する。

ＦＣリレー回路３０は、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０との電気的な接続と遮断とを切り替える回路である。図１に示すように、ＦＣリレー回路３０は、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０との間に配置されている。ＦＣリレー回路３０は、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢと、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢと対を成すＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧと、ＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧに並列に接続されているＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰと、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰに直列に接続されている制限抵抗Ｒｃと、を有する。ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰおよびＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢが閉じて、制限抵抗Ｒｃに電圧が加わると、制限抵抗Ｒｃが発熱する。ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰの開閉が一定期間で複数回実行されると、制限抵抗Ｒｃが通電不可能になるまで過熱される。詳細については後述するが、制限抵抗Ｒｃが過熱されると、制御装置６０は、燃料電池システム１００の終了時に、制限抵抗Ｒｃが放熱するまで、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着を検出できない。

ＦＣリレー回路３０における回路の開閉のタイミングの詳細については後述するが、燃料電池システム１００の起動時には、制御装置６０は、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢを閉じた後に、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰを閉じて、第２コンデンサ４１を充電させた後に、ＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧを閉じる。燃料電池システム１００の燃料電池１０の発電の終了時には、起動時と異なる順番で各リレーの開閉が実行される。なお、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢは、請求項における第１メインリレーに相当し、ＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧは、請求項における第２メインリレーに相当し、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰは、請求項におけるプリチャージリレーに相当する。

二次電池５０は、燃料電池１０の発電によって得られた電力やトラクションモーターＭＧ２の回生エネルギーを一時的に蓄える電池である。二次電池５０に蓄えられた電力は、燃料電池システム１００における各制御部を駆動させるために用いられる。二次電池用リレー回路７０は、二次電池５０とＰＣＵ４０との電気的な接続と遮断とを切り替えるリレー回路である。二次電池用リレー回路７０は、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢと、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢと対を成す二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧと、二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧと並列に接続されている二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰと、を有する。燃料電池システム１００の起動時には、制御装置６０は、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢを閉じた後に、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰを閉じて、昇圧ＩＰＭ４５に含まれる昇圧ＩＰＭコンデンサＶＬを充電させた後に、二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧを閉じる。燃料電池システム１００の燃料電池１０の発電の終了時には、制御装置６０は、二次電池用リレー回路７０において、起動時と反対の順番で各リレーを開いていく。なお、二次電池５０は、請求項におけるバッテリに相当する。

トラクションモーターＭＧ２は、燃料電池１０または二次電池５０から供給された電力によって駆動されるモーターである。トラクションモーターＭＧ２は、燃料電池システム１００を搭載している車両のタイヤを駆動させて、車両を走行させる。補機バッテリ１０５は、二次電池５０から供給された電力を一時的に蓄える補機用の電池である。補機バッテリ１０５に蓄えられた電力は、補機を駆動させるために用いられる。

Ａ−２．システム起動処理のリレー溶着の検出：
図２は、リレー溶着を検出する工程を含む燃料電池システム１００の起動処理のフローチャートである。本実施形態では、制御装置６０は、燃料電池システム１００を起動する際に、制限抵抗Ｒｃが過熱された過熱状態であるか否かを判定する。制御装置６０は、制限抵抗Ｒｃが過熱状態であると判定した場合に、燃料電池システム１００の起動処理時にＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着を検出するための溶着チェックを実行する。なお、制御装置６０は、ＦＣリレー回路３０および二次電池用リレー回路７０を構成する全てのリレーを開いた後に、燃料電池システム１００の起動処理を始める。

図２に示すように、システム起動処理では、初めに、制御装置６０は、制限抵抗Ｒｃが過熱状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御装置６０は、予め設定された所定の時間以内に、燃料電池システム１００の起動と終了とが所定の回数以上行なわれた場合に、制限抵抗Ｒｃが過熱状態であると判定する。制御装置６０は、制限抵抗Ｒｃが過熱状態であると判定した場合に（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢおよびＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰを閉じる（ステップＳ１３）。その後、制御装置６０は、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰおよびＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着チェックを実行する（ステップＳ１５）。

図３は、システム起動処理の各処理に応じたリレーの動きおよび蓄えられた電荷についての説明図である。図３では、ＦＣリレー回路３０および二次電池用リレー回路７０を構成する６つのリレーの開閉が、図２に示す各処理に応じたステップ状に示されている。また、図３では、図２に示す各処理に応じて変化する第２コンデンサ４１および第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷の量が、充電できる電荷の量を１００パーセント（％）としたときの０％から１００％までの比率のグラフとして示されている。なお、制限抵抗Ｒｃが過熱状態の場合、第１コンデンサ２１に蓄えられている電荷は、燃料電池システム１００の前回の終了に応じて変化して不安定であるため、図３において、破線で示している。制限抵抗Ｒｃが過熱状態である場合には、燃料電池１０の電位が落ちきっておらず、第１コンデンサ２１に電荷が放電されずに蓄えられている状態である。第１コンデンサ２１に並列に接続された第１電圧計Ｖ１によって、制御装置６０は、第１コンデンサ２１の電位を取得できる。

図３に示すように、ステップＳ１３の処理が実行されると、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢが、開いた状態から閉じた状態へと変化する。ステップＳ１３の処理が実行された状態では、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰおよび二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧが開いた状態である。そのため、二次電池用リレー回路７０は、二次電池５０とＰＣＵ４０とを電気的に接続していない。よって、二次電池５０から第２コンデンサ４１に電力が供給されないため、図３の領域Ｃ１に示すように、第２コンデンサ４１の電荷は蓄えられない。一方で、ステップＳ１３の処理が実行された後に、第２コンデンサ４１の電荷が蓄えられる場合には、二次電池用リレー回路７０が二次電池５０とＰＣＵ４０とが電気的に接続されている。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ１３の処理を実行した後に、第２コンデンサ４１の電荷が蓄えられる場合には、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰが溶着していると判断できる。なお、図２のフローチャートには示していないが、制御装置６０は、システム起動処理において、いずれかのリレーで溶着を検出すると、燃料電池システム１００の起動を停止するなど、通常の起動処理とは異なる処理を実行する。

ステップＳ１３の処理が実行されると、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢと同様に、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰが、開いた状態から閉じた状態へと変化する。ステップＳ１３の処理が実行された状態では、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰおよびＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧが開いた状態である。そのため、ＦＣリレー回路３０は、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０とを電気的に接続していない。よって、燃料電池１０の落ちきっていない電位によって、図３の領域Ｃ２に示すように、ＦＣ昇圧コンバータ２０の第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷は、消費されない。一方で、ステップＳ１３の処理が実行された後に、第１コンデンサ２１の電荷が変化する場合には、ＦＣ昇圧コンバータ２０とパワーコントロールユニット４０とが電気的に接続されている。この場合に、第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷は、エアコンプレッサＭＧ１やトラクションモーターＭＧ２を駆動させるために消費される。そのため、制御装置６０は、ステップＳ１３の処理を実行した後に、第１コンデンサ２１の電荷が消費されて、第１コンデンサ２１の電位が所定の電位以下に変化する場合に、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢが溶着していると判断できる。このように、本実施形態では、制御装置６０は、制限抵抗Ｒｃが過熱状態である場合に、燃料電池システム１００の起動処理において、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着を検出できる。

制御装置６０は、図２のステップＳ１５の処理を実行すると、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰおよびＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢを閉じる（ステップＳ１７）。二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰが閉じられると、二次電池５０とＰＣＵ４０とが電気的に接続する。そのため、二次電池５０から供給された電力によって、図３に示すように、第２コンデンサ４１に電荷が蓄えられる。ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢが閉じられると、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０とが電気的に接続され、結果として、ＦＣ昇圧コンバータ２０と二次電池５０とが電気的に接続される。そのため、二次電池５０から供給された電力によって、図３に示すように、ＦＣ昇圧コンバータ２０の第１コンデンサ２１に電荷が蓄えられる。

制御装置６０は、ステップＳ１７の処理を実行して、第１コンデンサ２１および第２コンデンサ４１に電荷が蓄えられたことを確認した後、二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧおよびＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧを閉じる（ステップＳ２３）。制御装置６０は、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰおよびＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰの回路を開く（ステップＳ２５）。その後、燃料電池システム１００における燃料電池１０が発電する準備が完了して（ステップＳ２７）、システム起動処理を終了する。

制御装置６０は、ステップＳ１１の処理において、制限抵抗Ｒｃが過熱状態ではないと判定した場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢを閉じ、図３の破線Ｌ１で示すように、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢを閉じる（ステップＳ１９）。ステップＳ１９の処理では、ステップＳ１３の処理と異なり、図３の破線Ｌ２で示すように、制御装置６０は、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰを閉じない。制御装置６０は、ステップＳ１９の処理を実行した後、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰを閉じ、図３の破線Ｌ２で示すように、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰを閉じ（ステップＳ２１）、前述したステップＳ２３以降の処理を実行する。すなわち、制御装置６０は、制限抵抗Ｒｃが過熱状態でない場合には、制限抵抗Ｒｃが過熱状態である場合と比較して、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢと閉じるタイミングとＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰを閉じるタイミングとを入れ替える。そのため、本実施形態では、制御装置６０は、燃料電池システム１００の起動処理において、制限抵抗Ｒｃが過熱状態である場合に、各リレーの開閉の回数を変化させずに、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着を検出できる。

Ａ−３．システム終了処理のリレー不具合の検出：
図４は、リレー溶着を検出する工程を含む燃料電池システム１００の終了処理のフローチャートである。図４に示すように、システム終了処理では、初めに、制御装置６０は、反応ガスの供給を止めることで、燃料電池１０の発電を終了させる（ステップＳ４１）。次に、制御装置６０は、閉じている二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧおよび閉じているＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧを開く（ステップＳ４３）。

図５は、システム終了処理の各処理に応じたリレーの動きおよび蓄えられた電荷についての説明図である。図５では、図３と同様に、ＦＣリレー回路３０および二次電池用リレー回路７０を構成する６つのリレーの開閉が図４に示す各処理に応じたステップ状に示されている。また、図５では、図３と同様に、図４に示す各処理に応じて第２コンデンサ４１の変化する電荷の量が、充電できる電荷の量を１００％としたときの０％から１００％までのグラフとして示されている。

図５に示すように、二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧが開くと、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰも開いているため、二次電池用リレー回路７０は、二次電池５０とＰＣＵ４０とを電気的に遮断する。二次電池用リレー回路７０と同じように、ＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧが開くと、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰも開いているため、ＦＣリレー回路３０は、ＰＣＵ４０と、燃料電池１０およびＦＣ昇圧コンバータ２０とを電気的に遮断する。

制御装置６０は、図４のステップＳ４３の処理を実行すると、第２コンデンサ４１の電荷を放電するディスチャージを実行する（ステップＳ４５）。第２コンデンサ４１のディスチャージは、燃料電池システム１００のシステムを終了する際に、安全のために実行される。第２コンデンサ４１のディスチャージは、エアコンプレッサＭＧ１およびトラクションモーターＭＧ２が駆動することで実行される。なお、他の実施形態では、昇圧ＩＰＭ４５に含まれる放電機構が放電することで、第２コンデンサ４１のディスチャージが実行されてもよい。

制御装置６０は、ステップＳ４５の処理を実行すると、二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧおよびＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧの溶着チェックを実行する（ステップＳ４７）。二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧが溶着していない場合、二次電池用リレー回路７０は、二次電池５０とＰＣＵ４０とを電気的に遮断している。そのため、エアコンプレッサＭＧ１およびトラクションモーターＭＧ２が消費する電力として、二次電池５０から供給されず、第２コンデンサ４１に蓄えられた電荷が消費される。この場合、ステップＳ４３の第２コンデンサ４１のディスチャージによって、第２コンデンサ４１の電荷が減っていく（図５の領域Ｃ５）。一方で、二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧが溶着している場合には、エアコンプレッサＭＧ１およびトラクションモーターＭＧ２が消費する電力は、電気的に接続している二次電池５０から供給されるため、第２コンデンサ４１の電荷が減らない。そのため、制御装置６０は、検出された第２コンデンサ４１の電荷の量の変化を取得することで、二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧの溶着を判断できる。

制御装置６０は、図４のステップＳ４７の処理において、ＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧが溶着していると、ＦＣリレー回路３０は、ＰＣＵ４０と、第１コンデンサ２１を含むＦＣ昇圧コンバータ２０とを電気的に接続する。この場合に、第２コンデンサ４１のディスチャージ（ステップＳ４５）が開始されると、エアコンプレッサＭＧ１およびトラクションモーターＭＧ２は、第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷を消費して駆動する。そのため、ＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧが溶着していると、第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷は、徐々に減って０％に変化する（図５の領域Ｃ６）。よって、制御装置６０は、第２コンデンサ４１のディスチャージを開始してから所定の時間が経過した後に検出された第１コンデンサ２１の電位を取得することで、ＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧが溶着しているかを判断できる。

制御装置６０は、図４のステップＳ４７の処理を実行すると、第２コンデンサ４１のディスチャージが終了した後に、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰの溶着チェックを実行する（ステップＳ４９）。ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰが溶着していると、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢが閉じているため、ＦＣリレー回路３０は、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０とを電気的に接続する。この場合、エアコンプレッサＭＧ１およびトラクションモーターＭＧ２は、第２コンデンサ４１のディスチャージが終了したあとも、ＦＣ昇圧コンバータ２０の第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷を消費して駆動する。よって、制御装置６０は、図５の領域Ｃ７における第１コンデンサ２１の電位が下がると、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰが溶着していると判断できる。

制御装置６０は、図４のステップＳ４９の処理を実行すると、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢおよびＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢを開く（ステップＳ５１）。制御装置６０は、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰを閉じる（ステップＳ５３）。その後、制御装置６０は、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢの溶着チェックを実行する（ステップＳ５５）。二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰが閉じているため、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢが溶着していると、二次電池用リレー回路７０は、二次電池５０とＰＣＵ４０とを電気的に接続する。この場合、二次電池５０から第２コンデンサ４１に電力が供給されるため、第２コンデンサ４１に電荷が蓄えられる（図５の領域Ｃ８）。そのため、制御装置６０は、検出された第２コンデンサ４１の電位を取得することで、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢの溶着を判断できる。

制御装置６０は、図４のステップＳ５３の処理を実行すると、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰを開いて（ステップＳ５７）、システム終了処理を終了する。なお、充電された状態にある第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷は、燃料電池システム１００のシステムが終了した後に、徐々に放電される。

Ａ−４．比較例におけるシステム終了処理のリレー不具合の検出：
図６は、比較例におけるシステム終了処理の各処理に応じたリレーの動きおよび蓄えられた電荷についての説明図である。比較例の燃料電池システム１００ａは、実施形態の燃料電池システム１００と同じである。比較例では、実施形態と比較して、燃料電池システム１００ａの終了処理時に、制御装置６０ａが、制限抵抗Ｒｃが過熱状態である場合に、制限抵抗Ｒｃが放熱してから、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着チェックを実行する点が異なる。図６では、比較例の燃料電池システム１００ａにおいて、図５の説明図に対応する説明図が示されている。

比較例のシステム終了処理では、制御装置６０ａは、制限抵抗Ｒｃが過熱状態であると制限抵抗Ｒｃが通電不可能であるため、放熱期間Ｔ１（例えば、５０秒（ｓ））が経過してから、図４のステップＳ４３の処理を実行する。制御装置６０ａは、実施形態と同様のステップＳ４３からステップＳ５１までの処理を実行した後に、ステップＳ５３の処理として、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰを閉じ、さらに、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰを閉じる。制御装置６０ａは、比較例のステップＳ５５の処理とし、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢの溶着チェックに加え、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着チェックを実行する。ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢが溶着していると、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０とが電気的に接続される。この場合、ＦＣ昇圧コンバータ２０の第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷は、エアコンプレッサＭＧ１およびトラクションモーターＭＧ２を駆動させるために消費する。すなわち、制御装置６０ａは、第１コンデンサ２１に蓄えられた電荷が減少する場合に、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢが溶着していると判断できる（図６の領域Ｃ９）。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１００では、ＦＣリレー回路３０は、第１コンデンサ２１を有するＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０との間に配置されている。ＦＣリレー回路３０を構成するＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰは、制限抵抗Ｒｃと直列に接続されている。制御装置６０は、燃料電池システム１００の終了時にＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰの開閉が一定期間で複数回実行されるなどして制限抵抗Ｒｃが過熱状態の場合に、燃料電池システム１００の起動処理時に、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着チェックを実行する。制御装置６０は、前回の燃料電池システム１００の終了処理時に放電しきっていない第１コンデンサ２１の電位が所定の電位以下に変化した場合に、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着を検出する。そのため、本実施形態の燃料電池システム１００では、制限抵抗Ｒｃが過熱状態である場合に、燃料電池システム１００の終了処理において制限抵抗Ｒｃの放熱期間Ｔ１を待たなくても、燃料電池システム１００の起動処理にＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢの溶着チェックを実行できる。これにより、制御装置６０は、燃料電池システム１００の起動処理および終了処理をあわせた１サイクルの処理において、燃料電池システム１００に含まれるリレー溶着の検出を短時間で実行できる。また、本実施形態の燃料電池システム１００では、制限抵抗Ｒｃが過熱状態であっても、燃料電池システム１００の起動処理におけるＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢとＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰとの接続のタイミング（図３のステップＳ１３およびステップＳ１７と、ステップＳ１９およびステップＳ２１）を交換するだけである。そのため、制御装置６０は、制限抵抗Ｒｃが非過熱状態のときと同様の時間で燃料電池システム１００の起動処理を実行できる。また、制御装置６０は、制限抵抗Ｒｃが過熱状態の場合に、接続のタイミングを交換するだけで、リレー回路の開閉の回数を増やさなくても、リレー溶着を検出できる。また、本実施形態の燃料電池システム１００では、ＦＣリレー回路３０には、燃料電池１０が発電した電圧がＦＣ昇圧コンバータ２０によって、モーター駆動電圧まで昇圧された電圧が入力される。これにより、ＦＣリレー回路３０に同一の電力が入力される場合であっても、ＦＣリレー回路３０に入力される電流が小さくなり、ＦＣリレー回路３０における発熱量が小さくなり、ＦＣリレー回路３０を構成するリレーで発生する溶着を低減できる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

上記実施形態では、制限抵抗Ｒｃが過熱状態に変化する一例として、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰが一定期間で複数回実行された例を挙げたが、制限抵抗Ｒｃが過熱状態に変化する場合については、種々変形可能である。例えば、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰが複数回実行されていなくても、燃料電池システム１００の終了処理が実行されてから、予め設定された時間以内に再び燃料電池システム１００が起動する場合であってもよい。

上記実施形態では、制限抵抗Ｒｃの放熱期間Ｔ１として、５０ｓを例に挙げたが、放熱期間Ｔ１としては、燃料電池システム１００の構成や制限抵抗Ｒｃの抵抗値に応じて種々変形可能である。放熱期間Ｔ１は、５０ｓよりも短くてもよいし、長くてもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池
２０…ＦＣ昇圧コンバータ
２１…第１コンデンサ
３０…ＦＣリレー回路
４０…ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）
４１…第２コンデンサ
４５…昇圧ＩＰＭ
５０…二次電池
６０，６０ａ…制御装置
７０…二次電池用リレー回路
１００，１００ａ…燃料電池システム
１０５…補機バッテリ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９…領域
ＦＣＲＢ…ＦＣ第１メインリレー
ＦＣＲＧ…ＦＣ第２メインリレー
ＦＣＲＰ…ＦＣプリチャージリレー
Ｌ１，Ｌ２…破線
ＭＧ１…エアコンプレッサ
ＭＧ２…トラクションモーター
Ｒｃ…制限抵抗
ＳＭＲＢ…二次電池用第１メインリレー
ＳＭＲＧ…二次電池用第２メインリレー
ＳＭＲＰ…二次電池用プリチャージリレー
Ｔ１…放熱期間
Ｖ１…第１電圧計
Ｖ２…第２電圧計
ＶＬ…昇圧ＩＰＭコンデンサ

Claims (1)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池が出力する電圧を昇圧させ、第１のコンデンサを有する昇圧コンバータと、
   第２のコンデンサを有するパワーコントロールユニットと、
   前記昇圧コンバータと前記パワーコントロールユニットと間に配置されるリレー回路であって、第１メインリレーと、前記第１メインリレーと対をなす第２メインリレーと、前記第２メインリレーに並列に接続されるプリチャージリレーと、前記プリチャージリレーと直列に接続される制限抵抗と、を有するリレー回路と、
   検出された前記第１のコンデンサの電位を用いて、前記第１メインリレーの溶着を検出する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記燃料電池システムの起動時に、前記燃料電池システムの起動と終了とが所定の時間以内に所定の回数以上行なわれていた場合に、前記第１メインリレーを開いて、前記プリチャージリレーを開いた状態から閉じた状態へと変化させた後に、前記第１のコンデンサの電位が予め設定された所定の電位以下に変化した場合、前記第１メインリレーの溶着を検出する、燃料電池システム。

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