JP2019186152A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の燃料電池システムでは、燃料電池システムにおいて短絡故障が発生した場合にモータを駆動できなくなる問題があった。【解決手段】本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池出力電圧ＶＦＣを昇圧して第１のモータ駆動電圧ＦＶＨを生成する第１の直流電圧コンバータと、ヒューズを含む二次電池と、第２のモータ駆動電圧ＶＨと二次電池の出力電圧との間の電圧変換を行う第２の直流電圧コンバータと、第１の直流電圧コンバータと第２の直流電圧コンバータとの間に設けられる燃料電池リレースイッチと、燃料電池リレースイッチの開閉状態を制御する制御回路と、を有し、制御回路は、燃料電池出力電圧ＶＦＣ、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨ及び第２のモータ駆動電圧ＶＨのうち第１のモータ駆動電圧ＦＶＨを含む少なくとも２つが電圧毎に設定された判定閾値以下となったことに応じて、燃料電池リレースイッチをオン状からオフ状態に切り替える。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池と二次電池とを有し、これら２つの電源を連携させてモータに電力を供給する燃料電池システムに関する。

燃料電池を搭載する車両では、燃料電池で発電された電力を用いて走行用モータを駆動する。しかしながら、燃料電池の発電量は、モータの消費電力の急激変動には追従できない。そこで、燃料電池を搭載する車両では、燃料電池を補完する二次電池を搭載し、燃料電池の発電電力の余剰分を二次電池に充電し、かつ、燃料電池の発電電力が不足した場合には二次電池から不足した電力を供給する。このような燃料電池システムに関する技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載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。

特開２０１７−１３０２９３号公報

しかしながら、特許文献１の昇圧コンバータに相当する部分で短絡故障が発生した場合において、昇圧コンバータとパワーコントロールユニットとを接続するリレー回路が導通した状態であると、パワーコントロールユニット側から短絡故障箇所に電流が流れ、パワーコントロールユニットがモータを駆動できない問題が発生する。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータで短絡故障が発生した場合においても、モータの制御を継続可能とすることを目的とするものである。

本発明にかかる燃料電池システムの一態様は、燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧である燃料電池出力電圧を昇圧してモータに供給する第１のモータ駆動電圧を生成する第１の直流電圧コンバータと、入出力電流を所定量以下に制限するヒューズと、を含む二次電池と、前記モータに供給する第２のモータ駆動電圧と前記二次電池の出力電圧との間の電圧変換と、前記二次電池の充放電を行う第２の直流電圧コンバータと、前記第１の直流電圧コンバータが前記第１のモータ駆動電圧を出力する第１の出力端と前記第２の直流電圧コンバータが前記第２のモータ駆動電圧を出力する第２の出力端との間に設けられる燃料電池リレースイッチと、前記燃料電池リレースイッチの開閉状態を制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記燃料電池出力電圧、前記第１のモータ駆動電圧及び前記第２のモータ駆動電圧のうち前記第１のモータ駆動電圧を含む少なくとも２つが電圧毎に設定された判定閾値以下となったことに応じて、前記燃料電池リレースイッチをオン状態からオフ状態に切り替える。

本発明にかかる燃料電池システムによれば、燃料電池の出力電圧を昇圧する第１の直流電圧コンバータにおける短絡故障が検出された場合には、燃料電池リレースイッチをオン状態からオフ状態に切り替えて二次電池から第１の直流電圧コンバータへの電流の流出を防止して、第１の直流電圧コンバータを切り離してモータの制御を継続することができる。

本発明により、燃料電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータで短絡故障が発生した場合においても、モータの制御を継続可能とする燃料電池システムを提供することができる。

実施の形態１にかかる燃料電池システムのブロック図である。 実施の形態１にかかる燃料電池システムの異常検出処理を説明するフローチャートである。 実施の形態２にかかる燃料電池システムのブロック図である。 実施の形態２にかかる燃料電池システムの異常検出処理を説明するフローチャートである。 実施の形態３にかかる燃料電池システムのブロック図である。 実施の形態３にかかる燃料電池システムの異常検出処理を説明するフローチャートである。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

実施の形態１
まず、図１に実施の形態１にかかる燃料電池システム１のブロック図を示す。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池（例えば、燃料電池スタック１０）、第１の直流電圧コンバータ１１、燃料電池リレー回路１２、第２の直流電圧コンバータ１３、システムメインリレー回路１４、二次電池１５、制御回路（例えば、システム制御ＥＣＵ（Electric Control Unit））１６、モータ１７を有する。

燃料電池スタック１０は、直列接続された複数の燃料電池セル２１を含む。燃料電池スタック１０が出力する電圧を以下では燃料電池出力電圧ＶＦＣと称す。第１の直流電圧コンバータ１１は、燃料電池スタック１０の出力電圧である燃料電池出力電圧ＶＦＣを昇圧してモータ１７に供給する第１のモータ駆動電圧ＦＶＨを生成する。第２の直流電圧コンバータ１３は、モータ１７に供給する第２のモータ駆動電圧ＶＨと二次電池１５の出力電圧との間の電圧変換と、二次電池１５の充放電を行う。二次電池１５は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等を電池セル２６とし、この電池セル２６を複数個直列接続したものである。この二次電池１５は、入出力電流を所定量以下に制限するヒューズを含む。燃料電池リレー回路１２は、第１の直流電圧コンバータ１１が第１のモータ駆動電圧ＦＶＨを出力する第１の出力端と第２の直流電圧コンバータ１３が第２のモータ駆動電圧ＶＨを出力する第２の出力端との間に設けられる。また、図１に示す例では、第２の直流電圧コンバータ１３と二次電池１５との間にシステムメインリレー回路１４が設けられる。システム制御ＥＣＵ１６は、燃料電池リレー回路１２及びシステムメインリレー回路１４の開閉状態を制御する。

ここで、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、システム制御ＥＣＵ１６が、燃料電池出力電圧ＶＦＣ、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨ及び第２のモータ駆動電圧ＶＨのうち前記第１のモータ駆動電圧を含む少なくとも２つが電圧毎に設定された判定閾値以下となったことに応じて、燃料電池リレー回路１２をオン状態からオフ状態に切り替える。以下では、これら構成についてより詳細に説明を行う。

第１の直流電圧コンバータ１１は、燃料電池出力電圧ＶＦＣを昇圧して第１のモータ駆動電圧ＦＶＨを出力する。この第１のモータ駆動電圧ＦＶＨは、燃料電池リレー回路１２及び第２の直流電圧コンバータ１３を介してモータ１７に与えられる。

第１の直流電圧コンバータ１１は、インダクタＬ１、スイッチングトランジスタＴｒ１、ダイオードＤ０、Ｄ１、コンデンサＣ１を有する。インダクタＬ１の一端は、燃料電池スタック１０の正極端子に接続される。スイッチングトランジスタＴｒ１は、コレクタがインダクタＬ１の他端に接続され、エミッタが燃料電池スタック１０の負極端子に接続される。スイッチングトランジスタＴｒ１のベースにはスイッチング制御信号（不図示）が与えられる。ダイオードＤ１は、アノードがスイッチングトランジスタＴｒ１のエミッタに接続され、カソードがスイッチングトランジスタＴｒ１のコレクタに接続される。ダイオードＤ０は、アノードがインダクタＬ１の他端及びスイッチングトランジスタＴｒ１のコレクタと接続される。コンデンサＣ１は、一端がダイオードＤ０のカソードに接続され、他端が燃料電池スタック１０の負極端子に接続される。コンデンサＣ１の両端の電圧差が第１のモータ駆動電圧ＦＶＨとなる。図１に示す例では、コンデンサＣ１と並列に電圧測定回路ＶＭ１を設けることで、この第１のモータ駆動電圧ＦＶＨの電圧値を測定して、測定した第１のモータ駆動電圧ＦＶＨの電圧値をシステム制御ＥＣＵ１６に与える。また、第１の直流電圧コンバータ１１では、コンデンサＣ１の両端が１対となり、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨが生成される第１の出力端となる。

燃料電池リレー回路１２は、燃料電池リレースイッチ２２と燃料電池リレースイッチ２３が１対のスイッチとして設けられる。燃料電池リレースイッチ２２は、第１の直流電圧コンバータ１１の第１の出力端の高電圧側配線と、第２の直流電圧コンバータ１３の第２の出力端の高電圧側配線との間に設けられる。燃料電池リレースイッチ２３は、第１の直流電圧コンバータ１１の第１の出力端の低電圧側配線と、第２の直流電圧コンバータ１３の第２の出力端の低電圧側配線との間に設けられる。なお、第２の直流電圧コンバータ１３の第２の出力端は、コンデンサＣ２の両端に接続される配線がこれに該当する。

第２の直流電圧コンバータ１３は、第２の出力端となる配線のうち燃料電池リレースイッチ２２に接続される配線を高電圧側配線とし、燃料電池リレースイッチ２３に接続される側の配線を低電圧側配線とする。第２の直流電圧コンバータ１３は、コンデンサＣ２、スイッチングトランジスタＴｒ２、スイッチングトランジスタＴｒ３、ダイオードＤ２、Ｄ３、インダクタＬ２、コンデンサＣ３を有する。

コンデンサＣ２は、高電圧側配線と低電圧側配線との間に接続される。このコンデンサＣ２に並列に接続されるように電圧測定回路ＶＭ２が設けられる。電圧測定回路ＶＭ２は、コンデンサＣ２の両端に生じる電圧差を第２のモータ駆動電圧ＶＨとして測定し、第２のモータ駆動電圧ＶＨをシステム制御ＥＣＵ１６に与える。

スイッチングトランジスタＴｒ１は、コレクタが高電圧側配線に接続され、エミッタがスイッチングトランジスタＴｒ３のコレクタに接続される。スイッチングトランジスタＴｒ３のエミッタは低電圧側配線に接続される。ダイオードＤ２は、アノードがスイッチングトランジスタＴｒ２のエミッタに接続され、カソードがスイッチングトランジスタＴｒ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ３は、アノードがスイッチングトランジスタＴｒ３のエミッタに接続され、カソードがスイッチングトランジスタＴｒ３のコレクタに接続される。スイッチングトランジスタＴｒ２のエミッタとスイッチングトランジスタＴｒ３のコレクタを接続する配線にはインダクタＬ２の一端が接続される。インダクタＬ２の他端と低電圧側配線との間にコンデンサＣ３が接続される。なお、コンデンサＣ３の両端の電圧は、二次電池１５の充放電電圧に適合する電圧である。

システムメインリレー回路１４は、システムメインリレースイッチ２４とシステムメインリレースイッチ２５とが１対のスイッチとして設けられる。システムメインリレースイッチ２４は、インダクタＬ１の他端と二次電池１５の正極端子との間に設けられる。システムメインリレースイッチ２５は、第２の直流電圧コンバータ１３の低電圧側配線と二次電池１５の負極端子との間に設けられる。

二次電池１５は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等を電池セル２６とし、この電池セル２６を複数個直列接続したものである。この二次電池１５は、入出力電流を所定量以下に制限するヒューズを含む。

システム制御ＥＣＵ１６は、例えば、プログラムを実行可能な演算部を含むマイクロコントローラである。実施の形態１にかかるシステム制御ＥＣＵ１６は、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨ、第２のモータ駆動電圧ＶＨを取得して、燃料電池システム１の異常を検出した場合には燃料電池リレー回路１２に含まれる燃料電池リレースイッチ２２、２３をオン状態からオフ状態に切り替える。また、システム制御ＥＣＵ１６は、異常が検出されていない状態でモータ１７を駆動している場合には、燃料電池リレースイッチ２２、２３及びシステムメインリレースイッチ２４、２５をオン状態に維持する。なお、システム制御ＥＣＵ１６は、燃料電池リレー制御信号ＣＮＴ＿ＦＣＲにより燃料電池リレースイッチ２２、２３の開閉状態を切り替え、システムメインリレー制御信号ＣＮＴ＿ＳＭＲによりシステムメインリレースイッチ２４、２５の開閉状態を切り替える。

続いて、実施の形態１にかかる燃料電池システム１の動作について説明する。実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、モータ１７を駆動する通常動作状態においては、システム制御ＥＣＵ１６が燃料電池リレー回路１２及びシステムメインリレー回路１４をオン状態として、燃料電池スタック１０と二次電池１５とを用いたモータ１７への電力供給を行う。

一方、実施の形態１にあかる燃料電池システム１は、第１の直流電圧コンバータ１１内で高電圧側配線と低電圧側配線とが短絡する短絡故障が発生した場合には、燃料電池リレー回路１２をオン状態からオフ状態に切り替えると共に、システムメインリレー回路１４はオン状態のまま維持する異常検出処理を行う。ここで、短絡故障の例としては、高電圧側配線と低電圧配線となるバスバー間に導電物質が接触する、コンデンサＣ１が短絡する、ダイオードＤ０及びスイッチングトランジスタＴｒ１の両方が故障する等が考えられる。また、このような短絡故障が発生した場合、二次電池１５から大きな電流が出力され、二次電池１５内のヒューズ２７が切断してしまうと、その後ヒューズ２７を交換しなければ二次電池１５を使うことができない問題が発生する。

ここで、上記リレースイッチの制御は、システム制御ＥＣＵ１６が行う。ここでは、本発明にかかる燃料電池システム１で特徴的な故障検出処理について、以下で詳細に説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる燃料電池システムの異常検出処理を説明するフローチャートを示す。なお、図２に示す異常検出処理は、システム制御ＥＣＵ１６が所定の時間間隔で繰り返し実行する処理である。また、図２に示す処理は、１つと態様として、システム制御ＥＣＵ１６で実行されるプログラムにより主に実現されるものである。

図２に示すように、実施の形態１にかかるシステム制御ＥＣＵ１６は、異常検出処理を開始すると、まず、燃料電池リレー回路１２が導通した状態であるか否か、及び燃料電池リレースイッチ２２が導通した状態であるか否かを確認する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。このステップＳ１０、Ｓ１１において、リレー回路の何れか一方がオフ状態であれば、システム制御ＥＣＵ１６は、モータ１７への電力供給を停止した状態となる通常動作を継続する（ステップＳ１７）。

ステップＳ１０、Ｓ１１において、燃料電池リレー回路１２及びシステムメインリレー回路１４が両方とも導通した状態であることが確認されたら、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨが予め設定した第１の判定閾値ＶＴＨ１以上である判断された場合（ステップＳ１２のＮＯの枝）は、システム制御ＥＣＵ１６がモータ１７への電力供給を行っている状態となる通常動作を継続する（ステップＳ１７）。一方、ステップＳ１２の判断において第１のモータ駆動電圧ＦＶＨが第１の判定閾値ＶＴＨ１よりも小さいと判断された場合（ステップＳ１２のＹＥＳの枝）、システム制御ＥＣＵ１６は、ステップＳ１３の判断処理を行う。

ステップＳ１３では、第２のモータ駆動電圧ＶＨと第２の判定閾値ＶＴＨ２との大小比較を行う。システム制御ＥＣＵ１６は、ステップＳ１３において、第２のモータ駆動電圧ＶＨが第２の判定閾値ＶＨＴ２以上であると判断された場合（ステップＳ１３のＮＯの枝）は、システム制御ＥＣＵ１６がモータ１７への電力供給を行っている状態となる通常動作を継続する（ステップＳ１７）。一方、ステップＳ１３の判断において第２のモータ駆動電圧ＶＨが第２の判定閾値ＶＴＨ２よりも小さいと判断された場合（ステップＳ１３のＹＥＳの枝）、システム制御ＥＣＵ１６は、第１の直流電圧コンバータ１１において短絡が発生したと判断する（ステップＳ１４）。このステップＳ１４の後、システム制御ＥＣＵ１６は、燃料電池リレー回路１２をオン状態からオフ状態に切り替え（ステップＳ１５）、燃料電池システム１を二次電池１５からの電力供給のみでモータ１７を動作させる退避走行状態とする（ステップＳ１６）。このステップＳ１０からステップＳ１７までの処理が完了したことに応じてシステム制御ＥＣＵ１６は１サイクル分の異常判断処理を終了させる。

上記説明より、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、燃料電池リレー回路１２を挟んだ２つの点の電圧（例えば、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨ及び第２のモータ駆動電圧ＶＨ）が共に判定閾値よりも低下したことを検出する。そして、この電圧変化の検出に応じてシステム制御ＥＣＵ１６が、第１の直流電圧コンバータ１１において短絡が発生していると判断して、燃料電池リレー回路１２をオフ状態として、第２の直流電圧コンバータ１３から燃料電池スタック１０及び第１の直流電圧コンバータ１１を切り離す。これにより、実施の形態１にかかる燃料電池システム１は、第１の直流電圧コンバータ１１において短絡故障が発生した場合においても、第２の直流電圧コンバータ１３及び二次電池１５を用いたモータ１７を駆動して、車両を退避走行状態に移行させることができる。

ここで、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、互いに関連する２つの電圧を２つの電圧測定回路により計測する。これにより、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、一方の電圧測定回路が故障した場合においても一方の電圧測定回路による検出結果に基づき短絡故障がないことを確認できるため、電圧検出回路の故障に起因する誤検出を防止することができる。

また、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨと第２のモータ駆動電圧ＶＨは、共にスイッチングレギュレータ回路により生成される電圧であるため所定の電圧変動が生じる。そのため、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨと第２のモータ駆動電圧ＶＨのいずれか一方のみで第１の直流電圧コンバータ１１内の短絡を検出した場合、誤検出が発生する可能性がある。しかしながら、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、第１のモータ駆動電圧ＦＶＨと第２のモータ駆動電圧ＶＨの２つの電圧の両方の低下を検出することで、上記のような誤検出の可能性を低下させることができる。

また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、第１の直流電圧コンバータ１１内の短絡箇所に二次電池１５が過剰電流を出力し、ヒューズ２７が切断される前に過剰電流を止めることができる。これにより、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、二次電池１５の継続した利用可能状態を維持して退避走行を可能とする。

なお、第１の判定閾値ＶＴＨ１は、異常が無いときに想定される第１のモータ駆動電圧ＦＶＨとし、第２の判定閾値ＶＨＴ２は、異常が無いときに想定される第２のモータ駆動電圧ＶＨとすることで、判定精度を向上させることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、システム制御ＥＣＵ１６における異常検出処理の別の例について説明する。なお、実施の形態２にかかる異常検出処理では、異常の検出に用いる値が異なるため、図１で示した燃料電池システム１とは異なる計測回路が用いられる。そこで、図３に実施の形態２にかかる燃料電池システム２のブロック図を示す。なお、実施の形態２の説明では、実施の形態１と同じ構成要素については実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、実施の形態２にかかる燃料電池システム２では、電圧測定回路ＶＭ２が削除され、電圧測定回路ＶＭ３が追加されている。電圧測定回路ＶＭ３は、燃料電池スタック１０の正極端子と負極端子との間の電圧差を燃料電池出力電圧ＶＦＣとして検出して、検出した燃料電池出力電圧ＶＦＣをシステム制御ＥＣＵ１６に与える。

続いて、実施の形態２にかかる異常検出処理について説明する。そこで、図４に実施の形態２にかかる燃料電池システムの異常検出処理を説明するフローチャートを示す。図４に示すように、実施の形態２にかかる燃料電池システム２における異常検出処理では、システム制御ＥＣＵ１６が図２のステップＳ１０、Ｓ１３の処理に代えて、ステップＳ２０、Ｓ２３の処理を行う。ステップＳ２０では、システム制御ＥＣＵ１６は、燃料電池スタック１０への燃料の供給の有無を判断する。そして、システム制御ＥＣＵ１６は、ステップＳ２０において燃料電池スタック１０への燃料供給があると判断した場合には、燃料電池リレースイッチ２２が導通した状態であるか否かを判断するステップＳ１１の処理を行う。一方、システム制御ＥＣＵ１６は、ステップＳ２０において燃料電池スタック１０への燃料供給がないと判断した場合には、システム制御ＥＣＵ１６は、モータ１７への電力供給を停止した状態となる通常動作を継続する（ステップＳ１７）。

また、ステップＳ２３の処理では、システム制御ＥＣＵ１６は、燃料電池出力電圧ＶＦＣと第３の判定閾値ＶＴＨ３との大小比較を行う。システム制御ＥＣＵ１６は、ステップＳ２３において、燃料電池出力電圧ＶＦＣが第３判定閾値ＶＨＴ３以上であると判断された場合（ステップＳ２３のＮＯの枝）は、システム制御ＥＣＵ１６がモータ１７への電力供給を行っている状態となる通常動作を継続する（ステップＳ１７）。一方、ステップＳ２３の判断において燃料電池出力電圧ＶＦＣが第３の判定閾値ＶＴＨ３よりも小さいと判断された場合（ステップＳ２３のＹＥＳの枝）、システム制御ＥＣＵ１６は、第１の直流電圧コンバータ１１において短絡が発生したと判断する（ステップＳ１４）。

上記説明より、実施の形態２にかかる燃料電池システム２においても、燃料電池スタック１０の出力電圧である燃料電池出力電圧ＶＦＣと第１の直流電圧コンバータ１１の出力電圧である第１のモータ駆動電圧ＦＶＨとの２つの電圧に基づき第１の直流電圧コンバータ１１内の短絡故障を検出する。これにより、実施の形態２にかかる燃料電池システム２においても高い精度の故障検出及び通常走行から退避走行への移行を行うことが可能になる。

実施の形態３
実施の形態３では、システム制御ＥＣＵ１６における異常検出処理の別の例について説明する。なお、実施の形態３にかかる異常検出処理では、異常の検出に用いる値が異なるため、図１で示した燃料電池システム１とは異なる計測回路が用いられる。そこで、図５に実施の形態３にかかる燃料電池システム３のブロック図を示す。なお、実施の形態３の説明では、実施の形態１と同じ構成要素については実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、実施の形態３にかかる燃料電池システム３では、電流測定回路ＩＭ１、ＩＭ２が追加されている。電流測定回路ＩＭ１は、インダクタＬ１の他端と、ダイオードＤ０のアノード及びスイッチングトランジスタＴｒ１のコレクタと、の間に設けられる。電流測定回路ＩＭ１は、燃料電池スタック１０から出力される燃料電池出力電流ＩＦＣを計測して、計測した電流値を燃料電池出力電流ＩＦＣとしてシステム制御ＥＣＵ１６に与える。電流測定回路ＩＭ２は、二次電池１５の正極端子に接続される高電圧側配線に挿入される。電流測定回路ＩＭ２は、二次電池１５のバッテリ出力電流ＩＢＡＴを計測して、計測した電流値をバッテリ出力電流ＩＢＡＴとしてシステム制御ＥＣＵ１６に与える。

続いて、実施の形態３にかかる異常検出処理について説明する。そこで、図６に実施の形態３にかかる燃料電池システム３の異常検出処理を説明するフローチャートを示す。図６に示すように、実施の形態３にかかる燃料電池システム３における異常検出処理では、システム制御ＥＣＵ１６が、図２のステップＳ１０、Ｓ１１の処理に代えて、ステップＳ３０の処理を行う。ステップＳ３０では、システム制御ＥＣＵ１６は、燃料電池出力電流ＩＦＣが予め設定された第４の判定閾値（例えば、過電流閾値ＩＴＨ１）以上であるか否か、及び、バッテリ出力電流ＩＢＡＴが予め設定された第５の判定閾値（例えば、過電流閾値ＩＴＨ２）以上であるか否かを確認する。このステップＳ３０の確認処理において、燃料電池出力電流ＩＦＣ及びバッテリ出力電流ＩＢＡＴの少なくとも何れか一方が判定閾値以上である場合、第１の直流電圧コンバータ１１内で過電流状態の原因となる短絡が生じている可能性がある。そこで、実施の形態３にかかるシステム制御ＥＣＵ１６は、ステップＳ３０で燃料電池出力電流ＩＦＣとバッテリ出力電流ＩＢＡＴの少なくとも一方で過電流状態が発生していることが確認出来たら、ステップＳ１２以降で更に短絡の発生の有無を確認する。一方、実施の形態３にかかるシステム制御ＥＣＵ１６は、ステップＳ３０において過電流状態は発生していないと判断した場合には、モータ１７の通常動作を継続する（ステップＳ１７）。

上記説明より、実施の形態３にかかる燃料電池システム３では、過電流状態の発生の有無により短絡発生の可能性判断を行う。そして、実施の形態３では、このような判断を行った後に、第１の直流電圧コンバータ１１の出力電圧である第１のモータ駆動電圧ＦＶＨと第２の直流電圧コンバータ１３の第２のモータ駆動電圧ＶＨとの２つの電圧に基づき第１の直流電圧コンバータ１１内の短絡故障を検出する。これにより、実施の形態３にかかる燃料電池システム３においても高い精度の故障検出及び通常走行から退避走行への移行を行うことが可能になる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１〜３ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
１１ 第１の直流電圧コンバータ
１２ 燃料電池リレー回路
１３ 第２の直流電圧コンバータ
１４ システムメインリレー回路
１５ 二次電池
１６ システム制御ＥＣＵ
１７ モータ
２１ 燃料電池セル
２２，２３ 燃料電池リレースイッチ
２４，２５ システムメインリレースイッチ
２６ 二次電池セル
２７ ヒューズ
Ｌ１，Ｌ２ インダクタ
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｔｒ１〜Ｔｒ３ スイッチングトランジスタ
Ｄ０〜Ｄ３ ダイオード
ＶＭ１〜ＶＭ３ 電圧測定回路
ＣＮＴ＿ＦＣＲ 燃料電池リレー制御信号
ＣＮＴ＿ＳＭＲ システムメインリレー制御信号
ＦＶＨ 第１のモータ駆動電圧
ＶＨ 第２のモータ駆動電圧
ＶＦＣ 燃料電池出力電圧
ＩＦＣ 燃料電池出力電流
ＩＢＡＴ バッテリ出力電流

Claims (1)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池の出力電圧である燃料電池出力電圧を昇圧してモータに供給する第１のモータ駆動電圧を生成する第１の直流電圧コンバータと、
   入出力電流を所定量以下に制限するヒューズを含む二次電池と、
   前記モータに供給する第２のモータ駆動電圧と前記二次電池の出力電圧との間の電圧変換と、前記二次電池の充放電を行う第２の直流電圧コンバータと、
   前記第１の直流電圧コンバータが前記第１のモータ駆動電圧を出力する第１の出力端と前記第２の直流電圧コンバータが前記第２のモータ駆動電圧を出力する第２の出力端との間に設けられる燃料電池リレースイッチと、
   前記燃料電池リレースイッチの開閉状態を制御する制御回路と、を有し、
   前記制御回路は、前記燃料電池出力電圧、前記第１のモータ駆動電圧及び前記第２のモータ駆動電圧のうち前記第１のモータ駆動電圧を含む少なくとも２つが電圧毎に設定された判定閾値以下となったことに応じて、前記燃料電池リレースイッチをオン状態からオフ状態に切り替える燃料電池システム。

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