JP2022110434A - vehicle structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の運転制御方法に関し、特に、燃料電池システムを搭載した車両における回路故障発生時の新規な運転制御方法に関する。 The present invention relates to a vehicle operation control method, and more particularly to a novel operation control method when a circuit failure occurs in a vehicle equipped with a fuel cell system.
一般に、燃料電池自動車(FCV)には、二次電池(バッテリ)に接続された二次電池コンバータへの入力電圧VLの過電圧(OVL)をハード構成により検出するための過電圧検出機構が装備されている。このOVL検出機構の回路故障(以下「OVL回路故障」という。)が発生したときには、通常、車両の運転モードを、通常走行モードから退避走行モードへと移行させる制御が行われる。この退避走行モードは、MD(Motor Drive)放電走行モード(以下「MD放電走行モード」という。)と呼ばれ、二次電池コンバータの他、燃料電池スタックに圧縮空気を供給するエアコンプレッサ、及び、車両の駆動モータに接続されたインバータを停止させる。この状態で、二次電池の電力を放電させながら動力分割用のインバータへ供給することにより、発電機を電動モータとして動作させ、車両の走行を数km程度持続させることができる(例えば特許文献1参照。)。 In general, a fuel cell vehicle (FCV) is equipped with an overvoltage detection mechanism for detecting an overvoltage (OVL) of the input voltage VL to a secondary battery converter connected to a secondary battery (battery) by hardware configuration. there is When a circuit failure of the OVL detection mechanism (hereinafter referred to as "OVL circuit failure") occurs, control is normally performed to shift the driving mode of the vehicle from the normal driving mode to the evacuation driving mode. This evacuation driving mode is called an MD (Motor Drive) discharging driving mode (hereinafter referred to as "MD discharging driving mode"). Stop the inverter connected to the drive motor of the vehicle. In this state, the electric power of the secondary battery is discharged and supplied to the inverter for power division, so that the generator can be operated as an electric motor, and the vehicle can be kept running for several kilometers (for example, Patent Document 1). reference.).
ここで、二次電池コンバータへの入力電圧VLは、例えば、その二次電池コンバータに組み込まれたIPM(Intelligent Power Module)に設けられたOVL検出部でモニターされる。その電圧検知信号は、ラッチ回路部からCPUポートを通して、MGECU(駆動モータに接続されたインバータ制御用のモータ/ジェネレータ電子制御ユニット)のCPUに入力され、OVLとの比較演算により、入力電圧VLがOVLであるか否かを判定する。OVLが検出された場合には、MGECUに設けられたシャットダウン体系が機能し、各種インバータ等を停止させる。よって、OVL回路故障が生じ得る箇所としては、通常、(1)OVL検出部、(2)ラッチ回路部、(3)CPUポートへの入力、及び、(4)シャットダウン体系の何れかが想定される。 Here, the input voltage VL to the secondary battery converter is monitored, for example, by an OVL detector provided in an IPM (Intelligent Power Module) incorporated in the secondary battery converter. The voltage detection signal is input from the latch circuit section through the CPU port to the CPU of the MG ECU (motor/generator electronic control unit for controlling the inverter connected to the drive motor). It is determined whether or not it is OVL. When OVL is detected, a shutdown system provided in the MGECU functions to stop various inverters and the like. Therefore, the places where the OVL circuit failure can occur are usually assumed to be (1) the OVL detection section, (2) the latch circuit section, (3) the input to the CPU port, and (4) the shutdown system. be.
ところが、通常の車両の自己診断機能(ダイアグノーシス)としては、それらの故障箇所や故障パターンの弁別を行わず、OVL回路故障が生じた場合には、故障箇所や故障パターンに拘わらず、上述の如く、車両はMD放電走行モードでのみ走行することができる。しかし、上記の故障箇所のうち(3)CPUポートへの入力の故障であれば、各種インバータ等の機器は動作可能であるため、車両を通常走行モードで継続走行させることが可能であり、本来的には、走行持続距離が短いMD放電走行モードへ移行する必要はない。 However, the self-diagnosis function (diagnosis) of a normal vehicle does not discriminate between the failure locations and failure patterns. Thus, the vehicle can only run in the MD discharge running mode. However, if (3) the input to the CPU port fails among the above failure points, various devices such as inverters can operate, so it is possible to continue driving the vehicle in normal driving mode. Practically, there is no need to shift to the MD discharge running mode with a short running duration.
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、OVL回路故障が生じた場合であっても、故障箇所に応じた運転モードを選択して、車両の運転を適正に継続させることが可能な車両の運転制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems. It is an object of the present invention to provide a vehicle operation control method capable of
本発明は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用する。すなわち、本開示に係る車両の運転制御方法の一例は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに空気を供給するエアコンプレッサを有するエア系統と、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、前記燃料電池スタックを冷却する冷却系統と、前記燃料電池スタックに接続されており、かつ、燃料電池昇圧コンバータ、二次電池、二次電池コンバータ、及び、駆動モータを有する高電圧系統と、前記燃料電池スタック、前記エア系統、前記燃料ガス系統、前記冷却系統、及び、前記高電圧系統に接続されており、かつ、前記二次電池コンバータへの入力電圧VLの過電圧(OVL)を検出するOVL検出機構を有する制御部と、を備える燃料電池システムを搭載した車両の運転制御方法である。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following configurations. That is, one example of the vehicle operation control method according to the present disclosure includes a fuel cell stack, an air system having an air compressor that supplies air to the fuel cell stack, and a fuel gas system that supplies fuel gas to the fuel cell stack. a cooling system that cools the fuel cell stack; a high voltage system that is connected to the fuel cell stack and has a fuel cell boost converter, a secondary battery, a secondary battery converter, and a drive motor; connected to the fuel cell stack, the air system, the fuel gas system, the cooling system, and the high voltage system, and detects an overvoltage (OVL) of the input voltage VL to the secondary battery converter; and a control unit having an OVL detection mechanism.
そして、前記制御部が、OVL回路故障が発生したか否かを検知し、前記OVL回路故障の発生を検知したときに、前記エアコンプレッサ、前記駆動モータ、及び、前記二次電池コンバータを一旦停止し、前記エアコンプレッサ、前記駆動モータ、及び、前記二次電池コンバータに対して駆動指令を送出し、前記エアコンプレッサ、前記駆動モータ、及び、前記二次電池コンバータの全てが前記駆動指令に従って駆動した場合には、前記車両を通常走行モードで走行させ、前記エアコンプレッサ、前記駆動モータ、及び、前記二次電池コンバータの何れかが前記駆動指令に従って駆動しない場合には、前記車両を退避走行モード(MD放電走行モード)で走行させる。 The control unit detects whether or not an OVL circuit failure has occurred, and temporarily stops the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter when the occurrence of the OVL circuit failure is detected. Then, a drive command was sent to the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter, and the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter were all driven according to the drive command. In this case, the vehicle is driven in the normal driving mode, and if any one of the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter does not drive according to the driving command, the vehicle is driven in the evacuation driving mode ( run in the MD discharge running mode).
かかる構成では、OVL回路故障の発生を検知したときに、一旦停止したエアコンプレッサ、駆動モータ、及び、二次電池コンバータの駆動を試みることにより、それらの機器の全てが駆動指令に従って駆動した場合には、上述した(1)~(4)の故障箇所のうち(3)CPUポートの故障であると判断することができる。そして、その場合、一旦停止したエアコンプレッサ、駆動モータ、及び、二次電池コンバータを通常動作で運転し、車両を通常走行モードで走行させることができる。一方、駆動指令を受けたエアコンプレッサ、駆動モータ、及び、二次電池コンバータの少なくとも何れかが、駆動指令どおりに駆動しない場合には、上述した(1)~(4)の故障箇所のうち(3)CPUポートへの入力以外の箇所での故障と判断することができるので、この場合には、車両を退避走行モードで走行させることができる。 With such a configuration, when the occurrence of an OVL circuit failure is detected, by attempting to drive the temporarily stopped air compressor, drive motor, and secondary battery converter, if all of these devices are driven according to the drive command, can be determined to be the failure of (3) the CPU port among the failure locations (1) to (4) described above. In this case, the temporarily stopped air compressor, drive motor, and secondary battery converter can be operated in normal operation, and the vehicle can be driven in the normal driving mode. On the other hand, if at least one of the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter that receives the drive command does not drive according to the drive command, one of the failure locations (1) to (4) described above ( 3) Since it is possible to determine that the failure is at a location other than the input to the CPU port, in this case, the vehicle can be run in the evacuation mode.
以上のことから、本開示によれば、OVL回路故障が生じた場合であっても、故障箇所に応じた運転モードを選択して、車両の運転を適正に継続させることが可能となり、その結果、車両の運転信頼性及び経済性の向上に資することができる。 From the above, according to the present disclosure, even when an OVL circuit failure occurs, it is possible to select an operation mode according to the location of the failure and appropriately continue driving the vehicle. , it can contribute to the improvement of driving reliability and economic efficiency of the vehicle.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same elements, and overlapping explanations are omitted.
[実施形態]
図1は、本開示の一実施形態に係る車両の運転制御方法が有効に適用される車両に搭載される燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池システム100は、燃料電池(FC)スタック10と、燃料電池スタック10に各々接続されたエア系統20、燃料ガス系統30、冷却系統40、及び、高電圧系統50と、それらの各系統に接続された制御部60とを備える。
[Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system mounted on a vehicle to which a vehicle operation control method according to an embodiment of the present disclosure is effectively applied. The
燃料電池スタック10は、複数の単セルが積層されて形成されており、燃料ガス(水素等)と酸化剤ガス(空気)との電気化学反応によって発電を行う。各単セルは、それ自体単体で発電可能な発電要素であり、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体(MEA)と、その両側に配置されたセパレータを備える。
The
エア系統20は、燃料電池スタック10に空気中の酸素を供給し、排出する回路である。また、燃料ガス系統30は、燃料電池スタック10に水素を供給し、排出する回路である。これらにより、燃料電池スタック10では、水素と酸素との反応により、電気エネルギーと熱が生じる。また、冷却系統40は、燃料電池スタック10で生じた熱を冷却除去する。さらに、高電圧系統50は、燃料電池スタック10によって発生する電気エネルギーを用いて、主として車両を駆動する回路である。また、制御部60は、エア系統20、燃料ガス系統30、冷却系統40、及び、高電圧系統50のそれぞれを制御する。
The
高電圧系統50は、燃料電池昇圧コンバータ(FDC)51と、二次電池(BAT)52と、二次電池コンバータ(BDC)53と、エアコンプレッサ(MG1)54と、駆動モータ(MG2)55と、補機類56とを備える。
The
燃料電池昇圧コンバータ51は、燃料電池スタック10に接続されており、燃料電池スタック10から出力される電圧を昇圧して、高電圧配線に出力する。なお、燃料電池スタック10の出力電圧を昇圧しない場合には、燃料電池昇圧コンバータ51は省略可能である。また、この高電圧配線には、二次電池コンバータ53を介して、二次電池52が接続されている。本実施形態における二次電池コンバータ53は、高電圧配線から入力された高電圧を降圧して、二次電池52に出力する機能と、二次電池52から入力された電圧を昇圧して高電圧配線に出力する機能を有する双方向のDC-DCコンバータである。
The fuel
また、高電圧系統50の高電圧配線には、インバータ(図示せず)を介してエアコンプレッサ54及び駆動モータ55が接続されている。このインバータにより、燃料電池スタック10及び二次電池52側から入力された直流電圧が三相交流電圧に変換され、エアコンプレッサ54の作動モータ、及び、車両の駆動モータ55へ出力される。これにより、エアコンプレッサ54は、大気中の空気を圧縮して燃料電池スタック10へ供給し、駆動モータ55は、図示しない車両の車輪を駆動させることができる。なお、エアコンプレッサ54自体はエア系統20に設けられている。また、エアコンプレッサ54及び駆動モータ55に接続されたインバータは、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回生する回生機能を有していてもよく、回生電力は、二次電池52に充電され得る。
An
さらに、高電圧系統50の高電圧配線には、車両を動作させる様々な補機類56が接続されている。かかる補機類56としては、種々の高電圧補機、例えば、エア系統20、燃料ガス系統30、及び、冷却系統40で使用される各種ポンプを駆動するためのインバータ、水素ポンプ(H/P)、冷却水ポンプ(W/P)、空調用コンプレッサ(A/C)、水加熱ヒータ、低電圧(12V)用コンバータ等が挙げられる。これらの高電圧補機は、昇圧DC/DCコンバータを介して高電圧配線に接続されており、電圧を300V程度に上げた電力が供給される。
Further,
ここで、図2は、OVL検出の概念及びOVL回路故障が生じ得る箇所を模式的に示すブロック図である。前述の如く、二次電池コンバータ53への入力電圧は、例えば、その二次電池コンバータ53に組み込まれたIPM210に設けられた(1)OVL検出部211でモニターされる。その電圧検知信号は、(2)ラッチ回路部212から、MGECU220内の(3)CPUポート221を通して、MGECU220のCPU222に入力され、そこで、OVLとの比較演算により、入力電圧がOVLであるか否かが判断される。OVLが検出された場合には、MGECU220に設けられたシャットダウン(SDOWN)体系223から、各種インバータ等を停止させるためのシャットダウン指令信号が、適宜の論理回路224を経て、高電圧系統50に組み込まれたIPM230へ出力され、エアコンプレッサ54、駆動モータ55、二次電池コンバータ53等の駆動がシャットダウン制御される。
Here, FIG. 2 is a block diagram schematically showing the concept of OVL detection and locations where OVL circuit failures may occur. As described above, the input voltage to the
ここで、図3は、OVL回路故障が発生したときの処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、制御部60が、例えばMGECU220に設けられたセンサ類等によってOVL回路故障の発生を検知すると(ステップS1)、制御部60は、エアコンプレッサ54(MG1)、駆動モータ55(MG2)、及び二次電池コンバータ53(BDC)へ、それらの停止指令を送出し、それらの機器を停止させる(ステップS2)。その状態で、制御部60は、OVL検出部211によって監視(モニター)している二次電池コンバータ53への入力電圧VLがOVL(過電圧)ではない(VL<OVL)か否かを判定する(ステップS3)。
Here, FIG. 3 is a flow chart showing an example of a processing procedure when an OVL circuit failure occurs. First, when the
入力電圧VLがOVL以上である場合(ステップS3でNo)、OVL回路故障は(1)OVL検出部の故障によると判断できるので、エアコンプレッサ54、駆動モータ55、及び、二次電池コンバータ53を停止したまま、制御部60は、従来と同様の退避走行モード(MD放電走行モード)で車両を走行させる(ステップS31)。一方、入力電圧VLがOVLではない場合(ステップS3でYes)、制御部60は、エアコンプレッサ54(MG1)及び駆動モータ55(MG2)のそれぞれへ駆動指令を送出する。この場合の駆動指令としては、エアコンプレッサ54及び駆動モータ55の駆動力が生じないようにするため、ディスチャージを指示する指令(ディスチャージ指令)とする。
If the input voltage VL is equal to or higher than OVL (No in step S3), it can be determined that the OVL circuit failure is caused by (1) the failure of the OVL detector. With the vehicle stopped, the
次いで、制御部60は、そのディスチャージ指令によってエアコンプレッサ54及び駆動モータ55から出力されるインバータ電流INV(実電流)が、指令に基づく目標電流(指令目標値)まで上昇するか否かを判定する(ステップS5)。
Next, the
このときのインバータ電流INVが指令目標値に達しない場合(ステップS5でNo)、OVL回路故障は(1)OVL検出部211又は(2)ラッチ回路部212の故障によると判断できるので、制御部60は、エアコンプレッサ54、駆動モータ55、及び、二次電池コンバータ53を停止したまま、従来と同様の退避走行モード(MD放電走行モード)で車両を走行させる(ステップS32)。一方、このときのインバータ電流INVが指令目標値と一致又はほぼ一致する場合(ステップS5でYes)、制御部60は、エアコンプレッサ54及び駆動モータ55へのディスチャージ指令を解除し(ステップS6)、続けて、二次電池コンバータ53(BDC)へ、その駆動指令を送出する(ステップS7)。この場合の駆動指令としては、二次電池コンバータ53の出力電圧を最小値から最大値まで、連続的に又は断続的に昇圧させる指令(昇圧指令)とする。
If the inverter current INV at this time does not reach the command target value (No in step S5), it can be determined that the OVL circuit failure is due to (1) the
次に、制御部60は、その昇圧指令によって二次電池コンバータ53から出力される電圧VH(実電圧)が、指令に基づく目標電圧の変化に追従するか否かを判定する(ステップS8)。
Next,
このときの出力電圧VHが指令目標値に追従して変化しない場合(ステップS8でNo)、OVL回路故障は(1)OVL検出部211又は(2)ラッチ回路部212の故障によると判断できるので、制御部60は、エアコンプレッサ54、駆動モータ55、及び、二次電池コンバータ53を停止したまま、従来と同様の退避走行モード(MD放電走行モード)で車両を走行させる(ステップS32)。一方、このときの出力電圧VHが指令目標値に追従して変化する場合(ステップS8でYes)、OVL回路故障は(3)CPUポート221への入力箇所の故障によるだけであると判断できるので、制御部60は、エアコンプレッサ54、駆動モータ55、及び、二次電池コンバータ53へ、それらの停止を解除して再駆動するための駆動指令を送出し、車両を通常運転モードでの走行へと復帰させる(ステップS33)。
If the output voltage VH at this time does not change following the command target value (No in step S8), it can be determined that the OVL circuit failure is caused by (1) the
このように構成された本実施形態の処理手順によれば、上述したように、OVL回路故障の発生に伴って一旦停止されたエアコンプレッサ54、駆動モータ55、及び、二次電池コンバータ53のそれぞれに対して、所定の駆動指令を送出し、それらが正常に動作するか否かを判定する。これにより、OVL回路故障が検知されたとしても、従来の如く故障箇所に拘わらず退避走行モード(MD放電走行モード)でのみ車両を走行させるのではなく、回路故障が(3)CPUポートへの入力の故障のみによると判断できた場合には、車両を通常走行モードへ復帰させることができる。従って、本開示の車両の運転制御方法によれば、OVL回路故障の原因である故障箇所を弁別して特定し、実際かつ詳細な故障箇所の判定結果に応じて運転モードを選択することができる。これにより、車両の運転を適正に継続させることが可能となり、その結果、車両の運転信頼性及び経済性を向上させることができる。
According to the processing procedure of this embodiment configured in this manner, as described above, the
以上、本開示の一例としての上記実施形態について詳細に説明してきたが、前述した説明はあらゆる点において本開示の一例を示すに過ぎず、本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。また、上記実施形態は、部分的に置換してもよく、適宜組み合わせて構成することも可能である。 Although the above embodiment has been described in detail as an example of the present disclosure, the above description merely shows an example of the present disclosure in all respects, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present disclosure. It goes without saying that Moreover, the above-described embodiments may be partially replaced, and can be configured by combining them as appropriate.
10…燃料電池スタック、20…エア系統、30…燃料ガス系統、40…冷却系統、50…高電圧系統、51…燃料電池昇圧コンバータ(FDC)、52…二次電池(BAT)、53…二次電池コンバータ(BDC)、54…エアコンプレッサ(MG1)、55…駆動モータ(MG2)、56…補機類、60…制御部、100…燃料電池システム、211…OVL検出部、212…ラッチ回路部、221…CPUポート、222…CPU、223…シャットダウン体系、224…論理回路。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記燃料電池スタックに空気を供給するエアコンプレッサを有するエア系統と、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、
前記燃料電池スタックを冷却する冷却系統と、
前記燃料電池スタックに接続されており、かつ、燃料電池昇圧コンバータ、二次電池、二次電池コンバータ、及び、駆動モータを有する高電圧系統と、
前記燃料電池スタック、前記エア系統、前記燃料ガス系統、前記冷却系統、及び、前記高電圧系統に接続されており、かつ、前記二次電池コンバータへの入力電圧の過電圧を検出する過電圧検出機構を有する制御部と、
を備える燃料電池システムを搭載した車両の運転制御方法であって、前記制御部が;
前記過電圧検出機構の回路故障が発生したか否かを検知し、
前記過電圧検出機構の回路故障の発生を検知したときに、前記エアコンプレッサ、前記駆動モータ、及び、前記二次電池コンバータを一旦停止し、
前記エアコンプレッサ、前記駆動モータ、及び、前記二次電池コンバータに対して駆動指令を送出し、
前記エアコンプレッサ、前記駆動モータ、及び、前記二次電池コンバータの全てが前記駆動指令に従って駆動した場合には、前記車両を通常走行モードで走行させ、
前記エアコンプレッサ、前記駆動モータ、及び前記二次電池コンバータの何れかが前記駆動指令に従って駆動しない場合には、前記車両を退避走行モードで走行させる、
車両の運転制御方法。 a fuel cell stack;
an air system having an air compressor that supplies air to the fuel cell stack;
a fuel gas system that supplies fuel gas to the fuel cell stack;
a cooling system for cooling the fuel cell stack;
a high voltage system connected to the fuel cell stack and having a fuel cell boost converter, a secondary battery, a secondary battery converter, and a drive motor;
an overvoltage detection mechanism that is connected to the fuel cell stack, the air system, the fuel gas system, the cooling system, and the high voltage system and detects an overvoltage of the input voltage to the secondary battery converter; a control unit having
An operation control method for a vehicle equipped with a fuel cell system comprising:
detecting whether or not a circuit failure of the overvoltage detection mechanism has occurred;
temporarily stopping the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter when a circuit failure of the overvoltage detection mechanism is detected;
sending a drive command to the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter;
When all of the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter are driven according to the drive command, the vehicle is driven in a normal driving mode,
When any one of the air compressor, the drive motor, and the secondary battery converter does not drive according to the drive command, the vehicle is driven in an evacuation mode.
Vehicle driving control method.
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