JP3910385B2 - Control device for fuel cell vehicle - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池と蓄電装置とを並列に接続して電源とし、該電源をモータ出力制御装置を介して駆動用モータに接続する燃料電池自動車に適用される、燃料電池自動車の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車には、駆動用モータなどの負荷に対して、燃料電池（ＦＣ）とキャパシタとを並列に接続し、燃料電池自動車の駆動用モータなどに対してそれぞれから電力を供給できるようにしたものがある。例えば、加速時においては燃料電池では供給しきれない電力をキャパシタにより補給することで燃料電池を補い、また、減速時にはキャパシタに駆動用モータからの回生エネルギを蓄えて、次の加速に備えている。
【０００３】
ところで、燃料電池自動車停止時のキャパシタからの暗電流を低減するため、キャパシタと、燃料電池や負荷との間にリレーが設けられる。また、リレーのキャパシタ側とその他側とに電圧検出手段をそれぞれ設け、燃料電池自動車の使用時には、それぞれの電圧検出手段で検出した電圧値の差に応じてリレーの接続状態を検出している。そして、リレーの開路故障を検出した場合には、回生発電を禁止して、回生発電による電源電圧の異常上昇を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記手法においても、キャパシタ側に設けた電圧検出手段を介してキャパシタに蓄えた電力が消費され、低減してしまう。また、上記した電圧検出手段を廃止すると、リレーの接続状態の検出ができなくなるという問題があった。
そこで、この発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、蓄電装置に蓄えた電力を長時間保持できるとともに、接続手段の接続状態を推定することで、接続手段の開路故障発生時の電源電圧の異常上昇を防止することができる燃料電池自動車の制御装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池２）と蓄電装置（例えば、実施の形態におけるキャパシタ３）とを並列に接続して電源とし、該電源をモータ出力制御装置（例えば、実施の形態におけるモータ制御装置１２）を介して駆動用モータ（例えば、実施の形態における駆動用モータ４）に接続する燃料電池自動車（例えば、実施の形態における燃料電池自動車１）において、当該蓄電装置を、前記燃料電池とモータ出力制御装置とを接続する電力供給回路に対して接続または遮断する蓄電装置接続手段（例えば、実施の形態におけるリレー７）を備えるとともに、前記蓄電装置接続手段と蓄電装置との間に蓄電装置に入出する電流値を検出する電流検出手段（例えば、実施の形態における電流検出手段１０）を、前記蓄電装置接続手段の燃料電池又はモータ出力制御装置側に電源電圧値を検出する電圧検出手段（例えば、実施の形態における電圧検出手段１１）を備え、 前記電源電圧値（例えば、実施の形態における電圧値Ｖｐｉｎ）が変化したことを前記電圧検出手段により検出したときに、蓄電装置側の電流が流れることを前記電流検出手段により検出した場合には蓄電装置接続手段が閉じていると推定し、蓄電装置側の電流が流れないことを前記電流検出手段により検出した場合には蓄電装置接続手段が開いていると推定する接続状態推定手段（例えば、実施の形態におけるメイン制御装置６）を設けた、ことを特徴とする。
【０００６】
このように構成することで、蓄電装置に保持する電力を確保しつつ、蓄電装置接続手段の接続状態を推定することができる。すなわち、本発明は、蓄電装置と燃料電池とを並列に接続したときに、蓄電装置の電圧が燃料電池の電圧に追随するように変動して、燃料電池の電圧が変化したときに蓄電装置から電流が流れるという知見に基づいてなされたものである。したがって、蓄電装置接続手段の燃料電池側の電圧が変化したことを前記電圧検出手段により検出したときに、蓄電装置側の電流が流れることを前記電流検出手段により検出した場合には、蓄電装置接続手段が閉じていると推定することができる。また、蓄電装置接続手段の燃料電池側の電圧が変化したことを前記電圧検出手段により検出したときに、蓄電装置側の電流が流れないことを前記電流検出手段により検出した場合には、蓄電装置接続手段が開いていると推定することができる。また、蓄電装置側に電流検出手段を設けて蓄電装置接続手段の接続状態を推定するため、蓄電装置接続手段が開路状態の場合には蓄電装置は電気的に孤立する。したがって、蓄電装置に暗電流が流れるおそれがなく、蓄電装置に蓄えた電力を電気自動車停車時に確実に保持することができる。さらに、種類の異なる電流検出手段と電圧検出手段とを用いるため、設備的にも無駄がない。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、前記電流検出手段により検出される電流値の絶対値が、第１の規定値以下と判定された場合に（例えば、実施の形態におけるメイン制御装置６のステップＳ１００）、前記判定時に前記電圧検出手段により検出した判定時電圧値を記憶し（例えば、実施の形態におけるメイン制御装置６のステップＳ１０２）、前記判定時電圧値と現在の電圧値との差分の絶対値が、規定時間継続して第２の規定値以上と判定された場合に（例えば、実施の形態におけるメイン制御装置６のステップＳ１０４，ステップＳ１０６）、前記蓄電装置接続手段の接続状態が開路状態であることを推定する（例えば、実施の形態におけるメイン制御装置６のステップＳ１０８）、ことを特徴とする。
このように構成することで、より具体的に蓄電装置接続手段の接続状態を推定することができる。
請求項３に記載した発明は、前記蓄電装置接続手段が開路状態であることを推定したときに前記モータ出力制御装置に対して回生発電を禁止する、ことを特徴とする。
このように構成することで、接続手段の開路状態における電圧の異常上昇を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態における燃料電池自動車の制御装置を図面と共に説明する。
図１はこの発明の実施形態における燃料電池自動車の制御装置を示す概略構成図である。図１に示した燃料電池自動車１は、電力供給源（電源）となる燃料電池（ＦＣ）２と、キャパシタ３とを備えている。前記燃料電池２およびキャパシタ３は、駆動用モータ４などの負荷に対して並列に接続され、当該駆動用モータ４に対して電力を供給できるようにしている。この場合において、燃料電池２と駆動用モータ４との間には、ＶＣＵ（チョッパ）５が設けてあり、当該ＶＣＵ５により燃料電池２からの出力を必要に応じて制限している。また、前記駆動用モータ４はモータ制御装置１２に接続され、当該モータ制御装置１２により駆動用モータ４の制御を行う。前記燃料電池２、モータ制御装置１２そしてＶＣＵ５にはメイン制御装置６が接続してある。このメイン制御装置６はアクセルペダルの踏み込み量などから必要電力を算出して、この算出した電力に基づいて燃料電池２やＶＣＵ５、モータ制御装置１２にそれぞれ制御信号を送るのである。すなわち、メイン制御装置６は、燃料電池２に対しては目標発電量を、ＶＣＵ５に対しては電流制限指令や直結またはスイッチ指令を、モータ制御装置１２に対しては駆動制限電力値を、それぞれ送信する。
【０００９】
キャパシタ３と、モータ制御装置１２およびＶＣＵ５との間には、リレー７が設けてあり、当該リレー７の開閉によりキャパシタ３を燃料電池２やモータ制御装置１２に対して導通または遮断している。燃料自動車の停止時においては、リレー７を開路状態とすることにより、キャパシタ３を電気的に孤立させて蓄えた電気量を確保することができる。
【００１０】
本実施形態においては、リレー７のキャパシタ３側に電流検出手段１０を設けて、当該電流検出手段１０によりキャパシタ３側に流れる電流値Ｉｃａｐを測定するようにしている。一方、リレー７の燃料電池２側には、電圧検出手段１１を設けてあり、当該電圧検出手段１１により燃料電池２側の電圧値Ｖｐｉｎを測定できるようにしている。本実施形態においては、キャパシタ３と燃料電池２とは並列に設けてあり、リレー７が閉状態のときには略直結状態となるため、燃料電池２の電圧が変化すると、キャパシタ３の電圧も追随するように変化して電流を流す。したがって、キャパシタ３側に流れる電流値Ｉｃａｐと、燃料電池２側の電圧値Ｖｐｉｎとに基づいてリレー７の接続状態を推定することができる。以下、これについて説明する。
【００１１】
図２はリレーの接続状態の推定処理を示すフローである。まず、ステップＳ１００に示すように、リレー７のキャパシタ３側に流れる電流値Ｉｃａｐがしきい値よりも小さいかどうかをメイン制御装置６内の比較手段（図示せず）により判定する。この判定結果が「ＮＯ」である場合には、一連の処理を終了して、メイン制御装置６内の推定手段（図示せず）により、リレー７が閉路状態であると判定する。電流が流れている場合は、当然リレー７のキャパシタ３側と燃料電池２側とが導通しているからである。この判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、電流がほぼ流れていないとみなしてステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２においては、前記電流値Ｉｃａｐがしきい値よりも小さいと判定されたときの、最初の時点の燃料電池２側の電圧値Ｖｐｉｎを、メイン制御装置６内の記憶手段（図示せず）により記憶して、この値をＶＰＩＮＨＬＤ（以下、単にＶｈｌｄという）とする。
【００１２】
そして、ステップＳ１０４においては、メイン制御装置６内の比較演算手段（図示せず）により、上記した電圧値Ｖｈｌｄと、このステップＳ１０４時における電圧値Ｖｐｉｎとの差分をとり、この差分の絶対値がしきい値より大きいかどうかを判定する。判定結果が「ＮＯ」である場合には、定常状態であるとみなせるので一連の処理を終了する。判定結果が「ＹＥＳ」である場合にはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６においては、メイン制御装置６内の判定手段（図示せず）により、上記した差分の絶対値がしきい値より大きい状態が規定時間継続するかどうかを判定する。判定結果が「ＮＯ」である場合には一時的な状態とみなして一連の処理を終了する。判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１０８に進む。
【００１３】
このように、上記した差分の絶対値がしきい値より大きい状態が規定時間以上継続した場合には、キャパシタ３側の電流が流れていないにもかかわらず、燃料電池２側の電圧が変化している状態である。このため、ステップＳ１０８に示すように、メイン制御装置６内の推定手段（図示せず）により、開路状態、すなわちリレーの接点が閉じていない、あるいは閉じていても接触状態が悪い状態（開路故障）、と推定して、処理を終了する。
【００１４】
リレー７が開路状態であることを検出したときには、メイン制御装置６から前記モータ制御装置１２に対して回生禁止指示信号を送信して、駆動用モータ４での回生処理を禁止する。また、モータ制御装置１２に対して、ゼロトルク出力指令を行う。したがって、リレー７の開路状態のときに、電圧の異常上昇を防止することができる。また、キャパシタ３側に電流検出手段１０を設けてリレー７の接続状態を推定するため、リレー７が開くとキャパシタ３は電気的に孤立し、蓄えた電力を燃料電池自動車１停車時に確実に保持することができる。
【００１５】
なお、上記したフローは一例であり、リレー７の燃料電池２側の電圧が変化したことを検知したときに、キャパシタ３側の電流が流れないことを検知してリレー７を開路状態と推定するものであれば、必要に応じて工程を追加または変更してもよいことはもちろんである。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、蓄電装置に保持する電力を確保しつつ、蓄電装置接続手段の接続状態を推定することができる。また、蓄電装置に蓄えた電力を燃料電池自動車の停車時において確実に保持することができる。
また、請求項２に記載した発明によれば、より具体的に蓄電装置接続手段の接続状態を推定することができる。
また、請求項３に記載した発明によれば、接続手段の開路状態における電圧の異常上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の実施形態における燃料電池自動車の制御装置を示す概略構成図である。
【図２】 図２はリレーの接続状態の推定処理を示すフローである。
【符号の説明】
１ 燃料電池自動車
２ 燃料電池
３ キャパシタ
４ 駆動用モータ
６ メイン制御装置
７ リレー
１０ 電流検出手段
１１ 電圧検出手段
１２ モータ制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a fuel cell vehicle that is applied to a fuel cell vehicle in which a fuel cell and a power storage device are connected in parallel to serve as a power source, and the power source is connected to a drive motor via a motor output control device. Is.
[0002]
[Prior art]
For fuel cell vehicles, fuel cells (FCs) and capacitors are connected in parallel to loads such as drive motors so that power can be supplied to the drive motors of fuel cell vehicles. There is something. For example, when accelerating, the fuel cell is supplemented by replenishing power that cannot be supplied by the fuel cell, and when decelerating, the regenerative energy from the drive motor is stored in the capacitor to prepare for the next acceleration. .
[0003]
By the way, in order to reduce the dark current from the capacitor when the fuel cell vehicle is stopped, a relay is provided between the capacitor and the fuel cell or the load. Further, voltage detection means are provided on the capacitor side and the other side of the relay, respectively, and when the fuel cell vehicle is used, the connection state of the relay is detected according to the difference in voltage value detected by each voltage detection means. And when the open circuit fault of a relay is detected, regenerative power generation is prohibited and the abnormal rise of the power supply voltage by regenerative power generation is prevented.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in the above method, the power stored in the capacitor is consumed and reduced through the voltage detection means provided on the capacitor side. Further, if the voltage detecting means described above is abolished, there is a problem that the connection state of the relay cannot be detected.
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and can maintain the power stored in the power storage device for a long time, and the connection state of the connection means can be estimated, thereby causing an open circuit failure of the connection means. It is an object of the present invention to provide a control device for a fuel cell vehicle capable of preventing an abnormal increase in power supply voltage at the time.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is configured such that a fuel cell (for example, the fuel cell 2 in the embodiment) and a power storage device (for example, the capacitor 3 in the embodiment) are connected in parallel. A fuel cell vehicle (for example, implementation) which is a power source and which is connected to a driving motor (for example, the driving motor 4 in the embodiment) via a motor output control device (for example, the
[0006]
With this configuration, it is possible to estimate the connection state of the power storage device connection unit while securing the power held in the power storage device. That is, according to the present invention, when the power storage device and the fuel cell are connected in parallel, the voltage of the power storage device fluctuates so as to follow the voltage of the fuel cell. This is based on the knowledge that current flows. Therefore, when the current detection means detects that the current on the power storage device side flows when the voltage detection means detects that the voltage on the fuel cell side of the power storage device connection means has changed, It can be assumed that the means are closed. Further, when the current detecting means detects that the current on the power storage device side does not flow when the voltage detecting means detects that the voltage on the fuel cell side of the power storage device connecting means has changed, the power storage device It can be assumed that the connection means is open. Further, since the current detection means is provided on the power storage device side to estimate the connection state of the power storage device connection means, the power storage device is electrically isolated when the power storage device connection means is in the open state. Therefore, there is no possibility of dark current flowing through the power storage device, and the electric power stored in the power storage device can be reliably held when the electric vehicle is stopped. Furthermore, since different types of current detection means and voltage detection means are used, there is no waste in terms of equipment.
[0007]
According to the second aspect of the present invention, when it is determined that the absolute value of the current value detected by the current detection means is equal to or less than the first specified value (for example, step S100 of the main control device 6 in the embodiment). ) And stores the determination voltage value detected by the voltage detection means at the time of determination (for example, step S102 of the main control device 6 in the embodiment), and the absolute difference between the determination voltage value and the current voltage value When the value is determined to be equal to or greater than the second specified value for a specified time (for example, steps S104 and S106 of the main control device 6 in the embodiment), the connection state of the power storage device connecting means is an open circuit state (For example, step S108 of the main controller 6 in the embodiment).
By comprising in this way, the connection state of an electrical storage apparatus connection means can be estimated more concretely.
The invention described in claim 3 is characterized in that regenerative power generation is prohibited for the motor output control device when it is estimated that the power storage device connection means is in an open circuit state.
By comprising in this way, the abnormal rise of the voltage in the open circuit state of a connection means can be prevented.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a control apparatus for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a control device for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention. The fuel cell vehicle 1 shown in FIG. 1 includes a fuel cell (FC) 2 serving as a power supply source (power source) and a capacitor 3. The fuel cell 2 and the capacitor 3 are connected in parallel to a load such as a drive motor 4 so that electric power can be supplied to the drive motor 4. In this case, a VCU (chopper) 5 is provided between the fuel cell 2 and the driving motor 4, and the output from the fuel cell 2 is limited by the
[0009]
A relay 7 is provided between the capacitor 3 and the
[0010]
In the present embodiment, the current detection means 10 is provided on the capacitor 3 side of the relay 7, and the current value Icap flowing on the capacitor 3 side is measured by the current detection means 10. On the other hand, voltage detection means 11 is provided on the fuel cell 2 side of the relay 7 so that the voltage detection means 11 can measure the voltage value Vpin on the fuel cell 2 side. In the present embodiment, the capacitor 3 and the fuel cell 2 are provided in parallel. When the relay 7 is in the closed state, the capacitor 3 and the fuel cell 2 are in a substantially direct connection state. The current changes and flows. Therefore, the connection state of the relay 7 can be estimated based on the current value Icap flowing on the capacitor 3 side and the voltage value Vpin on the fuel cell 2 side. This will be described below.
[0011]
FIG. 2 is a flowchart showing the estimation process of the relay connection state. First, as shown in step S100, whether or not the current value Icap flowing on the capacitor 3 side of the relay 7 is smaller than the threshold value is determined by a comparison means (not shown) in the main control device 6. When this determination result is “NO”, a series of processing is terminated, and it is determined by the estimation means (not shown) in the main control device 6 that the relay 7 is in a closed state. This is because when the current is flowing, the capacitor 3 side of the relay 7 and the fuel cell 2 side are naturally conducted. If the determination result is “YES”, it is considered that no current is flowing, and the process proceeds to step S102. In step S102, the voltage value Vpin on the fuel cell 2 side at the first time point when the current value Icap is determined to be smaller than the threshold value is stored in the main control device 6 (not shown). This value is stored as VPINHLD (hereinafter simply referred to as Vhld).
[0012]
In step S104, a difference between the voltage value Vhld described above and the voltage value Vpin at the time of step S104 is obtained by a comparison calculation means (not shown) in the main controller 6, and the absolute value of this difference is obtained. Determine if it is greater than the threshold. If the determination result is “NO”, it can be regarded as a steady state, and thus a series of processing ends. If the determination result is “YES”, the process proceeds to step S106. In step S106, it is determined by a determination means (not shown) in the main control device 6 whether or not the state in which the absolute value of the difference is larger than a threshold value continues for a specified time. When the determination result is “NO”, it is regarded as a temporary state, and the series of processes is terminated. If the determination result is “YES”, the process proceeds to step S108.
[0013]
As described above, when the state where the absolute value of the difference is larger than the threshold value continues for a specified time or longer, the voltage on the fuel cell 2 side changes even though the current on the capacitor 3 side does not flow. It is in a state. For this reason, as shown in step S108, the estimating means (not shown) in the main control device 6 is in an open circuit state, that is, the relay contact is not closed, or the contact state is poor even if it is closed (open circuit failure). ), And the process ends.
[0014]
When it is detected that the relay 7 is in the open circuit state, a regeneration inhibition instruction signal is transmitted from the main control device 6 to the
[0015]
The above-described flow is an example, and when it is detected that the voltage on the fuel cell 2 side of the relay 7 has changed, it is detected that the current on the capacitor 3 side does not flow and the relay 7 is estimated to be in an open state. Of course, if necessary, steps may be added or changed as necessary.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to estimate the connection state of the power storage device connection means while securing the power held in the power storage device. Further, the electric power stored in the power storage device can be reliably held when the fuel cell vehicle is stopped.
According to the invention described in claim 2, the connection state of the power storage device connection means can be estimated more specifically.
Moreover, according to the invention described in claim 3, it is possible to prevent an abnormal increase in voltage in the open circuit state of the connecting means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a control apparatus for a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a relay connection state estimation process;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell vehicle 2 Fuel cell 3 Capacitor 4 Driving motor 6 Main control device 7
Claims (3)
当該蓄電装置を、前記燃料電池とモータ出力制御装置とを接続する電力供給回路に対して接続または遮断する蓄電装置接続手段を備えるとともに、
前記蓄電装置接続手段と蓄電装置との間に蓄電装置に入出する電流値を検出する電流検出手段を、
前記蓄電装置接続手段の燃料電池又はモータ出力制御装置側に前記電力供給回路の電源電圧値を検出する電圧検出手段を備え、
前記電源電圧値が変化したことを前記電圧検出手段により検出したときに、蓄電装置側の電流が流れることを前記電流検出手段により検出した場合には蓄電装置接続手段が閉じていると推定し、蓄電装置側の電流が流れないことを前記電流検出手段により検出した場合には蓄電装置接続手段が開いていると推定する接続状態推定手段を設けた、ことを特徴とする燃料電池自動車の制御装置。In a fuel cell vehicle in which a fuel cell and a power storage device are connected in parallel to serve as a power source, and the power source is connected to a drive motor via a motor output control device.
The power storage device includes power storage device connection means for connecting or blocking the power supply circuit that connects the fuel cell and the motor output control device, and
A current detecting means for detecting a current value entering and exiting the power storage device between the power storage device connecting means and the power storage device;
Voltage detection means for detecting a power supply voltage value of the power supply circuit on the fuel cell or motor output control device side of the power storage device connection means;
When it is detected by the voltage detection means that the power supply voltage value has changed, if the current detection means detects that the current on the power storage device side flows, the power storage device connection means is estimated to be closed, A control apparatus for a fuel cell vehicle, characterized by comprising connection state estimating means for estimating that the power storage device connection means is open when the current detection means detects that the current on the power storage device side does not flow .
前記判定時に前記電圧検出手段により検出した判定時電圧値を記憶し、
前記判定時電圧値と現在の電圧値との差分の絶対値が、規定時間継続して第２の規定値以上と判定された場合に、
前記蓄電装置接続手段の接続状態が開路状態であると推定する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動車の制御装置。When the absolute value of the current value detected by the current detection means is determined to be less than or equal to the first specified value,
Storing the voltage value at the time of determination detected by the voltage detection means at the time of the determination;
When the absolute value of the difference between the voltage value at the time of determination and the current voltage value is determined to be equal to or greater than the second specified value continuously for a specified time,
2. The control apparatus for a fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the connection state of the power storage device connection means is estimated to be an open circuit state.
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