JP4886821B2

JP4886821B2 - 燃料電池車両

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Publication number: JP4886821B2
Application number: JP2009157764A
Authority: JP
Inventors: 秀晴内藤; 充昭矢野; 寿晶武下; 豪士大谷; 邦明尾島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: JP2011015537A

Description

本発明は、燃料電池車両に関する。詳しくは、ディスチャージ抵抗を備えた燃料電池車両に関する。

近年、動力源として燃料電池を搭載した燃料電池車両が注目されている。燃料電池車両は、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、を備える。

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。

この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含むエアを供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池車両が注目されている。

ところで、無負荷の状態で、すなわち燃料電池から電流を引き出さない状態で燃料電池に反応ガスを供給し続けると、燃料電池が高電圧状態となってしまう。しかしながら、燃料電池は高電圧状態において劣化するため、できるだけ高電圧状態にならないようにし、劣化を抑制する必要がある。そこで、従来では、モータなどの自動車の動力を発生するための車両負荷とは別に、余分な負荷としてディスチャージ抵抗を設け、このディスチャージ抵抗と燃料電池とを適宜接続し、燃料電池の発電電力を消費させることにより、燃料電池が高電圧状態になるのを防止している（特許文献１参照）。

より具体的には、特許文献１に示された燃料電池システムでは、ディスチャージ抵抗は、車両負荷と並列にして燃料電池に接続される。またさらに、ディスチャージ抵抗と燃料電池とを接続又は遮断する手段として、ディスチャージコンタクタがディスチャージ抵抗に対し直列に接続される。

特開２００７−３３５１２６号公報

しかしながら、このような燃料電池システムでは、ディスチャージ抵抗と燃料電池とを遮断する手段は基本的にはディスチャージコンタクタのみであるため、このディスチャージコンタクタがオン故障した場合、ディスチャージ抵抗が常時発熱してしまい、燃料電池の発電電力が必要以上に消費されるだけでなくディスチャージ抵抗が劣化するおそれがある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、ディスチャージ抵抗とディスチャージコンタクタを備えた燃料電池車両であって、ディスチャージコンタクタがオン故障した場合であっても燃料電池とディスチャージ抵抗とを遮断できる燃料電池車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、反応ガスにより発電する燃料電池（例えば、後述の燃料電池スタック１０）と、前記燃料電池に接続されたモータ・ジェネレータ（例えば、後述のモータ・ジェネレータ２０）と、を備え、前記燃料電池の発電電力で前記モータ・ジェネレータを駆動することにより走行する燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両１）を提供する。前記燃料電池車両は、前記燃料電池の正極と前記モータ・ジェネレータの正極とを接続する正極電力供給線（例えば、後述の正極電力供給線６１）に設けられた正極燃料電池コンタクタ（例えば、後述の正極燃料電池コンタクタ６１１）と、前記燃料電池の負極と前記モータ・ジェネレータの負極とを接続する負極電力供給線（例えば、後述の負極電力供給線６２）に設けられた負極燃料電池コンタクタ（例えば、後述の負極燃料電池コンタクタ６２１）と、正極及び負極の何れか一方の極の電力供給線のうち、前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側に設けられ、前記モータ・ジェネレータから前記燃料電池へ電流が逆流するのを防止する逆流防止ダイオード（例えば、後述の逆流防止ダイオード６１２）と、前記一方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタ及び前記逆流防止ダイオードの間と、他方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記燃料電池側とを接続するディスチャージ回路（例えば、後述のディスチャージ回路６５）と、前記ディスチャージ回路に設けられたディスチャージ抵抗（例えば、後述のディスチャージ抵抗６５４）及びディスチャージコンタクタ（例えば、後述のディスチャージコンタクタ６５２）と、前記燃料電池への反応ガスの供給開始時には、前記ディスチャージコンタクタを接続するとともに、前記一方の極の燃料電池コンタクタを接続し、前記燃料電池の発電電力を消費する発電電力消費手段（例えば、後述のＥＣＵ８０、及び後述の図２に示すスタックの起動処理の実行に係る手段）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、正極燃料電池コンタクタ及び負極燃料電池コンタクタがそれぞれ設けられた正極電力供給線及び負極電力供給線に対し、一方の極の電力供給線のうち燃料電池コンタクタよりモータ・ジェネレータ側と、他方の極の電力供給線のうち燃料電池側との間を接続するディスチャージ回路を設けた。このようにしてディスチャージ回路を正極、負極電力供給線に接続することにより、燃料電池とディスチャージ抵抗とを接続する閉回路には、ディスチャージコンタクタと、上記一方の極の燃料電池コンタクタとの２つのコンタクタが設けられることとなる。つまり、上記一方の極の燃料電池コンタクタを利用して、余分なディスチャージコンタクタを新たに設けることなくディスチャージコンタクタの冗長化を図ることができる。これにより、例えば、ディスチャージコンタクタがオン故障した場合であっても、上記一方の極の燃料電池コンタクタをオフにすることにより、燃料電池とディスチャージ抵抗とを遮断することができる。また、ディスチャージコンタクタの冗長化を図る際に、上記一方の極の燃料電池コンタクタを利用することにより、燃料電池車両の安全性を向上しながら、コストの上昇を抑えることができる。

前記燃料電池車両は、前記ディスチャージコンタクタがオン故障した場合には、前記一方の極の燃料電池コンタクタをオフにする故障時遮断手段（例えば、後述のＥＣＵ８０、及び後述の図３に示す故障判定処理のステップＳ２４の実行に係る手段）をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、ディスチャージコンタクタがオン故障した場合、上記一方の極の燃料電池コンタクタをオフにし、燃料電池とディスチャージ抵抗とを遮断する。これにより、ディスチャージ抵抗が破損したり、燃料電池の発電電力がディスチャージ抵抗で必要以上に消費されたりするのを防止することができる。

前記燃料電池車両は、前記一方の極の電力供給線のうち前記逆流防止ダイオードより前記モータ・ジェネレータ側と、前記他方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側とに接続された蓄電装置（例えば、後述のバッテリ４０）と、前記故障時遮断手段により前記一方の極の燃料電池コンタクタをオフにした後、前記蓄電装置の電力で前記モータ・ジェネレータを駆動する故障時駆動手段（例えば、後述のＥＣＵ８０、及び後述の図３に示す故障判定処理のステップＳ２５の実行に係る手段）と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、ディスチャージコンタクタがオン故障し、上記一方の極の燃料電池コンタクタをオフにした場合、燃料電池コンタクタよりモータ・ジェネレータ側に接続された蓄電装置の電力でモータ・ジェネレータを駆動する。これにより、ディスチャージコンタクタがオン故障した場合であっても、ディスチャージ抵抗を保護しながら走行し続けることができる。

上記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、反応ガスにより発電する燃料電池（例えば、後述の燃料電池スタック１０）と、前記燃料電池に接続されたモータ・ジェネレータ（例えば、後述のモータ・ジェネレータ２０）と、を備え、前記燃料電池の発電電力で前記モータ・ジェネレータを駆動することにより走行する燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両１Ａ）を提供する。前記燃料電池車両は、前記燃料電池の正極と前記モータ・ジェネレータの正極とを接続する正極電力供給線（例えば、後述の正極電力供給線６１）に設けられた正極燃料電池コンタクタ（例えば、後述の正極燃料電池コンタクタ６１１）と、前記燃料電池の負極と前記モータ・ジェネレータの負極とを接続する負極電力供給線（例えば、後述の負極電力供給線６２）に設けられた負極燃料電池コンタクタ（例えば、後述の負極燃料電池コンタクタ６２１）と、正極及び負極の何れか一方の極の電力供給線のうち、前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側に設けられ、前記モータ・ジェネレータから前記燃料電池へ電流が逆流するのを防止する逆流防止ダイオード（例えば、後述の逆流防止ダイオード６１２）と、前記一方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記燃料電池側と、他方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側とを接続するディスチャージ回路（例えば、後述のディスチャージ回路６５Ａ）と、前記ディスチャージ回路に設けられたディスチャージ抵抗（例えば、後述のディスチャージ抵抗６５４Ａ）及びディスチャージコンタクタ（例えば、後述のディスチャージコンタクタ６５２Ａ）と、前記燃料電池への反応ガスの供給開始時には、前記ディスチャージコンタクタを接続するとともに、前記他方の極の燃料電池コンタクタを接続し、前記燃料電池の発電電力を消費する発電電力消費手段（例えば、後述のＥＣＵ８０Ａ、及び図６に示すスタックの起動処理の実行に係る手段）と、を備えることを特徴とする。

前記燃料電池車両は、前記ディスチャージコンタクタがオン故障した場合には、前記他方の極の燃料電池コンタクタをオフにする故障時遮断手段（例えば、後述のＥＣＵ８０Ａ、及び後述の図７に示す故障判定処理のステップＳ５４の実行に係る手段）をさらに備えることを特徴とする。

前記燃料電池車両は、前記一方の極の電力供給線のうち前記逆流防止ダイオードより前記モータ・ジェネレータ側と、前記他方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側とに接続された蓄電装置（例えば、後述のバッテリ４０）と、前記故障時遮断手段により前記他方の極の燃料電池コンタクタをオフにした後、前記蓄電装置の電力で前記モータ・ジェネレータを駆動する故障時駆動手段（例えば、後述のＥＣＵ８０Ａ、及び後述の図７に示す故障判定処理のステップＳ５５の実行に係る手段）と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明は、上記請求項１の発明において、ディスチャージ回路の正極電力供給線及び負極電力供給線に対する接続態様を変えたものである。したがって本発明によれば、上記請求項１の発明と同様の効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池車両の構成を示すブロック図である。上記実施形態に係るスタックの起動処理の手順を示すフローチャートである。上記実施形態に係るディスチャージ回路及びディスチャージコンタクタの故障を判定する手順を示すフローチャートである。上記実施形態に係るスタックの起動処理の具体例を示すタイムチャートである。本発明の第２実施形態に係る燃料電池車両の構成を示すブロック図である。上記実施形態に係るスタックの起動処理の手順を示すフローチャートである。上記実施形態に係るディスチャージ回路及びディスチャージコンタクタの故障を判定する手順を示すフローチャートである。上記実施形態に係るスタックの起動処理の具体例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池車両１の構成を示すブロック図である。
燃料電池車両１は、燃料電池スタック１０と、モータ・ジェネレータ２０と、反応ガス供給装置３０と、バッテリ４０と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）」という）８０と、を含んで構成される。

燃料電池スタック（以下、「スタック」という）１０は、例えば、数十個から数百個の燃料電池セルが積層されたスタック構造であり、スタック接続回路６０を介してモータ・ジェネレータ２０に接続されている。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック１０は、アノード電極側に水素ガスが供給され、カソード電極側に酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。

反応ガス供給装置３０は、水素タンク３１やエアコンプレッサ３２を備え、水素タンク３１に貯蔵された水素ガスやエアコンプレッサ３２により圧縮されたエアをスタック１０に供給する。反応ガス供給装置３０からスタック１０に供給される水素ガスやエアの供給量は、ＥＣＵ８０から入力される制御信号に基づいて制御される。

モータ・ジェネレータ２０は、パワードライブユニット（以下、「ＰＤＵ（ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅＵｎｉｔ）」という）２５を介してスタック１０及びバッテリ４０に接続されている。ＰＤＵ２５は、スタック１０の発電電力やバッテリ４０の直流電力を三相交流電力に変換するとともにモータ・ジェネレータ２０に供給し、これを駆動する。電力を供給することによりモータ・ジェネレータ２０で発生した駆動力は、トランスミッションを介して図示しない駆動輪に伝達し、燃料電池車両１を走行させる。

また、燃料電池車両１の減速時において、駆動輪からモータ・ジェネレータ２０に駆動力が伝達すると、モータ・ジェネレータ２０は発電機として機能し、回生制動力を発生する。ＰＤＵ２５は、このモータ・ジェネレータ２０の回生動作時に発生した三相交流電力を直流電力に変換するとともにバッテリ４０に供給し、これを充電する。

スタック接続回路６０は、スタック１０の正極端子とＰＤＵ２５及びモータ・ジェネレータ２０の正極端子とを接続する正極電力供給線６１と、スタック１０の負極端子とＰＤＵ２５及びモータ・ジェネレータ２０の負極端子とを負極電力供給線６２と、を含んで構成される。正極電力供給線６１には、正極燃料電池コンタクタ６１１と逆流防止ダイオード６１２とが設けられており、負極電力供給線６２には、負極燃料電池コンタクタ６２１が設けられている。

正極燃料電池コンタクタ６１１及び負極燃料電池コンタクタ６２１は、それぞれ、機械接点と、この接点を開閉する駆動コイルとを備えた電磁スイッチである。これら燃料電池コンタクタ６１１，６２１は、ＥＣＵ８０からの制御信号に基づいて動作し、スタック１０とモータ・ジェネレータ２０とを接続又は遮断する。スタック１０の発電電力でモータ・ジェネレータ２０を駆動する場合、これら燃料電池コンタクタ６１１，６２１を共にオンにし、スタック１０とモータ・ジェネレータ２０とを接続する。

逆流防止ダイオード６１２は、正極電力供給線６１のうち正極燃料電池コンタクタ６１１よりモータ・ジェネレータ２０側に設けられ、バッテリ４０及びモータ・ジェネレータ２０側からスタック１０へ電流が逆流するのを防止する。

また、これら電力供給線６１，６２には、スタック１０の電力を放電させるディスチャージ抵抗６５４を備えたディスチャージ回路６５が接続されている。ディスチャージ回路６５は、正極電力供給線６１のうち正極燃料電池コンタクタ６１１及び逆流防止ダイオード６１２の間と、負極電力供給線６２のうち負極燃料電池コンタクタ６２１よりスタック１０側とを接続する。

ディスチャージ回路６５は、電流ヒューズ６５１、温度ヒューズ６５３、ディスチャージ抵抗６５４、及びディスチャージコンタクタ６５２を直列に接続して構成される。より具体的には、ディスチャージ回路６５のうち、ディスチャージ抵抗６５４より正極電力供給線６１側には温度ヒューズ６５３と電流ヒューズ６５１とが設けられ、ディスチャージ抵抗６５４より負極電力供給線６２側にはディスチャージコンタクタ６５２が設けられている。

ディスチャージ抵抗６５４は、スタック１０に接続されることにより、スタック１０で発電した電力をジュール熱として消費する。ディスチャージコンタクタ６５２は、機械接点と、この接点を開閉する駆動コイルとを備えた電磁スイッチである。このディスチャージコンタクタ６５２は、ＥＣＵ８０からの制御信号に基づいて動作し、ディスチャージ回路６５を接続又は遮断する。

スタック１０とディスチャージ抵抗６５４とを接続し、スタック１０のディスチャージを行う場合、ディスチャージコンタクタ６５２をオンにするとともに、正極燃料電池コンタクタ６１１をオンにする。
一方、スタック１０とディスチャージ抵抗６５４とを遮断する場合には、ディスチャージコンタクタ６５２及び正極燃料電池コンタクタ６１１を共にオフにするか、又は、ディスチャージコンタクタ６５２及び正極燃料電池コンタクタ６１１の何れかをオフにする。

電流ヒューズ６５１及び温度ヒューズ６５３は、ディスチャージ回路６５の回路素子を保護するヒューズである。電流ヒューズ６５１は、所定の定格電流を超える電流が流れ続けるとディスチャージ回路６５を切断し、ディスチャージ抵抗６５４及びディスチャージコンタクタ６５２に過電流が流れ続けるのを防止する。温度ヒューズ６５３は、ディスチャージ抵抗６５４に接して設けられ、ディスチャージ抵抗６５４とほぼ等しい温度に保たれる。この温度ヒューズ６５３は、所定の定格温度を超えた状態が続くとディスチャージ回路６５を切断し、ディスチャージ抵抗６５４が過昇温するのを防止する。

バッテリ４０は、車両の制動時における回生電力や、スタック１０で発電した電力を蓄電しておき、直流電力を出力する。このバッテリ４０は、リレー回路７０を介して、モータ・ジェネレータ２０に接続されている。より具体的には、バッテリ４０の正極端子は、正極電力供給線６１のうち逆流防止ダイオード６１２よりモータ・ジェネレータ２０側に接続され、バッテリ４０の負極端子は、負極電力供給線６２のうち負極燃料電池コンタクタ６２１よりモータ・ジェネレータ２０側に接続される。

リレー回路７０は、バッテリ４０の正極端子とＰＤＵ２５の正極入力端子とを接続又は遮断する正極バッテリコンタクタ７１及びプリチャージコンタクタ７３と、バッテリ４０の負極端子とＰＤＵ２５の負極入力端子とを接続又は遮断する負極バッテリコンタクタ７２と、プリチャージコンタクタ７３に直列に接続された抵抗７４と、を備える。また、プリチャージコンタクタ７３及び抵抗７４は、正極バッテリコンタクタ７１をバイパスするように、この正極バッテリコンタクタ７１に対し並列に設けられる。

これらバッテリコンタクタ７１，７２及びプリチャージコンタクタ７３は、それぞれ、機械接点と、この接点を開閉する駆動コイルとを備えた電磁スイッチである。これらコンタクタ７１，７２，７３は、ＥＣＵ８０からの制御信号に基づいて動作し、バッテリ４０とＰＤＵ２５とを接続又は遮断する。

モータ・ジェネレータ２０及びそのＰＤＵ２５、並びに各種補機類に含まれる平滑コンデンサを充電するプリチャージを行う場合には、抵抗７４が直列に接続されたプリチャージコンタクタ７３をオンにする。そして、このプリチャージが完了した後は、正極バッテリコンタクタ７１をオンにする。また、バッテリ４０を遮断する場合には、全てのコンタクタ７１，７２，７３をオフにする。

ＥＣＵ８０には、第１電流センサ６２２、第２電流センサ６５５、及びサーミスタ６５６などの各種センサや、イグニッションスイッチ（図示せず）が接続されている。

第１電流センサ６２２は、負極電力供給線６２のうち、負極ディスチャージコンタクタ６５２が接続された部分よりスタック１０側に設けられ、負極電力供給線６２を流通するスタック１０の出力電流Ｉ_ＦＣを検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ８０に出力する。第２電流センサ６５５は、ディスチャージ回路６５のうち、温度ヒューズ６５３と電流ヒューズ６５１との間に設けられ、スタック１０のディスチャージを実行している間においてディスチャージ抵抗６５４を流通する電流（以下、「ディスチャージ電流」という）Ｉ_ＤＳを検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ８０に出力する。

サーミスタ６５６は、ディスチャージ抵抗６５４に接して設けられ、ディスチャージ抵抗６５４とほぼ等しい温度に保たれるとともに、このディスチャージ抵抗６５４の温度Ｔ_ＤＳに略比例した信号をＥＣＵ８０に出力する。イグニッションスイッチは、燃料電池車両１の運転席に設けられており、運転者の操作に応じて、車両の起動、又は、車両の停止を指令する信号をＥＣＵ８０に出力する。

ＥＣＵ８０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ８０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、反応ガス供給装置３０、燃料電池コンタクタ６１１，６２１、ディスチャージコンタクタ６５２、バッテリコンタクタ７１，７２、及びプリチャージコンタクタ７３などに制御信号を出力し、これらを制御する出力回路と、を備える。また、以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ８０には、以下に示すようなスタックの起動処理（後述の図２参照）や、故障判定処理（後述の図３参照）などを実行する各種モジュールが構成される。

次に、図２及び図３を参照して本実施形態に係るスタックの起動処理及び故障判定処理の手順について詳細に説明する。
図２は、スタックの起動処理の手順を示すフローチャートである。この起動処理は、イグニッションスイッチがオンにされたことに応じて、ＥＣＵ８０により実行される。なお、この起動処理を開始する時点では、正極燃料電池コンタクタ、負極燃料電池コンタクタ、ディスチャージコンタクタ、正極バッテリコンタクタ、負極バッテリコンタクタ、及びプリチャージコンタクタは全てオフにされ、また後述のディスチャージコンタクタ故障フラグ及びディスチャージ回路故障フラグは「０」にセットされている。

ステップＳ１では、スタックのディスチャージが必要であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ２に移り、ＮＯの場合にはステップＳ４に移る。より具体的には、前回イグニッションスイッチをオフにしスタックによる発電を停止してから、今回イグニッションスイッチをオンにしスタックの起動を開始するまでのソーク時間を計測しておき、このソーク時間が所定の判定時間より短い場合にはスタックのディスチャージを行う必要は無いと判断する。また、ソーク時間が上述の判定時間以上である場合には、スタックのアノード電極側に酸素が侵入しており、スタックのディスチャージを行う必要があると判断する。
この他、イグニッションスイッチをオンにしたときにスタックの電圧が所定値を下回っていた場合や、スタックに設けられた酸素センサにより検出された酸素濃度が所定値を上回っており、起動中にスタックが高電位に晒される可能性がある場合にも、スタックのディスチャージを行う必要があると判断する。

ステップＳ２では、スタックのディスチャージを開始するべくディスチャージコンタクタをオンにし、ステップＳ３に移る。そしてステップＳ３では、正極燃料電池コンタクタをオンにし、ステップＳ４に移る。これにより、スタックとディスチャージ抵抗が接続される。したがって、スタックに反応ガスを供給し発電を開始すると、スタックの発電電力はディスチャージ抵抗で消費される。

ステップＳ４では、正極バッテリコンタクタをオフにしたまま負極バッテリコンタクタ及びプリチャージコンタクタをオンにすることにより、プリチャージを実行する。

ステップＳ５では、プリチャージが完了したことに伴い、プリチャージコンタクタをオフにするとともに、正極バッテリコンタクタ及び負極バッテリコンタクタをオンにする。またここで、正極、負極バッテリコンタクタをオンにすることにより、エアコンプレッサやモータ・ジェネレータなどの負荷をバッテリの電力により駆動することが可能となる。

ステップＳ６では、スタックの起動を開始する。つまり、エアコンプレッサの駆動を開始するとともに、スタックへの反応ガスの供給を開始し、ステップＳ８に移る。

ステップＳ８では、スタックの起動が完了したか否かを判別する。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ９に移る。
ここで、スタックの起動が完了したか否かは、例えば、スタックの出力電圧Ｖ_ＦＣが所定の起動判定値Ｖ_ＯＣＶより大きくなったか否かによって判別することができる。この他、例えば、上述のステップＳ６において反応ガスの供給を開始してから、所定の時間が経過したか否かによって判別することもできる。

ステップＳ９では、ディスチャージ抵抗の通電時間が所定の許容時間内であるか否か、または、ディスチャージ抵抗の温度が許容温度以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ８に移り、ＮＯの場合にはステップＳ１０に移る。これら許容時間及び許容温度は、ディスチャージ抵抗を保護できるように、その定格に応じて適宜設定される。

ステップＳ１０では、ディスチャージ抵抗の通電時間又は温度がその許容範囲を超えたと判別されたことに応じて、ディスチャージ回路を遮断するべく、ディスチャージコンタクタをオフにし、ステップＳ８に移る。

一方、ステップＳ８の判別がＹＥＳの場合には、スタックとモータ・ジェネレータとを接続するべくステップＳ１１に移る。そして、ステップＳ１１では、正極燃料電池コンタクタがオンであるか否か、すなわちスタックのディスチャージを実行したか否かを判別する。ステップＳ１１の判別がＹＥＳであり正極燃料電池コンタクタが既にオンにされている場合には、ステップＳ１２に移り、負極燃料電池コンタクタのみをオンにした後、ステップＳ１４に移る。一方、ステップＳ１１の判別がＮＯであり正極燃料電池コンタクタがオフである場合には、ステップＳ１３に移り、正極燃料電池コンタクタ及び負極燃料電池コンタクタを共にオンにした後、ステップＳ１４に移る。

ステップＳ１４では、ディスチャージコンタクタがオンであるか否かを判別する。ステップＳ１４の判別がＮＯであり、ディスチャージコンタクタが既にオフにされている場合には、直ちに起動処理を終了する。一方、ステップＳ１４の判別がＹＥＳであり、ディスチャージコンタクタがオンにされている場合には、ステップＳ１５に移り、ディスチャージコンタクタをオフにした後、この起動処理を終了する。

図３は、ディスチャージ回路及びディスチャージコンタクタの故障を判定する手順を示すフローチャートである。この故障判定処理は、イグニッションをオンにした後、ＥＣＵ８０により所定の周期で実行される割り込み処理である。

ステップＳ２１では、ディスチャージコンタクタをオンに指令している最中であるか否かを判別する。例えば図２に示すスタックの起動処理を行っている場合、ステップＳ２を実行してからステップＳ１０又はステップＳ１５を実行するまでの間、すなわちスタックのディスチャージを行っている間、ディスチャージコンタクタはオンに指令される。

ステップＳ２１の判別がＮＯであり、ディスチャージコンタクタをオンに指令している最中でない場合には、ディスチャージコンタクタのオン故障を判定するべく、ステップＳ２２に移る。ステップＳ２２では、ディスチャージ電流Ｉ_ＤＳが値０より大きいか、又は、ディスチャージ抵抗の温度Ｔ_ＤＳが上昇した状態であるか否かを判別する。このステップＳ２２の判別がＹＥＳである場合、ディスチャージコンタクタがオフになっているべきであるにもかかわらず、ディスチャージ抵抗に電流が流れていることを意味するので、ディスチャージコンタクタはオン故障した状態であると判断し、ステップＳ２３に移る。一方、ステップＳ２２の判別がＮＯである場合、ディスチャージ抵抗に電流が流れておらず、ディスチャージコンタクタは正常な状態であると判断し、この処理を直ちに終了する。

ステップＳ２３では、ディスチャージコンタクタがオン故障した状態であることを示すディスチャージコンタクタ故障フラグに「１」をセットし、ステップＳ２４に移る。そして、ステップＳ２４では、ディスチャージコンタクタがオン故障した状態であると判断されたことに応じて、ディスチャージ抵抗とスタックとの接続を確実に切断するために正極燃料電池コンタクタをオフにし、ステップＳ２５に移る。ステップＳ２５では、正極燃料電池コンタクタをオフにすることでスタックの発電電力による走行ができなくなったことに応じて、バッテリの電力でモータ・ジェネレータを駆動するバッテリ走行を開始し、この処理を終了する。

一方、ステップＳ２１の判別がＹＥＳであり、ディスチャージコンタクタをオンに指令している最中である場合には、ステップＳ２６に移る。そして、ステップＳ２６では、スタックに反応ガスを供給し、発電を行っているか否かを判別する。このステップＳ２６の判別がＹＥＳの場合には、ディスチャージ回路の故障を判定するべく、ステップＳ２７に移る。一方、ステップＳ２６の判別がＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。

ステップＳ２７では、スタックの出力電流Ｉ_ＦＣが略値０であるか否かを判別する。このステップＳ２７の判別がＹＥＳである場合、反応ガスを供給しスタックで発電を行いながらディスチャージコンタクタをオンにしているにもかかわらず、ディスチャージ抵抗に電流が流れていないことを意味するのであるから、ディスチャージ回路は故障していると判断し、ステップＳ２８に移る。そして、ステップＳ２８では、ディスチャージ回路が故障したことを示すディスチャージ回路故障フラグに「１」をセットし、この処理を終了する。ここで、ディスチャージ回路が故障した原因としては、例えば、ディスチャージコンタクタやディスチャージ抵抗の故障の他、電流ヒューズや温度ヒューズが切断した場合などが考えられる。一方、ステップＳ２７の判別がＮＯである場合、ディスチャージ回路は正常な状態であると判断し、この処理を直ちに終了する。

図４は、スタックの起動処理の具体例を示すタイムチャートである。
先ず、時刻ｔ_０において、イグニッションスイッチがオンにされたことに応じて、スタックの起動処理を開始する。
時刻ｔ_１では、スタックのディスチャージが必要であると判別されたことに応じて、ディスチャージコンタクタと正極燃料電池コンタクタをオンにする（図２のステップＳ２，Ｓ３参照）。

時刻ｔ_２では、負極バッテリコンタクタとプリチャージコンタクタをオンにし、モータ・ジェネレータ及びそのＰＤＵ、並びに各種補機類に含まれる平滑コンデンサのプリチャージを開始する（図２のステップＳ４参照）。なお、このプリチャージは、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３まで実行される。ここで、図４に示すように、プリチャージを開始することにより、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３にかけて、バッテリの出力電圧Ｖ２は上昇し、所定値に漸近的に収束する。

時刻ｔ_３では、プリチャージが完了したことに応じてプリチャージコンタクタをオフにするとともに、正極バッテリコンタクタをオンにする（図２のステップＳ５参照）。これにより、バッテリの電力でエアコンプレッサやモータ・ジェネレータなどを駆動することが可能となる。
時刻ｔ_４では、バッテリの電力によりエアコンプレッサを駆動し、水素ガスと空気からなる反応ガスのスタックへの供給を開始する（図２のステップＳ６参照）。ここで、図４に示すように、反応ガスの供給を開始することにより、スタックで発電が開始し、スタックの出力電圧Ｖ_ＦＣが上昇し始める。またこの時、上述のようにディスチャージコンタクタをオンにしているので、ディスチャージ抵抗に電流が流通するとともに、スタックの出力電流Ｉ_ＦＣも上昇し始める。

時刻ｔ_５では、スタックの出力電圧Ｖ_ＦＣが所定の起動判定値Ｖ_ＯＣＶより大きく、かつバッテリの出力電圧Ｖ２より大きくなったと判別されたことに応じて、負極燃料電池コンタクタをオンにする（図２のステップＳ１２参照）。上述のように、閾値Ｖ２_ＴＨは、起動判定値Ｖ_ＯＣＶよりやや小さな値に設定する。これにより、時刻ｔ_５において燃料電池コンタクタをオンにした際に、過電流が流れるのを防止することができる。

時刻ｔ_５において燃料電池コンタクタをオンにしてから、所定のラップ期間を経た後、時刻ｔ_６では、ディスチャージコンタクタをオフにする（図２のステップＳ１５参照）。

ここで、図５において、時刻ｔ_０〜ｔ_１及び時刻ｔ_６以降のディスチャージコンタクタがオフとなった期間では、ディスチャージ電流とディスチャージ抵抗の温度を監視することにより、ディスチャージコンタクタのオン故障が判定される（図３のステップＳ２１〜Ｓ２５参照）。また、時刻ｔ_４〜ｔ_６のディスチャージコンタクタがオンでありかつ反応ガスをスタックに供給している期間では、スタックの出力電流を監視することにより、ディスチャージ回路の故障が判定される（図３のステップＳ２１，Ｓ２６〜Ｓ２８参照）。

本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）正極燃料電池コンタクタ６１１及び負極燃料電池コンタクタ６２１がそれぞれ設けられた正極電力供給線６１及び負極電力供給線６２に対し、正極電力供給線６１のうち正極燃料電池コンタクタ６１１よりモータ・ジェネレータ２０側と、負極電力供給線６２のうちスタック１０側との間を接続するディスチャージ回路６５を設けた。このようにしてディスチャージ回路６５を正極、負極電力供給線６１，６２に接続することにより、スタック１０とディスチャージ抵抗６５４とを接続する閉回路には、ディスチャージコンタクタ６５２と、正極燃料電池コンタクタ６１１との２つのコンタクタが設けられることとなる。つまり、正極燃料電池コンタクタ６１１を利用して、余分なディスチャージコンタクタを新たに設けることなくディスチャージコンタクタの冗長化を図ることができる。これにより、例えば、ディスチャージコンタクタ６５２がオン故障した場合であっても、正極燃料電池コンタクタ６１１をオフにすることにより、スタック１０とディスチャージ抵抗６５４とを遮断することができる。また、ディスチャージコンタクタの冗長化を図る際に、正極燃料電池コンタクタ６１１を利用することにより、燃料電池車両１の安全性を向上しながら、コストの上昇を抑えることができる。

（２）ディスチャージコンタクタ６５２がオン故障した場合、正極燃料電池コンタクタ６１１をオフにし、スタック１０とディスチャージ抵抗６５４とを遮断する。これにより、ディスチャージ抵抗６５４が破損したり、スタック１０の発電電力がディスチャージ抵抗６５４で必要以上に消費されたりするのを防止することができる。

（３）ディスチャージコンタクタ６５２がオン故障し、正極燃料電池コンタクタ６１１をオフにした場合、燃料電池コンタクタ６１１，６２１よりモータ・ジェネレータ２０側に接続されたバッテリ４０の電力でモータ・ジェネレータ２０を駆動する。これにより、ディスチャージコンタクタ６５２がオン故障した場合であっても、ディスチャージ抵抗６５４を保護しながら走行し続けることができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について、図５〜図８を参照して説明する。
以下の第２実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

図５は、本実施形態に係る燃料電池車両１Ａの構成を示すブロック図である。本実施形態の燃料電池車両１Ａは、ディスチャージ回路６５Ａ及びＥＣＵ８０Ａの構成が、第１実施形態の燃料電池車両１と異なる。

ディスチャージ回路６５Ａは、正極電力供給線６１のうち正極燃料電池コンタクタ６１１よりスタック１０側と、負極電力供給線６２のうち負極燃料電池コンタクタ６２１よりモータ・ジェネレータ２０側とを接続する。

ディスチャージ回路６５Ａは、温度ヒューズ６５３Ａ、ディスチャージ抵抗６５４Ａ、ディスチャージコンタクタ６５２Ａ、及び電流ヒューズ６５１Ａを直列に接続して構成される。より具体的には、ディスチャージ回路６５Ａのうち、ディスチャージ抵抗６５４Ａより正極電力供給線６１側にはディスチャージコンタクタ６５２Ａと電流ヒューズ６５１Ａとが設けられ、ディスチャージ抵抗６５４Ａより負極電力供給線６２側には温度ヒューズ６５３Ａが設けられている。

スタック１０とディスチャージ抵抗６５４Ａとを接続し、スタック１０のディスチャージを行う場合、ディスチャージコンタクタ６５２Ａをオンにするとともに、負極燃料電池コンタクタ６２１をオンにする。
一方、スタック１０とディスチャージ抵抗６５４Ａとを遮断する場合には、ディスチャージコンタクタ６５２Ａ及び負極燃料電池コンタクタ６２１を共にオフにするか、又は、ディスチャージコンタクタ６５２Ａ及び負極燃料電池コンタクタ６２１の何れかをオフにする。

次に、図６及び図７を参照して本実施形態に係るスタックの起動処理及び故障判定処理の手順について詳細に説明する。
図６は、スタックの起動処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ３１〜Ｓ４５で構成される本実施形態の起動処理のうち、ステップＳ３１、Ｓ３４〜Ｓ４０、Ｓ４４、Ｓ４５は、それぞれ、図２に示す第１実施形態の起動処理のステップＳ１、Ｓ４〜Ｓ１０、Ｓ１４、Ｓ１５とほぼ同じであるので、詳細な説明を省略する。

ステップＳ３２では、スタックのディスチャージを開始するべくディスチャージコンタクタをオンにし、ステップＳ３３に移る。ステップＳ３３では、負極燃料電池コンタクタをオンにし、ステップＳ３４に移る。これにより、スタックとディスチャージ抵抗とは接続される。したがって、スタックに反応ガスを供給し発電を開始すると、スタックの発電電力はディスチャージ抵抗で消費される。

ステップＳ４１では、負極燃料電池コンタクタがオンであるか否か、すなわちスタックのディスチャージを実行したか否かを判別する。ステップＳ４１の判別がＹＥＳであり負極燃料電池コンタクタが既にオンにされている場合には、ステップＳ４２に移り、正極燃料電池コンタクタをのみをオンにした後、ステップＳ４４に移る。一方、ステップＳ４１の判別がＮＯであり負極燃料電池コンタクタがオフである場合には、ステップＳ４３に移り、正極燃料電池コンタクタ及び負極燃料電池コンタクタを共にオンにした後、ステップＳ４４に移る。

図７は、ディスチャージ回路及びディスチャージコンタクタの故障を判定する手順を示すフローチャートである。ステップＳ５１〜Ｓ５８で構成されている本実施形態の故障判定処理のうち、ステップＳ５１、Ｓ５２、及びＳ５６〜Ｓ５８は、それぞれ、図３に示す第１実施形態の故障判定処理のステップＳ２１、Ｓ２２、及びＳ２６〜Ｓ２８とほぼ同じであるので、詳細な説明を省略する。

ステップＳ５３においてディスチャージコンタクタ故障フラグに「１」をセットした後、ステップＳ５４では、ディスチャージコンタクタがオン故障した状態であると判断されたことに応じて、ディスチャージ抵抗とスタックとの接続を確実に切断するために負極燃料電池コンタクタをオフにし、ステップＳ５５に移る。ステップＳ５５では、負極燃料電池コンタクタをオフにすることでスタックの発電電力による走行ができなくなったことに応じて、バッテリの電力でモータ・ジェネレータを駆動するバッテリ走行を開始し、この処理を終了する。

図８は、スタックの起動処理の具体例を示すタイムチャートである。
先ず、時刻ｔ_１０において、イグニッションスイッチがオンにされたことに応じて、スタックの起動処理を開始する。
時刻ｔ_１１では、スタックのディスチャージが必要であると判別されたことに応じて、ディスチャージコンタクタと負極燃料電池コンタクタがオンにされる（図６のステップＳ３２，Ｓ３３参照）。

時刻ｔ_１２では、負極バッテリコンタクタとプリチャージコンタクタをオンにし、モータ・ジェネレータ及びそのＰＤＵ、並びに各種補機類に含まれる平滑コンデンサのプリチャージを開始する（図６のステップＳ３４参照）。なお、このプリチャージは、時刻ｔ_１２から時刻ｔ_１３まで実行される。

時刻ｔ_１３では、プリチャージが完了したことに応じてプリチャージコンタクタをオフにするとともに、正極バッテリコンタクタをオンにする（図６のステップＳ３５参照）。
時刻ｔ_１４では、エアコンプレッサを駆動し、水素ガスと空気からなる反応ガスのスタックへの供給を開始する（図６のステップＳ３６参照）。

時刻ｔ_１５では、スタックの出力電圧Ｖ_ＦＣが所定の起動判定値Ｖ_ＯＣＶより大きく、かつバッテリの出力電圧Ｖ２より大きくなったと判別されたことに応じて、正極燃料電池コンタクタをオンにする（図６のステップＳ４２参照）。
時刻ｔ_１５において燃料電池コンタクタをオンにしてから、所定のラップ期間を経た後、時刻ｔ_１６では、ディスチャージコンタクタをオフにする（図６のステップＳ４５参照）。

本実施形態によれば、上述の（１）〜（３）と同様の効果を奏する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば上記第１実施形態では、正極電力供給線に逆流防止ダイオードを設けたが、これに限らず負極電力供給線に逆流防止ダイオードを設けてもよい。この場合、ディスチャージ回路は、負極電力供給線のうち負極燃料電池コンタクタ及び逆流防止ダイオードの間と、正極電力供給線のうち正極燃料電池コンタクタよりスタック側とを接続するようにすることが好ましい。またこの場合には、スタックとディスチャージ抵抗とを接続する閉回路には、ディスチャージコンタクタと負極燃料電池コンタクタとが設けられることとなる。

また、例えば上記第２実施形態においても、正極電力供給線に逆流防止ダイオードを設けたが、これに限らず負極電力供給線に逆流防止ダイオードを設けてもよい。この場合、ディスチャージ回路は、負極電力供給線のうち負極燃料電池コンタクタよりスタック側と、正極電力供給線のうち正極燃料電池コンタクタよりモータ・ジェネレータ側とを接続するようにすることが好ましい。またこの場合には、スタックとディスチャージ抵抗とを接続する閉回路には、ディスチャージコンタクタと正極燃料電池コンタクタとが設けられることとなる。

１，１Ａ…燃料電池車両
１０…燃料電池スタック（燃料電池）
２０…モータ・ジェネレータ
２５…ＰＤＵ
３０…反応ガス供給装置
４０…バッテリ（蓄電装置）
６０…スタック接続回路
６１…正極電力供給線
６１１…正極燃料電池コンタクタ
６１２…逆流防止ダイオード
６２…負極電力供給線
６２１…負極燃料電池コンタクタ
６５，６５Ａ…ディスチャージ回路
６５２，６５２Ａ…ディスチャージコンタクタ
６５４，６５４Ａ…ディスチャージ抵抗
８０，８０Ａ…ＥＣＵ（発電電力消費手段、故障時遮断手段、故障時駆動手段）

Claims

反応ガスにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池に接続されたモータ・ジェネレータと、を備え、前記燃料電池の発電電力で前記モータ・ジェネレータを駆動することにより走行する燃料電池車両であって、
前記燃料電池の正極と前記モータ・ジェネレータの正極とを接続する正極電力供給線に設けられた正極燃料電池コンタクタと、
前記燃料電池の負極と前記モータ・ジェネレータの負極とを接続する負極電力供給線に設けられた負極燃料電池コンタクタと、
正極及び負極の何れか一方の極の電力供給線のうち、前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側に設けられ、前記モータ・ジェネレータから前記燃料電池へ電流が逆流するのを防止する逆流防止ダイオードと、
前記一方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタ及び前記逆流防止ダイオードの間と、他方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記燃料電池側とを接続するディスチャージ回路と、
前記ディスチャージ回路に設けられたディスチャージ抵抗及びディスチャージコンタクタと、
前記燃料電池への反応ガスの供給開始時には、前記ディスチャージコンタクタを接続するとともに、前記一方の極の燃料電池コンタクタを接続し、前記燃料電池の発電電力を消費する発電電力消費手段と、
前記ディスチャージコンタクタがオン故障した場合には、前記一方の極の燃料電池コンタクタをオフにする故障時遮断手段と、
前記一方の極の電力供給線のうち前記逆流防止ダイオードより前記モータ・ジェネレータ側と、前記他方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側とに接続された蓄電装置と、
前記故障時遮断手段により前記一方の極の燃料電池コンタクタをオフにした後、前記蓄電装置の電力で前記モータ・ジェネレータを駆動する故障時駆動手段と、を備えることを特徴とする燃料電池車両。
反応ガスにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池に接続されたモータ・ジェネレータと、を備え、
前記燃料電池の発電電力で前記モータ・ジェネレータを駆動することにより走行する燃料電池車両であって、
前記燃料電池の正極と前記モータ・ジェネレータの正極とを接続する正極電力供給線に設けられた正極燃料電池コンタクタと、
前記燃料電池の負極と前記モータ・ジェネレータの負極とを接続する負極電力供給線に設けられた負極燃料電池コンタクタと、
正極及び負極の何れか一方の極の電力供給線のうち、前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側に設けられ、前記モータ・ジェネレータから前記燃料電池へ電流が逆流するのを防止する逆流防止ダイオードと、
前記一方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記燃料電池側と、他方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側とを接続するディスチャージ回路と、
前記ディスチャージ回路に設けられたディスチャージ抵抗及びディスチャージコンタクタと、
前記燃料電池への反応ガスの供給開始時には、前記ディスチャージコンタクタを接続するとともに、前記他方の極の燃料電池コンタクタを接続し、前記燃料電池の発電電力を消費する発電電力消費手段と、
前記ディスチャージコンタクタがオン故障した場合には、前記他方の極の燃料電池コンタクタをオフにする故障時遮断手段と、
前記一方の極の電力供給線のうち前記逆流防止ダイオードより前記モータ・ジェネレータ側と、前記他方の極の電力供給線のうち前記燃料電池コンタクタより前記モータ・ジェネレータ側とに接続された蓄電装置と、
前記故障時遮断手段により前記他方の極の燃料電池コンタクタをオフにした後、前記蓄電装置の電力で前記モータ・ジェネレータを駆動する故障時駆動手段と、を備えることを特徴とする燃料電池車両。