JP5081738B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池と蓄電装置により駆動モータを駆動する燃料電池車両に関する。より詳細には、前記燃料電池への電流の流入を防止する逆流防止用のダイオードを備える燃料電池車両に関する。

燃料電池と蓄電装置により駆動モータを駆動する燃料電池車両が知られている。このような燃料電池車両の中には、逆流防止用のダイオードを備えるものがある（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

特開２００２−１１８９８１号公報 特開２００４−２２２３７６号公報

特許文献１及び特許文献２では、前記逆流防止用のダイオードが存在することにより、燃料電池への電流の流入が防止され、燃料電池が保護される。

この発明は、逆流防止用のダイオードの更なる有効活用を図ることができる燃料電池車両を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料電池車両は、駆動モータと、前記駆動モータを駆動する燃料電池と、前記燃料電池と並列に前記駆動モータに接続され、前記駆動モータを駆動する蓄電装置と、前記駆動モータと前記蓄電装置との間に配置され、前記蓄電装置の出力電圧を昇圧して前記燃料電池の出力電流を制御する昇圧器と、前記蓄電装置から前記燃料電池への電流の流入を防止する逆流防止用のダイオードと、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に配置された電圧センサと、前記燃料電池と前記駆動モータとの間に配置され、前記燃料電池と前記駆動モータとの接続状態を切り替えるコンタクタと、前記ダイオードの短絡を検知する短絡検知部と、を備えるものであって、前記昇圧器は、前記蓄電装置の出力電圧を昇圧して、前記ダイオードと前記昇圧器との間の電圧を前記燃料電池の開放電圧より上昇させ、前記短絡検知部は、前記昇圧器による昇圧後の電圧が前記燃料電池の開放電圧よりも高いとき、前記電圧センサの検出値に基づいて前記ダイオードの短絡検知を行い、前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記コンタクタを開くことを特徴とする。

この発明によれば、昇圧器による昇圧後の電圧が燃料電池の開放電圧より高いとき、ダイオードの短絡検知を行う。このため、ダイオードの短絡が発生したとしても、これに対する対応を速やかにとることができる。従って、逆流防止用のダイオードをより有効に利用することができるようになる。また、ダイオードの短絡を検知した場合、コンタクタを開くため、ダイオードの短絡に起因する燃料電池への電圧印加を防止し、燃料電池を保護することが可能となる。

前記短絡検知部は、前記電圧センサの検出値が前記燃料電池の開放電圧よりも高いとき、前記ダイオードが短絡していると判定することができる。

また、前記ダイオードと前記昇圧器との間の電圧を検出する第２電圧センサを備え、前記短絡検知部は、前記電圧センサの検出値と前記第２電圧センサの検出値を比較し、両検出値が一致する場合、前記ダイオードが短絡していると判定してもよい。

さらに、前記短絡検知部は、前記ダイオードの短絡を確定するための所定時間を事前に設定し、前記ダイオードの短絡を示す状態が前記所定時間続いたとき、前記コンタクタを開くことが好ましい。

前記燃料電池車両の起動後、前記燃料電池の電圧が最初に所定電圧以上になるまで前記燃料電池から前記駆動モータへの電力供給を行わない燃料電池発電準備期間を設定し、前記燃料電池発電準備期間内に前記ダイオードの短絡検知を行うこともできる。

前記燃料電池車両の停止時に、前記燃料電池内部に残留する反応ガスによる発電電力により前記蓄電装置を充電するディスチャージ期間を設定し、前記ディスチャージ期間後に前記ダイオードの短絡検知を行ってもよい。

前記燃料電池の発電開始後に、前記燃料電池に対する反応ガスの供給を一時的に停止するアイドル停止期間を設定し、前記アイドル停止期間内に前記ダイオードの短絡検知を行ってもよい。

前記アイドル停止期間は、前記燃料電池内部に残留する反応ガスによる発電電力により前記蓄電装置を充電するアイドル停止時ディスチャージ期間を含み、前記短絡検知部は、前記アイドル停止時ディスチャージ期間後に前記ダイオードの短絡検知を行うものであってもよい。

前記短絡検知部は、前記蓄電装置により前記駆動モータを駆動している際に、前記ダイオードの短絡検知を行ってもよい。

前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記昇圧器は、昇圧後の電圧を、前記燃料電池の開放電圧より低い電圧まで低下させてもよい。

前記燃料電池車両は、さらに、前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、当該短絡を通報する短絡通報装置を有することが好ましい。

前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記蓄電装置からの電力のみで前記駆動モータを駆動してもよい。

前記燃料電池車両は、さらに、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に接続された補機と、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に配置され、前記燃料電池から流出する電流を検出する電流センサと、を備え、前記電圧センサの検出値が、前記昇圧器による昇圧後の電圧未満であるとき、前記補機が必要とする電流と前記電流センサの検出値とが等しければ、前記短絡検知部は、前記ダイオードが短絡していないと判定してもよい。

この発明によれば、昇圧器による昇圧後の電圧が燃料電池の開放電圧より高いとき、ダイオードの短絡検知を行う。このため、ダイオードの短絡が発生したとしても、これに対する対応を速やかにとることができる。従って、逆流防止用のダイオードをより有効に利用することができるようになる。また、ダイオードの短絡を検知した場合、コンタクタを開くため、ダイオードの短絡に起因する燃料電池への電圧印加を防止し、燃料電池を保護することが可能となる。

Ａ．第１実施形態
１．燃料電池車両１０の構成
（１）全体構成
図１は、この発明の第１実施形態に係る燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」とも称する。）の回路図である。ＦＣ車両１０は、基本的には、モータユニット２０と、ＦＣユニット４０と、バッテリユニット６０と、統括制御部８０｛以下「統合制御ＥＣＵ８０」とも称する。｝とを有する。

モータユニット２０は、ＦＣ車両１０の力行時には、駆動用のモータ２２を用いてＦＣ車両１０の走行駆動力を生成し、ＦＣ車両１０の回生時には、モータ２２が発生した回生電力（モータ回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリユニット６０に供給する。

ＦＣユニット４０は、ＦＣ車両１０の力行時には、モータユニット２０に対して燃料電池４２（以下「ＦＣ４２」とも称する。）が発生した発電電力（ＦＣ発電電力Ｐｆｃ）［Ｗ］を供給し、ＦＣ車両１０の回生時には、ＦＣ発電電力Ｐｆｃをバッテリユニット６０に供給する。

バッテリユニット６０は、ＦＣ車両１０の力行時には、エネルギストレージである蓄電装置６２（以下「バッテリ６２」とも称する。）からの出力電力（バッテリ出力電力Ｐｂａｔ）［Ｗ］をモータユニット２０に対して供給し、ＦＣ車両１０の回生時には、モータ回生電力Ｐｒｅｇ及びＦＣ発電電力Ｐｆｃをバッテリ６２に蓄電する。

統合制御ＥＣＵ８０は、モータユニット２０、ＦＣユニット４０及びバッテリユニット６０を制御する。

なお、モータ回生電力Ｐｒｅｇ、ＦＣ発電電力Ｐｆｃ及びバッテリ出力電力Ｐｂａｔは、ライト、パワーウインド、ワイパー用電動機等の図示しない補機に供給してもよい。

（２）モータユニット２０
モータユニット２０は、モータ２２に加え、パワー・ドライブ・ユニット２４（以下「ＰＤＵ２４」とも称する。）と、減速機２６と、シャフト２８と、車輪３０と、モータ制御部３２｛以下「モータＥＣＵ３２」（ＥＣＵ：Electric Control Unit）とも称する。｝とを備える。

ＰＤＵ２４は、ＦＣ車両１０の力行時において、ＦＣ４２からの発電電流（ＦＣ発電電流Ｉｆ）［Ａ］及びバッテリ６２からの出力電流（バッテリ出力電流Ｉｂａｔ）［Ａ］とを直流／交流変換し、モータ２２を駆動する電流（モータ駆動電流Ｉｍｄ）［Ａ］としてモータ２２に供給する。このモータ駆動電流Ｉｍｄの供給に伴うモータ２２の回転は、減速機２６、シャフト２８を通じて車輪３０に伝達される。

また、ＰＤＵ２４は、ＦＣ車両１０の回生時において、モータ２２からの回生電流（モータ回生電流Ｉｍｒ）を交流／直流変換し、バッテリ充電電流Ｉｂｃとしてバッテリユニット６０に供給する。このバッテリ充電電流Ｉｂｃの供給によりバッテリ６２が充電される。

モータＥＣＵ３２は、統合制御ＥＣＵ８０からの指令に基づいてモータ２２及びＰＤＵ２４の動作を制御する。

（３）ＦＣユニット４０
ＦＣユニット４０は、ＦＣ４２に加え、水素タンク４４と、エアコンプレッサ４６と、ＦＣ制御部４８（以下「ＦＣ ＥＣＵ４８」とも称する。）と、逆流防止用のダイオード５０と、電圧センサ５２と、電流センサ５４と、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂとを有する。

ＦＣ４２は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造である。ＦＣ４２には、水素タンク４４とエアコンプレッサ４６が配管により接続されている。水素タンク４４内の加圧水素は、ＦＣ４２のアノード電極に供給される。また、エアコンプレッサ４６により空気がＦＣ４２のカソード電極に供給される。水素タンク４４及びエアコンプレッサ４６の動作は、ＦＣ ＥＣＵ４８により制御される。ＦＣ４２内で反応ガスである水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）の電気化学反応によりＦＣ発電電流Ｉｆが生成される。ＦＣ発電電流Ｉｆは、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂ、電流センサ５４及びダイオード５０を介し、ＦＣ車両１０の力行時にはＰＤＵ２４に供給され、回生時にはバッテリユニット６０に供給される。電流センサ５４で検出されたＦＣ発電電流Ｉｆは、通信線８２を介して統合制御ＥＣＵ８０に出力される。また、ＦＣ４２の発電電圧（ＦＣ発電電圧Ｖｆ）［Ｖ］は、ＦＣ４２とダイオード５０との間に配置された電圧センサ５２で検出され、通信線８２を介してＦＣ ＥＣＵ４８及び統合制御ＥＣＵ８０に出力される。

ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂは、ＦＣ４２と電圧センサ５２との間に配置され、ＦＣ４２とモータ２２（ＰＤＵ２４）との接続状態を切り替える。ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂは、ＦＣ ＥＣＵ４８及び統合制御ＥＣＵ８０により制御される。

なお、図１では図示していないが、図示しない電圧センサによりＦＣ４２の各セルの出力電圧が検出され、検出値は、ＦＣ ＥＣＵ４８及び統合制御ＥＣＵ８０に通知される。

（４）バッテリユニット６０
バッテリユニット６０は、バッテリ６２に加え、電圧センサ６４、６６と、電流センサ６８、７０と、バッテリ制御部７２（以下「バッテリＥＣＵ７２」とも称する。）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４と、コンバータ制御部７６｛以下「ＶＣＵ７６」（ＶＣＵ：Voltage Control Unit）｝と、バッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂとを有する。

バッテリ６２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４の１次側１Ｓに接続されており、例えばリチウムイオン２次電池やニッケル水素２次電池又はキャパシタを利用することができる。第１実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。電圧センサ６４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４の１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１）［Ｖ］を検出し、通信線８２に出力する。電圧センサ６６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４の２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］を検出し、通信線８２に出力する。電流センサ６８は、１次側１Ｓの電流（１次電流Ｉ１）を検出し、通信線８２に出力する。電流センサ７０は、２次側２Ｓの電流（２次電流Ｉ２）を検出し、通信線８２に出力する。

バッテリＥＣＵ７２は、バッテリ６２の温度や電圧Ｖｂａｔ［Ｖ］などを監視し、異常を検出した場合には、充放電の制限や停止によりバッテリ６２を保護する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ７４は、いわゆるチョッパ方式の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータであり、力行時には、１次電圧Ｖ１を昇圧して２次側２Ｓに供給し、回生時には、２次電圧Ｖ２を降圧して１次側１Ｓに供給する。すなわち、モータ２２が発生した回生電圧（モータ回生電圧Ｖｒｅｇ）［Ｖ］又はＦＣ４２のＦＣ発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ７４により低電圧に変換された１次電圧Ｖ１によりバッテリ６２を充電する。

ＶＣＵ７６は、統合制御ＥＣＵ８０からの指令並びに電圧センサ６４、６６及び電流センサ６８、７０の検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４を制御する。ＶＣＵ７６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４の制御を介してＦＣ発電電流Ｉｆを制御することができる。

バッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂは、バッテリ６２と電圧センサ６４との間に配置され、バッテリ６２とＤＣ／ＤＣコンバータ７４との接続状態を切り替える。バッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂは、バッテリＥＣＵ７２及び統合制御ＥＣＵ８０により制御される。

（５）統合制御ＥＣＵ８０
統合制御ＥＣＵ８０は、モータ２２の要求出力（モータ要求出力Ｐｍｒ＿ｒｅｑ）［Ｗ］やＦＣユニット４０（エアコンプレッサ４６等）の要求電力、図示しない補機の要求電力に基づいて、モータＥＣＵ３２、ＦＣ ＥＣＵ４８、バッテリＥＣＵ７２及びＶＣＵ７６を制御する。統合制御ＥＣＵ８０は、その他のＥＣＵを制御してもよい。また、第１実施形態の統合制御ＥＣＵ８０は、ダイオード５０の短絡検知処理を行う（詳細は後述する。）。

統合制御ＥＣＵ８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマの他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を有している。モータＥＣＵ３２、ＦＣ ＥＣＵ４８、バッテリＥＣＵ７２及びＶＣＵ７６も同様である。さらに、統合制御ＥＣＵ８０は、メモリ８４とカウンタ８６を備え、表示装置８８に接続されている。

統合制御ＥＣＵ８０と、モータＥＣＵ３２、ＦＣ ＥＣＵ４８、バッテリＥＣＵ７２及びＶＣＵ７６とは、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信線８２を通じて相互に接続されている。これらの制御部は、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各ＣＰＵが各ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。

（６）その他
車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、上述した電圧センサ５２、６４、６６、電流センサ５４、６８、７０の他、通信線８２に接続されるイグニッションスイッチ９０、アクセルセンサ９２、ブレーキセンサ９４、及び車速センサ９６等がある。

２．ダイオード５０の短絡検知処理
上述したように、統合制御ＥＣＵ８０は、ダイオード５０の短絡検知処理を行う。この短絡検知処理では、ダイオード５０が短絡しているかどうかを判定し、短絡していると判定した場合、ＦＣ４２を保護するための措置を取る。ここでいう「短絡」とは、故障によりダイオード５０の抵抗値が低下し、ダイオード５０のアノード側からカソード側に電流が流れる状態をいう。

（１）短絡検知処理の具体的内容
図２には、ダイオード５０の短絡検知処理のフローチャートが示されている。ステップＳ１において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ４２の開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）［Ｖ］を判定する。ここでのＯＣＶは、その時点においてＦＣ４２のスタック（図示せず）がさらされている開放電圧をいう。ＯＣＶは、例えば、ＦＣ４２に対する水素や空気の供給量、ＦＣ４２のスタックの温度及び劣化状態等の環境決定要因により決定される。統合制御ＥＣＵ８０のメモリ８４には、前記環境決定要因とＯＣＶとの関係がマップ化されており、統合制御ＥＣＵ８０は、この関係を用いてＯＣＶを判定する。なお、ＯＣＶは、ＦＣ４２のセル（図示せず）毎に電圧センサ（図示せず）を設けておき、各セルの出力電圧を検出し、これを加算することによりＯＣＶを求めることもできる。或いは、最も良好な環境（条件）においてＦＣ４２が出力可能な電圧をＯＣＶとして用いることもできる。或いは、特開２００３−０８６２１１号公報に記載されている方法（例えば、同公報の段落［００５８］〜［００６０］を参照）によりＯＣＶを算出することもできる。

ステップＳ２において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＯＣＶに応じて２次電圧Ｖ２を増加させる。具体的には、ＯＣＶに追加分α（例えば、αは数十ボルト）を加えた電圧ＯＣＶ＋αを、ダイオード５０の短絡の有無を判定するための電圧（短絡判定電圧Ｖｃｓ）として算出する。そして、統合制御ＥＣＵ８０は、ＶＣＵ７６に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４の昇圧後の電圧（２次電圧Ｖ２）を短絡判定電圧Ｖｃｓまで増加するように指令する。換言すると、統合制御ＥＣＵ８０は、短絡判定電圧Ｖｃｓを２次電圧Ｖ２の指令値（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）に設定してＶＣＵ７６に通知する。そして、この２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍを受けたＶＣＵ７６は、２次電圧Ｖ２が短絡判定電圧Ｖｃｓと等しくなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４を動作させる。

ステップＳ３において、統合制御ＥＣＵ８０は、電圧センサ５２の検出値（３次電圧Ｖ３［Ｖ］）が、ＯＣＶより大きいかどうかを判定する。或いは、３次電圧Ｖ３と、ＯＣＶ及び誤差許容範囲の和とを比較してもよい。２次電圧Ｖ２が短絡判定電圧Ｖｃｓとなっている状態で３次電圧Ｖ３がＯＣＶ以下である場合（Ｓ３：Ｎｏ）、逆流防止用のダイオード５０は、正常に機能している（短絡していない）と判断可能である。この場合、ステップＳ４において、統合制御ＥＣＵ８０は、カウンタ８６のカウント値ＣＴＲをリセットする。

３次電圧Ｖ３がＯＣＶより大きい場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、ダイオード５０が短絡し、２次電圧Ｖ２がダイオード５０の存在にもかかわらず、ＦＣ４２に印加されていると判断することができる。但し、ノイズ等何らかの原因により、電圧センサ５２が実際とは異なる値を出力していることも考えられる。そこで、まずはステップＳ５において、統合制御ＥＣＵ８０は、カウンタ８６のカウント値ＣＴＲを１増加させる。

続くステップＳ６において、統合制御ＥＣＵ８０は、現在のカウント値ＣＴＲが、カウンタ閾値ＴＨｃｔｒ以上となっているかどうかを判定する。カウンタ閾値ＴＨｃｔｒは、ダイオード５０が短絡していることを確定するための閾値である。現在のカウント値ＣＴＲがカウンタ閾値ＴＨｃｔｒより小さい場合（Ｓ６：Ｎｏ）、ダイオード５０の短絡を確定せずに、今回の処理を終了する。現在のカウント値ＣＴＲがカウンタ閾値ＴＨｃｔｒ以上である場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、統合制御ＥＣＵ８０は、ダイオード５０の短絡を確定し、短絡時の処理を行うためにステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、統合制御ＥＣＵ８０は、運転者に対して警告を行う。具体的には、ダイオード５０が短絡している旨を表示装置８８に表示する。

続くステップＳ８において、統合制御ＥＣＵ８０は、２次電圧Ｖ２をＯＣＶよりも低くする。具体的には、統合制御ＥＣＵ８０は、ＶＣＵ７６に対し、ＤＣ/ＤＣコンバータ７４の昇圧後の電圧（２次電圧Ｖ２）をＯＣＶよりも所定値β小さい値（ＯＣＶ−β）とするように指令する。換言すると、統合制御ＥＣＵ８０は、ＯＣＶ−βを２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍに設定してＶＣＵ７６に通知する。そして、この２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍを受けたＶＣＵ７６は、２次電圧Ｖ２がＯＣＶ−βと等しくなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４を動作させる。これにより、ＦＣ４２の発電電圧Ｖｆの方が２次電圧Ｖ２よりも高くなり、ＯＣＶダイオード５０が短絡していても、２次電圧Ｖ２がＦＣ４２に印加されることを回避することができる。ステップＳ８の処理は、特に、後述するステップＳ９においてＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂが開くまでの間には有効である。

ステップＳ９において、統合制御ＥＣＵ８０は、通信線８２を介してＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを開く。これにより、ＦＣ４２が、モータユニット２０やバッテリユニット６０から完全に切り離される。従って、ダイオード５０が短絡していても、２次電圧Ｖ２がＦＣ４２に印加されることを回避し、ＦＣ４２を保護することができる。

ステップＳ１０において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ発電電力Ｐｆｃなしにバッテリ出力電力Ｐｂａｔのみでモータ２２を駆動するバッテリ走行モードに移行する。そして、アクセルセンサ９２から通知されるアクセルペダル（図示せず）の踏込み量に応じてバッテリ出力電力ＰｂａｔのみでＦＣ車両１０を駆動する。

（２）短絡検知処理を行うタイミング
第１実施形態では、上記短絡検知処理を、ＦＣ車両１０の起動時と、ＦＣ車両１０の停止時と、ＦＣ車両１０のアイドル停止時とに行う。

（ａ）ＦＣ車両１０の起動時
図３には、ＦＣ車両１０の起動時に短絡検知処理を行うフローチャートが示されている。ステップＳ２１において、運転者によりイグニッションスイッチ９０がオンにされ、ＦＣ車両１０の起動を命じる起動指令が統合制御ＥＣＵ８０になされると、ステップＳ２２において、バッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂが閉じられる。すなわち、前記起動指令を受けた統合制御ＥＣＵ８０は、バッテリＥＣＵ７２に対し、バッテリ６２による電力供給の開始を指令する。これを受けたバッテリＥＣＵ７２は、バッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂを閉じて、バッテリ６２からの電力供給を可能にする。これにより、モータ２２がバッテリ出力電力Ｐｂａｔにより駆動可能となり、その結果、ＦＣ車両１０は走行可能となる。

次いで、ステップＳ２３において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ ＥＣＵ４８に対し、ＦＣ４２による電力供給の開始を指令する。これを受けたＦＣ ＥＣＵ４８は、ＯＣＶチェックを行う。ＯＣＶチェックは、ＦＣ４２に対する水素及び空気の供給開始から、実際にモータユニット２０に対してＦＣ発電電力Ｐｆｃを供給するまでの一連の処理をいう（例えば、特開２００５−３０２５３９号公報の段落［０００３］参照）。

ステップＳ２４において、統合制御ＥＣＵ８０は、上述した短絡検知処理を行う。ダイオード５０が短絡していなければ、ステップＳ２５において、ＦＣ ＥＣＵ４８は、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを閉じる。これにより、ＦＣ発電電力Ｐｆｃがモータユニット２０及びバッテリユニット６０に供給可能となる。

なお、図３のフローチャートにおいて、短絡検知処理は、ステップＳ２２においてバッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂが閉じられた後、ステップＳ２５においてＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂが閉じられるまでであれば、いつ行ってもよい。

（ｂ）ＦＣ車両１０の停止時
図４には、ＦＣ車両１０の停止時に短絡検知処理を行うフローチャートが示されている。ステップＳ３１において、運転者によりイグニッションスイッチ９０がオフにされ、ＦＣ車両１０の停止を命じる停止命令が統合制御ＥＣＵ８０になされると、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ車両１０を停止するための処理を開始する。すなわち、統合制御ＥＣＵ８０は、ステップＳ３２において、ＦＣ ＥＣＵ４８に対し、ＦＣ４２に対する水素の供給停止を命じる。これを受けたＦＣ ＥＣＵ４８は、水素タンク４４からの水素ガスの供給を停止する。

ステップＳ３３において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ４２をディスチャージするためのディスチャージ処理を行う。具体的には、ＦＣ ＥＣＵ４８に対し、空気の供給の継続を命じると共に、バッテリＥＣＵ７２に対し、ＦＣ発電電力Ｐｆｃをバッテリ６２に充電するよう命じる。ＦＣ発電電圧Ｖｆｃがゼロ又は所定の閾値を下回ったとき、ステップＳ３４において、統合制御ＥＣＵ８０は、通信線８２を介してＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを開く。これにより、ＦＣ４２が、モータユニット２０やバッテリユニット６０から完全に切り離される。従って、ダイオード５０が短絡していても、２次電圧Ｖ２がＦＣ４２に印加されることを回避し、ＦＣ４２を保護することができる。

ステップＳ３５において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ ＥＣＵ４８に対し、ＦＣ４２に対する空気の供給の停止を命じる。これを受けたＦＣ ＥＣＵ４８は、エアコンプレッサ４６を停止させ、空気の供給を停止する。

ステップＳ３６において、統合制御ＥＣＵ８０は、上述した短絡検知処理を行う。ステップＳ３７において、ＦＣ ＥＣＵ４８は、バッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂを開く。これにより、ＦＣ車両１０は駆動できなくなり、停止状態となる。

（ｃ）アイドル停止時
図５には、ＦＣ車両１０のアイドル停止時に短絡検知処理を行うフローチャートが示されている。アイドル停止とは、イグニッションスイッチ９０がオンの状態でＦＣ車両１０が停止することを意味する。

ステップＳ４１において、統合制御ＥＣＵ８０は、アイドル停止要求を受ける。具体的には、イグニッションスイッチ９０がオンの状態で、ＦＣ車両１０が停止する（車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］がゼロになる）と、アイドル停止要求があったものとみなされる。ステップＳ４２において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ ＥＣＵ４８に対し、ＦＣ４２に対する水素ガスの供給停止を命じる。これを受けたＦＣ ＥＣＵ４８は、水素タンク４４からの水素ガスの供給を停止する。

ステップＳ４３において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ４２をディスチャージするためのディスチャージ処理を行う。このディスチャージ処理は、図４のステップＳ３３の処理と同様である。続くステップＳ４４において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ ＥＣＵ４８に対し、ＦＣ４２に対する空気の供給の停止を命じる。これを受けたＦＣ ＥＣＵ４８は、エアコンプレッサ４６を停止させ、空気の供給を停止する。ステップＳ４５において、統合制御ＥＣＵ８０は、上述した短絡検知処理を行う。

ステップＳ４６において、アクセルセンサ９２から通知されるアクセルペダル（図示せず）の踏込み量又は車速Ｖにより、ＦＣ４２の発電要求があったものと判断すると、ステップＳ４７において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ ＥＣＵ４８に対し、空気の供給再開を指令する。さらに、ステップＳ４８において、統合制御ＥＣＵ８０は、ＦＣ ＥＣＵ４８に対し、水素ガスの供給再開を指令する。

３．第１実施形態の効果
以上のように、第１実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４による昇圧後の電圧（２次電圧Ｖ２）をＯＣＶより高くして（図２のＳ２）、ダイオード５０の短絡検知を行う（Ｓ３）。このため、ダイオード５０の短絡が発生したとしても、これに対する対応を速やかにとることができる。従って、逆流防止用のダイオード５０をより有効に利用することができるようになる。また、ダイオード５０の短絡を検知した場合、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを開くため、ダイオード５０の短絡に起因するバッテリ６２又はモータ２２からＦＣ４２への電圧印加を防止し、ＦＣ４２を保護することが可能となる。

第１実施形態では、ＦＣ４２とダイオード５０との間に配置された電圧センサ５２を、ＦＣ発電電圧Ｖｆの検出と、ダイオード５０の短絡検知との両方に用いることができる。従って、ＦＣ車両１０全体で用いる電圧センサの数を少なくすることができる。

第１実施形態では、ダイオード５０が短絡していることを確定するためカウンタ閾値ＴＨｃｔｒを事前に設定し、カウンタ８６のカウント値ＣＴＲが、カウンタ閾値ＴＨｃｔｒ以上となったとき、短絡を確定し、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを開く（図２のＳ９）。これにより、ダイオード５０の短絡の誤検知を防止することができる。

第１実施形態では、ＦＣ車両１０の起動後、ＯＣＶチェックを行い（図３のＳ２３）、ＦＣ発電電圧Ｖｆが最初に所定電圧以上になるまでＦＣ４２からモータ２２への電力供給を行わない燃料電池発電準備期間が設定され（図３のＳ２１後Ｓ２５直前まで）、統合制御ＥＣＵ８０は、前記燃料電池発電準備期間内にダイオード５０の短絡検知を行う（Ｓ２４）。これにより、ＦＣ車両１０の起動時にダイオード５０の短絡検知が可能となり、ＦＣ４２がモータ２２を駆動する前に、すなわち、ＦＣ４２に対するバッテリ６２からの電圧印加がほとんど行われない時点で、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを開きＦＣ４２を保護することができる。また、第１実施形態では、モータ２２による回生可能であるが、ＦＣ４２にモータ回生電圧Ｖｒｅｇが印加されることを防止することができる。

第１実施形態では、ＦＣ車両１０の停止時に、ＦＣ４２内部に残留する水素ガスによるＦＣ発電電力Ｐｆｃによりバッテリ６２を充電するディスチャージ処理が行われ（図４のＳ３３）、統合制御ＥＣＵ８０は、ディスチャージ処理後にダイオード５０の短絡検知を行う（Ｓ３６）。これにより、ダイオード５０の短絡の有無にかかわらず、ＦＣ車両１０の停止時のＦＣ発電電力Ｐｆｃ（ディスチャージ電力）によりバッテリ６２を充電可能となり、ディスチャージ電力を有効利用できると共に、ダイオード５０の短絡検知をＦＣ４２の発電停止に伴って行うことができる。

第１実施形態では、ＦＣ車両１０のアイドル停止時にダイオード５０の短絡検知を行う（図５のＳ４５）。これにより、ＦＣ車両１０の運転時におけるダイオード５０の短絡検知の回数を増やすことができる。また、アイドル停止時の短絡検知（Ｓ４５）は、ディスチャージ処理（Ｓ４３）の後に行う。これにより、ダイオード５０の短絡の有無にかかわらず、ＦＣ車両１０のアイドル停止時のＦＣ発電電力Ｐｆｃ（ディスチャージ電力）によりバッテリ６２を充電可能となり、ディスチャージ電力を有効利用できると共に、ダイオード５０の短絡検知をアイドル停止に伴って行うことができる。

第１実施形態では、統合制御ＥＣＵ８０は、バッテリ６２によりモータ２２を駆動している際に、ダイオード５０の短絡検知を行う（図３のＳ２４）。これにより、モータ２２の作動中であっても、ダイオード５０の短絡検知を行うことができる。

第１実施形態では、統合制御ＥＣＵ８０がダイオード５０の短絡を検知したとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４は、昇圧後の電圧（２次電圧Ｖ２）を、ＯＣＶより低い電圧まで低下させる（図２のＳ８）。これにより、ダイオード５０の短絡検知からＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを開くまでの間、ＯＣＶ以上の電圧がＦＣ４２に印加されることを防止し、ＦＣ４２を保護することができる。

第１実施形態では、統合制御ＥＣＵ８０がダイオード５０の短絡を検知したとき、表示装置８８を介して当該短絡を通報する。これにより、運転者、搭乗者等にダイオード５０の短絡を通報することができる。

第１実施形態では、統合制御ＥＣＵ８０がダイオード５０の短絡を検知したとき、バッテリ出力電力Ｐｂａｔのみでモータ２２を駆動する。これにより、ＦＣ４２を保護しつつ、一定程度の走行が可能となる。

Ｂ．第２実施形態
１．第１実施形態との相違
図６は、この発明の第２実施形態に係る燃料電池車両１０Ａ（以下「ＦＣ車両１０Ａ」とも称する。）の回路図である。第２実施形態に係るＦＣ車両１０Ａは、基本的に、第１実施形態に係るＦＣ車両１０と同様である。しかし、ＦＣ車両１０Ａは、電流センサ５４と電圧センサ６４との間に補機１００を有する点でＦＣ車両１０と異なる。補機１００は、ＦＣ発電電力Ｐｆｃが生成されている状態でのみ動作を要するものであり、例えば、ＦＣ４２のスタックの冷却ポンプである。

２．ダイオード５０の短絡検知処理
第２実施形態では、第１実施形態における短絡検知処理に加え、補機１００があることにより、第１実施形態とは異なる短絡検知処理（第２短絡検知処理）が可能である。図７には、第２短絡検知処理のフローチャートが示されている。第２短絡検知処理は、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂが閉じた状態でのみ行われる。例えば、図３（ＦＣ車両１０の起動時のフローチャート）であれば、ステップＳ２５以降に行われ、図４（ＦＣ車両１０の停止時のフローチャート）であれば、ステップＳ３４よりも前に行われる。図５（ＦＣ車両１０のアイドル停止時のフローチャート）では、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂが開かれることはないので、いつでも行うことができる。或いは、ＦＣ車両１０の走行中に行うこともできる。

図７のステップＳ５１において、統合制御ＥＣＵ８０は、電圧センサ５２で検出された電圧（３次電圧Ｖ３［Ｖ］）が、電圧センサ６６で検出された電圧（２次電圧Ｖ２［Ｖ］）未満であるかどうかを判定する。３次電圧Ｖ３が２次電圧Ｖ２以上である場合（Ｓ５１：Ｎｏ）、第２短絡検知処理を終了し、ＦＣ発電電流Ｉｆをモータユニット２０又はバッテリユニット６０に供給する。３次電圧Ｖ３が２次電圧Ｖ２未満である場合（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、ステップＳ５２に進む。なお、３次電圧Ｖ３が２次電圧Ｖ２未満である場合、モータユニット２０又はバッテリユニット６０にＦＣ発電電流Ｉｆは供給されず、また、ダイオード５０が正常に動作していれば（短絡していなければ）、モータユニット２０及びバッテリユニット６０のいずれからも、ＦＣ４２に対して電流は流れない。このため、補機１００には、ＦＣ発電電流Ｉｆのみが供給される。

ステップＳ５２において、統合制御ＥＣＵ８０は、電流センサ５４で検出された電流（３次電流Ｉ３［Ａ］）が、補機必要電流Ｉａ＿ｎｅｃ［Ａ］未満であるかどうかを判定する。補機必要電流Ｉａ＿ｎｅｃは、補機１００の動作に必要な電流であり、補機１００に応じて予め設定されている。

３次電流Ｉ３が、補機必要電流Ｉａ＿ｎｅｃ以上である場合（Ｓ５２：Ｎｏ）、ダイオード５０は正常に動作していると判断可能であるため、ステップＳ５３において、統合制御ＥＣＵ８０は、カウンタ８６のカウント値ＣＴＲをリセットする。ステップＳ５３の処理は、図２のステップＳ４と同様の処理である。３次電流Ｉ３が、補機必要電流Ｉａ＿ｎｅｃ未満である場合（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、補機１００には、ＦＣ発電電流Ｉｆ以外の電流も供給されており、ダイオード５０が短絡していると考えられる。そこで、ステップＳ５４〜Ｓ５９において、短絡を確定するための処理及び短絡確定後の処理を行う。ステップＳ５４〜Ｓ５９は、図２のステップＳ５〜Ｓ１０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

３．第２実施形態の効果
以上のように、第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、次の効果を得ることができる。すなわち、第２実施形態では、３次電圧Ｖ３が、ＤＣ／ＤＣコンバータ７４による昇圧後の電圧（２次電圧Ｖ２）未満であり（図７のＳ５１：Ｙｅｓ）、且つ補機必要電流Ｉａ＿ｎｅｃと３次電流Ｉ３とが等しければ（Ｓ５２：Ｎｏ）、統合制御ＥＣＵ８０は、ダイオード５０が短絡していないと判定する。これにより、ダイオード５０の短絡の有無を判定する方法を増やすことができ、ダイオード５０の短絡をより精度よく検知することができる。

Ｃ．変形例
なお、この発明は、上記各実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

第１実施形態では、ダイオード５０の短絡検知のために、３次電圧Ｖ３がＯＣＶより大きいかどうかを判定した（図２のＳ３）が、これに限られない。例えば、図８のステップＳ６３に示すように、２次電圧Ｖ２と３次電圧Ｖ３とが等しいかどうかにより判定することもできる。すなわち、ダイオード５０が正常に動作しているとき（短絡していないとき）、３次電圧はＯＣＶを超えることはない。このため、ダイオード５０が正常に動作しているとき２次電圧Ｖ２がＯＣＶよりも高ければ、２次電圧Ｖ２と３次電圧Ｖ３とが等しくなることはない。それにもかかわらず、２次電圧Ｖ２と３次電圧Ｖ３とが等しくなった場合には、ダイオード５０が短絡したと判断することができる。なお、図８のステップＳ６１、Ｓ６２、Ｓ６４〜Ｓ７０は、図２のＳ１、Ｓ２、Ｓ４〜Ｓ１０と同様である。

或いは、ダイオード５０からＦＣ４２に向かって電流が流れているときにダイオード５０が短絡していると判定するのであれば、電流センサ５４の検出値を用いて短絡検知をすることもできる。すなわち、ＦＣ４２からダイオード５０へ向かう電流を正とすれば、負の電流が発生しているとき、又は、電流センサ５４が検出した電流が負の所定値よりも小さいとき、ダイオード５０が短絡していると判定することもできる。同様に、ＦＣ４２とダイオード５０との間に磁場センサを設け、この磁場センサの検出値が、負の電流を示すときに、ダイオード５０が短絡していると判定することもできる。

上記各実施形態では、ダイオード５０の短絡検知を、ＦＣ車両１０の起動時、停止時及びアイドル停止時に行ったが、これに限られず、例えば、ＦＣ車両１０が走行中の場合にも短絡検知をしてもよい。ＦＣ車両１０が力行しているとき、統合制御ＥＣＵ８０（又はＶＣＵ７６）は、短絡検知のためのみではなく、モータ２２を駆動するために２次電圧Ｖ２をＤＣ／ＤＣコンバータ７４により増加させる。そして、２次電圧Ｖ２がＯＣＶより大きくなったとき、図２のような短絡検知処理を行うことができる。

図３では、ステップＳ２２でバッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂを閉じた後（Ｓ２２）、ステップＳ２５でＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを閉じるまでに短絡検知処理を行うことができたが、バッテリコンタクタ７８ａ、７８ｂを有さない構成であれば、イグニッションスイッチ９０がオンにされた時点から短絡検知処理を行うこともできる。

上記各実施形態では、ダイオード５０の短絡を確定したとき、表示装置８８を用いて運転者等に通報したが（図２のＳ７、図７のＳ５６）、通報の方法はこれに限られず、例えば、図示しない車載スピーカを用いて音声により通報することもできる。

上記各実施形態では、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂをＦＣ４２とダイオード５０との間に配置したが、これに限られず、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂがＦＣ４２とモータユニット２０との接続状態を切り替えるものであれば（ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂの動作が、モータユニット２０とバッテリユニット６０との接続状態に影響しなければ）、ＦＣコンタクタ５６ａ、５６ｂを、ダイオード５０よりもモータユニット２０側に配置することもできる。

この発明の第１実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。 第１実施形態における逆流防止用ダイオードの短絡検知処理のフローチャートである。 燃料電池車両の起動時に前記短絡検知処理を行うフローチャートである。 燃料電池車両の停止時に前記短絡検知処理を行うフローチャートである。 燃料電池車両のアイドル停止時に前記短絡検知処理を行うフローチャートである。 この発明の第２実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。 第２実施形態における逆流防止用ダイオードの短絡検知処理のフローチャートである。 図２のフローチャートの変形例である。

符号の説明

１０、１０Ａ…燃料電池車両 ２２…モータ
４２…燃料電池 ５０…ダイオード
５６ａ、５６ｂ…ＦＣコンタクタ ６２…バッテリ（蓄電装置）
６４、６６…電圧センサ ７４…ＤＣ／ＤＣコンバータ
８０…統合制御ＥＣＵ（短絡検知部） ８８…表示装置（短絡通報装置）
１００…補機
Ｉｆ…ＦＣ発電電流 ＯＣＶ…燃料電池の開放電圧

Claims (13)

1. 駆動モータと、
   前記駆動モータを駆動する燃料電池と、
   前記燃料電池と並列に前記駆動モータに接続され、前記駆動モータを駆動する蓄電装置と、
   前記駆動モータと前記蓄電装置との間に配置され、前記蓄電装置の出力電圧を昇圧して前記燃料電池の出力電流を制御する昇圧器と、
   前記蓄電装置から前記燃料電池への電流の流入を防止する逆流防止用のダイオードと、
   前記燃料電池と前記ダイオードとの間に配置された電圧センサと、
   前記燃料電池と前記駆動モータとの間に配置され、前記燃料電池と前記駆動モータとの接続状態を切り替えるコンタクタと、
   前記ダイオードの短絡を検知する短絡検知部と、
   を備える燃料電池車両であって、
   前記昇圧器は、前記蓄電装置の出力電圧を昇圧して、前記ダイオードと前記昇圧器との間の電圧を前記燃料電池の開放電圧より上昇させ、
   前記短絡検知部は、前記昇圧器による昇圧後の電圧が前記燃料電池の開放電圧よりも高いとき、前記電圧センサの検出値に基づいて前記ダイオードの短絡検知を行い、
   前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記コンタクタを開く
   ことを特徴とする燃料電池車両。
2. 請求項１記載の燃料電池車両において、
   前記短絡検知部は、前記電圧センサの検出値が前記燃料電池の開放電圧よりも高いとき、前記ダイオードが短絡していると判定する
   ことを特徴とする燃料電池車両。
3. 請求項１記載の燃料電池車両において、
   さらに、前記ダイオードと前記昇圧器との間の電圧を検出する第２電圧センサを備え、
   前記短絡検知部は、前記電圧センサの検出値と前記第２電圧センサの検出値を比較し、両検出値が一致する場合、前記ダイオードが短絡していると判定する
   ことを特徴とする燃料電池車両。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
   前記短絡検知部は、
   前記ダイオードの短絡を確定するための所定時間を事前に設定し、
   前記ダイオードの短絡を示す状態が前記所定時間続いたとき、前記コンタクタを開く
   ことを特徴とする燃料電池車両。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
   前記燃料電池車両の起動後、前記燃料電池の電圧が最初に所定電圧以上になるまで前記燃料電池から前記駆動モータへの電力供給を行わない燃料電池発電準備期間が設定され、
   前記短絡検知部は、前記燃料電池発電準備期間内に前記ダイオードの短絡検知を行う
   ことを特徴とする燃料電池車両。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
   前記燃料電池車両の停止時に、前記燃料電池内部に残留する反応ガスによる発電電力により前記蓄電装置を充電するディスチャージ期間が設定され、
   前記短絡検知部は、前記ディスチャージ期間後に前記ダイオードの短絡検知を行う
   ことを特徴とする燃料電池車両。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
   前記燃料電池の発電開始後に、前記燃料電池に対する反応ガスの供給を一時的に停止するアイドル停止期間が設定され、
   前記短絡検知部は、前記アイドル停止期間内に前記ダイオードの短絡検知を行う
   ことを特徴とする燃料電池車両。
8. 請求項７記載の燃料電池車両において、
   前記アイドル停止期間は、前記燃料電池内部に残留する反応ガスによる発電電力により前記蓄電装置を充電するアイドル停止時ディスチャージ期間を含み、
   前記短絡検知部は、前記アイドル停止時ディスチャージ期間後に前記ダイオードの短絡検知を行う
   ことを特徴とする燃料電池車両。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
   前記短絡検知部は、前記蓄電装置により前記駆動モータを駆動している際に、前記ダイオードの短絡検知を行う
   ことを特徴とする燃料電池車両。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
    前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記昇圧器は、昇圧後の電圧を、前記燃料電池の開放電圧より低い電圧まで低下させる
    ことを特徴とする燃料電池車両。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
    さらに、前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、当該短絡を通報する短絡通報装置を有する
    ことを特徴とする燃料電池車両。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
    前記短絡検知部が前記ダイオードの短絡を検知したとき、前記蓄電装置からの電力のみで前記駆動モータを駆動する
    ことを特徴とする燃料電池車両。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
    前記燃料電池車両は、さらに、
    前記燃料電池と前記ダイオードとの間に接続された補機と、
    前記燃料電池と前記ダイオードとの間に配置され、前記燃料電池から流出する電流を検出する電流センサと、
    を備え、
    前記電圧センサの検出値が、前記昇圧器による昇圧後の電圧未満であるとき、前記補機が必要とする電流と前記電流センサの検出値とが等しければ、前記短絡検知部は、前記ダイオードが短絡していないと判定する
    ことを特徴とする燃料電池車両。

Images