JP6790713B2 - Fuel cell vehicle - Google Patents
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Description
本明細書は、燃料電池とバッテリのいずれかの電力でモータを駆動して走行する燃料電池車を開示する。 The present specification discloses a fuel cell vehicle that runs by driving a motor with the electric power of either a fuel cell or a battery.
特許文献1に、燃料電池車の一例が開示されている。その燃料電池車は、燃料電池とメインバッテリが並列に接続されている。燃料電池は出力を急激に変えることが難しいので、モータの出力を急激に変化させるときのためにメインバッテリが備えられている。モータの出力を急増させる場合には、メインバッテリの出力を燃料電池の出力に加える。モータの出力を急減させる場合には、燃料電池の余剰の電力をメインバッテリに蓄える。 Patent Document 1 discloses an example of a fuel cell vehicle. In the fuel cell vehicle, the fuel cell and the main battery are connected in parallel. Since it is difficult for a fuel cell to change its output abruptly, a main battery is provided in case the output of a motor is changed abruptly. When the output of the motor is rapidly increased, the output of the main battery is added to the output of the fuel cell. When the output of the motor is drastically reduced, the surplus power of the fuel cell is stored in the main battery.
燃料電池は、その出力電圧を走行用モータの駆動電圧に変換する電圧コンバータを介してメインバッテリと並列に接続されている。燃料電池車は、走行用モータの駆動電圧よりも低い補機群へ電力を供給する補機バッテリも備えている。メインバッテリと燃料電池の出力電圧は100ボルト以上であり、補機バッテリの出力電圧は10乃至40ボルトである。特許文献1の燃料電池車は、メインバッテリの出力あるいは燃料電池の出力の電圧を降圧して補機バッテリへ供給する電圧コンバータも備えている。 The fuel cell is connected in parallel with the main battery via a voltage converter that converts its output voltage into the drive voltage of the traction motor. The fuel cell vehicle is also equipped with an auxiliary battery that supplies electric power to the auxiliary equipment group that is lower than the drive voltage of the traveling motor. The output voltage of the main battery and the fuel cell is 100 volts or more, and the output voltage of the auxiliary battery is 10 to 40 volts. The fuel cell vehicle of Patent Document 1 also includes a voltage converter that steps down the voltage of the output of the main battery or the output of the fuel cell and supplies the voltage to the auxiliary battery.
補機の中には、重要な補機とそうでない補機が含まれる。前者の典型は、シフトバイワイヤ装置など、走行に関わる補機であり、後者の典型は、オーディオ機器など、走行に関与しない補機である。補機バッテリが故障したときに、走行に関わる重要な補機への電力供給が途絶えないように、燃料電池車は、電力のバックアップ手段を備えていることが望ましい。特許文献1の燃料電池車では、補機バッテリが故障しても、電圧コンバータを介してメインバッテリまたは燃料電池から重要な補機へ電力を供給することができる。すなわち、メインバッテリ又は燃料電池と電圧コンバータが、重要な補機への電力バックアップ手段として機能する。 Auxiliary equipment includes important auxiliary equipment and non-important auxiliary equipment. A typical example of the former is an auxiliary device related to traveling such as a shift-by-wire device, and a typical example of the latter is an auxiliary device not involved in traveling such as audio equipment. It is desirable that the fuel cell vehicle be equipped with a power backup means so that the power supply to the important auxiliary equipment related to driving is not interrupted when the auxiliary battery fails. In the fuel cell vehicle of Patent Document 1, even if the auxiliary battery fails, electric power can be supplied from the main battery or the fuel cell to the important auxiliary machine via the voltage converter. That is, the main battery or fuel cell and the voltage converter function as power backup means to important auxiliary equipment.
特許文献1の技術では、故障個所によっては、上記した電力バックアップ手段が使えない場合がある。例えば、補機バッテリ(あるいは、他の補機)が短絡故障した場合、重要な補機の電源供給端がグランド電位に保持されてしまい、メインバッテリあるいは燃料電池から電力供給ができなくなってしまう。メインバッテリと燃料電池が並列に接続された燃料電池車において、重要な補機への電力バックアップ手段には改善の余地がある。 In the technique of Patent Document 1, the above-mentioned power backup means may not be used depending on the location of failure. For example, if the auxiliary battery (or other auxiliary) fails due to a short circuit, the power supply end of the important auxiliary is held at the ground potential, and power cannot be supplied from the main battery or the fuel cell. In a fuel cell vehicle in which a main battery and a fuel cell are connected in parallel, there is room for improvement in power backup means to important auxiliary equipment.
本明細書が開示する燃料電池車は、メインバッテリ、燃料電池、補機バッテリ、補機電力線、バイパス電力線、第1電圧コンバータ、第2電圧コンバータ、切換スイッチ、第1、第2ダイオ―ド、及び、コントローラを備えている。メインバッテリは、走行用モータに供給する電力を蓄えている。燃料電池は、FC用電圧コンバータ31を介してメインバッテリと並列に接続されている。FC用電圧コンバータは、例えば、チョッパ型の昇圧コンバータが複数個並列に接続された多重コンバータであり、燃料電池の出力電圧を走行用モータの駆動電圧へ変換する。
The fuel cell vehicle disclosed in the present specification includes a main battery, a fuel cell, an auxiliary battery, an auxiliary power line, a bypass power line, a first voltage converter, a second voltage converter, a changeover switch, a first and second die, and the like. It also has a controller. The main battery stores the electric power supplied to the traction motor. The fuel cell is connected in parallel with the main battery via the
補機バッテリは、メインバッテリよりも出力電力が低いバッテリであり、再充電可能なバッテリである。補助電力線は、補機バッテリと、補機バッテリの出力電力で動作する第1補機及び第2補機を接続する電力線である。 The auxiliary battery is a battery having a lower output power than the main battery and is a rechargeable battery. The auxiliary power line is a power line that connects the auxiliary battery and the first auxiliary and the second auxiliary that operate on the output power of the auxiliary battery.
第1電圧コンバータは、燃料電池の出力電圧を降圧して補機電力線に供給する。第2電圧コンバータは、メインバッテリの出力電圧を降圧して補機電力線に供給する。切換スイッチは、第2電圧コンバータと補機電力線の間の接続と遮断を切り換える。バイパス電力線は、切換スイッチ及び補機電力線を介さずに第2電圧コンバータから第1補機へ電力を供給する電力線である。 The first voltage converter steps down the output voltage of the fuel cell and supplies it to the auxiliary power line. The second voltage converter steps down the output voltage of the main battery and supplies it to the auxiliary power line. The changeover switch switches the connection and disconnection between the second voltage converter and the auxiliary power line. The bypass power line is a power line that supplies power from the second voltage converter to the first auxiliary machine without going through the changeover switch and the auxiliary power line.
第1ダイオードは、第1補機から補機電力線への電流逆流を防止するために備えられている。第2ダイオードは、第1補機からバイパス電力線を通じての補機電力線への電流逆流を防止するために備えられている。コントローラは、補機電力線が短絡した場合は切換スイッチを開放するとともに第2電圧コンバータを動作させてバイパス電力線を介して前記第1補機へ電力を供給する。コントローラは、燃料電池が動作不能の場合は切換スイッチを閉じ、第1電圧コンバータを停止するとともに第2電圧コンバータを動作させて第1及び第2補機へ電力を供給する。コントローラは、第2電圧コンバータが動作不能の場合には第1電圧コンバータを動作させて第1及び第2補機に電力を供給する。なお、「切換スイッチを閉じる」とは、切換スイッチの両端に接続されている機器を導通させることを意味し、「切換スイッチを開く」とは、切換スイッチの両端に接続されている機器を電気的に遮断することを意味する。 The first diode is provided to prevent a current backflow from the first auxiliary machine to the auxiliary power line. The second diode is provided to prevent a current backflow from the first auxiliary machine to the auxiliary power line through the bypass power line. When the auxiliary power line is short-circuited, the controller opens the changeover switch and operates the second voltage converter to supply power to the first auxiliary device via the bypass power line . When the fuel cell is inoperable, the controller closes the changeover switch, stops the first voltage converter, operates the second voltage converter, and supplies electric power to the first and second auxiliary machines. When the second voltage converter is inoperable, the controller operates the first voltage converter to supply electric power to the first and second auxiliary machines. Note that "closing the changeover switch" means conducting the devices connected to both ends of the changeover switch, and "opening the changeover switch" means electrically connecting the devices connected to both ends of the changeover switch. It means to shut off.
第1補機が、走行に関与する補機など、電力供給のバックアップを必要とする重要な補機の代表であり、第2補機が、オーディオ装置など、電力供給のバックアップを必要としない補機の代表である。「第1補機」と「第2補機」の夫々は、複数個の補機を含んでいてもよい。 The first auxiliary machine is a representative of important auxiliary machines that require a backup of the power supply, such as auxiliary machines involved in driving, and the second auxiliary machine is an auxiliary machine that does not require a backup of the power supply, such as an audio device. It is a representative of the machine. Each of the "first auxiliary machine" and the "second auxiliary machine" may include a plurality of auxiliary machines.
上記の燃料電池車は、(1)補機電力線が短絡した場合、(2)燃料電池が動作不能の場合、(3)第2電圧コンバータが動作不能の場合、のいずれの場合にも重要な補機(第1補機)へ電力を供給することができる。なお、第2電圧コンバータが動作不能の場合とは、第2電圧コンバータ自体は正常であっても、他の要因によって第2電圧コンバータから補機バッテリへの電力供給ができなくなった場合を含む。他の要因とは、例えば、メインバッテリに異常を生じて第2電圧コンバータへの電力供給が停止した場合、及び、第2電圧コンバータの高電圧側で短絡故障が生じた場合などである。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The above fuel cell vehicle is important in all cases: (1) when the auxiliary power line is short-circuited, (2) when the fuel cell is inoperable, and (3) when the second voltage converter is inoperable. Power can be supplied to the auxiliary machine (first auxiliary machine). The case where the second voltage converter cannot operate includes the case where the second voltage converter itself cannot supply power to the auxiliary battery due to other factors even if the second voltage converter itself is normal. Other factors include, for example, a case where an abnormality occurs in the main battery and the power supply to the second voltage converter is stopped, and a short circuit failure occurs on the high voltage side of the second voltage converter. Details of the techniques disclosed herein and further improvements will be described in the "Modes for Carrying Out the Invention" below.
図面を参照して実施例の燃料電池車100を説明する。図1に、燃料電池車100の電力系のブロック図を示す。図1において、実線は電力線を示しており、矢印破線は信号線を示している。
The
燃料電池車100は、モータ7で走行する。モータ7は、燃料電池30の電力、あるいはメインバッテリ3の電力で駆動される。なお、図1では、燃料電池30を単純な矩形で示しているが、ここでの「燃料電池30」は、水素を蓄える水素タンク、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタック、燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給器、燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給器など、複数のデバイスの集合体である。
The
一般に、自動車には、運転者のアクセルワークに応答して駆動力をゼロから最大駆動力の間で急激に変化させる能力が要求される。一方、燃料電池は、その出力を急激に変えることが難しい。そのため、燃料電池車は燃料電池に加えてバッテリを備える。実施例の燃料電池車100も、メインバッテリ3を備えている。メインバッテリ3は、再充電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、あるいは、ニッケル水素電池である。
In general, automobiles are required to have the ability to rapidly change the driving force from zero to the maximum driving force in response to the driver's accelerator work. On the other hand, it is difficult for a fuel cell to change its output rapidly. Therefore, the fuel cell vehicle is equipped with a battery in addition to the fuel cell. The
燃料電池30の出力電圧は、例えば、200〜300ボルトである。また、メインバッテリ3の出力電圧は、例えば300ボルトである。一方、走行用のモータ7の最大駆動電圧は600ボルトである。双方向DC−DCコンバータ5がメインバッテリ3の直流電力の電圧をモータ駆動に適した電圧まで昇圧し、インバータ6に供給する。FC用電圧コンバータ31が、燃料電池30の直流電力の電圧をモータ駆動に適した電圧まで昇圧し、インバータ6に供給する。メインバッテリ3と燃料電池30は、それぞれ、電圧コンバータ(双方向DC−DCコンバータ5、FC用電圧コンバータ31)を介して並列に接続されている。
The output voltage of the
FC用電圧コンバータ31は、スイッチング素子を使ったチョッパ型の昇圧コンバータ回路が複数個並列に接続されている多重コンバータである。図1の「FDC」の文字は、FC用電圧コンバータを意味している。FC用電圧コンバータ31は、燃料電池30の出力に応じて作動させる昇圧コンバータ回路の数を調整する。燃料電池30の出力に応じて作動させる昇圧コンバータ回路の数を調整する多重コンバータについては、例えば特開2014−014235号公報を参照されたい。
The
インバータ6は、昇圧されたメインバッテリ3の直流電力、及び/又は、昇圧された燃料電池30の直流電力を、モータ7の駆動に適した交流電力に変換し、モータ7に供給する。
The
双方向DC−DCコンバータ5は、メインバッテリ3から供給される電力を昇圧してインバータ6に供給する昇圧機能と、インバータ6から供給される回生電力、あるいは、燃料電池30の出力のうち、モータ7の駆動に使われなかった余剰電力の電圧を降圧してメインバッテリ3を充電する降圧機能の双方を備えている。
The bidirectional DC-
メインバッテリ3と双方向DC−DCコンバータ5の間には、システムメインリレー4が接続されている。図1の記号「SMR」は、システムメインリレーを表している。システムメインリレー4は、車両のメインスイッチが入れられると、システムコントローラ11により閉じられ、メインバッテリ3と双方向DC−DCコンバータ5が接続される。車両のメインスイッチが切られると、システムコントローラ11がシステムメインリレー4を開放し、メインバッテリ3と双方向DC−DCコンバータ5が電気的に遮断される。
A system main relay 4 is connected between the
燃料電池車100は、メインバッテリ3と燃料電池30の出力電圧よりも低い電圧で動作する補機群を備えている。補機群は、車両の走行に関与する重要なデバイスであって走行中は停止しないことが求められる重要補機と、車両の走行には関与しない非重要補機の2タイプに分けることができる。重要補機の例は、シフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11である。非重要補機の例は、オーディオ装置15である。図示は省略するが、シフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11のほかにもいくつかの重要補機が接続されている。また、オーディオ装置15のほかにも様々な非重要補機が接続されている。本実施例では、シフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11が重要補機の代表であり、オーディオ装置15が非重要補機の代表である。
The
燃料電池車100の電力系には、上記したデバイスのほか、補機バッテリ13、第1電圧コンバータ10、第2電圧コンバータ20、切換スイッチ12、補機電力線35、第1バイパス電力線33、第2バイパス電力線34、ダイオード9a、9b、9cを備えている。詳しくは図2を参照して後述するが、第2電圧コンバータ20の内部には、ダイオード9bと同じ役割を担うダイオード9dが備えられている。
In addition to the above devices, the power system of the
補機バッテリ13は、シフトバイワイヤ装置14、オーディオ装置15、システムコントローラ11などの補機群へ電力を供給するためのバッテリであり、その出力電圧は例えば12ボルトである。シフトバイワイヤ装置14、オーディオ装置15、システムコントローラ11は、補機電力線35を介して補機バッテリ13と接続されている。なお、シフトバイワイヤ装置14、オーディオ装置15、システムコントローラ11、補機バッテリ13の負極は、グランドGを介して導通する。グランドGは、車両の導電性のボディである。補機電力線35は、車両内に広く張り巡らされており、シフトバイワイヤ装置14、オーディオ装置15、システムコントローラ11のほかにも様々な補機が接続されている。図1では、補機電力線35を太実線で表している。
The
重要補機の代表であるシフトバイワイヤ装置14には、ダイオード9aが付随する。ダイオード9aは、補機電力線35からシフトバイワイヤ装置14へは電流を通すが、逆向き電流は通さない。ダイオード9aは、補機電力線35、補機バッテリ13又はオーディオ装置15がグランドGと短絡したときに、シフトバイワイヤ装置14から補機電力線35への電流の逆流を防止するために備えられている。
A
第1電圧コンバータ10は、燃料電池30の出力端と補機電力線35の間に接続されている。第1電圧コンバータ10は、燃料電池30の出力電圧を降圧し、補機電力線35に供給する。図1の「DDC1」の文字は、「第1電圧コンバータ」を意味している。第1電圧コンバータ10の出力の負極は、第1電圧コンバータ10の中でグランドGに接続されている。
The
第2電圧コンバータ20は、メインバッテリ3の出力端と補機電力線35の間に接続されている。図1の「DDC2」の文字は、「第2電圧コンバータ」を意味している。第2電圧コンバータ20の入力端20cがメインバッテリ3に接続され、第1出力端20aが切換スイッチ12を介して補機電力線35と接続される。第2電圧コンバータ20は、メインバッテリ3の出力電力の電圧を降圧し、補機電力線35(即ち補機バッテリ13)に供給する。第2電圧コンバータ20の第1出力端20aと補機電力線35の間には、切換スイッチ12が接続されている。切換スイッチ12は、通常は閉じられており、補機電力線35が短絡したときに開放され、第2電圧コンバータ20を補機電力線35から切り離す。切換スイッチ12は、システムコントローラ11により制御される。第2電圧コンバータ20の出力の負極は、第2電圧コンバータ20の中でグランドGに接続されている。
The
第2電圧コンバータ20の第1出力端20aには、第1バイパス電力線33も接続されている。第1バイパス電力線33は、シフトバイワイヤ装置14につながっている。第1バイパス電力線33は、補機電力線35を介さずに第2電圧コンバータ20からシフトバイワイヤ装置14へ電力を供給するための電力線である。第1バイパス電力線33の途中にダイオード9bが接続されている。ダイオード9bは、第2電圧コンバータ20からシフトバイワイヤ装置14へ向けて電流を通し、逆向きの電流は通さない。ダイオード9bは、シフトバイワイヤ装置14から第1バイパス電力線33を通じての補機電力線35への電流逆流を防止するために備えられている。
A first
第2電圧コンバータ20は、第1バイパス電力線33、及び、補機電力線35と接続されている第1出力端20aのほかに、第2出力端20bを備えている。いずれの出力端からも、メインバッテリ3の出力電圧を降圧した電圧の電力が出力される。第2電圧コンバータ20の第2出力端20bは、第2バイパス電力線34を介してシステムコントローラ11に接続されている。システムコントローラ11は、補機電力線35と第2バイパス電力線34の双方から電力供給を受ける。システムコントローラ11と補機電力線35の間には、ダイオード9cが接続されている。ダイオード9cは、補機電力線35からシステムコントローラ11へは電流を通すが、逆向き電流は通さない。ダイオード9cは、補機電力線35がグランドGと短絡したときに、システムコントローラ11から補機電力線35への電流の逆流を防止するために備えられている。
The
補機群の電力系に何らかの故障が生じると、システムコントローラ11が、重要補機への電力供給が継続されるように、切換スイッチ12や第1、第2電圧コンバータ10、20を制御する。本実施例では、シフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11自身が重要補機の例である。補機バッテリ13あるいはオーディオ装置15で短絡故障を生じると、補機電力線35がグランドGと短絡する。システムコントローラ11は、補機電力線35を通じての電力供給が途絶えると、補機電力線35の短絡と判断し、切換スイッチ12を開放する。その結果、第2電圧コンバータ20が、短絡した補機電力線35から切り離される。なお、システムコントローラ11は、補機電力線35のほか、第2バイパス電力線34を介して第2電圧コンバータ20から電力供給を受けているので、補機電力線35からの電力供給が途絶えても継続して動作することができる。補機電力線35とシステムコントローラ11の間には、逆流防止のダイオード9cが接続されているので、補機電力線35が短絡しても、システムコントローラ11から補機電力線35へ電流が逆流することはない。
When a failure occurs in the power system of the auxiliary equipment group, the
補機電力線35が短絡しても、逆流防止用のダイオード9aにより、シフトバイワイヤ装置14から補機電力線35へ電流が逆流することはない。補機電力線35が短絡すると、切換スイッチ12が開放されるまでのわずかな間、第2電圧コンバータ20の第1出力端20aと第1バイパス電力線33も短絡状態となる。第1バイパス電力線33には、逆流防止用のダイオード9bが接続されているので、シフトバイワイヤ装置14から第1バイパス電力線33と開放前の切換スイッチ12を介して補機電力線35に電流が逆流することはない。ただし、シフトバイワイヤ装置14は、切換スイッチ12が開放されるまでの僅かの間は電力供給が途絶える。システムコントローラ11は、補機電力線35の短絡を検知すると、切換スイッチ12を開放し、次に第2電圧コンバータ20を作動させる。切換スイッチ12が開放されると、第2電圧コンバータ20の第1出力端20aの出力電圧が回復し、第1バイパス電力線33を介してシフトバイワイヤ装置14への電力供給が再開される。
Even if the
上記のとおり、補機電力線35が短絡しても、シフトバイワイヤ装置14には継続して電力が供給される。また、補機電力線35が短絡しても、システムコントローラ11へも電力供給が継続される。なお、前述したように、補機電力線35が短絡すると、切換スイッチ12が開放されるまでの僅かな時間は、シフトバイワイヤ装置14への電力供給が停止する。これに対して、第2電圧コンバータ20の内部には、第1出力端20aが短絡状態になっても第2出力端20bからの電力供給が継続する回路が構成されている。次に、図2を参照して、第2電圧コンバータ20の回路構成について説明する。
As described above, even if the
図2は、第2電圧コンバータ20の回路構成を示す図である。第2電圧コンバータ20は、パワートランジスタを含む変換主回路22と、変換主回路22のパワートランジスタを制御する制御回路23と、ダイオード9dとキャパシタ25を備えている。変換主回路22は、入力端20cから入力されるメインバッテリ3の出力電力の電圧を降圧して第1出力端20aと第2出力端20bへ出力する。なお、変換主回路22の出力の負極はグランドGに接続される。変換主回路22の正極出力端22aと第2出力端20bの間には、ダイオード9dが接続されている。先に図1を参照しつつ述べたように、第1出力端20aには切換スイッチ12を介して補機電力線35が接続されており、第2出力端20bには第2バイパス電力線34を介してシステムコントローラ11が接続されている。補機電力線35が短絡すると、切換スイッチ12が開放されるまでの間、第2電圧コンバータ20の第1出力端20aも短絡状態となる。ダイオード9dは、変換主回路22の正極出力端22aから第2出力端20bへ向けて電流は通すが逆方向の電流は遮断する。ダイオード9dは、第1出力端20aが短絡したとき、システムコントローラ11から第2バイパス電力線34と切換スイッチ12を介して補機電力線35へ電流が逆流することを防止する。
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the
逆流防止用のダイオード9dよりも第2出力端20bの側には、キャパシタ25と制御回路23が接続されている。なお、図示は省略しているが、制御回路23は、補機電力線35を介して補機バッテリ13からも電力供給を受けている。補機電力線35が短絡する前は、制御回路23は、補機電力線35を介して補機バッテリ13から電力供給を受け、動作する。制御回路23と補機電力線35の間にも、制御回路23から補機電力線35への電流逆流を防止する別のダイオードが接続されている。それゆえ、補機電力線35が短絡したとき、制御回路23から補機電力線35へ電流が逆流することはない。
The
キャパシタ25は、ダイオード9dのカソード側に接続されているので、第1出力端20aが短絡したときにキャパシタ25から第1出力端20aの側へ電流が流れることはない。補機電力線35が短絡する前にキャパシタ25には電力が蓄えられる。補機電力線35が短絡し、第1出力端20a(及び、変換主回路22の正極出力端22a)の電圧がグランドGの電位に下がったとき、キャパシタ25から制御回路23へ電力が供給され、制御回路23は動作を継続することができる。また、第2出力端20bには、第2バイパス電力線34を介してシステムコントローラ11が接続されている。補機電力線35が短絡し、第1出力端20a(及び、変換主回路22の正極出力端22a)の電圧がグランド電位に下がったとき、キャパシタ25からシステムコントローラ11へも電力が供給される。すなわち、ダイオード9dとキャパシタ25によって、補機電力線35が短絡してから切換スイッチ12が開放されるまでの間、制御回路23とシステムコントローラ11に電力が供給され続ける。システムコントローラ11は、補機電力線35が短絡状態のときにも動作を継続することができ、切換スイッチ12を開放する。切換スイッチ12が開放されると、第1出力端20a(及び、変換主回路22の正極出力端22a)の短絡状態が解消する。そうすると、変換主回路22から、補機電力線35を通じてのシフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11への電力供給が再開される。
Since the
以上説明したように、燃料電池車100は、補機電力線35が短絡しても、重要な補機(シフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11)への電力供給を継続することができる。燃料電池車100では、補機電力線35が短絡したとき、切換スイッチ12が開放されるまでの間、シフトバイワイヤ装置14への電力供給は一時的に停止する。これに対して、システムコントローラ11への電力供給は、切換スイッチ12が開放されるまでの間も継続する。
As described above, the
図1の回路系は、上記した補機電力線35の短絡以外の異常が補機系に発生したときも、重要な補機(即ち、シフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11)に電力を供給し続けることができる。切換スイッチ12は、通常(正常時)は閉じたままになっている。燃料電池30が動作不能の場合、システムコントローラ11は、切換スイッチ12を閉じた状態に維持しつつ、第1電圧コンバータ10を停止するとともに第2電圧コンバータ20を動作させる。切換スイッチ12が閉じられているので、第2電圧コンバータ20の出力電力は、補機電力線35を介して全ての補機へ供給される。
The circuit system of FIG. 1 continues to supply power to important auxiliary equipment (that is, shift-by-
第2電圧コンバータ20が動作不能の場合、システムコントローラ11は、第1電圧コンバータ10を動作させる。第1電圧コンバータ10の出力電力は、補機電力線35を介して全ての補機へ供給される。なお、第2電圧コンバータ20が動作不能の場合とは、第2電圧コンバータ20の故障のほか、何らかの要因で第2電圧コンバータ20への電力供給が停止した場合を含む。
When the
システムコントローラ11は、補機電力線35の短絡を検知すると、切換スイッチ12を開放するとともに、補機系で異常が発生したことを知らせる警告灯を点灯させる。燃料電池車100は、補機系で異常が発生しても、重要な補機(第1補機)には電力供給が継続されるので、走行を続けることができる。このとき、システムコントローラ11は、モータ7の最高出力を抑制するなど、異常発生時の特別走行モード(退避走行モード)に移行してもよい。
When the
システムコントローラ11は、補機電力線35の短絡以外の異常を検知すると、切換スイッチ12を閉じた状態に保持しつつ、補機系で異常が発生したことを知らせる警告灯を点灯させる。さらに、システムコントローラ11は、システムメインリレー4よりもメインバッテリ3の側で短絡が生じた場合には、システムメインリレー4を開放する。そうすることで、燃料電池30の出力電力を使って走行を継続することができる。その場合も、システムコントローラ11は、モータ7の最高出力を抑制するなど、異常発生時の特別走行モード(退避走行モード)に移行してもよい。
When the
また、例えば双方向DC−DCコンバータ5の内部で短絡故障が生じた場合にも、システムコントローラ11は、システムメインリレー4を開放する。メインバッテリ3の過電流を防止するためである。
Further, for example, even when a short-circuit failure occurs inside the bidirectional DC-
実施例の燃料電池車100は、次の異常が発生した場合でも、重要な補機(シフトバイワイヤ装置14、システムコントローラ11)に電力を供給し続けることができる。(1)補機電力線35が短絡したとき。(2)燃料電池30が動作不能のとき。(3)第2電圧コンバータ20が動作不能のとき。(1)の場合、システムコントローラ11は、切換スイッチ12を開放するとともに第2電圧コンバータ20を動作させてシフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11への電力供給を継続させる。(2)の場合、システムコントローラ11は、切換スイッチ12を閉じた状態に維持し、第1電圧コンバータ10を停止するとともに第2電圧コンバータ20を動作させて全ての補機への電力供給を継続させる。(3)の場合、システムコントローラ11は、第1電圧コンバータ10を動作させて全ての補機への電力供給を継続させる。
The
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のシフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11が請求項の「第1補機」の一例に相当する。シフトバイワイヤ装置14とシステムコントローラ11以外にも、補機電力線35の短絡後も電力供給を継続すべき第1補機が接続されていてもよい。実施例の第1バイパス電力線33、第2バイパス電力線34は、いずれも、請求項の「バイパス電力線」の一例に相当する。実施例のオーディオ装置15が、請求項の「第2補機」の一例に相当する。補機電力線35が短絡したら停止してもよい第2補機として、例えば、ルームランプなど、オーディオ以外のデバイスが接続されていてもよい。実施例のシステムコントローラ11が請求項の「コントローラ」の一例に相当する。
The points to be noted regarding the technique described in the examples will be described. The shift-by-
実施例のダイオード9a、9cが、請求項の「第1ダイオード」の一例に相当する。実施例のダイオード9b、9dが、請求項の「第2ダイオード」の一例に相当する。ダイオード9a、9bは、シフトバイワイヤ装置14に組み込まれていてもよい。ダイオード9cは、システムコントローラ11に組み込まれていてもよい。
The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
3:メインバッテリ
4:システムメインリレー
5:双方向DC−DCコンバータ
6:インバータ
7:モータ
9a−9d:ダイオード
10:第1電圧コンバータ
11:システムコントローラ
12:切換スイッチ
13:補機バッテリ
14:シフトバイワイヤ装置
15:オーディオ装置
20:第2電圧コンバータ
20a:第1出力端
20b:第2出力端
20c:入力端
22:変換主回路
22a:正極出力端
23:制御回路
25:キャパシタ
30:燃料電池
31:FC用電圧コンバータ
33:第1バイパス電力線
34:第2バイパス電力線
35:補機電力線
100:燃料電池車
G:グランド
3: Main battery 4: System main relay 5: Bidirectional DC-DC converter 6: Inverter 7:
Claims (1)
FC用電圧コンバータを介して前記メインバッテリと並列に接続されている燃料電池と、
メインバッテリよりも出力電力が低い補機バッテリと、
前記補機バッテリと、前記補機バッテリの出力電力で動作する第1補機及び第2補機を接続する補機電力線と、
前記燃料電池の出力電圧を降圧して前記補機電力線に供給する第1電圧コンバータと、
前記メインバッテリの出力電圧を降圧して前記補機電力線に供給する第2電圧コンバータと、
前記第2電圧コンバータと前記補機電力線の間の接続と遮断を切り換える切換スイッチと、
前記切換スイッチ及び前記補機電力線を介さずに前記第2電圧コンバータから前記第1補機へ電力を供給するバイパス電力線と、
前記第1補機から前記補機電力線への電流逆流を防止する第1ダイオードと、
前記第1補機から前記バイパス電力線を通じての前記補機電力線への電流逆流を防止する第2ダイオードと、
コントローラと、を備えており、
前記コントローラは、
前記補機電力線が短絡した場合は前記切換スイッチを開放するとともに前記第2電圧コンバータを動作させて前記バイパス電力線を介して前記第1補機へ電力を供給し、
前記燃料電池が動作不能の場合は前記切換スイッチを閉じ、前記第1電圧コンバータを停止するとともに前記第2電圧コンバータを動作させて前記第1補機及び前記第2補機へ電力を供給し、
前記第2電圧コンバータが動作不能の場合には前記第1電圧コンバータを動作させて前記第1補機及び前記第2補機に電力を供給する、
燃料電池車。 The main battery that stores the electric power supplied to the traction motor,
A fuel cell connected in parallel with the main battery via a voltage converter for FC,
Auxiliary battery with lower output power than main battery,
An auxiliary power line connecting the auxiliary battery and the first auxiliary and the second auxiliary that operate on the output power of the auxiliary battery.
A first voltage converter that steps down the output voltage of the fuel cell and supplies it to the auxiliary power line.
A second voltage converter that steps down the output voltage of the main battery and supplies it to the auxiliary power line.
A changeover switch for switching connection and disconnection between the second voltage converter and the auxiliary power line,
A bypass power line that supplies power from the second voltage converter to the first auxiliary machine without going through the changeover switch and the auxiliary power line.
A first diode that prevents current backflow from the first auxiliary machine to the auxiliary power line,
A second diode that prevents current backflow from the first auxiliary machine to the auxiliary power line through the bypass power line, and
It has a controller and
The controller
When the auxiliary power line is short-circuited, the changeover switch is opened and the second voltage converter is operated to supply power to the first auxiliary device via the bypass power line .
Wherein when the fuel cell is inoperable closing said changeover switch, supplies power the to first the first accessory by operating the second voltage converter stops the voltage converter and the second accessory,
It said supplying power to said first auxiliary and second auxiliary by operating the first voltage converter when the second voltage converter is inoperable,
Fuel cell vehicle.
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