JP7047658B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
特許文献１には、燃料電池システムにおいて、漏電を検出した場合、燃料電池システムを構成する複数の電気部品のうちのどの部分で漏電が発生したかを特定できる燃料電池システムが開示されている。
特開２００７－１５７６３１号公報
燃料電池システムには、燃料電池を冷媒で冷却する冷却回路が設けられている。この冷媒には、絶縁性の高い冷媒であるＦＣスタッククーラントが用いられる。冷媒の量が少なくなった場合には、冷却回路に接続されたリザーバタンクに冷媒が補充される。ここで、一般の利用者が、ＦＣスタッククーラントではなくて、内燃機関の冷却に用いられる冷媒、例えばＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）を、リザーバタンクに誤って補充してしまう場合がある。この場合、ＬＬＣは、導電率の高い成分を含んでいるため、燃料電池システムが動作して冷媒が冷媒回路を循環し、ＬＬＣが冷却回路中の絶縁抵抗値計測範囲に到達したタイミングで絶縁抵抗値が低下し、燃料電池システムのどこかで漏電が発生したことが検出される。しかし、その後、漏電箇所の特定や修理は、燃料電池システムを停止した状態で行われる。そのため、ＬＬＣが絶縁抵抗値計測範囲に存在していない場合には、漏電箇所の特定ができないという問題があった。漏電について、修理が必要な状態なのか、否か、また、どこを修理すべきか、を判定できなくなるという問題があった。
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、電力を発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力が供給される複数の電気部品と、冷媒を用いて前記燃料電池を冷却する冷媒回路と、前記冷媒回路に接続され、前記冷媒を貯蔵するとともに前記冷媒を補充するためのタンクと、前記燃料電池システムの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗値検出部と、前記絶縁抵抗値の低下が検出されたときに、前記燃料電池システムのどの箇所で前記絶縁抵抗値が低下したかを特定する特定部と、を有し、前記絶縁抵抗値検出部は、前記特定部によって特定された箇所が前記燃料電池である場合には、前記絶縁抵抗値の低下が一時的なものか否かを判定する処理を実行し、前記絶縁抵抗値の低下が一時的なものである場合には、修理が必要な故障でないと判定する。この形態によれば、絶縁抵抗値の低下が検出されたときに、絶縁抵抗値の低下の箇所が燃料電池である場合に、燃料電池の修理が必要な状態なのか、修理が不要な一時的な絶縁抵抗値の低下であったのかを判定できる。
（２）上記形態の燃料電池システムであって、さらに、前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒に含まれる不純物イオンを交換するイオン交換器を備え、前記絶縁抵抗値検出部は、前記イオン交換器に前記冷媒を通じさせない状態で前記絶縁抵抗値を検出し、その後、前記イオン交換器に前記冷媒を通じた状態で前記絶縁抵抗値を検出し、前記絶縁抵抗値が低下した値から復帰した場合には、前記タンクに前記絶縁抵抗値を低下させる誤った冷媒が補充されたことに起因する前記絶縁抵抗値の一時的な低下と判定するようにしてもよい。この形態によれば、絶縁抵抗値の一時的な低下の原因が、絶縁抵抗値を低下させる冷媒がタンクに誤って補充されたものか否かを判定できる。
（３）本発明は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムにおける漏電検出方法の製造方法や誤冷媒補充検出方法等の形態で実現することができる。
車両に搭載される燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。 燃料電池システムをより詳細に示す説明図である。 漏電検知器の構成図である。 燃料電池スタックの冷却回路の概略構成を示す説明図である。 全体の処理フローチャートである。 絶縁抵抗値の低下が発生した箇所かＦＣエリアか否かを切り分ける処理フローチャートである。 ＦＣエリアの絶縁抵抗値の低下からの復帰処理フローチャートである。
図１は、車両に搭載される燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池ユニット１００と、ＦＣコンバータユニット１１０と、ＦＣリレーユニット１２０と、インテリジェントパワーモジュールユニット１３０（以下「ＩＰＭ１３０」と呼ぶ。）と、エアコンディショナーユニット１５０と、分岐ユニット１６０と、冷媒ポンプユニット１７０と、水素ポンプユニット１８０と、二次電池ユニット１９０と、漏電検知器２００と、制御部４００（「ＥＣＵ４００とも呼ぶ。）と、を備えている。ＩＰＭ１３０は、エアコンプレッサユニット１３５と、駆動モータユニット１３７と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４０（「ＤＤＣコンバータ１４０」と呼ぶ。）と、を備えている。
ＦＣコンバータユニット１１０は、燃料電池ユニット１００に接続され、ＦＣリレーユニット１２０は、ＦＣコンバータユニット１１０に接続されている。燃料電池ユニット１００と、ＦＣコンバータユニット１１０とを合わせて、「燃料電池エリア１１５」あるいは「ＦＣエリア１１５」と呼ぶ。ＩＰＭ１３０は、ＦＣリレーユニット１２０に接続されている。エアコンディショナーユニット１５０と分岐ユニット１６０は、ＩＰＭ１３０に接続されている。また、冷媒ポンプユニット１７０と水素ポンプユニット１８０と、二次電池ユニット１９０は、分岐ユニット１６０に接続されている。漏電検知器２００は、二次電池ユニット１９０に接続されている。図１において、燃料電池ユニット１００と接地ノードＧＮＤとの間に図示されている電気抵抗ｒｗは、燃料電池を冷却する冷媒の電気抵抗である。
ＥＣＵ４００は、燃料電池システム１０を制御する。なお、図１では、漏電検知器２００とＥＣＵ４００とを接続する制御線のみ図示し、燃料電池システム１０の他のユニットとＥＣＵ４００とを接続する制御線の図示を省略している。ＥＣＵ４００には、燃料電池システム１０をオン・オフするパワースイッチ４５０が接続されている。
図２は、燃料電池システムをより詳細に示す説明図である。燃料電池ユニット１００は、高電圧配線１０２Ｂ、１０２Ｇと、燃料電池１０４と、電圧計１０６と、を備える。高電圧配線１０２Ｂ、１０２Ｇの符号の末尾の「Ｂ」は、プラス側の部材、「Ｇ」は、マイナス側の部材を意味する。なお、以後説明する他の部材の符号についても、符号の末尾の「Ｂ」「Ｇ」の意味は同じである。燃料電池１０４の出力は、ＦＣコンバータユニット１１０に出力される。
ＦＣコンバータユニット１１０は、高電圧配線１１２Ｂ、１１２Ｇと、サービスプラグ１１４Ｂ、１１４Ｇと、リアクトルＬ１と、スイッチングトランジスタＴＲ１と、ダイオードＤ１と、保護ダイオードＤ４と、平滑コンデンサＣ１と、を備える電気部品である。燃料電池ユニット１００の高電圧配線１０２ＢにリアクトルＬ１の一方の端子が接続され、リアクトルＬ１の他方の端子は、ダイオードＤ１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、高電圧配線１１２Ｂを介して、プラス側のサービスプラグ１１４Ｂに接続されている。燃料電池ユニット１００の高電圧配線１０２Ｇは、高電圧配線１１２Ｇを介して、マイナス側のサービスプラグ１１４Ｇに接続されている。ダイオードＤ１のアノードと、高電圧配線１１２Ｇの間には、スイッチングトランジスタＴＲ１が設けられている。スイッチングトランジスタＴＲ１と並列に、保護ダイオードＤ４が設けられている。ＦＣコンバータユニット１１０は、スイッチングトランジスタＴＲ１がオン・オフすることで、燃料電池ユニット１００から入力された電圧を昇圧して、ＦＣリレーユニット１２０に出力する。
ＦＣリレーユニット１２０は、高電圧配線１２２Ｂ、１２２Ｇと、プラス側の接点（以下、「ＦＣリレーＦＣＲＢ」と呼ぶ。）と、マイナス側の接点（以下、「ＦＣリレーＦＣＲＧ」と呼ぶ。）と、プリチャージ用の接点（以下、「プリチャージ用のリレーＦＣＲＰ」と呼ぶ。）と、抵抗器Ｒ１と、を備える。プラス側のＦＣリレーＦＣＲＢは、プラス側の高電圧配線１２２Ｂに設けられ、マイナス側のＦＣリレーＦＣＲＧは、マイナス側の高電圧配線１２２Ｇに設けられている。プリチャージ用のリレーＦＣＲＰと、抵抗器Ｒ１とは、直列に接続され、マイナス側のＦＣリレーＦＣＲＧと並列に設けられている。プラス側のＦＣリレーＦＣＲＢをオンにし、その後、マイナス側のＦＣリレーＦＣＲＧをオンにする前に、プリチャージ用のリレーＦＣＲＰをオンにすれば、リレーＦＣＲＰには、抵抗器Ｒ１により制限された電流しか流れない。その結果、リレーＦＣＲＰはオンされるときに溶着しない。その後、ＦＣリレーＦＣＲＧを挟んだ両側の電圧の差が小さくなってからＦＣリレーＦＣＲＧをオンにすれば、ＦＣリレーＦＣＲＧがオンされるときに大きなアーク電流が流れず、溶着しない。
ＩＰＭ１３０は、高電圧配線１３２Ｂ、１３２Ｇ、１４２Ｂ、１４２Ｇと、インバータ１３４と、ＤＤＣコンバータ１４０と、放電機構１４４と、を備える電気部品である。インバータ１３４は、２系統のインバータ回路（図示せず）を備える電気部品であり、高電圧配線１３２Ｂ、１３２Ｇに供給される直流電力を、２つの３相交流に変換する。２系統のインバータ回路には、それぞれ、エアコンプレッサ１３６、駆動モータ１３８が接続されている。すなわち、インバータ１３４は、エアコンプレッサ１３６、駆動モータ１３８に３相交流の電力を供給する。エアコンプレッサ１３６は、燃料電池１０４に空気を供給する電気部品である。駆動モータ１３８は、車両の駆動輪（図示せず）を駆動する電気部品である。駆動モータ１３８は、車両の減速時には、回生モータとして機能する。インバータ１３４の一方の系統のインバータ回路と、エアコンプレッサ１３６は、エアコンプレッサユニット１３５を構成し、インバータ１３４の他方の系統のインバータ回路と、駆動モータ１３８は、駆動モータユニット１３７を構成している。
ＤＤＣコンバータ１４０は、高電圧配線１３２Ｂ、１３２Ｇに入力された電圧を降圧し高電圧配線１４２Ｂ、１４２Ｇを介して分岐ユニット１６０に出力し、一方、分岐ユニット１６０から高電圧配線１４２Ｂ、１４２Ｇを介して入力された電圧を昇圧して高電圧配線１３２Ｂ、１３２Ｇに出力する双方向のＤＣ－ＤＣコンバータである。ＤＤＣコンバータ１４０は、リアクトルＬ２と、スイッチングトランジスタＴＲ２、ＴＲ３と、保護ダイオードＤ２、Ｄ３と、平滑コンデンサＣ２、Ｃ３を備える。スイッチングトランジスタＴＲ２、ＴＲ３は、プラス側の高電圧配線１３２Ｂとマイナス側の高電圧配線１３２Ｇの間に直列に設けられている。保護ダイオードＤ２は、スイッチングトランジスタＴＲ２と並列に設けられ、保護ダイオードＤ３は、スイッチングトランジスタＴＲ３と並列に設けられている。リアクトルＬ２は、スイッチングトランジスタＴＲ２とＴＲ３の中間ノードと、プラス側の高電圧配線１４２Ｂとの間に設けられている。平滑コンデンサＣ２は、プラス側の高電圧配線１４２Ｂと、マイナス側の高電圧配線１４２Ｇとの間に設けられている。なお、マイナス側の高電圧配線１３２Ｇと高電圧配線１４２Ｇは、接続されており、同一電位である。平滑コンデンサＣ３は、プラス側の高電圧配線１３２Ｂとマイナス側の高電圧配線１３２Ｇの間に設けられている。
車両の減速時には、駆動モータ１３８（「トラクションモータ１３８」とも呼ぶ。）が回生モータとして機能し、電力を回生するとともに回生ブレーキを掛ける。回生電力は、二次電池１９４に充電される。しかし、二次電池１９４が満充電状態になると、二次電池１９４に充電できなくなるため、駆動モータ１３８で回生ブレーキを掛けることができなくなる。放電機構１４４は、かかる場合に、回生電力を消費することで、駆動モータ１３８を回生ブレーキとして機能させることを可能にする。
エアコンディショナーユニット１５０は、インバータ１５２と、エアコンディショナー１５４と、を備える。エアコンディショナー１５４は、車内の空調を行う電気部品である。インバータ１５２は、ＩＰＭ１３０の高電圧配線１４２Ｂ、１４２Ｇに接続されている電気部品である。インバータ１５２と高電圧配線１４２Ｂとの間には、フューズＦｚが設けられている。ＩＰＭ１３０の高電圧配線１４２Ｂ、１４２Ｇには、降圧コンバータ１５６が接続されており、降圧コンバータ１５６には、鉛蓄電池１５８が設けられている。降圧コンバータ１５６は、高電圧配線１４２Ｂ、１４２Ｇの電圧を鉛蓄電池１５８の電圧まで降圧し、鉛蓄電池１５８に供給する電気部品である。鉛蓄電池１５８は、ＥＣＵ４００や、ウインカ、ヘッドライト、ワイパー、パワーウィンド（図示せず）などの車両の低電圧補機の電源として用いられる。
分岐ユニット１６０は、高電圧配線１６２Ｂ、１６２Ｇ、を備え、電力を分配する装置である。分岐ユニット１６０には、ヒータ１６４と、冷媒ポンプユニット１７０と、水素ポンプユニット１８０とが接続されている。冷媒ポンプユニット１７０はインバータ１７２と、冷媒ポンプ１７４とを備える。冷媒ポンプ１７４は、燃料電池１０４に供給される冷媒を循環させる。燃料電池１０４に供給される冷媒の一部は、冷却流路から分岐され、車内の暖房に用いられる。ヒータ１６４は、分岐した冷媒を加熱する。水素ポンプユニット１８０は、インバータ１８２と、水素ポンプ１８４を備える。水素ポンプ１８４は、燃料電池１０４から排出された排ガス中の水素を燃料電池１０４に再供給させる。
二次電池ユニット１９０は、高電圧配線１９２Ｂ、１９２Ｇと、二次電池１９４と、システムメインリレー１９５と、電圧計１９６と、電流計１９８と、サービスプラグＳＰとを備える。システムメインリレー１９５は、プラス側の接点（以下、「システムメインリレーＳＭＲＢ」と呼ぶ。）と、マイナス側の接点（以下、「システムメインリレーＳＭＲＧ」と呼ぶ。）と、プリチャージ用の接点（以下、「プリチャージ用のリレーＳＭＲＰ」と呼ぶ。）と、抵抗器Ｒ２と、を備える。プラス側のシステムメインリレーＳＭＲＢは、プラス側の高電圧配線１９２Ｂに設けられ、マイナス側のシステムメインリレーＳＭＲＧは、マイナス側の高電圧配線１９２Ｇに設けられている。プリチャージ用のリレーＳＭＲＰと、抵抗器Ｒ２は、直列に接続され、マイナス側のシステムメインリレーＳＭＲＧと並列に設けられている。サービスプラグＳＰは、二次電池１９４の中に設けられている。
本実施形態では、ＤＤＣ１４０から二次電池１９４までの間の高電圧配線１４２Ｂ、１６２Ｂ、１９２Ｂは、同電位であり、高電圧配線１４２Ｇ、１６２Ｇ、１９２Ｇは、同電位である。
二次電池１９４のマイナス側には、漏電検知器２００が接続され、漏電検知器２００には、ＥＣＵ４００が接続されている。
図３は、漏電検知器２００の構成図である。漏電検知器２００は、交流電源２６１と、抵抗器２６２と、コンデンサ２６３と、バンドパスフィルタ２６４と、絶縁抵抗値検出部２６５とを含む。
交流電源２６１および抵抗器２６２は、ノードＮ１と接地ノードＧＮＤ（車両のシャシ又はボディ）との間に直列に接続される。コンデンサ２６３は、ノードＮ１と二次電池１９４の負極との間に接続される。なお、図３において二次電池１９４に接続される回路の全体は、回路系２７０として示されている。
交流電源２６１は、低周波数の交流信号を出力する。交流信号は、漏電検出用の信号である。本実施形態における交流信号の周波数は、２．５Ｈｚである。本実施形態における交流信号の電圧は、５Ｖである。この交流信号の周波数や電圧は、２．５Ｈｚ、５Ｖ以外の他の値であってもよい。交流信号は、コンデンサ２６３を介して、回路系２７０に入力される。従って、直流電源回路を構成している回路系２７０は、漏電検知器２００に対して直流的には分離されている。このため、回路系２７０は、接地ノードＧＮＤに対して絶縁されている。
バンドパスフィルタ２６４は、ノードＮ１上の交流信号の入力を受ける。バンドパスフィルタ２６４は、入力された交流信号から２．５Ｈｚの成分を抽出して絶縁抵抗値検出部２６５へ入力する。絶縁抵抗値検出部２６５は、バンドパスフィルタ２６４から入力された２．５Ｈｚの交流信号のピークを波高値Ｖｋとしてホールドし、その波高値Ｖｋを用いて、絶縁抵抗値ｒを取得する。波高値Ｖｋは漏電の有無に応じて変化する、すなわち漏電して絶縁抵抗値ｒが小さい場合、波高値Ｖｋも小さい。つまり、絶縁抵抗値検出部２６５は、波高値Ｖｋを取得し、波高値Ｖｋを用いて絶縁抵抗値ｒを算出することができる。
ＥＣＵ４００は、絶縁抵抗値ｒが低下したとき、絶縁抵抗値ｒが低下した箇所を特定する特定部４１０を備える。特定部４１０がどのように絶縁抵抗値ｒが低下した箇所を特定するかは、後述する。
以上、燃料電池システムの電気系統と漏電検知の手法等について説明した。漏電は、ＦＤＣなどの各電気回路においてその絶縁抵抗値が低下することによって生じるが、こうした絶縁抵抗値の低下以外にも、漏電検知器２００が漏電を検出する場合がある。以下、こうした漏電が生じる仕組みについて説明する。
図４は、燃料電池１０４の冷却回路３００の概略構成を示す説明図である。冷却回路３００は、冷媒ポンプ１７４と、冷媒供給管３１０と、冷媒排出管３２０と、ラジエータ３３０と、サブラジエータ３３２と、ラジエータファン３３５と、三方弁３４０と、バイパス管３５０と、イオン交換器３６０と、タンク３７０と、を備える。
冷媒ポンプ１７４は、冷媒供給管３１０を介して、燃料電池１０４に冷媒を供給する。冷媒としては、ＦＣスタッククーラント（ＦＣＣ）が用いられる。ＦＣスタッククーラントは、エチレングリコールおよび水を主成分とした非導電性の液体である。燃料電池１０４から排出された冷媒は、冷媒排出管３２０を通って、ラジエータ３３０およびサブラジエータ３３２に送られ、ラジエータファン３３５により通風され、冷却される。その後、冷媒は、冷媒ポンプ１７４に送られ、冷却回路３００を循環する。また、冷媒排出管３２０に排出された冷媒の一部は、ラジエータ３３０やサブラジエータ３３２を介さずにバイパス管３５０を通って、冷媒ポンプ１７４に送られ、同様に冷却回路３００を循環する。バイパス管３５０には、イオン交換器３６０が並列に設けられている。
三方弁３４０は、冷媒排出管３２０からの冷媒を、ラジエータ３３０およびサブラジエータ３３２と、バイパス管３５０と、に分流するためのバルブである。三方弁３４０は、ＥＣＵ４００からの指示に基づいて、冷媒の１００％をラジエータ３３０およびサブラジエータ３３２に流して、バイパス管３５０に冷媒を流さない状態から、冷媒をラジエータ３３０およびサブラジエータ３３２に冷媒を流さず、冷媒の１００％をバイパス管３５０に流す状態までの間のいずれかに設定される。タンク３７０は、冷却回路３００中の冷媒のリザーバタンクである。冷却回路３００中の冷媒が少なくなった場合には、タンク３７０から冷却回路３００に冷媒が供給される。なお、タンク３７０の冷媒の量が少なくなった場合には、車両の使用者等は、タンク３７０に冷媒を補充する。インタークーラ３８０は、エアコンプレッサ１３６により圧縮され高温になった空気を冷却する装置であり、冷媒供給管３１０と冷媒排出管３２０に接続されている。燃料電池１０４の廃熱を車内の暖房に利用するために、冷媒排出管３２０に、エアコン用冷媒供給管３９０とエアコン用冷媒排出管３９５接続されている。エアコン用冷媒供給管３９０には、ヒータ１６４が接続されており、ヒータ１６４は、冷媒の温度が暖房に用いるには不十分の場合に、冷媒の温度を上げるために用いられる。
冷却回路３００の冷媒ポンプ１７４や三方弁３４０、ラジエータ３３０、サブラジエータ３３２は、例えば金属製であり、車両のボディに取り付けられているため、電気的には、接地ノードＧＮＤに接地している。本実施形態では、ボディを接地ノードＧＮＤとしている。冷媒供給管３１０や、冷媒排出管３２０は、非導電性の部材で形成されており、燃料電池１０４は、ボディ、すなわち接地ノードＧＮＤから電気的に浮いた状態で車両に設置されている。そのため、燃料電池１０４は、車両のボディから絶縁されている。但し、冷媒ポンプ１７４や三方弁３４０、ラジエータ３３０、サブラジエータ３３２は、冷媒を介して燃料電池１０４と繋がっている。このため冷媒の電気伝導度が高くなれば、冷媒を介した漏電が生じ得る。冷媒供給管３１０側における燃料電池１０４と接地ノードＧＮＤとの間の電気抵抗をｒｗ１、冷媒排出管３２０側における燃料電池１０４と接地ノードＧＮＤとの間の電気抵抗をｒｗ２とすると、燃料電池１０４と接地ノードＧＮＤとの間の電気抵抗ｒｗはｒｗ＝ｒｗ１×ｒｗ２／（ｒｗ１＋ｒｗ２）である。
このため、燃料電池システムでは、冷媒として、絶縁性の高い専用の燃料電池スタッククーラントを用いると共に、使用に伴う錆等の不純物の混入を想定して、冷却回路３００に設けたイオン交換器３６０により、不純イオンをプロトン（Ｈ＋）あるいは水酸化物イオン（ＯＨ－）に交換することで取り除いて、冷媒である燃料電池スタッククーラントの絶縁性を確保している。こうした電気伝導度の低下の要因としては、不純物イオンの混入の他に、冷媒の誤使用が想定される。これは、タンク３７０に、燃料電池スタッククーラントを代えて、誤って、通常の車両用のＬＬＣを注入した場合に生じる。しかも、タンク３７０のＬＬＣは、冷却回路３００で失われた冷媒を補充するために少しずつ流入するから、流入によって一時的に絶縁抵抗値が低下して漏電検出がなされても、しばらく使用しているとイオン交換器３６０の働きにより、ＬＬＣ中の不純物イオンは除去されて、冷媒の絶縁抵抗値は概ね元に復する。
こうしたケースを想定して、本実施形態では、以下の手法で絶縁抵抗値の検出を行なう。図５は、絶縁抵抗値検出部２６５が行う全体の処理フローチャートである。絶縁抵抗値検出部２６５は、この処理フローのうち、ステップＳ１０は、燃料電池システム１０の起動中に実行するが、ステップＳ２０以降は、パワースイッチ４５０がオフにされた後で実行する。
ステップＳ１０で、絶縁抵抗値検出部２６５が絶縁抵抗値の低下を検知すると、処理をステップＳ２０に移行する。絶縁抵抗値の低下が検知されない場合は、ステップＳ１５でパワースイッチ４５０がオフにされるまで、絶縁抵抗値検出部２６５は、ステップＳ１０の判定を繰り返し実行する。
ステップＳ２０でパワースイッチ４５０がオフにされると、絶縁抵抗値検出部２６５は、処理をステップＳ３０に移行する。
ステップＳ３０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、絶縁抵抗値の低下が生じた箇所が、ＦＣエリア１１５か否かを切り分ける判定処理を特定部４１０に実施させる。この処理の詳細については、後述する。
ステップＳ４０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ステップＳ２０で判定された絶縁抵抗値の低下が生じた箇所がＦＣエリアか、否か、を判定し、ＦＣエリア１１５の場合には、処理をステップＳ５０に移行し、ＦＣエリア１１５でない場合には、処理をステップＳ７０に移行する。ステップＳ５０の処理の詳細については、後述する。
ステップＳ５０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＦＣエリア１１５の絶縁抵抗値が低下した状態から復帰するか否かを判定するＦＣエリア絶縁抵抗復帰判定処理を実行する。ステップＳ７０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、特定部４１０にＦＣエリア１１５以外の漏電箇所を特定させる。ステップＳ７０の具体的な方法については、例えば、特開２００７－１５７６３１号公報に開示されているため、本明細書では、説明を省略する。
ステップ６０では、ステップＳ５０の処理によりＦＣエリア１１５の絶縁抵抗値が低下した状態から復帰したか否かを判定する。復帰した場合には、ステップＳ８０に移行し、復帰しない場合には、ステップＳ９０に移行する。
ステップＳ８０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＦＣエリア１１５における絶縁抵抗値の低下は一時的なものであると判定し、ステップＳ８５で、ＦＣエリア１１５で絶縁抵抗値の一時的な低下が生じた履歴を記録する。絶縁抵抗値の一時的な低下は、例えば、タンク３７０にＬＣＣが誤補充された時に生じる。
ステップＳ９０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、絶縁抵抗値の低下は一時的なものでは無く漏電が生じた結果と判定し、ステップＳ９５で、漏電が生じたと特定した故障箇所を例えばインスツルメントパネル等に表示する。漏電が生じたと特定した故障箇所は、ステップＳ４０～Ｓ６０あるいは、ステップＳ７０で特定される。
図６は、図５のステップＳ３０で実行される絶縁抵抗値の低下が発生した箇所が、ＦＣエリア１１５か否かを切り分ける処理フローチャートである。ステップＳ３００では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＥＣＵ４００に対して、燃料電池１０４から排出された冷媒の全てがラジエータ３３０、サブラジエータ３３２に供給されるように、三方弁３４０を切り替えさせる。この状態で、冷媒ポンプ１７４を駆動して、燃料電池スタッククーラントの混合処理を実行する。
ステップＳ３１０で、ステップＳ３００の混合処理を行った混合時間が一定の時間を超えると、ステップＳ３２０に処理を移行する。この一定の時間の値は、例えば、数十秒から１分程度でよい。
ステップＳ３２０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＦＣリレーＦＣＲＢ、ＦＣＲＧを接続した状態で、燃料電池システム１０の絶縁抵抗値ｒ１を取得する。
ステップＳ３３０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＦＣリレーＦＣＲＢ、ＦＣＲＧを開放した状態で、燃料電池システム１０の絶縁抵抗値ｒ２を取得する。
ステップＳ３４０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、絶縁抵抗値ｒ２から絶縁抵抗値ｒ１を引いた値が判定値よりも大きいか否かを判定する。判定値は、ゼロよりも大きな値である。ステップＳ３４０で、絶縁抵抗値ｒ２から絶縁抵抗値ｒ１を引いた値が判定値よりも大きい場合には、特定部４１０は、ステップＳ３５０に移行して、ＦＣエリア１１５に絶縁抵抗値の低下が生じた原因があると判定する。一方、絶縁抵抗値ｒ２から絶縁抵抗値ｒ１を引いた値が判定値未満の場合には、特定部４１０は、ステップＳ３６０に移行して、ＦＣエリア１１５以外に絶縁抵抗値の低下が生じた原因があると判定する。この理由は、以下のとおりである。
絶縁抵抗値ｒ２は、ＦＣエリア１１５を除いた燃料電池システム１０の絶縁抵抗値である。絶縁抵抗値ｒ１は、ＦＣエリア１１５の絶縁抵抗と、ＦＣエリア１１５を除いた燃料電池システム１０の絶縁抵抗と、が並列に接続されたときの絶縁抵抗値である。したがって、ＦＣエリア１１５の絶縁抵抗値が極めて大きければ、絶縁抵抗値ｒ１は、ＦＣエリア１１５を除いた燃料電池システム１０の絶縁抵抗値ｒ２とほぼ等しい。一方、ＦＣエリア１１５の絶縁抵抗値が小さければ、絶縁抵抗値ｒ１は、ＦＣエリア１１５を除いた燃料電池システム１０の絶縁抵抗値よりも小さくなる。したがって、ＦＣエリア１１５の絶縁抵抗値が小さければ、絶縁抵抗値ｒ１は、ＦＣエリア１１５を除いた燃料電池システム１０の絶縁抵抗値ｒ２よりも小さくなるので、大きな正の値となる。したがって、絶縁抵抗値ｒ２から絶縁抵抗値ｒ１を引いた値が判定値よりも大きい場合には、ＦＣエリア１１５の絶縁抵抗値が小さい、すなわち、ＦＣエリア１１５に絶縁抵抗値の低下が生じた原因があると判定できる。一方、ＦＣエリア１１５の絶縁抵抗が極めて大きければ、絶縁抵抗値ｒ１は、ＦＣエリア１１５を除いた燃料電池システム１０の絶縁抵抗値ｒ２とほぼ等しいので、絶縁抵抗値ｒ２から絶縁抵抗値ｒ１を引いた値は、ほぼゼロとなる。したがって、絶縁抵抗値ｒ２から絶縁抵抗値ｒ１を引いた値が判定値よりも小さい場合には、ＦＣエリア１１５の絶縁抵抗値が大きい、すなわち、ＦＣエリア１１５以外に絶縁抵抗値の低下が生じた原因があると判定できる。
図７は、図５のステップＳ５０で実行されるＦＣエリア１１５の絶縁抵抗値の低下からの復帰の判定処理フローチャートである。ステップＳ５００では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＥＣＵ４００に対して、燃料電池１０４から排出された冷媒の全てがラジエータ３３０、サブラジエータ３３２に供給されるように、三方弁４５０を切り替えさせ、バイパス管３５０に冷媒を流さないようにする。この状態で、冷媒ポンプ１７４を駆動して、燃料電池スタッククーラントの混合処理を実行する。ステップＳ５１０で、ステップＳ５００の混合処理を行った混合時間が一定の時間を超えると、ステップＳ５２０に処理を移行する。この一定の時間は、例えば、数十秒から１分である。
ステップＳ５２０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＥＣＵ４００に対して、燃料電池１０４から排出された冷媒の全てがバイパス管３５０に流れるように三方弁３４０を切り替えさせ、ＦＣリレーＦＣＲＢ、ＦＣＲＧを接続させる。絶縁抵抗値検出部２６５は、この状態で絶縁抵抗値ｒ３を取得する。
ステップＳ５３０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＦＣエリア絶縁抵抗値の復帰処理を実行する。具体的には、絶縁抵抗値検出部２６５は、ＥＣＵ４００に対して、ステップＳ５２０の状態で冷媒ポンプ１７４を駆動させる。冷媒がバイパス管３５０を流れ、冷媒の一部は、イオン交換器３６０を流れる。そのため、冷媒中に不純物イオンがあれば、イオン交換器３６０によってその不純物イオンが取り除かれる。ステップＳ５４０で、復帰処理が予め定められた一定の時間よりも長く実行されると、ステップＳ５５０に移行する。この一定の時間は、例えば、数十秒から数分である。
ステップＳ５５０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、ステップＳ５２０と同様に、絶縁抵抗値ｒ４を取得する。
ステップＳ５６０では、絶縁抵抗値検出部２６５は、絶縁抵抗値ｒ４から絶縁抵抗値ｒ３を引いた値が判定値よりも大きいか否かを判定する。判定値は、ゼロよりも大きな値である。絶縁抵抗値検出部２６５は、絶縁抵抗値ｒ４から絶縁抵抗値ｒ３を引いた値が判定値よりも大きい場合には、ステップＳ５７０に移行し、絶縁抵抗値が低下した状態から復帰したと判定し、大きくない場合には、ステップＳ５８０に移行し、絶縁抵抗値が低下した状態から復帰しなかったと判定する。この理由は、以下のとおりである。
上述したように、冷媒中に不純物イオンがあれば、ＦＣエリア絶縁抵抗値復帰処理中に、イオン交換器３６０によってその不純物イオンが取り除かれる。この場合、冷媒の電気伝導度が下がり、絶縁抵抗値が大きくなる。その結果、絶縁抵抗値ｒ４は、絶縁抵抗値ｒ３よりも大きくなる。一方、冷媒中に不純物イオンが無ければ、不純物イオンの取り除きもないので、電気伝導度はほぼ変わらない。その結果、絶縁抵抗値ｒ４と絶縁抵抗値ｒ３の大きさは、ほぼ同じである。このように、絶縁抵抗値検出部２６５は、絶縁抵抗値ｒ４から絶縁抵抗値ｒ３を引いた値を用いて、絶縁抵抗値が低下状態から復帰したか否か、すなわち、溶媒中に不純物イオンがあり、その不純物イオンが取り除かれたか否かを判定できる。
以上、本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料電池システム１０の絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗値検出部２６５と、絶縁抵抗値の低下が検出されたときに、燃料電池システム１０のどの箇所で絶縁抵抗値が低下したかを特定する特定部４１０と、を有している。絶縁抵抗値検出部２６５は、特定部４１０によって特定された箇所が燃料電池１０４である場合には、絶縁抵抗値の低下が一時的なものか否かを判定する処理を実行する。燃料電池１０４における絶縁抵抗値の低下が一時的なものであれば、燃料電池１０４の修理が必要では無い。そのため、本実施形態によれば、絶縁抵抗値の低下の箇所が燃料電池１０４である場合に、燃料電池１０４の修理が必要な状態なのか、修理が不要な一時的な絶縁抵抗値の低下であったのかを判定できる。
本実施形態の燃料電池システム１０は、絶縁抵抗値検出部２６５は、イオン交換器３６０に冷媒を通じさせない状態で絶縁抵抗値ｒ３を検出し、その後、イオン交換器３６０に冷媒を通じた状態で絶縁抵抗値ｒ４を検出し、絶縁抵抗値が低下した値から復帰した場合には、絶縁抵抗値の低下が、絶縁抵抗値を低下させる誤った冷媒がタンク３７０に補充されたことに起因する一時的なものであると判定する。すなわち、本実施形態によれば、絶縁抵抗値の低下の原因が、タンクに絶縁抵抗値を低下させる誤った冷媒が補充されたものか否かを判定できる。
本実施形態において、燃料電池１０４における絶縁抵抗値の低下が一時的なものであれば、燃料電池１０４の修理が必要ではないので、その後の処理、イオン交換器３６０に冷媒を通じさせない状態で絶縁抵抗値ｒ３を検出し、その後、イオン交換器に冷媒を通じた状態で絶縁抵抗値ｒ４を検出し、絶縁抵抗値が低下した値から復帰するか否かを判定しなくても良い。
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…燃料電池システム １００…燃料電池ユニット（ＦＣ） １０２Ｂ…高電圧配線 １０２Ｇ…高電圧配線 １０４…燃料電池 １０６…電圧計 １１０…ＦＣコンバータユニット（ＦＤＣ） １１２Ｂ…高電圧配線 １１２Ｇ…高電圧配線 １１４Ｂ…サービスプラグ １１４Ｇ…サービスプラグ １１５…燃料電池エリア（ＦＣエリア） １２０…ＦＣリレーユニット １２２Ｂ…高電圧配線 １２２Ｇ…高電圧配線 １３０…インテリジェントパワーモジュールユニット（ＩＰＭ） １３２Ｂ…高電圧配線 １３２Ｇ…高電圧配線 １３４…インバータ １３５…エアコンプレッサユニット（ＡＣＰ） １３６…エアコンプレッサ １３７…駆動モータユニット（ＤＭＴ） １３８…駆動モータ（トラクションモータ） １４０…ＤＣ－ＤＣコンバータ（ＤＤＣコンバータ） １４２Ｂ…高電圧配線 １４２Ｇ…高電圧配線 １４４…放電機構 １５０…エアコンディショナーユニット（ＡＣ） １５２…インバータ １５４…エアコンディショナー １５６…降圧コンバータ １５８…鉛蓄電池 １６０…分岐ユニット（ＤＩＶ） １６２Ｂ…高電圧配線 １６２Ｇ…高電圧配線 １６４…ヒータ １７０…冷媒ポンプユニット １７２…インバータ １７４…冷媒ポンプ（ＷＰ） １８０…水素ポンプユニット（ＨＰ） １８２…インバータ １８４…水素ポンプ １９０…二次電池ユニット（ＳＢＴ） １９２Ｂ…高電圧配線 １９２Ｇ…高電圧配線 １９４…二次電池 １９５…システムメインリレー １９６…電圧計 １９８…電流計 ２００…漏電検知器 ２６１…交流電源 ２６２…抵抗器 ２６３…コンデンサ ２６４…バンドパスフィルタ ２６５…絶縁抵抗値検出部 ２７０…回路系 ３００…冷却回路 ３１０…冷媒供給管 ３２０…冷媒排出管 ３３０…ラジエータ ３３２…サブラジエータ ３３５…ラジエータファン ３４０…三方弁 ３５０…バイパス管 ３６０…イオン交換器 ３７０…タンク ３８０…インタークーラ ３９０…エアコン用冷媒供給管 ３９５…エアコン用冷媒排出管 ４００…制御部（ＥＣＵ） ４１０…特定部 ４５０…パワースイッチ Ｃ１…平滑コンデンサ Ｃ２…平滑コンデンサ Ｃ３…平滑コンデンサ Ｄ１…ダイオード Ｄ２…保護ダイオード Ｄ３…保護ダイオード Ｄ４…保護ダイオード ＦＣＲＢ…ＦＣリレー ＦＣＲＧ…ＦＣリレー ＦＣＲＰ…リレー Ｆｚ…フューズ ＧＮＤ…接地ノード Ｌ１…リアクトル Ｌ２…リアクトル Ｎ１…ノード ｒ…絶縁抵抗値 ｒ１…絶縁抵抗値 Ｒ１…抵抗器 ｒ２…絶縁抵抗値 Ｒ２…抵抗器 ｒ３…絶縁抵抗値 ｒ４…絶縁抵抗値 ｒｗ、ｒｗ１、ｒｗ２…（冷媒の）電気抵抗 ＳＭＲＢ…システムメインリレー ＳＭＲＧ…システムメインリレー ＳＭＲＰ…リレー ＳＰ…サービスプラグ ＴＲ１…スイッチングトランジスタ ＴＲ２…スイッチングトランジスタ ＴＲ３…スイッチングトランジスタ

Claims (2)

  1. 燃料電池システムであって、
    電力を発電する燃料電池と、
    前記燃料電池により発電された電力が供給される複数の電気部品と、
    冷媒を用いて前記燃料電池を冷却する冷媒回路と、
    前記冷媒回路に接続され、前記冷媒を貯蔵するとともに前記冷媒を補充するためのタンクと、
    前記燃料電池システムの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗値検出部と、
    前記絶縁抵抗値の低下が検出されたときに、前記燃料電池システムのどの箇所で前記絶縁抵抗値が低下したかを特定する特定部と、
    を有し、
    前記絶縁抵抗値検出部は、前記特定部によって特定された箇所が前記燃料電池である場合には、前記絶縁抵抗値の低下が一時的なものか否かを判定する処理を実行し、前記絶縁抵抗値の低下が一時的なものである場合には、修理が必要な故障でないと判定する、
    燃料電池システム。
  2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒に含まれる不純物イオンを交換するイオン交換器を備え、
    前記絶縁抵抗値検出部は、前記イオン交換器に前記冷媒を通じさせない状態で前記絶縁抵抗値を検出し、その後、前記イオン交換器に前記冷媒を通じた状態で前記絶縁抵抗値を検出し、前記絶縁抵抗値が低下した値から復帰した場合には、前記タンクに前記絶縁抵抗値を低下させる誤った冷媒が補充されたことに起因する前記絶縁抵抗値の一時的な低下と判定する、燃料電池システム。
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