JP7469239B2

JP7469239B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP7469239B2
Application number: JP2021008320A
Authority: JP
Inventors: 尚也富本
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2041-01-21
Also published as: JP2022112442A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムとして、燃料電池からＤＣＤＣコンバータを介して供給される電力により充電される蓄電装置と、そのＤＣＤＣコンバータとの間に接続されるスイッチの両端の電圧が閾値以上である場合、そのスイッチが断線していると判断しＤＣＤＣコンバータを停止させるものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

特開２０１１－１０１５９０号公報

しかしながら、上記燃料電池システムでは、スイッチが断線していると判断されてからＤＣＤＣコンバータを停止させるまでの間において、燃料電池からＤＣＤＣコンバータを介して負荷に電流が流れると、その負荷に比較的大きい電圧（サージ電圧）がかかるおそれがある。

そこで、本発明の一側面に係る目的は、ＤＣＤＣコンバータと負荷との接続点と、蓄電装置との間に接続されるスイッチを備える燃料電池システムにおいて、スイッチの断線時に負荷にサージ電圧がかかることを抑制することである。

本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池の発電を制御する主制御部と、第１の負荷に電力を供給する第１の蓄電装置と、前記第１の蓄電装置と前記第１の負荷との接続点と、前記燃料電池との間に接続され、前記第１の蓄電装置や前記第１の負荷に電力を供給する第１のＤＣＤＣコンバータと、前記第１のＤＣＤＣコンバータの動作を制御する第１のコンバータ制御部と、前記第１のＤＣＤＣコンバータと前記第１の負荷との接続点と、前記第１の蓄電装置との間に接続される第１のスイッチとを備え、前記第１のコンバータ制御部は、前記第１のスイッチが導通するように前記第１のスイッチの動作が制御されている場合において、前記第１のスイッチの両端電圧である第１の電圧が第１の閾値以上になると、前記第１のＤＣＤＣコンバータを停止させるとともに第１の断線情報を前記主制御部に送信し、前記主制御部は、前記第１の断線情報を受信すると、前記燃料電池の発電を停止させる。

これにより、主制御部により第１のスイッチが断線していることが判断され、第１のスイッチが断線している旨を示す情報が主制御部から第１のコンバータ制御部に送信され、第１のコンバータ制御部により第１のＤＣＤＣコンバータが停止される場合に比べて、第１のスイッチが断線していると判断されてから第１のＤＣＤＣコンバータが停止されるまでの時間を短縮することができるため、第１のスイッチの断線時に第１の負荷にサージ電圧がかかることを抑制することができる。

また、上記燃料電池システムは、第２の負荷に電力を供給する第２の蓄電装置と、前記第２の蓄電装置と前記第２の負荷との接続点と、前記第１のＤＣＤＣコンバータとの間に接続され、前記第２の蓄電装置や前記第２の負荷に電力を供給する第２のＤＣＤＣコンバータと、前記第２のＤＣＤＣコンバータの動作を制御する第２のコンバータ制御部とを備え、前記主制御部は、前記第１の断線情報を受信すると、停止指令を前記第２のコンバータ制御部に送信し、前記第２のコンバータ制御部は、前記停止指令を受信すると、前記第２のＤＣＤＣコンバータを停止させるように構成してもよい。

これにより、主制御部により第１のスイッチが断線していることが判断され、第１のスイッチが断線している旨を示す情報が主制御部から第１のコンバータ制御部に送信され、第１のコンバータ制御部により第１のＤＣＤＣコンバータが停止される場合に比べて、第１のスイッチが断線していると判断されてから第１のＤＣＤＣコンバータが停止されるまでの時間を短縮することができるため、第１のスイッチの断線時に第１及び第２の負荷にサージ電圧がかかることを抑制することができる。

また、上記燃料電池システムは、第２の負荷に電力を供給する第２の蓄電装置と、前記第２の蓄電装置と前記第２の負荷との接続点と、前記燃料電池との間に接続される第２のＤＣＤＣコンバータと、前記第２のＤＣＤＣコンバータの動作を制御する第２のコンバータ制御部と、前記第２のＤＣＤＣコンバータと前記第２の負荷との接続点と、前記第２の蓄電装置との間に接続される第２のスイッチとを備え、前記第１のコンバータ制御部は、前記第１のスイッチが導通するように前記第１のスイッチの動作が制御されている場合において、前記第１の電圧が前記第１の閾値以上になると、前記第１のＤＣＤＣコンバータを停止させるとともに前記第１の断線情報を前記主制御部に送信し、停止指令を受信すると、前記第１のＤＣＤＣコンバータを停止させ、前記第２のコンバータ制御部は、前記第２のスイッチが導通するように前記第２のスイッチの動作が制御されている場合において、前記第２のスイッチの両端電圧である第２の電圧が第２の閾値以上になると、前記第２のＤＣＤＣコンバータを停止させるとともに第２の断線情報を前記主制御部に送信し、前記停止指令を受信すると、前記第２のＤＣＤＣコンバータを停止させ、前記主制御部は、前記第１の断線情報や前記第２の断線情報を受信すると、前記燃料電池の発電を停止させるとともに前記停止指令を前記第１及び第２のコンバータ制御部に送信するように構成してもよい。

これにより、主制御部により第１のスイッチまたは第２のスイッチが断線していることが判断され、第１のスイッチまたは第２のスイッチが断線している旨を示す情報が主制御部から第１のコンバータ制御部または第２のコンバータ制御部に送信され、第１のコンバータ制御部または第２のコンバータ制御部により第１のＤＣＤＣコンバータまたは第２のＤＣＤＣコンバータが停止される場合に比べて、第１のスイッチまたは第２のスイッチが断線していると判断されてから第１のＤＣＤＣコンバータまたは第２のＤＣＤＣコンバータが停止されるまでの時間を短縮することができるため、第１のスイッチまたは第２のスイッチの断線時に第１及び第２の負荷にサージ電圧がかかることを抑制することができる。

また、上記燃料電池システムは、一方端子が前記第１のＤＣＤＣコンバータと前記第１のスイッチとの接続点に接続される抵抗と、前記抵抗の他方端子とグランドとの間に接続される第３のスイッチとを備え、前記主制御部は、前記第１の電圧を取得するときに前記第３のスイッチを遮断するように構成してもよい。

これにより、第３のスイッチが導通することによる第１の電圧の上昇を防止することができるため、第１のスイッチが断線していないにもかかわらず第１のスイッチが断線していると誤って判断されることを低減することができる。

本発明によれば、ＤＣＤＣコンバータと負荷との接続点と、蓄電装置との間に接続されるスイッチを備える燃料電池システムにおいて、スイッチの断線時に負荷にサージ電圧がかかることを抑制することができる。

第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。第１実施形態のコンバータ制御部の動作の一例を示すフローチャートである。第１実施形態の主制御部の動作の一例を示すフローチャートである。第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。第２実施形態のコンバータ制御部の動作の一例を示すフローチャートである。第２実施形態の主制御部の動作の一例を示すフローチャートである。第３実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。第３実施形態の一方のコンバータ制御部の動作の一例を示すフローチャートである。第３実施形態の他方のコンバータ制御部の動作の一例を示すフローチャートである。第３実施形態の主制御部の動作の一例を示すフローチャートである。第４実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

図１に示す燃料電池システム１は、フォークリフトなどの産業車両や自動車などの車両Ｖｅに搭載され、負荷Ｌｏ１（第１の負荷）などに電力を供給する。なお、負荷Ｌｏ１は、車両Ｖｅに搭載される走行用モータを駆動するインバータや電装部品などである。また、燃料電池システム１は定置型非常用発電機などにも適用可能であり、その場合、負荷Ｌｏ１は接続された電気機器である。

また、燃料電池システム１は、燃料電池ユニット２と、蓄電装置Ｂ１（第１の蓄電装置）と、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１（第１のＤＣＤＣコンバータ）と、コンバータ制御部３１（第１のコンバータ制御部）と、スイッチＳＷ１（第１のスイッチ）と、電圧検出部Ｓｕ１と、電圧検出部Ｓｄ１と、記憶部４と、主制御部５とを備える。

燃料電池ユニット２は、燃料電池ＦＣと、水素タンクＨＴと、インジェクタＩＮＪと、エアコンプレッサＡＣＰとを備える。

燃料電池ＦＣは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池スタックであり、燃料ガス（水素ガス）に含まれる水素と酸化剤ガス（空気）に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。

水素タンクＨＴは、燃料ガスの貯蔵容器である。水素タンクＨＴに貯蔵された燃料ガスはインジェクタＩＮＪを介して燃料電池ＦＣに供給される。

インジェクタＩＮＪは、燃料電池ＦＣに供給される燃料ガスの流量を調整する。

エアコンプレッサＡＣＰは、酸化剤ガスを燃料電池ＦＣに供給する。

蓄電装置Ｂ１は、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、負荷Ｌｏ１に電力を供給する。また、蓄電装置Ｂ１は、燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を介して供給される電力または負荷Ｌｏ１から回生される電力により充電される。

ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１は、昇圧回路または降圧回路により構成される。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１は、蓄電装置Ｂ１と負荷Ｌｏ１との接続点と、燃料電池ＦＣとの間に接続され、燃料電池ＦＣから出力される電力を蓄電装置Ｂ１や負荷Ｌｏ１に供給する。

コンバータ制御部３１は、主制御部５と通信可能に構成され、プロセッサまたはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））により構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１の出力電圧が主制御部５から送信される目標電圧指令値に近づくようにＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１の動作を制御する。

また、コンバータ制御部３１は、主制御部５から送信される断線検出許可通知を受信した後、主制御部５から電圧Ｖｕ１を受信すると、電圧検出部Ｓｄ１により検出される電圧Ｖｄ１を取得し、スイッチＳＷ１の両端電圧として、電圧Ｖｕ１と電圧Ｖｄ１との差の絶対値である電圧差ΔＶ１（第１の電圧）を算出する。

また、コンバータ制御部３１は、スイッチＳＷ１が導通するようにスイッチＳＷ１の動作が制御されている場合において、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＨｔｈ１より小さい場合、スイッチＳＷ１が断線していないと判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１の動作を継続して制御する。また、コンバータ制御部３１は、スイッチＳＷ１が導通するようにスイッチＳＷ１の動作が制御されている場合において、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＨｔｈ１以上になると、スイッチＳＷ１が断線していると判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させるとともにスイッチＳＷ１が断線している旨を示す断線情報（第１の断線情報）を主制御部５に送信する。なお、閾値ＶＨｔｈ１は、コンバータ制御部３１及び主制御部５の電源電圧の誤差並びに電圧検出部Ｓｕ１及び電圧検出部Ｓｄ１を構成する分圧抵抗の抵抗値誤差（抵抗精度及び温度特性）に対し二乗和平方根より大きい値とする。または、閾値ＶＨｔｈ１は、スイッチＳＷ１が断線しているときの電圧差ΔＶ１の最小値とする。

また、コンバータ制御部３１は、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させている状態において、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＬｔｈ１より大きい場合、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を継続して停止させる。また、コンバータ制御部３１は、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させている状態において、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＬｔｈ１以下になると、スイッチＳＷ１が正常状態（断線していない状態）に戻ったと判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１の動作制御を再開するとともに、スイッチＳＷ１が正常状態に戻った旨を示す復帰情報を主制御部５に送信する。なお、閾値ＶＬｔｈ１は、電圧検出部Ｓｕ１及び電圧検出部Ｓｄ１を構成する分圧抵抗の抵抗値誤差（温度特性）に対し二乗和平方根より小さい値とする。または、閾値ＶＬｔｈ１は、スイッチＳＷ１が断線していないときの電圧差ΔＶ１の最大値とする。

スイッチＳＷ１は、コンタクタなどにより構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１と負荷Ｌｏ１との接続点と、蓄電装置Ｂ１との間に接続される。スイッチＳＷ１が導通すると、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１と蓄電装置Ｂ１とが電気的に接続され、スイッチＳＷ１が遮断すると、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１と蓄電装置Ｂ１とが電気的に切断される。

電圧検出部Ｓｕ１は、複数の分圧抵抗からなる抵抗回路などにより構成され、スイッチＳＷ１の一方端子と蓄電装置Ｂ１との接続点の電圧Ｖｕ１を検出し、その検出した電圧Ｖｕ１を主制御部５に送る。

電圧検出部Ｓｄ１は、複数の分圧抵抗からなる抵抗回路などにより構成され、スイッチＳＷ１の他方端子とＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１との接続点の電圧Ｖｄ１を検出し、その検出した電圧Ｖｄ１をコンバータ制御部３１に送る。

記憶部４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、閾値ＶＨｔｈ１及び閾値ＶＬｔｈ１などを記憶する。

主制御部５は、プロセッサまたはプログラマブルなデバイスにより構成され、燃料電池ＦＣの発電を制御する。例えば、主制御部５は、ユーザのキーオン操作などにより車両Ｖｅの運転開始指示を受けると、蓄電装置Ｂ１の電圧や充電率（蓄電装置Ｂ１の満充電容量に対する現在の充電容量の割合）などに応じた電流が燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を介して蓄電装置Ｂ１に流れるように、インジェクタＩＮＪ及びエアコンプレッサＡＣＰの動作を制御するとともに目標電圧をコンバータ制御部３１に送信する。なお、主制御部５とコンバータ制御部３１との間の通信手段は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信とする。

また、主制御部５は、スイッチＳＷ１の動作を制御する。例えば、主制御部５は、ユーザによる車両Ｖｅのキーオン操作が行われてからキーオフ操作が行われるまでの間において、すなわち、負荷Ｌｏ１の動作制御が行われているとき、スイッチＳＷ１を導通させる。また、主制御部５は、キーオフ操作が行われてからキーオン操作が行われるまでの間において、すなわち、負荷Ｌｏ１の動作制御が行われていないとき、スイッチＳＷ１を遮断させる。これにより、負荷Ｌｏ１の動作制御が行われていないとき、蓄電装置Ｂ１からスイッチＳＷ１を介して負荷Ｌｏ１などに暗電流が流れることを防止することができる。

また、主制御部５は、キーオン操作が行われ、スイッチＳＷ１を導通させると、スイッチＳＷ１が断線しているか否かをコンバータ制御部３１に判断させるための断線検出許可通知をコンバータ制御部３１に送信する。

また、主制御部５は、断線検出許可通知を送信した後、電圧検出部Ｓｕ１により検出される電圧Ｖｕ１を取得しコンバータ制御部３１に送信する。

また、主制御部５は、コンバータ制御部３１から送信される断線情報を受信すると、燃料電池ＦＣの発電を停止させる。

また、主制御部５は、コンバータ制御部３１から送信される復帰情報を受信すると、燃料電池ＦＣの発電制御を再開する。

図２は、第１実施形態のコンバータ制御部３１の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、コンバータ制御部３１は、断線検出許可通知を受信し（ステップＳ１０１）、電圧Ｖｕ１を受信すると（ステップＳ１０２）、電圧Ｖｄ１を取得し電圧差ΔＶ１を算出する（ステップＳ１０３）。

次に、コンバータ制御部３１は、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＨｔｈ１以上になると（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、スイッチＳＷ１が断線していると判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させるとともに（ステップＳ１０５）、断線情報を主制御部５に送信する（ステップＳ１０６）。なお、コンバータ制御部３１は、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＨｔｈ１以上である状態が一定時間連続した場合、スイッチＳＷ１が断線していると判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させるとともに、断線情報を主制御部５に送信するように構成してもよい。

また、コンバータ制御部３１は、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させている状態において、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＬｔｈ１以下になると（ステップＳ１０４：Ｎｏ、ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、スイッチＳＷ１が正常状態に戻ったと判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１の動作制御を再開するとともに（ステップＳ１０８）、復帰情報を主制御部５に送信する（ステップＳ１０９）。なお、コンバータ制御部３１は、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させている状態において、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＬｔｈ１以下である状態が一定時間連続した場合、スイッチＳＷ１が正常状態に戻ったと判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１の動作制御を再開するとともに、復帰情報を主制御部５に送信するように構成してもよい。

なお、コンバータ制御部３１は、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＨｔｈ１より小さい場合、または、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させている状態において、閾値ＶＬｔｈ１より大きい場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ、ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理を繰り返し実行する。

図３は、第１実施形態の主制御部５の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、主制御部５は、ユーザによる車両Ｖｅのキーオン操作が行われた後、スイッチＳＷ１が断線しているか否かを判断することが可能な状態になると、断線検出許可通知を送信した後（ステップＳ２０１）、電圧Ｖｕ１を取得しコンバータ制御部３１に送信する（ステップＳ２０２）。

次に、主制御部５は、断線情報を受信すると（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、燃料電池ＦＣの発電を停止させる（ステップＳ２０４）。なお、主制御部５は、断線情報を一定時間連続で受信すると、スイッチＳＷ１が断線している状態であることを確定し、燃料電池ＦＣの発電を停止させるように構成してもよい。

また、主制御部５は、燃料電池ＦＣの発電を停止させている状態において、復帰情報を受信すると（ステップＳ２０３：Ｎｏ、ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、燃料電池ＦＣの発電制御を再開する（ステップＳ２０６）。なお、主制御部５は、燃料電池ＦＣの発電を停止させている状態において、復帰情報を一定時間連続で受信すると、スイッチＳＷ１が正常状態に戻ったことを確定し、燃料電池ＦＣの発電制御を再開するように構成してもよい。

なお、主制御部５は、断線情報及び復帰情報を受信しない場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ、ステップＳ２０５：Ｎｏ）、ステップＳ２０２の処理を繰り返し実行する。

このように、第１実施形態の燃料電池システム１は、コンバータ制御部３１によりスイッチＳＷ１が断線していると判断されると、コンバータ制御部３１によりＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１が停止される構成である。これにより、主制御部５によりスイッチＳＷ１が断線していることが判断され、スイッチＳＷ１が断線している旨を示す情報が主制御部５からコンバータ制御部３１に送信され、コンバータ制御部３１によりＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１が停止される場合に比べて、スイッチＳＷ１が断線していると判断されてからＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１が停止されるまでの時間を短縮することができるため、スイッチＳＷ１の断線時に負荷Ｌｏ１などにサージ電圧がかかることを抑制することができ、負荷Ｌｏ１などが故障することを抑制することができる。

なお、コンバータ制御部３１は、主制御部５を介さず電圧検出部Ｓｕ１から電圧Ｖｕ１を直接取得するように構成してもよい。このように構成する場合、主制御部５により電圧Ｖｕ１が取得され、主制御部５からコンバータ制御部３１に電圧Ｖｕ１が送信される場合に比べて、コンバータ制御部３１における電圧Ｖｕ１の取得時間を短縮することができるため、スイッチＳＷ１が断線しているか否かをより早く判断することができ、スイッチＳＷ１の断線時に負荷Ｌｏ１などにサージ電圧がかかることをさらに抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。なお、図４において、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態の燃料電池システム１において、第１実施形態の燃料電池システム１と異なる点は、さらに、蓄電装置Ｂ２（第２の蓄電装置）と、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２（第２のＤＣＤＣコンバータ）と、コンバータ制御部３２（第２のコンバータ制御部）と、負荷Ｌｏ２（第２の負荷）とを備えている点である。なお、負荷Ｌｏ２は、燃料電池ＦＣの温度を検出する温度センサなどである。

蓄電装置Ｂ２は、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、負荷Ｌｏ２に電力を供給する。また、蓄電装置Ｂ２は、燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１及びＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を介して供給される電力などにより充電される。

ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２は、昇圧回路または降圧回路により構成される。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２は、蓄電装置Ｂ２と負荷Ｌｏ２との接続点と、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１との間に接続され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１から出力される電力を蓄電装置Ｂ２や負荷Ｌｏ２に供給する。このように、負荷Ｌｏ２がＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を介してＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１とスイッチＳＷ１との接続点に接続される構成であるため、スイッチＳＷ１の断線時にＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１から電力が出力されると、サージ電圧が負荷Ｌｏ１だけでなく負荷Ｌｏ２にもかかるおそれがある。

コンバータ制御部３２は、プロセッサまたはプログラマブルなデバイスにより構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２の出力電圧が主制御部５から送信される目標電圧指令値に近づくようにＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２の動作を制御する。

また、コンバータ制御部３２は、図５に示すように、主制御部５から送信される停止指令を受信すると（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を停止させる（ステップＳ３０２）。

図６は、第２実施形態の主制御部５の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図６に示すステップＳ２０１～Ｓ２０６は、図３に示すステップＳ２０１～Ｓ２０６と同様であるため、その説明を省略する。

主制御部５は、断線情報を受信すると（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、燃料電池ＦＣの発電を停止させ（ステップＳ２０４）、停止指令をコンバータ制御部３２に送信する（ステップＳ２０７）。

このように、第２実施形態の燃料電池システム１は、第１実施形態の燃料電池システム１と同様に、コンバータ制御部３１によりスイッチＳＷ１が断線していると判断されると、コンバータ制御部３１によりＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１が停止される構成である。これにより、主制御部５によりスイッチＳＷ１が断線していることが判断され、スイッチＳＷ１が断線している旨を示す情報が主制御部５からコンバータ制御部３１に送信され、コンバータ制御部３１によりＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１が停止される場合に比べて、スイッチＳＷ１が断線していると判断されてからＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１が停止されるまでの時間を短縮することができるため、スイッチＳＷ１の断線時に負荷Ｌｏ１及び負荷Ｌｏ２などにサージ電圧がかかることを抑制することができ、負荷Ｌｏ１及び負荷Ｌｏ２などが故障することを抑制することができる。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態の燃料電池システム１の一例を示す図である。なお、図７において、図４に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

第３実施形態の燃料電池システム１において、第４実施形態の燃料電池システム１と異なる点は、さらに、スイッチＳＷ２（第２のスイッチ）と、電圧検出部Ｓｕ２、Ｓｄ２とを備え、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２がＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１の後段ではなく燃料電池ＦＣの後段に接続されている点である。すなわち、第３実施形態のＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２は、蓄電装置Ｂ２と負荷Ｌｏ２との接続点と、燃料電池ＦＣとの間に接続され、燃料電池ＦＣから出力される電力を蓄電装置Ｂ２や負荷Ｌｏ２に供給する。

スイッチＳＷ２は、コンタクタなどにより構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２と負荷Ｌｏ２との接続点と、蓄電装置Ｂ２との間に接続される。スイッチＳＷ２が導通すると、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２と蓄電装置Ｂ２とが電気的に接続され、スイッチＳＷ２が遮断すると、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２と蓄電装置Ｂ２とが電気的に切断される。

電圧検出部Ｓｕ２は、複数の分圧抵抗からなる抵抗回路などにより構成され、スイッチＳＷ２の一方端子と蓄電装置Ｂ２との接続点の電圧Ｖｕ２を検出し、その検出した電圧Ｖｕ２を主制御部５に送る。

電圧検出部Ｓｄ２は、複数の分圧抵抗からなる抵抗回路などにより構成され、スイッチＳＷ２の他方端子とＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２との接続点の電圧Ｖｄ２を検出し、その検出した電圧Ｖｄ２をコンバータ制御部３２に送る。

図８は、第３実施形態のコンバータ制御部３１の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図８に示すステップＳ１０１～ステップＳ１０９は、図２に示すステップＳ１０１～ステップＳ１０９と同様であるため、その説明を省略する。

コンバータ制御部３１は、主制御部５から送信される停止指令を受信すると（ステップＳ１０１：Ｎｏ、ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１を停止させる（ステップＳ１１１）。

図９は、第３実施形態のコンバータ制御部３２の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、コンバータ制御部３２は、断線検出許可通知を受信し（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、電圧Ｖｕ２を受信すると（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、電圧Ｖｄ２を取得し、スイッチＳＷ２の両端電圧として、電圧Ｖｕ２と電圧Ｖｄ２との差の絶対値である電圧差ΔＶ２（第２の電圧）を算出する（ステップＳ４０３）。

次に、コンバータ制御部３２は、電圧差ΔＶ２が閾値ＶＨｔｈ２以上になると、スイッチＳＷ２が断線していると判断し（ステップＳ４０４：Ｙｅｓ）、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を停止させるとともに（ステップＳ４０５）、断線情報（第２の断線情報）を主制御部５に送信する（ステップＳ４０６）。なお、コンバータ制御部３２は、電圧差ΔＶ２が閾値ＶＨｔｈ２以上である状態が一定時間連続すると、スイッチＳＷ２が断線していると判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を停止させるとともに、断線情報を主制御部５に送信するように構成してもよい。また、閾値ＶＨｔｈ２は、コンバータ制御部３２及び主制御部５の電源電圧の誤差並びに電圧検出部Ｓｕ２及び電圧検出部Ｓｄ２を構成する分圧抵抗の抵抗値誤差（抵抗精度及び温度特性）に対し二乗和平方根より大きい値とする。または、閾値ＶＨｔｈ２は、スイッチＳＷ２が断線しているときの電圧差ΔＶ２の最小値とする。

また、コンバータ制御部３２は、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を停止させている状態において、電圧差ΔＶ２が閾値ＶＬｔｈ２以下になると（ステップＳ４０４：Ｎｏ、ステップＳ４０７：Ｙｅｓ）、スイッチＳＷ２が正常に戻ったと判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２の動作制御を再開するとともに（ステップＳ４０８）、復帰情報を主制御部５に送信する（ステップＳ４０９）。なお、コンバータ制御部３２は、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を停止させている状態において、電圧差ΔＶ２が閾値ＶＬｔｈ２以下である状態が一定時間連続すると、スイッチＳＷ２が正常に戻ったと判断し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２の動作制御を再開するとともに、復帰情報を主制御部５に送信する。また、閾値ＶＬｔｈ２は、電圧検出部Ｓｕ２及び電圧検出部Ｓｄ２を構成する分圧抵抗の抵抗値誤差（温度特性）に対し二乗和平方根より小さい値とする。または、閾値ＶＬｔｈ２は、スイッチＳＷ２が断線していないときの電圧差ΔＶ２の最大値とする。

なお、コンバータ制御部３２は、電圧差ΔＶ２が閾値ＶＨｔｈ２より小さい場合、または、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を停止させている状態において、閾値ＶＬｔｈ２より大きい場合（ステップＳ４０４：Ｎｏ、ステップＳ４０７：Ｎｏ）、ステップＳ４０２及びステップＳ４０３の処理を繰り返し実行する。

また、コンバータ制御部３２は、主制御部５から送信される停止指令を受信すると（ステップＳ４０１：Ｎｏ、ステップＳ４１０：Ｙｅｓ）、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２を停止させる（ステップＳ４１１）。

図１０は、第３実施形態の主制御部５の動作を示すフローチャートである。

まず、主制御部５は、断線検出許可通知をコンバータ制御部３１及びコンバータ制御部３２にそれぞれ送信する（ステップＳ５０１）。

次に、主制御部５は、電圧Ｖｕ１を取得しコンバータ制御部３１に送信するとともに電圧Ｖｕ２を取得しコンバータ制御部３２に送信する（ステップＳ５０２）。

次に、主制御部５は、コンバータ制御部３１から送信される断線情報（第１の断線情報）やコンバータ制御部３２から送信される断線情報（第２の断線情報）を受信すると（ステップＳ５０３：Ｙｅｓ）、燃料電池ＦＣの発電を停止させ（ステップＳ５０４）、停止指令をコンバータ制御部３１及びコンバータ制御部３２にそれぞれ送信する（ステップＳ５０５）。なお、主制御部５は、コンバータ制御部３１から送信される断線情報またはコンバータ制御部３２から送信される断線情報を一定時間連続で受信すると、燃料電池ＦＣの発電を停止させ、停止指令をコンバータ制御部３１及びコンバータ制御部３２にそれぞれ送信するように構成してもよい。

また、主制御部５は、コンバータ制御部３１から送信される復帰情報またはコンバータ制御部３２から送信される復帰情報を受信すると（ステップＳ５０３：Ｎｏ、ステップＳ５０６：Ｙｅｓ）、燃料電池ＦＣの発電制御を再開する（ステップＳ５０７）。なお、主制御部５は、コンバータ制御部３１から送信される復帰情報またはコンバータ制御部３２から送信される復帰情報を一定時間連続で受信すると、燃料電池ＦＣの発電制御を再開するように構成してもよい。

なお、主制御部５は、断線情報及び復帰情報を受信しない場合（ステップＳ５０３：Ｎｏ、ステップＳ５０６：Ｎｏ）、ステップＳ５０２の処理を繰り返し実行する。

このように、第３実施形態の燃料電池システム１は、コンバータ制御部３１によりスイッチＳＷ１が断線していると判断されると、コンバータ制御部３１によりＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１が停止され、コンバータ制御部３２によりスイッチＳＷ２が断線していると判断されると、コンバータ制御部３２によりＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２が停止される。これにより、主制御部５によりスイッチＳＷ１またはスイッチＳＷ２が断線していることが判断され、スイッチＳＷ１またはスイッチＳＷ２が断線している旨を示す情報が主制御部５からコンバータ制御部３１またはコンバータ制御部３２に送信され、コンバータ制御部３１またはコンバータ制御部３２によりＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１またはＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２が停止される場合に比べて、スイッチＳＷ１またはスイッチＳＷ２が断線していると判断されてからＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１またはＤＣＤＣコンバータＣＮＶ２が停止されるまでの時間を短縮することができるため、スイッチＳＷ１またはスイッチＳＷ２の断線時に負荷Ｌｏ１及び負荷Ｌｏ２にサージ電圧がかかることを抑制することができ、負荷Ｌｏ１及び負荷Ｌｏ２などが故障することを抑制することができる。

＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態の燃料電池システム１の一例を示す図である。なお、図１１において、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

第４実施形態の燃料電池システム１において、第１実施形態の燃料電池システム１と異なる点は、さらに、一方端子がＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１とスイッチＳＷ１との接続点に接続される抵抗Ｒと、抵抗Ｒの他方端子とグランドとの間に接続されるスイッチＳＷ３（第３のスイッチ）とを備えている点である。

スイッチＳＷ３は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチまたは電磁式リレーなどにより構成される。

第４実施形態のコンバータ制御部３１は、スイッチＳＷ３の動作を制御する。例えば、コンバータ制御部３１は、蓄電装置Ｂ１が満充電状態になり燃料電池ＦＣの発電やＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１が停止することで燃料電池ＦＣの電圧が上昇すると、スイッチＳＷ３を一時的に導通させることにより燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１及び抵抗Ｒを介してグランドに電流を流し燃料電池ＦＣの電圧を低下させる。

このように、スイッチＳＷ３が導通すると、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１とスイッチＳＷ１との接続点の電圧が低下するため、電圧検出部Ｓｄ１により検出される電圧Ｖｄ１が低下し電圧差ΔＶ１が増大する。そのため、スイッチＳＷ１が断線していないにもかかわらず、電圧差ΔＶ１が閾値ＶＨｔｈ１以上になりスイッチＳＷ１が断線していると誤って判断されてしまうおそれがある。

そこで、第４実施形態のコンバータ制御部３１では、電圧差ΔＶ１を算出するとき、燃料電池ＦＣの電圧にかかわらず、スイッチＳＷ３を遮断させる。すなわち、コンバータ制御部３１は、断線検出許可通知を受信してから電圧Ｖｕ１及び電圧Ｖｄ１を取得し電圧差ΔＶ１を算出するまでの間、スイッチＳＷ３を強制的に遮断させる。これにより、電圧Ｖｄ１を取得するときに電圧Ｖｄ１が低下することを抑えることができるため、電圧差ΔＶ１が増大することを抑えることができ、スイッチＳＷ１が断線していると誤って判断されることを低減することができる。

また、第４実施形態の燃料電池システム１は、第１実施形態の燃料電池システム１と同様に、スイッチＳＷ１の断線時に負荷Ｌｏ１などにサージ電圧がかかることを抑制することができ、負荷Ｌｏ１などが故障することを抑制することができる。

なお、第４実施形態の燃料電池システム１の構成を、図４に示す第２実施形態の燃料電池システムや図７に示す第３実施形態の燃料電池システムにも適用することができる。

すなわち、図４に示すＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１とスイッチＳＷ１との接続点に抵抗Ｒの一方端子を接続し、抵抗Ｒの他方端子をスイッチＳＷ３を介してグランドに接続する。そして、図４に示すコンバータ制御部３１により、燃料電池ＦＣの電圧が上昇すると、スイッチＳＷ３を一時的に導通させる。また、図４に示すコンバータ制御部３１により、電圧差ΔＶ１を算出するとき、燃料電池ＦＣの電圧にかかわらず、スイッチＳＷ３を遮断させる。これにより、第２実施形態の燃料電池システム１において、スイッチＳＷ３が導通することで電圧差ΔＶ１が増大しスイッチＳＷ１が断線していると誤って判断されることを低減することができる。

また、図７に示すＤＣＤＣコンバータＣＮＶ１とスイッチＳＷ１との接続点に抵抗Ｒの一方端子を接続し、抵抗Ｒの他方端子をスイッチＳＷ３を介してグランドに接続する。そして、図７に示すコンバータ制御部３１により、燃料電池ＦＣの電圧が上昇すると、スイッチＳＷ３を一時的に導通させる。また、図４に示すコンバータ制御部３１により、電圧差ΔＶ１を算出するとき、燃料電池ＦＣの電圧にかかわらず、スイッチＳＷ３を遮断させる。これにより、第３実施形態の燃料電池システム１において、スイッチＳＷ３が導通することで電圧差ΔＶ１が増大しスイッチＳＷ１が断線していると誤って判断されることを低減することができる。

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１燃料電池システム
２燃料電池ユニット
３１、３２コンバータ制御部
４記憶部
５主制御部
Ｖｅ車両
ＨＴ水素タンク
ＩＮＪインジェクタ
ＡＣＰエアコンプレッサ
ＦＣ燃料電池
ＣＮＶ１、ＣＮＶ２ＤＣＤＣコンバータ
Ｂ１、Ｂ２蓄電装置
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３スイッチ
Ｓｕ１、Ｓｕ２、Ｓｄ１、Ｓｄ２電圧検出部
Ｌｏ１、Ｌｏ２負荷

Claims

燃料電池と、
前記燃料電池の発電を制御する主制御部と、
第１の負荷に電力を供給する第１の蓄電装置と、
前記第１の蓄電装置と前記第１の負荷との接続点と、前記燃料電池との間に接続され、前記第１の蓄電装置や前記第１の負荷に電力を供給する第１のＤＣＤＣコンバータと、
前記第１のＤＣＤＣコンバータの動作を制御する第１のコンバータ制御部と、
前記第１のＤＣＤＣコンバータと前記第１の負荷との接続点と、前記第１の蓄電装置との間に接続される第１のスイッチと、
を備え、
前記第１のコンバータ制御部は、前記第１のスイッチが導通するように前記第１のスイッチの動作が制御されている場合において、前記第１のスイッチの両端電圧である第１の電圧が第１の閾値以上になると、前記第１のＤＣＤＣコンバータを停止させるとともに第１の断線情報を前記主制御部に送信し、
前記主制御部は、前記第１の断線情報を受信すると、前記燃料電池の発電を停止させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
第２の負荷に電力を供給する第２の蓄電装置と、
前記第２の蓄電装置と前記第２の負荷との接続点と、前記第１のＤＣＤＣコンバータとの間に接続され、前記第２の蓄電装置や前記第２の負荷に電力を供給する第２のＤＣＤＣコンバータと、
前記第２のＤＣＤＣコンバータの動作を制御する第２のコンバータ制御部と、
を備え、
前記主制御部は、前記第１の断線情報を受信すると、停止指令を前記第２のコンバータ制御部に送信し、
前記第２のコンバータ制御部は、前記停止指令を受信すると、前記第２のＤＣＤＣコンバータを停止させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
第２の負荷に電力を供給する第２の蓄電装置と、
前記第２の蓄電装置と前記第２の負荷との接続点と、前記燃料電池との間に接続される第２のＤＣＤＣコンバータと、
前記第２のＤＣＤＣコンバータの動作を制御する第２のコンバータ制御部と、
前記第２のＤＣＤＣコンバータと前記第２の負荷との接続点と、前記第２の蓄電装置との間に接続される第２のスイッチと、
を備え、
前記第１のコンバータ制御部は、前記第１のスイッチが導通するように前記第１のスイッチの動作が制御されている場合において、前記第１の電圧が前記第１の閾値以上になると、前記第１のＤＣＤＣコンバータを停止させるとともに前記第１の断線情報を前記主制御部に送信し、停止指令を受信すると、前記第１のＤＣＤＣコンバータを停止させ、
前記第２のコンバータ制御部は、前記第２のスイッチが導通するように前記第２のスイッチの動作が制御されている場合において、前記第２のスイッチの両端電圧である第２の電圧が第２の閾値以上になると、前記第２のＤＣＤＣコンバータを停止させるとともに第２の断線情報を前記主制御部に送信し、前記停止指令を受信すると、前記第２のＤＣＤＣコンバータを停止させ、
前記主制御部は、前記第１の断線情報や前記第２の断線情報を受信すると、前記燃料電池の発電を停止させるとともに前記停止指令を前記第１及び第２のコンバータ制御部に送信する
ことを特徴とする燃料電池システム。
請求項１～３の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
一方端子が前記第１のＤＣＤＣコンバータと前記第１のスイッチとの接続点に接続される抵抗と、
前記抵抗の他方端子とグランドとの間に接続される第３のスイッチと、
を備え、
前記第１のコンバータ制御部は、前記第１の電圧を算出するときに前記第３のスイッチを遮断させる
ことを特徴とする燃料電池システム。