(57)【要約】【課題】補機との通信において生じる異常に対策できる技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、第１直流導線を介して外部負荷に接続されている燃料電池と、第２直流導線を介して前記第１直流導線に接続される二次電池と、補機と前記第２直流導線とを接続する第３直流導線に設けられ、前記二次電池と前記補機との電気的接点を開閉する補機用リレーと、前記補機の駆動と前記補機用リレーの開閉動作とを制御するシステム制御部と、前記システム制御部の制御下において前記補機の駆動を管理する補機制御部と、を備える。前記システム制御部は、前記システム制御部と前記補機制御部との間の通信異常、または、前記補機制御部と前記補機との間の通信異常が生じているときに、前記補機用リレーが閉じている場合には前記補機用リレーを開き、前記補機用リレーが開いている場合には、前記補機用リレーが開いた状態を維持する。【選択図】図１
2020161382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部負荷と補機とに電力を供給する燃料電池システムであって、
第１直流導線を介して前記外部負荷に接続されている燃料電池と、
第２直流導線を介して前記第１直流導線に接続される二次電池と、
前記補機と前記第２直流導線とを接続する第３直流導線に設けられ、前記二次電池と前記補機との電気的接点を開閉する補機用リレーと、
前記補機の駆動と、前記補機用リレーの開閉動作と、を制御するシステム制御部と、
前記システム制御部と前記補機のそれぞれと通信し、前記システム制御部の制御下において前記補機の駆動を管理する補機制御部と、
を備え、
前記システム制御部は、前記システム制御部と前記補機制御部との間の通信異常、または、前記補機制御部と前記補機との間の通信異常が生じているときに、（ｉ）前記補機用リレーが閉じている場合には前記補機用リレーを開き、（ｉｉ）前記補機用リレーが開いている場合には、前記補機用リレーが開いた状態を維持する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、燃料電池と二次電池とを備え、燃料電池で発電された電力と、二次電池が出力する電力と、を外部負荷やシステム内の補機に供給するものがある。例えば、下記の特許文献１では、水素ポンプの凍結が検出された場合に、水素ポンプの作動を停止させて燃料電池の出力を制限し、外部負荷の出力要求に対する電力の不足分を二次電池によって賄っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５５９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池システムには、燃料電池と二次電池とから外部負荷へ電力を供給させつつ、二次電池のみから補機に電力を供給させるものがある。こうした燃料電池システムにおいて、補機を制御するための通信に異常が発生した場合には、補機の駆動状態を正しく把握できない事態や、補機に対する駆動指令を正しく送信できない事態が生じる可能性がある。こうした通信異常によって補機の駆動状態を正しく管理できないと、補機が必要とする適切な電力量を把握できず、燃料電池の発電量と二次電池の充・放電量のバランスが崩れ、二次電池に予期せぬ負荷がかかり、二次電池の過充電や過放電が生じる可能性がある。このように、燃料電池システムにおいては、補機の制御のための通信に異常が生じている場合の対策ついて依然として改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の技術は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の一の形態は、外部負荷と補機とに電力を供給する燃料電池システムとして提供される。この形態の燃料電池システムは、第１直流導線を介して前記外部負荷に接続されている燃料電池と、第２直流導線を介して前記第１直流導線に接続される二次電池と、前記補機と前記第２直流導線とを接続する第３直流導線に設けられ、前記二次電池と前記補機との電気的接点を開閉する補機用リレーと、前記補機の駆動と、前記補機用リレーの開閉動作と、を制御するシステム制御部と、前記システム制御部と前記補機のそれぞれと通信し、前記システム制御部の制御下において前記補機の駆動を管理する補機制御部と、を備え、前記システム制御部は、前記システム制御部と前記補機制御部との間の通信異常、または、前記補機制御部と前記補機との間の通信異常が生じているときに、（ｉ）前記補機用リレーが閉じている場合には前記補機用リレーを開き、（ｉｉ）前記補機用リレーが開いている場合には、前記補機用リレーが開いた状態を維持する。
この形態の燃料電池システムによれば、補機の制御のための通信に異常が生じている場合には、補機用リレーを開く、または、開いた状態を維持することによって、二次電池から補機への電力供給を遮断した状態にできる。よって、補機の駆動状態を正しく管理できないまま二次電池から補機に電力が供給される状態が継続されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料電池システムの概略図。
【図２】第１実施形態の起動処理のフローを示す説明図。
【図３Ａ】通信異常が生じていないときのタイミングチャートを示す説明図。
【図３Ｂ】通信異常が生じているときのタイミングチャートを示す説明図。
【図４】第２実施形態における通信異常対策処理のフローを示す説明図。
【図５】通信異常対策処理の実行時におけるタイミングチャートを示す説明図。
【図６】第３実施形態における通信異常対策処理のフローを示す説明図。
【図７】通信異常対策処理の実行時におけるタイミングチャートを示す説明図。
【図８】第４実施形態における起動処理のフローを示す説明図。
【図９Ａ】通信異常が生じていないときのタイミングチャートを示す説明図。
【図９Ｂ】通信異常が生じているときのタイミングチャートを示す説明図。
【図１０】第５実施形態における停止処理のフローを示す説明図。
【図１１】通信異常が生じていないときのタイミングチャートを示す説明図。
【図１２】Ｈｉｇｈ信号の通信異常が生じているときのタイミングチャートを示す説明図。
【図１３】Ｌｏｗ信号の通信異常が生じているときのタイミングチャートを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．第１実施形態：
図１は、本実施形態における燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と二次電池１５とを備え、燃料電池１０と二次電池１５の少なくとも一方が出力する電力を外部負荷に供給する。本実施形態では、燃料電池システム１００は車両に搭載されており、外部負荷は、当該車両の駆動モータ１０１である。また、燃料電池システム１００は、二次電池１５の電力を車両において用いられる補機１１０に供給する。
【０００９】
燃料電池１０は、図示しない反応ガス供給部からの反応ガスの供給を受けて発電する。燃料電池１０は、例えば、固体高分子形燃料電池によって構成される。なお、燃料電池１０としては固体高分子形燃料電池に限らず、例えば、固体酸化物形燃料電池など、種々のタイプの燃料電池を採用することができる。燃料電池１０は、第１直流導線Ｌ１に接続されており、第１直流導線Ｌ１を通じて発電した電力を駆動モータ１０１に出力する。
【００１０】
二次電池１５としては、例えば、リチウムイオン電池が用いられる。二次電池１５は、第２直流導線Ｌ２に接続されており、第２直流導線Ｌ２を介して第１直流導線Ｌ１に接続されている。第２直流導線Ｌ２には、第３直流導線Ｌ３が接続されている。補機１１０は、第３直流導線Ｌ３に接続されている。
【００１１】
第１実施形態では、駆動モータ１０１は、三相交流モータによって構成されている。燃料電池システム１００は、駆動モータ１０１と第１直流導線Ｌ１との接続を媒介するインバータ２１を備える。インバータ２１は、ＤＣ／ＡＣインバータであり、第１直流導線Ｌ１を流れる直流を三相交流に変換して、交流導線ＡＬを通じて駆動モータ１０１に出力する。また、インバータ２１は、駆動モータ１０１で発生した回生電力を直流に変換して第１直流導線Ｌ１に出力する。この回生電力は、二次電池１５に蓄えられる。
【００１２】
補機１１０は、第３直流導線Ｌ３に接続される電源部１１１と、第３直流導線Ｌ３に対する電源部１１１の電気的接点を開閉する内部リレー１１２と、電源部１１１から電力の供給を受けて駆動される駆動部１１５と、を備える。補機１１０は、例えば、１００Ｖ以上の高電圧で駆動される。本実施形態では、補機１１０は冷凍機である。補機１１０は、駆動部１１５が有するコンプレッサ等の駆動により、車両に搭載されている冷凍庫内の温度を、例えば氷点下に制御する。
【００１３】
補機１１０は、さらに、駆動制御部１１８を備える。駆動制御部１１８は、少なくとも１つのプロセッサと主記憶装置とを備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）によって構成される。駆動制御部１１８は、プロセッサが主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令を実行することによって、補機１１０を制御するための種々の機能を発揮する。なお、駆動制御部１１８の機能の少なくとも一部は、ハードウェア回路によって構成されてもよい。駆動制御部１１８は、燃料電池システム１００の補機制御部４５の制御下において、電源部１１１、内部リレー１１２、および、駆動部１１５を制御する。
【００１４】
燃料電池システム１００は、さらに、駆動モータ１０１に供給される電力を制御するための構成要素として、燃料電池側コンバータ２３と、二次電池側コンバータ２５とを備える。燃料電池側コンバータ２３は、第１直流導線Ｌ１において、燃料電池１０と第２直流導線Ｌ２の接点との間に設けられている。燃料電池側コンバータ２３は、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、燃料電池１０の出力電圧を昇圧する。燃料電池１０の出力電流は、燃料電池側コンバータ２３によって制御される。
【００１５】
二次電池側コンバータ２５は、第２直流導線Ｌ２において、第１直流導線Ｌ１との接点と第３直流導線Ｌ３との接点との間に設けられている。二次電池側コンバータ２５は、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、二次電池１５の充・放電を制御する。二次電池側コンバータ２５は、二次電池１５から出力される電圧を昇圧してインバータ２１側に出力する。また、二次電池側コンバータ２５は、駆動モータ１０１において生じ、インバータ２１によって直流に変換された回生電力や、燃料電池１０で発電された電力を二次電池１５に蓄電する。
【００１６】
燃料電池システム１００では、燃料電池側コンバータ２３と二次電池側コンバータ２５との協働により、燃料電池１０と二次電池１５の少なくとも一方の出力電力が、駆動モータ１０１に供給される。なお、前述した反応ガス供給部に含まれるエアコンプレッサなど、燃料電池１０の運転のために用いられる発電用補機類も、駆動モータ１０１と同様に、第１直流導線Ｌ１に接続されており、燃料電池１０と二次電池１５の少なくとも一方の出力電力を用いて駆動される。
【００１７】
燃料電池システム１００は、駆動モータ１０１または補機１１０に対する二次電池１５の電気的接続を制御するための構成要素として、二次電池用リレー３０と、補機用リレー３５と、を備える。二次電池用リレー３０は、第２直流導線Ｌ２において、二次電池１５と第３直流導線Ｌ３の接点との間に設けられている。二次電池用リレー３０は、二次電池１５と駆動モータ１０１および補機１１０との電気的接点を開閉する。補機用リレー３５は、第３直流導線Ｌ３に設けられている。補機用リレー３５は、二次電池１５と補機１１０との電気的接点を開閉する。
【００１８】
燃料電池システム１００は、燃料電池システム１００の運転を制御するシステム制御部４０と、システム制御部４０の制御下において補機１１０の駆動を管理する補機制御部４５と、を備える。システム制御部４０および補機制御部４５はそれぞれ、少なくとも１つのプロセッサと主記憶装置とを備えるＥＣＵによって構成される。システム制御部４０および補機制御部４５は、プロセッサが主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令を実行することによって、以下に説明する種々の機能を発揮する。なお、システム制御部４０および補機制御部４５の機能の少なくとも一部は、ハードウェア回路によって構成されてもよい。
【００１９】
システム制御部４０は、補機制御部４５の上位の制御部として、補機１１０の駆動を制御する。また、システム制御部４０は、二次電池用リレー３０および補機用リレー３５の開閉動作を制御する。システム制御部４０は、後述する通信線を通じた補機１１０との通信に異常が生じている場合に、補機用リレー３５を開いた状態にして、二次電池１５から補機１１０への電力供給を停止させる対策処理を実行する。この対策処理については後述する。
【００２０】
システム制御部４０は、さらに、車両の運転者による運転操作や自動制御によって内部的に生じた出力要求に応じて駆動モータ１０１に供給する電力を制御する。具体的には、システム制御部４０は、二次電池側コンバータ２５によってインバータ２１に入力される電圧を制御し、燃料電池側コンバータ２３によって燃料電池１０の出力電流を制御する。また、システム制御部４０は、インバータ２１によって、駆動モータ１０１に供給される三相交流の周波数および電圧を制御する。その他に、システム制御部４０は、図示しない反応ガス供給部を制御して、燃料電池１０に対する反応ガスの供給を制御することによって、燃料電池１０の発電状態を制御する。
【００２１】
補機制御部４５は、通信線６３，６４を通じて補機１１０に関する情報を取得する。補機１１０に関する情報には、例えば、補機１１０の現在の駆動状態や、補機１１０の現在の電力消費量、補機１１０との現在の通信状態などが含まれる。また、補機制御部４５は、システム制御部４０からの指令に基づき、補機１１０の駆動制御部１１８に対して、通信線６２，６３を通じて駆動指令を送信する。
【００２２】
システム制御部４０および補機制御部４５が補機１１０の制御のために用いる通信線６１〜６４について説明する。第１通信線６１は、システム制御部４０と補機制御部４５との双方向の通信に用いられる。第２通信線６２は、補機制御部４５と補機１１０の駆動制御部１１８との双方向の通信に用いられる。これら２つの通信線６１，６２は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）によって構成される。
【００２３】
システム制御部４０は、第１通信線６１を通じて、上述した補機１１０に関する情報を補機制御部４５から取得し、補機制御部４５に補機１１０の駆動指令を送信する。システム制御部４０が補機制御部４５に送信する駆動指令には、補機１１０を通電状態にする「起動指令」や、補機１１０の駆動部１１５に駆動を開始させる「駆動許可指令」、駆動部１１５への通電を遮断して補機１１０の駆動を停止させる「停止指令」などが含まれる。
【００２４】
補機制御部４５は、第２通信線６２を通じて、第３通信線６３を通じて送信する指令以外の指令を補機１１０の駆動制御部１１８に送信する。また、補機制御部４５は、第２通信線６２を通じて、第４通信線６４を通じて取得する情報以外の補機１１０に関する情報を取得する。
【００２５】
第３通信線６３と第４通信線６４とは、補機制御部４５と補機１１０の駆動制御部１１８とに直接的に接続されている導電線によって構成される。第３通信線６３と第４通信線６４とは、補機制御部４５と補機１１０の駆動制御部１１８との間におけるＨｉｇｈ信号またはＬｏｗ信号の２値信号による単方向の通信に用いられる。第３通信線６３は、補機制御部４５から補機１１０の駆動制御部１１８への指令の送信に用いられる。第３通信線６３によって送信されるＨｉｇｈ信号は、補機１１０に対する起動指令を示し、Ｌｏｗ信号は補機１１０に対する停止指令を示す。
【００２６】
第４通信線６４は、補機１１０の駆動制御部１１８から補機制御部４５への補機１１０の現在の駆動状態を示す情報の送信に用いられる。第４通信線６４によって送信されるＨｉｇｈ信号は補機１１０の駆動部１１５に通電が開始されている「起動状態」であることを示し、Ｌｏｗ信号は補機１１０の駆動部１１５への通電が遮断されて補機１１０が停止している「停止状態」であることを示す。なお、「起動状態」は、駆動部１１５に対する電力の供給が開始され、駆動部１１５が駆動準備をしている状態と、駆動部１１５が通電されている状態でスタンバイしている状態と、駆動部１１５が駆動を開始した駆動中の状態と、を含む。よって、「停止状態」には、駆動部１１５が通電されている状態で駆動しないままスタンバイしている状態は含まれない。
【００２７】
図２、図３Ａ、および、図３Ｂを参照して、燃料電池システム１００の起動処理を説明する。第１実施形態では、燃料電池システム１００の起動処理において、第１通信線６１における通信異常が検出された場合の対策処理が実行される。
【００２８】
図２は、燃料電池システム１００の起動処理のフローを示す説明図である。図３Ａおよび図３Ｂはそれぞれ、起動処理の実行時におけるタイミングチャートの一例を示す説明図である。図３Ａは、第１通信線６１における通信異常が検出されないときの例を示しており、図３Ｂは、第１通信線６１における通信異常が検出されたときの例を示している。図３Ａおよび図３Ｂには、起動要求信号と、第１通信線６１の通信状態と、二次電池用リレー３０の開閉状態と、燃料電池１０の運転状態と、補機用リレー３５の開閉状態と、補機１１０に送信される駆動指令と、補機１１０の実際の駆動状態の時間変化がそれぞれ並列に示されている。また、図３Ａおよび図３Ｂには、図２に示されている各ステップＳ１０〜Ｓ７０の実行タイミングが吹き出しによって示されている。なお、図３Ａおよび図３Ｂにおいて、各リレー３０，３５についての「ＯＮ」は、リレーが閉じられた接続状態を意味し、「ＯＦＦ」はリレーが開かれた切断状態を意味する。以後に参照する各図においても同様である。
【００２９】
システム制御部４０は、燃料電池システム１００に対する起動要求信号を検出したときに起動処理の実行を開始する。燃料電池システム１００に対する起動要求信号は、例えば、運転者によって車両の起動操作がされたときに検出される。ステップＳ１０では、システム制御部４０は、第１通信線６１における通信異常の有無の検査を開始する。システム制御部４０は、第１通信線６１を通じて補機制御部４５から送信されてくるデータに対するチェックサムや当該データに含まれるＩＤ情報などを検証することによって、第１通信線６１の通信異常の有無を検査する。なお、補機制御部４５も、第１通信線６１を通じてシステム制御部４０から送られてくるデータに対して同様な検査を行って、第１通信線６１における通信異常の有無を検査する。
【００３０】
ステップＳ２０では、システム制御部４０は、二次電池用リレー３０を閉じて、二次電池１５と駆動モータ１０１とを電気的に接続する。これにより、二次電池１５から駆動モータ１０１への電力供給が可能な状態になり、車両は、二次電池１５の電力のみでの走行が可能な状態になる。また、燃料電池１０の発電に用いられる図示しない発電用補機類に対して二次電池１５からの電力供給が可能な状態になる。ステップＳ３０では、システム制御部４０は、それら発電用補機類を起動させて、燃料電池１０の発電を開始するための起動準備を開始する。ステップＳ４０では、システム制御部４０は、第１通信線６１における通信異常が検出されたか否かを判定する。
【００３１】
図２および図３Ａを参照して通信異常が検出されていない場合を説明する。システム制御部４０は、ステップＳ５０において補機用リレー３５を閉じて二次電池１５と補機１１０とを電気的に接続する。また、システム制御部４０は、第１通信線６１を通じて補機制御部４５に対して補機１１０の起動指令を送信する。その後、システム制御部４０は、燃料電池１０の発電が開始されるまで、補機１１０の駆動部１１５に駆動を開始させることなく、補機１１０をスタンバイ状態のままにする。
【００３２】
ステップＳ５０で送信された起動指令を受けた補機制御部４５は、第３通信線６３を通じて、補機１１０の駆動制御部１１８に起動指令を送信して駆動準備を開始させる。駆動制御部１１８は、駆動準備として、補機１１０の駆動制御部１１８に、内部リレー１１２を閉じさせ、電源部１１１が有する平滑コンデンサのプリチャージを実行させる。また、駆動制御部１１８は、補機１１０の駆動部１１５が有するコンプレッサなどの電動機器の起動準備を実行させる。駆動準備が完了した後、駆動制御部１１８は、補機１１０をスタンバイ状態とし、補機制御部４５からの駆動開始の指令を待機する。
【００３３】
燃料電池１０の発電が開始されると、システム制御部４０は、ステップＳ６０において補機１１０の駆動許可指令を、第１通信線６１を通じて補機制御部４５に送信する。補機制御部４５は、その駆動許可指令を受信すると、第２通信線６２を通じて駆動制御部１１８に駆動開始を指令する。これにより、補機１１０の駆動が開始される。
【００３４】
図２および図３Ｂを参照して通信異常が検出された場合を説明する。この場合には、システム制御部４０は、ステップＳ７０において、補機用リレー３５を開いた状態を維持する。これにより、二次電池１５と補機１１０との電気的接続が遮断された状態が継続されて、補機１１０は停止状態のままとなる。なお、この場合でも、燃料電池１０および二次電池１５からの駆動モータ１０１に対する電力供給は開始されるため、車両は走行可能である。
【００３５】
以上のように、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、起動処理において、第１通信線６１における通信異常が検出された場合には、補機用リレー３５を開いた状態を維持して、補機１１０が停止状態のままにされる。よって、システム制御部４０と補機１１０との間での通信が正しく行えず、補機１１０での消費電力量を把握できないまま、二次電池１５から補機１１０に電力が供給されることを抑制でき、二次電池１５に予測できない負荷がかかってしまうことを抑制できる。そのため、二次電池１５に過充電や過放電が生じることを抑制でき、二次電池１５から駆動モータ１０１に適切な電力供給ができなくなって、駆動モータ１０１に対する安定した電力供給ができなくなることを抑制できる。
【００３６】
２．第２実施形態
図４および図５を参照して、第２実施形態を説明する。第２実施形態では、燃料電池システム１００の起動後、補機１１０の駆動中に第１通信線６１における通信異常が検出された場合に実行される通信異常対策処理を説明する。第２実施形態における燃料電池システム１００の構成は、第１実施形態で説明した構成とほぼ同じである。
【００３７】
図４は、第２実施形態における通信異常対策処理のフローを示す説明図である。図４には、システム制御部４０側の処理フローと、補機制御部４５側の処理フローとが示されている。図５は、通信異常対策処理の実行時におけるタイミングチャートの一例を示す説明図である。図５は、第１通信線６１の通信異常が検出されて補機用リレー３５が開かれるまでの例を示している。図５には、第１通信線６１の通信状態、補機１１０に送信される駆動指令、補機１１０の実際の駆動状態、システム制御部４０が計測する計測時間、補機用リレー３５の開閉状態、燃料電池１０の運転状態、および、二次電池用リレー３０の開閉状態の時間変化がそれぞれ並列に示されている。図５には、図４に示されている各ステップＳ１００，Ｓ１０５，Ｓ１１０，Ｓ１３０の実行タイミングが吹き出しによって示されている。
【００３８】
補機１１０の駆動中には、システム制御部４０と補機制御部４５とは、常時、第１通信線６１を通じて補機１１０に関する情報を互いにやりとりしている。システム制御部４０と補機制御部４５とはそれぞれ、そうした通信において、補機制御部４５から受け取ったデータについてのチェックサムや当該データに含まれるＩＤ情報を検証することによって、第１通信線６１における通信状態を互いに判定している。システム制御部４０と補機制御部４５とは、その判定によって第１通信線６１における通信異常が検出されたときや、第１通信線６１を通じた通信が途絶したときに、図４の通信異常対策処理の実行をそれぞれに開始する。なお、システム制御部４０と補機制御部４５のいずれか一方が第１通信線６１における通信異常を検出する場合、わずかな時間差があるとしても、他方においても同様に通信異常は検出される。
【００３９】
補機制御部４５は、第１通信線６１における通信異常を検出すると、ステップＳ１００において、第３通信線６３を通じて、補機１１０の停止指令を補機１１０の駆動制御部１１８に送信する。駆動制御部１１８は、駆動部１１５の駆動を停止させるための停止準備処理を開始する。駆動制御部１１８は、駆動部１１５が駆動停止した後、内部リレー１１２を開いて、第３直流導線Ｌ３に対する電源部１１１の電気的接続を遮断する。これにより、駆動部１１５に対する通電が遮断され、停止準備処理が完了する。停止準備処理の完了により、補機１１０は停止状態となる。
【００４０】
一方、システム制御部４０は、第１通信線６１における通信異常を検出すると、ステップＳ１０５において、通信異常を検出してからの経過時間の計測を開始する。ステップＳ１１０では、システム制御部４０は、通信異常を検出してから所定の閾値時間Ｔｈが経過したか否かを判定する。閾値時間Ｔｈは、補機制御部４５が第１通信線６１における通信異常を検出して補機１１０に停止指令を送信し、補機１１０が停止準備処理を経て停止状態になるまでに要する処理時間以上の時間として予め設定されている。
【００４１】
ステップＳ１２０では、システム制御部４０は、第１通信線６１における通信異常が復旧したか否かを判定する。第１通信線６１における通信異常が復旧しない場合、システム制御部４０は、上述した所定の閾値時間Ｔｈが経過するまで、第１通信線６１における通信異常を検出してからの経過時間の計測を継続する。
【００４２】
第１通信線６１における通信異常を検出してから所定の閾値時間Ｔｈが経過したとき、システム制御部４０は、ステップＳ１３０において、補機用リレー３５を開いて、二次電池１５と補機１１０との電気的接続を遮断する。ステップＳ１３０の実行時には、ステップＳ１００での補機制御部４５の停止指令によって、補機１１０は停止状態になっており、内部リレー１１２が既に開いた状態になっていることが見込まれる。そのため、補機用リレー３５を開くときに補機用リレー３５において接点溶着が生じることが抑制される。
【００４３】
閾値時間Ｔｈが経過する前に第１通信線６１における通信異常が復旧した場合には、システム制御部４０は、ステップＳ１４０において、第１通信線６１を通じて補機制御部４５に補機１１０の駆動再開を指令して、通信異常対策処理を終了する。通信異常の継続時間が短時間である場合には、その通信異常が単なるノイズや一時的な通信不良にすぎず、補機用リレー３５を開くまでもないためである。これによって、補機用リレー３５の無駄な開閉動作を抑制することができる。
【００４４】
以上のように、第２実施形態の燃料電池システム１００によれば、補機１１０の駆動中に第１通信線６１における通信異常が一定の時間継続される場合には、補機用リレー３５が開かれて、二次電池１５と補機１１０との電気的接続が遮断される。よって、システム制御部４０が、補機１１０の駆動状態を正しく把握できないまま補機１１０の駆動が継続されてしまうことや、補機１１０に対する駆動指令が正しく送信されず、補機１１０が誤動作してしまうことが抑制される。そのため、補機１１０に対する予期せぬ負荷によって、二次電池１５において過充電や過放電などの不具合が生じてしまうことが抑制される。また、第２実施形態の燃料電池システム１００によれば、補機１１０を停止状態にした上で、補機用リレー３５が開かれるため、補機用リレー３５における接点溶着の発生が抑制される。さらに、通信異常が短時間で復旧した場合には、補機用リレー３５が閉じたままであるため、補機用リレー３５の閉動作をすることなく、補機１１０の駆動を迅速に再開させることができる。
【００４５】
３．第３実施形態
図６および図７を参照して、第３実施形態を説明する。第３実施形態では、燃料電池システム１００の起動後、補機１１０の駆動中に第２通信線６２における通信異常が検出された場合に実行される通信異常対策処理を説明する。第３実施形態における燃料電池システム１００の構成は、第１実施形態で説明した構成とほぼ同じである。
【００４６】
図６は、第３実施形態における通信異常対策処理のフローを示す説明図である。図６には、システム制御部４０側の処理フローと、補機制御部４５側の処理フローとが示されている。図７は、通信異常対策処理の実行時におけるタイミングチャートの一例を示す説明図である。図７は、第２通信線６２の通信異常が検出されて補機用リレー３５が開かれるまでの例を示している。図７には、第２通信線６２の通信状態、補機１１０に送信される駆動指令、補機１１０の実際の駆動状態、補機用リレー３５の開閉状態、燃料電池１０の運転状態、および、二次電池用リレー３０の開閉状態の時間変化がそれぞれ並列に示されている。図７には、図６に示されている各ステップＳ１５５，Ｓ１８０の実行タイミングが吹き出しによって示されている。
【００４７】
補機１１０の駆動中には、補機制御部４５と補機１１０の駆動制御部１１８とは、常時、第２通信線６２を通じて互いに通信をしている。補機制御部４５は、補機１１０の駆動制御部１１８から受け取ったデータについてのチェックサムや当該データに含まれるＩＤ情報を検証することによって、第２通信線６２における通信状態を互いに判定している。補機制御部４５は、その判定によって第２通信線６２における通信異常が検出されたときや、第２通信線６２を通じた通信が途絶したときに、図６の通信異常対策処理の実行を開始する。
【００４８】
補機制御部４５は、第２通信線６２における通信異常を検出すると、補機制御部４５は、通信異常対策処理の実行を開始し、ステップＳ１５０において、第１通信線６１を通じてシステム制御部４０に、第２通信線６２における通信異常の発生を通知する。この通知をトリガーとして、システム制御部４０は、通信異常対策処理の実行を開始する。なお、この通信異常対策処理が実行開始後においても、燃料電池１０および二次電池１５からの駆動モータ１０１に対する電力供給が継続されているため、車両は走行可能な状態が維持されている。
【００４９】
システム制御部４０は、ステップＳ１５５において、第１通信線６１を通じて、補機制御部４５に補機１１０の停止指令を送信する。システム制御部４０からの停止指令を受けた補機制御部４５は、第３通信線６３を通じて、補機１１０の駆動制御部１１８に駆動の停止を指令する。停止指令を受けた駆動制御部１１８は、駆動部１１５の駆動を停止させるための停止準備処理を開始する。駆動制御部１１８は、駆動部１１５の駆動が停止した後、内部リレー１１２を開いて、第３直流導線Ｌ３に対する電源部１１１の電気的接続を遮断する。これにより、駆動部１１５に対する通電が遮断され、停止準備処理が完了する。停止準備処理の完了により、補機１１０は停止状態となる。駆動制御部１１８は、補機１１０が停止状態になったことを、第４通信線６４を通じて補機制御部４５に通知する。
【００５０】
システム制御部４０は、ステップＳ１７０において、第１通信線６１を通じた補機制御部４５からの通信に基づいて、補機１１０が停止状態になっていると判定した場合には、ステップＳ１８０において、補機用リレー３５を開き、補機１１０と二次電池１５との電気的接続を遮断する。これによって、第３実施形態の通信異常対策処理は完了する。なお、通信異常対策処理の実行後は、補機１１０が停止状態のまま、燃料電池１０および二次電池１５からの駆動モータ１０１に対する電力供給が継続される。
【００５１】
以上のように、第３実施形態の燃料電池システム１００によれば、補機１１０の駆動中に補機制御部４５が第２通信線６２における通信異常を検出すると、システム制御部４０が補機用リレー３５を開いて、二次電池１５と補機１１０との電気的接続を遮断する。よって、システム制御部４０が、補機１１０の駆動状態を正しく把握できないまま補機１１０の駆動が継続されてしまうことや、補機１１０に対する駆動指令が正しく送信されず、補機１１０が誤動作してしまうことが抑制される。そのため、補機１１０に対する予期せぬ負荷によって、二次電池１５において過充電や過放電などの不具合が生じてしまうことが抑制される。また、第３実施形態の燃料電池システム１００によれば、補機１１０を停止状態にした上で、補機用リレー３５が開かれるため、補機用リレー３５における接点溶着の発生が抑制される。
【００５２】
４．第４実施形態
図８、図９Ａ、および、図９Ｂを参照して、第４実施形態を説明する。第４実施形態では、燃料電池システム１００の起動処理において、第３通信線６３における通信異常が検出された場合の対策処理が実行される。なお、第４実施形態における燃料電池システム１００の構成は、第１実施形態で説明した構成とほぼ同じである。
【００５３】
図８は、第４実施形態における起動処理のフローを示す説明図である。図９Ａおよび図９Ｂはそれぞれ、起動処理の実行時におけるタイミングチャートの一例を示す説明図である。図９Ａは、第３通信線６３に通信異常が生じていないときの例を示しており、図９Ｂは、第３通信線６３に通信異常が生じているときの例を示している。図９Ａおよび図９Ｂには、起動要求信号、二次電池用リレー３０の開閉状態、燃料電池１０の運転状態、補機１１０に送信される駆動指令、第３通信線６３の信号、補機１１０の実際の駆動状態、補機用リレー３５の開閉状態、および、補機１１０が有する内部リレー１１２の開閉状態の時間変化がそれぞれ並列に示されている。また、図９Ａおよび図９Ｂには、図８に示されている各ステップＳ２００〜Ｓ２６０の実行タイミングが吹き出しによって示されている。
【００５４】
上述の第１実施形態で説明したように、補機制御部４５は、第３通信線６３を通じて、補機１１０の駆動制御部１１８に、補機１１０に対する起動指令を示すＨｉｇｈ信号、または、停止指令を示すＬｏｗ信号を送信する。第４実施形態の起動処理では、回路のショートなどによって、第３通信線６３がＨｉｇｈ信号を出力し続ける異常が生じていることが検出された場合には、その対策処理が実行される。
【００５５】
第４実施形態の起動処理は、第１実施形態で説明した起動処理と同様に、システム制御部４０が起動要求信号を検出したときに実行が開始される。ステップＳ２００，Ｓ２１０では、第１実施形態で説明した起動処理におけるステップＳ２０，Ｓ３０と同様に、二次電池用リレー３０が閉じられて、燃料電池１０の起動準備が開始される。燃料電池システム１００では、ステップＳ２００の実行後、二次電池１５からの駆動モータ１０１への電力供給が可能になり、車両は、二次電池１５の電力のみでの走行が可能な状態になる。
【００５６】
ステップＳ２２０では、システム制御部４０は、第３通信線６３の通信異常の有無を検査するために、補機制御部４５に、第３通信線６３を通じて補機１１０に対する停止指令を送信させるよう指令する。システム制御部４０は、ステップＳ２３０において、第１通信線６１を通じた補機制御部４５との通信に基づいて、補機１１０が停止状態であるか否かを判定する。
【００５７】
ステップＳ２３０の段階では、図９Ａに示すように、補機１１０が停止状態にあることが通常であるため、補機１１０が停止状態であることが検出されるのであれば、第３通信線６３を通じた補機１１０に対する通信に異常は無いと判断できる。そのため、ステップＳ２３０において補機１１０が停止状態である場合には、システム制御部４０は、ステップＳ２４０において、補機用リレー３５を閉じて、二次電池１５と補機１１０とを電気的に接続する。また、システム制御部４０は、補機制御部４５に対して補機１１０の起動指令を送信する。これにより、補機１１０は、内部リレー１１２を閉じて、補機１１０の駆動準備を開始する。その後、システム制御部４０は、燃料電池１０の発電が開始されたことを検出すると、ステップＳ２５０において、補機１１０の駆動許可指令を、第１通信線６１を通じて補機制御部４５に送信する。補機制御部４５は、第２通信線６２を通じて、補機１１０の駆動制御部１１８に駆動部１１５の駆動開始を指令する。これにより、補機１１０の駆動が開始される。
【００５８】
ここで、図９Ｂに示すように、第３通信線６３がＨｉｇｈ信号を出力し続ける通信異常が発生している場合、補機１１０の駆動制御部１１８は、そのエラー信号に従って補機１１０の駆動準備を開始させるため、内部リレー１１２が閉じた状態にされる。この場合には、補機１１０の駆動制御部１１８は、第４通信線６４を通じて起動状態の信号を送信するため、補機１１０が停止状態であることが検出されない。そのため、システム制御部４０は、ステップＳ２３０において補機１１０は停止状態ではないと判定し、ステップＳ２６０において、補機用リレー３５が開いた状態を維持させる。システム制御部４０は、補機１１０が、通常通り停止状態であることが検出される状態に復旧するまで、ステップＳ２３０，Ｓ２６０を繰り返し、補機用リレー３５を開いたままにする。なお、この場合でも、燃料電池システム１００は、燃料電池１０および二次電池１５からの電力を駆動モータ１０１に通常通り供給可能になる。これによって、第３通信線６３がＨｉｇｈ信号を出力し続ける通信不良に起因して補機１１０が駆動し続けることが抑制されるため、二次電池１５に予期せぬ負荷が生じて、二次電池１５から駆動モータ１０１に適切に電力が供給されなくなることが抑制される。
【００５９】
また、第３通信線６３がＨｉｇｈ信号を出力し続ける通信異常が検出された場合には、上記のように、補機１１０の内部リレー１１２が閉じた状態にされている。そのため、補機用リレー３５を開いた状態が維持されれば、内部リレー１１２が先に閉じられた状態で補機用リレー３５が後から閉じられて補機用リレー３５に接点溶着が生じることが抑制される。
【００６０】
以上のように、第４実施形態の燃料電池システム１００によれば、起動処理において第３通信線６３におけるＨｉｇｈ信号を出力し続ける異常が検出された場合には、補機用リレー３５が開かれた状態が維持されて補機１１０が停止状態のままにされる。よって、エラー信号によって補機１１０が駆動し続けることによって、二次電池１５に予期せぬ負荷がかかることが抑制される。なお、起動処理の際に、第３通信線６３にＬｏｗ信号が出力され続ける異常が生じている場合には、補機１１０が駆動開始されないままとなる。この場合でも、駆動モータ１０１には燃料電池１０および二次電池１５から通常通り電力を供給することが可能である。
【００６１】
５．第５実施形態
図１０、図１１、図１２、および、図１３を参照して、第５実施形態を説明する。第５実施形態では、燃料電池システム１００のシステム停止処理の実行中に、第４通信線６４における通信異常が生じている場合の対策処理を説明する。なお、第５実施形態における燃料電池システム１００の構成は、第１実施形態で説明した構成とほぼ同じである。
【００６２】
図１０は、第５実施形態における燃料電池システム１００の停止処理のフローを示す説明図である。図１１、図１２、および、図１３はそれぞれ、停止処理の実行時におけるタイミングチャートの一例を示す説明図である。図１１は、第４通信線６４に通信異常が生じていないときの例である。図１２は、第４通信線６４がＨｉｇｈ信号を出力し続ける通信異常が生じているときの例である。図１３は、第４通信線６４がＬｏｗ信号を出力し続ける通信異常が生じているときの例である。図１１〜１１には、停止要求信号、システム制御部４０が送信する補機１１０に対する駆動指令、システム制御部４０が計測する計測時間、補機１１０の実際の駆動状態、第４通信線６４の信号、補機用リレー３５の開閉状態、および、二次電池用リレー３０の開閉状態の時間変化がそれぞれ並列に示されている。また、図１１〜図１３には、図１０に示されている各ステップＳ３００〜Ｓ３７０の実行タイミングが吹き出しによって示されている。
【００６３】
上述の第１実施形態で説明したように、補機１１０の駆動制御部１１８は、第４通信線６４を通じて、補機制御部４５に、補機１１０が起動状態であることを示すＨｉｇｈ信号、または、補機１１０が停止状態であることを示すＬｏｗ信号を送信する。第５実施形態の燃料電池システム１００の停止処理では、回路のショートなどによって、実際の補機１１０の実際の駆動状態にかかわらず、第４通信線６４がＬｏｗ信号またはＨｉｇｈ信号を出力し続ける異常が生じている場合の対策処理が実行される。
【００６４】
システム制御部４０は、燃料電池システム１００に対する停止要求信号を検出したときに停止処理の実行を開始する。燃料電池システム１００に対する停止要求信号は、例えば、運転者による車両に対する駆動停止操作がされたときに検出される。ステップＳ３００では、システム制御部４０は、第１通信線６１を通じて、補機制御部４５に対して、補機１１０の駆動を停止させるように指令する。ステップＳ３１０では、システム制御部４０は、補機１１０に対する停止指令を送信してからの経過時間の計測を開始する。
【００６５】
まず、図１０および図１１を参照して、第４通信線６４において通信異常が生じていない場合のステップＳ３２０以降の処理を説明する。ステップＳ３２０では、システム制御部４０は、補機制御部４５から取得する補機１１０に関する情報に基づいて、補機１１０が停止状態であるか否かを判定する。補機１１０が停止状態ではない場合には、システム制御部４０は、ステップＳ３３０において、補機１１０に対する停止指令を送信してから所定の第１基準時間Ｔｐが経過したか否かを判定する。第１基準時間Ｔｐは、補機１１０が停止指令を受けてから停止状態になっていることが十分に見込まれる時間であり、実験等に基づいて予め定められた時間である。第１基準時間Ｔｐの経過前であれば、システム制御部４０は、再度、ステップＳ３２０の判定を繰り返す。
【００６６】
ステップＳ３２０〜Ｓ３３０の判定を繰り返している間に、補機１１０が停止状態になった場合には、システム制御部４０は、ステップＳ３４０において、補機１１０に対する停止指令を発してから所定の第２基準時間Ｔｓが経過したか否かを判定する。第２基準時間Ｔｓは、補機１１０が停止指令を受けてから停止状態になるまでに要することが見込まれる所要時間であり、実験等に基づいて予め定められた時間である。第２基準時間Ｔｓは第１基準時間Ｔｐ以下である。第２基準時間Ｔｓが経過している場合には、システム制御部４０は、ステップＳ３６０において、補機用リレー３５を開いて、二次電池１５と補機１１０との電気的接続を遮断する。この場合には、補機１１０が停止指令に応じて通常通り停止状態になったと判定できるためである。なお、この段階では、補機１１０が停止して内部リレー１１２が先に開いた状態になっているため、補機用リレー３５を開くときに補機用リレー３５に接点溶着が生じることが抑制される。補機用リレー３５を開いた後、システム制御部４０は、ステップＳ３７０において、二次電池用リレー３０を開いて、二次電池１５と駆動モータ１０１との電気的接続を遮断する。システム制御部４０は、燃料電池１０の運転を停止するための処理を並行して実行しており、その処理が完了した後、停止処理を終了する。
【００６７】
次に、図１０および図１２を参照して、第４通信線６４がＨｉｇｈ信号を出力し続ける通信異常が生じている場合のステップＳ３２０以降の処理を説明する。この場合には、補機制御部４５から第３通信線６３を通じて補機１１０に停止指令が送信され、補機１１０が通常通り停止状態になったとしても、第４通信線６４がＨｉｇｈ信号を出力し続ける。そのため、システム制御部４０は、ステップＳ３２０において補機１１０は駆動し続けていると誤判定し、ステップＳ３２０〜Ｓ３３０を繰り返す。ステップＳ３３０において、システム制御部４０は、停止指令を送信してから第１基準時間Ｔｐが経過したと判定した場合には、ステップＳ３６０において、補機用リレー３５を開き、ステップＳ３７０において、二次電池用リレー３０を開く。第１基準時間Ｔｐが経過していれば、停止指令を受けた補機１１０が停止状態になっていることが見込まれるためである。これによって、第４通信線６４がＨｉｇｈ信号を出力し続ける通信異常に起因して、燃料電池システム１００が運転を停止できない状態に陥ってしまうことが抑制される。
【００６８】
図１０および図１３を参照して、第４通信線６４がＬｏｗ信号を出力し続ける通信異常が生じている場合のステップＳ３２０以降の処理を説明する。この場合には、停止指令を受けた後、補機１１０が停止準備処理を実行中で、実際には停止状態にない場合でも、システム制御部４０は、ステップＳ３２０において、第４通信線６４のＬｏｗ信号に従って、補機１１０は停止状態にあると誤判定する。システム制御部４０は、ステップＳ３４０において、第２基準時間Ｔｓが経過したか否かを判定する。補機１１０の停止指令を送信した後、第２基準時間Ｔｓが経過していない場合には、システム制御部４０は、ステップＳ３５０において、第２基準時間Ｔｓが経過するまで待機する。第２基準時間Ｔｓ経過すれば、停止指令を受けた補機１１０が停止状態になっていることが見込まれるためである。その後、システム制御部４０は、ステップＳ３６０において補機用リレー３５を開き、ステップＳ３７０において、二次電池用リレー３０を開く。これによって、補機１１０が停止状態にないのにもかかわらず、第４通信線６４の誤ったＬｏｗ信号に従って補機用リレー３５が閉じられてしまうことが抑制される。よって、補機１１０の内部リレー１１２が開かれる前に補機用リレー３５が閉じられて、補機用リレー３５に大電流が流れて、接点溶着が生じてしまうことが抑制される。
【００６９】
以上のように、第５実施形態の燃料電池システム１００であれば、停止処理において、第４通信線６４に通信異常が生じ、補機１１０の駆動状態を正しく検出できない場合でも、補機用リレー３５を適切なタイミングで開いて補機１１０を停止させることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０…燃料電池、１５…二次電池、２１…インバータ、２３…燃料電池側コンバータ、２５…二次電池側コンバータ、３０…二次電池用リレー、３５…補機用リレー、４０…システム制御部、４５…補機制御部、６１…第１通信線、６２…第２通信線、６３…第３通信線、６４…第４通信線、１００…燃料電池システム、１０１…駆動モータ、１１０…補機、１１１…電源部、１１２…内部リレー、１１５…駆動部、１１８…駆動制御部、ＡＬ…交流導線、Ｌ１…第１直流導線、Ｌ２…第２直流導線、Ｌ３…第３直流導線
【図１】
2020161382.tif 000003
【図２】
2020161382.tif 000004
【図３Ａ】
2020161382.tif 000005
【図３Ｂ】
2020161382.tif 000006
【図４】
2020161382.tif 000007
【図５】
2020161382.tif 000008
【図６】
2020161382.tif 000009
【図７】
2020161382.tif 000010
【図８】
2020161382.tif 000011
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2020161382.tif 000013
【図１０】
2020161382.tif 000014
【図１１】
2020161382.tif 000015
【図１２】
2020161382.tif 000016
【図１３】
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