(57)【要約】【課題】燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが近い場合にもリレー溶着状態を検出できるようにする。【解決手段】当該燃料電池のリレーの両極を開放し、該両極のうちの一方の極を再接続した後、燃料電池に接続されている高電圧バッテリーのリレーを開放してディスチャージを行い、電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが略等しい場合であっても電圧差を発生させることにより、電流の有無によるリレー溶着の検出を可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のリレーの溶着状態を検出する方法であって、
当該燃料電池のリレーの両極を開放し、該両極のうちの一方の極を再接続した後、前記燃料電池に接続されている高電圧バッテリーのリレーを開放してディスチャージを行い、前記電池の開放電圧と前記高電圧バッテリーの開放電圧とが略等しい場合であっても電圧差を発生させることにより、電流の有無によるリレー溶着の検出を可能とする、燃料電池のリレー溶着検出方法。
【請求項２】
燃料電池のリレーの溶着状態を検出する方法であって、
当該燃料電池および該燃料電池に接続されている高電圧バッテリーを昇圧した状態で、前記燃料電池のリレーの両極を開放し、該両極のうちの一方の極を再接続した後、前記燃料電池に接続されている高電圧バッテリーの出力電圧を低下させ、前記電池の開放電圧と前記高電圧バッテリーの開放電圧とが略等しい場合であっても電圧差を発生させることにより、電流の有無によるリレー溶着の検出を可能とする、燃料電池のリレー溶着検出方法。
【請求項３】
燃料電池のリレーの溶着状態を検出する方法であって、
前記燃料電池のリレーの両極を開放し、該両極のうちの一方の極を再接続した後、当該燃料電池の前記リレー側の出力電圧を低下させ、前記電池の開放電圧と前記高電圧バッテリーの開放電圧とが略等しい場合であっても電圧差を発生させることにより、電圧上昇の有無によるリレー溶着の検出を可能とする、燃料電池のリレー溶着検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のリレー溶着検出方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池の電気回路を開閉するリレー（ＦＣリレー）の溶着状態を確認する手法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の電気回路を開閉するリレー（ＦＣリレー）の溶着状態を確認する場合、当該リレーを開閉させることが行われている（特許文献１，２参照）。具体的には、まずリレーの両極を開放した後、片極のみ接続し、ＦＣリレー出力側の電圧を低下させる。また、ＦＣリレー上流に設置された電流センサにより電流を監視する。ここで、ＦＣリレーの接続されていない側の片極が溶着していれば電流が流れ、異状があれば流れないので、これによってＦＣリレーの溶着状態を検出することができる。さらには、２つのリレーのうち片方を閉じ、コンデンサが放電するようモータ制御し、放電するならばリレーが溶着していると判断する手法なども開示されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５２０８２号公報
【特許文献２】特開２００８−０８４６２８号公報
【特許文献３】特開２００７−２４４１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、当該燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが近い場合、電圧差を設けることができないため、電流によるリレー溶着検出を実施することができないことがある。
【０００５】
そこで、本発明は、当該燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが近い場合にもリレー溶着状態を検出することができる燃料電池のリレー溶着検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料電池のリレーの溶着状態を検出する方法であって、当該燃料電池のリレーの両極を開放し、該両極のうちの一方の極を再接続した後、燃料電池に接続されている高電圧バッテリーのリレーを開放してディスチャージを行い、電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが略等しい場合であっても電圧差を発生させることにより、電流の有無によるリレー溶着の検出を可能とするものである。
【０００７】
また、本発明は、燃料電池のリレーの溶着状態を検出する方法であって、当該燃料電池および該燃料電池に接続されている高電圧バッテリーを昇圧した状態で、燃料電池のリレーの両極を開放し、該両極のうちの一方の極を再接続した後、燃料電池に接続されている高電圧バッテリーの出力電圧を低下させ、電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが略等しい場合であっても電圧差を発生させることにより、電流の有無によるリレー溶着の検出を可能とするものである。
【０００８】
さらに、本発明は、燃料電池のリレーの溶着状態を検出する方法であって、燃料電池のリレーの両極を開放し、該両極のうちの一方の極を再接続した後、燃料電池に接続されている高圧バッテリーの出力電圧を上昇させ、電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが略等しい場合であっても電圧差を発生させることにより、電圧上昇の有無によるリレー溶着の検出を可能とするものである。
【０００９】
一般に、燃料電池の出力側には逆流防止用のダイオードが設置されているため、電圧差による電流により監視を行うには、高電圧バッテリー側の電圧を燃料電池の開放電圧以下に下げなければならない。ところが、高電圧バッテリー側のコンバータが昇圧コンバータである場合、高電圧バッテリーの開放電圧以下に電圧を下げることが困難であった。この点、本発明では、燃料電池の両極を開放した後、リレーの片極を接続し、ディスチャージを経る等の手法によってリレー溶着状態を検出することが可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、当該燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが近い場合にもリレー溶着状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるフローチャートである。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるフローチャートである。
【図３】本発明の第３の実施形態におけるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態の燃料電池システムは、特に図示していないが、燃料電池本体（ＦＣ）、該燃料電池の電流を計測する電流検出手段（電流計など）、高電圧バッテリー、バッテリー昇圧コンバータ、駆動モータ、リレー（燃料電池とバッテリー昇圧コンバータおよび駆動モータを接続するもので、本明細書ではＦＣリレーともいう）、バッテリーリレー（高電圧バッテリーとバッテリー昇圧コンバータとを接続するリレー）、駆動モータを駆動するインバータなどを備えた構成となっている。この燃料電池システムは、燃料電池と高電圧バッテリーとの電力でインバータによりモータを駆動する燃料電池ハイブリッドシステムである。
【００１４】
燃料電池システムは例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして適用可能なものであるが特にこれに限られることなく、この他、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムとしても利用することが可能である。以下において説明する本発明の各実施形態では、当該燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において本発明を適用した例を示す。なお、各図においては、燃料電池を「ＦＣ」、高電圧バッテリーを「ＢＡＴ」と表す場合がある。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
本実施形態では、車両停止時にＦＣリレーの入出力電圧をＦＣ開放電圧にした後、ＦＣリレーの正負両極を開放する。その後、ＦＣリレーの片極のみを再接続し、ＦＣリレー出力側の電圧を下げる。このとき、ＦＣリレー入力側に設置した電流検出手段にて検出される電流の有無で、ＦＣリレーのうち再接続していない側の片極の溶着有無の判定を行っている。
【００１６】
上記システムにおいて、燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧がほとんど同じ場合、ＦＣリレー出力側の電圧を下げることができず、ＦＣリレーの溶着検出を実施することができない。この点、本実施形態では、以下の手法を用いることにより、ＦＣリレー出力側の電圧を下げることを可能としている（図１参照）。
【００１７】
すなわち、まずＦＣコンバータの出力を停止させ（ステップＳＰ１）、バッテリーコンバータの出力電圧をＦＣ開放電圧と等しくし（ステップＳＰ２）、ＦＣリレーの正負両極を開放する（ステップＳＰ３）。次に、例えばＦＣリレーの負極を開けたまた正極を閉じるなど、ＦＣリレーの片極のみ再接続する（ステップＳＰ４）。さらに、バッテリー（ＢＡＴ）リレーの両極を開き（ステップＳＰ５）、バッテリーコンバータの出力電圧をディスチャージする（ステップＳＰ６）。ディスチャージは、例えば駆動モータを駆動させて電力を消費させることによって行うことができる。以上の一連の操作を実施することにより、ＦＣリレー出力側の電圧を下げることができる。
【００１８】
続いて、ＦＣ電流検出手段（例えば電流計）を用い、ＦＣ電流の有無、より詳しくはＦＣ電流が異常判定閾値を超えていないかどうかを判定する（ステップＳＰ７）。ＦＣ電流が異常判定閾値未満であれば（ステップＳＰ７にてＹＥＳ）、ＦＣリレーの片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態は正常であると判定することができるので（ステップＳＰ８）、ステップＳＰ９以降に進み、もう一方の極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態の判定を行う。
【００１９】
逆に、ＦＣ電流が異常判定閾値を超えていた場合には（ステップＳＰ７にてＮＯ）、その時点でＦＣリレーの当該片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態に異常があると判定することができる（ステップＳＰ１７）。本実施形態では、この判定により少なくとも一の極における溶着異常を検出したら溶着状態検出の一連の処理を終了する（図１参照）。
【００２０】
ＦＣリレーの片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態が正常であると判定した後の処理は以下のとおりである。すなわち、バッテリーリレーの両極を閉じ（ステップＳＰ９）、バッテリーコンバータの出力電圧をＦＣ開放電圧と等しくし（ステップＳＰ１０）、ＦＣリレーのもう一方の極（本実施形態の場合、正極）を開き（ステップＳＰ１１）、溶着状態の判定を終えた極（本実施形態の場合、負極）を閉じ（ステップＳＰ１２）、ＦＣリレーの片極のみ再接続した状態とする。さらに、バッテリーリレーの両極を開き（ステップＳＰ１２）、バッテリーコンバータの出力電圧をディスチャージする（ステップＳＰ１４）。以上の一連の操作を実施することにより、ＦＣリレー出力側の電圧が下がる。
【００２１】
続いて、ＦＣ電流検出手段（例えば電流計）を用い、ＦＣ電流の有無、より詳しくはＦＣ電流が異常判定閾値を超えていないかどうかを判定する（ステップＳＰ１５）。ＦＣ電流が異常判定閾値未満であれば（ステップＳＰ１５にてＹＥＳ）、ＦＣリレーのもう一方の片極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態も正常であると判定することができる（ステップＳＰ１６）。逆に、ＦＣ電流が異常判定閾値を超えていた場合には（ステップＳＰ１５にてＮＯ）、その時点でＦＣリレーの当該片極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態に異常があると判定することができる（ステップＳＰ１７）。
【００２２】
以上により、燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが近い場合にも、当該燃料電池のリレー溶着の状態を検出することができる。
【００２３】
＜第２の実施形態＞
本実施形態では、車両停止時、ＦＣリレー入出力電圧をＦＣ開放電圧にした後、ＦＣリレーの正負両極を開放する。その後、ＦＣリレーの片極のみを再接続し、ＦＣリレー出力側の電圧を下げる。このとき、ＦＣリレー入力側に設置した電流検出手段にて検出される電流の有無で、ＦＣリレーのうち再接続していない側の片極の溶着有無の判定を行っている。
【００２４】
上記システムにおいて、燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧がほとんど同じ場合、ＦＣリレー出力側の電圧を下げることができず、ＦＣリレーの溶着検出を実施することができない。この点、本実施形態では、以下の手法を用いることにより、ＦＣリレー出力側の電圧を下げることを可能としている（図２参照）。
【００２５】
すなわち、まず、ＦＣリレーの入出力電圧を、燃料電池昇圧コンバータ（高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ）およびバッテリー昇圧コンバータ（高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ）によってＦＣ開放電圧を超える規定電圧にする（ステップＳＰ２１）。次に、ＦＣリレーの正負両極を開放し（ステップＳＰ２２）、その後、例えばＦＣリレーの負極を開けたまた正極を閉じるなど、ＦＣリレーの片極のみ再接続する（ステップＳＰ２３）。そして、バッテリーコンバータの出力電圧をディスチャージする（ステップＳＰ２４）。ディスチャージは、例えば駆動モータを駆動させて電力を消費させることによって行うことができる。以上の一連の操作を実施することにより、ＦＣリレー出力側の電圧を下げることができる。
【００２６】
続いて、ＦＣ電流検出手段（例えば電流計）を用い、ＦＣ電流の有無、より詳しくはＦＣ電流が異常判定閾値を超えていないかどうかを判定する（ステップＳＰ２５）。ここでＦＣ電流が異常判定閾値未満であれば（ステップＳＰ２５にてＹＥＳ）、ＦＣリレーの片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態は正常であると判定することができるので（ステップＳＰ２６）、ステップＳＰ２７以降に進み、もう一方の極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態の判定を行う。
【００２７】
逆に、ＦＣ電流が異常判定閾値を超えていた場合には（ステップＳＰ２５にてＮＯ）、その時点でＦＣリレーの当該片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態に異常があると判定することができる（ステップＳＰ３３）。本実施形態では、この判定により少なくとも一の極における溶着異常を検出したら溶着状態検出の一連の処理を終了する（図２参照）。
【００２８】
ＦＣリレーの片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態が正常であると判定した後の処理は以下のとおりである。すなわち、バッテリーコンバータの出力電圧を、ＦＣ開放電圧を超える規定電圧に等しくし（ステップＳＰ２７）、ＦＣリレーのもう一方の極（本実施形態の場合、正極）を開き（ステップＳＰ２８）、溶着状態の判定を終えた極（本実施形態の場合、負極）を閉じ（ステップＳＰ２９）、ＦＣリレーの片極のみ再接続した状態とする。さらに、バッテリーコンバータの出力電圧をディスチャージする（ステップＳＰ３０）。以上の一連の操作を実施することにより、ＦＣリレー出力側の電圧が下がる。
【００２９】
続いて、ＦＣ電流検出手段（例えば電流計）を用い、ＦＣ電流の有無、より詳しくはＦＣ電流が異常判定閾値を超えていないかどうかを判定する（ステップＳＰ３１）。ＦＣ電流が異常判定閾値未満であれば（ステップＳＰ３１にてＹＥＳ）、ＦＣリレーのもう一方の片極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態も正常であると判定することができる（ステップＳＰ３２）。逆に、ＦＣ電流が異常判定閾値を超えていた場合には（ステップＳＰ３１にてＮＯ）、その時点でＦＣリレーの当該片極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態に異常があると判定することができる（ステップＳＰ３３）。
【００３０】
以上により、燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが近い場合にも、当該燃料電池のリレー溶着の状態を検出することができる。
【００３１】
＜第３の実施形態＞
本実施形態では、車両停止時、ＦＣリレー入出力電圧をＦＣ開放電圧にした後、ＦＣリレーの正負両極を開放する。その後、ＦＣリレーの片極のみを再接続し、ＦＣリレー出力側の電圧を下げる。このとき、ＦＣリレー入力側に設置した電流検出手段にて検出される電流の有無で、ＦＣリレーのうち再接続していない側の片極の溶着有無の判定を行っている。
【００３２】
上記システムにおいて、燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧がほとんど同じ場合、ＦＣリレー出力側の電圧を下げることができず、ＦＣリレーの溶着検出を実施することができない。この点、本実施形態では、以下の手法を用いることにより、ＦＣリレー出力側の電圧を下げることを可能としている（図３参照）。
【００３３】
すなわち、まず、ＦＣリレーの入出力電圧をＦＣ開放電圧と等しくする（ステップＳＰ４１）。次に、ＦＣリレーの正負両極を開放し（ステップＳＰ４２）、その後、例えばＦＣリレーの負極を開けたまた正極を閉じるなど、ＦＣリレーの片極のみ再接続する（ステップＳＰ４３）。そして、バッテリー昇圧コンバータにより、バッテリーコンバータの出力電圧を、ＦＣ開放電圧を超える規定電圧に昇圧する（ステップＳＰ４４）。以上の操作を実施することで、仮にＦＣリレーの再接続されていない側の片極が正常に開放されている場合には、ＦＣリレーの上流側である燃料電池の電圧計測手段の電圧に変化はないが、溶着してしまっている場合には、下流側の電圧上昇に伴い電圧が上昇することになる。
【００３４】
ここで、ＦＣ電圧検出手段（例えば電圧計）を用い、ＦＣ電圧上昇の有無、より詳しくはＦＣ電圧が異常判定閾値を超えていないかどうかを判定する（ステップＳＰ４５）。ここでＦＣ電圧が異常判定閾値未満であれば（ステップＳＰ４５にてＹＥＳ）、ＦＣリレーの片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態は正常であると判定することができるので（ステップＳＰ４６）、ステップＳＰ４７以降に進み、もう一方の極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態の判定を行う。
【００３５】
逆に、ＦＣ電圧が異常判定閾値を超えていた場合には（ステップＳＰ４５にてＮＯ）、その時点でＦＣリレーの当該片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態に異常があると判定することができる（ステップＳＰ５３）。本実施形態では、この判定により少なくとも一の極における溶着異常を検出したら溶着状態検出の一連の処理を終了する（図３参照）。
【００３６】
ＦＣリレーの片極（本実施形態の場合、負極）の溶着状態が正常であると判定した後の処理は以下のとおりである。すなわち、バッテリーコンバータの出力電圧をモータ駆動などによりディスチャージしてＦＣ開放電圧に等しくし（ステップＳＰ４７）、ＦＣリレーのもう一方の極（本実施形態の場合、正極）を開き（ステップＳＰ４８）、溶着状態の判定を終えた極（本実施形態の場合、負極）を閉じ（ステップＳＰ４９）、ＦＣリレーの片極のみ再接続した状態とする。さらに、バッテリー昇圧コンバータにより、バッテリーコンバータの出力電圧を、ＦＣ開放電圧を超える規定電圧に昇圧する（ステップＳＰ５０）。
【００３７】
続いて、ＦＣ電圧検出手段（例えば電圧計）を用い、ＦＣ電圧上昇の有無、より詳しくはＦＣ電圧が異常判定閾値を超えていないかどうかを判定する（ステップＳＰ５１）。ＦＣ電圧が異常判定閾値未満であれば（ステップＳＰ５１にてＹＥＳ）、ＦＣリレーのもう一方の片極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態も正常であると判定することができる（ステップＳＰ５２）。逆に、ＦＣ電圧が異常判定閾値を超えていた場合には（ステップＳＰ５１にてＮＯ）、その時点でＦＣリレーの当該片極（本実施形態の場合、正極）の溶着状態に異常があると判定することができる（ステップＳＰ５３）。
【００３８】
以上により、燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが近い場合にも、当該燃料電池のリレー溶着の状態を検出することができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、燃料電池の開放電圧と高電圧バッテリーの開放電圧とが近い場合にも、当該燃料電池のリレー溶着の状態を検出することができる。よって、本発明は、そのような要求のある燃料電池や燃料電池システムにおいて広く利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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