(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に接続される燃料電池と、
燃料電池と負荷との間に設けられ、燃料電池の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うＦＣ電圧変換器と、
燃料電池から負荷に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列接続される蓄電装置と、
蓄電装置と負荷との間に設けられ、蓄電装置の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うバッテリ電圧変換器と、
ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力するＦＣＤＣ制御装置と、
第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線と、
ＦＣ遮断信号線に接続されるディジタル通信回線であって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号を、所定の制御装置に伝送する同時遮断信号線と、
同時遮断信号線が接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を取得し、その取得に従ってバッテリ電圧変換器の動作を遮断するバッテリＤＣ制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
負荷に接続される燃料電池と、
燃料電池と負荷との間に設けられ、燃料電池の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うＦＣ電圧変換器と、
燃料電池から負荷に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列接続される蓄電装置と、
蓄電装置と負荷との間に設けられ、蓄電装置の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うバッテリ電圧変換器と、
ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力するＦＣＤＣ制御装置と、
第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線と、
ＦＣ遮断信号線に接続されるディジタル通信回線であって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号を、所定の制御装置に伝送する同時遮断信号線と、
同時遮断信号線が接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を取得し、その取得に従って負荷の動作を遮断する負荷制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
負荷に接続される燃料電池と、
燃料電池と負荷との間に設けられ、燃料電池の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うＦＣ電圧変換器と、
燃料電池から負荷に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列接続される蓄電装置と、
蓄電装置と負荷との間に設けられ、蓄電装置の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うバッテリ電圧変換器と、
ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力するＦＣＤＣ制御装置と、
第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線と、
ＦＣ遮断信号線に接続されるディジタル通信回線であって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号を、所定の制御装置に伝送する同時遮断信号線と、
同時遮断信号線が接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を取得し、その取得に従って負荷の動作を遮断させる第３遮断信号を伝送する統合制御装置と、
統合制御装置から伝送される第３遮断信号を取得し、その取得に従って負荷の動作を遮断する負荷制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
負荷に接続される燃料電池と、
燃料電池と負荷との間に設けられ、燃料電池の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うＦＣ電圧変換器と、
燃料電池から負荷に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列接続される蓄電装置と、
蓄電装置と負荷との間に設けられ、蓄電装置の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うバッテリ電圧変換器と、
ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力するＦＣＤＣ制御装置と、
第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線と、
ＦＣ遮断信号線に接続されるディジタル通信回線であって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号を、所定の制御装置に伝送する同時遮断信号線と、
同時遮断信号線が接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を割込信号として取得し、その割込信号の取得に従って負荷の動作を遮断させる第３遮断信号を出力して伝送する統合制御装置と、
統合制御装置から伝送される第３遮断信号を取得し、その取得に従って負荷の動作を遮断する負荷制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
負荷の動作を制御する負荷制御装置と、
ＦＣＤＣ制御装置との間、負荷制御装置との間のそれぞれについて内部バスで接続され、燃料電池システムの動作を全体として制御する統合制御装置と、
を備え、
ＦＣＤＣ制御装置は、
ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号の取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力し、故障信号がなくなったときに第１遮断信号の出力解除を行い、
統合制御装置は、
ＦＣＤＣ制御装置から、ＦＣ電圧変換器が第１遮断信号を出力したこと、および第１遮断信号の出力解除を行ったことに関する情報を受け取る受信手段と、
受信手段が受け取った第１遮断信号に関する情報に基いて負荷制御装置に対する指令信号を生成する指令生成部と、
内部バスを介して、生成された指令信号を負荷制御装置に伝送する送信手段と、
を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
受信手段は、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を受け取る入力端子と、指令生成部に接続される出力端子を有する入力バッファ回路であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
受信手段は、ＦＣＤＣ制御装置と統合制御装置とを接続する内部バスであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
指令生成部は、
負荷の動作を遮断状態から駆動可能状態に復帰させる復帰指令信号を生成し、
負荷制御装置に伝送される第２遮断信号について、生成した復帰指令出力信号を用いて、負荷制御装置への伝送を止める遮断信号停止回路を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池システムにおいて、
統合制御装置は、
第２遮断信号の伝送を受け取るために負荷制御装置に設けられる接続部の状態信号を統合制御装置に帰還する帰還信号線と、
統合制御装置とＦＣＤＣ制御装置との間の内部バスを経由してＦＣＤＣ制御装置に応答信号を要求する断線テスト信号を出力し、ＦＣＤＣ制御装置から接続部と帰還信号線を介して統合制御装置に戻る応答信号の有無によって、ＦＣＤＣ制御装置から接続部に至る経路の断線の有無を判断する断線判断部と、
を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池と負荷との間と、蓄電装置と負荷との間とに、それぞれ電圧変換器が設けられる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池を搭載する車両では、燃料電池のほかに蓄電装置を備え、燃料電池の始動の際、あるいは、燃料電池の出力だけでは車両が要求する電力をまかなえないとき、この蓄電装置から必要な電力を供給することが行われる。この場合、燃料電池も蓄電装置も、負荷である回転電機等の動作に適した電圧でないことも多いので、燃料電池と負荷の間に燃料電池コンバータ、すなわち燃料電池側の電圧変換器が設けられ、また蓄電装置と負荷との間にバッテリコンバータ、すなわち蓄電装置側の電圧変換器が設けられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、燃料電池と負荷の間に燃料電池コンバータ、バッテリと負荷の間にバッテリコンバータがそれぞれ設けられている燃料電池システムにおいて、例えば燃料電池コンバータを構成する主スイッチに過電流が流れ、スイッチング素子がオープン故障してしまうと、モータやバッテリに大電流が流れ、モータ等に接続されるインバータやバッテリに接続されるバッテリコンバータに過電圧が発生し、これによってインバータやバッテリコンバータ等も故障するいわゆる共連れ故障が発生することが指摘されている。ここでは、燃料電池コンバータに過電流が流れることを検出すると、インバータ電圧を、インバータやバッテリコンバータを構成する素子の破壊電圧よりも低い過電圧閾値以下に制限することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８３１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に述べられているように、燃料電池システムで負荷への電力供給の大半を担っている燃料電池コンバータに故障が発生し過電流等が生じると、いわゆる共連れ故障によってバッテリコンバータやインバータが故障することが生じる。そのような共連れ故障を回避するため、特許文献１のようにインバータ電圧を制限することもできるが、燃料電池コンバータの動作を遮断、すなわち停止し、それとともにバッテリコンバータの動作も遮断することが考えられる。
【０００６】
この場合に、燃料電池コンバータに故障が発生したときに燃料電池コンバータの動作を遮断することは、燃料電池コンバータの内部に適当なセンサを設けること等によって可能である。すなわち、センサ等を用いて、ハードウェア的に、すなわち、ソフトウェア的な時間経過を要せずに、故障検出とほぼ同時に、燃料電池コンバータの動作遮断を行うことが可能である。
【０００７】
燃料電池コンバータの故障検出の結果を用いて、例えば、バッテリコンバータの動作遮断を行うことは容易ではない。すなわち、燃料電池コンバータの制御装置から上位の統合制御装置を経由してバッテリコンバータの制御装置に信号を伝送するのは、ソフトウェア的な信号処理を行うことから、時間遅れがかなり生じる可能性があるからである。
【０００８】
本発明の目的は、燃料電池側電圧変換器が故障しても、共連れ故障が発生することを抑制できる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムは、負荷に接続される燃料電池と、燃料電池と負荷との間に設けられ、燃料電池の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うＦＣ電圧変換器と、燃料電池から負荷に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列接続される蓄電装置と、蓄電装置と負荷との間に設けられ、蓄電装置の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うバッテリ電圧変換器と、ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力するＦＣＤＣ制御装置と、第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線と、ＦＣ遮断信号線に接続されるディジタル通信回線であって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号を、所定の制御装置に伝送する同時遮断信号線と、同時遮断信号線が接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を取得し、その取得に従ってバッテリ電圧変換器の動作を遮断するバッテリＤＣ制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る燃料電池システムは、負荷に接続される燃料電池と、燃料電池と負荷との間に設けられ、燃料電池の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うＦＣ電圧変換器と、燃料電池から負荷に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列接続される蓄電装置と、蓄電装置と負荷との間に設けられ、蓄電装置の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うバッテリ電圧変換器と、ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力するＦＣＤＣ制御装置と、第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線と、ＦＣ遮断信号線に接続されるディジタル通信回線であって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号を、所定の制御装置に伝送する同時遮断信号線と、同時遮断信号線が接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を取得し、その取得に従って負荷の動作を遮断する負荷制御装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池システムは、負荷に接続される燃料電池と、燃料電池と負荷との間に設けられ、燃料電池の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うＦＣ電圧変換器と、燃料電池から負荷に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列接続される蓄電装置と、蓄電装置と負荷との間に設けられ、蓄電装置の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うバッテリ電圧変換器と、ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力するＦＣＤＣ制御装置と、第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線と、ＦＣ遮断信号線に接続されるディジタル通信回線であって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号を、所定の制御装置に伝送する同時遮断信号線と、同時遮断信号線が接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を取得し、その取得に従って負荷の動作を遮断させる第３遮断信号を伝送する統合制御装置と、統合制御装置から伝送される第３遮断信号を取得し、その取得に従って負荷の動作を遮断する負荷制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムは、負荷に接続される燃料電池と、燃料電池と負荷との間に設けられ、燃料電池の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うＦＣ電圧変換器と、燃料電池から負荷に至る放電経路に設けられ、燃料電池と並列接続される蓄電装置と、蓄電装置と負荷との間に設けられ、蓄電装置の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行うバッテリ電圧変換器と、ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力するＦＣＤＣ制御装置と、第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線と、ＦＣ遮断信号線に接続されるディジタル通信回線であって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号を、所定の制御装置に伝送する同時遮断信号線と、同時遮断信号線が接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を割込信号として取得し、その割込信号の取得に従って負荷の動作を遮断させる第３遮断信号を出力して伝送する統合制御装置と、統合制御装置から伝送される第３遮断信号を取得し、その取得に従って負荷の動作を遮断する負荷制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、負荷の動作を制御する負荷制御装置と、ＦＣＤＣ制御装置との間、負荷制御装置との間のそれぞれについて内部バスで接続され、燃料電池システムの動作を全体として制御する統合制御装置と、を備え、ＦＣＤＣ制御装置は、ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号の取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力し、故障信号がなくなったときに第１遮断信号の出力解除を行い、統合制御装置は、ＦＣＤＣ制御装置から、ＦＣ電圧変換器が第１遮断信号を出力したこと、および第１遮断信号の出力解除を行ったことに関する情報を受け取る受信手段と、受信手段が受け取った第１遮断信号に関する情報に基いて負荷制御装置に対する指令信号を生成する指令生成部と、内部バスを介して、生成された指令信号を負荷制御装置に伝送する送信手段と、を含むことが好ましい。
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、受信手段は、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を受け取る入力端子と、指令生成部に接続される出力端子を有する入力バッファ回路であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、受信手段は、ＦＣＤＣ制御装置と統合制御装置とを接続する内部バスであることがこのましい。
【００１７】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、指令生成部は、負荷の動作を遮断状態から駆動可能状態に復帰させる復帰指令信号を生成し、負荷制御装置に伝送される第２遮断信号について、生成した復帰指令出力信号を用いて、負荷制御装置への伝送を止める遮断信号停止回路を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、統合制御装置は、第２遮断信号の伝送を受け取るために負荷制御装置に設けられる接続部の状態信号を統合制御装置に帰還する帰還信号線と、統合制御装置とＦＣＤＣ制御装置との間の内部バスを経由してＦＣＤＣ制御装置に応答信号を要求する断線テスト信号を出力し、ＦＣＤＣ制御装置から接続部と帰還信号線を介して統合制御装置に戻る応答信号の有無によって、ＦＣＤＣ制御装置から接続部に至る経路の断線の有無を判断する断線判断部と、を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成により、燃料電池システムは、ＦＣ電圧変換器の故障を検出する故障信号を取得し、その取得に従ってＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力し、その第１遮断信号をＦＣ電圧変換器に伝送するＦＣ遮断信号線に、ディジタル通信回線である同時遮断信号線が接続される。そして、その同時遮断信号線によって、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号が所定の制御装置に伝送される。このように、ソフトウェア的な信号処理を介さずに、ＦＣ遮断信号線に同時遮断信号線が接続されるので、第１遮断信号と同じ内容の第２遮断信号がハードウェア的に、所定の制御装置に伝達されるので、処理の時間遅れによる共連れ故障を効果的に抑制できる。
【００２０】
また、燃料電池システムにおいて、同時遮断信号線は、バッテリＤＣ制御装置に接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号によって、バッテリ電圧変換器の動作が遮断される。このようにして、ハードウェア的な第２遮断信号の伝送によって、ＦＣ電圧変換器が故障すると、ほぼ同時にバッテリ電圧変換器の動作を遮断することが可能になる。
【００２１】
また、燃料電池システムにおいて、同時遮断信号線は、負荷制御装置に接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号によって、負荷の動作が遮断される。これによって、負荷による電力消費もほぼ同時に抑制されるので、燃料電池からの電力供給が途絶えることを補償するために蓄電装置から過剰に電力を持ち出すこともなく、電力バランスが崩れることを抑制でき、共連れ故障を抑制できる。
【００２２】
また、燃料電池システムにおいて、同時遮断信号線は、統合制御装置に接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号によって、負荷の動作を遮断させる第３遮断信号が出力される。そして、この第３遮断信号が統合制御装置から負荷制御装置に伝送され、負荷制御装置は、この第３遮断信号によって、負荷の動作を遮断する。これによって、負荷による電力消費もほぼ同時に抑制されるので、蓄電装置における電力バランスが崩れることを抑制でき、共連れ故障を抑制できる。
【００２３】
また、燃料電池システムにおいて、同時遮断信号線は、統合制御装置の割込信号検出機能の部分に接続され、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を割込信号として取得し、その割込信号の取得に従って負荷の動作を遮断させる第３遮断信号を出力して負荷制御装置に伝送する。負荷制御装置は、この第３遮断信号によって、負荷の動作を遮断する。割込信号処理は、ソフトウェア的な処理ではあるが最優先の迅速な処理が実行されるので、負荷による電力消費もほぼ同時に抑制されるので、蓄電装置における電力バランスが崩れることを抑制でき、共連れ故障を抑制できる。
【００２４】
また、燃料電池システムにおいて、ＦＣＤＣ制御装置は、ＦＣ電圧変換器の故障信号を取得するとＦＣ電圧変換器の動作を遮断する第１遮断信号を出力し、故障信号がなくなったときに第１遮断信号の出力解除を行う。そして、統合制御装置は、ＦＣＤＣ制御装置から、ＦＣ電圧変換器が第１遮断信号を出力したこと、および第１遮断信号の出力解除を行ったことに関する情報を受け取り、それに基づいて、負荷制御装置に対する指令信号を生成し、内部バスを介して、負荷制御装置に伝送する。これによって、例えば、第１遮断信号の出力解除が行われたとき、統合制御装置の制御の下で負荷の駆動が可能になるようにできる。
【００２５】
また、燃料電池システムにおいて、受信手段は、同時遮断信号線によって伝送される第２遮断信号を受け取る入力端子と、指令生成部に接続される出力端子を有する入力バッファ回路である。ハードウェア的な入力バッファ回路を介して第２遮断信号が統合制御装置に伝送されるので、迅速に負荷制御装置に指令信号を与えることができる。
【００２６】
また、燃料電池システムにおいて、受信手段は、ＦＣＤＣ制御装置と統合制御装置とを接続する内部バスである。既に設けられている内部バスを用いて、例えば、第１遮断信号の出力解除が行われたとき、統合制御装置の制御の下で負荷の駆動が可能になるようにできる。
【００２７】
また、燃料電池システムにおいて、指令生成部は、負荷の動作を遮断状態から駆動可能状態に復帰させる復帰指令信号を生成し、これを用いて、負荷制御装置に伝送される第２遮断信号について負荷制御装置への伝送を止める。例えば、ＦＣ電圧変換器が故障中であっても、蓄電装置を用いて負荷を駆動できる場合に、この復帰指令信号を用いれば、負荷を駆動できる。
【００２８】
また、燃料電池システムにおいて、統合制御装置は、第２遮断信号の伝送を受け取るために負荷制御装置に設けられる接続部の状態信号を統合制御装置に帰還する帰還信号線を含む。そして、内部バスを経由してＦＣＤＣ制御装置に応答信号を要求する断線テスト信号を出力し、ＦＣＤＣ制御装置から接続部と帰還信号線を介して統合制御装置に戻る応答信号の有無によって、ＦＣＤＣ制御装置から接続部に至る経路の断線の有無を判断する。これによって、信号系の信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る実施の形態の燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の燃料電池システムの他の構成を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の燃料電池システムのさらに他の構成を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の燃料電池システムの別の構成を説明する図である。
【図５】図４の構成の変形例を説明する図である。
【図６】図４の構成の他の変形例を説明する図である。
【図７】図４の構成のさらに他の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、燃料電池システムを車両に搭載するものとして説明するが、車両以外の移動体に搭載するものでもよく、また、据え置き型の燃料電池システムであってもよい。また、燃料電池システムにおける負荷として、車両に搭載される２台の回転電機と、これに接続される２つのインバータを説明するが、燃料電池によって発電される電力等が供給されるものであればよく、回路、アクチュエータ、電気機器等を問わない。回転電機の台数等も２台以外のものであってもよい。
【００３１】
以下では、燃料電池システムに含まれる制御装置として、燃料電池側の電圧変換器の動作を制御するものと、蓄電装置側の電圧変換器の動作を制御するものと、これらの動作を全体として制御するものを説明するが、これらは説明のための例示であって、相互の間がソフトウェア的に信号処理する複数の制御機能を備えるものであればよい。すなわち、３つの制御装置でなくてもよく、また、そのうちの１つの制御装置の中に複数の制御機能が含まれるものであってもよい。
【００３２】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００３３】
図１は、車両に搭載される燃料電池システム１０の構成を示す図である。特に、ここでは、燃料電池側の電圧変換器２８に故障が生じたときに、他の電気機器等に共連れ故障が発生することを抑制するために必要な構成が示されている。
【００３４】
この燃料電池システム１０は、車両に搭載される電気的負荷である２つの回転電機４０，４２と、これらに接続される２つのインバータ３６，３８に必要な電力を供給するために、図１ではＦＣとして示されている燃料電池３０と、蓄電装置２０とを備えるシステムである。
【００３５】
この燃料電池システム１０は、２次電池である蓄電装置２０と、燃料電池３０とが負荷に対し並列に接続され、負荷との間に、図１ではＢＡＴ電圧変換器２４として示される蓄電装置側の電圧変換器と、ＦＣ電圧変換器２８として示される燃料電池側の電圧変換器を含む。そして、ここでは、ＦＣ電圧変換器２８の動作を制御するものとして、図１ではＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０として示されるＦＣ電圧変換器制御装置と、ＢＡＴ電圧変換器２４と２つのインバータ３６，３８の動作を制御するものとして、ＭＧ−ＥＣＵ５４として示されるＢＡＴ・ＭＧ制御装置と、ＰＭ−ＥＣＵ５６として示される統合制御装置が設けられる。
【００３６】
蓄電装置２０は、充放電可能な高電圧２次電池であって、例えば、燃料電池３０の始動時、あるいは燃料電池３０の出力が負荷の要求電力に不足するとき等に、負荷に電力を供給する機能を有する。なお、負荷とは、車両に搭載されて、電気エネルギで動作するものを指すので、２台の回転電機４０，４２、２つインバータ３６，３８以外にも、図１では図示されていないが、例えば、燃料電池３０に関連して説明するように、燃料電池用の補機等も含むものである。
【００３７】
このように、蓄電装置２０は、燃料電池３０とともに負荷に対して電力を供給する電力源となるものであるので、燃料電池３０から負荷に至る放電経路に設けられて、燃料電池３０に並列接続されて配置される。
【００３８】
かかる蓄電装置２０としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。なお、蓄電装置２０はいわゆる高電圧バッテリであり、単にバッテリとして述べる場合には、この蓄電装置２０を指すことが多い。したがって、以下では、蓄電装置２０を必要に応じてバッテリと呼ぶものとする。
【００３９】
ＢＡＴ電圧変換器２４は、蓄電装置２０と負荷との間に設けられ、蓄電装置２０の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行う機能を有するコンバータ回路である。ＢＡＴは、蓄電装置２０であるバッテリを示すＢａｔｔｅｒｙの省略表記である。以下では、蓄電装置２０に関することを、必要に応じてＢＡＴと呼ぶものとする。電圧変換器のことは、上記のように単にコンバータ、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータと呼ばれることがあるので、ＢＡＴ電圧変換器のことを、ＢＡＴＤＣ／ＤＣコンバータと呼んでもよい。
【００４０】
かかるＢＡＴ電圧変換器２４としては、リアクトルとスイッチング素子とを含む双方向型コンバータを用いることができる。ＢＡＴ電圧変換器２４の動作は、ＭＧ−ＥＣＵ５４に含まれるＢＡＴＤＣ制御部によって制御される。なお、ＢＡＴＤＣとは、上記のＢＡＴＤＣ／ＤＣコンバータを省略して表記したものである。
【００４１】
蓄電装置２０と、ＢＡＴ電圧変換器２４との間に設けられる平滑コンデンサ２２は、蓄電装置２０側における電圧、電流の変動を抑制するために用いられる容量素子である。
【００４２】
燃料電池３０は、燃料電池セルを複数組み合わせて、約２００Ｖから約３００Ｖ程度の高電圧の発電電力を取り出せるように構成された一種の組電池で、燃料電池スタックと呼ばれる。ここで、各燃料電池セルは、アノード側に燃料ガスとして水素を供給し、カソード側に酸化ガスとして空気を供給し、固体高分子膜である電解質膜を通しての電池化学反応によって必要な電力を取り出す機能を有する。
【００４３】
燃料ガス供給源３２は、ここでは燃料ガスである水素を、燃料電池３０の運転に応じた圧力と流量で燃料電池３０のアノード側に供給する機能を有するものである。燃料ガス供給源３２は、高圧水素タンク、レギュレータ、その他の要素を含んで構成される。
【００４４】
酸化ガス供給源３４は、ここでは酸化ガスである酸素を含む大気を、燃料電池３０の運転に応じた圧力と流量に調整して、燃料電池３０のカソード側に供給する機能を有するものである。燃料ガス供給源３２は、大気を取り込むフィルタ、エアコンプレッサ、その他の要素を含んで構成される。
【００４５】
なお、燃料電池３０の運転には、上記燃料ガス供給源３２、酸化ガス供給源３４のほかに、酸化ガス等を適当な湿度に保持する加湿器、使用済みガスを処理して排気する希釈器、冷却ポンプを含む冷却系、これらに付随する各種制御弁等が用いられる。これらのうち、電力供給によって作動する機器は、燃料電池用補機と呼ばれることがあるが、これらの機器の電力も、燃料電池３０、蓄電装置２０から適当な電圧に変換されたものが供給される。これらの機器の動作電圧は、回転電機４０，４２の動作電圧より低いので、ＢＡＴ電圧変換器２４、ＦＣ電圧変換器２８とは別の低電圧用の電圧変換器が用いられる。
【００４６】
ＦＣ電圧変換器２８は、燃料電池３０と負荷との間に設けられ、燃料電池３０の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行う機能を有するコンバータ回路である。ＦＣは、燃料電池３０を示すＦｕｅｌ  Ｃｅｌｌの省略表記である。以下では、燃料電池３０に関することを、必要に応じてＦＣと呼ぶものとする。
【００４７】
かかるＦＣ電圧変換器２８としては、ＢＡＴ電圧変換器２４と同様に、リアクトルとスイッチング素子とを含む双方向型コンバータを用いることができる。ＦＣ電圧変換器２８の動作は、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０によって制御される。なお、ＦＣＤＣとは、上記のＢＡＴＤＣと同様に、ＦＣＤＣ／ＤＣコンバータを省略して表記したものである。
【００４８】
ＦＣ電圧変換器２８と、ＢＡＴ電圧変換器２４との間に設けられる平滑コンデンサ２６は、蓄電装置２０と燃料電池３０とを含む電源部と負荷との間に設けられ、電源部と負荷との間における電圧、電流の変動を抑制するために用いられる容量素子である。平滑コンデンサ２６は、ＦＣ電圧変換器２８と、ＢＡＴ電圧変換器２４とを接続するための共通の正極側母線と負極側母線との間に配置接続される。
【００４９】
２つのインバータ３６，３８は、ＭＧ−ＥＣＵ５４の制御の下で、高電圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機４０，４２に供給する機能と、逆に回転電機４０，４２からの交流三相回生電力を高電圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。図１では、２つの回転電機４０，４２をＭＧ１、ＭＧ２と示すように区別することに対応し、ＭＧ１として示される回転電機４０に接続される方を、ＭＧ１インバータ３６、ＭＧ２として示される回転電機４２に接続される方を、ＭＧ２インバータ３８としてある。
【００５０】
かかる２つのインバータ３６，３８は、スイッチング素子とダイオード等を含む回路で構成することができる。２つのインバータ３６，３８の動作は、ＭＧ−ＥＣＵ５４に含まれる負荷制御部によって制御される。
【００５１】
２つの回転電機４０，４２は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。
【００５２】
図１では、２つの回転電機４０，４２を区別して、ＭＧ１として示される回転電機４０と、ＭＧ２として示される回転電機４２が図示されている。例えば、燃料電池システム１０が搭載される車両がエンジンを備えていないときは、ＭＧ１として示される回転電機４０を前輪駆動用、ＭＧ２として示される回転電機４２を後輪駆動用とすることができる。エンジンを搭載する車両のときは、ＭＧ１として示される回転電機４０は、エンジンに接続され、主として発電機として用いられて交流電力を発電し、ＭＧ１インバータ３６によって直流電力に変換されて蓄電装置２０を充電する機能を有する。ＭＧ２として示される回転電機４２は、主として車両の力行時の走行駆動に用いられ、燃料電池３０、蓄電装置２０の直流電力をＭＧ２インバータ３８によって変換された交流電力によって作動する機能を有する。また、回転電機４２は、車両の制動時にはその回生エネルギを回収して、ＭＧ２インバータ３８によって直流電力に変換し蓄電装置２０を充電する機能も有する。このときには、回転電機４２は発電機として機能することになる。
【００５３】
次に、燃料電池システム１０に用いられる制御装置について説明する。燃料電池システム１０は、制御装置として、複数の電気制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）を備える。ここでは、ＦＣ電圧変換器２８に故障が発生したときにとられる処理に関連するものとして、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０と、ＭＧ−ＥＣＵ５４と、ＰＭ−ＥＣＵ５６が示されている。また、図１では、各制御装置について、ＦＣ電圧変換器２８に故障が発生したときにとられる処理に関連する要素のみを抜き出して示してある。これらの制御装置は、車両搭載に適したコンピュータで構成できる。
【００５４】
ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０は、ＦＣ電圧変換器２８の動作を制御する機能を有する制御装置である。すなわち、利用者が要求する車両の状態に応じて、燃料電池３０によって発電される電力を適当な電圧の電力に変換し、負荷に供給する機能を有する。具体的には、ＦＣ電圧変換器２８を構成するスイッチング素子のオンオフのタイミング等を制御して、燃料電池３０の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行わせる処理を実行する。
【００５５】
ＦＣ電圧変換器２８に故障が発生したときの処理は、以下の内容で実行される。すなわち、ＦＣ電圧変換器２８には、スイッチング素子の短絡故障、オープン故障等で、過大電圧、過少電圧、過大電流、過少電流等の状態となることを検出するための各種センサ等が設けられる。そして、これらのセンサの検出データは、検出信号線７０によってＦＣＤＣ−ＥＣＵ５２を構成するＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２に伝送される。
【００５６】
ＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２は、高速論理演算等を実行するプロセッサで、ここで、各種センサの検出値に基いて、ＦＣ電圧変換器２８に故障が発生したか否かの判断が行われる。ＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２によってＦＣ電圧変換器２８に故障が発生したと判断されると、ＦＣ電圧変換器２８の動作を遮断する第１遮断信号が出力される。
【００５７】
ＦＣ遮断信号線７３は、ＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２が出力する第１遮断信号をＦＣ電圧変換器２８側に伝送するための信号線である。第１遮断信号が１つの場合は、ＦＣ遮断信号線７３は１本ですむので、これをＦＣ電圧変換器２８の動作遮断スイッチ等の動作遮断手段に、直接に接続するものとしてもよい。このときには、ＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２が出力した第１遮断信号そのもので、ＦＣ電圧変換器２８の動作を直接的に遮断することができる。
【００５８】
ＦＣ電圧変換器２８に設けられる故障検出のためのセンサが複数ある場合には、第１遮断信号を１つにまとめずに、ＦＣ電圧変換器２８に備えられる各種センサの検出信号ごととすることがよい。こうすることで、各種センサの間で故障検出のタイミングにずれがあっても、最初に検出した信号をそのまま第１遮断信号に含めることができる。図１の例では、４本の検出信号線７０に対応して、ＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２から４本のＦＣ遮断信号線７３が出ていることが示されている。この４本のＦＣ遮断信号線のそれぞれは、４本の検出信号線７０を介して伝送された４つの検出信号のそれぞれに対応する第１遮断信号を伝達するためのものである。
【００５９】
４本のＦＣ遮断信号線７３は、ＯＲ回路に接続される。このようにすることで、ＦＣＤＣ−ＣＰＵが出力した４つの第１遮断信号が、それぞれの故障検出タイミングがそのまま保存されて伝送され、その中で最初に故障を検出したタイミングで、ＯＲ回路から制御信号が出力される。制御信号線７２は、ＯＲ回路とＦＣ電圧変換器の動作遮断手段とを直接的に接続する信号線である。
【００６０】
このような構成によって、ＦＣ電圧変換器２８における各種センサの検出値は、それぞれの専用の検出信号線７０でＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２に伝送されて、ここで例えば予め設定されている故障判断閾値と比較され、ディジタル値の第１遮断信号がそれぞれ故障検出のタイミングに従って個別に出力される。そして、これ以降は、（個別のＦＣ遮断信号線７３）−ＯＲ回路−（１本の制御信号線７２）−（ＦＣ電圧変換器２８の動作遮断手段）と、ハードウェアによって第１遮断信号が伝達される。したがって、ＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２においてＦＣ電圧変換器２８の故障を検出するのとほぼ同時に、ＦＣ電圧変換器２８の動作を遮断することができる。
【００６１】
ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０において、４本の同時遮断信号線７４は、ＦＣ電圧変換器２８が故障してその動作が遮断されるときに、ＢＡＴ電圧変換器２４、２つのインバータ３６，３８をほぼ同時に遮断するための信号を伝送するための信号線である。具体的には、４本の同時遮断信号線７４は、４本のＦＣ遮断信号線７３のそれぞれに接続されるディジタル通信回線である。すなわち、同時遮断信号線７４は、第１遮断信号と同じ内容の信号を、ＢＡＴ電圧変換器２４、２つのインバータ３６，３８の動作を遮断できる制御装置に伝送する機能を有する。この第１遮断信号と同じ内容の信号のことを、第１遮断信号と区別して、第２遮断信号と呼ぶことにすると、同時遮断信号線７４は、第２遮断信号を伝達する信号線である。
【００６２】
４本のＦＣ遮断信号線７３がＯＲ回路に入力されたように、ここでも、４本の同時遮断信号線７４がＯＲ回路に入力される。このようにすることで、ＦＣＤＣ−ＣＰＵが出力した４つの第１遮断信号と同じ内容の４つの第２遮断信号について、それぞれの故障検出タイミングがそのまま保存されて伝送され、その中で最初に故障を検出したタイミングで、ＯＲ回路から制御信号が出力される。ＯＲ回路は単純なハードウェアであるので、これを経由した制御信号線８０は、第２遮断信号と同等の制御信号を伝送する信号線で、同時遮断信号線７４と同等の信号線である。制御信号線８０は、図１の場合、次に説明するＭＧ−ＥＣＵ５４に接続される。
【００６３】
ＭＧ−ＥＣＵ５４は、２つの機能を有する制御装置である。１つの機能は、ＢＡＴ電圧変換器２４の動作を制御する機能である。この機能を実行する部分がＢＡＴＤＣ制御部あるいはバッテリＤＣ制御装置と呼ぶことができる部分である。もう１つの機能は、負荷である２つのインバータ３６，３８の動作を制御する機能である。この機能を実行する部分が負荷制御部あるいは負荷制御装置と呼ぶことができる部分である。
【００６４】
ＭＧ−ＥＣＵ５４に含まれるＢＡＴＤＣ制御部は、上記のように、ＢＡＴ電圧変換器２４の動作を制御する機能を有する。すなわち、燃料電池３０の始動時、燃料電池３０の出力が車両に要求される要求出力値に不足するとき等に、燃料電池３０の状態等に応じて、蓄電装置２０の出力電力を適当な電圧の電力に変換し、負荷に供給する機能を有する。具体的には、ＢＡＴ電圧変換器２４を構成するスイッチング素子のオンオフのタイミング等を制御して、蓄電装置２０の端子間電圧と負荷側の電圧との間の電圧変換を行わせる処理を実行する。
【００６５】
ＭＧ−ＥＣＵ５４に含まれる負荷制御部は、上記のように、２つのインバータ３６，３８の動作を制御する機能を有する。すなわち、利用者が要求する車両の状態に応じた回転電機４０，４２の駆動状態となるように、２つのインバータ３６，３８の動作状態を制御する。具体的には、２つのインバータ３６，３８のそれぞれについて、それらを構成するスイッチング素子のオンオフのタイミング等を制御して、回転電機４０，４２の駆動信号の制御を行う。
【００６６】
ＭＧ−ＥＣＵ５４において、ＦＣ電圧変換器２８に故障が発生したときの処理は、以下の内容で実行される。すなわち、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０の４本の同時遮断信号線７４が入力されるＯＲ回路から出力される制御信号が伝送される制御信号線８０が、３つのＯＲ回路のそれぞれの入力側に接続される。
【００６７】
１つのＯＲ回路は、ＢＡＴＤＣ制御部に属するもので、その出力がＢＡＴ電圧変換器２４の動作遮断スイッチ等の動作遮断手段に接続される回路である。図１の例では、２入力ＯＲ回路とされ、その一方側の入力端子に制御信号線８０が接続される。もう一方の入力端子には、図示されていないが、ＢＡＴＤＣ制御部内で形成される遮断制御信号が入力されるものとできる。このような遮断制御信号が形成されないときは、制御信号線８０を直接的にＢＡＴ電圧変換器２４の動作遮断手段に接続するものとできる。
【００６８】
他の２つのＯＲ回路は、負荷制御部に属するもので、それぞれの出力が、２つのインバータ３６，３８のそれぞれの動作遮断手段に接続される回路である。これら２つのＯＲ回路は、図１の例では、２入力ＯＲ回路とされ、その一方側の入力端子に、制御信号線８０がそれぞれ接続される。もう一方の入力端子には、次に説明するＰＭ−ＥＣＵ５６からの統合制御信号線７６がそれぞれ接続される。
【００６９】
上記のように、制御信号線８０によって伝送される第２遮断信号は、第１遮断信号と同じ内容の信号である。したがって、例えば、ＢＡＴ電圧変換器２４には、（制御信号線８０）−ＯＲ回路−（ＢＡＴ電圧変換器２４の動作遮断手段）と、ハードウェアによって第２遮断信号が伝達される。したがって、ＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２においてＦＣ電圧変換器２８の故障を検出するのとほぼ同時に、ＢＡＴ電圧変換器２４の動作を遮断することができる。
【００７０】
同様に、インバータ３６には、（制御信号線８０）−ＯＲ回路−（インバータ３６の動作遮断手段）と、ハードウェアによって第２遮断信号が伝達され、インバータ３８にも、（制御信号線８０）−ＯＲ回路−（インバータ３８の動作遮断手段）と、ハードウェアによって第２遮断信号が伝達される。したがって、ＦＣＤＣ−ＣＰＵ５２においてＦＣ電圧変換器２８の故障を検出するのとほぼ同時に、２つのインバータ３６，３８の動作が遮断され、これによって、２つの回転電機４０，４２の動作も遮断される。
【００７１】
このように、第２遮断信号によって、負荷である２つのインバータ３６，３８、２つの回転電機４０，４２の動作が遮断される。これによって、負荷による電力消費もほぼ同時に抑制されるので、燃料電池３０からの電力供給が途絶えることを補償するために蓄電装置２０から過剰に電力を持ち出すこともなく、電力バランスが崩れることを抑制でき、共連れ故障を抑制できる。
【００７２】
ＰＭ−ＥＣＵ５６は、燃料電池システム１０の動作を全体として統合的に制御する統合制御装置である。図１では、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０の動作と、ＭＧ−ＥＣＵ５４の動作を統合的に制御する制御装置として示されている。ＰＭ−ＥＣＵ５６とＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０の間、ＰＭ−ＥＣＵ５６とＭＧ−ＥＣＵ５４の間は、内部バスで接続され、ソフトウェア的な信号処理によって各種の信号の伝送が行われる。
【００７３】
燃料電池システム１０における異常検出を処理する機能として、ＰＭ−ＥＣＵ５６に含まれるＰＭ−ＣＰＵ６０には、異常割込検出・出力部６０が設けられる。この異常割込検出・出力部は、燃料電池システム１０において異常状態検出信号が出力されると、他のタスク処理に割り込んでその異常状態検出尊号を取得し、それに応じて遮断信号を出力する機能を有する。
【００７４】
ＰＭ−ＥＣＵ５６においては、図１に示されるように、この遮断信号がＯＲ回路に入力され、他の制御信号と比較されてタイミングの速い方が出力される。通常は、異常割込検出・出力部６０からの遮断信号が速いタイングで出力されるので、このＯＲ回路からの出力は多くの場合、この異常割込検出・出力部６０からの遮断信号である。そこで、このＯＲ回路の出力信号を、上記の第１遮断信号、第２遮断信号と区別して、第３遮断信号と呼ぶことができる。統合制御信号線７６は、この第３遮断信号が伝送される信号線である。この統合制御信号線７６が、ＭＧ−ＥＣＵ５４に含まれる負荷制御部の２つのＯＲ回路にそれぞれ入力される。
【００７５】
このように、異常割込検出・出力部６０から出力される信号に基く第３遮断信号がＭＧ−ＥＣＵ５４に含まれる負荷制御部の２つのＯＲ回路にそれぞれ入力されるが、異常割込検出・出力部６０までの信号伝送に時間がかかるので、制御信号線８０によって伝送される第２遮断信号の方が速く伝送される。したがって、図１の例では、異常割込検出・出力部６０はほとんど機能していないことになる。
【００７６】
上記のように、ＰＭ−ＥＣＵ５６とＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０の間、ＰＭ−ＥＣＵ５６とＭＧ−ＥＣＵ５４の間は、内部バスで接続されている。このように内部バスを用いて、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０からのＦＣ電圧変換器２８の故障検出信号を、ＰＭ−ＥＣＵ５６を経由してＭＧ−ＥＣＵ５４に伝送すると、その伝送に要する時間によっては、共連れ故障が生じることがあり、これが本発明の解決しようとする課題である。上記のように、ＦＣ遮断信号線７３に同時遮断信号線７４を接続し、同時遮断信号線７４によって伝送される第２遮断信号を制御信号線８０によって、ハードウェア的に、ＭＧ−ＥＣＵ５４に伝送することで、この課題が解決される。
【００７７】
上記では、同時遮断信号線７４が接続されるＯＲ回路の出力が伝送される制御信号線８０が、直接的に、ＭＧ−ＥＣＵ５４の３つのＯＲ回路に接続されるものとして説明した。図２は、その制御信号線８０に代えて、同時遮断信号線７４が接続されるＯＲ回路の出力が伝送される制御信号線８２が、直接的に、ＰＭ−ＥＣＵ５６における統合制御信号線７６を出力とするＯＲ回路に接続する構成を有する燃料電池システム１２を示す図である。制御信号線８２は、制御信号線８０と同様に、同時遮断信号線７４と同等の制御信号線である。
【００７８】
この構成は、統合制御装置であるＰＭ−ＥＣＵ５６が、制御信号線８２を介して第２遮断信号を取得し、ＯＲ回路に入力し、その出力を第３遮断信号として、統合制御信号線７６によってＭＧ−ＥＣＵ５４の負荷制御部の２つのＯＲ回路に入力するものである。
【００７９】
ＰＭ−ＥＣＵ５６のＯＲ回路のもう一方の入力は、異常割込検出・出力部６０の出力であるので、制御信号線８２によって伝送される第２遮断信号の異常検出タイミングの方が速い。したがって、この構成によれば、内部バスを経由して処理される異常割込検出・出力部６０からの遮断信号のタイミングよりも速く、負荷である２つのインバータ３６，３８の動作を遮断でき、２つの回転電機４０，４２の動作を遮断できる。これによって、負荷による電力消費もほぼ同時に抑制されるので、燃料電池３０からの電力供給が途絶えることを補償するために蓄電装置２０から過剰に電力を持ち出すこともなく、電力バランスが崩れることを抑制でき、共連れ故障を抑制できる。
【００８０】
図３は、図１の制御信号線８０、図２の制御信号線８２に代えて、同時遮断信号線７４が接続されるＯＲ回路の出力が伝送される制御信号線８４が、直接的に、ＰＭ−ＥＣＵ５６に含まれるＰＭ−ＣＰＵ５８の異常割込検出・出力部６０に入力される構成を有する燃料電池システム１４を示す図である。制御信号線８４は、制御信号線８０、制御信号線８２と同様に、同時遮断信号線７４と同等の制御信号線である。
【００８１】
この構成によれば、異常検出信号が内部バスを経由して異常割込検出・出力部６０へ入力されるのではなく、第２遮断信号を伝送する制御信号線８４が、ハードウェア的に、直接的に、異常割込検出・出力部６０の入力端子に接続される。そして、異常割込検出・出力部６０の出力は、ＯＲ回路を経由したのち、第３遮断信号とされる。上記のように、第３遮断信号を伝送する統合制御信号線７６は、ＭＧ−ＥＣＵ５４の負荷制御部の２つのＯＲ回路に接続される。
【００８２】
したがって、この構成によれば、内部バスを経由して処理される異常割込検出・出力部６０からの遮断信号のタイミングよりも速く、負荷である２つのインバータ３６，３８の動作を遮断でき、２つの回転電機４０，４２の動作を遮断できる。これによって、負荷による電力消費もほぼ同時に抑制されるので、燃料電池３０からの電力供給が途絶えることを補償するために蓄電装置２０から過剰に電力を持ち出すこともなく、電力バランスが崩れることを抑制でき、共連れ故障を抑制できる。
【００８３】
上記では、ＦＣ電圧変換器２８の故障が検出するのとほぼ同時に、２つのインバータ３６，３８の動作が遮断され、これによって、２つの回転電機４０，４２の動作も遮断される。この処理は、統合制御装置であるＰＭ−ＥＣＵ５６の判断を待たずに迅速に行われる。ここで、例えば、ＦＣ電圧変換器２８の故障が回復すると、これとほぼ同時に、２つのインバータ３６，３８の動作が復帰し、これによって、２つの回転電機４０，４２も駆動することになる。このときもＰＭ−ＥＣＵ５６の判断を経由していない。
【００８４】
したがって、２つのインバータ３６，３８の動作が遮断されて車両が停止し、その後、２つのインバータ３６，３８の動作が復帰すると、車両あるいは燃料電池システム１２，１４，１６の状況に関わらず、急に車両が走行することになる。これは、車両に搭載される燃料電池システム１２，１４，１６の全体の動作を制御するＰＭ−ＥＣＵ５６の判断を経由していないためである。これらのことから、燃料電池システム１２，１４，１６の全体の観点から、遮断状態からの復帰には、ＰＭ−ＥＣＵ５６の判断を経由することが好ましい。
【００８５】
図４は、負荷である回転電機４０，４２の駆動復帰について、ＰＭ−ＥＣＵ５６の判断を経由する構成の燃料電池システム１６の様子を説明する図である。この図は、図２の構成を一部変更したものである。すなわち、同時遮断信号線７４が接続されるＯＲ回路の出力が伝送される制御線８２が、直接的に、ＰＭ−ＥＣＵ５６における統合制御信号線７６を出力とするＯＲ回路１００に接続されることは、図２と同様である。ここでは、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０とＰＭ−ＥＣＵ５６を接続する内部バス１０２を経由して、ＰＭ−ＥＣＵ５８は、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０からＦＣ電圧変換器２８に関する情報を受け取る。その意味で、内部バス１０２は、ＦＣ電圧変換器２８に関する情報を受け取る受信手段であるが、すでにＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０とＰＭ−ＥＣＵ５６に設けられているので、あらたに受信手段が必要となるわけではない。
【００８６】
ＦＣ電圧変換器２８に関する情報には、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０が、ＦＣ電圧変換器２８の故障を検出する故障信号の取得に従ってＦＣ電圧変換器２８の動作を遮断する第１遮断信号を出力し、故障信号がなくなったときに第１遮断信号の出力解除を行ったことに関する情報を含む。
【００８７】
ＰＭ−ＥＣＵ５６に含まれるＰＭ−ＣＰＵ５８は、指令生成部１０４を備える。指令生成部１０４は、内部バス１０２を介して受け取った第１遮断信号に関する情報に基いて、ＭＧ−ＥＣＵ５４に対する指令信号を生成する機能を有する。指令信号は、ＰＭ−ＥＣＵ５６とＭＧ−ＥＣＵ５４を接続する内部バス１０６によってＭＧ−ＥＣＵ５４に伝送される。内部バス１０６は、指令信号の送信手段に相当するが、すでにＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０とＰＭ−ＥＣＵ５６に設けられているので、あらたに送信手段が必要となるわけではない。
【００８８】
ＰＭ−ＥＣＵ５６は、車両に搭載される燃料電池システム１６の動作の全体を制御する機能を有するので、走行状態等の車両の状態に応じて、燃料電池３０の稼動、ＦＣＤＣ電圧変換器２８の作動、ＢＡＴ電圧変換器２４の動作、回転電機４０，４２の稼動等を制御する。したがって、ＭＧ−ＥＣＵ５４に対する指令信号には、回転電機４０，４２の稼動に関する指令が含まれる。
【００８９】
例えば、ＦＣ電圧変換器２８の故障で一旦回転電機４０，４２の稼動停止を行った後、ＦＣ電圧変換器２８の故障が回復しても、車両の状況によっては直ちに回転電機４０，４２を駆動する必要がない場合等がある。あるいは、回転電機４０，４２を再駆動する前に、ＰＭ−ＥＣＵ５６が処理しなければならない手順等がある場合がある。ＰＭ−ＥＣＵ５６は、ＭＧ−ＥＣＵ５４に対する指令信号を用いることで、ＭＧ−ＥＣＵ５４の動作を適切に制御し、回転電機４０，４２の駆動復帰を燃料電池システム１６の全体から見て適切なものとすることができる。
【００９０】
図５は、ＰＭ−ＥＣＵ５６が、ＦＣ電圧変換器２８に関する情報を内部バス経由ではなく、第２遮断信号から直接取得する構成の燃料電池システム１７の様子を説明する図である。ここでは、同時遮断信号線７４が接続されるＯＲ回路の出力が伝送される制御信号線８２が、直接的に、ＰＭ−ＥＣＵ５６における統合制御信号線７６を出力とするＯＲ回路１００に接続されると共に、入力バッファ回路１０８に接続される。
【００９１】
入力バッファ回路１０８は、同時遮断信号線７４によって伝送される第２遮断信号を受け取る入力端子と、指令生成部１０４に接続される出力端子を有し、ＦＣ電圧変換器２８に関する情報の受信手段である。図４の内部バス１０２との違いは、内部バス１０２は既にＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０とＰＭ−ＥＣＵ５６との間に設けられているものを利用できるが、新たに入力バッファ回路１０８を設ける必要があることである。しかし、入力バッファ回路１０８がハードウェア的構成であるので、内部バス１０２経由よりも第２遮断信号を迅速に指令生成部１０４に伝達することができる。伝達される内容は、第２遮断信号であるので、指令生成部１０４は、第２遮断信号の状態を判断して、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５９が第１遮断信号を出力しているのか、第１遮断信号の出力解除をしたのかを判断する必要がある。
【００９２】
指令生成部１０４は、図４で説明したのと同様に、受け取ったＦＣ電圧変換器２８に関する情報に基いて、ＭＧ−ＥＣＵ５４に対する指令信号を生成する機能を有する。図４と同様に、指令信号は、ＰＭ−ＥＣＵ５６とＭＧ−ＥＣＵ５４を接続する内部バス１０６によってＭＧ−ＥＣＵ５４に伝送される。
【００９３】
図４、図５においては、指令生成部１０４は内部バス１０６を介してＭＧ−ＥＣＵ５４に指令を送信する。図６に示す燃料電池システム１８は、これに加え、指令生成部１０４がＯＲ回路１００に入力される第２遮断信号のＭＧ−ＥＣＵ５４への伝送を停止させる機能を有する。この機能は、ＰＭ−ＥＣＵ５６の判断で行われる。例えば、ＦＣ電圧変換器２８の故障が継続中であるが、蓄電装置２０によって回転電機４０，４２を駆動できると判断できるときなどである。このようにすることで、第１遮断信号が出力解除とならなくても、蓄電装置２０の状態等に基づいて、車両を走行させることができる。
【００９４】
具体的には、ＰＭ−ＥＣＵ５６が、蓄電装置２０の状態等を取得して、負荷の駆動を復帰させて可能と判断することに基づいて、指令生成部１０４は、復帰指令出力信号を出力する。出力された復帰指令出力信号は、制御信号線１１０を介してＡＮＤ回路１１２に入力される。
【００９５】
図６のＡＮＤ回路１１２は、復帰指令出力信号と、第２遮断信号とが入力される。ＡＮＤ回路１１２の出力は、ＯＲ回路１００の入力となる。この場合、復帰指令出力信号は、第２遮断信号を停止しないノーマル状態でＨレベルとされ、第２遮断信号を停止するときにＬレベルとされる。したがって、ノーマル状態では、ＡＮＤ回路１１２は第２遮断信号をそのままスルーさせてＯＲ回路１００に伝送する。このように、ＡＮＤ回路１１２は、ＭＧ−ＥＣＵ５４に伝送される第２遮断信号について、指令生成部１０４が生成した復帰指令出力信号を用いて、ＭＧ−ＥＣＵ５４への伝送を止める遮断信号停止回路としての機能を有する。
【００９６】
したがって、指令生成部１０４がＭＧ−ＥＣＵ５４に対して回転電機４０，４２の駆動に関する指令を内部バス１０６を介してＭＧ−ＥＣＵ５４に伝送するよりも迅速に、第２遮断信号のＭＧ−ＥＣＵ５４への伝送を止める。これによって、第２遮断信号があっても、回転電機４０，４２を駆動可能な状態にすることができ、ＭＧ−ＥＣＵ５４が指令生成部１０４から回転電機４０，４２の駆動に関する指令を受け取ると、ただちに、回転電機４０，４２を停止状態から駆動状態とすることができる。
【００９７】
図７は、上記の信号経路に関する断線の診断を可能とする燃料電池システム１９の構成を説明する図である。ここでは、図６の構成に加え、第２遮断信号の伝送を受け取るためにＭＧ−ＥＣＵ５４に設けられる接続部１１４の状態信号をＰＭ−ＣＰＵ５８に帰還する帰還信号線１２０が設けられる。断線の診断は、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０からこの接続部１１４に至る信号経路について行うことができる。なお、ＦＣＤＣ電圧変換器２８の動作が遮断されると、動力源を停止するため、この断線診断は、車両の通常走行中でなく、初期診断のとき等に実施される。
【００９８】
ＰＭ−ＣＰＵ５８の断線判断部１１８は、２つの信号経路の断線について判断する機能を有する。１つの信号経路は、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、入力バッファ回路１０８を通ってＰＭ−ＣＰＵ５８に至るものである。もう１つの信号経路は、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、ＡＮＤ回路１１２とＯＲ回路１００を通って接続部１１４に至る経路である。そのために、断線判断部１１８は、ＰＭ−ＥＣＵ５６とＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０との間に設けられる内部バス１１６を用いる。この内部バス１１６は、図４で説明した内部バス１０２と同様にＰＭ−ＥＣＵ５６とＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０との間に設けられるものであるが、断線診断のために用いられるので、図４の内部バス１０２と区別して符号を異ならせてある。
【００９９】
ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、入力バッファ回路１０８を通ってＰＭ−ＣＰＵ５８に至る信号経路の断線判断の手順は次のようにして行われる。最初に、断線判断部１１８は、内部バス１１６を用いて、ＦＣＤＣ−ＣＭＵ５０に応答用要求を付した断線テスト信号を送信する。断線テスト信号は、ＰＭ−ＣＰＵ５８で予め作成した信号である。例えば、Ｈレベルの信号、あるいは、所定のパルス幅を有するパルス信号を断線テスト信号として用いることができる。応答要求とは、この断線テスト信号を受信したならば、制御信号線８２を介して、その断線テスト信号をそのまま返信するように、との要求である。
【０１００】
したがって、内部バス１１６が正常に接続されているときは、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０はこの断線テスト信号を受信し、その応答要求に従い、制御信号線８２を介してその断線テスト信号をＰＭ−ＥＣＵ５６に送り返す。制御信号線８２が正常に接続されていれば、その返信された断線テスト信号は入力バッファ回路１０８に入力される。そして、入力バッファ回路１０８が正常であれば、入力バッファ回路１０８からその断線テスト信号が出力される。入力バッファ回路１０８とＰＭ−ＣＰＵ５８との間の接続が正常であれば、その断線テスト信号はＰＭ−ＣＰＵ５８の断線判断部１１８に伝送される。
【０１０１】
そこで、断線判断部１１８は、送信した断線テスト信号が、誤差の範囲で同じ内容として送り返されて来た場合に、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、入力バッファ回路１０８を通ってＰＭ−ＣＰＵ５８に至る信号経路に断線はない、と判断する。送信した断線テスト信号が送り返されて来ない場合は、上記信号経路のどこかに断線があると判断する。送り返されてもその内容が送信した断線テスト信号と異なる場合は、上記信号経路のどこかに不具合があると判断する。このようにして、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、入力バッファ回路１０８を通ってＰＭ−ＣＰＵ５８に至る信号経路の断線判断が行われる。
【０１０２】
ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、ＡＮＤ回路１１２とＯＲ回路１００を通って接続部１１４に至る信号経路の断線判断は以下の手順で行われる。最初に、断線判断部１１８は、内部バス１１６を用いて、ＦＣＤＣ−ＣＭＵ５０に応答用要求を付した断線テスト信号を送信する。この内容は、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、入力バッファ回路１０８を通ってＰＭ−ＣＰＵ５８に至る信号経路の断線判断の場合と同様である。したがって、内部バス１１６が正常に接続されているときは、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０はこの断線テスト信号を受信し、その応答要求に従い、制御信号線８２を介してその断線テスト信号をＰＭ−ＥＣＵ５６に送り返すことも同様である。
【０１０３】
送り返された断線テスト信号は、上記で説明したように入力バッファ回路１０８に入力される。その他に、制御信号線８２が正常にＡＮＤ回路１１２に接続されていれば、送り返された断線テスト信号がＡＮＤ回路１１２に入力される。そして、指令生成部１０４から制御信号線１１０を介して入力される復帰指令出力信号がＨレベルのときは、そのままＯＲ回路１００に断線テスト信号が伝送される。したがって、ＡＮＤ回路１１２とＯＲ回路１００が正常に接続されていれば、ＯＲ回路１００は、ＰＭ−ＣＰＵ５８からの信号に関わらず、断線テスト信号を出力する。ＯＲ回路１００が接続部１１４に正常に接続されていれば、断線テスト信号は接続部１１４に伝送される。
【０１０４】
帰還信号線１２０は、接続部１１４の状態をＰＭ−ＣＰＵ５８に戻す。したがって、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、ＡＮＤ回路１１２とＯＲ回路１００を通って接続部１１４に至る信号経路が正常であれば、送信された断線テスト信号が、ＰＭ−ＣＰＵ５８に戻される。
【０１０５】
そこで、断線判断部１１８は、送信した断線テスト信号が、誤差の範囲で同じ内容として送り返されて来た場合に、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、ＡＮＤ回路１１２とＯＲ回路１００を通って接続部１１４に至る信号経路に断線はない、と判断する。送信した断線テスト信号が送り返されて来ない場合は、上記信号経路のどこかに断線があると判断する。送り返されてもその内容が送信した断線テスト信号と異なる場合は、上記信号経路のどこかに不具合があると判断する。このようにして、ＦＣＤＣ−ＥＣＵ５０から制御信号線８２を経由し、ＡＮＤ回路１１２とＯＲ回路１００を通って接続部１１４に至る信号経路の断線判断が行われる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と負荷との間と、蓄電装置と負荷との間とに、それぞれ電圧変換器が設けられるシステムに利用できる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０，１２，１４，１６，１７，１８，１９  燃料電池システム、２０  蓄電装置、２２，２６  平滑コンデンサ、２４  ＢＡＴ電圧変換器、２８  ＦＣ電圧変換器、３０  燃料電池、３２  燃料ガス供給源、３４  酸化ガス供給源、３６，３８  インバータ、４０，４２  回転電機、５０  ＦＣＤＣ−ＥＣＵ、５２  ＦＣＤＣ−ＣＰＵ、５４  ＭＧ−ＥＣＵ、５６  ＰＭ−ＥＣＵ、５８  ＰＭ−ＣＰＵ、６０  異常割込検出・出力部、７０  検出信号線、７２，８０，８２，８４，１１０  制御信号線、７３  ＦＣ遮断信号線、７４  同時遮断信号線、７６  統合制御信号線、１００  ＯＲ回路、１０２，１０６，１１６  内部バス、１０４  指令生成部、１０８  入力バッファ回路、１１２  ＡＮＤ回路、１１４  接続部、１１８  断線判断部、１２０  帰還信号線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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