(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電を行う第１のバッテリと、
前記第１のバッテリの充放電を許容するオン状態と、前記第１のバッテリの充放電を禁止するオフ状態との間で切り換わる第１のリレーと、
前記第１のリレーのオン状態とオフ状態との間の切り替えを制御する第１の電子制御ユニットと、
充放電を行う第２のバッテリと、
前記第２のバッテリの充放電を許容するオン状態と、前記第２のバッテリの充放電を禁止するオフ状態との間で切り換わる第２のリレーと、
前記第１の電子制御ユニットからの指令に基づいて、前記第２のリレーのオン状態とオフ状態との間の切り替えを制御する第２の電子制御ユニットと、を備え、
前記第２のリレーをオン状態からオフ状態に切り替える指令が前記第１の電子制御ユニットから前記第２の電子制御ユニットに与えられたときに、前記第２の電子制御ユニットに異常が生じている場合、或いは前記第１の電子制御ユニットと前記第２の電子制御ユニットとの間の通信に異常が生じている場合に、前記第１の電子制御ユニットは、前記第２のリレーをオフ状態に切り替える、電力システム。
【請求項２】
充放電を行う第１のバッテリと、前記第１のバッテリの充放電を許容するオン状態と、前記第１のバッテリの充放電を禁止するオフ状態との間で切り換わる第１のリレーと、前記第１のリレーのオン状態とオフ状態との間の切り替えを制御する第１の電子制御ユニットと、充放電を行う第２のバッテリと、前記第２のバッテリの充放電を許容するオン状態と、前記第２のバッテリの充放電を禁止するオフ状態との間で切り換わる第２のリレーと、前記第１の電子制御ユニットからの指令に基づいて、前記第２のリレーのオン状態とオフ状態との間の切り替えを制御する第２の電子制御ユニットと、を準備する工程と、
前記第２のリレーをオン状態からオフ状態に切り替える指令が前記第１の電子制御ユニットから前記第２の電子制御ユニットに与えられたときに、前記第２の電子制御ユニットに異常が生じている場合、或いは前記第１の電子制御ユニットと前記第２の電子制御ユニットとの間の通信に異常が生じている場合に、前記第１の電子制御ユニットが前記第２のリレーをオフ状態に切り替える工程と、
を備える電力システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のバッテリを備える電力システム及びその制御方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化ガスを膜−電極接合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、車載電源システムとしての用途が期待されている。この種の車載電源システムとして、例えば、特開２０１５−５０８９６号公報には、２つの燃料電池システムから２つのモータージェネレータに電力を供給して力行走行するように構成された大型車両用の電力システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５０８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電力システムでは、一つの燃料電池システムにつき一つのバッテリを搭載して燃料電池システムが発電した電力を蓄電するように構成されていたが、大型車両の車載電源として用いられる場合、高出力化の要求に応えるために、バッテリの増設により、一つの燃料電池システムにつき複数のバッテリを搭載し、複数の電子制御ユニットを用いて複数のバッテリの充放電を管理する構成が考えられる。このような構成では、増設したバッテリの充放電を管理する電子制御ユニットに異常が生じた場合等を考慮して、増設したバッテリの充放電を安全に遮断できるようにフェールセーフ対策を講じるのが望ましい。
【０００５】
そこで、本発明は、このような安全性に配慮した電力システム及びその制御方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電力システムは、充放電を行う第１のバッテリと、第１のバッテリの充放電を許容するオン状態と、第１のバッテリの充放電を禁止するオフ状態との間で切り換わる第１のリレーと、第１のリレーのオン状態とオフ状態との間の切り替えを制御する第１の電子制御ユニットと、充放電を行う第２のバッテリと、第２のバッテリの充放電を許容するオン状態と、第２のバッテリの充放電を禁止するオフ状態との間で切り換わる第２のリレーと、第１の電子制御ユニットからの指令に基づいて、第２のリレーのオン状態とオフ状態との間の切り替えを制御する第２の電子制御ユニットと、を備えており、第２のリレーをオン状態からオフ状態に切り替える指令が第１の電子制御ユニットから第２の電子制御ユニットに与えられたときに、第２の電子制御ユニットに異常が生じている場合、或いは第１の電子制御ユニットと第２の電子制御ユニットとの間の通信に異常が生じている場合に、第１の電子制御ユニットは、第２のリレーをオフ状態に切り替える。
【発明の効果】
【０００７】
第２のリレーをオン状態からオフ状態に切り替える指令が第１の電子制御ユニットから第２の電子制御ユニットに与えられたときに、第２の電子制御ユニットに異常が生じている場合、或いは第１の電子制御ユニットと第２の電子制御ユニットとの間の通信に異常が生じている場合に、第１の電子制御ユニットが第２のリレーをオフ状態に切り替えることにより、電力システムの安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電子制御ユニットの電源供給回路の説明図である。
【図３】本実施形態に係るリレーの制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１乃至図３を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の要素を示すものとし、重複する説明は省略する。
図１は本実施形態に係る電源システム１０の構成を示すブロック図である。電源システム１０は、バス等の大型車両向けに設計された車載電源システムであり、二つの電力システム１００，２００を備える。電力システム１００，２００は、同一の構成を有しているため、説明の便宜上、電力システム１００を中心に説明し、電力システム２００の詳細な説明は省略する。電力システム１００は、水素タンク１０１から水素の供給を受けるとともに、エアコンプレッサ１１１から酸素の供給を受けて発電する燃料電池１０３を備える。燃料電池１０３は、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池１０３では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池１０３全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００１０】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００１１】
電力システム１００は、燃料電池１０３の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１０４と、燃料電池１０３が発電した電力又は後述するモータージェネレータ１２０が回生した電力を充電するバッテリ１１２，１１７と、燃料電池１０３又はバッテリ１１２，１１７から供給される直流電力を交流電力に変換してモータージェネレータ１２０及びエアコンプレッサ１１１を駆動する電力制御ユニット１０６とを備える。電力制御ユニット１０６は、直流電力を交流電力に変換してモータージェネレータ１２０を駆動するインバータ１０８と、直流電力を交流電力に変換してエアコンプレッサ１１１を駆動するインバータ１０９と、バッテリ１１２からの直流電圧を昇圧してインバータ１０８，１０９に供給するとともに、燃料電池１０３が発電した電力又はモータージェネレータ１２０が回生した電力を降圧してバッテリ１１２に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ１０７とを備えている。電力システム１００は、バッテリ１１７からの直流電圧を昇圧してインバータ１０８，１０９に供給するとともに、燃料電池１０３が発電した電力又はモータージェネレータ１２０が回生した電力を降圧してバッテリ１１７に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ１１６を有する電力制御ユニット１１５を更に備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７，１１６，及びインバータ１０８，１０９は、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４に並列に接続している。モータージェネレータ１２０は、燃料電池１０３又はバッテリ１１２，１１７からの電力を消費して力行走行するための駆動力を得る電動機として機能する他、回生制動により回収した電力をバッテリ１１２，１１７に充電する発電機として機能する。モータージェネレータ１２０の出力軸はギア３０１によって接続され、車軸３０２を介して車輪３０３を駆動する。
【００１２】
電力システム１００は、水素タンク１０１から燃料電池１０３への水素の供給を制御する電子制御ユニット１０２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の駆動を制御する電子制御ユニット１０５と、インバータ１０８，１０９及びＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を制御する電子制御ユニット１１０と、電力システム１００を全体的に制御する電子制御ユニット１１４とを備える。これらの電子制御ユニット１０２，１０５，１１０，１１４は、例えば、シリアルバス等の通信回線を介して相互に接続されている。電子制御ユニット１１４は、アクセル信号、ブレーキ信号、シフト信号、車速信号等の信号に基づいて、所望の運転状態（加速、減速、停止など）が得られるように、上述の電子制御ユニット１０２，１０５，１１０に制御指令を与える。電子制御ユニット１１４は、更に、バッテリ１１２に接続されたリレー１１３の開閉制御をも行うように構成されている。リレー１１３は、バッテリ１１２の充放電を許容するオン状態と、バッテリ１１２の充放電を禁止するオフ状態との間で切り換わる。電子制御ユニット１１４は、例えば、電力システム１００の起動又は発電停止などを契機として、リレー１１３のオン状態とオフ状態との間の切り替えを制御する。電力システム１００は、バッテリ１１７に接続されたリレー１１８の開閉制御を行う電子制御ユニット１１９を更に備える。リレー１１８は、バッテリ１１７の充放電を許容するオン状態と、バッテリ１１７の充放電を禁止するオフ状態との間で切り換わる。電子制御ユニット１１９は、安全性の観点から自律的にリレー１１８を開閉するようには構成されておらず、電子制御ユニット１１４からの指令に基づいて、リレー１１８のオン状態とオフ状態との間の切り替えを制御する。リレー１１３，１１８は、「システムメインリレー」と呼ばれることもある。
【００１３】
なお、電子制御ユニット１０２，１０５，１１０，１１４，１１９は、ＣＰＵ、メモリ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムである。特に、電子制御ユニット１１４は、「ＰＭ−ＥＣＵ」と呼ばれ、電子制御ユニット１１９は、「ＧＷ−ＥＣＵ」と呼ばれることがある。また、バッテリ１１２，１１７は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ１１２，１１７としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。
【００１４】
図２は、電子制御ユニット１１４，１１９の電源供給回路の説明図である。電子制御ユニット１１４，１１９は、それぞれ、電源リレー１３２，１３３を介して電源１３０に接続している。電源リレー１３２は、電子制御ユニット１１４からの指令に応答して、電源１３０から電子制御ユニット１１４への電源供給を許容するオン状態と、電源１３０から電子制御ユニット１１４への電源供給を禁止するオフ状態との間で切り換わる。電源リレー１３３は、電子制御ユニット１１４からの指令に応答して、電源１３０から電子制御ユニット１１９への電源供給を許容するオン状態と、電源１３０から電子制御ユニット１１９への電源供給を禁止するオフ状態との間で切り換わる。
【００１５】
図３は、リレー１１８の制御方法を示すフローチャートである。電子制御ユニット１１４から電子制御ユニット１１９へリレー１１８をオン状態からオフ状態に切り替える指令が与えられる（ステップ３１）。電子制御ユニット１１９が正常であり、且つ電子制御ユニット１１４と電子制御ユニット１１９との間の通信も正常である場合には（ステップ３２；ＮＯ）、電子制御ユニット１１９は、電子制御ユニット１１４からの指令に基づいて、リレー１１８をオン状態からオフ状態に切り替える（ステップ３５）。一方、電子制御ユニット１１９に異常が生じているか又は電子制御ユニット１１４と電子制御ユニット１１９との間の通信に異常が生じている場合には（ステップ３２；ＹＥＳ）、電子制御ユニット１１４は、電源リレー１３３をオン状態からオフ状態に切り替えることにより（ステップ３３）、電子制御ユニット１１９への電源供給を強制的に停止する。これにより、電子制御ユニット１１９からは、リレー１１８がオン状態になるように指令する制御信号がリレー１１８に供給されなくなるため、リレー１１８は、オン状態からオフ状態へ強制的に切り替わる（ステップ３４）。このように、電子制御ユニット１１９に異常が生じているか又は電子制御ユニット１１４と電子制御ユニット１１９との間の通信に異常が生じている場合に、電子制御ユニット１１４が、電子制御ユニット１１９を介さずに、リレー１１８を強制的にオフ状態に切り替えることにより、電力システム１００の安全性を高めることができる。
【００１６】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００１７】
１０…電源システム
１００，２００…電力システム
１０１，２０１…水素タンク
１０３，２０３…燃料電池
１０４，１０７，１１６，２０４，２０７，２１６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０８，１０９，２０８，２０９…インバータ
１１１，２１１…エアコンプレッサ
１２０，２２０…モータージェネレータ
１０２，１０５，１１０，１１４，１１９，１０２，２０５，２１０，２１４，２１９…電子制御ユニット
１１２，１１７，２１２，２１７…バッテリ
１１３，１１８，２１３，２１８…リレー
１３０…電源
１３１，１３２，１３３…電源リレー
３０１…ギア
３０２…車軸
３０３…車輪
【図１】
0006341432.tif 000002
【図２】
0006341432.tif 000003
【図３】
0006341432.tif 000004