(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池とモータとの間に複数のダイオードが並列に接続された燃料電池車両において、
前記複数のダイオードのそれぞれの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度を超えた場合には、前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する故障判定部と、
当該故障判定部により前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定されたことに応じて、前記燃料電池の出力制限値を低減し、前記燃料電池の出力が当該出力制限値を超えた場合には、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置の出力を低減し、前記燃料電池の出力を制限するダイオード保護部と、を備え、
前記判定温度は、前記複数のダイオードのうち何れかのダイオードが当該判定温度を超えてから、前記燃料電池の出力低減応答時間が経過するまで、前記燃料電池から最大電流を出力した場合に、前記ダイオードの温度が所定の定格温度より低くなるように設定されることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
前記複数のダイオードは、３つ以上のダイオードで構成され、
前記故障判定部は、
前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが第１判定温度を超えた場合には、１つのダイオードが故障したと判定し、その後、前記燃料電池の出力を制限している間において、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが第２判定温度を超えた場合には、さらに１つのダイオードが故障したと判定し、
前記ダイオード保護部は、
前記故障判定部により１つのダイオードが故障したと判定されたことに応じて前記燃料電池の出力を制限し、その後、前記故障判定部によりさらに１つのダイオードが故障したと判定されたことに応じて前記燃料電池の出力をさらに制限することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項３】
前記第２判定温度は、前記第１判定温度より低く設定されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両。
【請求項４】
燃料電池とモータとの間に複数のダイオードが並列に接続された燃料電池車両において、
前記複数のダイオードを冷却するダイオード冷却装置と、
前記複数のダイオードのそれぞれの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度を超えた場合には、前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する故障判定部と、
前記故障判定部により前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定されたことに応じて、前記ダイオード冷却装置による前記複数のダイオードの冷却効率を向上するダイオード保護部と、を備えることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項５】
前記ダイオード保護部は、
前記複数のダイオードの冷却効率を向上してから、所定時間経過した後も前記複数のダイオードの温度が所定の判定温度より低くならない場合には、前記燃料電池の出力制限値を低減し、前記燃料電池の出力が当該出力制限値を超えると、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置の出力を低減し、前記燃料電池の出力を制限することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池車両。
【請求項６】
燃料電池とモータとの間に複数のダイオードが並列に接続された燃料電池車両において、
前記複数のダイオードは３つ以上のダイオードで構成され、
前記複数のダイオードのそれぞれの温度を検出する温度検出部と、
前記複数のダイオードを冷却するダイオード冷却装置をさらに備え、
前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度を超えた場合には、前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する故障判定部と、
当該故障判定部により前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定されたことに応じて、前記ダイオード冷却装置による冷却効率を向上するダイオード保護部と、を備え、
前記故障判定部は、
前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが第１判定温度を超えた場合には、１つのダイオードが故障したと判定し、その後、前記ダイオード冷却装置による冷却効率を向上している間において、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが前記第１判定温度よりも低い温度に設定された第２判定温度を超えた場合には、さらに１つのダイオードが故障したと判定し、
前記ダイオード保護部は、
前記故障判定部により１つのダイオードが故障したと判定されたことに応じて前記ダイオード冷却装置による冷却効率を向上し、その後、前記故障判定部によりさらに１つのダイオードが故障したと判定されたことに応じて前記ダイオード冷却装置による冷却効率をさらに向上することを特徴とする燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両に関する。詳しくは、燃料電池とモータとの間に複数のダイオードが並列に接続された燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、その動力源として燃料電池を搭載する燃料電池車両が注目されている。燃料電池車両は、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガスを燃料電池に供給する反応ガス供給装置と、燃料電池に接続され車両を駆動するモータと、を備える。
【０００３】
ところで、このような燃料電池車両では、燃料電池へ電流が逆流するのを防止するために、燃料電池の出力側にダイオードが接続されている（特許文献１参照）。しかしながら、ダイオードが故障すると、燃料電池からの電力をモータに供給できなくなるため、車両を停止せざるを得ない。
そこで、車両が停止する事態を避けるために、ダイオードによる接続を冗長化すること、すなわち、燃料電池とモータとの間に複数のダイオードを並列に接続することが提案されている。これにより、１つのダイオードが故障した場合であっても、燃料電池からの電力を供給し続けることができる。
【０００４】
一方、以上のようなダイオードに関連する技術として、例えば特許文献２には、ダイオードの発熱により作動するセンサでダイオードの故障を検出するダイオード故障検出回路が示されている。正常な状態にあるダイオードは、通電すると電力消費により発熱する。このダイオード故障検出回路では、ダイオードの発熱が無くなり、センサが作動しなくなったことに応じてダイオードの故障を検出する。
【特許文献１】特開昭６１−２２４８２８号公報
【特許文献２】特開平９−３２７１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように複数のダイオードを並列に接続した場合、１つのダイオードが故障すると残りのダイオードを流通する電流が急激に増加してしまう。このような状態で燃料電池の運転を継続すると、残りのダイオードの温度も上昇し、故障するおそれがある。そのため、これらダイオードには通電容量や耐熱性が高いダイオードを使用する必要があり、コストがかかってしまう。
【０００６】
そこで、特許文献２に示されたダイオード故障検出回路を用い、ダイオードの故障を検出した場合には、例えば、燃料電池の出力を制限することにより、残りのダイオードを保護することが考えられる。
しかしながら、故障したダイオードの温度が低下する速度よりも、残りのダイオードの温度が上昇する速度の方が速い。このため、このダイオード故障検出回路を用いた場合には、ダイオードが故障してから、このダイオードの発熱が無くなり故障が検出されるまでの間に、残りのダイオードの温度が急激に上昇し、燃料電池車両が停止に至ってしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、ダイオードが故障した場合であっても、車両が停止に至るのを防止できる燃料電池車両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】
【０００８】
本発明の燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両１）は、燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）とモータ（例えば、後述のモータ２０）との間に複数のダイオード（例えば、後述の第１ダイオード６１、第２ダイオード６２、及び第３ダイオード６３）が並列に接続された燃料電池車両において、前記複数のダイオードのそれぞれの温度を検出する温度検出部（例えば、後述のダイオード６１〜６３のサーミスタ）と、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度（例えば、後述の判定温度ＴＴＨ、第１判定温度ＴＴＨ１、及び第２判定温度ＴＴＨ２）を超えた場合には、前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する故障判定部（例えば、後述のＥＣＵ７０、及びその故障判定部７１）と、当該故障判定部により前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定されたことに応じて、前記燃料電池の出力制限値（例えば、後述の燃料電池１０の電流制限値ＩＦＣＬＩＭ）を低減し、前記燃料電池の出力が当該出力制限値を超えた場合には、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置の出力を低減し、前記燃料電池の出力を制限するダイオード保護部（例えば、後述のＥＣＵ７０、及びそのダイオード保護部７２）と、を備え、前記判定温度は、前記複数のダイオードのうち何れかのダイオードが当該判定温度を超えてから、前記燃料電池の出力低減応答時間が経過するまで、前記燃料電池から最大電流を出力した場合に、前記ダイオードの温度が所定の定格温度より低くなるように設定されることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、複数のダイオードのうち１つが故障すると、残りのダイオードに流れる電流が増加し温度が上昇する。その後、残りのダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度を超えた場合には、複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する。さらにこの判定に応じて、燃料電池の出力制限値を低減するとともに、燃料電池の出力がこの出力制限値を超えた場合には、反応ガス供給装置の出力を低減し、燃料電池の出力を制限する。これにより、残りのダイオードを流通する電流量を制限し、これらダイオードを保護できる。
また、上述のように、複数のダイオードのうち１つが故障した場合、残りのダイオードの温度が上昇する速度は、故障したダイオードの温度が低下する速度よりも速い。本発明では、残りの故障していないダイオードの温度が上昇し判定温度を超えたことに応じて故障を判定するので、ダイオードの発熱が無くなったことを検出することでダイオードの故障を検出する場合と比較して、より速やかにダイオードの故障を判定し、ダイオードを保護し、燃料電池車両が停止に至るのを防止できる。
また、複数のダイオードのうち何れかのダイオードが判定温度を超えてから、燃料電池の出力低減応答時間が経過するまで、燃料電池から最大電流を出力した場合に、これらダイオードの温度が所定の定格温度より低くなるように判定温度を設定した。ここで、出力低減応答時間とは、燃料電池の出力の制限に係る制御を開始してから、実際に燃料電池の出力が制限されるまでの時間を示し、最大電流とは、燃料電池から取り出すことができる最大の電流、すなわち出力制限値に対応する電流値を示す。以上のようにして判定温度を設定することにより、複数のダイオードのうち１つが故障した場合であっても、残りのダイオードの温度が定格温度に達する前に燃料電池の出力を制限できるため、残りのダイオードの過昇温を防止し、燃料電池車両が停止に至ることをより確実に防止できる。
また、以上のような燃料電池の出力を制限する制御は、燃料電池の出力が出力制限値を超えた場合にのみ実行する。すなわち、燃料電池の実際の出力が出力制限値を上回らない場合には、燃料電池の出力を制限する制御は実行しない。これにより、ダイオードの故障に伴い燃料電池の出力が不要に制限されるのを防止し、商品性を向上できる。
【００１０】
この場合、前記複数のダイオードは、３つ以上のダイオードで構成され、前記故障判定部は、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが第１判定温度（例えば、後述の第１判定温度ＴＴＨ１）を超えた場合には、１つのダイオードが故障したと判定し、その後、前記燃料電池の出力を制限している間において、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが第２判定温度（例えば、後述の第２判定温度ＴＴＨ２）を超えた場合には、さらに１つのダイオードが故障したと判定し、前記ダイオード保護部は、前記故障判定部により１つのダイオードが故障したと判定されたことに応じて前記燃料電池の出力を制限し、その後、前記故障判定部によりさらに１つのダイオードが故障したと判定されたことに応じて前記燃料電池の出力をさらに制限することが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、複数のダイオードのうち少なくとも１つが第１判定温度を超えると、１つのダイオードが故障したと判定し、この判定に応じて燃料電池の出力を制限する。この後、残りのダイオードのうち少なくとも１つが第２判定温度を超えると、さらに１つのダイオードが故障したと判定し、この判定に応じて燃料電池の出力をさらに制限する。すなわち、故障したダイオードの数に応じて燃料電池の出力を段階的に制限する。これにより、２つ以上のダイオードが故障した場合であっても、残りの故障していないダイオードの温度が定格温度を超えてしまい、燃料電池車両が停止に至るのを防止できる。
【００１２】
この場合、前記第２判定温度は、前記第１判定温度より低く設定されることが好ましい。
【００１３】
１つのダイオードが故障する毎に、燃料電池の出力を分散できるダイオードの数が１つ減る。このため、例えば、２つ目のダイオードが故障した際に残りのダイオードの温度が上昇する速度は、１つ目のダイオードが故障した際に残りのダイオードの温度が上昇する速度よりも速い。この発明によれば、第２判定温度を第１判定温度より低く設定することにより、複数のダイオードが順に故障した場合であっても、残りの故障していないダイオードの温度が定格温度を超えてしまい、燃料電池車両が停止に至るのをより確実に防止できる。
【００１４】
本発明の燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両１）は、燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）とモータ（例えば、後述のモータ２０）との間に複数のダイオード（例えば、後述の第１ダイオード６１、第２ダイオード６２、及び第３ダイオード６３）が並列に接続された燃料電池車両において、前記複数のダイオードを冷却するダイオード冷却装置（例えば、後述のダイオード冷却装置６４）と、前記複数のダイオードのそれぞれの温度を検出する温度検出部（例えば、後述のダイオード６１〜６３のサーミスタ）と、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度（例えば、後述の冷却判定温度ＴＴＨＣ）を超えた場合には、前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する故障判定部（例えば、後述のＥＣＵ７０、及びその故障判定部７１）と、前記故障判定部により前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定されたことに応じて、前記ダイオード冷却装置による前記複数のダイオードの冷却効率を向上するダイオード保護部（例えば、後述のＥＣＵ７０、及びそのダイオード保護部７２）と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、複数のダイオードのうち１つが故障すると、残りのダイオードに流れる電流が増加し、温度が上昇する。その後、残りのダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度を超えた場合には、複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する。さらにこの判定に応じて、ダイオード冷却装置によるダイオードの冷却効率を向上する。これにより、残りのダイオードの過昇温を防止し、ダイオードを保護できる。
また、本発明では、残りの故障していないダイオードの温度が上昇し判定温度を超えたことに応じて故障を判定するので、ダイオードの発熱が無くなったことを検出することでダイオードの故障を検出する場合と比較して、より速やかにダイオードの故障を判定し、ダイオードを保護し、燃料電池車両が停止に至るのを防止できる。
【００１６】
この場合、前記ダイオード保護部は、前記複数のダイオードの冷却効率を向上してから、所定時間（例えば、後述の冷却判定時間ｔＴＨＣ）経過した後も前記複数のダイオードの温度が所定の判定温度より低くならない場合には、前記燃料電池の出力制限値（例えば、後述の燃料電池１０の電流制限値ＩＦＣＬＩＭ）を低減し、前記燃料電池の出力が当該出力制限値を超えると、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置の出力を低減し、前記燃料電池の出力を制限することが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、ダイオードの冷却効率を向上してから、所定時間経過した後も複数のダイオードの温度が所定の判定温度より低くならない場合には、燃料電池の出力制限値を低減し、この燃料電池の出力が出力制限値を超えると、反応ガス供給装置の出力を低減し、燃料電池の出力を制限する。このように、ダイオード冷却装置によるダイオードの冷却と、燃料電池の出力の制限とを同時に行うことで、残りの故障していないダイオードの温度が定格温度を超えてしまい、燃料電池車両が停止に至るのをより確実に防止できる。また、ダイオードの冷却効率を向上してから、所定時間経過した後もダイオードの温度が判定温度よりも低くならない場合にのみ、燃料電池の出力を制限することで、燃料電池の出力を制限する頻度を最小限にとどめ、頻繁に燃料電池車両の性能が低下するのを防止できる。
【００１８】
この場合、燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）とモータ（例えば、後述のモータ２０）との間に複数のダイオード（例えば、後述の第１ダイオード６１、第２ダイオード６２、及び第３ダイオード６３）が並列に接続された燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両１）において、前記複数のダイオードは３つ以上のダイオードで構成され、前記複数のダイオードのそれぞれの温度を検出する温度検出部（例えば、後述のダイオード６１〜６３のサーミスタ）と、前記複数のダイオードを冷却するダイオード冷却装置（例えば、後述のダイオード冷却装置６４）をさらに備え、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度（例えば、後述の判定温度ＴＴＨ、第１判定温度ＴＴＨ１、及び第２判定温度ＴＴＨ２）を超えた場合には、前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する故障判定部（例えば、後述のＥＣＵ７０、及びその故障判定部７１）と、当該故障判定部により前記複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定されたことに応じて、前記ダイオード冷却装置による冷却効率を向上するダイオード保護部（例えば、後述のＥＣＵ７０、及びそのダイオード保護部７２）と、を備え、前記故障判定部は、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが第１判定温度（例えば、後述の第１判定温度ＴＴＨ１）を超えた場合には、１つのダイオードが故障したと判定し、その後、前記ダイオード冷却装置による冷却効率を向上している間において、前記温度検出部により検出された各ダイオードの温度のうち少なくとも１つが前記第１判定温度よりも低い温度に設定された第２判定温度（例えば、後述の第２判定温度ＴＴＨ２）を超えた場合には、さらに１つのダイオードが故障したと判定し、前記ダイオード保護部は、前記故障判定部により１つのダイオードが故障したと判定されたことに応じて前記ダイオード冷却装置による冷却効率を向上し、その後、前記故障判定部によりさらに１つのダイオードが故障したと判定されたことに応じて前記ダイオード冷却装置による冷却効率をさらに向上することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、複数のダイオードのうち少なくとも１つが第１判定温度を超えると、１つのダイオードが故障したと判定し、この判定に応じてダイオードの冷却効率を向上し、残りの故障していないダイオードの過昇温を防止する。この後、残りのダイオードのうち少なくとも１つが第２判定温度を超えると、さらに１つのダイオードが故障したと判定し、この判定に応じてダイオードの冷却効率をさらに向上する。すなわち、故障したダイオードの数に応じてダイオードの冷却効率を段階的に向上する。これにより、２つ以上のダイオードが故障した場合であっても、残りの故障していないダイオードの温度が定格温度を超えてしまい、燃料電池車両が停止に至るのを防止できる。
また、本発明では、残りの故障していないダイオードの温度が上昇し第１判定温度又は第２判定温度を超えたことに応じて故障を判定するので、ダイオードの発熱が無くなったことを検出することでダイオードの故障を検出する場合と比較して、より速やかにダイオードの故障を判定し、ダイオードを保護し、燃料電池車両が停止に至るのを防止できる。
また、この発明にでは、ダイオード冷却装置によるダイオードの冷却効率を向上することにより、残りの故障していないダイオードを保護する。すなわち、ダイオードが故障した場合であっても、燃料電池の出力を制限し、燃料電池車両の性能を低下させることなくダイオードを保護できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料電池車両によれば、複数のダイオードのうち１つが故障し、残りのダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の判定温度を超えた場合には、複数のダイオードのうち何れかが故障したと判定する。さらにこの判定に応じて、燃料電池の出力制限値を低減するとともに、燃料電池の出力がこの出力制限値を超えた場合には、反応ガス供給装置の出力を低減し燃料電池の出力を制限する。これにより、残りのダイオードを流通する電流量を制限し、これらダイオードを保護できる。
また、残りの故障していないダイオードの温度が上昇し判定温度を超えたことに応じて故障を判定するので、ダイオードの発熱が無くなったことを検出することでダイオードの故障を検出する場合と比較して、より速やかにダイオードの故障を判定し、ダイオードを保護し、燃料電池車両が停止に至るのを防止できる。
また、複数のダイオードのうち何れかのダイオードが判定温度を超えてから、燃料電池の出力低減応答時間が経過するまで、燃料電池から最大電流を出力した場合に、これらダイオードの温度が所定の定格温度より低くなるように、判定温度を設定することにより、複数のダイオードのうち１つが故障した場合であっても、残りのダイオードの温度が定格温度に達する前に燃料電池の出力を制限できるため、残りのダイオードの過昇温を防止し、燃料電池車両が停止に至ることをより確実に防止できる。
また、以上のような燃料電池の出力を制限する制御は、燃料電池の出力が出力制限値を超えた場合にのみ実行する。これにより、ダイオードの故障に伴い燃料電池の出力が不要に制限されるのを防止し、商品性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池車両１の構成を示す概略構成図である。
燃料電池車両１は、反応ガスを反応させて発電する燃料電池１０と、図示しない車輪を駆動するモータ２０と、燃料電池１０に反応ガスとしての水素ガス及びエアを供給する反応ガス供給装置３０と、電力を蓄電するバッテリ５０、これら燃料電池１０、モータ２０、反応ガス供給装置３０、及びバッテリ５０を制御する制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）７０と、を備える。
【００２２】
燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陽極）及びカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。この燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。
【００２３】
また、燃料電池１０には、燃料電池１０の出力電流ＩＦＣ及び出力電圧ＶＦＣを検出する図示しない電流計及び電圧計が接続されており、これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ７０に入力される。
【００２４】
反応ガス供給装置３０は、水素タンクを備え燃料電池１０に水素ガスを供給する水素供給装置３１と、エアポンプを備え燃料電池１０にエアを供給する空気供給装置３２と、を含んで構成される。
空気供給装置３２から燃料電池１０に供給されるエアの供給量、すなわちエアポンプの出力（回転数）は、ＥＣＵ７０から入力される制御信号に基づいて制御される。
【００２５】
燃料電池１０及びバッテリ５０は、ＰＤＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｄｒｉｖｅ  Ｕｎｉｔ）２２を介してモータ２０に接続されている。
ＰＤＵ２２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、モータ２０の駆動動作及び回生動作を制御する。例えばモータ２０の駆動時には、ＰＤＵ２２は、燃料電池１０及びバッテリ５０から出力される直流電力を三相交流電力に変換してモータ２０に供給し、このモータ２０に駆動トルクを発生させる。また、例えばモータ２０の回生時には、ＰＤＵ２２は、モータ２０から出力される三相交流電力を直流電力に変換して、バッテリ５０を充電する。また、モータ２０には、その回転数を検出する図示しないセンサが接続されており、このセンサの検出信号は、ＥＣＵ７０に入力される。
【００２６】
燃料電池１０は、ダイオードモジュール６０を介してＰＤＵ２２及びモータ２０に接続されている。ダイオードモジュール６０は、３つのダイオード、すなわち第１ダイオード６１、第２ダイオード６２、及び第３ダイオード６３を並列に接続して構成され、燃料電池１０に電流が逆流することで逆反応が発生し、劣化するのを防止する。なお、これらダイオード６１〜６３には、それぞれ、複数のダイオード素子を並列に接続して構成されたチップダイオードを用いる。また、本実施形態では３つのダイオードを用いるが、ダイオードの数は、これに限るものではない。
ダイオードモジュール６０には、ダイオード６１〜６３のそれぞれの温度を検出する温度検出部としてのサーミスタ（図示せず）が設けられている。これらサーミスタの検出信号は、サーミスタライン６１Ｌ，６２Ｌ，６３Ｌを介してＥＣＵ７０に入力される。
【００２７】
また、これらダイオード６１〜６３は、流通する電流、すなわち燃料電池１０の出力電流ＩＦＣに応じて発熱する。そこで、ダイオードモジュール６０には、ダイオード６１〜６３を冷却するダイオード冷却装置６４が接続される。
このダイオード冷却装置６４は、発熱したダイオード６１〜６３を熱交換により冷却するヒートシンク６５と、このヒートシンク６５に冷媒を圧送するウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）６６とを含んで構成される。ウォータポンプ６６の出力（回転数）、すなわち、各ダイオード６１〜６３の冷却効率は、ＥＣＵ７０から入力される制御信号に基づいて制御される。
【００２８】
バッテリ５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２を介して燃料電池１０及びＰＤＵ２２に接続されている。バッテリ５０には、バッテリ５０の出力電流、出力電圧、及び温度を検出する図示しないセンサが接続されており、これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ７０に入力される。また、このバッテリ５０の残容量は、これら電流、電圧、及び温度に基づいて、ＥＣＵ７０により算出される。
【００２９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、両方向性コンバータであり、バッテリ５０の電圧を昇圧してＰＤＵ２２に負荷電圧ＶＬＤを印加する昇圧制御と、燃料電池１０の出力電圧ＶＦＣ又はモータ２０の回生動作に係る負荷電圧ＶＬＤを降圧してバッテリ５０を充電する降圧制御とが可能となっている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５２は、ＥＣＵ７０から入力される目標電圧に基づいて負荷電圧ＶＬＤを制御する。燃料電池１０は、その出力電圧ＶＦＣが高くなるに従い出力電流ＩＦＣが小さくなる出力特性を有するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２で負荷電圧ＶＬＤを昇圧制御することにより、出力電流ＩＦＣを制限することができる。
【００３０】
ＥＣＵ７０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ７０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、水素供給装置３１、空気供給装置３２のエアポンプ、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２、及びウォータポンプ６６などに制御信号を出力する出力回路とを備える。
【００３１】
また、ＥＣＵ７０は、これら入力回路、ＣＰＵ、記憶回路、及び出力回路などのハードウェアの構成により機能する複数の制御ブロックを備える。具体的には、ＥＣＵ７０は、ダイオード６１〜６３の故障を判定する故障判定部７１と、ダイオード６１〜６３を保護する運転を行うダイオード保護部７２とを備える。
【００３２】
故障判定部７１は、ダイオードモジュール６０に設けられた各ダイオード６１〜６３のサーミスタにより検出された温度に基づいて、ダイオード６１〜６３の故障を判定する。
ダイオード保護部７２は、故障判定部７１によるダイオード６１〜６３の故障の判定に応じて、燃料電池１０から取り出される電流の最大値である電流制限値ＩＦＣＬＩＭを低減することで、ダイオード６１〜６３を保護する。より具体的には、このダイオード保護部７２は、電流制限値ＩＦＣＬＩＭを低減するとともに、燃料電池の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭを超えた場合には、反応ガス供給装置３０のエアポンプの出力（回転数）と、水素供給量を低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２で負荷電圧ＶＬＤを昇圧制御することにより、燃料電池１０から取り出される出力電流ＩＦＣを制限し、ダイオード６１〜６３を保護する。
【００３３】
＜第１実施例＞
図２及び図３を参照して、上記実施形態に係る燃料電池車両の第１実施例について説明する。
図２は、第１実施例に係るダイオード保護制御の手順を示すフローチャートである。なお、このダイオード保護制御は、ＥＣＵを主体として実行される。
【００３４】
イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオンにされると必要に応じて燃料電池による発電を実行し（ステップＳ１）、ステップＳ２では、サーミスタにより検出された３つのダイオードの温度のうち何れかが所定の判定温度ＴＴＨを超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、３つのダイオードのうち何れかが故障したと判定し（ステップＳ３）、ステップＳ４に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ１に戻り、燃料電池による発電を継続する。ステップＳ４では、燃料電池の出力を制限し、ステップＳ５に移る。より具体的には、このステップＳ４では、燃料電池の電流制限値をＩＦＣＬＩＭ０からＩＦＣＬＩＭ１に低減する。またここで、燃料電池の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭ１を超えた場合には、反応ガス供給装置のエアポンプの出力と、水素供給量を低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、ＩＦＣＬＩＭ１に制限する。ステップＳ５では、出力を制限した状態で燃料電池による発電を継続し、ステップＳ６に移る。
【００３５】
ステップＳ６では、サーミスタにより検出された残りの２つのダイオードの温度のうち何れかが判定温度ＴＴＨを超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、残りの２つのダイオードのうち何れかが故障したと判定し（ステップＳ７）、ステップＳ８に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ５に戻り、燃料電池による発電を継続する。ステップＳ８では、燃料電池の出力をさらに制限し、ステップＳ９に移る。より具体的には、このステップＳ８では、燃料電池の電流制限値をＩＦＣＬＩＭ１からＩＦＣＬＩＭ２に低減する。またここで、燃料電池の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭ２を超えた場合には、反応ガス供給装置のエアポンプの出力と、水素供給量をさらに低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、上述のＩＦＣＬＩＭ１のより小さいＩＦＣＬＩＭ２にさらに制限する。ステップＳ９では、出力を制限した状態で燃料電池による発電を継続する。
以上、３つのダイオードを備える場合におけるダイオード保護制御のフローチャートについて説明したが、４つ以上のダイオードを備える場合には、ステップＳ６〜Ｓ９と同様の手順を繰り返すことで、故障したダイオードの数に応じて段階的に燃料電池の出力を制限する。
【００３６】
次に、以上のようなダイオード保護制御について、制御例に基づいてより詳細に説明する。
図３は、第１実施例に係るダイオード保護制御の一例を示すタイムチャートである。このタイムチャートでは、第１ダイオードの温度、第２ダイオードの温度、第３ダイオードの温度、及び燃料電池の出力電流の時間変化を示す。
また、このタイムチャートは、時刻ｔ０において第１〜第３ダイオードは全て正常な状態にあり、その後時刻ｔ１において第３ダイオードがオープン故障し、さらに時刻ｔ４において第２ダイオードがオープン故障した場合の制御例を示す。また、以下の制御例において、燃料電池の出力電流ＩＦＣは、常にその制限値ＩＦＣＬＩＭを上回る値が要求された場合を示す。
【００３７】
時刻ｔ０からｔ１までの間において、燃料電池の出力電流ＩＦＣは電流制限値ＩＦＣＬＩＭ０に設定され、第１〜第３ダイオードには電流が流通し、各々の温度はＴＡ０，ＴＢ０，ＴＣ０にある。
時刻ｔ１において、第３ダイオードがオープン故障すると、第３ダイオードには通電しなくなるため、その温度はＴＣ０から徐々に低下し始める。また残りの第１、第２ダイオードには、第３ダイオードの通電が無くなった分、流通する電流量が増加するため、各々の温度は、ＴＡ０，ＴＢ０から急激に増加し始める。
【００３８】
時刻ｔ２において、第１ダイオード及び第２ダイオードの温度が所定の判定温度ＴＴＨを超えたことに応じて、第３ダイオードが故障したことが判定され（図２のステップＳ３）、電流制限値ＩＦＣＬＩＭ０をＩＦＣＬＩＭ１に低減する。また、この電流制限値の低減に伴い、エアポンプの出力と、水素供給量を低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣをＩＦＣＬＩＭ１に制限する制御を行う（図２のステップＳ４）。その後、時刻ｔ３において、燃料電池の出力電流ＩＦＣがＩＦＣＬＩＭ１に制限され（図２のステップＳ５）、第１、第２ダイオードを流通する電流量が低減し、これに伴い各ダイオードの温度もＴＡ１，ＴＢ１まで徐々に低下する。
一方、時刻ｔ２において、燃料電池の出力電流を制限する制御を行わなかった場合には、破線で示すように、第１、第２ダイオードの温度は各々の定格温度を超えてしまうおそれがある。
【００３９】
この時刻ｔ２からｔ３までの時間は、燃料電池の出力低減応答時間、すなわち、燃料電池の出力電流を制限する制御を開始してから、実際に制限されるまでのタイムラグである。またここで、上述の判定温度ＴＴＨは、この出力低減応答時間と、ダイオードの定格温度とを考慮して設定される。より具体的には、この判定温度ＴＴＨは、何れかのダイオードがこの判定温度ＴＴＨを超えてから、燃料電池の出力低減応答時間が経過するまで、燃料電池から最大電流を出力した場合に、このダイオードの温度が定格温度より低くなるように設定される。このようにして判定温度ＴＴＨを設定することにより、複数のダイオードのうち何れかが故障しても、残りのダイオードの温度が急激に上昇し、定格温度を上回ってしまうのを防止することができる。
【００４０】
時刻ｔ４において、第２ダイオードがオープン故障すると、第２ダイオードには通電しなくなるため、その温度はＴＢ１から徐々に低下し始める。また残りの第１ダイオードには、第２、第３ダイオードの通電が無くなった分、流通する電流量がさらに増加するため、その温度はＴＡ１から急激に増加し始める。
【００４１】
時刻ｔ５において、第１ダイオードの温度が判定温度ＴＴＨを超えたことに応じて、第２ダイオードが故障したことが判定され（図２のステップＳ７）、電流制限値ＩＦＣＬＩＭ１をＩＦＣＬＩＭ２にさらに低減する。また、この電流制限値の低減に伴い、エアポンプの出力と、水素供給量をさらに低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、ＩＦＣＬＩＭ１からさらにＩＦＣＬＩＭ２に制限する制御を行う（図２のステップＳ８）。その後、時刻ｔ６において、燃料電池の出力電流ＩＦＣがＩＦＣＬＩＭ２に制限され（図２のステップＳ９）、第１ダイオードを流通する電流量が低減し、これに伴い第１ダイオードの温度も徐々に低下する。
【００４２】
本実施例の燃料電池車両によれば、以下の効果を奏することができる。
ダイオード６１〜６３のうち１つが故障すると、残りのダイオードに流れる電流が増加し、温度が上昇する。その後、残りのダイオードの温度のうち少なくとも１つが判定温度ＴＴＨを超えた場合には、ダイオード６１〜６３のうち何れかが故障したと判定する。さらにこの判定に応じて、燃料電池１０の電流制限値ＩＦＣＬＩＭを低減するとともに、燃料電池１０の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭを超えた場合には、反応ガス供給装置３０のエアポンプの出力と、水素供給量を低減し、燃料電池１０の出力電流を制限する。これにより、残りのダイオードを流通する電流量を制限し、これらダイオードを保護できる。
また、本実施例では、残りの故障していないダイオードの温度が上昇し判定温度ＴＴＨを超えたことに応じて故障を判定するので、ダイオードの発熱が無くなったことを検出することでダイオードの故障を検出する場合と比較して、より速やかにダイオードの故障を判定し、ダイオードを保護し、車両が停止に至るのを防止できる。
また、ダイオード６１〜６３のうち何れかのダイオードが上述の判定温度ＴＴＨを超えてから、燃料電池１０の出力低減応答時間が経過するまで、燃料電池１０から最大電流を出力した場合に、これらダイオードの温度が所定の定格温度より低くなるように、判定温度ＴＴＨを設定した。以上のようにして判定温度ＴＴＨを設定することにより、複数のダイオードのうち１つが故障した場合であっても、残りのダイオードの温度が定格温度に達する前に燃料電池１０の出力を制限できるため、残りのダイオードの過昇温を防止し、燃料電池車両が停止に至ることをより確実に防止できる。
また、以上のような燃料電池１０の出力電流ＩＦＣを制限する制御は、燃料電池１０の出力電流ＩＦＣが電流制限値ＩＦＣＬＩＭを超えた場合にのみ実行する。これにより、ダイオード６１〜６３の故障に伴い燃料電池１０の出力が不要に制限されるのを防止し、商品性を向上できる。
【００４３】
＜第２実施例＞
図４及び図５を参照して、上記実施形態に係る燃料電池車両の第２実施例について説明する。
図４は、第２実施例に係るダイオード保護制御の手順を示すフローチャートである。なお、このダイオード保護制御は、ＥＣＵを主体として実行される。
【００４４】
イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオンにされると必要に応じて燃料電池による発電を実行し（ステップＳ１１）、ステップＳ１２では、サーミスタにより検出された３つのダイオードの温度のうち何れかが所定の第１判定温度ＴＴＨ１を超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、３つのダイオードのうち何れかが故障したと判定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ１１に戻り、燃料電池による発電を継続する。ステップＳ１４では、燃料電池の出力を制限し、ステップＳ１５に移る。より具体的には、このステップＳ１４では、燃料電池の電流制限値をＩＦＣＬＩＭ０からＩＦＣＬＩＭ１に低減する。またここで、燃料電池の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭ１を超えた場合には、反応ガス供給装置のエアポンプの出力と、水素供給量を低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、ＩＦＣＬＩＭ１に制限する。ステップＳ１５では、出力を制限した状態で燃料電池による発電を継続し、ステップＳ１６に移る。
【００４５】
ステップＳ１６では、サーミスタにより検出された残りの２つのダイオードの温度のうち何れかが、上述の第１判定温度ＴＴＨ１よりも低い温度に設定された第２判定温度ＴＴＨ２を超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、残りの２つのダイオードのうち何れかが故障したと判定し（ステップＳ１７）、ステップＳ１８に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ１５に戻り、燃料電池による発電を継続する。ステップＳ１８では、燃料電池の電流制限値をＩＦＣＬＩＭ１からＩＦＣＬＩＭ２に低減する。またここで、燃料電池の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭ２を超えた場合には、反応ガス供給装置のエアポンプの出力と、水素供給量をさらに低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、上述のＩＦＣＬＩＭ１のより小さいＩＦＣＬＩＭ２にさらに制限する。ステップＳ１９では、出力を制限した状態で燃料電池による発電を継続する。
以上、３つのダイオードを備える場合におけるダイオード保護制御のフローチャートについて説明したが、４つ以上のダイオードを備える場合には、ステップＳ１６〜Ｓ１９と同様の手順を繰り返すことで、故障したダイオードの数に応じて段階的に燃料電池の出力を制限する。また、この際、ダイオードの故障を判定する判定温度は、故障したダイオードの数が増加するに従い、低くなるように設定することが好ましい。
【００４６】
次に、以上のようなダイオード保護制御について、制御例に基づいてより詳細に説明する。
図５は、第２実施例に係るダイオード保護制御の一例を示すタイムチャートである。このタイムチャートでは、第１ダイオードの温度、第２ダイオードの温度、第３ダイオードの温度、及び燃料電池の出力の時間変化を示す。
また、このタイムチャートは、時刻ｔ１０において第１〜第３ダイオードは全て正常な状態にあり、その後時刻ｔ１１において第３ダイオードがオープン故障し、さらに時刻ｔ１４において第２ダイオードがオープン故障した場合の制御例を示す。また、以下の制御例において、燃料電池の出力電流ＩＦＣは、常にその制限値ＩＦＣＬＩＭを上回る値が要求された場合を示す。
【００４７】
時刻ｔ１０からｔ１１までの間において、燃料電池の出力電流ＩＦＣは電流制限値ＩＦＣＬＩＭ０に設定され、第１〜第３ダイオードには電流が流通し、各々の温度はＴＡ１０，ＴＢ１０，ＴＣ１０にある。
時刻ｔ１１において、第３ダイオードがオープン故障すると、第３ダイオードには通電しなくなるため、その温度はＴＣ１０から徐々に低下し始める。また残りの第１、第２ダイオードには、第３ダイオードの通電が無くなった分、流通する電流量が増加するため、各々の温度は、ＴＡ１０，ＴＢ１０から急激に増加し始める。
【００４８】
時刻ｔ１２において、第１ダイオード及び第２ダイオードの温度が所定の第１判定温度ＴＴＨ１を超えたことに応じて、第３ダイオードが故障したことが判定され（図４のステップＳ１３）、電流制限値ＩＦＣＬＩＭ０をＩＦＣＬＩＭ１に低減する。また、この電流制限値の低減に伴い、エアポンプの出力と、水素供給量を低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣをＩＦＣＬＩＭ１に制限する制御を行う（図４のステップＳ１４）。その後、時刻ｔ１３において、燃料電池の出力電流ＩＦＣがＩＦＣＬＩＭ１に制限され（図４のステップＳ１５）、第１、第２ダイオードを流通する電流量が低減し、これに伴い各ダイオードの温度もＴＡ１１，ＴＢ１１まで徐々に低下する。
一方、時刻ｔ１２において、燃料電池の出力電流を制限する制御を行わなかった場合には、破線で示すように、第１、第２ダイオードの温度は各々の定格温度を超えてしまうおそれがある。
【００４９】
ここで、第１判定温度ＴＴＨ１は、何れかのダイオードがこの判定温度ＴＴＨ１を超えてから、燃料電池の出力低減応答時間が経過するまで、燃料電池から最大電流を出力した場合に、このダイオードの温度が定格温度より低くなるように設定される。
【００５０】
時刻ｔ１４において、第２ダイオードがオープン故障すると、第２ダイオードには通電しなくなるため、その温度はＴＢ１１から徐々に低下し始める。また残りの第１ダイオードには、第２、第３ダイオードの通電が無くなった分、流通する電流量がさらに増加するため、その温度はＴＡ１１から急激に増加し始める。
【００５１】
時刻ｔ１５において、第１ダイオードの温度が所定の第２判定温度ＴＴＨ２を超えたことに応じて、第２ダイオードが故障したことが判定され（図４のステップＳ１７）、電流制限値ＩＦＣＬＩＭ１をＩＦＣＬＩＭ２にさらに低減する。また、この電流制限値の低減に伴い、エアポンプの出力と、水素供給量をさらに低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、ＩＦＣＬＩＭ１からさらにＩＦＣＬＩＭ２に制限する制御を行う（図４のステップＳ１８）。その後、時刻ｔ１６において、燃料電池の出力電流ＩＦＣがＩＦＣＬＩＭ２に制限され（図４のステップＳ１９）、第１ダイオードを流通する電流量が低減し、これに伴い第１ダイオードの温度も徐々に低下する。
【００５２】
ここで、図５に示すように、時刻ｔ１４において第２ダイオードが故障した際に第１ダイオードの温度が上昇する速度は、時刻ｔ１１において第３ダイオードが故障した際に第１ダイオードの温度が上昇する速度より大きい。これは、１つのダイオードが故障する毎に、出力電流を分散できるダイオードの数が１つ減るためである。そこで、本実施例では、第２判定温度ＴＴＨ２は、第１判定温度ＴＴＨ１よりも低い温度に設定する。
【００５３】
本実施例の燃料電池車両によれば、上述の第１実施例と同様の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
ダイオード６１〜６３のうち少なくとも１つが第１判定温度ＴＴＨ１を超えると、１つのダイオードが故障したと判定し、この判定に応じて燃料電池１０の出力を制限する。この後、残りのダイオードのうち少なくとも１つが第２判定温度ＴＴＨ２を超えると、さらに１つのダイオードが故障したと判定し、この判定に応じて燃料電池１０の出力をさらに制限する。すなわち、故障したダイオードの数に応じて燃料電池１０の出力を段階的に制限する。これにより、２つ以上のダイオードが故障した場合であっても、残りの故障していないダイオードの温度が定格温度を超えてしまい、燃料電池車両が停止に至るのを防止できる。
【００５４】
また、第２判定温度ＴＴＨ２を第１判定温度ＴＴＨ１より低く設定することにより、複数のダイオードが順に故障した場合であっても、残りの故障していないダイオードの温度が定格温度を超えてしまい、燃料電池車両が停止に至るのをより確実に防止できる。
【００５５】
＜第３実施例＞
図６及び図７を参照して、上記実施形態に係る燃料電池車両の第３実施例について説明する。
図６は、第３実施例に係るダイオード保護制御の手順を示すフローチャートである。なお、このダイオード保護制御は、ＥＣＵを主体として実行される。
【００５６】
イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオンにされると必要に応じて燃料電池による発電を実行し（ステップＳ２１）、ステップＳ２２では、サーミスタにより検出された３つのダイオードの温度のうち何れかが所定の冷却判定温度ＴＴＨＣを超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、３つのダイオードのうち何れかが故障したと判定し（ステップＳ２３）、ステップＳ２４に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ２１に戻り、燃料電池による発電を継続する。ステップＳ２４では、ウォータポンプの出力を増加することでダイオード冷却装置によるダイオードの冷却効率を向上し、ステップＳ２５に移る。ステップＳ２５では、ウォータポンプの出力を増加した状態で燃料電池による発電を継続し、ステップＳ２６に移る。
【００５７】
ステップＳ２６では、ウォータポンプの出力を増加してから所定の冷却判定時間ｔＴＨＣ経過したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２７に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ２５に移り発電を継続する。ステップＳ２７では、サーミスタにより検出された残りの２つのダイオードの温度のうち何れかが判定温度ＴＴＨＣ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２８に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ２９に移る。
【００５８】
ステップＳ２８では、冷却効率を向上してから冷却判定時間ｔＴＷＲ経過した後も、残りのダイオードの温度が判定温度ＴＴＨＣより低くならなかったことに応じて、燃料電池の出力を制限し、ステップＳ２９に移る。より具体的には、このステップＳ２８では、燃料電池の電流制限値をＩＦＣＬＩＭ０からＩＦＣＬＩＭ１に低減する。またここで、燃料電池の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭ１を超えた場合には、反応ガス供給装置のエアポンプの出力と、水素供給量を低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、ＩＦＣＬＩＭ１に制限する。
【００５９】
ステップＳ２９では、サーミスタにより検出された残りの２つのダイオードの温度のうち何れかが冷却判定温度ＴＴＨＣを超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、残りの２つのダイオードのうち何れかが故障したと判定し（ステップＳ３０）、ステップＳ３１に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ２５に戻り、燃料電池による発電を継続する。ステップＳ３１では、燃料電池の出力をさらに制限し、ステップＳ３２に移る。より具体的には、このステップＳ３１では、燃料電池の電流制限値をＩＦＣＬＩＭ１からＩＦＣＬＩＭ２に低減する。またここで、燃料電池の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭ２を超えた場合には、反応ガス供給装置のエアポンプの出力と、水素供給量をさらに低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、上述のＩＦＣＬＩＭ１のより小さいＩＦＣＬＩＭ２にさらに制限する。ステップＳ３２では、出力を制限した状態で燃料電池による発電を継続する。
以上、３つのダイオードを備える場合におけるダイオード保護制御のフローチャートについて説明したが、４つ以上のダイオードを備える場合には、ステップＳ２９〜Ｓ３２と同様の手順を繰り返すことで、故障したダイオードの数に応じて段階的に燃料電池の出力を制限する。
【００６０】
次に、以上のようなダイオード保護制御について、制御例に基づいてより詳細に説明する。
図７は、第３実施例に係るダイオード保護制御の一例を示すタイムチャートである。このタイムチャートでは、第１ダイオードの温度、第２ダイオードの温度、第３ダイオードの温度、燃料電池の出力、及びウォータポンプの出力の時間変化を示す。
また、このタイムチャートは、時刻ｔ２０において第１〜第３ダイオードは全て正常な状態にあり、その後時刻ｔ２１において第３ダイオードがオープン故障し、さらに時刻ｔ２６において第２ダイオードがオープン故障した場合の制御例を示す。また、以下の制御例において、燃料電池の出力電流ＩＦＣは、常にその制限値ＩＦＣＬＩＭを上回る値が要求された場合を示す。
【００６１】
時刻ｔ２０からｔ２１までの間において、燃料電池の出力電流ＩＦＣは電流制限値ＩＦＣＬＩＭ０に設定され、ウォータポンプの回転数はＮ０に設定され、第１〜第３ダイオードには電流が流通し、各々の温度はＴＡ２０，ＴＢ２０，ＴＣ２０にある。
時刻ｔ２１において、第３ダイオードがオープン故障すると、第３ダイオードには通電しなくなるため、その温度はＴＣ２０から徐々に低下し始める。また残りの第１、第２ダイオードには、第３ダイオードの通電が無くなった分、流通する電流量が増加するため、各々の温度は、ＴＡ２０，ＴＢ２０から急激に増加し始める。
【００６２】
時刻ｔ２２において、第１ダイオードの温度が冷却判定温度ＴＴＨＣを超えたことに応じて、第３ダイオードが故障したことが判定され（図６のステップＳ２３）、ウォータポンプの出力をＮＨに増加する制御を開始する。この時刻ｔ２２から所定のタイムラグが経過した後、時刻ｔ２３において、ウォータポンプの出力がＮＨに増加し（図６のステップＳ２５）、第１、第２ダイオードの冷却効率が向上し、これに伴い各ダイオードの温度は、上昇から下降に転じる。
一方、時刻ｔ２２において、ウォータポンプの出力を増加する制御を行わなかった場合には、破線で示すように、第１、第２ダイオードの温度は各々の定格温度を超えてしまうおそれがある。
【００６３】
また、時刻ｔ２２でウォータポンプの出力を増加する制御を開始してから、冷却判定時間ｔＴＨＣ経過した時刻ｔ２４において、第１、第２ダイオードの温度が冷却判定温度ＴＴＨＣ以上であることに応じて、電流制限値ＩＦＣＬＩＭ０をＩＦＣＬＩＭ１に低減する。また、この電流制限値の低減に伴い、エアポンプの出力と、水素供給量を低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣをＩＦＣＬＩＭ１に制限する制御を行う（図６のステップＳ２８）。その後、時刻ｔ２５において、燃料電池の出力電流ＩＦＣがＩＦＣＬＩＭ１に制限され、第１、第２ダイオードを流通する電流量が低減し、これに伴い各ダイオードの温度もＴＡ２１，ＴＢ２１まで徐々に低下する。
【００６４】
時刻ｔ２６において、第２ダイオードがオープン故障すると、第２ダイオードには通電しなくなるため、その温度はＴＢ２１から徐々に低下し始める。また残りの第１ダイオードには、第２、第３ダイオードの通電が無くなった分、流通する電流量がさらに増加するため、その温度はＴＡ２１から急激に増加し始める。
【００６５】
時刻ｔ２７において、第１ダイオードの温度が冷却判定温度ＴＴＨＣを超えたことに応じて、第２ダイオードが故障したことが判定され（図６のステップＳ３０）、電流制限値ＩＦＣＬＩＭ１をＩＦＣＬＩＭ２にさらに低減する。また、この電流制限値の低減に伴い、エアポンプの出力と、水素供給量をさらに低減するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷電圧を昇圧制御することで、燃料電池の出力電流ＩＦＣを、ＩＦＣＬＩＭ１からさらにＩＦＣＬＩＭ２に制限する制御を行う（図６のステップＳ３１）。その後、時刻ｔ２８において、燃料電池の出力電流ＩＦＣがＩＦＣＬＩＭ２に制限され（図６のステップＳ３２）、第１ダイオードを流通する電流量が低減し、これに伴い第１ダイオードの温度も徐々に低下する。
【００６６】
本実施例の燃料電池車両によれば、以下の効果を奏することができる。
ダイオード６１〜６３のうち１つが故障すると、残りのダイオードに流れる電流が増加し、温度が上昇する。その後、残りのダイオードの温度のうち少なくとも１つが所定の冷却判定温度ＴＴＨＣを超えた場合には、ダイオード６１〜６３のうち何れかが故障したと判定する。さらにこの判定に応じて、ダイオード冷却装置６４によるダイオードの冷却効率を向上する。これにより、残りのダイオードの過昇温を防止し、ダイオードを保護できる。
また、第１実施例の燃料電池車両と同様に、残りの故障していないダイオードの温度が上昇し判定温度を超えたことに応じて故障を判定するので、ダイオードの発熱が無くなったことを検出することでダイオードの故障を検出する場合と比較して、より速やかにダイオードの故障を判定し、ダイオードを保護し、車両が停止に至るのを防止できる。
【００６７】
ダイオード６１〜６３の冷却効率を向上してから、所定の冷却判定時間ｔＴＨＣ経過した後も複数のダイオードの温度が所定の判定温度ＴＴＨＣより低くならない場合には、反応ガス供給装置３０の出力を低減し、燃料電池１０の出力を制限する。このように、ダイオード冷却装置３０によるダイオード６１〜６３の冷却と、燃料電池１０の出力の制限とを同時に行うことで、残りの故障していないダイオードの温度が定格温度を超えてしまい、燃料電池車両が停止に至るのをより確実に防止できる。また、ダイオード６１〜６３の冷却効率を向上してから、所定の冷却判定時間ｔＴＨＣ経過した後もダイオードの温度が冷却判定温度ＴＴＨＣよりも低くならない場合にのみ、燃料電池１０の出力を制限することで、燃料電池１０の出力を制限する頻度を最小限にとどめ、頻繁に燃料電池車両の性能が低下するのを防止できる。
【００６８】
＜第４実施例＞
図８及び図９を参照して、上記実施形態に係る燃料電池車両の第４実施例について説明する。
図８は、第４実施例に係るダイオード保護制御の手順を示すフローチャートである。なお、このダイオード保護制御は、ＥＣＵを主体として実行される。
【００６９】
イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオンにされると必要に応じて燃料電池による発電を実行し（ステップＳ４１）、ステップＳ４２では、サーミスタにより検出された３つのダイオードの温度のうち何れかが所定の第１判定温度ＴＴＨ１を超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、３つのダイオードのうち何れかが故障したと判定し（ステップＳ４３）、ステップＳ４４に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ４１に戻り、燃料電池による発電を継続する。ステップＳ４４では、ウォータポンプの出力を増加し、ヒートシンクによるダイオードの冷却効率を向上し、ステップＳ４５に移る。ステップＳ４５では、ウォータポンプの出力を増加した状態で燃料電池による発電を継続し、ステップＳ４６に移る。
【００７０】
ステップＳ４６では、サーミスタにより検出された残りの２つのダイオードの温度のうち何れかが、上述の第１判定温度ＴＴＨ１よりも低い温度に設定された第２判定温度ＴＴＨ２を超えたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、残りの２つのダイオードのうち何れかが故障したと判定し（ステップＳ４７）、ステップＳ４８に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ４５に戻り、燃料電池による発電を継続する。ステップＳ４８では、ウォータポンプの出力をさらに増加し、ヒートシンクによるダイオードの冷却効率をさらに向上し、ステップＳ４９に移る。ステップＳ４９では、ウォータポンプの出力を増加した状態で燃料電池による発電を継続する。
以上、３つのダイオードを備える場合におけるダイオード保護制御のフローチャートについて説明したが、４つ以上のダイオードを備える場合には、ステップＳ４６〜Ｓ４９と同様の手順を繰り返すことで、故障したダイオードの数に応じて段階的に燃料電池の出力を制限する。また、この際、ダイオードの故障を判定する判定温度は、故障したダイオードの数が増加するに従い、低くなるように設定することが好ましい。
【００７１】
次に、以上のようなダイオード保護制御について、制御例に基づいてより詳細に説明する。
図９は、第４実施例に係るダイオード保護制御の一例を示すタイムチャートである。このタイムチャートでは、第１ダイオードの温度、第２ダイオードの温度、第３ダイオードの温度、及びウォータポンプの出力の時間変化を示す。
また、このタイムチャートは、時刻ｔ４０において第１〜第３ダイオードは全て正常な状態にあり、その後時刻ｔ４１において第３ダイオードがオープン故障し、さらに時刻ｔ４４において第２ダイオードがオープン故障した場合の制御例を示す。
【００７２】
時刻ｔ４０からｔ４１までの間において、ウォータポンプの回転数はＮ０に設定され、第１〜第３ダイオードには電流が流通し、各々の温度はＴＡ４０，ＴＢ４０，ＴＣ４０にある。
時刻ｔ４１において、第３ダイオードがオープン故障すると、第３ダイオードには通電しなくなるため、その温度はＴＣ４０から徐々に低下し始める。また残りの第１、第２ダイオードには、第３ダイオードの通電が無くなった分、流通する電流量が増加するため、各々の温度は、ＴＡ４０，ＴＢ４０から急激に増加し始める。
【００７３】
時刻ｔ４２において、第１ダイオード及び第２ダイオードの温度が所定の第１判定温度ＴＴＨ１を超えたことに応じて、第３ダイオードが故障したことが判定され（図８のステップＳ４３）、ウォータポンプの出力をＮＨ１に増加する制御を開始する（図８のステップＳ４４）。その後、時刻ｔ４３において、ウォータポンプの出力がＮＨ１に増加し（図８のステップＳ４５）、第１、第２ダイオードの冷却効率が向上し、これに伴い各ダイオードの温度もＴＡ４１，ＴＢ４１まで徐々に低下する。
一方、時刻ｔ４２において、ウォータポンプの出力を増加する制御を行わなかった場合には、破線で示すように、第１、第２ダイオードの温度は各々の定格温度を超えてしまうおそれがある。
【００７４】
この時刻ｔ４２からｔ４３までの時間は、ウォータポンプの出力増加応答時間、すなわち、ウォータポンプの出力を増加する制御を開始してから、実際に増加するまでのタイムラグである。またここで、上述の判定温度ＴＴＨ１は、この出力増加応答時間と、ダイオードの定格温度とを考慮して設定される。より具体的には、この判定温度ＴＴＨ１は、何れかのダイオードがこの判定温度ＴＴＨ１にある状態から、ウォータポンプの出力増加応答時間に亘り燃料電池から最大電流を出力した場合に、このダイオードの温度が定格温度より低くなるように設定される。このようにして判定温度ＴＴＨ１を設定することにより、複数のダイオードのうち何れかが故障しても、残りのダイオードの温度が急激に上昇し、定格温度を上回ってしまうのを防止することができる。
【００７５】
時刻ｔ４４において、第２ダイオードがオープン故障すると、この第２ダイオードには通電しなくなるため、その温度はＴＢ４１から徐々に低下し始める。また残りの第１ダイオードには、第２、第３ダイオードの通電が無くなった分、流通する電流量がさらに増加するため、各々の温度は、ＴＡ４１から急激に増加し始める。
【００７６】
時刻ｔ４５において、第１ダイオードの温度が所定の第２判定温度ＴＴＨ２を超えたことに応じて、第２ダイオードが故障したことが判定され（図８のステップＳ４７）、ウォータポンプの出力を、ＮＨ１よりも大きいＮＨ２に増加する制御を開始する（図８のステップＳ４８）。その後、時刻ｔ４６において、ウォータポンプの出力がＮＨ２に増加し（図８のステップＳ４９）、第１ダイオードの冷却効率がさらに向上し、これに伴い第１ダイオードの温度も徐々に低下する。
【００７７】
ここで、図９に示すように、時刻ｔ４４において第２ダイオードが故障した際に第１ダイオードの温度が上昇する速度は、時刻ｔ４１において第３ダイオードが故障した際に第１ダイオードの温度が上昇する速度より大きい。これは、１つのダイオードが故障する毎に、出力電流を分散できるダイオードの数が１つ減るためである。そこで、本実施例では、第２判定温度ＴＴＨ２は、第１判定温度ＴＴＨ１よりも低い温度に設定する。これにより、２つ目のダイオードが故障した際に、残りのダイオードの温度が急激に上昇し、定格温度を超えてしまうのを、より確実に防止できる。
【００７８】
本実施例の燃料電池車両によれば、以下の効果を奏することができる。
ダイオード６１〜６３のうち少なくとも１つが第１判定温度ＴＴＨ１を超えると、１つのダイオードが故障したと判定し、この判定に応じてダイオード６１〜６３の冷却効率を向上し、残りの故障していないダイオードの過昇温を防止する。この後、残りのダイオードのうち少なくとも１つが第２判定温度ＴＴＨ２を超えると、さらに１つのダイオードが故障したと判定し、この判定に応じてダイオードの冷却効率をさらに向上する。すなわち、故障したダイオードの数に応じてダイオードの冷却効率を段階的に向上する。これにより、２つ以上のダイオードが故障した場合であっても、残りの故障していないダイオードの温度が定格温度を超えてしまい、燃料電池車両が停止に至るのを防止できる。
また、本実施例では、残りの故障していないダイオードの温度が上昇し第１判定温度ＴＴＨ１又は第２判定温度ＴＴＨ２を超えたことに応じて故障を判定するので、ダイオードの発熱が無くなったことを検出することでダイオードの故障を検出する場合と比較して、より速やかにダイオードの故障を判定し、ダイオードを保護し、車両が停止に至るのを防止できる。
また、本実施例では、ダイオード冷却装置３０によるダイオード６１〜６３の冷却効率を向上することにより、残りの故障していないダイオードを保護する。すなわち、ダイオードが故障した場合であっても、燃料電池１０の出力を制限し、燃料電池車両の性能を低下させることなくダイオードを保護できる。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、３つのダイオード、すなわち第１ダイオード６１、第２ダイオード６２、及び第３ダイオード６３を設けたが、これに限らず、ダイオードの数は２つでもよい。
【００８０】
上記実施形態では、複数のダイオード６１〜６３のうち何れかが故障したと判定したことに応じて、燃料電池１０の電流制限値ＩＦＣＬＩＭを低減し、燃料電池１０の出力電流ＩＦＣがこの電流制限値ＩＦＣＬＩＭを超えた場合には、燃料電池１０の出力を低減したが、これに限らない。例えば、電流制限値ＩＦＣＬＩＭを低減することなく、出力電流ＩＦＣを制限してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池車両の構成を示す概略構成図である。
【図２】上記実施形態の第１実施例に係るダイオード保護制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】上記実施形態の第１実施例に係るダイオード保護制御の一例を示すタイムチャートである。
【図４】上記実施形態の第２実施例に係るダイオード保護制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】上記実施形態の第２実施例に係るダイオード保護制御の一例を示すタイムチャートである。
【図６】上記実施形態の第３実施例に係るダイオード保護制御の手順を示すフローチャートである。
【図７】上記実施形態の第３実施例に係るダイオード保護制御の一例を示すタイムチャートである。
【図８】上記実施形態の第４実施例に係るダイオード保護制御の手順を示すフローチャートである。
【図９】上記実施形態の第４実施例に係るダイオード保護制御の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１…燃料電池車両
１０…燃料電池
２０…モータ
３０…反応ガス供給装置
６１…第１ダイオード
６２…第２ダイオード
６３…第３ダイオード
６４…ダイオード冷却装置
７０…ＥＣＵ
７１…故障判定部
７２…ダイオード保護部
【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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【図８】
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【図９】
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