電動車輛的燃料電池系統及其控制方法
【專利摘要】抑制制造成本并將在燃料電池組產生的電力迅速放電。燃料電池系統(1)具有：利用電化學反應產生電力并將產生的電力向車輛驅動用電動馬達供給的燃料電池組(10)；放電電路(80)；放電控制電路(90)。放電電路(80)能通過由多個開關元件切換多個電阻元件間的連接關系而形成從燃料電池組(10)將電力放電的多個放電路徑。放電控制電路(90)在被指示將來自燃料電池組(10)的電力放電時，在放電電路(80)形成第1放電路徑，開始基于第1放電路徑的放電，在與燃料電池組(10)的輸出電壓對應的檢測電壓低于規定的閾值電壓時，在放電電路(80)形成電阻值比第1放電路徑的電阻值小的第2放電路徑，將基于第1放電路徑的放電切換為基于第2放電路徑的放電。
【專利說明】
電動車輛的燃料電池系統及其控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及電動車輛的燃料電池系統裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]公知有如下的電動車輛的燃料電池系統，具備:燃料電池組，該燃料電池組通過燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學反應產生電力、并且將所產生的電力向車輛驅動用電動馬達供給;開關元件;經由開關元件與燃料電池組電連接的電阻元件;放電控制電路；以及碰撞檢測器(參照專利文獻I)。在專利文獻I所記載的電動車輛的燃料電池系統中，當碰撞檢測器檢測到車輛碰撞時，放電控制電路使開關元件接通，將燃料電池組與電阻元件電連接，從而將由燃料電池組產生的電力放電。在專利文獻I所記載的電動車輛的燃料電池系統中，為了避免在車輛碰撞時作業者觸電，在由碰撞檢測器檢測到車輛碰撞時，將由燃料電池組產生的電力放電。
[0003]專利文獻I:日本特開號公報
[0004]當在車輛碰撞時將由燃料電池組產生的電力放電時，通過減小電阻元件的電阻值，能夠將燃料電池組迅速放電。然而，如果減小電阻元件的電阻值，則流過電阻元件的放電電流變大，電阻元件異常發熱，擔心電阻元件破損而變得無法進行燃料電池組的放電。雖然通過增大電阻元件的體積、以及在電阻元件安裝散熱板等做法能夠防止電阻元件的異常發熱，但存在因電阻元件的大小增大等而致使制造成本上升的問題。另外，雖然通過增大電阻元件的電阻值能夠避免電阻元件的異常發熱，但如果增大電阻元件的電阻值，則存在燃料電池組的放電時間變長的問題。

【發明內容】

[0005]根據本發明的一個觀點，提供一種電動車輛的燃料電池系統，其特征在于，上述電動車輛的燃料電池系統具有:燃料電池組，上述燃料電池組利用燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學反應產生電力，并且將所產生的電力向車輛驅動用電動馬達供給;放電電路，上述放電電路具有多個電阻元件和切換多個電阻元件之間的連接關系的多個開關元件，能夠通過多個開關元件切換多個電阻元件之間的連接關系而形成將在燃料電池組產生的電力放電的多個放電路徑；以及放電控制電路，上述放電控制電路對多個開關元件的通斷進行控制，放電控制電路具有:放電開始部，上述放電開始部在被輸入了指示在燃料電池組產生的電力的放電的放電指示信號時，在放電電路形成第I放電路徑，從而開始利用第I放電路徑進行的放電;檢測部，上述檢測部檢測與燃料電池組的輸出電壓對應的檢測電壓；以及路徑切換部，在利用第I放電路徑進行的放電的過程中，當電壓檢測部檢測到的檢測電壓低于規定的閾值電壓時，上述路徑切換部在放電電路形成電阻值比第I放電路徑的電阻值小的第2放電路徑，將利用第I放電路徑進行的放電切換為利用第2放電路徑進行的放電。
[0006]根據本發明的其他觀點，提供一種控制方法，是電動車輛的燃料電池系統的控制方法，上述電動車輛的燃料電池系統具有:燃料電池組，上述燃料電池組利用燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學反應產生電力，并且將所產生的電力向車輛驅動用電動馬達供給；放電電路，上述放電電路具有多個電阻元件和切換多個電阻元件之間的連接關系的多個開關元件，能夠通過多個開關元件切換多個電阻元件之間的連接關系來形成將在燃料電池組產生的電力放電的多個放電路徑；以及放電控制電路，上述放電控制電路對多個開關元件的通斷進行控制，上述控制方法的特征在于，包括:當被輸入了指示在燃料電池組產生的電力的放電的放電指示信號時，利用放電控制電路在放電電路形成第I放電路徑，開始利用第I放電路徑進行的放電，利用放電控制電路檢測與燃料電池組的輸出電壓對應的檢測電壓，當所檢測到的檢測電壓低于規定的閾值電壓時，利用放電控制電路在放電電路形成電阻值比第I放電路徑的電阻值小的第2放電路徑，將利用上述第I放電路徑進行的上述放電切換為利用上述第2放電路徑進行的上述放電。
[0007]能夠提供一種抑制制造成本且防止放電時的電阻元件的異常發熱，并且能夠將在燃料電池組產生的電力迅速放電的燃料電池系統。
【附圖說明】
[0008]圖1為電動車輛的燃料電池系統的整體圖。
[0009]圖2為示出圖1所示的電動車輛的燃料電池系統的執行車輛碰撞的檢測的處理流程的流程圖。
[0010]圖3為示出圖1所示的電動車輛的燃料電池系統的執行碰撞時控制的處理流程的流程圖。
[0011]圖4為示出圖1所示的電動車輛的燃料電池系統的放電電路以及放電控制電路的詳細電路框圖。
[0012]圖5A為示出向圖4所示的放電電路的放電控制電路輸入碰撞信號前的連接狀態的電路框圖。
[0013]圖5B為示出向圖4所示的放電電路的放電控制電路輸入碰撞信號后的第I連接狀態的圖的電路框圖。
[0014]圖5C為示出向圖4所示的放電電路的放電控制電路輸入碰撞信號后的第2連接狀態的圖的電路框圖。
[0015]圖6為示出圖1所示的電動車輛的燃料電池系統的執行放電控制的處理流程的流程圖。
[0016]圖7為示出圖6所示的放電處理中的燃料電池組的輸出電壓的經時變化的圖。
[0017]圖8為燃料電池系統的第I變形例的放電電路以及放電控制電路的詳細電路框圖。
[0018]圖9為示出在圖8所示的變形例中執行放電控制的處理流程的流程圖。
[0019]圖1O為燃料電池系統的第2變形例的放電電路以及放電控制電路的詳細電路框圖。
[0020]圖11為燃料電池系統的第3變形例的放電電路以及放電控制電路的詳細電路框圖。
[0021]圖12為示出在圖11所示的變形例中執行放電控制的處理流程的流程圖。
[0022]圖13為示出圖12所示的放電處理中的燃料電池組的輸出電壓的經時變化的圖。
【具體實施方式】
[0023]電動車輛的燃料電池系統具有放電電路與放電控制電路。放電電路具有多個電阻元件和切換多個電阻元件之間的連接的多個開關元件，多個開關元件切換多個電阻元件之間的連接，由此形成將在燃料電池組產生的電力放電的多個放電路徑。放電控制電路具有電壓檢測部、放電開始部和路徑切換部，對多個開關元件進行控制。電壓檢測部檢測與燃料電池組的輸出電壓相關的檢測電壓，放電開始部當取得指示進行在燃料電池組充電的電荷的放電的放電指示時，在放電電路形成第I放電路徑，開始利用第I放電路徑進行的放電。放電控制電路在電壓檢測部檢測到的檢測電壓低于規定的閾值電壓時，在放電電路形成電阻值比第I放電路徑的電阻值小的第2放電路徑，將利用第I放電路徑進行的放電切換為利用第2放電路徑進行的放電。由此，在電動車輛的燃料電池系統中，能夠抑制制造成本并防止放電時的電阻元件的異常發熱，并且能夠迅速地將在燃料電池組產生的電力放電。
[0024]圖1為實施例所涉及的電動車輛的燃料電池系統的整體圖。
[0025]搭載于電動車輛的燃料電池系統I具備燃料電池組10。燃料電池組10具備沿層疊方向相互層疊的多個燃料電池單電池。在一例中，燃料電池單電池的數量為350?400個。各燃料電池單電池包括膜電極接合體20 ο膜電極接合體20具備:膜狀的電解質、形成在電解質的一側的陽極、以及形成在電解質的另一側的陰極。另外，在各燃料電池單電池內，分別形成有用于向陽極供給燃料氣體的燃料氣體流通路、向陰極供給氧化劑氣體的氧化劑氣體流通路、以及用于向燃料電池單電池供給冷卻水的冷卻水流通路。通過將多個燃料電池單電池的燃料氣體流通路、氧化劑氣體流通路以及冷卻水流通路分別以串聯連接，在燃料電池組10分別形成有燃料氣體通路30、氧化劑氣體通路40以及冷卻水通路50 ο在圖1所示的實施例中，在燃料電池組1內，燃料氣體通路30的容積與氧化劑氣體通路40的容積彼此大致相等。此外，在電動車輛形成有乘員室(未圖示)、以及在乘員室的車輛長度方向外側形成的收容室(未圖示)，燃料電池系統I的要素的一部分或者全部被收容于收容室內。
[0026]在燃料氣體通路30的入口連結有燃料氣體供給路31，燃料氣體供給路31連結于儲藏燃料氣體的燃料氣體源32。在本發明所涉及的實施例中，燃料氣體由氫形成，燃料氣體源32由氫罐形成。在燃料氣體供給路31內配置有控制在燃料氣體供給路31內流動的燃料氣體的量的電磁式的燃料氣體控制閥33。另一方面，在燃料氣體通路30的出口連結有陽極廢氣通路34。如果燃料氣體控制閥33開閥，則燃料氣體源32內的燃料氣體經由燃料氣體供給路31被向燃料電池組1內的燃料氣體通路30內供給。此時，從燃料氣體通路30流出的氣體、SP陽極廢氣流入陽極廢氣通路34內。另外，在與燃料氣體通路30的入口鄰接的燃料氣體供給路31以及與燃料氣體通路30的出口鄰接的陽極廢氣通路34，分別配置有電磁式的燃料氣體封閉閥35a、35b。燃料氣體封閉閥35a、35b平時開閥。
[0027]另外，在氧化劑氣體通路40的入口連結有氧化劑氣體供給路41，氧化劑氣體供給路41連結于氧化劑氣體源42。在本發明所涉及的實施例中，氧化劑氣體由空氣形成，氧化劑氣體源42由大氣形成。在氧化劑氣體供給路41內，配置有加壓輸送氧化劑氣體的氧化劑氣體供給器乃至壓縮機43。另一方面，在氧化劑氣體通路40的出口連結有陰極廢氣通路44 ο如果壓縮機43被驅動，則氧化劑氣體源42內的氧化劑氣體經由氧化劑氣體供給路41被向燃料電池組10內的氧化劑氣體通路40內供給。此時，從氧化劑氣體通路40流出的氣體、即陰極廢氣流入陰極廢氣通路44內。在陰極廢氣通路44內，配置有控制在陰極廢氣通路44內流動的陰極廢氣的量的電磁式的陰極廢氣控制閥45。進而，壓縮機43下游的氧化劑氣體通路40與陰極廢氣控制閥45下游的陰極廢氣通路44借助電池組旁通通路46相互連結，在電池組旁通通路46內配置有控制在電池組旁通通路46內流動的氧化劑氣體的量的電磁式的電池組旁通控制閥47。如果電池組旁通控制閥47開閥，則從壓縮機43排出的氧化劑氣體的一部分或者全部經由電池組旁通通路46，即繞過燃料電池組10流入陰極廢氣通路44內。此外，在圖1所示的實施例中，即便陰極廢氣控制閥45的開度為最小開度，微量的氧化劑氣體乃至空氣也能夠通過陰極廢氣控制閥45。另外，在壓縮機43被停止時，微量的氧化劑氣體乃至空氣能夠通過壓縮機43。
[0028]進而，參照圖1，在冷卻水通路50的入口連結有冷卻水供給路51的一端，在冷卻水供給路51的出口連結有冷卻水供給路51的另一端。在冷卻水供給路51內配置有加壓輸送冷卻水的冷卻水栗52、散熱器53。如果冷卻水栗52被驅動，則從冷卻水栗52排出的冷卻水經由冷卻水供給路51流入燃料電池組10內的冷卻水通路50內，然后經由冷卻水通路50流入冷卻水供給路51內，然后返回冷卻水栗52。
[0029 ]另外，燃料電池單電池的陽極以及陰極分別以串聯的方式電連接，構成燃料電池組10的電極。燃料電池組10的兩個電極與用于提高來自燃料電池組1的電壓的升壓轉換器60電連接，升壓轉換器60與用于將來自升壓轉換器60的直流電流變換為交流電流的逆變器61電連接，逆變器61與電動發電機62電連接。進而，在燃料電池組10的兩個電極，電連接有放電電路80。放電電路80由放電控制電路90控制。
[0030]進而，參照圖1，燃料電池系統I具備系統控制電路70。系統控制電路70由數字計算機構成，具備通過雙向總線71相互連接的R0M(只讀存儲器)72、RAM(隨機訪問存儲器)73、CPU(微處理器)74、輸入端口 75以及輸出端口 76。在電動車輛安裝有檢測車輛的加速度的加速度傳感器64。上述的加速度傳感器64的輸出電壓經由對應的AD變換器77輸入至輸入端口75。另一方面，輸出端口 76經由對應的驅動電路78與燃料氣體控制閥33、燃料氣體封閉閥35a、35b、壓縮機43、陰極廢氣控制閥45、電池組旁通控制閥47、冷卻水栗52、升壓轉換器60、逆變器61以及電動發電機62電連接。另外，系統控制電路70的電源由與燃料電池組10不同的其他電源79構成。
[0031 ]當應該由燃料電池組1發電時，燃料氣體控制閥33開閥，燃料氣體被朝燃料電池組10供給。另外，壓縮機43被驅動，氧化劑氣體從壓縮機43被朝燃料電池組10供給。結果，在燃料電池單電池中，發生燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學反應，產生電力。所產生的電力被送往電動發電機62。結果，電動發電機62作為車輛驅動用的電動馬達工作，車輛被驅動。
[0032]在圖1所示的實施例中，以如下方式檢測是否發生車輛碰撞。即，在由加速度傳感器64檢測到的車輛的加速度比允許上限大時判斷為發生了車輛碰撞，在車輛加速度為允許上限以下時判斷為未發生車輛碰撞。在檢測到車輛碰撞時，向放電控制電路90輸出碰撞信號。一旦輸出碰撞信號，則持續進行碰撞信號的輸出。另一方面，在未檢測到車輛碰撞時，不輸出碰撞信號。這樣，加速度傳感器64以及系統控制電路70構成檢測車輛碰撞而輸出碰撞信號的碰撞檢測器。
[0033]圖2為示出執行上述的車輛碰撞的檢測的處理流程的流程圖。圖2所示的處理流程在系統控制電路70中通過間隔預先確定的設定時間的中斷來執行。
[0034]首先，系統控制電路70判定是否正輸出碰撞信號(S100)。當并未正輸出碰撞信號時，系統控制電路70判定車輛的加速度ACC是否為允許上限LMT以下(S101)。當ACC ^ LMT時，使碰撞信號的輸出停止的狀態持續(S102)。當ACC>LMT時，系統控制電路70輸出碰撞信號(S103)。另外，在SlOO中，當判定為正輸出碰撞信號時，系統控制電路70繼續進行碰撞信號的輸出(S104)。
[0035]圖3為示出執行實施例的碰撞時控制的處理流程的流程圖。圖3所示的處理流程在系統控制電路70中通過間隔預先確定的設定時間的中斷來執行。
[0036]首先，系統控制電路70判定是否正輸出碰撞信號(S200)。當并非正輸出碰撞信號時，結束處理循環。當正輸出碰撞信號時，系統控制電路70停止電動發電機62 (S201)，將燃料氣體封閉閥35a、35b閉閥(S202)。通過將燃料氣體封閉閥35a、35b閉閥，停止燃料氣體對燃料電池組10的供給，阻止燃料氣體從燃料電池組10的流出。接著，系統控制電路70停止壓縮機43(S203)，將陰極廢氣控制閥45的開度形成為最小開度(S204)，將電池組旁通控制閥47閉閥(S205)。通過停止壓縮機43，將陰極廢氣控制閥45的開度形成為最小開度，將電池組旁通控制閥47閉閥，停止氧化劑氣體對燃料電池組10的供給，抑制來自燃料電池組10的氧化劑氣體的流出。然后，系統控制電路70停止冷卻水栗52(S206)。由此，燃料電池組10的發電停止。
[0037]圖4為放電電路80以及放電控制電路90的詳細電路框圖。放電電路80與放電控制電路90形成將在燃料電池組1產生的電力急速地放電的急速放電裝置。
[0038]放電電路80具備第I電阻元件81?第4電阻元件84、第I開關元件85?第3開關元件87。第I電阻元件81?第4電阻元件84各自的電阻值彼此相等，在一例中，第I電阻元件81?第4電阻元件84各自的電阻值為9 Ω。在圖4所示的例子中，第I開關元件85?第3開關元件87分別由絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)構成。第I電阻元件81的一端與燃料電池組10的陽極以及第2開關元件86的發射極電連接，第I電阻元件81的另一端與第2電阻元件82的一端以及第3開關元件87的發射極電連接。第2電阻元件82的另一端與第2開關元件86的集電極以及第I開關元件85的發射極電連接。第3電阻元件83的一端與第I開關元件85的集電極電連接，第3電阻元件83的另一端與第4電阻元件84的一端以及第3開關元件87的集電極電連接。第4電阻元件84的另一端與燃料電池組10的陰極電連接。第I開關元件85?第3開關元件87的柵極經由驅動電路98與放電控制電路90的輸出端口96電連接。第4電阻元件84兩端的電壓分別輸入至放電控制電路90的輸入端口 95。第4電阻元件84向放電控制電路90供給與燃料電池組10的輸出電壓相關的檢測電壓。第4電阻元件84的兩端間的電壓即檢測電壓與燃料電池組1的輸出電壓的變動成比例地變動，因此放電控制電路90能夠通過檢測檢測電壓來推定燃料電池組10的輸出電壓。此外，在本實施例中，作為與燃料電池組10的輸出電壓對應的電壓使用第4電阻元件84的兩端間的電壓即檢測電壓，但也可以使用燃料電池組10的輸出電壓。
[0039]在放電電路80，通過根據來自放電控制電路90的控制信號控制第I開關元件85?第3開關元件87，形成經由第I電阻元件81?第3電阻元件83將在燃料電池組10產生的電力放電的放電路徑。
[0040]圖5A?5C為示出放電電路80的連接狀態的電路框圖。圖5A為示出輸入碰撞信號前的連接狀態的圖，圖5V為示出輸入碰撞信號后的第I連接狀態的圖，圖5C為示出輸入碰撞信號后的第2連接狀態的圖。
[0041]在向放電控制電路90輸入碰撞信號前，第I開關元件85?第3開關元件87全部斷開(關斷)，在放電電路80不形成將在燃料電池組10產生的電力放電的放電路徑。如果輸入碰撞信號，則放電控制電路90將第I開關元件85接通。如果第I開關元件85接通，則第I電阻元件81?第3電阻元件83被串聯連接，放電電路80形成第I放電路徑。如果將第I電阻元件81?第3電阻元件83各自的電阻值設為R，則第I放電路徑的合成電阻為3R。當從第4電阻元件84供給的檢測電壓低于規定的閾值電壓時，放電控制電路90將除了將第I開關元件85接通之外還將第2開關元件86以及第3開關元件87接通。如果第I開關元件85?第3開關元件87全部接通，則第I電阻元件81?第3電阻元件83并聯連接，放電電路80形成第2放電路徑。如果將第I電阻元件81?第3電阻元件83各自的電阻值設為R，則第2放電路徑的合成電阻為(1/3)R。圖5B所示的第I放電路徑的合成電阻為3R，圖5C所示的第2放電路徑的合成電阻為(1/3)R，因此第2放電路徑的合成電阻為第I放電路徑的合成電阻的I/9。放電控制電路90以在燃料電池組1的電壓比較高時增大放電路徑的合成電阻、在燃料電池組1的電壓比較低時減小放電路徑的合成電阻的方式對第I開關元件85?第3開關元件87進行控制。
[0042]放電控制電路90由數字計算機構成，具備由雙向總線91相互連接的ROM(只讀存儲器)92、RAM(隨機訪問存儲器)93、控制部94、輸入端口 95以及輸出端口 96。控制部94對放電控制電路90的整體動作進行總括控制，例如為CPU(微處理器)。控制部94根據存儲于ROM 92的程序等而以適當的步驟執行各種處理，對第I開關元件85?第3開關元件87的通斷(0N/OFF)進行控制。控制部94基于存儲于ROM 92的程序執行處理。放電控制電路90的輸入端口95與系統控制電路70的輸出端口 76電連接，放電控制電路90的輸出端口 96與系統控制電路70的輸入端口 75電連接。即，系統控制電路70以及放電控制電路90能夠相互通信。另外，在放電控制電路90的輸入端口 95輸入有第4電阻元件84兩端的電壓。
[0043 ] 在圖4所示的例子中，放電控制電路90的電源由燃料電池組1構成。即，放電控制電路90經由電阻元件與燃料電池組10的例如陰極始終電連接。在這種情況下，燃料電池組10的輸出電壓通過電阻元件99被降低至放電控制電路90的驅動電壓并被向放電控制電路90輸送。放電控制電路90的驅動電壓例如為24伏。
[0044]控制部94具有放電開始部941、電壓檢測部942、路徑切換部943、放電停止部944。放電停止部944具有計時部945、時間判定部946、停止指示部947。控制部94所具有的上述各部為通過在控制部94所具有的處理器上執行的程序而安裝的功能模塊。或者，控制部94具有的上述各部可以作為獨立的集成電路、微處理器或者固件安裝于放電控制電路90。
[0045]圖6為示出在放電電路80形成放電路徑的處理的處理流程的流程圖。
[0046]首先，放電開始部941判定是否輸入了碰撞信號(S300)。如果判定為未輸入碰撞信號，則將處理返回至S300，如果判定為輸入了碰撞信號，則處理前進至S301。如果處理前進至S301，則放電開始部941將第I開關元件85接通，如圖5B所示形成第I電阻元件81?第3電阻元件83串聯連接的第I放電路徑。接著，計時部945開始時間計測(S302)。接著，時間判定部946判定從第I開關元件85接通而形成第I放電路徑起是否經過了規定的時間(S303)。在一例中，規定的時間為I秒。如果判定為從形成第I放電路徑起經過了規定的時間，則處理前進至S306，如果判定為從形成第I放電路徑起尚未經過規定的時間，則處理前進至S304。如果處理前進至S304，則路徑切換部943判定電壓檢測部924檢測到的第4電阻元件84兩端的電壓即檢測電壓是否為規定的電壓以下。在一例中，規定的電壓為與燃料電池組10的輸出電壓為300V時的檢測電壓對應的電壓。如果判定出檢測電壓并非規定的電壓以下，則處理返回S304，如果判定出檢測電壓為規定的電壓以下，則處理前進至S305。如果處理前進至S305，則路徑切換部943將第2開關元件86以及第3開關元件87接通，如圖5C所示形成第I電阻元件81?第3電阻元件并聯連接的第2放電路徑。路徑切換部943通過在利用第I放電路徑進行的放電中形成第2放電路徑，將利用第I放電路徑進行的放電切換為利用第2放電路徑進行的放電。然后，當燃料電池組10的陽極-陰極間的電壓、即輸出電壓降低至與規定的控制電壓對應的電壓時，處理結束。
[0047]在S303中如果判定出從形成第I放電路徑起經過了規定的時間，則停止指示部947斷開第I開關元件85(S306)。接著，將表示放電處理未被正常執行的放電異常信號向系統控制電路70輸出(S307)。
[0048]通過S303以及S304的判定處理，放電控制電路90判定每規定時間的檢測電壓的下降量是否比閾值下降量大。當每規定時間的檢測電壓的下降量比閾值下降量小時，放電控制電路90斷開第I開關元件85，切斷第I放電路徑，然后輸出放電異常信號。例如，存在如下情況:盡管輸入了碰撞信號，但燃料氣體封閉閥35a、35b以及電池組旁通控制閥47不閉閥，持續進行針對燃料電池組10的燃料氣體以及氧化劑氣體的供給，燃料電池組10持續生成電力。如果在輸入碰撞信號后燃料電池組1仍持續生成電力，則燃料電池組1的輸出電壓不會迅速降低，擔心形成第I放電路徑的第I電阻元件81?第3電阻元件83加熱、燒損。因此，放電控制電路90通過斷開第I開關元件85，防止第I電阻元件81燒損。同時，放電控制電路90輸出放電異常信號，由此，能夠向處理碰撞后的車輛的作業者通知燃料電池組10的放電處理未被正常實施這一情況。
[0049]圖7為示出圖6所示的放電處理中的燃料電池組10的輸出電壓的經時變化的圖。在圖7中，橫軸表示開始放電處理后的經過時間，縱軸表示燃料電池組10的輸出電壓。另外，在圖7中，箭頭A所示的時刻表示第I開關元件85接通而開始放電處理的時刻，箭頭B所示的時刻表示第2開關元件86以及第3開關元件87也接通的時刻。
[0050]如果在箭頭A的時刻輸入碰撞信號，則放電開始部941將第I開關元件85接通，如圖5B所示形成第I電阻元件81?第3電阻元件串聯連接的第I放電路徑。在圖7所示的例子中，輸入碰撞信號前的電壓為370V左右。接著，在箭頭B的時刻，如果判定出檢測電壓為規定的電壓以下，則路徑切換部943將第2開關元件86以及第3開關元件87接通，形成圖5C所示的第2放電路徑。在圖7所示的例子中，第2開關元件86以及第3開關元件87接通的電壓為300V。[0051 ]放電控制電路90在碰撞信號剛剛輸入后，在放電電路80形成合成電阻比較大的第I放電路徑，由此，在燃料電池組1的輸出電壓高時抑制流過放電電路80的放電電流的大小。接著，放電控制電路90在燃料電池組10的輸出電壓低于規定的電壓時，在放電電路80形成合成電阻比較小的第2放電路徑，由此使燃料電池組10的輸出電壓迅速降低。
[0052]圖8為燃料電池系統I的第I變形例的放電電路以及放電控制電路的詳細電路框圖。
[0053]在圖8所示的變形例中，代替參照圖4以及5等說明了的放電電路80轉而配置有放電電路180。放電電路180具有第I電阻元件181、第2電阻元件182、作為電壓檢測元件的第4電阻元件184、第I開關元件185、第2開關元件186。第I電阻元件181的一端與第I開關元件185的集電極電連接，第I電阻元件181的另一端與第2電阻元件182的一端以及第2開關元件186的集電極電連接。第2電阻元件182的另一端與第4電阻元件184的一端電連接。第4電阻元件184的另一端與燃料電池組10的陰極電連接。第I開關元件185以及第2開關元件186的發射極與燃料電池組10的陽極電連接，第I開關元件185以及第2開關元件186的柵極經由驅動電路98而與輸出端口 96電連接。第I電阻元件181以及第2電阻元件182形成為第I電阻元件181的電阻值比第2電阻元件182的電阻值大。
[0054]圖9為示出在圖8所示的變形例中執行放電控制的處理流程的流程圖。
[0055]放電開始部941在判定為輸入了碰撞信號時(S400)，將第I開關元件185接通(S401)，在放電電路180形成第I電阻元件181以及第2電阻元件182串聯連接的第I放電路徑。計時部945開始進行時間計測(S402)，如果時間判定部946判定為從形成第I放電路徑起尚未經過規定的時間(S403)，路徑切換部943判定為檢測電壓為規定的電壓以下(S404)，則處理前進至S405 ο如果處理前進至S405，則路徑切換部943將第2開關元件186接通，形成從第2電阻元件182經由第2開關元件186流過有放電電流的第2放電路徑。由于通過第2開關元件186接通而形成的第2放電路徑繞過了電阻值比較大的第I電阻元件181，因此通過第2開關元件186接通而形成的第2放電路徑的合成電阻比第I放電路徑的合成電阻小。S406以及S407的處理與S306以及S307的處理相同，因此在此省略詳細的說明。
[0056]圖10為燃料電池系統I的第2變形例的放電電路以及放電控制電路的詳細電路框圖。
[0057]在圖10所示的變形例中，代替參照圖4以及5等說明了的放電電路80而配置有放電電路280。放電電路280具有第I電阻元件281、第2電阻元件282、作為電壓檢測元件的第4電阻元件284、第I開關元件285、第2開關元件286。第I電阻元件281的一端與第I開關元件285的集電極電連接，第I電阻元件281的另一端與第4電阻元件284的一端電連接。第2電阻元件282的一端與第2開關元件286的集電極電連接，第2電阻元件282的另一端與燃料電池組10的陰極電連接。第4電阻元件284的另一端與燃料電池組10的陰極電連接。第I開關元件285以及第2開關元件286的發射極與燃料電池組10的陽極電連接，第I開關元件285以及第2開關元件286的柵極經由驅動電路98而與輸出端口 96電連接。第I電阻元件281以及第2電阻元件282形成為第I電阻元件281的電阻值比第2電阻元件282的電阻值大。
[0058]在圖10所示的變形例中執行放電控制的處理的處理流程與參照圖9說明了的圖8所示的變形例中的處理流程相同，因此在此省略詳細說明。在放電電路280中，通過將第I開關元件285接通而形成第I放電路徑，通過將第I開關元件285以及第2開關元件286雙方接通而形成第2放電路徑。由于電阻值比較小的第2電阻元件282與第I電阻元件281并聯連接，因此通過第I開關元件285以及第2開關元件286雙方接通而形成的第2放電路徑的合成電阻比第I放電路徑的合成電阻小。
[0059]圖11為燃料電池系統I的第3變形例的放電電路以及放電控制電路的詳細電路框圖。
[0060]在圖11所示的變形例中，代替參照圖4以及6等說明了的放電控制電路90而配置有放電控制電路190。放電控制電路190代替控制部94而具有控制部194。控制部194具有放電開始部1941、電壓檢測部1942、路徑切換部1943、放電停止部1944。放電停止部1944具有運算部1945、下降速度判定部1946、停止指示部1947。控制部194所具有的上述各部為通過在控制部194所具有的處理器上執行的程序而安裝的功能模塊。或者，控制部194所具有的上述各部可以作為獨立的集成電路、微處理器或者固件安裝于放電控制電路190。
[0061]圖12為示出在圖11所示的變形例中執行放電控制的處理的處理流程的流程圖。
[0062]5500、5501、5504、5505以及5510的各處理與參照圖6說明了的5300、5301、5304、S305以及S307的各處理相同，因此在此省略詳細說明。如果處理前進至S502，則運算部1945運算檢測電壓的下降速度(A V/ △ t)。在此運算的檢測電壓的下降速度(△ V/ △ t)取下降方向為正，因此在檢測電壓下降時為正數，在檢測電壓上升時為負數。接著，下降速度判定部1946判定檢測電壓的下降速度(AV/At)是否比第I閾值下降速度(Xl)大(S503)。第I閾值下降速度(Xl)與燃料電池組10的輸出電壓的下降速度成比例。在一例中，與第I閾值下降速度(Xl)對應的燃料電池組10的輸出電壓的下降速度為每秒100V。如果判定為檢測電壓的下降速度(AV/At)比第I閾值下降速度(Xl)大，則處理前進至S504。如果判定為檢測電壓的下降速度(AV/At)比第I閾值下降速度(Xl)小，則處理前進至S509。下降速度判定部1946在判定出經過單位時間后檢測到的檢測電壓比之前檢測到的檢測電壓下降的基礎上，對從之前檢測時起的檢測電壓的下降速度(A V/At)與第I閾值下降速度(Xl)進行比較。當檢測電壓的下降速度比第I閾值下降速度小時，放電控制電路190將第I開關元件85斷開(S509)，并且輸出放電異常信號(S510)。
[0063]如果處理前進至S506，則運算部1945運算檢測電壓的下降速度(AV/At)，接著，下降速度判定部1946判定檢測電壓的下降速度(AV/At)是否比第2閾值下降速度(X2)大(S507)。在一例中，與第2閾值下降速度(X2)對應的燃料電池組10的輸出電壓的下降速度為每秒20V。如果判定檢測電壓的下降速度(AV/At)比第2閾值下降速度(X2)大、即判定檢測電壓的變化急劇，則處理前進至S508。如果判定檢測電壓的下降速度(AV/At)比第2閾值下降速度(X2)小、即判定為檢測電壓的變化緩慢，則處理前進至S509。如果處理前進至S508，則下降速度判定部1946在判定出經過單位時間后檢測到的檢測電壓比之前檢測的檢測電壓下降的基礎上，對檢測電壓的下降速度(A V/At)與規定的第2閾值下降速度(X2)進行比較。當檢測電壓的下降速度比第2閾值下降速度小時，放電控制電路190將第I開關元件85?第3開關元件87斷開(S509)，并且輸出放電異常信號(S510)。
[0064]圖13為示出圖12所示的放電處理中的燃料電池組10的輸出電壓的經時變化的圖。在圖13中，橫軸表示開始放電處理起的經過時間，縱軸表示燃料電池組10的輸出電壓。另夕卜，在圖13中，箭頭A所示的時刻表示第I開關元件85接通而開始放電處理的時刻，箭頭B所示的時刻表示第2開關元件86以及第3開關元件87也接通的時刻。
[0065]如果在箭頭A的時刻，輸入碰撞信號，則放電開始部1941將第I開關元件85接通，形成第I電阻元件81?第3電阻元件串聯連接的第I放電路徑。在圖13所示的例子中，碰撞信號輸入前的電壓為370V左右。接著，如果在箭頭B的時刻判定出檢測電壓為規定的電壓以下，則路徑切換部1943將第2開關元件86以及第3開關元件87接通，形成第I電阻元件81?第3電阻元件83并聯連接的第2放電路徑。在圖13所示的例子中，第2開關元件86以及第3開關元件87接通的電壓為300V左右。
[0066]在本發明所涉及的實施例中，放電控制電路在被輸入碰撞信號時，形成第I放電路徑，開始利用第I放電路徑進行的放電。放電控制電路當在利用第I放電路徑進行的放電中檢測到的檢測電壓低于規定的閾值電壓時，形成電阻值比第I放電路徑的電阻值小的第2放電路徑，將利用第I放電路徑進行的放電切換為利用第2放電路徑進行的放電。放電控制電路通過在比規定的閾值電壓低時減小放電路徑的電阻值，由此能夠抑制制造成本并防止放電時的電阻元件的異常發熱，并且能夠迅速地將來自燃料電池組的電力放電。
[0067]另外，在本發明所涉及的實施例中，放電控制電路在每規定時間的檢測電壓的下降量比閾值下降量小時將開關元件斷開，切斷放電路徑，因此能夠防止電阻元件燒損。另夕卜，放電控制電路同時輸出放電異常信號，因此能夠向處理碰撞后的車輛的作業者通知燃料電池組的放電處理未被正常實施這一情況。
[0068]在本發明所涉及的實施例中，放電控制電路在被輸入表示檢測到車輛碰撞這一情況的碰撞信號時，形成將在燃料電池組產生的電力放電的放電路徑。然而，放電控制電路也可以在被輸入表示車輛碰撞的危險性高這一情況的碰撞危險信號等指示進行在燃料電池組產生的電力的放電的其他放電指示信號時，形成將在燃料電池組產生的電力放電的放電路徑。例如，系統控制電路70可以依據表示位于車輛的前方的障礙物與車輛之間的距離的距離信息、表示車輛的速度的速度信息判定車輛是否會與障礙物碰撞，在判定為車輛會與障礙物碰撞時，輸出碰撞危險信號。
[0069]另外，在本發明所涉及的實施例中，放電控制電路基于經由第4電阻元件檢測到的檢測電壓，將在放電電路形成的放電路徑從第I放電路徑切換為第2放電路徑，但放電控制電路也可以使用利用檢測在放電路徑的配線中流動的電流的電流檢測用線圈以及使用分流電阻等檢到測的檢測電壓。
[0070]另外，當放電電路80的第I電阻元件81?第3電阻元件83的電阻值相同的情況下，電阻元件的發熱量均勻，因此優選使第I電阻元件81?第3電阻元件83相同，但第I電阻元件81?第3電阻元件83的電阻值也可以不同。放電電路180的第I電阻元件181以及第2電阻元件182、放電電路280的第I電阻元件281以及第2電阻元件282形成為第I電阻元件181、281的電阻值比第2電阻元件182、282的電阻值大。然而，也可以形成為第I電阻元件181、281的電阻值與第2電阻元件182、282的電阻值相等，還可以形成為第I電阻元件181、281的電阻值比第2電阻元件182、282的電阻值小。
[0071]此外，換個角度進行說明，本發明所涉及的電動車輛的燃料電池系統具有:燃料電池組，利用燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學反應產生電力，并且將所產生的電力向車輛驅動用電動馬達供給;燃料氣體供給部，向燃料電池組供給燃料氣體;氧化劑氣體供給部，向燃料電池組供給氧化劑氣體;發電停止部，在被輸入了指示進行在上述燃料電池組產生的電力的放電的放電指示信號時，控制上述燃料氣體供給部而停止燃料氣體對燃料電池組的供給，并且控制氧化劑氣體供給部停止氧化劑氣體對燃料電池組的供給，由此停止燃料電池組的發電;放電部，在被輸入了上述放電指示信號時，將在燃料電池組產生的電力放電；檢測部，檢測與燃料電池組的輸出電壓對應的檢測電壓;控制部，具有發電停止異常信號部，在每規定時間的檢測電壓的下降量比閾值下降量小時，發電停止異常信號部輸出表示燃料電池組的發電未停止的發電停止異常信號。
【主權項】
1.一種電動車輛的燃料電池系統，其特征在于， 所述電動車輛的燃料電池系統具有: 燃料電池組，所述燃料電池組利用燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學反應產生電力，并且將所產生的電力向車輛驅動用電動馬達供給； 放電電路，所述放電電路具有多個電阻元件和切換所述多個電阻元件之間的連接關系的多個開關元件，能夠通過所述多個開關元件切換所述多個電阻元件之間的連接關系而形成將在所述燃料電池組產生的電力放電的多個放電路徑；以及 放電控制電路，所述放電控制電路對所述多個開關元件的通斷進行控制， 所述放電控制電路具有: 放電開始部，所述放電開始部在被輸入了指示將在所述燃料電池組產生的電力放電的放電指示信號時，在所述放電電路形成第I放電路徑，開始利用所述第I放電路徑進行的所述放電； 電壓檢測部，所述電壓檢測部檢測與所述燃料電池組的輸出電壓對應的檢測電壓；以及 路徑切換部，在利用所述第I放電路徑進行的所述放電的過程中，當所述電壓檢測部檢測到的檢測電壓低于規定的閾值電壓時，所述路徑切換部在所述放電電路形成電阻值比所述第I放電路徑的電阻值小的第2放電路徑，將利用所述第I放電路徑進行的所述放電切換為利用所述第2放電路徑進行的所述放電。2.根據權利要求1所述的電動車輛的燃料電池系統，其中， 所述放電控制電路還具有放電停止部，當在利用所述第I放電路徑進行的所述放電的過程中每規定時間的所述檢測電壓的下降量小于閾值下降量時，所述放電停止部切斷所述第I放電路徑而停止所述放電，并且輸出表示所述放電未被正常執行這一情況的放電異常信號。3.根據權利要求2所述的電動車輛的燃料電池系統，其中， 所述放電停止部具有: 計時部，所述計時部計測從開始所述放電時起的經過時間； 時間判定部，所述時間判定部在所述檢測電壓低于所述閾值電壓前，判定所述計時部計測到的經過時間是否比規定的閾值時間長；以及 停止指示部，當在所述檢測電壓低于所述閾值電壓前所述時間判定部判定為所述經過時間比規定的閾值時間長時，所述停止指示部切斷所述第I放電路徑，并且輸出所述放電異常信號。4.根據權利要求2所述的電動車輛的燃料電池系統，其中， 所述放電停止部具有: 運算部，所述運算部運算所述檢測電壓的下降速度； 下降速度判定部，所述下降速度判定部判定由所述運算部運算出的所述檢測電壓的下降速度是否比規定的閾值下降速度大；以及 停止指示部，當所述下降速度判定部判定為所述檢測電壓的下降速度比規定的閾值下降速度小時，所述停止指示部切斷所述第I放電路徑，并且輸出所述放電異常信號。5.根據權利要求1?4中任一項所述的電動車輛的燃料電池系統，其中， 所述放電電路具有: 第I電阻元件，所述燃料電池組的一方的端子連接于所述第I電阻元件的一端； 第2電阻元件，所述第2電阻元件的一端連接于所述第I電阻元件的另一端； 第3電阻元件，所述燃料電池組的另一方的端子連接于所述第3電阻元件的一端； 第I開關元件，所述第I開關元件配置在所述第2電阻元件的另一端與所述第3電阻元件的另一端之間； 第2開關元件，所述第2開關元件配置在所述第I電阻元件的一端與所述第2電阻元件的另一端之間；以及 第3開關元件，所述第3開關元件配置在所述第2電阻元件的一端與所述第3電阻元件的一端之間， 通過斷開所述第2開關元件以及所述第3開關元件且接通所述第I開關元件，由串聯連接的所述第I電阻元件、所述第2電阻元件以及所述第3電阻元件形成所述第I放電路徑， 通過接通所述第I開關元件、所述第2開關元件以及所述第3開關元件，由并聯連接的所述第I電阻元件、所述第2電阻元件以及所述第3電阻元件形成所述第2放電路徑。6.根據權利要求1?5中任一項所述的電動車輛的燃料電池系統，其中， 所述電動車輛的燃料電池系統還具有: 加速度傳感器，所述加速度傳感器檢測所述電動車輛的加速度；以及系統控制電路，所述系統控制電路判定所述加速度傳感器檢測到的加速度是否比規定的閾值加速度大，當判定為所述加速度傳感器檢測到的加速度比規定的閾值加速度大時，將所述放電指示信號向所述放電控制電路輸出。7.根據權利要求6所述的電動車輛的燃料電池系統，其中， 所述系統控制電路在判定為所述加速度傳感器檢測到的加速度比所述閾值加速度大時，執行停止燃料氣體以及氧化劑氣體朝所述燃料電池組的供給的處理。8.一種控制方法，是電動車輛的燃料電池系統的控制方法， 所述電動車輛的燃料電池系統具有: 燃料電池組，所述燃料電池組利用燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學反應產生電力，并且將所產生的電力向車輛驅動用電動馬達供給； 放電電路，所述放電電路具有多個電阻元件和切換所述多個電阻元件之間的連接關系的多個開關元件，能夠通過所述多個開關元件切換所述多個電阻元件之間的連接關系來形成將在所述燃料電池組產生的電力放電的多個放電路徑；以及 放電控制電路，所述放電控制電路對所述多個開關元件的通斷進行控制， 所述控制方法的特征在于，包括: 當被輸入了指示將在所述燃料電池組產生的電力放電的放電指示信號時，利用所述放電控制電路在所述放電電路形成第I放電路徑，開始利用所述第I放電路徑進行的所述放電， 利用所述放電控制電路檢測與所述燃料電池組的輸出電壓對應的檢測電壓， 在利用所述第I放電路徑進行的所述放電的過程中，當所檢測到的檢測電壓低于規定的閾值電壓時，利用所述放電控制電路在所述放電電路形成電阻值比所述第I放電路徑的電阻值小的第2放電路徑，將利用所述第I放電路徑進行的所述放電切換為利用所述第2放 電路徑進行的所述放電。
【文檔編號】H01M8/04858GK105874637SQ201580003564
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年7月30日
【發明人】今西雅弘, 大桑芳宏
【申請人】豐田自動車株式會社