电动车辆的燃料电池系统及其控制方法
【专利摘要】抑制制造成本并将在燃料电池组产生的电力迅速放电。燃料电池系统(1)具有：利用电化学反应产生电力并将产生的电力向车辆驱动用电动马达供给的燃料电池组(10)；放电电路(80)；放电控制电路(90)。放电电路(80)能通过由多个开关元件切换多个电阻元件间的连接关系而形成从燃料电池组(10)将电力放电的多个放电路径。放电控制电路(90)在被指示将来自燃料电池组(10)的电力放电时，在放电电路(80)形成第1放电路径，开始基于第1放电路径的放电，在与燃料电池组(10)的输出电压对应的检测电压低于规定的阈值电压时，在放电电路(80)形成电阻值比第1放电路径的电阻值小的第2放电路径，将基于第1放电路径的放电切换为基于第2放电路径的放电。
【专利说明】
电动车辆的燃料电池系统及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及电动车辆的燃料电池系统装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]公知有如下的电动车辆的燃料电池系统，具备:燃料电池组，该燃料电池组通过燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生电力、并且将所产生的电力向车辆驱动用电动马达供给;开关元件;经由开关元件与燃料电池组电连接的电阻元件;放电控制电路；以及碰撞检测器(参照专利文献I)。在专利文献I所记载的电动车辆的燃料电池系统中，当碰撞检测器检测到车辆碰撞时，放电控制电路使开关元件接通，将燃料电池组与电阻元件电连接，从而将由燃料电池组产生的电力放电。在专利文献I所记载的电动车辆的燃料电池系统中，为了避免在车辆碰撞时作业者触电，在由碰撞检测器检测到车辆碰撞时，将由燃料电池组产生的电力放电。
[0003]专利文献I:日本特开2013-027275号公报
[0004]当在车辆碰撞时将由燃料电池组产生的电力放电时，通过减小电阻元件的电阻值，能够将燃料电池组迅速放电。然而，如果减小电阻元件的电阻值，则流过电阻元件的放电电流变大，电阻元件异常发热，担心电阻元件破损而变得无法进行燃料电池组的放电。虽然通过增大电阻元件的体积、以及在电阻元件安装散热板等做法能够防止电阻元件的异常发热，但存在因电阻元件的大小增大等而致使制造成本上升的问题。另外，虽然通过增大电阻元件的电阻值能够避免电阻元件的异常发热，但如果增大电阻元件的电阻值，则存在燃料电池组的放电时间变长的问题。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个观点，提供一种电动车辆的燃料电池系统，其特征在于，上述电动车辆的燃料电池系统具有:燃料电池组，上述燃料电池组利用燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生电力，并且将所产生的电力向车辆驱动用电动马达供给;放电电路，上述放电电路具有多个电阻元件和切换多个电阻元件之间的连接关系的多个开关元件，能够通过多个开关元件切换多个电阻元件之间的连接关系而形成将在燃料电池组产生的电力放电的多个放电路径；以及放电控制电路，上述放电控制电路对多个开关元件的通断进行控制，放电控制电路具有:放电开始部，上述放电开始部在被输入了指示在燃料电池组产生的电力的放电的放电指示信号时，在放电电路形成第I放电路径，从而开始利用第I放电路径进行的放电;检测部，上述检测部检测与燃料电池组的输出电压对应的检测电压；以及路径切换部，在利用第I放电路径进行的放电的过程中，当电压检测部检测到的检测电压低于规定的阈值电压时，上述路径切换部在放电电路形成电阻值比第I放电路径的电阻值小的第2放电路径，将利用第I放电路径进行的放电切换为利用第2放电路径进行的放电。
[0006]根据本发明的其他观点，提供一种控制方法，是电动车辆的燃料电池系统的控制方法，上述电动车辆的燃料电池系统具有:燃料电池组，上述燃料电池组利用燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生电力，并且将所产生的电力向车辆驱动用电动马达供给；放电电路，上述放电电路具有多个电阻元件和切换多个电阻元件之间的连接关系的多个开关元件，能够通过多个开关元件切换多个电阻元件之间的连接关系来形成将在燃料电池组产生的电力放电的多个放电路径；以及放电控制电路，上述放电控制电路对多个开关元件的通断进行控制，上述控制方法的特征在于，包括:当被输入了指示在燃料电池组产生的电力的放电的放电指示信号时，利用放电控制电路在放电电路形成第I放电路径，开始利用第I放电路径进行的放电，利用放电控制电路检测与燃料电池组的输出电压对应的检测电压，当所检测到的检测电压低于规定的阈值电压时，利用放电控制电路在放电电路形成电阻值比第I放电路径的电阻值小的第2放电路径，将利用上述第I放电路径进行的上述放电切换为利用上述第2放电路径进行的上述放电。
[0007]能够提供一种抑制制造成本且防止放电时的电阻元件的异常发热，并且能够将在燃料电池组产生的电力迅速放电的燃料电池系统。
【附图说明】
[0008]图1为电动车辆的燃料电池系统的整体图。
[0009]图2为示出图1所示的电动车辆的燃料电池系统的执行车辆碰撞的检测的处理流程的流程图。
[0010]图3为示出图1所示的电动车辆的燃料电池系统的执行碰撞时控制的处理流程的流程图。
[0011]图4为示出图1所示的电动车辆的燃料电池系统的放电电路以及放电控制电路的详细电路框图。
[0012]图5A为示出向图4所示的放电电路的放电控制电路输入碰撞信号前的连接状态的电路框图。
[0013]图5B为示出向图4所示的放电电路的放电控制电路输入碰撞信号后的第I连接状态的图的电路框图。
[0014]图5C为示出向图4所示的放电电路的放电控制电路输入碰撞信号后的第2连接状态的图的电路框图。
[0015]图6为示出图1所示的电动车辆的燃料电池系统的执行放电控制的处理流程的流程图。
[0016]图7为示出图6所示的放电处理中的燃料电池组的输出电压的经时变化的图。
[0017]图8为燃料电池系统的第I变形例的放电电路以及放电控制电路的详细电路框图。
[0018]图9为示出在图8所示的变形例中执行放电控制的处理流程的流程图。
[0019]图1O为燃料电池系统的第2变形例的放电电路以及放电控制电路的详细电路框图。
[0020]图11为燃料电池系统的第3变形例的放电电路以及放电控制电路的详细电路框图。
[0021]图12为示出在图11所示的变形例中执行放电控制的处理流程的流程图。
[0022]图13为示出图12所示的放电处理中的燃料电池组的输出电压的经时变化的图。
【具体实施方式】
[0023]电动车辆的燃料电池系统具有放电电路与放电控制电路。放电电路具有多个电阻元件和切换多个电阻元件之间的连接的多个开关元件，多个开关元件切换多个电阻元件之间的连接，由此形成将在燃料电池组产生的电力放电的多个放电路径。放电控制电路具有电压检测部、放电开始部和路径切换部，对多个开关元件进行控制。电压检测部检测与燃料电池组的输出电压相关的检测电压，放电开始部当取得指示进行在燃料电池组充电的电荷的放电的放电指示时，在放电电路形成第I放电路径，开始利用第I放电路径进行的放电。放电控制电路在电压检测部检测到的检测电压低于规定的阈值电压时，在放电电路形成电阻值比第I放电路径的电阻值小的第2放电路径，将利用第I放电路径进行的放电切换为利用第2放电路径进行的放电。由此，在电动车辆的燃料电池系统中，能够抑制制造成本并防止放电时的电阻元件的异常发热，并且能够迅速地将在燃料电池组产生的电力放电。
[0024]图1为实施例所涉及的电动车辆的燃料电池系统的整体图。
[0025]搭载于电动车辆的燃料电池系统I具备燃料电池组10。燃料电池组10具备沿层叠方向相互层叠的多个燃料电池单电池。在一例中，燃料电池单电池的数量为350?400个。各燃料电池单电池包括膜电极接合体20 ο膜电极接合体20具备:膜状的电解质、形成在电解质的一侧的阳极、以及形成在电解质的另一侧的阴极。另外，在各燃料电池单电池内，分别形成有用于向阳极供给燃料气体的燃料气体流通路、向阴极供给氧化剂气体的氧化剂气体流通路、以及用于向燃料电池单电池供给冷却水的冷却水流通路。通过将多个燃料电池单电池的燃料气体流通路、氧化剂气体流通路以及冷却水流通路分别以串联连接，在燃料电池组10分别形成有燃料气体通路30、氧化剂气体通路40以及冷却水通路50 ο在图1所示的实施例中，在燃料电池组1内，燃料气体通路30的容积与氧化剂气体通路40的容积彼此大致相等。此外，在电动车辆形成有乘员室(未图示)、以及在乘员室的车辆长度方向外侧形成的收容室(未图示)，燃料电池系统I的要素的一部分或者全部被收容于收容室内。
[0026]在燃料气体通路30的入口连结有燃料气体供给路31，燃料气体供给路31连结于储藏燃料气体的燃料气体源32。在本发明所涉及的实施例中，燃料气体由氢形成，燃料气体源32由氢罐形成。在燃料气体供给路31内配置有控制在燃料气体供给路31内流动的燃料气体的量的电磁式的燃料气体控制阀33。另一方面，在燃料气体通路30的出口连结有阳极废气通路34。如果燃料气体控制阀33开阀，则燃料气体源32内的燃料气体经由燃料气体供给路31被向燃料电池组1内的燃料气体通路30内供给。此时，从燃料气体通路30流出的气体、SP阳极废气流入阳极废气通路34内。另外，在与燃料气体通路30的入口邻接的燃料气体供给路31以及与燃料气体通路30的出口邻接的阳极废气通路34，分别配置有电磁式的燃料气体封闭阀35a、35b。燃料气体封闭阀35a、35b平时开阀。
[0027]另外，在氧化剂气体通路40的入口连结有氧化剂气体供给路41，氧化剂气体供给路41连结于氧化剂气体源42。在本发明所涉及的实施例中，氧化剂气体由空气形成，氧化剂气体源42由大气形成。在氧化剂气体供给路41内，配置有加压输送氧化剂气体的氧化剂气体供给器乃至压缩机43。另一方面，在氧化剂气体通路40的出口连结有阴极废气通路44 ο如果压缩机43被驱动，则氧化剂气体源42内的氧化剂气体经由氧化剂气体供给路41被向燃料电池组10内的氧化剂气体通路40内供给。此时，从氧化剂气体通路40流出的气体、即阴极废气流入阴极废气通路44内。在阴极废气通路44内，配置有控制在阴极废气通路44内流动的阴极废气的量的电磁式的阴极废气控制阀45。进而，压缩机43下游的氧化剂气体通路40与阴极废气控制阀45下游的阴极废气通路44借助电池组旁通通路46相互连结，在电池组旁通通路46内配置有控制在电池组旁通通路46内流动的氧化剂气体的量的电磁式的电池组旁通控制阀47。如果电池组旁通控制阀47开阀，则从压缩机43排出的氧化剂气体的一部分或者全部经由电池组旁通通路46，即绕过燃料电池组10流入阴极废气通路44内。此外，在图1所示的实施例中，即便阴极废气控制阀45的开度为最小开度，微量的氧化剂气体乃至空气也能够通过阴极废气控制阀45。另外，在压缩机43被停止时，微量的氧化剂气体乃至空气能够通过压缩机43。
[0028]进而，参照图1，在冷却水通路50的入口连结有冷却水供给路51的一端，在冷却水供给路51的出口连结有冷却水供给路51的另一端。在冷却水供给路51内配置有加压输送冷却水的冷却水栗52、散热器53。如果冷却水栗52被驱动，则从冷却水栗52排出的冷却水经由冷却水供给路51流入燃料电池组10内的冷却水通路50内，然后经由冷却水通路50流入冷却水供给路51内，然后返回冷却水栗52。
[0029 ]另外，燃料电池单电池的阳极以及阴极分别以串联的方式电连接，构成燃料电池组10的电极。燃料电池组10的两个电极与用于提高来自燃料电池组1的电压的升压转换器60电连接，升压转换器60与用于将来自升压转换器60的直流电流变换为交流电流的逆变器61电连接，逆变器61与电动发电机62电连接。进而，在燃料电池组10的两个电极，电连接有放电电路80。放电电路80由放电控制电路90控制。
[0030]进而，参照图1，燃料电池系统I具备系统控制电路70。系统控制电路70由数字计算机构成，具备通过双向总线71相互连接的R0M(只读存储器)72、RAM(随机访问存储器)73、CPU(微处理器)74、输入端口 75以及输出端口 76。在电动车辆安装有检测车辆的加速度的加速度传感器64。上述的加速度传感器64的输出电压经由对应的AD变换器77输入至输入端口75。另一方面，输出端口 76经由对应的驱动电路78与燃料气体控制阀33、燃料气体封闭阀35a、35b、压缩机43、阴极废气控制阀45、电池组旁通控制阀47、冷却水栗52、升压转换器60、逆变器61以及电动发电机62电连接。另外，系统控制电路70的电源由与燃料电池组10不同的其他电源79构成。
[0031 ]当应该由燃料电池组1发电时，燃料气体控制阀33开阀，燃料气体被朝燃料电池组10供给。另外，压缩机43被驱动，氧化剂气体从压缩机43被朝燃料电池组10供给。结果，在燃料电池单电池中，发生燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应，产生电力。所产生的电力被送往电动发电机62。结果，电动发电机62作为车辆驱动用的电动马达工作，车辆被驱动。
[0032]在图1所示的实施例中，以如下方式检测是否发生车辆碰撞。即，在由加速度传感器64检测到的车辆的加速度比允许上限大时判断为发生了车辆碰撞，在车辆加速度为允许上限以下时判断为未发生车辆碰撞。在检测到车辆碰撞时，向放电控制电路90输出碰撞信号。一旦输出碰撞信号，则持续进行碰撞信号的输出。另一方面，在未检测到车辆碰撞时，不输出碰撞信号。这样，加速度传感器64以及系统控制电路70构成检测车辆碰撞而输出碰撞信号的碰撞检测器。
[0033]图2为示出执行上述的车辆碰撞的检测的处理流程的流程图。图2所示的处理流程在系统控制电路70中通过间隔预先确定的设定时间的中断来执行。
[0034]首先，系统控制电路70判定是否正输出碰撞信号(S100)。当并未正输出碰撞信号时，系统控制电路70判定车辆的加速度ACC是否为允许上限LMT以下(S101)。当ACC ^ LMT时，使碰撞信号的输出停止的状态持续(S102)。当ACC>LMT时，系统控制电路70输出碰撞信号(S103)。另外，在SlOO中，当判定为正输出碰撞信号时，系统控制电路70继续进行碰撞信号的输出(S104)。
[0035]图3为示出执行实施例的碰撞时控制的处理流程的流程图。图3所示的处理流程在系统控制电路70中通过间隔预先确定的设定时间的中断来执行。
[0036]首先，系统控制电路70判定是否正输出碰撞信号(S200)。当并非正输出碰撞信号时，结束处理循环。当正输出碰撞信号时，系统控制电路70停止电动发电机62 (S201)，将燃料气体封闭阀35a、35b闭阀(S202)。通过将燃料气体封闭阀35a、35b闭阀，停止燃料气体对燃料电池组10的供给，阻止燃料气体从燃料电池组10的流出。接着，系统控制电路70停止压缩机43(S203)，将阴极废气控制阀45的开度形成为最小开度(S204)，将电池组旁通控制阀47闭阀(S205)。通过停止压缩机43，将阴极废气控制阀45的开度形成为最小开度，将电池组旁通控制阀47闭阀，停止氧化剂气体对燃料电池组10的供给，抑制来自燃料电池组10的氧化剂气体的流出。然后，系统控制电路70停止冷却水栗52(S206)。由此，燃料电池组10的发电停止。
[0037]图4为放电电路80以及放电控制电路90的详细电路框图。放电电路80与放电控制电路90形成将在燃料电池组1产生的电力急速地放电的急速放电装置。
[0038]放电电路80具备第I电阻元件81?第4电阻元件84、第I开关元件85?第3开关元件87。第I电阻元件81?第4电阻元件84各自的电阻值彼此相等，在一例中，第I电阻元件81?第4电阻元件84各自的电阻值为9 Ω。在图4所示的例子中，第I开关元件85?第3开关元件87分别由绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)构成。第I电阻元件81的一端与燃料电池组10的阳极以及第2开关元件86的发射极电连接，第I电阻元件81的另一端与第2电阻元件82的一端以及第3开关元件87的发射极电连接。第2电阻元件82的另一端与第2开关元件86的集电极以及第I开关元件85的发射极电连接。第3电阻元件83的一端与第I开关元件85的集电极电连接，第3电阻元件83的另一端与第4电阻元件84的一端以及第3开关元件87的集电极电连接。第4电阻元件84的另一端与燃料电池组10的阴极电连接。第I开关元件85?第3开关元件87的栅极经由驱动电路98与放电控制电路90的输出端口96电连接。第4电阻元件84两端的电压分别输入至放电控制电路90的输入端口 95。第4电阻元件84向放电控制电路90供给与燃料电池组10的输出电压相关的检测电压。第4电阻元件84的两端间的电压即检测电压与燃料电池组1的输出电压的变动成比例地变动，因此放电控制电路90能够通过检测检测电压来推定燃料电池组10的输出电压。此外，在本实施例中，作为与燃料电池组10的输出电压对应的电压使用第4电阻元件84的两端间的电压即检测电压，但也可以使用燃料电池组10的输出电压。
[0039]在放电电路80，通过根据来自放电控制电路90的控制信号控制第I开关元件85?第3开关元件87，形成经由第I电阻元件81?第3电阻元件83将在燃料电池组10产生的电力放电的放电路径。
[0040]图5A?5C为示出放电电路80的连接状态的电路框图。图5A为示出输入碰撞信号前的连接状态的图，图5V为示出输入碰撞信号后的第I连接状态的图，图5C为示出输入碰撞信号后的第2连接状态的图。
[0041]在向放电控制电路90输入碰撞信号前，第I开关元件85?第3开关元件87全部断开(关断)，在放电电路80不形成将在燃料电池组10产生的电力放电的放电路径。如果输入碰撞信号，则放电控制电路90将第I开关元件85接通。如果第I开关元件85接通，则第I电阻元件81?第3电阻元件83被串联连接，放电电路80形成第I放电路径。如果将第I电阻元件81?第3电阻元件83各自的电阻值设为R，则第I放电路径的合成电阻为3R。当从第4电阻元件84供给的检测电压低于规定的阈值电压时，放电控制电路90将除了将第I开关元件85接通之外还将第2开关元件86以及第3开关元件87接通。如果第I开关元件85?第3开关元件87全部接通，则第I电阻元件81?第3电阻元件83并联连接，放电电路80形成第2放电路径。如果将第I电阻元件81?第3电阻元件83各自的电阻值设为R，则第2放电路径的合成电阻为(1/3)R。图5B所示的第I放电路径的合成电阻为3R，图5C所示的第2放电路径的合成电阻为(1/3)R，因此第2放电路径的合成电阻为第I放电路径的合成电阻的I/9。放电控制电路90以在燃料电池组1的电压比较高时增大放电路径的合成电阻、在燃料电池组1的电压比较低时减小放电路径的合成电阻的方式对第I开关元件85?第3开关元件87进行控制。
[0042]放电控制电路90由数字计算机构成，具备由双向总线91相互连接的ROM(只读存储器)92、RAM(随机访问存储器)93、控制部94、输入端口 95以及输出端口 96。控制部94对放电控制电路90的整体动作进行总括控制，例如为CPU(微处理器)。控制部94根据存储于ROM 92的程序等而以适当的步骤执行各种处理，对第I开关元件85?第3开关元件87的通断(0N/OFF)进行控制。控制部94基于存储于ROM 92的程序执行处理。放电控制电路90的输入端口95与系统控制电路70的输出端口 76电连接，放电控制电路90的输出端口 96与系统控制电路70的输入端口 75电连接。即，系统控制电路70以及放电控制电路90能够相互通信。另外，在放电控制电路90的输入端口 95输入有第4电阻元件84两端的电压。
[0043 ] 在图4所示的例子中，放电控制电路90的电源由燃料电池组1构成。即，放电控制电路90经由电阻元件与燃料电池组10的例如阴极始终电连接。在这种情况下，燃料电池组10的输出电压通过电阻元件99被降低至放电控制电路90的驱动电压并被向放电控制电路90输送。放电控制电路90的驱动电压例如为24伏。
[0044]控制部94具有放电开始部941、电压检测部942、路径切换部943、放电停止部944。放电停止部944具有计时部945、时间判定部946、停止指示部947。控制部94所具有的上述各部为通过在控制部94所具有的处理器上执行的程序而安装的功能模块。或者，控制部94具有的上述各部可以作为独立的集成电路、微处理器或者固件安装于放电控制电路90。
[0045]图6为示出在放电电路80形成放电路径的处理的处理流程的流程图。
[0046]首先，放电开始部941判定是否输入了碰撞信号(S300)。如果判定为未输入碰撞信号，则将处理返回至S300，如果判定为输入了碰撞信号，则处理前进至S301。如果处理前进至S301，则放电开始部941将第I开关元件85接通，如图5B所示形成第I电阻元件81?第3电阻元件83串联连接的第I放电路径。接着，计时部945开始时间计测(S302)。接着，时间判定部946判定从第I开关元件85接通而形成第I放电路径起是否经过了规定的时间(S303)。在一例中，规定的时间为I秒。如果判定为从形成第I放电路径起经过了规定的时间，则处理前进至S306，如果判定为从形成第I放电路径起尚未经过规定的时间，则处理前进至S304。如果处理前进至S304，则路径切换部943判定电压检测部924检测到的第4电阻元件84两端的电压即检测电压是否为规定的电压以下。在一例中，规定的电压为与燃料电池组10的输出电压为300V时的检测电压对应的电压。如果判定出检测电压并非规定的电压以下，则处理返回S304，如果判定出检测电压为规定的电压以下，则处理前进至S305。如果处理前进至S305，则路径切换部943将第2开关元件86以及第3开关元件87接通，如图5C所示形成第I电阻元件81?第3电阻元件并联连接的第2放电路径。路径切换部943通过在利用第I放电路径进行的放电中形成第2放电路径，将利用第I放电路径进行的放电切换为利用第2放电路径进行的放电。然后，当燃料电池组10的阳极-阴极间的电压、即输出电压降低至与规定的控制电压对应的电压时，处理结束。
[0047]在S303中如果判定出从形成第I放电路径起经过了规定的时间，则停止指示部947断开第I开关元件85(S306)。接着，将表示放电处理未被正常执行的放电异常信号向系统控制电路70输出(S307)。
[0048]通过S303以及S304的判定处理，放电控制电路90判定每规定时间的检测电压的下降量是否比阈值下降量大。当每规定时间的检测电压的下降量比阈值下降量小时，放电控制电路90断开第I开关元件85，切断第I放电路径，然后输出放电异常信号。例如，存在如下情况:尽管输入了碰撞信号，但燃料气体封闭阀35a、35b以及电池组旁通控制阀47不闭阀，持续进行针对燃料电池组10的燃料气体以及氧化剂气体的供给，燃料电池组10持续生成电力。如果在输入碰撞信号后燃料电池组1仍持续生成电力，则燃料电池组1的输出电压不会迅速降低，担心形成第I放电路径的第I电阻元件81?第3电阻元件83加热、烧损。因此，放电控制电路90通过断开第I开关元件85，防止第I电阻元件81烧损。同时，放电控制电路90输出放电异常信号，由此，能够向处理碰撞后的车辆的作业者通知燃料电池组10的放电处理未被正常实施这一情况。
[0049]图7为示出图6所示的放电处理中的燃料电池组10的输出电压的经时变化的图。在图7中，横轴表示开始放电处理后的经过时间，纵轴表示燃料电池组10的输出电压。另外，在图7中，箭头A所示的时刻表示第I开关元件85接通而开始放电处理的时刻，箭头B所示的时刻表示第2开关元件86以及第3开关元件87也接通的时刻。
[0050]如果在箭头A的时刻输入碰撞信号，则放电开始部941将第I开关元件85接通，如图5B所示形成第I电阻元件81?第3电阻元件串联连接的第I放电路径。在图7所示的例子中，输入碰撞信号前的电压为370V左右。接着，在箭头B的时刻，如果判定出检测电压为规定的电压以下，则路径切换部943将第2开关元件86以及第3开关元件87接通，形成图5C所示的第2放电路径。在图7所示的例子中，第2开关元件86以及第3开关元件87接通的电压为300V。[0051 ]放电控制电路90在碰撞信号刚刚输入后，在放电电路80形成合成电阻比较大的第I放电路径，由此，在燃料电池组1的输出电压高时抑制流过放电电路80的放电电流的大小。接着，放电控制电路90在燃料电池组10的输出电压低于规定的电压时，在放电电路80形成合成电阻比较小的第2放电路径，由此使燃料电池组10的输出电压迅速降低。
[0052]图8为燃料电池系统I的第I变形例的放电电路以及放电控制电路的详细电路框图。
[0053]在图8所示的变形例中，代替参照图4以及5等说明了的放电电路80转而配置有放电电路180。放电电路180具有第I电阻元件181、第2电阻元件182、作为电压检测元件的第4电阻元件184、第I开关元件185、第2开关元件186。第I电阻元件181的一端与第I开关元件185的集电极电连接，第I电阻元件181的另一端与第2电阻元件182的一端以及第2开关元件186的集电极电连接。第2电阻元件182的另一端与第4电阻元件184的一端电连接。第4电阻元件184的另一端与燃料电池组10的阴极电连接。第I开关元件185以及第2开关元件186的发射极与燃料电池组10的阳极电连接，第I开关元件185以及第2开关元件186的栅极经由驱动电路98而与输出端口 96电连接。第I电阻元件181以及第2电阻元件182形成为第I电阻元件181的电阻值比第2电阻元件182的电阻值大。
[0054]图9为示出在图8所示的变形例中执行放电控制的处理流程的流程图。
[0055]放电开始部941在判定为输入了碰撞信号时(S400)，将第I开关元件185接通(S401)，在放电电路180形成第I电阻元件181以及第2电阻元件182串联连接的第I放电路径。计时部945开始进行时间计测(S402)，如果时间判定部946判定为从形成第I放电路径起尚未经过规定的时间(S403)，路径切换部943判定为检测电压为规定的电压以下(S404)，则处理前进至S405 ο如果处理前进至S405，则路径切换部943将第2开关元件186接通，形成从第2电阻元件182经由第2开关元件186流过有放电电流的第2放电路径。由于通过第2开关元件186接通而形成的第2放电路径绕过了电阻值比较大的第I电阻元件181，因此通过第2开关元件186接通而形成的第2放电路径的合成电阻比第I放电路径的合成电阻小。S406以及S407的处理与S306以及S307的处理相同，因此在此省略详细的说明。
[0056]图10为燃料电池系统I的第2变形例的放电电路以及放电控制电路的详细电路框图。
[0057]在图10所示的变形例中，代替参照图4以及5等说明了的放电电路80而配置有放电电路280。放电电路280具有第I电阻元件281、第2电阻元件282、作为电压检测元件的第4电阻元件284、第I开关元件285、第2开关元件286。第I电阻元件281的一端与第I开关元件285的集电极电连接，第I电阻元件281的另一端与第4电阻元件284的一端电连接。第2电阻元件282的一端与第2开关元件286的集电极电连接，第2电阻元件282的另一端与燃料电池组10的阴极电连接。第4电阻元件284的另一端与燃料电池组10的阴极电连接。第I开关元件285以及第2开关元件286的发射极与燃料电池组10的阳极电连接，第I开关元件285以及第2开关元件286的栅极经由驱动电路98而与输出端口 96电连接。第I电阻元件281以及第2电阻元件282形成为第I电阻元件281的电阻值比第2电阻元件282的电阻值大。
[0058]在图10所示的变形例中执行放电控制的处理的处理流程与参照图9说明了的图8所示的变形例中的处理流程相同，因此在此省略详细说明。在放电电路280中，通过将第I开关元件285接通而形成第I放电路径，通过将第I开关元件285以及第2开关元件286双方接通而形成第2放电路径。由于电阻值比较小的第2电阻元件282与第I电阻元件281并联连接，因此通过第I开关元件285以及第2开关元件286双方接通而形成的第2放电路径的合成电阻比第I放电路径的合成电阻小。
[0059]图11为燃料电池系统I的第3变形例的放电电路以及放电控制电路的详细电路框图。
[0060]在图11所示的变形例中，代替参照图4以及6等说明了的放电控制电路90而配置有放电控制电路190。放电控制电路190代替控制部94而具有控制部194。控制部194具有放电开始部1941、电压检测部1942、路径切换部1943、放电停止部1944。放电停止部1944具有运算部1945、下降速度判定部1946、停止指示部1947。控制部194所具有的上述各部为通过在控制部194所具有的处理器上执行的程序而安装的功能模块。或者，控制部194所具有的上述各部可以作为独立的集成电路、微处理器或者固件安装于放电控制电路190。
[0061]图12为示出在图11所示的变形例中执行放电控制的处理的处理流程的流程图。
[0062]5500、5501、5504、5505以及5510的各处理与参照图6说明了的5300、5301、5304、S305以及S307的各处理相同，因此在此省略详细说明。如果处理前进至S502，则运算部1945运算检测电压的下降速度(A V/ △ t)。在此运算的检测电压的下降速度(△ V/ △ t)取下降方向为正，因此在检测电压下降时为正数，在检测电压上升时为负数。接着，下降速度判定部1946判定检测电压的下降速度(AV/At)是否比第I阈值下降速度(Xl)大(S503)。第I阈值下降速度(Xl)与燃料电池组10的输出电压的下降速度成比例。在一例中，与第I阈值下降速度(Xl)对应的燃料电池组10的输出电压的下降速度为每秒100V。如果判定为检测电压的下降速度(AV/At)比第I阈值下降速度(Xl)大，则处理前进至S504。如果判定为检测电压的下降速度(AV/At)比第I阈值下降速度(Xl)小，则处理前进至S509。下降速度判定部1946在判定出经过单位时间后检测到的检测电压比之前检测到的检测电压下降的基础上，对从之前检测时起的检测电压的下降速度(A V/At)与第I阈值下降速度(Xl)进行比较。当检测电压的下降速度比第I阈值下降速度小时，放电控制电路190将第I开关元件85断开(S509)，并且输出放电异常信号(S510)。
[0063]如果处理前进至S506，则运算部1945运算检测电压的下降速度(AV/At)，接着，下降速度判定部1946判定检测电压的下降速度(AV/At)是否比第2阈值下降速度(X2)大(S507)。在一例中，与第2阈值下降速度(X2)对应的燃料电池组10的输出电压的下降速度为每秒20V。如果判定检测电压的下降速度(AV/At)比第2阈值下降速度(X2)大、即判定检测电压的变化急剧，则处理前进至S508。如果判定检测电压的下降速度(AV/At)比第2阈值下降速度(X2)小、即判定为检测电压的变化缓慢，则处理前进至S509。如果处理前进至S508，则下降速度判定部1946在判定出经过单位时间后检测到的检测电压比之前检测的检测电压下降的基础上，对检测电压的下降速度(A V/At)与规定的第2阈值下降速度(X2)进行比较。当检测电压的下降速度比第2阈值下降速度小时，放电控制电路190将第I开关元件85?第3开关元件87断开(S509)，并且输出放电异常信号(S510)。
[0064]图13为示出图12所示的放电处理中的燃料电池组10的输出电压的经时变化的图。在图13中，横轴表示开始放电处理起的经过时间，纵轴表示燃料电池组10的输出电压。另夕卜，在图13中，箭头A所示的时刻表示第I开关元件85接通而开始放电处理的时刻，箭头B所示的时刻表示第2开关元件86以及第3开关元件87也接通的时刻。
[0065]如果在箭头A的时刻，输入碰撞信号，则放电开始部1941将第I开关元件85接通，形成第I电阻元件81?第3电阻元件串联连接的第I放电路径。在图13所示的例子中，碰撞信号输入前的电压为370V左右。接着，如果在箭头B的时刻判定出检测电压为规定的电压以下，则路径切换部1943将第2开关元件86以及第3开关元件87接通，形成第I电阻元件81?第3电阻元件83并联连接的第2放电路径。在图13所示的例子中，第2开关元件86以及第3开关元件87接通的电压为300V左右。
[0066]在本发明所涉及的实施例中，放电控制电路在被输入碰撞信号时，形成第I放电路径，开始利用第I放电路径进行的放电。放电控制电路当在利用第I放电路径进行的放电中检测到的检测电压低于规定的阈值电压时，形成电阻值比第I放电路径的电阻值小的第2放电路径，将利用第I放电路径进行的放电切换为利用第2放电路径进行的放电。放电控制电路通过在比规定的阈值电压低时减小放电路径的电阻值，由此能够抑制制造成本并防止放电时的电阻元件的异常发热，并且能够迅速地将来自燃料电池组的电力放电。
[0067]另外，在本发明所涉及的实施例中，放电控制电路在每规定时间的检测电压的下降量比阈值下降量小时将开关元件断开，切断放电路径，因此能够防止电阻元件烧损。另夕卜，放电控制电路同时输出放电异常信号，因此能够向处理碰撞后的车辆的作业者通知燃料电池组的放电处理未被正常实施这一情况。
[0068]在本发明所涉及的实施例中，放电控制电路在被输入表示检测到车辆碰撞这一情况的碰撞信号时，形成将在燃料电池组产生的电力放电的放电路径。然而，放电控制电路也可以在被输入表示车辆碰撞的危险性高这一情况的碰撞危险信号等指示进行在燃料电池组产生的电力的放电的其他放电指示信号时，形成将在燃料电池组产生的电力放电的放电路径。例如，系统控制电路70可以依据表示位于车辆的前方的障碍物与车辆之间的距离的距离信息、表示车辆的速度的速度信息判定车辆是否会与障碍物碰撞，在判定为车辆会与障碍物碰撞时，输出碰撞危险信号。
[0069]另外，在本发明所涉及的实施例中，放电控制电路基于经由第4电阻元件检测到的检测电压，将在放电电路形成的放电路径从第I放电路径切换为第2放电路径，但放电控制电路也可以使用利用检测在放电路径的配线中流动的电流的电流检测用线圈以及使用分流电阻等检到测的检测电压。
[0070]另外，当放电电路80的第I电阻元件81?第3电阻元件83的电阻值相同的情况下，电阻元件的发热量均匀，因此优选使第I电阻元件81?第3电阻元件83相同，但第I电阻元件81?第3电阻元件83的电阻值也可以不同。放电电路180的第I电阻元件181以及第2电阻元件182、放电电路280的第I电阻元件281以及第2电阻元件282形成为第I电阻元件181、281的电阻值比第2电阻元件182、282的电阻值大。然而，也可以形成为第I电阻元件181、281的电阻值与第2电阻元件182、282的电阻值相等，还可以形成为第I电阻元件181、281的电阻值比第2电阻元件182、282的电阻值小。
[0071]此外，换个角度进行说明，本发明所涉及的电动车辆的燃料电池系统具有:燃料电池组，利用燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生电力，并且将所产生的电力向车辆驱动用电动马达供给;燃料气体供给部，向燃料电池组供给燃料气体;氧化剂气体供给部，向燃料电池组供给氧化剂气体;发电停止部，在被输入了指示进行在上述燃料电池组产生的电力的放电的放电指示信号时，控制上述燃料气体供给部而停止燃料气体对燃料电池组的供给，并且控制氧化剂气体供给部停止氧化剂气体对燃料电池组的供给，由此停止燃料电池组的发电;放电部，在被输入了上述放电指示信号时，将在燃料电池组产生的电力放电；检测部，检测与燃料电池组的输出电压对应的检测电压;控制部，具有发电停止异常信号部，在每规定时间的检测电压的下降量比阈值下降量小时，发电停止异常信号部输出表示燃料电池组的发电未停止的发电停止异常信号。
【主权项】
1.一种电动车辆的燃料电池系统，其特征在于， 所述电动车辆的燃料电池系统具有: 燃料电池组，所述燃料电池组利用燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生电力，并且将所产生的电力向车辆驱动用电动马达供给； 放电电路，所述放电电路具有多个电阻元件和切换所述多个电阻元件之间的连接关系的多个开关元件，能够通过所述多个开关元件切换所述多个电阻元件之间的连接关系而形成将在所述燃料电池组产生的电力放电的多个放电路径；以及 放电控制电路，所述放电控制电路对所述多个开关元件的通断进行控制， 所述放电控制电路具有: 放电开始部，所述放电开始部在被输入了指示将在所述燃料电池组产生的电力放电的放电指示信号时，在所述放电电路形成第I放电路径，开始利用所述第I放电路径进行的所述放电； 电压检测部，所述电压检测部检测与所述燃料电池组的输出电压对应的检测电压；以及 路径切换部，在利用所述第I放电路径进行的所述放电的过程中，当所述电压检测部检测到的检测电压低于规定的阈值电压时，所述路径切换部在所述放电电路形成电阻值比所述第I放电路径的电阻值小的第2放电路径，将利用所述第I放电路径进行的所述放电切换为利用所述第2放电路径进行的所述放电。2.根据权利要求1所述的电动车辆的燃料电池系统，其中， 所述放电控制电路还具有放电停止部，当在利用所述第I放电路径进行的所述放电的过程中每规定时间的所述检测电压的下降量小于阈值下降量时，所述放电停止部切断所述第I放电路径而停止所述放电，并且输出表示所述放电未被正常执行这一情况的放电异常信号。3.根据权利要求2所述的电动车辆的燃料电池系统，其中， 所述放电停止部具有: 计时部，所述计时部计测从开始所述放电时起的经过时间； 时间判定部，所述时间判定部在所述检测电压低于所述阈值电压前，判定所述计时部计测到的经过时间是否比规定的阈值时间长；以及 停止指示部，当在所述检测电压低于所述阈值电压前所述时间判定部判定为所述经过时间比规定的阈值时间长时，所述停止指示部切断所述第I放电路径，并且输出所述放电异常信号。4.根据权利要求2所述的电动车辆的燃料电池系统，其中， 所述放电停止部具有: 运算部，所述运算部运算所述检测电压的下降速度； 下降速度判定部，所述下降速度判定部判定由所述运算部运算出的所述检测电压的下降速度是否比规定的阈值下降速度大；以及 停止指示部，当所述下降速度判定部判定为所述检测电压的下降速度比规定的阈值下降速度小时，所述停止指示部切断所述第I放电路径，并且输出所述放电异常信号。5.根据权利要求1?4中任一项所述的电动车辆的燃料电池系统，其中， 所述放电电路具有: 第I电阻元件，所述燃料电池组的一方的端子连接于所述第I电阻元件的一端； 第2电阻元件，所述第2电阻元件的一端连接于所述第I电阻元件的另一端； 第3电阻元件，所述燃料电池组的另一方的端子连接于所述第3电阻元件的一端； 第I开关元件，所述第I开关元件配置在所述第2电阻元件的另一端与所述第3电阻元件的另一端之间； 第2开关元件，所述第2开关元件配置在所述第I电阻元件的一端与所述第2电阻元件的另一端之间；以及 第3开关元件，所述第3开关元件配置在所述第2电阻元件的一端与所述第3电阻元件的一端之间， 通过断开所述第2开关元件以及所述第3开关元件且接通所述第I开关元件，由串联连接的所述第I电阻元件、所述第2电阻元件以及所述第3电阻元件形成所述第I放电路径， 通过接通所述第I开关元件、所述第2开关元件以及所述第3开关元件，由并联连接的所述第I电阻元件、所述第2电阻元件以及所述第3电阻元件形成所述第2放电路径。6.根据权利要求1?5中任一项所述的电动车辆的燃料电池系统，其中， 所述电动车辆的燃料电池系统还具有: 加速度传感器，所述加速度传感器检测所述电动车辆的加速度；以及系统控制电路，所述系统控制电路判定所述加速度传感器检测到的加速度是否比规定的阈值加速度大，当判定为所述加速度传感器检测到的加速度比规定的阈值加速度大时，将所述放电指示信号向所述放电控制电路输出。7.根据权利要求6所述的电动车辆的燃料电池系统，其中， 所述系统控制电路在判定为所述加速度传感器检测到的加速度比所述阈值加速度大时，执行停止燃料气体以及氧化剂气体朝所述燃料电池组的供给的处理。8.一种控制方法，是电动车辆的燃料电池系统的控制方法， 所述电动车辆的燃料电池系统具有: 燃料电池组，所述燃料电池组利用燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生电力，并且将所产生的电力向车辆驱动用电动马达供给； 放电电路，所述放电电路具有多个电阻元件和切换所述多个电阻元件之间的连接关系的多个开关元件，能够通过所述多个开关元件切换所述多个电阻元件之间的连接关系来形成将在所述燃料电池组产生的电力放电的多个放电路径；以及 放电控制电路，所述放电控制电路对所述多个开关元件的通断进行控制， 所述控制方法的特征在于，包括: 当被输入了指示将在所述燃料电池组产生的电力放电的放电指示信号时，利用所述放电控制电路在所述放电电路形成第I放电路径，开始利用所述第I放电路径进行的所述放电， 利用所述放电控制电路检测与所述燃料电池组的输出电压对应的检测电压， 在利用所述第I放电路径进行的所述放电的过程中，当所检测到的检测电压低于规定的阈值电压时，利用所述放电控制电路在所述放电电路形成电阻值比所述第I放电路径的电阻值小的第2放电路径，将利用所述第I放电路径进行的所述放电切换为利用所述第2放 电路径进行的所述放电。
【文档编号】H01M8/04858GK105874637SQ201580003564
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年7月30日
【发明人】今西雅弘, 大桑芳宏
【申请人】丰田自动车株式会社