燃料电池系统的制作方法

专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池系统，尤其是涉及在混合动力型的燃料电池系统中，能 够根据对通过电压转换装置(高压转换器)的电力进行检测的电力检测单元的异常判断结 果，适当地进行电压转换装置的控制的燃料电池系统。
背景技术：
搭载于电动汽车等的燃料电池系统中，正在开发一种混合动力型的燃料电池系 统，其构成为为了应对超过燃料电池的发电能力的突然的负载量的变化，具备负载驱动电 路和蓄电池，经由电压转换装置使蓄电池的输出电压升压或降压后与燃料电池的输出端子 连接并能够将蓄电池的输出向负载装置供给。这样的混合动力型的燃料电池系统中，尤其是将电压转换装置作为主体，设置有 用于计测电压值、电流值、或电力量的各种传感器，在系统的控制中使用了这些计测值，但 在传感器的计测值中包含异常值时，会给系统控制带来障碍，有时会陷入不期望的运转状 态。因此，例如日本特开2004-364404号公报公开有如下提案，即，通过计算电压转换 装置的输入侧电压传感器、输出侧电压传感器、蓄电池电压传感器的各检测电压值之间的 偏差，并对它们进行相互比较并验证，由此进行传感器异常的检测和异常的传感器的特定 (参照专利文献1)。专利文献1 日本特开2004-364404号公报但是，上述以往的技术中，能够检测传感器的异常、或特定异常的电压传感器，但 至今也未就基于该判断结果应该对电压转换装置进行怎样的处理进行研究。虽然有时对电 压转换装置进行各种校正，但关于相对于这种校正应该怎样反应传感器的异常判断的结果 还未公开。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种燃料电池系统，其能够根据对通过电压转换装 置的电力进行检测的电力检测单元的异常判断结果，适当地实施电压转换装置的控制。为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池系统，其具备电压转换装置，其特征 在于，具备对通过所述电压转换装置的电力进行检测的电力检测单元，判断所述电力检测 单元是否产生了异常，当判断为发生了异常的情况下，禁止用于所述电压转换装置的控制 的参数的校正。通过这样构成，禁止判断为电力检测单元产生了异常时的参数校正，因此能够提 高对系统(尤其是电压转换装置)进行控制的控制参数的可靠性。另外，本发明中所谓“电力检测单元”是包含不仅检测电力而且检测电流的单元或 功能的广泛概念，“电力检测单元”的“异常”包含检测出的电流为异常值的情况。另外，优选的是，所述燃料电池系统当判断为所述电力检测单元产生了异常的情况下，禁止对由于所述电压转换装置的电抗器电流的方向不同而变化的死区时间进行校正 的死区时间校正。通过这样构成，在电力检测单元产生异常时禁止基于包含误差的电抗器电流的错 误的死区时间校正，因此能够提高死区时间校正动作的可靠性。另外，优选的是，在所述燃料电池系统中，所述电压转换装置被构成为可多相运 转，当判断为所述电力检测单元产生了异常的情况下，禁止所述电压转换装置的相间电流 值的校正。通过这样构成，在电力检测单元产生了异常的情况下，禁止相间电流值的校正，因 此能够提高对于相间电流值的可靠性。另外，优选的是，在所述燃料电池系统中，所述电压转换装置被构成为可多相运 转，当判断为所述电力检测单元产生了异常的情况下，禁止所述电压转换装置的驱动相切换。通过这样构成，在电力检测单元产生了异常的情况下，禁止电压转换装置的驱动 相切换，因此能够保持通过电力转换装置的电力的精度，能够继续更稳定的多相运转。另外，优选的是，所述的燃料电池系统具备多个所述电力检测单元，对分别由所述 多个电力检测单元检测出的电力进行相互比较，判断是否所述任意一个电力检测单元产生 了异常。通过这样构成，由多个电力检测单元检测的电力检测结果相互对照，因此能够在 高的可靠性下得出产生异常的电力检测单元。另外，优选的是，在所述的燃料电池系统中，对分别由所述多个电力检测单元检测 出的电力进行相互比较，对被判断为所述任意一个电力检测单元产生了误差的电力检测单 元所检测出的电力进行该误差的校正。通过这样构成，对被判断产生了误差的电力检测单元进行误差的校正，因此只要 电力检测单元的误差在可校正的范围，就可以利用该检测单元进行参数的校正，因此能够 实现作为整体具有牢固的故障安全功能的燃料电池系统。另外，优选的是，在所述燃料电池系统中，由所述多个电力检测单元检测的电力为 由设置于所述电压转换装置一次侧的电力检测传感器检测的一次侧通过电力、由设置于所 述电压转换装置二次侧的电力检测传感器检测的二次侧通过电力、及基于由电流检测传感 器检测出的电抗器电流而推测出的电抗器通过电力，其中，所述电流检测传感器与所述电 压转换装置的电抗器串联连接。通过这样构成，能够在技术上利用简单的方法、且成本负担少的方法设置多个电 力检测单元。另外，本发明提供一种燃料电池，其特征在于，具备燃料电池；负载装置；连接于 所述燃料电池和所述负载装置之间的电压转换装置；对通过所述电压转换装置的电力进行 检测的电力检测部；及控制部。所述控制部判断所述电力检测部是否产生了异常，当判断为 产生了异常的情况下，禁止用于所述电压转换装置的控制的参数的校正。另外，本发明的燃料电池系统具备多个所述电力检测部，所述控制部对分别由所 述多个电力检测部检测出的电力进行相互比较，判断是否所述任意一个电力检测单元产生 了异常。
另外，本发明提供一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具备电压转 换装置，所述燃料电池系统的控制方法具备判断对通过所述电压转换装置的电力进行检 测的电力检测单元是否产生了异常的步骤；及当判断为所述电力检测单元产生了异常的情 况下，禁止用于所述电压转换装置的控制的参数的校正的步骤。根据本发明，禁止被判断为电力检测或电流检测产生了异常时的参数校正，因此 能够提高对系统(尤其是电压转换装置)进行控制的控制参数的可靠性。


图1是本发明实施方式的燃料电池系统的系统整体图；图2是以DC-DC转换器20的一相量的单相电路为主体的负载驱动电路的构成图；图3是用于说明以DC-DC转换器20为主体的电路的主要路径中的电流、电压、及 电力的流动的电路方框图；图4是用于说明本发明的异常检测时的基本动作的流程图；图5是用于说明实施例的异常检测动作的流程图(前半)；图6是用于说明实施例的异常检测动作的流程图(后半)；图7是表示电抗器电流状态的积分项的值和异常判断阈值范围的说明图；图8是用于DC-DC转换器的参数校正的传感器和控制功能的校正参数的对应表。
具体实施例方式下面，参照附图对用于实施本发明的最好的实施方式进行说明。本发明的实施方式是在搭载于电动汽车等移动体的混合动力燃料电池系统中适 用了本发明的实施方式。(系统构成)图1是本发明的实施方式的燃料电池系统的系统整体图。本实施方式的混合动力型燃料电池系统(混合动力燃料电池系统1)具备本发明 的电压转换装置的DC-DC转换器20、相当于蓄电装置的高压蓄电池21、燃料电池22、防止逆 流用二极管23、变换器24、牵引电动机25、差速器26、轴27、车轮29、电源控制部10。高压蓄电池21通过层叠并串联连接多个充放电自由的镍氢电池等蓄电池单元而 输出规定的电压。在高压蓄电池21的输出端子设有可与电源控制部10通信的蓄电池计算 机14，维持在不至于使高压蓄电池21的充电状态过充电或过放电的适当的值，且万一高压 蓄电池中发生异常的情况下，按照维持安全的方式进行动作。DC-DC转换器20为如下所述的双方向的电压转换装置将向一次侧(输入侧蓄 电池21侧)输入的电力变换(升压或降压)为与一次侧不同的电压值并向二次侧(输出 侧燃料电池22侧)输出，或者相反，将向二次侧输入的电力变换为与二次侧不同的电压并 向一次侧输出。该实施方式中，通过将高压蓄电池21的直流输出电压(例如约200V)进一 步升压至高的直流电压(例如约500V)，能够以小电流/高电压驱动牵引电动机25，抑制电 力供给导致的电力损失，可以实现牵引电动机25的高输出化。该DC-DC转换器20采取三相 运转方式，作为具体的电路方式具备作为三相桥形转换器的电路构成。该三相桥型转换器 的电路构成组合了暂时将输入的直流电压变换为交流的变换器类似的电路部分、和再将该
6交流整流并变换成不同的直流电压的部分。如图1所示，该转换器分别在一次侧输入端子 间及二次侧输出端子间三相(PI、P2、P3)并联连接如下构造而构成重叠了两段重叠开关 元件Tr及整流器D的并联连接构造。而且，构成为将一次侧和二次侧的各个两段重叠构造 的中间点之间通过电抗器L连结的构造。作为开关元件Tr例如可以利用IGBTdnsulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅双极型晶体管)，作为整流器D可以利用二极管。该 DC-DC转换器20在按照每个相间的相位差为120度(2 π/3)的方式进行调整的时刻进行开 关。另外，该DC-DC转换器20的电抗器L串联连接电流传感器19。在此，该DC-DC转换器20构成为关于使哪个相工作，可基于来自电源控制部10 的相切换控制信号Cph任意地变更。本实施方式中，基于实测的负载或负载预测，在三相运 转和单相运转间切换。另外，该DC-DC转换器20中，三相桥形电路构成中将直流电流暂时变换为交流电 流，但可以使该交流电流的占空比与来自电源控制部10的占空比控制信号Cd相对应而使 该交流电流的占空比变化。该交流电流的占空比使通过该转换器的电力的有效值变化，由 此使计算机的输出电力及输出电压变化。通过占空比的变更能够进行瞬时的输出调整。这 样的占空比的暂时的变更尤其在该计算机正常地进行的控制动作的过渡期中是有效的。另外，该DC-DC转换器20的输入电流可以通过电流传感器15进行实测，且输入电 压Vi可以通过电压传感器16进行实测。另外，该DC-DC转换器20的输出电流可以通过电 流传感器17进行实测，输出电压Vo可以通过电压传感器18进行实测。另外，在各相的电 抗器L设有构成为可检测在电抗器中流动的电流的电流传感器19(19-1、19-2、19-3)。另外，该DC-DC转换器20在轻负载运转时或制动动作时，相反将牵引电动机25作 为发电机进行发电，将直流电压从转换器的二次侧向一次侧转换，可以进行对高压蓄电池 21充电的再生动作。燃料电池组22堆叠多个单元电池并串联连接而构成。单元电池是由用于供给燃 料气体和氧化气体的隔板夹持MEA构造物的构造，该MEA由燃料极和空气极这两个电极夹 持高分子电解质膜等而成。阳极是将阳极用催化剂层设置于多孔质支承层上，阴极是将阴 极用催化剂层设置于多孔质支承层上。在燃料电池组22中设置有未图示的供给燃料气体的系统、提供氧化气体的系统、 及提供冷却液的系统，根据来自电源控制部10的控制信号Cfc，利用控制燃料气体的供给 量及控制氧化气体的供给量，能够以任意的发电量进行发电。变换器24为行驶电动机用变换器，将通过DC-DC转换器20升压的高压直流变换 为相互相位差为120度的三相交流。该变换器24与转换器20同样地通过来自电源控制部 10的变换器控制信号Ci进行电流控制。牵弓I电动机25是本电动汽车的主动力，在减速时产生再生电力。差速器26为减速 装置，将牵引电动机25的高速旋转减速至规定转速，并使设置了轮胎29的轴27旋转。在 轴27上设有车轮速度传感器28，可将车轮速度脉冲Sr向电源控制部10输出。电源控制部10是电源控制用计算机系统，例如具备中央处理装置(CPU) 101、 RAM102、R0M103。该电源控制部10按照如下所述的电源的整体控制进行编程，S卩，输入油门 位置信号Sa、轴位置信号Ss、来自车轮速度传感器28的车轮速度信号Sr等来自各种传感
7器的信号，求出对应于运转状态的燃料电池组22的发电量及牵引电动机25的转矩，计算燃 料电池组22、牵引电动机25、及高压蓄电池21的电力平衡，加上DC-DC转换器20、变换器 24中的损失。另外，电力控制部10可以通过电流传感器15检测的输入电流及电压传感器 16检测的输入电压识别向DC-DC转换器20 —次侧流通的电力，通过电流传感器17检测的 输出电流及电压传感器18检测的输出电压识别向DC-DC转换器20的二次侧流通的电力。 另夕卜，电力控制部10能够利用电流传感器19检测的通过电流识别DC-DC转换器20的各相 分别的通过电流。图2是为了简单地理解，而将以DC-DC转换器20的一相量的电路取出的负载驱动 电路的构成图；如图2所示，DC-DC转换器20 ( 一相量)具有开关元件Trl 4、二极管Dl 4、及 电抗器L，并构成为在燃料电池22的输出侧(二次侧)串联连接(两段重叠)如下电路开 关元件Trl和二极管Dl的并联连接电路、开关元件Tr2和二极管D2的并联连接电路。另 外，构成为在高压蓄电池21的输出侧(一次侧)串联连接(两段重叠)如下电路开关元 件Tr3和二极管D3的并联连接电路、开关元件Tr4和二极管D4的并联连接电路。该DC-DC转换器20的电路构成为组合了具有暂时将输入的直流电压变换为交流 的变换器功能的电路部分、和再将该交流整流并变换成不同的直流电压的电路部分。在DC-DC转换器20中，所述串联连接的触点在燃料电池21的输出侧存在一处，在 蓄电池21的输出侧存在一处，该两处的触点经由电抗器L电连接，可利用该电流传感器19 计测通过电抗器L的电流。本实施方式中，在DC-DC转换器90的输入侧连接有高压辅机用变换器84 (图1中 未图示)，在输出侧连接有用于行驶电动机用牵引电动机25的变换器24。图3是用于说明以DC-DC转换器20为主体的电路的主要路径中电流、电压、及电 力的流动的电路方框图。图3所示的是电力的流动的一例，表示对于牵引电动机25从蓄电池21和燃料电 池22供给电力的情况。如图3所示，来自高压蓄电池21的输出电力分支为向变换器84的 驱动电力和向DC-DC转换器20的输入电力，并从变换器84向高压辅机85供给驱动电力 (辅机损失)。DC-DC转换器20的输出电力Pi经由行驶电动机用变换器24向牵引电动机 25输出。间歇运转模式等燃料电池22中止发电动作的期间中，仅来自蓄电池21的电力经 由DC-DC转换器20向行驶电动机用变换器24供给。另一方面，存在燃料电池22的发电剩余电力的情况下，燃料电池的输出电力供给 至行驶电动机用变换器24，并且在与图3的露白箭头指向相反的方向，从DC-DC转换器20 二次侧向一次侧供给电力，将排除了向高压辅机用变换器84的高压辅机损失后的电力向 蓄电池21充电。另外，制动动作中由牵引电动机25生成的再生电力经由变换器24，与上述相同， 从DC-DC转换器20的二次侧向一次侧供给，将排除了向高压辅机用变换器84的高压辅机 损失后的电力向蓄电池21充电。另外，虽然在DC-DC转换器20中产生内部损失，但实质上向DC-DC转换器20的输 入电力Pi、通过电力Pt、输出电压Po应该相互相等。如果这些电力中任一个产生误差，推
8测检测该电力的传感器中产生不适，要求对由该传感器检测的电力值进行校正。另外，如果显示检测出的电力的任一个为超过可允许的范围的值，则可以推测检 测到该电力的传感器为异常状态，因此要求进行与之相对应的措施。下面，对本实施方式的电力检测单元的误差检测及异常检测的动作进行说明。(动作)参照图3对本实施方式的燃料电池系统1的特征性动作进行说明。DC-DC转换器20的输入电力Pi可推测为从蓄电池输出电力Pb除去向高压辅机用 变换器84的高压辅机损失Li后的电力，该蓄电池输出电力Pb利用电流传感器15检测出 的蓄电池电流Ib及电压传感器16检测出的蓄电池电压Vb检测得出。DC-DC转换器20的 输出电力Po可推测为从行驶电动机负载电力Lo除去燃料电池输出电力Pfc后的电力，该 燃料电池输出电力Pfc利用电流传感器17检测出的燃料电池电压Ifc及电压传感器18检 测出的燃料电池电压Vfc检测得出。另外，通过电力Pt可基于DC-DC转换器20的输入电 压、电流传感器19检测的通过电流It、电抗器、控制同步感应损耗等利用特定的计算式进 行计算，或者通过参照特定的关系表(二维映射表)进行推测。各个电力计测值在用于控 制DC-DC转换器20的逻辑功能(是电源控制部10中的功能，更具体而言，相切换、死区时 间校正、及相间电流校正的各逻辑功能)中使用。基于这些传感器的电力计测(相当于本发明的电力检测单元)的结果即电力计 测值中产生误差，如果在决定了规定的误差范围的阈值的范围内则不需要进行计测值的 校正，进行DC-DC转换器20的控制。另外，超过了阈值的范围的情况下，作为异常判断 (Diagnosis 诊断)进行异常判断时的处理(系统动作停止等)。但是，即使是没有超过该 阈值的程度的误差，在上述各逻辑功能中使用的情况下，也会带来使DC-DC转换器20产生 误动作的影响。因此，本实施方式的燃料电池系统1中，即使是没有超过该异常判断的阈值 的误差，在检测出如下所述那样的传感器的异常时，电源控制部10也会作为故障安全功能 禁止参数的校正，所述传感器的异常为在用于所述各逻辑功能的情况下也会带来使DC-DC 转换器20产生误动作的影响。即，实施相对于利用各逻辑功能计算出的计算值的校正禁止 等的处置。接着，参照图4的流程图，对组合了所述第一、第二、第三电力检测单元中的多个 的异常检测处理进行说明。首先，如步骤SlOO所示，在各第一、第二、第三电力检测单元中计算出电力计测值。第一电力检测单元中，推测转换器输入电力Pi即转换器通过有效功率(电力)。 转换器输入电力Pi是从蓄电池输出电力Pb除去了高压辅机用变换器84的高压辅机损失 Li后的电力，蓄电池输出电力Pb根据电流传感器15检测的蓄电池电流Ib及电压传感器 16检测的蓄电池电压Vb求出。因此，转换器输入电力Pi (=转换器通过有效功率推测值) 的推测值通过在(蓄电池电压ViX蓄电池电流值Ib-高压辅机损失Li)上乘以转换器效 率的值((蓄电池VbX蓄电池电流Ib-高压辅机损失Li) X转换器效率))而求出。第二电力检测单元中，推测通过转换器内的功率(即，转换器通过电力Pt)。转换 器通过电力Pt能够通过基于DC-DC转换器20的输入电压、电流传感器19检测的通过电流 It、电抗器、控制同步感应损耗等利用特定的计算式进行计算，或者通过参照特定的关系表(二维映射表)进行推测。第三电力检测单元中，推测从转换器输出的功率(即，转换器输出电力Po)。转换 器输出电力Po可通过转换器输出电力Po =行驶电动机负载电力Lo-燃料电池电压VoX 燃料电池电流Io而求出。在将上述第一、第二、第三电力检测单元中的任一个单独使用的情况下，电源控制 部10将相对于检测出的电力计测值的误差的大小与表示电力计测值的异常范围的规定的 异常判断阈值(为与误差判断中使用的误差判断阈值不同的阈值)进行比较，判断是否电 力检测单元中产生了异常。而且，在判断为产生了异常的情况下，禁止用于转换器的控制的 参数的校正。例如，判断为电力检测单元中产生了异常的情况下，禁止对根据转换器的电抗 器电流的方向的变化而变化的死区时间进行校正的死区时间校正。另外，转换器被构成为 可多相运转的情况下，当判断为电力检测单元中产生了异常时，禁止转换器的相间电流值 的校正。另外，该情况下，也可以禁止转换器的驱动相切换。接着，进入步骤S101，通过组合了计算出的第一、第二、第三电力检测单元的电力 计测值中的多个的异常检测处理，特定进行误动作的电力检测单元。作为第一异常检测处理，电源控制部10对由第一电力检测单元检测出的蓄电池 侧的转换器输入电力Pi (即，所述转换器通过有效功率)、和由第三电力检测单元检测出的 转换器输出电力Po进行比较。由此，特定进行误动作的传感器的候补。作为第二异常检测处理，电源控制部10对根据由第二电力检测单元检测出的电 抗器电流It计算出的转换器流通电力Pt、和由第三电力检测单元检测出的转换器输出电 力Po进行比较。由此，特定进行误动作的传感器的候补。作为第三异常检测处理，电源控制部10对根据由第二电力检测单元检测出的电 抗器电流计算出的转换器通电功率、和由第一电力检测单元检测出的蓄电池侧的转换器通 电功率进行比较。由此，特定进行误动作的传感器的候补。最后，电源控制部10根据组合了上述第一、第二及第三异常检测处理中的任意两 个的结果、或根据组合了上述第一、第二及第三异常检测处理中的全部的结果，特定进行误 动作的传感器。更具体而言，电源控制部10在适用了上述第一、第二及第三异常检测处理 中的任意两个以上的情况下，对由多个电力检测单元分别检测出的电力相互进行比较，并 判断是否所述任意一个电力检测单元中产生了异常。其结果是，判断为任意一个电力检测单元(传感器)产生了异常的情况下(是)， 进入步骤S103，电源控制部10实施异常检测后的处理。例如，采取禁止该电力检测单元的 使用或告知异常的故障安全动作。另一方面，判断为没有判断任意一个电力检测单元中产生异常的情况下(否)，进 入步骤S 104，电源控制部10进一步将电力计测值间的偏差与规定的误差判断阈值进行比 较。而且，判断为产生了误差判断阈值以上的误差的情况下(是)，进入步骤S105，电源控 制部10对通过推测出产生误差的电力检测单元检测出的电力进行误差校正处理。另外，电 力计测值间的偏差比误差判断阈值小的情况下(否)，电力检测单元的计测值为正常的值， 结束处理。如上，如果由各电力检测单元计测到的电力值为异常值，则可以进行规定的异常 处理，即使没有检测出为异常，有时也不适合实施在转换器中实施的各种逻辑功能中的规定参数校正。因此，在步骤S106中，电源控制部10判断基于检测出的电力计测值计算的各 种参数是否在规定的阈值以内。并且，判断为各种参数超过该阈值时(是)，进入步骤S107， 电源控制部10采取从那时以后禁止利用该参数的校正的措施。另一方面，各种参数在该阈 值以内的情况下(否)，则没有问题，直接结束处理。以上，通过对由多个电力检测单元计测的电力值相互进行比较，特定产生误差的 电力检测单元(传感器)，显示电力值为异常的值的情况下，执行规定的异常处理，虽不是 异常的值但超过误差的阈值的情况下，能够进行误差校正。另外，即使没有判断利用电力检 测单元计测的电力值本身异常，在不适合规定的参数校正的状态时，禁止参数校正。因此， 能够防止被电力检测单元的误差影响的转换器的控制功能的误动作。实施例1接着，对参数校正的禁止处理的具体实施例进行说明。在此，作为DC-DC转换器20的控制(逻辑)功能，例示有“转换器驱动相切换”、 “相间电流校正”、及“死区时间校正”。本实施例中，根据电力检测单元的误差的程度，禁止 这些控制功能中的参数校正。“转换器驱动相切换”是根据通过电力量从转换器转换效率等观点来考虑而用于 切换多个相的控制。该驱动相切换中包含例如从多个相运转切换为单相运转的情况。单相 运转中，由于转换器的通过电流全部通过一个相电路(参照图2)，因此在单相驱动时的运 转裕度即余量相对较小地通过的电流值中产生误差的情况下，可能会对元件造成破坏元件 等的不适的状态。在进行单相运转的情况下，优选基于正确地计测的电力进行控制，必须避 免因根据包含了误差的电力进行运转而过剩的电力通过。因此，本实施例中，根据辅机损失 误差校正值、转换器的相间电流的偏差、转换器通过功率的推测值的偏差是否在允许值以 内，判断传感器的误差的多少，判断相切换控制适当与否。用于相切换处理的适当与否的判 断的计测值为蓄电池电压Vb、蓄电池电流lb、高压辅机损失(实测值)Li、燃料电池输出电 压Vfc、燃料电池输出电流Ifc、及变换器24的电流Ιο。“相间电流校正”在产生了 DC-DC转换器20的各相间的电流偏差的情况下，为了消 除该偏差而求出转换器各相的占空比的校正量。用于相间电流校正的适当与否的判断的计 测值为U相-V相间的相间电流IA、V相-W相间的相间电流IB、蓄电池电压Vb、蓄电池电流 Vi、高压辅机损失(实测值)Li、燃料电池输出电压Vfc、燃料电池输出电流Ifc、及变换器 24的电流Ιο。“死区时间校正”是对根据通过DC-DC转换器20的电流的方向的变化而变化的死 区时间进行校正的处理。在此“死区时间”是指如本实施方式的DC-DC转换器20，在开关元件为桥构成时构 成桥的两段重叠的开关元件的双方同时为接通状态的期间。例如，图2中，开关元件Trl及 Tr2及Tr3及Tr4都为接通状态。具体而言，“死区时间校正”是指下述这样的校正，根据转换器的电抗器电流的方 向不同与死区时间生成相关的开关元件进行变化，因此根据相关的开关元件变更与占空比 控制(PID反馈控制)的固定值相对应的积分项。用于死区时间校正的适当与否的判断的 计测值为蓄电池电压Vb、蓄电池电流Vi、高压辅机损失(实测)Li、燃料电池输出电压Vfc、 燃料电池输出电流Ifc、及变换器24的电流Ιο。
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图5及图6为说明本实施例的处理概要的流程图。首先，图5的步骤Sl中，电源控制部10利用第一、第二、及第三电力检测单元推测 电力计测值。电力计测值的推测的具体方法如上所述。即，利用第一、第二、及第三电力检 测单元分别对电力计测值进行计算。接着，进入步骤S2，电源控制部10将校正电力量与表示异常范围的规定的异常判 断阈值进行比较。其结果是，判断为校正电力量超过异常判断阈值的情况下(否)，电力控 制部10进入步骤S3，执行产生了传感器异常的情况下的异常处理。另一方面，判断为校正 电力量在异常判断阈值以内的情况下(是)，进入步骤S4。在步骤S4中，电源控制部10根据组合并对照电力计测值中的任意两个、另外组合 并对照上述第一、第二、及第三异常检测处理的全部的结果，特定进行误动作的电力检测单 元。而且，判断对与判断为生成了误动作的电力检测单元的电力计测值的正常值的偏差是 否为规定的误差判断阈值以上进行判断。其结果是，判断为超过了误差判断阈值的情况下 (否)，进入步骤S5，电源控制部10对包含该误差的电力计测值进行校正。例如，以其它的 电力检测单元的电力计测值正确为前提，进行如下处理，即决定相对于该正确的电力计测 值的系数值，之后将该系数与该电力检测单元的电力计测值相乘。另一方面，判断为上述偏 差在误差判断阈值以内的情况下(是)，进入步骤S6。在步骤S6中，电源控制部10对辅机损失误差校正值进行计算。为了辅机损失误 差校正值的计算，首先求出转换器通过功率推测值Pi。在此，记号标记有fit的值是指“滤 波值”。“滤波值”是指相对于可能混入噪声成分的测定值进行除去高通成分的低通滤过或 仅使特定的频带成分通过的频带过滤处理的值。转换器通过功率推测值Pi由蓄电池电压 Vb的滤波值Vbflt、蓄电池电流Ib的滤波值Ibflt、高压辅机损失(实测值)Li、转换器效 率n，利用Piflt = (Vbfltxibflt-Li) X η求出。辅机损失误差校正值Ld由该转换器通过功率推测值Pi的滤波值Piflt、变换器电 流(实测值)Ιο、燃料电池输出电流(实测值)Ifc、燃料电池输出电压Vfc的滤波值Vfcflt， 利用Ld = Piflt-((Io-Ifc) X Vfcflt) fit求出。在步骤S7中，电源控制部10将通过计算求出的辅机损失误差校正值Ld与辅机损 失误差校正值的异常判断阈值Vthl进行比较。即，判断是否满足辅机损失误差校正值Ld彡异常判断阈值上限值VthlH，或者，辅机损失误差校正值Ld <异常判断阈值下限值VthlL。其结果是，判断为辅机损失误差校正值Ld超过了异常判断阈值的范围的情况下 (否)，检测燃料电池输出电压、输出电流及/或变换器电流的传感器产生误差的可能性高。 因此，在步骤S8中，电力控制部10将辅机损失误差校正值异常标记fl设定为接通。另一 方面，判断为辅机损失误差校正值Ld在异常判断阈值的范围内的情况下(是)，进入步骤 S9。在步骤S9中，在转换器的单相驱动时，电源控制部10对在与单相驱动时的转换器电流相对应的各相电流传感器中检测出的各相间的电流偏差进行计算。不是单相驱动时的 情况下跳过该处理。各相间的电流偏差基于U相-V相间的相间电流IA及V相-W相间的 相间电流IB，作为相间电流IA和相间电流IB的和的绝对值(=IIA+IB |)进行计算。电源 控制部10进入步骤S10，将该各相间的电流偏差与异常判断阈值Vth2进行比较。S卩，判断 是否满足相间电流偏差I IA+IB I彡相间电流偏差阈值上限值Vth2H，或者相间电流偏差I IA+IB I彡相间电流偏差阈值下限值Vth2L。其结果是，判断为各相间的电流偏差超过了异常判断阈值的范围的情况下(否)， 计测转换器内的A相或B相的电流的传感器中产生误差的可能性高。因此，在步骤Sll中， 电力控制部10使各相间的电流偏差异常标记f2为接通状态。另一方面，在各相间的电流 偏差在该异常判断阈值的范围内的情况下(是)，进入步骤S12。在步骤S12中，电源控制部10对转换器通过功率推测值偏差ΔΡ进行计算。转换 器通过功率推测值偏差ΔΡ是在没有产生转换器电流传感器误差的情况下的、在上述步骤 S6中求出的转换器通过功率Pi、和单相驱动时的转换器输入功率Pl之间的差分。单相驱 动时转换器输入功率Pl通过转换器相间电流IA及IB的最大值、占空比目标值Duty、蓄电 池电压(实测值)Vb，利用Pl = IA 及 IB 的最大值 XDutyXVb求出。电源控制部10进入步骤S13，将该转换器通过功率推测值偏差ΔΡ( = Pi-Pl |) 与转换器通过功率推测值偏差的异常判断阈值Vth3进行比较。艮口，对于IPi-PlI彡转换器通过功率推测值偏差阈值Vth3，判断是否满足规定的条 件。该规定的条件是指例如维持一定时间转换器通过功率推测值偏差为阈值以上的状态， 或者进行一定次数检测的情况。这样的条件也适合其他的阈值判断。其结果是，判断为转 换器通过功率推测值偏差ΔΡ超过了异常判断阈值规定时间的情况下(否)，计测蓄电池电 压、蓄电池电流、高压辅机损失的传感器中产生误差的可能性高。因此，在步骤S14中，电力 控制部10使转换器通过功率推测值偏差异常标记f3为接通状态。另一方面，转换器通过 功率推测值偏差ΔΡ在该异常判断阈值的范围内或没有超过规定时间以上的情况下(是)， 进入步骤S15。在上述的异常判断中，在产生了辅机损失误差校正值误差计算异常、各相间电流 偏差异常、或转换器通过功率推定值偏差异常的情况下，转换器产生输入功率异常，当在该 状态下进行单相驱动时，可能因误差而产生不良情况。因此，在步骤S15中，电源控制部10 判断辅机损失误差校正异常标记Π、相间电流偏差异常标记f2、或转换器通过功率推定值 偏差异常标记f3中任意一个是否为接通状态。其结果是，如果存在一个为接通状态的异常 标记(是)，则进入步骤S16，电源控制部10将转换器输入功率异常标记f4设为接通状态， 并且禁止其之后的单相驱动。另一方面，若一个异常标记也不是接通状态，则将转换器输入 功率异常标记f4复位为断开状态，进入步骤S20。在图6的步骤S20之后，进行死区时间校正适当与否的判断。即，电抗器电流It 的电流状态成为正状态(从一次侧流向二次侧的方向)或负状态(从二次侧流向一次侧的 方向)且经过一定时间，在用于死区时间校正的积分项相对于规定的死区时间校正值具有
13规定的积分项偏差异常判断阈值Vth4的范围以上的偏差的情况下，判断为死区时间校正 的稳定值发生变动，因此禁止死区时间校正。在此，电抗器电流状态由电抗器电流的方向表现。作为其前提，首先可求出电抗器 电流平均值。作为电抗器电流平均值=转换器输入功率Pi/(蓄电池电压(实测值)VbX占 空比目标值Duty)求取。通过以电抗器电流平均值为关键词检索预先存储的电感二维映射 表，求取电感。电抗器电流变化量利用该电感且通过电抗器电流变化量=蓄电池电压(实 测值)VbX载流子周期时间/电抗求取。另外，用于死区时间校正的积分项作为Σ (燃料 电池输出电压指令值的滤波值-燃料电池输出电压(实测值)Vfc)求取。具体而言，在步骤S20中，在判断为电抗器电流状态以正的状态维持一定时间的 情况下(是)，进入步骤S21，电源控制部10将积分项的值、与正侧死区时间校正值(+)和 规定的积分偏差异常判断阈值Vth4之和进行比较。而且，在积分项>死区时间校正值(+) +积分项偏差异常判断阈值Vth4、或积分项<死 区时间校正值(+)_积分项偏差异常判断阈值Vth4的情况下(是)，进入到步骤S22，电源 控制部10将积分项偏差异常标记f5设为接通状态。另一方面，在不满足该条件的情况下 (否)，在将积分项偏差异常标记f5保持在断开的状态下，进入到步骤S24。另外，在步骤S20中，在判断为电抗器电流状态在负的状态下判断维持一定时间 的情况下(否)，进入到步骤S23，电源控制部10将积分项的值、负侧的死区时间校正值(-) 和规定的积分偏差异常判断阈值Vth4之和进行比较。而且，在积分项彡死区时间校正值(_) +积分项偏差异常判断阈值Vth4、或积分项<死区时间校正值(-)_积分项偏差异常判断阈值Vth4的情况下(是)， 进入步骤S22，电源控制部10将积分项偏差异常标记f5设为接通状态。另一方面，在不满 足该条件的情况下(否)，在将积分项偏差异常标记f5保持在断开的状态下，进入到步骤 S24。另外，在上述判断中转换器输入功率为异常的情况下，也可能会错误地推测电抗 器电流状态，因此不应进行死区时间校正。另外，在电抗器电流状态稳定地继续一定时间的 期间积分项相对于死区时间校正值继续一定时间阈值以上的偏差的情况下，死区时间校正 的稳定值也可能变动，因此不适于死区时间校正。因此，在步骤S24中，电源控制部10判断转换器输入功率异常标记f4或积分项偏 差异常标记f5中任意一个是否为接通状态。其结果是，如果任一方的异常标记为接通状态 (是)，则判断为不适于死区时间校正的状态，进入步骤S25，电源控制部10禁止死区时间校 正。另一方面，转换器输入功率异常标记f4和积分项偏差异常标记f5都为断开状态的情 况下，解除死区时间校正禁止。图7表示上述死区时间校正的积分项偏差异常判断阈值的范围和积分项的值之 间的关系。通过上述控制，在正常判断范围中含有积分项的情况下，进行死区时间校正。另外，在上述判断中转换器输入功率产生了误差的情况下，可能会错误地推测转 换器内部的电感值，不是应进行相间电流校正的状态。另外，在单相驱动时的各相间的电流 偏差(llA+IBl)为阈值异常的情况下，检测各相的电流的传感器也产生误差，不是应进行 相间电流校正的状态。因此，在步骤S26中，电源控制部10判断转换器输入功率异常标记f4或相间电流
14偏差异常标记f2任意一个是否为接通状态。其结果是，如果任一方的异常标记为接通状态 (是)，则判断为不适于相间电流校正的状态，进入步骤S27,电源控制部10禁止相间电流校 正。另一方面，转换器输入功率异常标记f4和相间电流偏差异常标记f2都为断开状态的 情况下，解除相间电流校正禁止。(其它变形例)本发明不限于上述实施方式，进行各种变形而应用。例如，在上述实施方式中，作为禁止参数校正的对象，示例了驱动相切换、相间电 流校正、死区时间校正，但不限于此。若为因传感器含有误差而校正后的控制变得不稳定的 参数的校正，则适用本发明的异常判断处理，适合禁止参数校正。例如，图8表示DC-DC转换器的参数校正所利用的传感器和控制功能的校正参数 的对应表。如该表所示，根据控制功能对各种要校正的参数进行特定，用于决定参数的计算 的传感器与之对应。由于与传感器中计测值产生误差相对应的参数产生误差，因此优选禁 止该参数的校正，该情况下，中断相对应的控制功能。根据转换器设置与图8的对应表不同 的参数及传感器，因此只要决定根据各自的环境受到影响的传感器和与之对应应限制的参 数的校正即可。另外，上述实施方式中，示例了三相桥形转换器，但不限于该电路构成，只要是通 过多相被驱动且可独立地切换相的电压变换器就可以适用本发明，可以进行运转以实现本 发明的作用效果。
权利要求
一种燃料电池系统，具备电压转换装置，其特征在于，具备对通过所述电压转换装置的电力进行检测的电力检测单元，判断所述电力检测单元是否发生了异常，当判断为产生了异常的情况下，禁止用于所述电压转换装置的控制的参数的校正。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，当判断为所述电力检测单元产生了异常的情况下，禁止对由于所述电压转换装置的电 抗器电流的方向不同而变化的死区时间进行校正的死区时间校正。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中， 所述电压转换装置被构成为可多相运转，当判断为所述电力检测单元产生了异常的情况下，禁止所述电压转换装置的相间电流 值的校正。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中， 所述电压转换装置被构成为可多相运转，当判断为所述电力检测单元产生了异常的情况下，禁止所述电压转换装置的驱动相切换。
5.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中， 具备多个所述电力检测单元，对分别由所述多个电力检测单元检测出的电力进行相互比较，判断是否所述任意一个 电力检测单元产生了异常。
6.如权利要求5所述的燃料电池系统，其中，对分别由所述多个电力检测单元检测出的电力进行相互比较，对被判断为所述任意一 个电力检测单元产生了误差的电力检测单元所检测出的电力进行该误差的校正。
7.如权利要求5所述的燃料电池系统，其中，由所述多个电力检测单元检测的电力为由设置于所述电压转换装置一次侧的电力检 测传感器检测的一次侧通过电力、由设置于所述电压转换装置二次侧的电力检测传感器检 测的二次侧通过电力、及基于由电流检测传感器检测出的电抗器电流而推测出的电抗器通 过电力，其中，所述电流检测传感器与所述电压转换装置的电抗器串联连接。
8.一种燃料电池系统，其特征在于，具备 燃料电池；负载装置；连接于所述燃料电池和所述负载装置之间的电压转换装置； 对通过所述电压转换装置的电力进行检测的电力检测部；及 控制部，所述控制部判断所述电力检测部是否产生了异常，当判断为产生了异常的情况下，禁 止用于所述电压转换装置的控制的参数的校正。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中， 具备多个所述电力检测部，所述控制部对分别由所述多个电力检测部检测出的电力进行相互比较，判断是否所述 任意一个电力检测单元产生了异常。
10. 一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具备电压转换装置，所述燃料电 池系统的控制方法具备判断对通过所述电压转换装置的电力进行检测的电力检测单元是否产生了异常的步 骤；及当判断为所述电力检测单元产生了异常的情况下，禁止用于所述电压转换装置的控制 的参数的校正的步骤。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池系统，可以根据检测通过电压转换装置的电力的电力检测单元的异常判断结果适宜地实施电压变换。设置对根据蓄电池的电压和电流求出的转换器输入电力Pi乘以转换器效率并推测其有效量的第一电力检测单元、根据燃料电池的电压和电流及行驶电动机负载电力来推测转换器输出电力Po的第二电力检测单元、根据由电力传感器(19)测量的电抗器L的电流推测转换器流通电力Pt的第三电力检测单元，对于电流而言也设置同样的检测单元，根据它们单独或其组合得到误动作的传感器，并且禁止参数的校正。
文档编号B60L3/00GK101926084SQ20088012278
公开日2010年12月22日 申请日期2008年12月11日 优先权日2007年12月25日
发明者真锅晃太, 长谷川贵彦 申请人:丰田自动车株式会社