JP5892398B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
本発明は、コンバータやインバータを制御するコントローラを複数備えた燃料電池システムに関する。
従来から、燃料電池(以下、FC)と二次電池の2つを電力供給源とするFCシステムや、そのようなFCシステムを搭載したFC車両が知られている。その中でも電力回生を目的として二次電池を搭載する場合には、FCに対して比較的小さい容量の二次電池でその目的を十分に達成することが可能である。
しかしながら、このような2つの電力供給源を備えたFCシステムでは、例えばFC、二次電池、FC又は/及び二次電池から電力供給を受ける駆動モータ、駆動モータを制御するインバータ等のいずれかのシステム構成要素が故障し、いずれかのシステム構成要素から出力を出せなくなると、出力のアンバランスが発生してしまう。
例えば、100kWの駆動モータに100kWの出力をFCが供給しているときに、何らかの理由で駆動モータが故障した場合には、FCからの100kWの出力が回生用の二次電池に流入することになる。
このような駆動モータの故障によるFCの全出力の二次電池への流入に対し、ヒューズが切断するような構成が採用されている場合、すなわち、FCシステムを構成している個々のシステム構成要素が自立して故障検知や自己保護目的の停止を行なうような構成が採用されている場合には、あるシステム構成要素の故障に伴い他のシステム構成要素も故障してしまうという、いわゆる共連れ故障を起こす虞がある。
このような共連れ故障の対策として、例えば特許文献1には、FCと負荷との間に設けられたFC用の昇圧コンバータに過電流が発生した場合に、この昇圧コンバータと負荷との間に設けられた駆動インバータの入力側電圧を所定の過電圧閾値以下に制限することで、昇圧コンバータのスイッチング素子がオープン故障をした場合でも、駆動インバータ等の共連れ故障を抑制する技術が開示されている。
ところで、FC及び二次電池、これらFC及び二次電池と第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられたFC用のコンバータ及び二次電池用のコンバータ、これらFC用のコンバータ及び二次電池用のコンバータと第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1インバータ及び第2インバータを備えたFCシステムにおいて、FCの出力を制御するコントローラと、二次電池からの出力を含めて第1インバータ及び第2インバータへ供給する出力を制御するコントローラとを分けて構成し、それらコントローラを別々に制御するものがある。
このようなFCシステムにおいて、一方のコントローラで制御されているシステム構成要素が故障した場合に、その故障の情報が他方のコントローラに伝達されるのが遅れると、他方のコントローラで制御されているシステム構成要素の共連れ故障を引き起こす虞がある。
特に、故障検知や自己保護の機能が各コントローラでそれぞれ独立して制御される場合に、故障検知の情報がそれぞれのコントローラ間で共有できないと、共連れ故障を引き起こすことが回避できなくなる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、共連れ故障の抑制に有効なFCシステムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明のFCシステムは、
電力供給源としてのFC及び二次電池と、
これらFC及び二次電池と第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1コンバータ及び第2コンバータと、
これら第1コンバータ及び第2コンバータと前記第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1インバータ及び第2インバータと、
前記第1コンバータを制御することによって前記FCの出力を制御する第1コントローラと、
前記第1コントローラとは別個に構成され、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを制御することによって前記二次電池からの出力を含めて前記第1インバータ及び前記第2インバータへ供給する出力を制御する第2コントローラと、を備え、
前記第1コントローラと前記第2コントローラとは、それぞれの制御対象の故障情報が相互通信可能に接続され、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、それらの一方から送信された前記故障情報を受信した場合に、その故障情報を受信した側の前記第1コントローラ又は前記第2コントローラによる前記制御対象の運転を停止させるものである。
電力供給源としてのFC及び二次電池と、
これらFC及び二次電池と第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1コンバータ及び第2コンバータと、
これら第1コンバータ及び第2コンバータと前記第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1インバータ及び第2インバータと、
前記第1コンバータを制御することによって前記FCの出力を制御する第1コントローラと、
前記第1コントローラとは別個に構成され、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを制御することによって前記二次電池からの出力を含めて前記第1インバータ及び前記第2インバータへ供給する出力を制御する第2コントローラと、を備え、
前記第1コントローラと前記第2コントローラとは、それぞれの制御対象の故障情報が相互通信可能に接続され、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、それらの一方から送信された前記故障情報を受信した場合に、その故障情報を受信した側の前記第1コントローラ又は前記第2コントローラによる前記制御対象の運転を停止させるものである。
このような構成のFCシステムにおいて、例えば第1コントローラによって制御されるシステム構成要素の故障が検知された場合には、第2コントローラによって制御されるシステム構成要素の運転を同時に停止させることが可能となる。それとは逆に、第2コントローラによって制御されるシステム構成要素の故障が検知された場合には、第1コントローラによって制御されるシステム構成要素の運転を同時に停止させることが可能となる。
よって、特定のシステム構成要素が故障した場合でも、その故障とは直接関係のないシステム構成要素の共連れ故障が抑制される。
よって、特定のシステム構成要素が故障した場合でも、その故障とは直接関係のないシステム構成要素の共連れ故障が抑制される。
なお、第2コントローラは、物理的に1つのコントローラで第1インバータ、第2インバータ及び第2コンバータを制御するように構成されていてもよいし、第1インバータ、第2インバータ、及び第2コンバータのそれぞれに対して各1つのコントローラが設けられていて、これら3つのコントローラが接続されて第2コントローラが構成されていてもよい。
また、第1インバータ、第2インバータ、及び第2コンバータのうちの1つを制御するコントローラと、残りの2つを制御するコントローラとが接続されて第2コントローラが構成されていてもよい。
上記の構成において、前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、又は前記第2インバータのいずれかの故障が検知された場合において、
前記第2コンバータの故障が検知されたときは、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの運転を停止させ、
前記第2コンバータ以外の故障が検知されたときは、前記第1コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの運転を停止させ、この運転停止よりも所定時間が経過した後に前記第2コンバータの運転を停止させるようにしてもよい。
前記第2コンバータの故障が検知されたときは、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの運転を停止させ、
前記第2コンバータ以外の故障が検知されたときは、前記第1コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの運転を停止させ、この運転停止よりも所定時間が経過した後に前記第2コンバータの運転を停止させるようにしてもよい。
このFCシステムでは、第2コンバータが故障した場合を除き、第2コンバータは同時停止の対象から外されている。つまり、第2コンバータだけは、他の制御対象の同時停止のタイミングから所定時間が経過した後に停止する。
これにより、第1インバータや第2インバータが同時停止した後に発生し得る逆起電圧を第2コンバータによって制御することが可能となり、逆起電圧による半導体素子の故障を抑制することができる。
これにより、第1インバータや第2インバータが同時停止した後に発生し得る逆起電圧を第2コンバータによって制御することが可能となり、逆起電圧による半導体素子の故障を抑制することができる。
上記の構成において、
前記故障の原因を判定する判定部を備え、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの少なくとも1つを再起動させるようにしてもよい。
前記故障の原因を判定する判定部を備え、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの少なくとも1つを再起動させるようにしてもよい。
この構成によれば、共連れ故障を回避した後のシステム停止状態から、再起動に適したシステム構成要素のみによる安全な再起動が可能となる。
例えば、かかる構成において、
前記第1コンバータが2相以上の昇圧回路部を備えてなるマルチフェーズコンバータであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過電流異常であり、かつ、それが1回目の過電流異常である場合には、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させるようにしてもよい。
前記第1コンバータが2相以上の昇圧回路部を備えてなるマルチフェーズコンバータであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過電流異常であり、かつ、それが1回目の過電流異常である場合には、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させるようにしてもよい。
また、前記第1コンバータが2相以上の昇圧回路部を備えてなるマルチフェーズコンバータであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過電流異常であり、かつ、それが2回目以降の過電流異常である場合には、前記第1コンバータの前記特定相を除く全ての相、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させるようにしてもよい。
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過電流異常であり、かつ、それが2回目以降の過電流異常である場合には、前記第1コンバータの前記特定相を除く全ての相、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させるようにしてもよい。
また、前記第1コンバータが2相以上の昇圧回路部を備えてなるマルチフェーズコンバータであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過熱異常又は回路異常である場合には、前記第1コンバータの前記特定相を除く残りの相、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させるようにしてもよい。
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過熱異常又は回路異常である場合には、前記第1コンバータの前記特定相を除く残りの相、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させるようにしてもよい。
また、前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が当該第1コンバータの出口側回路における回路異常である場合には、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させるようにしてもよい。
また、前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が当該第1コンバータの出口側の過電圧異常、当該第1コンバータの入口側の低電圧異常、当該第1コンバータの入口側回路における回路異常のいずれかである場合には、前記FCから前記第1負荷及び前記第2負荷への出力を遮断した後、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させるようにしてもよい。
上記の構成において、前記第1コントローラが、前記故障の有無を確定するための故障診断を実施するものである場合に、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記故障診断が完了するまでは、前記再起動を禁止するようにしてもよい。
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記故障診断が完了するまでは、前記再起動を禁止するようにしてもよい。
例えば、第1コンバータの故障原因が特定相の過電流異常である場合には、第1コンバータの運転が停止した後しばらくすると、故障原因が解消して正常回復することがある。このとき、ハードウェア的にみると、第1コンバータ等の再起動は可能であるが、上記構成によれば、故障診断が完了するまで再起動を禁止(留保)することで、FCシステムの信頼性が向上する。
上記の構成において、前記第1コントローラが、前記故障の有無を確定するための故障診断を実施するものである場合に、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記故障診断が完了した後に、前記再起動を許可するようにしてもよい。
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記故障診断が完了した後に、前記再起動を許可するようにしてもよい。
例えば、第1コンバータの故障原因が、特定相の過熱異常又は回路異常、第1コンバータの出口側回路における回路異常、第1コンバータの出口側の過電圧異常、第1コンバータの入口側の低電圧異常、又は第1コンバータの入口側回路における回路異常のいずれかである場合には、第1コンバータの運転が停止した後しばらくしても、故障原因が解消して正常回復することはないか、正常回復まで多くの時間がかかる。
したがって、上記構成によれば、故障診断が完了した後に、第1コンバータ等の再起動を許可することで、より迅速かつ確実な再起動を実現することが可能となる。
本発明によれば、共連れ故障の抑制に有効なFCシステムを提供することが可能となる。
11 FCシステム(燃料電池システム)
12 FC(燃料電池)
13 駆動モータ(第1負荷)
14 駆動モータ(第2負荷)
15 FC−CVT(FC昇圧コンバータ、第1コンバータ)
16 駆動IVT(駆動インバータ、第1インバータ)
17 補機IVT(補機インバータ、第2インバータ)
20 BAT(二次電池)
22 BAT−CVT(バッテリ昇圧コンバータ、第2コンバータ)
30 CTRL(コントローラ)
31 C−CTRL(FC昇圧コンバータコントローラ、第1コントローラ、判定部)
32 I−CTRL(インバータ類コントローラ、第2コントローラ、判定部)
12 FC(燃料電池)
13 駆動モータ(第1負荷)
14 駆動モータ(第2負荷)
15 FC−CVT(FC昇圧コンバータ、第1コンバータ)
16 駆動IVT(駆動インバータ、第1インバータ)
17 補機IVT(補機インバータ、第2インバータ)
20 BAT(二次電池)
22 BAT−CVT(バッテリ昇圧コンバータ、第2コンバータ)
30 CTRL(コントローラ)
31 C−CTRL(FC昇圧コンバータコントローラ、第1コントローラ、判定部)
32 I−CTRL(インバータ類コントローラ、第2コントローラ、判定部)
以下、添付図面を参照して、本発明に係るFCシステムの一実施形態について説明する。本実施形態では、本発明に係るFCシステムをFC車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして用いた場合について説明する。
図1に示すように、本実施形態のFCシステム11は、負荷への電力供給源として、例えば高分子電解質型のFC12及びBAT20を備えている。
FC12と車両を走行させるための駆動モータ(第1の負荷)13とは、電力供給経路Aを介して接続されている。この電力供給経路Aには、FC12側から順に、FCリレー50、FC−CVT(第1コンバータ)15及び駆動IVT16が設けられている。なお、FCリレー50は、FC−CVT15と後述する接続点Xとの間に設けられていてもよい。
FC−CVT15は直流の電圧変換器であり、FC12から入力された直流電圧を調整して駆動IVT16側へ出力する。駆動モータ13は例えば三相交流モータであり、駆動IVT16は直流電流を三相交流に変換して駆動モータ13に供給する。
電力供給経路Aには、電力供給経路Bが接続されている。電力供給経路Aと電力供給経路Bとの接続点Xは、FC−CVT15と駆動IVT16との間に位置する。電力供給経路Bの一端にはBAT20が接続されており、BAT20と接続点Xとの間には、BAT20側から順にリレー(図示略)及びBAT−CVT(第2コンバータ)22が設けられている。
BAT20は、CTRL30からの制御信号に基づいて、FC12の出力電力の余剰分や駆動モータ13の回生電力を充電することや、駆動モータ13,14の駆動に必要な電力に対してFC12の出力電力では不足する場合にその不足分の電力を補給することが可能になっている。
BAT−CVT22は直流の電圧変換器であり、BAT20から入力された直流電圧を調整して駆動モータ13,14側へ出力する機能と、FC12または駆動モータ13から入力された直流電圧を調整してBAT20に出力する機能と、を有する。このようなBAT−CVT22の機能により、BAT20の充放電が実現される。
電力供給経路Bの高電圧側には、電力供給経路Cが接続されている。電力供給経路Bと電力供給経路Cとの接続点Yは、接続点XとBAT−CVT22との間に位置する。電力供給経路Cの一端には、駆動モータ(第1の負荷)14が接続されている。駆動モータ14は、例えば三相交流モータであり、FC12に空気(酸化ガス)を圧送するエアコンプレッサの駆動モータである。駆動モータ14と接続点Yとの間には、補機IVT17が設けられている。補機IVT17は、直流電流を三相交流に変換して駆動モータ14に供給する。
なお、本実施形態では、図示を省略しているが、電力供給経路Bの低電圧側(BAT20側)には、FC12の水素ガス流路から排出された水素オフガスをFC12に還流させるための水素ポンプを駆動する補機モータ、FC12の温調に使用される冷却水を循環させるための冷却水ポンプを駆動する補機モータ、及びこれらの補機モータに直流電流を三相交流に変換したうえで供給する補機インバータが設けられている。
CTRL30は、FCシステム11を統合制御するためのコンピュータシステムであり、例えばCPU、RAM、ROM等を有している。CTRL30は、各種センサから供給される信号(例えば、アクセル開度を表す信号、車速を表す信号、FC12の出力電流や出力電圧を表す信号等で、図1には一部のみを図示している。)の入力を受けて、駆動モータ13,14及び補機モータを含む負荷全体の要求電力を算出する。
本実施形態のCTRL30は、FC12の出力電圧(言い換えれば、FC−CVT15の入力電圧)を制御するC−CTRL31と、BAT20からの出力電圧(言い換えれば、BAT−CVT22の入力電圧)と駆動IVT16及び補機IVT17へ供給する出力電圧を制御するI−CTRL32とを備えている。
図1中の破線枠で示すように、FC−CVT15はC−CTRL31によって制御されるシステム構成要素群(以下、制御対象群41)に属するものであり、BAT−CVT22,駆動IVT16及び補機IVT17はI−CTRL32によって制御されるシステム構成要素群(以下、制御対象群42)に属している。
これらC−CTRL31とI−CTRL32とは、相互通信可能に接続されており、例えば一方の制御対象群41/42に属するシステム構成要素に故障が発生した場合には、その故障情報が一方のC−CTRL31/I−CTRL32から他方のコントローラI−CTRL32/C−CTRL31に送信されるようになっている。
駆動モータ13,14及び補機モータ以外の負荷としては、車両走行に必要な不図示の装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で消費される電力や、乗員空間内に配置される不図示の装置(空調装置、照明器具、オーディオ等)で消費される電力等がある。
CTRL30は、FC12とBAT20の各出力電力の配分を決定し、発電指令値を算出する。より具体的には、CTRL30は、FC12及びBAT20に対する要求電力を算出すると、これらの要求電力が得られるようにFC−CVT15及びBAT−CVT22の動作を制御する。
そして、通常運転時においては、CTRL30のC−CTRL31がFC−CVT15にFC12の出力電圧を制御させると共に、I−CTRL32がBAT−CVT22に駆動モータ13,14側への出力電圧、言い換えれば、駆動IVT16及び補機IVT17への入力電圧を制御させるが、一方のC−CTRL31/I−CTRL32が一方の制御対象群41/42に属するシステム構成要素の故障を検知した場合には、その故障情報は他方のコントローラI−CTRL32/C−CTRL31に送信される。
一方のC−CTRL31/I−CTRL32から送信された故障情報を受信した他方のI−CTRL32/C−CTRL31は、故障したシステム構成要素が何であるかに応じて、種々の同時シャットダウン(同時運転停止)処理を実施する。以下、このシャットダウン処理について詳述する。
図2は、本実施形態に係るFCシステム11のシャットダウン体系の一例を示す図である。符号100は、I−CTRL32によって駆動IVT16、補機IVT17、及びBAT−CVT22のシャットダウンとその解除等が制御される第1のシャットダウン体系である。また、符号200は、C−CTRL31によってFC−CVT15のシャットダウンとその解除等が制御される第2のシャットダウン体系である。
ところで、コンバータやインバータには、IPM(Intelligent Power Module)と呼ばれる機能部品が組み込まれている。これは、コンバータやインバータ内の半導体素子(例えば、IGBT)が過熱、過電流、過電圧等の異常に対して非常に弱く、故障しやすい部品であるため、あらかじめIGBTモジュールを設計する際に、前記異常を検知する異常検知回路を当該IGBTモジュールに組み込み、異常が検知された場合に速やかに回路への通電を遮断することで、IGBTの故障を抑制するものである。
本実施形態においては、図2に示すように、駆動IVT16、補機IVT17、及びBAT−CVT22を備えた制御対象群41に対してPCU−IPM110が組み込まれており、FC−CVT15を備えた制御対象群42に対してFDC−IPM210が組み込まれている。なお、図2には、FC−CVT15がU相、V相、W相、及びX相の4相の昇圧回路部を備えてなるマルチフェーズコンバータである場合が例示されている。
以下、図2及び図2中の記号の説明をリストにした図3を参照しながら、C−CTRL31及びI−CTRL32によって制御されるシャットダウン動作の代表例について具体的に説明する
なお、図3において、MFINV,GFINV,FCV等のように大文字のアルファベットで表記され、且つ、信号名に「−rg」を有しない信号は、シャットダウン指令(停止信号)を意味する信号値(以下、「シャットダウン側の信号値」という場合があり、また、「シャットダウン側の信号値を有する」を単に「シャットダウン側の」という場合があるものとする。)、又は、シャットダウン解除指令(停止解除信号)を意味する信号値(以下、「シャットダウン解除側の信号値」という場合があり、また、「シャットダウン解除側の信号値を有する」を単に「シャットダウン解除側の」という場合があるものとする。)のいずれか一方を有する信号である。
また、mfinv−rg,gfinv−rg,fcv−rg等のように小文字のアルファベットで表記され、且つ、信号名に「−rg」を有する信号は、上記シャットダウン指令を意味する信号値が出力されている場合でもそれをマスクしてシャットダウン指令を無効化する信号である。
<MFINV>
第1のシャットダウン体系100において、例えば駆動IVT16が故障した場合には、その故障がPCU−IPM110によって検知され、駆動IVT16の故障検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するMFINVが出力される。このシャットダウン側のMFINVが出力されると、駆動モータ13,14に対するシャットダウン側の信号値を有するMSDN及びGSDNが生成され、それらシャットダウン側のMSDN及びGSDNがそれぞれ駆動IVT16及び補機IVT17に出力され、駆動モータ13,14の運転が停止する。
第1のシャットダウン体系100において、例えば駆動IVT16が故障した場合には、その故障がPCU−IPM110によって検知され、駆動IVT16の故障検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するMFINVが出力される。このシャットダウン側のMFINVが出力されると、駆動モータ13,14に対するシャットダウン側の信号値を有するMSDN及びGSDNが生成され、それらシャットダウン側のMSDN及びGSDNがそれぞれ駆動IVT16及び補機IVT17に出力され、駆動モータ13,14の運転が停止する。
このとき、BAT−CVT22に対しては、シャットダウン解除側の信号値を有するCSDNが出力されている。また、第1のシャットダウン体系100においてシャットダウン側のMFINVが出力され、このシャットダウン側のMFINVの出力に応じて制御対象群41に対するシャットダウン側の信号値を有するFSDNが生成されると、このシャットダウン側のFSDNが第1のシャットダウン体系100から第2のシャットダウン体系200に送信される。
すると、第2のシャットダウン体系200においては、FC−CVT15のU相、V相、W相、及びX相の各相に対するシャットダウン側の信号値を有するSDNU、SDNV、SDNW、及びSDNXが生成され、これらシャットダウン側のSDNU乃至SDNXがそれぞれU相乃至X相に出力され、FC−CVT15の運転が停止する。
このように、本実施形態では、駆動IVT16の故障が検知された場合には、同じ制御対象群42に属しているシステム構成要素のうちBAT−CVT22を除くその他の駆動IVT16及び補機IVT17の運転が同時に停止するだけでなく、もう一方の制御対象群41に属しているFC−CVT15の運転までもが同時に停止する。したがって、駆動IVT16が故障した場合であっても、それに伴う補機IVT17やFC−CVT15の共連れ故障が抑制される。
本実施形態では、共連れ故障を抑制するために、故障したシステム構成要素以外のシステム構成要素についても同時停止させるものであるが、BAT−CVT22だけは同時停止の対象から外されている。つまり、BAT−CVT22だけは、上記同時停止のタイミングから所定時間が経過した後に停止する。
これにより、駆動IVT16や補機IVT17が同時停止した後に発生し得る逆起電圧をBAT−CVT22によって制御することが可能となり、逆起電圧による半導体素子の故障を抑制することができる。
これにより、駆動IVT16や補機IVT17が同時停止した後に発生し得る逆起電圧をBAT−CVT22によって制御することが可能となり、逆起電圧による半導体素子の故障を抑制することができる。
<GFINV>
第1のシャットダウン体系100において、補機IVT17が故障した場合は、その故障がPCU−1PM110によって検知され、かかる故障検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するGFINVが出力される。そして、シャットダウン側のGFINVが出力されると、このシャットダウン側のMSDN及びGSDNが出力される。それ以降のシステム構成要素の同時停止動作は、上述した駆動IVT16が故障した場合(上記<MFINV>)と同様であるので、かかる場合の動作及び作用効果の説明は省略する。
第1のシャットダウン体系100において、補機IVT17が故障した場合は、その故障がPCU−1PM110によって検知され、かかる故障検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するGFINVが出力される。そして、シャットダウン側のGFINVが出力されると、このシャットダウン側のMSDN及びGSDNが出力される。それ以降のシステム構成要素の同時停止動作は、上述した駆動IVT16が故障した場合(上記<MFINV>)と同様であるので、かかる場合の動作及び作用効果の説明は省略する。
<FCV>
次に、第1のシャットダウン体系100において、BAT−CVT22が故障した場合について説明する。かかる場合には、その故障がPCU−IPM110によって検知され、BAT−CVT22の故障検知に対応してシャットダウン側の指令値を有するFCVが出力される。
次に、第1のシャットダウン体系100において、BAT−CVT22が故障した場合について説明する。かかる場合には、その故障がPCU−IPM110によって検知され、BAT−CVT22の故障検知に対応してシャットダウン側の指令値を有するFCVが出力される。
このシャットダウン側のFCVが出力されると、駆動モータ13,14及びBAT−CVT22に対するシャットダウン側の信号値を有するMSDN,GSDN及びCSDNが出力され、それらシャットダウン側のMSDN,GSDN及びCSDNがそれぞれ駆動IVT16,補機IVT17及びBAT−CVT22に出力され、駆動モータ13,14及びBAT−CVT22の運転が停止する。
また、上述した駆動IVT16が故障した場合と同様に、第1のシャットダウン体系100においてシャットダウン側のFCVが出力されると、このFCVの出力に応じてFC−CVT15に対するシャットダウン側の信号値を有するFSDNが生成されて第2のシャットダウン体系200に送信され、FC−CVT15のU相、V相、W相、及びX相の各相に対するシャットダウン側の信号値を有するSDNU乃至SDNXがそれぞれU相乃至X相に出力され、FC−CVT15の運転が停止する。
このように、BAT−CVT22の故障が検知された場合にも、制御対象群42に属しているBAT−CVT22、駆動IVT16及び補機IVT17の運転が同時に停止するだけでなく、もう一方の制御対象群41に属しているFC−CVT15の運転までもが同時に停止するので、共連れ故障が抑制される。
<OVH>
第1のシャットダウン体系100において、駆動IVT16の入力電圧が所定の閾値以上となる駆動IVT16の過電圧異常が検知された場合には、その異常がPCU−IPM110によって検知され、かかる異常検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するOVHが出力される。
第1のシャットダウン体系100において、駆動IVT16の入力電圧が所定の閾値以上となる駆動IVT16の過電圧異常が検知された場合には、その異常がPCU−IPM110によって検知され、かかる異常検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するOVHが出力される。
そして、このシャットダウン側のOVHが出力されると、シャットダウン側のMSDN,GSDN及びCSDNが出力される。それ以降のシステム構成要素の同時停止動作は、上述したBAT−CVT22の故障が検知された場合(上記<FCV>)と同様であるので、かかる場合の動作と作用効果の説明は省略する。
<OVL>
また、第1のシャットダウン体系100において、BAT−CVT22の入口電圧が所定の閾値以上となるBAT−CVT22の過電圧異常が検知された場合には、その異常がPCU−IPM110によって検知され、かかる異常検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するOVLが出力される。
また、第1のシャットダウン体系100において、BAT−CVT22の入口電圧が所定の閾値以上となるBAT−CVT22の過電圧異常が検知された場合には、その異常がPCU−IPM110によって検知され、かかる異常検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するOVLが出力される。
そして、このシャットダウン側のOVLが出力されると、シャットダウン側のMSDN,GSDN及びCSDNが出力される。それ以降のシステム構成要素の同時停止動作は、上述したBAT−CVT22の故障が検知された場合(上記<FCV>)と同様であるので、かかる場合の動作と作用効果の説明は省略する。
<FCVU>
次に、第2のシャットダウン体系200において、FC−CVT15内のU相が故障した場合について説明する。かかる場合には、その故障がFDC−IPM210によって検知され、FC−CVT15のU相の故障検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するFCVUが出力される。
次に、第2のシャットダウン体系200において、FC−CVT15内のU相が故障した場合について説明する。かかる場合には、その故障がFDC−IPM210によって検知され、FC−CVT15のU相の故障検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するFCVUが出力される。
シャットダウン側のFCVUが出力されると、FC−CVT15のU相、V相、W相、X相に対するシャットダウン側の信号値を有するSDNU,SDNV,SDNW及びSDNXが出力され、それらシャットダウン側のSDNU,SDNV,SDNW及びSDNXがそれぞれ駆動FC−CVT15のU相、V相、W相、X相に出力され、FC−CVT15の全相の運転が停止する。
なお、図2ではソフトウェア的な信号線の図示を省略しているが、シャットダウン側のFCVUが出力されると、C−CTRL31は、U相乃至X相をソフトウェア的にもシャットダウンするように構成されている。
第2のシャットダウン体系200においては、シャットダウン側のFCVUが出力されると、このFCVUの出力に応じて制御対象群42に対するシャットダウン側の信号値を有するISDNが生成されて第1のシャットダウン体系100に送信される。すると、第1のシャットダウン体系100においては、駆動モータ13,14に対するシャットダウン側の信号値を有するMSDN及びGSDNが生成され、それらシャットダウン側のMSDN及びGSDNがそれぞれ駆動IVT16及び補機IVT17に出力され、駆動モータ13,14の運転が停止する。
このとき、BAT−CVT22に対しては、シャットダウン解除側の信号値を有するCSDNが出力されている。
このように、FC−CVT15内のU相の故障が検知された場合には、制御対象群41に属しているFC−CVT15の全相の運転が同時に停止するだけでなく、もう一方の制御対象群42に属している駆動IVT16及び補機IVT17の運転までもが同時に停止するので、共連れ故障が抑制される。
この同時停止の際、BAT−CVT22だけは同時停止の対象から外されている。つまり、BAT−CVT22だけは、上記同時停止のタイミングから所定時間が経過した後に停止する。これにより、駆動IVT16や補機IVT17が同時停止した後に発生し得る逆起電圧をBAT−CVT22によって制御することが可能となり、逆起電圧による半導体素子の故障を抑制することができる。
<FCVV,FCVW,FCVX>
第2のシャットダウン体系200において、FC−CVT15内の他の相(V相、W相、X相)のいずれかの相において故障が検知された場合も、その故障がFDC−IPM210によって検知され、故障した相に対応する故障検知信号として、それぞれシャットダウン側の信号値を有するFCVV(V相)、FCVW(W相)、或いはFCVX(X相)が出力される。
第2のシャットダウン体系200において、FC−CVT15内の他の相(V相、W相、X相)のいずれかの相において故障が検知された場合も、その故障がFDC−IPM210によって検知され、故障した相に対応する故障検知信号として、それぞれシャットダウン側の信号値を有するFCVV(V相)、FCVW(W相)、或いはFCVX(X相)が出力される。
そして、シャットダウン側のFCVV乃至FCVXのいずれかが出力されると、シャットダウン側のSDNU,SDNV,SDNW及びSDNXが出力される。それ以外のシステム構成要素の同時停止動作やソフトウェア的なシャットダウン動作は、上述したU相の故障が検知された場合(上記<FCVU>)と同様であるので、かかる場合の動作と作用効果の説明は省略する。
<FLVL>
第2のシャットダウン体系200において、FC−CVT15の入口電圧が所定の閾値以下となる低電圧異常が検知された場合には、かかる異常検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するFLVLが出力される。
第2のシャットダウン体系200において、FC−CVT15の入口電圧が所定の閾値以下となる低電圧異常が検知された場合には、かかる異常検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するFLVLが出力される。
ここで、このFLVLを出力するための下限電圧遮断回路とその作用について、図4を参照しながら以下に説明する。なお、本実施形態のFC−CVT15は、上述したように所謂マルチフェーズコンバータであるが、図4では、説明の便宜上、一相のみ(例えば、U相)を図示している。
U相(その他の相も同様である。)は、インダクタL1、スイッチング素子S1、還流ダイオードD1を有している。スイッチング素子S1は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、その他のバイポーラトンンジスタ、電界効果トランジスタ(FET)等の半導体装置151に、図示の如くダイオード152が接続されたものである。
U相のスイッチング素子S1の一端は、接続節点P1にてインダクタL1の一端が接続されている。インダクタL1の他端には、接続接点P2において還流ダイオードD1の一端と接続されている。そして、インダクタL1の他端及び還流ダイオードD1の一端は、リレー50を介してFC12の正極に接続されている。
インダクタL1の一端及びスイッチング素子S1の一端は、平滑コンデンサC1の一端に接続されている。平滑コンデンサC1の他端、スイッチング素子S1の他端、還流ダイオードD1の他端は、リレー50を介してFC2の負極に接続されている。
還流ダイオードD1の一端及び他端には、それぞれFC−CVT15の入口電圧を取得するための信号線SL1,SL2が接続されている。
第1回路251では、信号線SL1からの電位信号と信号線SL2からの電位信号との差(電位差)がFC−CVT15の入口電圧として算出される。
第1回路251では、信号線SL1からの電位信号と信号線SL2からの電位信号との差(電位差)がFC−CVT15の入口電圧として算出される。
第2回路252では、FC−CVT15の入口電圧と所定の下限電圧閾値(電源260の正極側電位)との差が算出(言い換えれば、大小関係が比較)される。
そして、FC−CVT15の入口電圧が前記下限電圧閾値を下回っている場合には、第2回路252からシャットダウン側の信号値を有するFLVLが出力され、それ以外の場合は、シャットダウン解除側の信号値を有するFLVLが出力される。
そして、FC−CVT15の入口電圧が前記下限電圧閾値を下回っている場合には、第2回路252からシャットダウン側の信号値を有するFLVLが出力され、それ以外の場合は、シャットダウン解除側の信号値を有するFLVLが出力される。
図2に戻り、第2のシャットダウン体系200においてシャットダウン側のFLVLが出力されると、このFLVLの出力に応じて制御対象群42に対するシャットダウン側の信号値を有するISDNが生成されて第1のシャットダウン体系100に送信される。すると、第1のシャットダウン体系100においては、駆動モータ13,14に対するシャットダウン側の信号値を有するMSDN及びGSDNが生成され、それらMSDN及びGSDNがそれぞれ駆動IVT16及び補機IVT17に出力され、駆動モータ13,14の運転が停止する。
このとき、BAT−CVT22に対しては、シャットダウン解除側の信号値を有するCSDNが出力されている。
そして、シャットダウン側のFLVLが出力されると、シャットダウン側のSDNU,SDNV,SDNW及びSDNXが出力される。それ以外のシステム構成要素の同時停止動作やソフトウェア的なシャットダウン動作は、上述したFC−CVT15のU相の故障が検知された場合(上記<FCVU>)と同様であるので、かかる場合の動作と作用効果の説明は省略する。
<FOVH>
第2のシャットダウン体系200において、FC−CVT15の出口電圧が所定の閾値以上となる過電圧異常が検知された場合には、かかる異常検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するFOVHが出力される。
第2のシャットダウン体系200において、FC−CVT15の出口電圧が所定の閾値以上となる過電圧異常が検知された場合には、かかる異常検知に対応してシャットダウン側の信号値を有するFOVHが出力される。
そして、このシャットダウン側のFOVHが出力されると、シャットダウン側のSDNU,SDNV,SDNW及びSDNXが出力される。それ以外のシステム構成要素の同時停止動作やソフトウェア的なシャットダウン動作は、上述したFC−CVT15のU相の故障が検知された場合(上記<FCVU>)と同様であるので、かかる場合の動作と作用効果の説明は省略する。
上述したように、第1のシャットダウン体系100及び第2のシャットダウン体系200が動作した後は、FCシステム11の運転に係る主要なシステム構成要素の全てが運転を停止しているので、そのままでは車両が路上故障の状態に陥ってしまう。
そこで、上述したシャットダウン動作によってシステム構成要素を安全に停止させて共連れ故障を回避した後は、その故障(異常)内容を特定したうえで、最適な方法でFCシステム11を再起動させ、フェールセーフ走行(退避走行)を行なう必要がある。
以下、故障(異常)内容に応じてフェールセーフ走行の最適パターンを選択し、車両を走行可能な状態に復帰させるまでの処理について説明する。
<FCVU乃至FCVX>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFCVU乃至FCVXのいずれかである場合、つまり、FC−CVT15のU相乃至X相のいずれかにおいて故障が検知された場合には、まず、その故障の原因が過電流異常、過熱異常、及び回路異常(例えば、短絡)のいずれによるものなのかが、C−CTRL31によって判定される。
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFCVU乃至FCVXのいずれかである場合、つまり、FC−CVT15のU相乃至X相のいずれかにおいて故障が検知された場合には、まず、その故障の原因が過電流異常、過熱異常、及び回路異常(例えば、短絡)のいずれによるものなのかが、C−CTRL31によって判定される。
代表例として、U相(特定相)が故障した場合について説明する。
U相の電流値(U相におけるリアクトルL1の電流値)が所定の上限電流閾値以上になり、その状態が所定時間継続したことが検知された場合には、当該U相に過電流異常があると判定される。
U相の電流値(U相におけるリアクトルL1の電流値)が所定の上限電流閾値以上になり、その状態が所定時間継続したことが検知された場合には、当該U相に過電流異常があると判定される。
U相の故障原因が過電流異常でない場合であって、U相の温度(U相におけるIGBTの温度)が所定の上限温度閾値以上になり、その状態が所定時間継続したことが検知された場合には、当該U相に過熱異常があると判定される。
U相の故障原因が過電流異常、過熱異常のいずれにも該当しない場合であって、故障状態が第2所定時間以上継続する場合には、当該U相に回路異常があると判定される。
V相、W相、及びX相の故障原因の判定についても、上述したU相の場合と同様のプロセスによって行なわれる。
V相、W相、及びX相の故障原因の判定についても、上述したU相の場合と同様のプロセスによって行なわれる。
(1)過電流異常
<<リトライモード>>
故障の原因が1回目の過電流異常によるものである場合において、その過電流異常が解消されたことがFDC−IPM210によって検知されると、シャットダウン解除側のFCVUが出力される。すると、第1のシャットダウン体系100では、第2のシャットダウン体系200からシャットダウン解除側の信号値を有するISDNを受信し、駆動IVT16及び補機IVT17に対し、シャットダウン解除側の信号値を有するMSDN及びGSDNが出力される。
<<リトライモード>>
故障の原因が1回目の過電流異常によるものである場合において、その過電流異常が解消されたことがFDC−IPM210によって検知されると、シャットダウン解除側のFCVUが出力される。すると、第1のシャットダウン体系100では、第2のシャットダウン体系200からシャットダウン解除側の信号値を有するISDNを受信し、駆動IVT16及び補機IVT17に対し、シャットダウン解除側の信号値を有するMSDN及びGSDNが出力される。
一方、第2のシャットダウン体系200では、U相乃至X相に対し、それぞれシャットダウン解除側の信号値を有するSDNU,SDNV,SDNW,及びSDNXが出力される。また、シャットダウン側のFCVUが出力されてから後述する所定の診断時間が経過した後、C−CTRL31は、U相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンを解除する。
このように、FC−CVT15の故障原因が過電流異常によるものであり、且つ、その過電流異常が1回目に検知されたものである場合、つまり、過電流異常がFCシステム11の始動後初めて検知された場合には、運転停止状態にあった駆動IVT16、補機IVT17、及びFC−CVT15が通常運転時と同じ条件で再起動し、通常走行可能な状態に復帰する。
このような復帰動作は、V相、W相、X相に過電流異常があった場合についても同様である。つまり、FC−CVT15の故障原因がU相以外の相の過電流異常によるものであり、且つ、その相における過電流異常がFCシステム11の始動後初めて検知されたものである場合には、運転停止状態にあった駆動IVT16、補機IVT17、及びFC−CVT15が通常運転時と同じ条件で再起動し、通常走行可能な状態に復帰する。
<<所定相昇圧禁止モード>>
しかしながら、FC−CVT15の故障原因が例えばU相の過電流異常によるものであり、且つ、そのU相における過電流異常がFCシステム11の始動後2回目以降に検知されたものである場合には、以下に述べるとおり、上記1回目の場合とは異なる処理が行なわれる。
しかしながら、FC−CVT15の故障原因が例えばU相の過電流異常によるものであり、且つ、そのU相における過電流異常がFCシステム11の始動後2回目以降に検知されたものである場合には、以下に述べるとおり、上記1回目の場合とは異なる処理が行なわれる。
すなわち、1回目の場合と同様に、ISDN,MSDN,GSDN,及びSDNU乃至SDNXについて、シャットダウン解除側の信号値が出力されていても、2回目以降の場合は、ソフトウェア的にシャットダウンされているU相乃至X相のうち、V相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンは解除されるが、U相のソフトウェア的なシャットダウンは解除されずに維持される(U相の昇圧禁止)。
これにより、FC−CVT15のU相の運転停止状態が維持されたまま、他の全ての相(V相、W相、X相)、駆動IVT16、及び補機IVT17が再起動し、走行可能な状態に復帰する。このとき、FC−CVT15は、4相中3相のみが駆動するので、通常運転時の最大出力に対して75%(=3相/4相×100%)の出力制限が課された状態での復帰となる。
このような復帰動作は、V相、W相、X相に過電流異常があった場合についても同様である。つまり、FC−CVT15の故障原因がU相以外の相の過電流異常によるものであり、且つ、その相における過電流異常がFCシステム11の始動後2回目以降に検知されたものである場合には、その相の運転停止状態が維持されたまま、他の全ての相、駆動IVT16、及び補機IVT17が再起動し、走行可能な状態に復帰する。
ところで、本実施形態のC−CTRL31は、故障検知信号であるシャットダウン側のFCVU乃至FCVX、FLVL、又はFOVHが出力されると、故障の有無を確定するための故障診断を実施する。C−CTRL31は、故障診断開始から、言い換えれば、故障検知信号の出力を検知してから、所定の診断時間(例えば、0.2秒)が経過した後も尚故障状態が継続していることを検知した場合に、故障が有ることを確定する。
上述したように、第2のシャットダウン体系200において、例えばシャットダウン側のFCVUが出力されると、FC−CVT15の全相の運転が一旦停止するので、例えばU相の故障原因が上記過電流異常であった場合には、上記所定の診断時間を経過する前であっても、つまり、故障診断完了前であっても、U相がハードウェア的に正常回復する場合があり、かかる場合には、FC−CVT15その他運転停止状態のものが再起動可能な状態となる。
しかしながら、FCシステム11ひいてはFC車両の信頼性向上の観点からは、たとえハードウェア的に再起動可能な状態に移行した場合であっても、C−CTRL31での故障診断が完了していなければ、FC−CVT15等を再起動できないようにソフトウェア的に何らかの手当てをしておくことが好ましい。
例えば、シャットダウン側のFCVUが出力されてから上記所定の診断時間が経過して故障診断が完了するまで(診断結果が確定するまで)は、たとえU相乃至X相、駆動IVT16、及び補機IVT17に対し、それぞれシャットダウン解除側の信号値を有するSDNU乃至SDNX,MSDN,及びGSDNがハードウェア的に出力されていても、C−CTRL31はFC−CVT15等の再起動をソフトウェア的に禁止し、I−CTRL32は駆動IVT16等の再起動をソフトウェア的に禁止する。
そして、故障診断完了後に、C−CTRL31がFC−CVT15の再起動をソフトウェア的に許可すると共に、I−CTRL32が駆動IVT16,補機IVT17の再起動をソフトウェア的に許可する。
このような運転停止状態にあった駆動IVT16、補機IVT17、及びFC−CVT15を通常運転時と同じ条件又は出力制限付きの条件で再起動して走行可能な状態に移行させる際に実施されるソフトウェア的な再起動禁止制御は、V相、W相、X相に過電流異常があった場合についても同様に実施される。
(2)過熱異常
<<所定相昇圧禁止モード>>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFCVU乃至FCVXのいずれかである場合、つまり、FC−CVT15のU相乃至X相のいずれかにおいて故障が検知された場合において、その故障の原因が過熱異常によるものである場合には、上述の「(1)過電流異常」における「<<所定相昇圧禁止モード>>」と同様の処理が行なわれる。
<<所定相昇圧禁止モード>>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFCVU乃至FCVXのいずれかである場合、つまり、FC−CVT15のU相乃至X相のいずれかにおいて故障が検知された場合において、その故障の原因が過熱異常によるものである場合には、上述の「(1)過電流異常」における「<<所定相昇圧禁止モード>>」と同様の処理が行なわれる。
例えばU相に過熱異常があった場合を例に挙げれば、シャットダウン解除側の信号値を有するISDN,MSDN,及びGSDNが出力された後、ソフトウェア的にシャットダウンしているU相乃至X相のうち、U相だけはソフトウェア的なシャットダウンが維持され(U相の昇圧禁止)、V相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンが解除される。
これにより、FC−CVT15のU相の運転停止状態が維持されたまま、他の全ての相(V相、W相、X相)、駆動IVT16、及び補機IVT17が再起動し、より迅速かつ確実に走行可能な状態に復帰する。このとき、FC−CVT15は、4相中3相のみが駆動するので、通常運転時の最大出力に対して75%(=3相/4相×100%)の出力制限が課された状態での復帰となる。
以上の復帰動作は、V相、W相、X相のいずれかに過熱異常があった場合についても、運転停止状態が維持される相が過熱異常相である点以外は、同様である。
(3)回路異常1
<<所定相昇圧禁止モード>>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFCVU乃至FCVXのいずれかである場合、つまり、FC−CVT15のU相乃至X相のいずれかにおいて故障が検知された場合において、その故障の原因が回路異常(例えば、短絡)によるものである場合にも、上述の「(2)過熱異常」の場合と同様の処理が行なわれ、通常運転時の最大出力に対して75%の出力制限付きではあるが走行可能な状態に復帰する。
<<所定相昇圧禁止モード>>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFCVU乃至FCVXのいずれかである場合、つまり、FC−CVT15のU相乃至X相のいずれかにおいて故障が検知された場合において、その故障の原因が回路異常(例えば、短絡)によるものである場合にも、上述の「(2)過熱異常」の場合と同様の処理が行なわれ、通常運転時の最大出力に対して75%の出力制限付きではあるが走行可能な状態に復帰する。
<FLVL>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFLVLである場合には、まず、その故障の原因が回路異常(例えば、短絡)、低電圧異常のいずれによるものなのかが、C−CTRL31によって判定される。
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFLVLである場合には、まず、その故障の原因が回路異常(例えば、短絡)、低電圧異常のいずれによるものなのかが、C−CTRL31によって判定される。
例えば、FC−CVT15の入口電圧が所定の下限電圧閾値以下になり、その状態が所定時間継続していることが検知された場合には、FC−CVT15に低電圧異常があると判定される。
また、FC−CVT15の異常原因が低電圧異常に該当しない場合であって、故障状態が前記所定時間よりも長い第2所定時間以上継続する場合には、FC−CVT15の入口側回路に何らかの回路異常があると判定される。
また、FC−CVT15の異常原因が低電圧異常に該当しない場合であって、故障状態が前記所定時間よりも長い第2所定時間以上継続する場合には、FC−CVT15の入口側回路に何らかの回路異常があると判定される。
(1)回路異常2
<<EV走行>>
故障の原因が回路異常によるものである場合には、その回路異常を検知してから上記所定の診断時間を経過した後、つまり、故障診断完了後に、シャットダウン解除側の信号値を有するISDN,MSDN,GSDN,CSDNが出力される一方で、一旦設定されたU相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンは解除されることなく維持される(全相の昇圧禁止)。その後、FC12とFC−CVT15との間に配置されているFCリレー50が切断される。
<<EV走行>>
故障の原因が回路異常によるものである場合には、その回路異常を検知してから上記所定の診断時間を経過した後、つまり、故障診断完了後に、シャットダウン解除側の信号値を有するISDN,MSDN,GSDN,CSDNが出力される一方で、一旦設定されたU相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンは解除されることなく維持される(全相の昇圧禁止)。その後、FC12とFC−CVT15との間に配置されているFCリレー50が切断される。
このように、FC−CVT15の入口側回路に回路異常が検知された場合には、FC12からの電力供給は絶たれるが、運転停止状態にあった駆動IVT16及び補機IVT17の運転が復帰し、BAT20だけからの供給電力による、いわゆるEV走行が可能な状態に復帰する。
(2)低電圧異常
<<EV走行>>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFLVLである場合において、その故障の原因が低電圧異常によるものであるときには、上記「(1)回路異常2」の場合と同様の処理が行なわれ、FC12からの電力供給は絶たれるが、運転停止状態にあった駆動IVT16及び補機IVT17の運転が復帰し、BAT20だけからの供給電力による、いわゆるEV走行が可能な状態に復帰する。
<<EV走行>>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFLVLである場合において、その故障の原因が低電圧異常によるものであるときには、上記「(1)回路異常2」の場合と同様の処理が行なわれ、FC12からの電力供給は絶たれるが、運転停止状態にあった駆動IVT16及び補機IVT17の運転が復帰し、BAT20だけからの供給電力による、いわゆるEV走行が可能な状態に復帰する。
<FOVH>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFOVHである場合には、まず、その故障の原因が回路異常(例えば、短絡)、過電圧異常のいずれによるものなのかが、C−CTRL31によって判定される。
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFOVHである場合には、まず、その故障の原因が回路異常(例えば、短絡)、過電圧異常のいずれによるものなのかが、C−CTRL31によって判定される。
例えば、FC−CVT15の出口電圧が所定の上限電圧閾値以上になり、その状態が所定時間継続していることが検知された場合には、FC−CVT15に過電圧異常があると判定される。
また、FC−CVT15の異常原因が過電圧異常に該当しない場合であって、故障状態が前記所定時間よりも長い第2所定時間以上継続する場合には、FC−CVT15の出口側回路に何らかの回路異常があると判定される。
また、FC−CVT15の異常原因が過電圧異常に該当しない場合であって、故障状態が前記所定時間よりも長い第2所定時間以上継続する場合には、FC−CVT15の出口側回路に何らかの回路異常があると判定される。
(1)回路異常3
<<FC−CVT停止走行>>
故障の原因が回路異常によるものである場合には、その回路異常を検知してから上記所定の診断時間を経過した後、つまり、故障診断完了後に、シャットダウン解除側の信号値を有するISDN,MSDN,GSDNが出力される一方で、一旦設定されたU相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンは解除されることなく維持される(全相の昇圧禁止)。
<<FC−CVT停止走行>>
故障の原因が回路異常によるものである場合には、その回路異常を検知してから上記所定の診断時間を経過した後、つまり、故障診断完了後に、シャットダウン解除側の信号値を有するISDN,MSDN,GSDNが出力される一方で、一旦設定されたU相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンは解除されることなく維持される(全相の昇圧禁止)。
このように、FC−CVT15の出口側回路に回路異常が検知された場合には、FC−CVT15の運転停止状態は維持されたままであるが、運転停止状態にあった駆動IVT16及び補機IVT17の運転が復帰し、FC12又は/及びBAT20からの供給電力によって走行可能な状態に復帰する。
(2)過電圧異常
<<EV走行>>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFOVHである場合において、その故障の原因が過電圧異常によるものであるときには、その過電圧異常を検知してから上記所定の診断時間を経過した後、つまり、故障診断完了後に、シャットダウン解除側の信号値を有するISDN,MSDN,GSDN,CSDNが出力される一方で、U相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンは解除されることなく維持される(全相の昇圧禁止)。
<<EV走行>>
第2のシャットダウン体系200において出力された故障信号がシャットダウン側のFOVHである場合において、その故障の原因が過電圧異常によるものであるときには、その過電圧異常を検知してから上記所定の診断時間を経過した後、つまり、故障診断完了後に、シャットダウン解除側の信号値を有するISDN,MSDN,GSDN,CSDNが出力される一方で、U相乃至X相のソフトウェア的なシャットダウンは解除されることなく維持される(全相の昇圧禁止)。
その後、FC12とFC−CVT15との間に配置されているFCリレー50が切断される。
このように、FC−CVT15の過電圧異常が検知された場合には、FC12からの電力供給は絶たれるが、運転停止状態にあった駆動IVT16及び補機IVT17の運転が復帰し、BAT20だけからの供給電力による、いわゆるEV走行が可能な状態に復帰する。
以上説明したとおり、上述の実施形態においては、あるシステム構成要素の故障に起因して他のシステム構成要素を同時停止(シャットダウン)させた後でも、故障したシステム構成要素とその故障原因を特定することにより、故障していないシステム構成要素によるシステム再起動が可能である。
よって、FCシステム11を搭載した車両によれば、システム構成要素の共連れ故障を回避しつつ、その回避後においても最低限のフェールセーフ走行が可能である。
よって、FCシステム11を搭載した車両によれば、システム構成要素の共連れ故障を回避しつつ、その回避後においても最低限のフェールセーフ走行が可能である。
なお、上述した実施形態においては、I−CTRL32(第2コントローラ)が物理的に1つのコントローラで構成され、この1つのコントローラで駆動IVT16(第1インバータ)、補機IVT17(第2インバータ)、及びBAT−CVT22(第2コンバータ)を制御する例について説明したが、本発明は、そのような例に限定されるものではない。
例えば、第1インバータ、第2インバータ、及び第2コンバータのそれぞれに対して各1つのコントローラが設けられていて、これら3つのコントローラが接続されて第2コントローラが構成されていてもよい。
また、第1インバータ、第2インバータ、及び第2コンバータのうちの1つを制御するコントローラと、他の2つを制御するコントローラとが接続されて第2コントローラが構成されていてもよい。
また、第1インバータ、第2インバータ、及び第2コンバータのうちの1つを制御するコントローラと、他の2つを制御するコントローラとが接続されて第2コントローラが構成されていてもよい。
また、上述した実施形態においては、本発明に係るFCシステムをFC車両に搭載した場合について説明したが、FC車両以外の各種移動体(ロボット、船舶、航空機等)にも本発明に係るFCシステムを適用することができる。また、本発明に係るFCシステムを、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用することもできる。
Claims (9)
- 電力供給源としての燃料電池及び二次電池と、
これら燃料電池及び二次電池と第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1コンバータ及び第2コンバータと、
これら第1コンバータ及び第2コンバータと前記第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1インバータ及び第2インバータと、
前記第1コンバータを制御することによって前記燃料電池の出力を制御する第1コントローラと、
前記第1コントローラとは別個に構成され、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを制御することによって前記二次電池からの出力を含めて前記第1インバータ及び前記第2インバータへ供給する出力を制御する第2コントローラと、を備え、
前記第1コントローラと前記第2コントローラとは、それぞれの制御対象の故障情報が相互通信可能に接続され、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、それらの一方から送信された前記故障情報を受信した場合に、その故障情報を受信した側の前記第1コントローラ又は前記第2コントローラによる前記制御対象の運転を停止させ、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、又は前記第2インバータのいずれかの故障が検知された場合において、
前記第2コンバータの故障が検知されたときは、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの運転を停止させ、
前記第2コンバータ以外の故障が検知されたときは、前記第1コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの運転を停止させ、この運転停止よりも所定時間が経過した後に前記第2コンバータの運転を停止させる、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記故障の原因を判定する判定部を備え、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの少なくとも1つを再起動させる、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第1コンバータが2相以上の昇圧回路部を備えてなるマルチフェーズコンバータであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過電流異常であり、かつ、それが1回目の過電流異常である場合には、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させる、燃料電池システム。 - 電力供給源としての燃料電池及び二次電池と、
これら燃料電池及び二次電池と第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1コンバータ及び第2コンバータと、
これら第1コンバータ及び第2コンバータと前記第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1インバータ及び第2インバータと、
前記第1コンバータを制御することによって前記燃料電池の出力を制御する第1コントローラと、
前記第1コントローラとは別個に構成され、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを制御することによって前記二次電池からの出力を含めて前記第1インバータ及び前記第2インバータへ供給する出力を制御する第2コントローラと、を備え、
前記第1コントローラと前記第2コントローラとは、それぞれの制御対象の故障情報が相互通信可能に接続され、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、それらの一方から送信された前記故障情報を受信した場合に、その故障情報を受信した側の前記第1コントローラ又は前記第2コントローラによる前記制御対象の運転を停止させ、
前記故障の原因を判定する判定部を備え、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの少なくとも1つを再起動させ、
前記第1コンバータが2相以上の昇圧回路部を備えてなるマルチフェーズコンバータであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過電流異常であり、かつ、それが2回目以降の過電流異常である場合には、前記第1コンバータの前記特定相を除く全ての相、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させる、燃料電池システム。 - 電力供給源としての燃料電池及び二次電池と、
これら燃料電池及び二次電池と第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1コンバータ及び第2コンバータと、
これら第1コンバータ及び第2コンバータと前記第1負荷及び第2負荷との間にそれぞれ設けられた第1インバータ及び第2インバータと、
前記第1コンバータを制御することによって前記燃料電池の出力を制御する第1コントローラと、
前記第1コントローラとは別個に構成され、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを制御することによって前記二次電池からの出力を含めて前記第1インバータ及び前記第2インバータへ供給する出力を制御する第2コントローラと、を備え、
前記第1コントローラと前記第2コントローラとは、それぞれの制御対象の故障情報が相互通信可能に接続され、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、それらの一方から送信された前記故障情報を受信した場合に、その故障情報を受信した側の前記第1コントローラ又は前記第2コントローラによる前記制御対象の運転を停止させ、
前記故障の原因を判定する判定部を備え、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1コンバータ、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータの少なくとも1つを再起動させ、
前記第1コンバータが2相以上の昇圧回路部を備えてなるマルチフェーズコンバータであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が特定相の過熱異常又は回路異常である場合には、前記第1コンバータの前記特定相を除く残りの相、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させる、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が当該第1コンバータの出口側回路における回路異常である場合には、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させる、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記第1コンバータの故障原因が当該第1コンバータの出口側の過電圧異常、当該第1コンバータの入口側の低電圧異常、当該第1コンバータの入口側回路における回路異常のいずれかである場合には、前記燃料電池から前記第1負荷及び前記第2負荷への出力を遮断した後、前記第2コンバータ、前記第1インバータ、及び前記第2インバータを再起動させる、燃料電池システム。 - 請求項3又は4に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第1コントローラは、前記故障の有無を確定するための故障診断を実施するものであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記故障診断が完了するまでは、前記再起動を禁止する、燃料電池システム。 - 請求項5乃至7のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第1コントローラは、前記故障の有無を確定するための故障診断を実施するものであり、
前記第1コントローラ及び前記第2コントローラは、前記故障診断が完了した後に、前記再起動を許可する、燃料電池システム。
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