JP7167825B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池への供給酸素量を増加または減少させて、燃料電池の開回路電圧を目標電圧に維持する電圧維持制御を実施する電圧燃料電池システムに関する。
燃料電池を搭載する車両では、燃料電池に対する負荷要求が低い場合に、燃料電池システムの効率を低下させないことを目的として、間欠運転モードが設定される。間欠運転とは、燃料電池の発電を停止し、二次電池のみにより電力を供給するモードである。この間欠運転中には、燃料電池の発電効率の低下を抑制しながら、燃料電池の耐久性を低下させないように燃料電池の開回路電圧を目標の近傍で維持する電圧維持制御が行われることがある。この電圧維持制御に関する技術の一例が特許文献１に開示されている。
特許文献１には、負荷に対して電力を供給する燃料電池を備える燃料電池システムにおける燃料電池の電圧制御方法が記載されている。特許文献１に記載の電圧制御方法は、負荷からの要求電力が予め定めた基準値を超える通常負荷状態のときには、要求電力の少なくとも一部を燃料電池から供給し、要求電力が基準値以下となる低負荷状態のときには、燃料電池と負荷との電気的な接続を遮断すると共に、燃料電池の開回路電圧を予め定めた目標電圧にするために、予め設定した条件にて、燃料電池に酸素を供給する。その後、開回路電圧と目標電圧を比較し、前記検出した開回路電圧が前記目標電圧に比べて第１の値以上高い場合には、前記燃料電池に供給する酸素量を減少させ、前記検出した開回路電圧が前記目標電圧に比べて第２の値以上低い場合には、前記燃料電池に供給する酸素量を増加させ、いずれにも該当しない場合には前記燃料電池に供給する酸素量を維持することで、燃料電池を発電させることなく、燃料電池の開回路電圧を目標の近傍で維持することができる。
特開２０１６－９６０８７号公報
燃料電池を搭載する車両では、燃料電池を含む電源から電力の供給を受けて負荷回路（例えば、モータ、コンプレッサ）を動作させるが、この電力供給経路を構成する高電圧回路と高電圧回路の周囲に設置される導体との間の絶縁抵抗を高く維持する必要がある。絶縁抵抗の抵抗値低下は、高電圧回路からの漏電が発生した状態となり問題であるためである。そのため、このような燃料電池システムでは、絶縁抵抗の抵抗値を測定する絶縁抵抗測定回路が設けられる。この絶縁抵抗測定回路の一例としては、既知の抵抗値を有する基準抵抗と絶縁抵抗との抵抗分圧により測定用交流信号の振幅を分圧した分圧交流信号の波高値に基づき絶縁抵抗の抵抗値を測定するものがある。
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムのように、電圧維持制御を行うと、電圧維持制御に伴う燃料電池電圧の変動がノイズとなり絶縁抵抗の測定精度を悪化させてしまう問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池の電圧維持制御による絶縁抵抗の測定精度の低下を防止することを目的とするものである。
本発明にかかる燃料電池システムの一態様は、燃料電池と、前記燃料電池への酸化剤ガスと燃料ガスの供給量を制御して前記燃料電池の発電電力量を制御する発電制御部と、前記燃料電池を含む高電圧回路の周囲に配置される外部導体と高電圧回路との間の絶縁抵抗と、既知の抵抗値を有する基準抵抗と、の抵抗分圧により測定用交流信号の振幅を分圧した分圧交流信号を生成する絶縁抵抗測定信号生成部と、前記分圧交流信号の波高値に基づき前記絶縁抵抗の抵抗値を測定する絶縁抵抗測定部と、を有し、前記絶縁抵抗測定部は、前記発電制御部が間欠運転中の電圧維持状態において、前記分圧交流信号の波高値の変動幅が予め設定した変動許容幅を超える変化を示すノイズ過多状態を検出した場合には、前記発電制御部に前記燃料電池の出力電圧の変動周波数を現在周波数から変化せることを指示した後に、前記絶縁抵抗の抵抗値を測定する。
本発明にかかる燃料電池システムによれば、絶縁抵抗の抵抗値の測定に用いる分圧交流信号に重畳するノイズ成分が大きくなるノイズ過多状態が発生し多場合には、燃料電池電圧の変動周波数を変化させることで分圧交流信号に重畳するノイズ成分による分圧交流信号の振幅ズレを抑制する。
本発明により、燃料電池の電圧維持制御の有無に寄らず絶縁抵抗の抵抗値測定の測定精度を高めることができる。
実施の形態１にかかる燃料電池システムのブロック図である。 実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける通常発電、間欠運転、及び間欠運転中に絶縁抵抗が低下した場合の分圧交流信号の波高値の変動を説明するタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける絶縁抵抗値の測定処理を説明するフローチャートである。 実施の形態２にかかる燃料電池システムにおける絶縁抵抗値の測定処理を説明するフローチャートである。
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
実施の形態１
まず、図１に実施の形態１にかかる燃料電池システム１のブロック図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる燃料電池システム１は、燃料電池２１が発電する電力と二次電池３０が出力する電力とによりモータＭＧ及びエアコンプレッサＡＣＰを駆動するシステムである。また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１は、燃料電池２１が発電した電力のうち余剰となった電力及びモータＭＧの回生動作により生じた電力を二次電池３０に充電する。また、燃料電池システム１では、インバータ回路１０が燃料電池２１と二次電池３０の少なくとも一方から供給される電力に基づきエアコンプレッサＡＣＰ及びモータＭＧを駆動する。
実施の形態１にかかる燃料電池システム１は、燃料電池２１を含む高電圧回路として発電制御部（例えば、ＦＣ発電制御部２０）、昇圧コンバータ２２、昇圧コンバータ制御部２３、電圧計２５を有する。燃料電池システム１は、二次電池３０を含む高電圧回路として双方向コンバータ３２、双方向コンバータ制御部３３、電圧計３４を有する。また、燃料電池システム１は、インバータ回路１０、絶縁抵抗測定信号生成部４０、絶縁抵抗測定部４１を有する。
燃料電池２１は、燃料ガス（例えば、図１中のＨｙｄｒｏであり、水素）と酸化剤ガス（例えば、図１中のＡｉｒであり、酸素）とを反応させることで発電を行う電池である。ＦＣ発電制御部２０は、燃料電池２１に供給する燃料ガスと酸化剤ガスの流量を調整することで燃料電池２１の発電電力量を制御する。昇圧コンバータ２２は、燃料電池２１の出力電圧（燃料電池電圧ＶＦＣ）を昇圧して高電圧ＶＨを出力する。昇圧コンバータ制御部２３は、昇圧コンバータ２２の出力能力を制御する。電圧計２５は、燃料電池電圧ＶＦＣの電圧値を測定してＦＣ発電制御部２０に通知する。なお、図１では、電圧計２５が燃料電池電圧ＶＦＣの電圧値を通知する通信経路については省略している。
二次電池３０は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な電池である。二次電池３０の供給する電力の電圧を高電圧ＶＢと示した。双方向コンバータ３２は、放電モードでは、バッテリ電圧ＶＢを昇圧して高電圧として出力する。また、双方向コンバータ３２は、充電モードでは、高電圧を降圧してバッテリ電圧ＶＢとして出力する。双方向コンバータ制御部３３は、双方向コンバータ３２を放電モードで動作させるか充電モードで動作させるか、及び、双方向コンバータ３２の出力能力を制御する。
絶縁抵抗測定信号生成部４０は、交流信号生成部４２、波高値測定部４３、基準抵抗Ｒ４、カップリングコンデンサＣ４を有する。交流信号生成部４２は、測定用交流信号を出力する。基準抵抗Ｒ４は、交流信号生成部４２の出力に直列に接続される。カップリングコンデンサＣ４は、基準抵抗Ｒ４と負極側配線との間に挿入される。波高値測定部４３は、基準抵抗Ｒ４とカップリングコンデンサＣ４との間に生じる分圧交流信号の波高値を測定して、測定した波高値の値を絶縁抵抗測定部４１に伝達する。なお、カップリングコンデンサＣ４を用いることで、絶縁抵抗測定信号生成部４０と負極側側配線とは直流的には絶縁され、交流的には導通した状態となる。これにより、絶縁抵抗測定部４１では、交流信号のみを絶縁抵抗Ｒｉと基準抵抗Ｒ４により分圧する。
つまり、絶縁抵抗測定信号生成部４０は、燃料電池２１を含む高電圧回路の周囲に配置される外部導体と高電圧回路との間の絶縁抵抗Ｒｉと、既知の抵抗値を有する基準抵抗Ｒ４と、の抵抗分圧により測定用交流信号の振幅を分圧した分圧交流信号を生成する。
絶縁抵抗測定部４１は、分圧交流信号の波高値に基づき絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値を測定する。また、絶縁抵抗測定部４１は、ＦＣ発電制御部２０が間欠運転中の電圧維持状態において、分圧交流信号の波高値の変動幅が予め設定した変動許容幅を超える変化を示すノイズ過多状態を検出した場合には、ＦＣ発電制御部２０に燃料電池２１の出力電圧（例えば燃料電池電圧ＶＦＣ）の変動周波数を現在周波数から変化せることを指示するノイズ抑制指示信号ＮＥＲを出力する。そして、絶縁抵抗測定部４１は、ＦＣ発電制御部２０が二次電池３０が出力する燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期を変更させた後に、絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値を測定する。
そして、図１に示すように、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、燃料電池２１、二次電池３０、各高電圧回路、エアコンプレッサＡＣＰ、及び、モータＭＧと、燃料電池システム１の外部に設けられる外部導体との間に絶縁抵抗Ｒｉが生じる。図１に示す例では、正極側配線及び負極側配線とシャシーグランドとの間に絶縁抵抗が生じる。また、モータＭＧ及びコンプレッサＡＣＰを駆動させる配線のうちＷ相の配線とシャシーグランドとの間にも絶縁抵抗Ｒｉが生じる。この絶縁抵抗Ｒｉは、抵抗部品として設けられるものでは無く、例えば配線を被覆する絶縁性の部材、或いは、配線と外部導体との間に生じる空間に起因して生じる電気的な抵抗成分である。また、この絶縁抵抗Ｒｉは理想的には無限大の抵抗値を有するものである。しかしながら、例えば、負極側配線の絶縁被膜の損傷等に起因して絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値が低下することがある。このような絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の低下が発生した場合、燃料電池システム１において漏電が発生した状態となるため、修理等の対応が必要になる。そこで、燃料電池システム１では、絶縁抵抗測定信号生成部４０及び絶縁抵抗測定部４１により絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値を測定して、絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の低下が見られた場合には、上位システムを介して利用者に通知する。
続いて、実施の形態１にかかる燃料電池システム１における間欠運転中の動作について説明する。この間欠運転は、エアコンプレッサＡＣＰ及びモータＭＧによる負荷要求が低い期間に燃料電池２１の発電を停止し、二次電池のみにより電力を供給することでシステム全体の電力供給能力の最適化をはかるものである。間欠運転中は、燃料電池の発電効率の低下を抑制しながら、燃料電池の耐久性を低下させないように酸素供給量を調整することで、燃料電池の開回路電圧を目標の近傍で維持する電圧制御が行われる。
図２に、実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける通常発電、間欠運転、及び間欠運転中に絶縁抵抗が低下した場合の分圧交流信号の波高値の変動を説明するタイミングチャートを示す。図２に示すタイミングチャートは、通常発電中、及び間欠運転中の燃料電池の燃料電池電圧ＶＦＣの時間変化と絶縁抵抗測定信号生成部４０が出力する分圧交流信号の波高値の時間変化とを示すものである。
図２に示す例では、通常発電期間（タイミングＴ１～Ｔ２、Ｔ４～Ｔ５）と、間欠運転期間（タイミングＴ１以前、Ｔ２～Ｔ４、Ｔ５以降）が繰り返されている。通常発電期間は、ＦＣ発電制御部２０が、燃料電池２１に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給することで、燃料電池２１に通常の発電を行わせる期間である。間欠運転期間は、燃料電池と負荷との電気的な接続を遮断すると共に、ＦＣ発電制御部２０が、通常発電動作時とは異なり燃料電池２１への燃料ガス及び酸化剤ガスを基本的には停止する。そのため、電圧維持制御期間では、燃料電池電圧ＶＦＣが非電圧維持制御期間よりも低下する。しかし、電圧維持制御期間に燃料電池２１への燃料ガス及び酸化剤ガスを停止したままであると、燃料電池電圧ＶＦＣの低下が大きくなり燃料電池２１の発電効率及び寿命が短くなる問題が生じる。そこで、電圧維持制御期間では、ＦＣ発電制御部２０による燃料電池２１への燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を下げつつ、燃料電池電圧ＶＦＣを予め設定した目標電圧近傍で維持するようにガスの流量の制御を行う。そのため、電圧維持制御期間は、燃料電池電圧ＶＦＣが周期的に変動する。
続いて、分圧交流信号の波高値の時間変化について説明する。分圧交流信号の波高値の変動幅は、絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値に変化がなければ、通常発電期間と間欠運転期間とでほぼ変わらない。しかし、絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の低下が生じ（例えば、タイミングＴ３以降）、かつ、間欠運転中の電圧維持制御に起因する燃料電池電圧ＶＦＣの電圧変化周波数と交流信号生成部４２が出力する測定用交流信号の周波数とが近づくと、分圧交流信号の波高値の変動幅が絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の低下が生じる前よりも明らかに大きくなる（例えば、タイミングＴ３～Ｔ４）。絶縁抵抗測定部４１では、このように、分圧交流信号の波高値の変動幅が予め設定した変動許容幅を超えた場合にノイズ過多状態が発生したと判断する。また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、このノイズ過多状態が発生した場合には、電圧維持制御における燃料電池２１に対する制御方法を変更して燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期を変化させることで、このノイズ過多状態を解消する。そこで、以下で、実施の形態１にかかる燃料電池システム１における絶縁抵抗値の測定処理について説明する。
図３に実施の形態１にかかる燃料電池システムにおける絶縁抵抗値の測定処理を説明するフローチャートを示す。図３に示すフローチャートは、燃料電池システム１において行われる複数の処理の中の１つの処理であり、予め設定された絶縁抵抗値の測定周期に従って繰り返し行われるノイズ測定処理を示すものである。
図３に示すように、燃料電池システム１では、ノイズ測定処理を行う場合、まず、現在の燃料電池２１の運転状態が間欠運転中であるか否かを判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１の間欠運転判断処理において、燃料電池２１の運転状態が通常運転であると判断された場合（ステップＳ１のＮＯの枝）、燃料電池システム１は、絶縁抵抗測定部４１により分圧交流信号の波高値に基づく絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の算出を行う（ステップＳ７）。そして、ステップＳ７の抵抗値算出処理において、絶縁抵抗Ｒｉに抵抗値の低下が生じていないと判断された場合、現在のノイズ測定モードがノイズ抑制モードであるか否かを判断する（ステップＳ８、Ｓ１１）。ステップＳ１１のノイズ抑制モード判断処理において、ノイズ抑制モード制御中でないと判断された場合（ステップＳ１１のＮＯの枝）、ステップＳ１の間欠運転判断処理に戻る。ステップＳ１で、燃料電池２１の運転状態が通常運転であると判断され場合は、ステップＳ１１のＮＯの枝に進む以外はないため、ステップＳ１１のＹＥＳの枝に進んだ場合の処理の説明は後述する。
ステップＳ１の間欠運転判断処理において、燃料電池２１の運転状態が間欠運転中であると判断された場合（ステップＳ１のＹＥＳの枝）、現在の燃料電池２１の制御が電圧維持制御であるか否かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２の電圧維持制御判断処理において、現在の制御状態が電圧維持制御でないと判断された場合（ステップＳ２のＮＯの枝）、通常運転（ステップＳ１のＮＯの枝に進んだ場合）と同様に、ステップＳ７の抵抗値算出処理に進む。一方、ステップＳ２の電圧維持制御判断処理において、現在の制御状態が電圧維持制御である判断された場合（ステップＳ２のＹＥＳの枝）、絶縁抵抗測定部４１は、分圧交流信号の波高値のノイズを計測する（ステップＳ３）。そして、絶縁抵抗測定部４１は、ノイズが発生している状態の継続期間が予め設定したノイズ判定期間閾値以上か否かを判断する（ステップＳ４）。このステップＳ４のノイズ発生状態継続判定処理において、ノイズ過多状態がノイズ判定期間閾値よりも短い時間しか継続していない判断した場合（ステップＳ４のＮＯの枝）、ステップＳ７の抵抗値算出処理に進む。一方、ステップＳ４のノイズ発生状態継続判定処理において、ノイズ過多状態がノイズ判定期間閾値以上の時間にわたって継続していると判断した場合（ステップＳ４のＹＥＳの枝）、絶縁抵抗測定部４１は、絶縁抵抗測定部４１内に格納されたノイズ抑制モード制御の履歴情報を参照して、過去にノイズ抑制モードで絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の算出を行ったかどうかを判断する（ステップＳ５）。
このステップＳ５のノイズ抑制モード制御の履歴判断処理において、過去にノイズ抑制モードで絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の算出を行ったことがある場合（ステップＳ５のＹＥＳの枝）、絶縁抵抗測定部４１は、ステップＳ１の間欠運転判断処理に戻り次の測定タイミングを待機する。一方、ステップＳ５のノイズ抑制モード制御の履歴判断処理において、過去にノイズ抑制モードで絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の算出を行ったことが無い場合（ステップＳ５のＮＯの枝）、絶縁抵抗測定部４１は、燃料電池２１の電圧維持制御をノイズ抑制モードに切り替える（ステップＳ６）。ステップＳ６の処理では、絶縁抵抗測定部４１は、ＦＣ発電制御部２０及び昇圧コンバータ制御部２３にノイズ抑制指示信号ＮＥＲを出力して、ＦＣ発電制御部２０にノイズ抑制モードの動作に動作を切り替えること指示する。これにより、燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期が現在の周期から変更される。
そして、ステップＳ７の抵抗値算出処理において算出された絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値が、絶縁抵抗低下判断閾値以下であると判断された場合（ステップＳ８のＹＥＳの枝）、絶縁抵抗測定部４１は、上位システム（不図示）を介して運転者に絶縁抵抗が低下したことを通知し（ステップＳ９）、ノイズ抑制モードをＯＦＦにする（ステップＳ１０）。一方、テップＳ７の抵抗値算出処理において算出された絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値が、絶縁抵抗低下判断閾値よりも大きいと判断された場合（ステップＳ８のＮＯの枝）、現在のノイズ測定モードがノイズ抑制モードであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１のノイズ抑制モード判断処理において、ノイズ抑制モード制御中でないと判断された場合（ステップＳ１１のＮＯの枝）、ステップＳ１の間欠運転判断処理に戻る。一方、ステップＳ１１のノイズ抑制モード判断処理において、ノイズ抑制モード制御中であると判断された場合（ステップＳ１１のＹＥＳの枝）、絶縁抵抗測定部４１は、ノイズ抑制モードの履歴処理を開始して（ステップＳ１２）、ノイズ抑制モードをＯＦＦにした後に（ステップＳ１３）、ステップＳ１の処理に戻る。
なお、ノイズ抑制モードの履歴情報は、例えば、イグニッションスイッチをオフしたとき、あるいは、予め設定した一定期間経過後にクリアすることが好ましい。またノイズ抑制モードの履歴情報のクリアタイミングは、燃料電池システム１のノイズの乗りやすさ、燃料電池２１の効率、耐久性、絶縁抵抗の測定頻度等を考慮して決定される。
ここで、ステップＳ４のノイズ発生状態継続判定処理について詳細に説明する。ノイズ発生状態継続判断処理における判断方法には複数の方法が考えられる。
第１の判定方法は、分圧交流信号の波高値が予め設定したノイズ上限閾値よりも大きい、または、分圧交流信号の波高値が予め設定したノイズ加減閾値よりも小さい状態をノイズありの状態であると判定する。そして、ノイズありと判断されるノイズの回数をカウントして、一定の期間内に当該カウント数が閾値回数以上発生している場合にノイズが継続していると判断する。
第２の判定方法は、分圧交流信号の波高値と、その波高値の時間平均の偏差が、予め設定した閾値よりも大きい場合にノイズありと判断する。ノイズありと判断されるノイズの回数をカウントして、一定の期間内に当該カウント数が閾値回数以上発生している場合にノイズが継続していると判断する。
また、ノイズ抑制モードにおける燃料電池２１の制御方法について詳細に説明する。ノイズ抑制モードでは、燃料電池電圧ＶＦＣの電圧変動周期を現在の周期からずらすことができればよいが、この電圧変動周期の変更方法には複数の方法が考えられる。
第１のノイズ抑制モードの制御方法は、ＦＣ発電制御部２０による燃料電池２１へのガス供給を停止して燃料電池２１の発電を停止することである。第２のノイズ抑制モードの制御方法は、間欠運転中であることに関わらず、微少な電力を発電することである。この第２のノイズ抑制モードでは、発電された電力を二次電池３０に充電する。これにより、燃料電池電圧ＶＦＣの電圧変動は、通常運転の場合に近い程度に小さくなる。第３のノイズ抑制モードの制御方法は、ＦＣ発電制御部２０による燃料電池２１へのガス供給を燃料電池２１の発電能力以上で行う燃料供給過多状態とする方法である。この第３のノイズ抑制モードの制御方法では、燃料電池２１が出力する燃料電池電圧ＶＦＣが高い電圧に維持されるため、燃料電池電圧ＶＦＣの低い周波数での電圧変動が抑制される。第４のノイズ抑制モードの制御方法は、電圧維持制御における目標電圧の範囲を狭く、あるいは、広くする方法である。第４のノイズ抑制モードの制御方法によると、燃料電池電圧ＶＦＣの変動範囲となる目標電圧の範囲の大きさが変化することで燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期が短く、あるいは、長くなるため、交流信号生成部４２が出力する測定用交流信号の周期と燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期とがずれるため分圧交流信号に重畳するノイズが抑制される。
上記説明より、実施の形態１にかかる燃料電池システム１によれば、絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の算出に用いる分圧交流信号に電圧維持制御に起因するノイズが重畳した場合には、電圧維持制御の制御をノイズ抑制モードとすることで燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期を現在から変更する。これにより、燃料電池システム１では、分圧交流信号に重畳するノイズの大きさを抑制して、電圧維持制御中の絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値算出の精度を高めることができる。
また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、電圧維持制御中であっても高い精度で絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値を測定できるため、絶縁抵抗Ｒｉの測定頻度を電圧維持制御の有無によらず決定することができる。
また、実施の形態１にかかる燃料電池システム１では、分圧交流信号に重畳するノイズが大きくなったときのみノイズ抑制モードによる燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期の変更を行うため、燃料電池２１の発電効率及び耐久性に対する影響を小さくすることができる。
実施の形態２
実施の形態２では、図３で示した絶縁抵抗値の測定処理の別の例について説明する。なお、実施の形態１において説明した事項については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。図４に実施の形態２にかかる燃料電池システムにおける絶縁抵抗値の測定処理を説明するフローチャートを示す。
図４に示すように、実施の形態２で説明する測定処理は、図３で説明したフローチャートにステップＳ２１、Ｓ２２の処理を追加したものである。ステップＳ２１は、ステップＳ５のノイズ抑制モード判断処理において、現在のノイズ測定モードがノイズ抑制モードでないと判断された場合（ステップＳ５のＮＯの枝）に行われる。ステップＳ２１では、分圧交流信号に重畳したノイズの種別を判断する。具体的には、ステップＳ２１では、ノイズの原因が電圧維持制御に起因するものであるか否かを判断する。ステップＳ２１の判断処理において、ノイズが電圧維持制御に起因するノイズであると判断された場合（ステップＳ２２のＹＥＳの枝）、ステップＳ４のノイズ抑制モードへの切り替え処理を行う。一方、ステップＳ２１の判断処理において、ノイズが電圧維持制御に起因するノイズでないと判断された場合（ステップＳ２２のＮＯの枝）、絶縁抵抗測定部４１は、ＦＣ発電制御部２０及び昇圧コンバータ制御部２３にノイズ抑制モードへの切り替えは指示せずに、ステップＳ１の間欠運転判断処理に戻り次の測定タイミングを待機する。
ここで、ノイズ種別の判断方法について説明する。ノイズ種別の判断方法については、複数の方法が考えられる。第１のノイズ種別判断方法は、電圧維持制御の前後の時間あたりのノイズ発生回数を比較する方法である。電圧維持制御の前後の時間あたりのノイズ発生回数に大きな変化があれば、当該ノイズは電圧維持制御に起因するものであると判断できる。
第２のノイズ種別判断方法は、電圧維持制御中にノイズありと判断されるノイズの発生周期とＶＦＣの変動周期とを比較する方法である。電圧維持制御中にノイズありと判断されるノイズの発生周期とＶＦＣの変動周期とが一定の範囲内の近さであれば、当該ノイズは電圧維持制御に起因するものであると判断できる。
第３のノイズ種別判断方法は、燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期と、交流信号生成部４２が出力する測定用交流信号の周期とを比較する方法である。ここで、交流信号生成部４２が出力する測定用交流信号の周期は既知の値である。燃料電池電圧ＶＦＣの変動周期と、交流信号生成部４２が出力する測定用交流信号の周期とがある一定の範囲内の近さであれば、当該ノイズは電圧維持制御に起因するものであると判断できる。
実施の形態２にかかる絶縁抵抗値の測定処理では、分圧交流信号に重畳するノイズが電圧維持制御に起因すると考えられる場合のみノイズ抑制モードによる燃料電池２１の制御を行う。そのため、燃料電池２１の電圧抑制制御が、分圧交流信号に電圧抑制制御とは異なる原因に起因するノイズが重畳した場合に妨げられないため、燃料電池２１の発電効率、及び、耐久性を実施の形態１にかかる絶縁抵抗の測定処理よりも高く維持することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
１ 燃料電池システム
１０ インバータ回路
２０ ＦＣ発電制御部
２１ 燃料電池
２２ 昇圧コンバータ
２３ 昇圧コンバータ制御部
２５ 電圧計
２６ 電流計
３０ 二次電池
３２ 双方向コンバータ
３３ 双方向コンバータ制御部
３４ 電圧計
３５ 電流計
３６ 放電機構
４０ 絶縁抵抗測定信号生成部
４１ 絶縁抵抗測定部
４２ 交流信号生成部
４３ 波高値測定部
Ｒｉ 絶縁抵抗
ＮＥＲ ノイズ抑制指示信号
ＡＣＰ エアコンプレッサ
ＭＧ モータ
ＶＦＣ 燃料電池電圧
ＶＨ 高電圧
ＶＢ バッテリ電圧

Claims (4)

  1. 燃料電池と、
    前記燃料電池への酸化剤ガスと燃料ガスの供給量を制御して前記燃料電池の発電電力量を制御する発電制御部と、
    前記燃料電池を含む高電圧回路の周囲に配置される外部導体と高電圧回路との間の絶縁抵抗と、既知の抵抗値を有する基準抵抗と、の抵抗分圧により測定用交流信号の電圧を分圧した分圧交流信号を生成する絶縁抵抗測定信号生成部と、
    前記分圧交流信号の波高値に基づき前記絶縁抵抗の抵抗値を測定する絶縁抵抗測定部と、を有し、
    前記絶縁抵抗測定部は、前記発電制御部が間欠運転中の電圧維持状態において、前記分圧交流信号の波高値の変動幅が予め設定した変動許容幅を超える変化を示すノイズ過多状態を検出した場合には、前記発電制御部に前記燃料電池の出力電圧の変動周波数を現在周波数から変化せることを指示した後に、前記絶縁抵抗の抵抗値を測定する燃料電池システム。
  2. 前記発電制御部は、前記発電制御部が間欠運転中の電圧維持状態において前記絶縁抵抗測定部により前記ノイズ過多状態を検出した場合には、前記燃料電池の発電量を現在よりも増減させることで、前記燃料電池の出力電圧の変動周波数を増減する請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記発電制御部は、前記発電制御部が間欠運転中の電圧維持状態において前記絶縁抵抗測定部により前記ノイズ過多状態を検出した場合には、前記燃料電池に供給する酸化剤ガスの流量の増減周期を現在周期から変化させることで、前記燃料電池の出力電圧の変動周波数を現在周波数から変化せる請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. 前記絶縁抵抗測定部は、前記分圧交流信号の前記波高値の変動周期のうちノイズありと判定されたノイズ判定周期と前記燃料電池の出力電圧の変動周期とに基づき前記ノイズ過多状態が前記発電制御部による電圧維持制御に起因するものであるか否かを判定し、前記ノイズ過多状態が前記電圧維持制御に起因するものであると判定された場合に、前記発電制御部に前記燃料電池の出力電圧の変動周波数を現在周波数から変化せることを指示する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
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