JP6168030B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

特許文献１には、燃料電池の出力電圧を昇圧してモータに出力するコンバータの動作を制御するコンバータ―制御部と、モータを駆動するインバータの動作を制御するインバータ制御部と、コンバータ制御部及びインバータ制御部の動作を制御するコントローラと、を備える燃料電池システムが開示されている。そして、この燃料電池システムでは、コンバータとインバータとは、コンバータ制御部及びインバータ制御部を実質的に経由せずに直接接続されるハード線（直配線）で接続されており、コンバータ及びインバータの一方に異常が発生した場合に、直配線を介して他方に異常信号が伝達され、コンバータ及びインバータの双方を停止させることができる。

また、特許文献２には、モータ制御部やコンバータ制御部等の複数の制御部と、複数の制御部を統括する統括制御部と、を備える燃料電池システムが記載されている。

国際公開第２０１１／０１３２１３号パンフレット 特開２０１２−２０９２５７号公報

特許文献１の燃料電池システムでは、例えば、コンバータに異常が発生した場合、直配線を介してコンバータからインバータに異常信号が送信され、コンバータ及びインバータの双方が停止される（以下、「ハード停止」あるいは「ハードシャットダウン」とも呼ぶ）。一方、インバータ制御部は、コンバータ制御部からコントローラを介して送信される異常信号（停止信号）に従うため、インバータ制御部の停止（以下、「ソフト停止」あるいは「ソフトシャットダウン」とも呼ぶ）がインバータの停止よりも遅れる。この結果、インバータ制御部の制御動作に不具合が発生し、システム全体としての制御動作に不具合が発生する可能性がある、という課題がある。なお、特許文献２の燃料電池システムには、上記問題に関して何ら記載されていない。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池の出力よりも高い電圧で動作する複数の高電圧ユニットと；各高電圧ユニットを制御する複数の高電圧ユニット制御部と；前記複数の高電圧ユニット制御部を、それぞれ、通信回線を介して制御する統括制御部と；前記複数の高電圧ユニットを停止させるためのハードシャットダウン信号を前記複数の高電圧ユニット制御部に送信するために、前記統括制御部と前記複数の高電圧ユニット制御部との間に設けられた複数の専用配線と；を備える。前記高電圧ユニット制御部は、前記専用配線を介して送信されてくる前記ハードシャットダウン信号をモニタするモニタ部と；前記モニタ部のモニタ結果に基づいて、対応する高電圧ユニットの動作を停止させるとともに、前記高電圧ユニット制御部の制御機能のうち少なくとも一部の制御機能の動作を停止する停止部と；を備える。
この形態の燃料電池システムによれば、高電圧ユニット制御部は、専用配線を介して送信されてくるハードシャットダウン信号をモニタし、モニタ結果に基づいて、対応する高電圧ユニットの動作を停止させるとともに、統括制御部からの指令を待たずに少なくとも一部の制御機能の動作を停止させることができる。これにより、高電圧ユニット制御部が対応する高電圧ユニットを制御する制御動作に不具合が発生することを抑制し、燃料電池システム全体としての制御動作に不具合が発生することを抑制することができる。

（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記統括制御部は、一つの前記高電圧ユニット制御部から前記通信回線を介して送信されてくるシャットダウン要求に応じて、前記複数の専用配線を介して前記複数の高電圧ユニット制御部に対してハードシャットダウン信号を出力するハードシャットダウン出力部を有するとしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、高電圧ユニット制御部は、他の高電圧ユニット制御部からのシャットダウン要求に応じて統括制御部から専用配線を介して送信されてくるハードシャットダウン信号をモニタし、モニタ結果に基づいて、対応する高電圧ユニットの動作を停止させるとともに、統括制御部からの指令を待たずに少なくとも一部の制御機能の動作を停止させることができる。これにより、高電圧ユニット制御部が対応する高電圧ユニットを制御する制御動作に不具合が発生することを抑制し、燃料電池システム全体としての制御動作に不具合が発生することを抑制することができる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法等の種々の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図１に示すＦＣ昇圧コンバータ及びＰＣＵを制御する制御部の部分について示す説明図である。 ＦＣ昇圧コンバータのシャットダウン動作に伴って実行されるＰＣＵのシャットダウン動作について示す説明図である。

実施形態では以下の略語を使用する。
・ＡＣＰ：エアコンプレッサ
・ＢＡＴ：二次電池
・ＦＣ：燃料電池
・ＭＣ：マイクロコンピュータ
・ＰＣＵ：パワーコントロールユニット
・ＴＭ：駆動モータ
・ＦＤＣ−ＥＣＵ：ＦＣ昇圧コンバータ制御部
・ＭＧ−ＥＣＵ：パワーコントロールユニット制御部
・ＰＭ−ＥＣＵ：統括制御部
・ＳＤ：シャットダウン
・ＳＳＤ：ソフトシャットダウン
・ＨＳＤ：ハードシャットダウン

図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。本実施形態において、燃料電池システム１００は車両（「燃料電池車両」とも呼ぶ）に搭載されている。燃料電池システム１００は、車両の運転者からのアクセル（不図示）による要求（以下、「アクセル位置」とも呼ぶ）に応じて、車両の動力源となる電力を出力する。

燃料電池システム１００は、燃料電池（ＦＣ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）１０と、制御部２０と、カソードガス供給系３０と、カソードガス排出系４０と、アノードガス供給系５０と、アノードガス循環系６０と、冷媒循環系７０と、電力系８０とを備える。

燃料電池１０は、燃料ガス（「アノードガス」とも呼ぶ）としての水素と酸化ガス（「カソードガス」とも呼ぶ）としての空気（厳密には酸素）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、複数の単セル１１が積層されたスタック構造を有する。なお、燃料電池１０には、反応ガスや冷媒のためのマニホールドが積層方向に沿った貫通孔として形成されるが、図示は省略する。

単セル１１は、図示は省略するが、基本的に、発電体としての膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、セパレータで挟持した構成を有している。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる固体高分子型電解質膜（単に「電解質膜」とも呼ぶ）と、電解質膜のアノード側の面上に形成された触媒層及びガス拡散層からなるアノードと、電解質膜のカソード側の面上に形成された触媒層及びガス拡散層からなるカソードと、で構成される。また、セパレータとガス拡散層に接する面には、アノードガスやカソードガスを流す溝状のガス流路が形成されている。ただし、セパレータとガス拡散層との間に、ガス流路部が別途設けられる場合もある。

制御部２０は、以下に説明するカソードガス供給系３０と、カソードガス排出系４０と、アノードガス供給系５０と、アノードガス循環系６０と、冷媒循環系７０と、電力系８０とを制御して、システムに対する外部からの出力要求に応じた電力を燃料電池１０に発電させる制御装置である。なお、この制御部２０についてはさらに後述する。

カソードガス供給系３０は、カソードガス配管３１と、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）３２と、エアフロメータ３３と、開閉弁３４とを備える。カソードガス配管３１は、燃料電池１０のカソード側の供給用マニホールドに接続された配管である。

エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されている。エアコンプレッサ３２は、外気を取り込んで圧縮した空気を、カソードガスとして燃料電池１０に供給する。エアフロメータ３３は、エアコンプレッサ３２の上流側において、エアコンプレッサ３２が取り込む外気の量を計測し、制御部２０に送信する。燃料電池１０に対する空気の供給量は、エアフロメータ３３の計測値に基づいて、制御部２０によって制御される。開閉弁３４は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられている。開閉弁３４は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ３２から所定の圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開かれる。

カソードガス排出系４０は、カソード排ガス配管４１と、調圧弁４３とを備える。カソード排ガス配管４１は、燃料電池１０のカソード側の排出用マニホールドに接続された配管である。カソード排ガス（「カソードオフガス」とも呼ぶ）は、カソード排ガス配管４１を介して、燃料電池システム１００の外部へと排出される。カソード排ガス配管４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０のカソード側の背圧）は、制御部２０によって調圧弁４３の開度が制御されることにより調整される。

アノードガス供給系５０は、アノードガス配管５１と、水素タンク５２と、開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５とを備える。水素タンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池１０のアノード側の供給用マニホールド（図示は省略）の入口と接続されており、タンク内に充填された水素を燃料電池１０に供給する。開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５とは、アノードガス配管５１に、この順序で、上流側（水素タンク５２側）から設けられている。開閉弁５３は、制御部２０からの指令により開閉し、水素タンク５２から水素供給装置５５の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５４は、水素供給装置５５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁であり、その開度が制御部２０によって制御される。水素供給装置５５は、例えば、電磁駆動式の開閉弁であるインジェクタによって構成することができ、水素供給装置５５から燃料電池１０に供給される水素の流量は、制御部２０によって制御される。

アノードガス循環系６０は、アノード排ガス配管６１と、気液分離部６２と、アノードガス循環配管６３と、水素循環用ポンプ６４と、アノード排水配管６５と、排水弁６６とを備える。アノードガス循環系６０は、発電反応に用いられることなく燃料電池１０のアノードから排出される未反応ガス（水素や窒素など）や排水を含むアノード排ガス（「アノードオフガス」とも呼ぶ）の循環及び排出を行う。

アノード排ガス配管６１は、気液分離部６２と燃料電池１０のアノード側排出用マニホールド（図示は省略）の出口とを接続する配管である。気液分離部６２は、アノードガス循環配管６３とアノード排水配管６５とに接続されている。気液分離部６２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、アノードガス循環配管６３へと誘導し、水分についてはアノード排水配管６５へと誘導する。

アノードガス循環配管６３は、アノードガス配管５１の水素供給装置５５より下流に接続されている。アノードガス循環配管６３には、水素循環用ポンプ６４が設けられている。気液分離部６２において分離された気体成分に含まれる水素は、水素循環用ポンプ６４によってアノードガス配管５１へと送り出され、アノードガスとして再利用される。

アノード排水配管６５は、気液分離部６２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。アノード排水配管６５には、排水弁６６が設けられている。排水弁６６は、通常、制御部２０によって閉じられており、閉じておき、予め設定された所定の排水タイミングや、アノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングで開かれる。

冷媒循環系７０は、上流側配管７１ａと、下流側配管７１ｂと、ラジエータ７２と、冷媒循環用ポンプ７５とを備える。上流側配管７１ａと下流側配管７１ｂとはそれぞれ、燃料電池１０を冷却するための冷媒を循環させる冷媒用配管である。上流側配管７１ａは、ラジエータ７２の入口と燃料電池１０の冷媒用排出用マニホールド（図示は省略）の出口とを接続する。下流側配管７１ｂは、ラジエータ７２の出口と燃料電池１０の冷媒用供給用マニホールド（図示は省略）の入口とを接続する。

ラジエータ７２は、冷媒用配管７１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることにより冷媒を冷却する。冷媒循環用ポンプ７５は、下流側配管７１ｂの途中に設けられ、ラジエータ７２において冷却された冷媒を燃料電池１０に送り出す。ラジエータ７２の動作は、冷媒の温度に基づいて制御部２０によって制御される。

電力系８０は、ＦＣ昇圧コンバータ８１と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）８２と、負荷装置としての駆動モータ（ＴＭ）８６と、二次電池（ＢＡＴ）８７と、補機類８９とを備える。パワーコントロールユニット８２は、ＴＭインバータ（「ＴＭＩＮＶ」とも略す）８３と、ＢＡＴ昇圧コンバータ８４と、ＡＣＰインバータ（「ＡＣＰＩＮＶ」とも略す）８５とを含んでいる。ＦＣ昇圧コンバータ８１とＴＭインバータ８３とＢＡＴ昇圧コンバータ８４とＡＣＰインバータ８５とは、それぞれ、高圧直流配線ＤＣＨに接続されている。二次電池８７は低圧直流配線ＤＣＬを介してＢＡＴ昇圧コンバータ８４に接続されている。補機類８９は低圧直流配線ＤＣＬに接続されている。

二次電池８７は、燃料電池１０の出力電力や、駆動モータ８６の回生電力によって充電され、燃料電池１０とともに電力源として機能する。二次電池８７は、例えばリチウムイオン電池で構成することができる。

ＢＡＴ昇圧コンバータ８４は、制御部２０の指令に基づいて、燃料電池１０の電流・電圧を制御するとともに、二次電池８７の充・放電を制御し、高圧直流配線ＤＣＨの電圧レベルを可変に調整する。ＴＭインバータ８３は、燃料電池１０と二次電池８７とから得られた直流電力を交流電力へと変換して駆動モータ８６に供給し、駆動モータ８６を駆動する。駆動モータ８６はアクセル位置に対応してＴＭインバータ８３から供給された電力に応じて、ギア等を介して接続された車輪（不図示）を駆動する。また、駆動モータ８６によって回生電力が発生する場合には、ＴＭインバータ８３は、その回生電力を直流電力に変換し、ＢＡＴ昇圧コンバータ８４を介して二次電池８７に充電する。ＡＣＰインバータ８５は、燃料電池１０と二次電池８７とから得られた直流電力を交流電力へと変換してエアコンプレッサ３２に供給し、エアコンプレッサ３２を駆動する。

補機類８９は、水素循環用ポンプ６４や冷媒循環用ポンプ７５等の燃料電池１０の発電に要する種々のアクチュエータの駆動回路や、車輪制御装置や操舵装置等の車両走行に必要な種々の装置、空調装置や照明装置、オーディオ装置等の車両空間内に配備される装置等をまとめて示している。

以上説明した燃料電池システム１００は、制御部２０によって、カソードガス供給系３０及びカソードガス排出系４０や、アノードガス供給系５０及びアノードガス循環系６０、電力系８０が制御されて、アクセル位置に応じて、車両の動力源となる電力が燃料電池１０から出力され、駆動モータ８６を駆動することができる。

図２は、図１に示すＦＣ昇圧コンバータ８１及びＰＣＵ８２を制御する制御部２０の部分について示す説明図である。制御部２０は、ＰＭ−ＥＣＵ２２と、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４と、ＭＧ−ＥＣＵ２６とを備える。ＦＣ昇圧コンバータ８１や、ＰＣＵ８２（ＴＭインバータ８３、ＡＣＰインバータ８５及びＢＡＴ昇圧コンバータ８４）は、燃料電池１０よりも高い電圧で動作する複数の高電圧ユニットである。

ＦＤＣ−ＥＣＵ（ＦＣ昇圧コンバータ制御部）２４は、ＦＣ昇圧コンバータ８１の動作を制御する高電圧ユニット制御部である。ＭＧ−ＥＣＵ（パワーコントロールユニット制御部）２６は、ＰＣＵ８２の動作を制御する高電圧ユニット制御部である。ＰＭ−ＥＣＵ２２は、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４及びＭＧ−ＥＣＵ２６の動作を統括して制御する統括制御部である。なお、ＰＭ−ＥＣＵ２２は、補機類８９を制御するＦＣ制御部等の不図示の各種制御部（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）も統括して制御するが、本発明の説明において特に必須の要素ではないので、図示及び説明を省略する。

ＦＤＣ−ＥＣＵ２４は、制御信号線ＳＬ２４によってＰＭ−ＥＣＵ２２と接続されており、ＰＭ−ＥＣＵ２２との間で制御信号を授受する構成とされている。また、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４は、制御信号線ＣＳ２４によってＦＣ昇圧コンバータ８１と接続されており、ＦＣ昇圧コンバータ８１に対して制御信号を出力し、ＦＣ昇圧コンバータ８１からＦＣ昇圧コンバータ８１の状態を示す状態信号を受け取る構成とされている。すなわち、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４は、ＰＭ−ＥＣＵ２２と制御信号の授受を行なってＦＣ昇圧コンバータ８１の動作を制御する部分として機能する。

同様に、ＭＧ−ＥＣＵ２６は、制御信号線ＳＬ２６によってＰＭ−ＥＣＵ２２と接続されており、ＰＭ−ＥＣＵ２２との間で制御信号を授受する構成とされている。また、ＭＧ−ＥＣＵ２６は、制御信号線ＣＳ２６によってＰＣＵ８２のＴＭインバータ８３とＡＣＰインバータ８５とＢＡＴ昇圧コンバータ８４に接続されており、ＴＭインバータ８３とＡＣＰインバータ８５とＢＡＴ昇圧コンバータ８４に対して制御信号を出力し、ＴＭインバータ８３とＡＣＰインバータ８５とＢＡＴ昇圧コンバータ８４からそれぞれの状態を示す状態信号を受け取る構成とされている。すなわち、ＭＧ−ＥＣＵ２６は、ＰＭ−ＥＣＵ２２と制御信号の授受を行なって、ＴＭインバータ８３及び駆動モータ８６と、ＡＣＰインバータ８５及びエアコンプレッサ３２と、ＢＡＴ昇圧コンバータ８４及び二次電池８７の各アクチュエータの動作を制御する部分として機能する。なお、制御信号線ＳＬ２４，ＳＬ２６が本発明の「通信回線」に相当する。

また、上述の構成に加えて、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４は、専用配線ＨＬ２４によってＰＭ−ＥＣＵ２２と接続されて、ハードシャットダウン（ＨＳＤ）信号を受け取る構成とされており、専用配線ＨＳＤ２４によってＦＣ昇圧コンバータ８１と接続されて、ＦＣ昇圧コンバータ８１に対してＨＳＤ信号を出力する構成とされている。同様に、ＭＧ−ＥＣＵ２６は、専用配線ＨＬ２６によってＰＭ−ＥＣＵ２２と接続されて、ＨＳＤ信号を受け取る構成とされており、専用配線ＨＳＤ２６によってＴＭインバータ８３とＡＣＰインバータ８５とＢＡＴ昇圧コンバータ８４に接続されており、それらに対してＨＳＤ信号を出力する構成とされている。以下では、ＴＭインバータ８３とＢＡＴ昇圧コンバータ８４とＡＣＰインバータ８５とを特に区別しない場合には、これらをまとめて単に「ＰＣＵ８２」として説明する。専用配線ＨＳＤ２４，ＨＬ２４，ＨＳＤ２６，ＨＬ２６は、接続される装置間を直接繋ぐハード線（じか配線）を意味している。なお、専用配線ＨＬ２４，ＨＬ２６が本発明の「専用配線」に相当する。

ＰＭ−ＥＣＵ２２は、マイクロコンピュータ（ＭＣ）２２１と、専用配線ＨＬ２４を介してＦＤＣ−ＥＣＵ２４にＨＳＤ信号を出力するとともに、専用配線ＨＬ２６を介してＭＧ−ＥＣＵ２６にＨＳＤ信号を出力するハードシャットダウン（ＨＳＤ）出力部２２２と、を備えている。ＨＳＤ出力部２２２は、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４からのシャットダウン（ＳＤ）要求に応じてＭＣ２２１から発せられるＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２４と、ＭＧ−ＥＣＵ２６からのＳＤ要求に応じてＭＣ２２１から発せられるＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２６との論理和信号を、それぞれの専用配線ＨＬ２４，ＨＬ２６について生成し、別々にＨＳＤ信号として出力する。これにより、ＭＣ２２１から少なくとも一方のＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２４，ＳＤｒｑ２６が発せられた場合に、ＨＳＤ出力部２２２から専用配線ＨＬ２４，ＨＬ２６を介してＦＤＣ−ＥＣＵ２４及びＭＧ−ＥＣＵ２６の両方にＨＳＤ要求を示すＨＳＤ信号が出力される。従って、例えば、一方のＦＤＣ−ＥＣＵ２４からのシャットダウン要求に対して、他方のＭＧ−ＥＣＵ２６に対してもＨＳＤ信号が出力され、同様に、一方のＭＧ−ＥＣＵ２６からのシャットダウン要求に対して、他方のＦＤＣ−ＥＣＵ２４に対してもＨＳＤ信号が出力される。

ＦＤＣ−ＥＣＵ２４は、ＭＣ２４１とモニタ２４２と停止部２４３とを備えている。モニタ２４２は、ＰＭ−ＥＣＵ２２から専用配線ＨＬ２４を介して送信されるＨＳＤ信号を監視する。停止部２４３は、モニタ２４２のモニタ結果に基づいて、すなわち、ＨＳＤ信号が示すＨＳＤ要求を受けて、専用配線ＨＳＤ２４を介してＦＣ昇圧コンバータ８１にＨＳＤ信号を送信するとともに、ＭＣ２４１に対して制御信号線ＳＳＤ２４を介してソフトシャットダウン（ＳＳＤ）信号を出力する。ＨＳＤ信号を受けたＦＣ昇圧コンバータ８１は、その動作を停止（ハードシャットダウン）するとともに、ＳＳＤ信号を受けたＭＣ２４１は、ＦＣ昇圧コンバータ８１の制御動作の一部を停止（ソフトシャットダウン）する。例えば、昇圧電圧を制御するフィードバック制御動作を停止する。なお、ＭＣ２４１は、一部の制御動作は停止するが、他の制御動作は継続する。

同様に、ＭＧ−ＥＣＵ２６は、ＭＣ２６１とモニタ２６２と停止部２６３とを備えている。モニタ２６２は、モニタ２４２と同様に、ＰＭ−ＥＣＵ２２から専用配線ＨＬ２６を介して送信されるＨＳＤ信号を監視する。停止部２６３は、モニタ２６２のモニタ結果に基づいて、すなわち、ＨＳＤ信号が示すＨＳＤ要求を受けて、専用配線ＨＳＤ２６を介してＰＣＵ８２にＨＳＤ信号を送信するとともに、ＭＣ２６１に対して制御信号線ＳＳＤ２６を介してＳＳＤ信号を出力する。ＨＳＤ信号を受けたＰＣＵ８２は、その動作を停止するとともに、ＳＳＤ信号を受けたＭＣ２６１の制御動作の一部を停止する。例えば、ＴＭインバータ８３が駆動モータ８６の動作を制御するフィードバック制御動作や、ＡＣＰインバータ８５がエアコンプレッサ３２の動作を制御するフィードバック制御動作、ＢＡＴ昇圧コンバータ８４が二次電池８７の充放電を制御するフィードバック制御動作等を停止する。なお、ＭＣ２６１は、一部の制御動作は停止するが、他の制御動作は継続する。

図３は、ＦＣ昇圧コンバータ８１のシャットダウン動作に伴って実行されるＰＣＵ８２のシャットダウン動作について示す説明図である。図３では、ＦＣ昇圧コンバータ８１の異常に伴ってＦＤＣ−ＥＣＵ２４からＰＭ−ＥＣＵ２２にＦＣ昇圧コンバータ８１のシャットダウン要求がなされ、それに応じて実行されるＰＣＵ８２のハードシャットダウン動作及びＭＧ−ＥＣＵ２６のソフトシャットダウン動作の例を示している。

ＦＣ昇圧コンバータ８１に異常が発生し、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４でその異常が検知された場合、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４は、図３（ａ）に示すように、制御信号線ＳＬ２４を介してＰＭ−ＥＣＵ２２に対してＦＣ昇圧コンバータ８１のシャットダウン（ＳＤ）要求を送信する。ＰＭ−ＥＣＵ２２のＭＣ２２１は、ＦＣ昇圧コンバータ８１のＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２４を発する。ＨＳＤ出力部２２２は、上述したように、ＭＣ２２１からＦＣ昇圧コンバータに対するＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２４とＰＣＵ８２に対するＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２６の少なくとも一方が発せられた場合には、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４及びＭＧ−ＥＣＵ２６の両方に対して専用配線ＨＬ２４及び専用配線ＨＬ２６を介してＨＤＳ要求を示すＨＳＤ信号を出力する。従って、ＦＣ昇圧コンバータ８１のＳＤ要求（図３（ａ））に応じて、図３（ｂ）に示すように、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４へのＨＳＤ信号が出力されるだけでなく、図３（ｃ）に示すように、ＭＧ−ＥＣＵ２６へのＨＳＤ信号が出力される。

ＭＧ−ＥＣＵ２６では、モニタ２６２が、ＰＭ−ＥＣＵ２２から専用配線ＨＬ２６を介して送られてくるＨＳＤ信号をモニタしている。モニタ２６２がＨＳＤ要求を検知した場合には、停止部２６３が、図３（ｄ）示すように、ＰＣＵ８２に対して専用配線ＨＳＤ２６を介してＨＳＤ信号を送信するとともに、図３（ｅ）に示すように、ＭＣ２６１に対して制御信号線ＳＳＤ２６を介してＳＳＤ信号を出力する。これにより、ＰＣＵ８２は、各動作を停止（ハードシャットダウン）するとともに、ＭＧ−ＥＣＵ２６は、図３（ｆ）に示すように、上述したＰＣＵ８２の各フィードバック（ＦＢ）制御機能の動作（「ＦＢ制御動作」とも呼ぶ）を停止（ソフトシャットダウン）し、図３（ｇ）に示すように、ＦＢ制御量をクリアする。

また、図示は省略するが、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４においても、ＭＧ−ＥＣＵ２６同様に、モニタ２４２及び停止部２４３が動作して、ＦＣ昇圧コンバータ８１に対して専用配線ＨＳＤ２４を介してＨＳＤ信号を送信するとともにＭＣ２４１に対して制御信号線ＳＳＤ２４を介してＳＳＤ信号を出力する。これにより、ＦＣ昇圧コンバータ８１は、その動作を停止（ハードシャットダウン）するとともに、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４は、ＦＣ昇圧コンバータ８１のＦＢ制御動作を停止（ソフトシャットダウン）し、ＦＢ制御量をクリアする。なお、本例では、ＦＣ昇圧コンバータ８１の異常を検知してＦＤＣ−ＥＣＵ２４がシャットダウン要求を出力しているので、ＭＣ２４１は停止部２４３からのＳＳＤ信号を受けるまでもなく、ＦＢ制御動作を停止することができる。

ここで、ＰＭ−ＥＣＵ２２が図３（ａ）に示すようにＳＤ要求を受けてから、制御信号線ＳＬ２４，ＳＬ２６を介してＦＤＣ−ＥＣＵ２４及びＭＧ−ＥＣＵ２６に対してＳＳＤ指令を送信するまでには、図３（ｈ）に示すように、遅延がある。このため、ＨＳＤ信号をモニタしてＦＢ制御動作を停止することはないとすると、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４では、自身がＳＤ要求を出力しているので、ＳＤ要求の出力に応じてＦＢ制御動作を停止することが可能であるので問題はない。しかしながら、ＭＧ−ＥＣＵ２６は、ＰＣＵ８２の異常を検知していないので、ＰＣＵ８２の各動作が停止（ハードシャットダウン）されても、ＰＭ−ＥＣＵ２２からＳＳＤ指令を受けるまで、通常通り、ＦＢ制御動作を継続することになる。この結果、図３（ｉ）に示すように、ＦＢ制御量が蓄積されて、その蓄積量が閾値以上となった場合には、制御不具合が発生し、システム全体としての制御動作に不具合が発生する可能性がある。

これに対して、ＭＧ−ＥＣＵ２６では、ＨＳＤ信号をモニタして、モニタ結果に基づいて、ＰＣＵ８２のハードシャットダウンを行なうとともに、ＰＭ−ＥＣＵ２２からＳＳＤ信号が送信されるのを待つことなく、制御動作のソフトシャットダウンを実行することができるので、上述した制御不具合の発生を抑制することが可能である。

また、図示及び説明は省略するが、ＰＣＵ８２の異常に伴ってＭＧ−ＥＣＵ２６からＰＭ−ＥＣＵ２２にＰＣＵ８２のシャットダウン要求がなされた場合に実行されるＦＣ昇圧コンバータ８１のハードシャットダウン動作及びＦＤＣ−ＥＣＵ２４のソフトシャットダウン動作においても、同様である。

以上説明したように、本実施形態では、高電圧ユニット制御部は、いずれかの高電圧ユニット制御部から統括制御部へ通信回線を介してシャットダウン要求が送信された際に、統括制御部から各高電圧ユニット制御部に専用配線を介して送信されてくるハードシャットダウン信号をモニタする。そして、高電圧ユニット制御部は、そのモニタ結果に基づいて、対応する高電圧ユニットに対してハードシャットダウン信号を出力してその動作を停止(ハードシャットダウン)させるとともに、その高電圧ユニットの制御動作の少なくとも一部、例えば、ＦＢ制御動作を停止（ソフトシャットダウン）させる。これにより、他の高電圧ユニット制御部から統括制御部へ送信されたシャットダウン要求の場合に、統括制御部から通信回線を介して送信されてくるシャットダウン指令を待つことなく、対応する高電圧ユニットの制御動作を停止させることができる。この結果、高電圧ユニットが停止された状態にもかかわらず、統括制御部からのシャットダウン指令が送信されてくるまで制御動作が継続されることによって制御動作に不具合が発生することを抑制し、燃料電池システム全体としての制御動作に不具合が発生することを抑制することができる。

上記実施形態では、統括制御部であるＰＭ−ＥＣＵ２２のＨＳＤ出力部２２２は、各専用配線ＨＬ２４，ＨＬ２６に対して、それぞれ、ＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２４とＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２６の論理和信号を生成し、ＨＳＤ信号として出力する構成を例として示している。しかしながら、ＳＤ要求ＳＤｒｑ２４とＨＳＤ要求ＳＤｒｑ２６の論理和信号をＨＳＤ信号としてＰＭ−ＥＣＵ２２から出力する一つの専用配線を専用配線ＨＬ２４及び専用配線ＨＬ２６に分岐する構成としてもよい。

なお、一つの専用配線が分岐された複数の専用配線、すなわち、複数の高電圧ユニット制御部と統括制御部とが互いに接続された複数の専用配線を介して、複数の高電圧ユニット制御部と統括制御部とがそれぞれＨＳＤ信号を出力し、ＨＳＤ信号を受け取ることが可能な構成としてもよい。この場合において、例えば、高圧ユニット制御部は、他の高圧ユニット制御部から出力されたＨＳＤ信号をモニタし、モニタ結果に基づいて対応する高電圧ユニットのハードシャットダウンを行なうことができる。また、統括制御部は、高圧ユニット制御部から出力されたＨＳＤ信号を受け取って、対応する処理を実行することができる。また、統括制御部を除いて複数の高電圧ユニット制御部間で複数の専用配線を介し互いに接続されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＭＧ−ＥＣＵ２６の停止部２６３が、モニタ２６２のモニタ結果に基づいて、専用配線ＨＳＤ２６を介してＰＣＵ８２にＨＳＤ信号を送信し、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４の停止部２４３が、モニタ２４２のモニタ結果に基づいて、専用配線ＨＳＤ２４を介してＦＣ昇圧コンバータ８１にＨＳＤ信号を送信する構成となっている。この専用配線ＨＳＤ２４，ＨＳＤ２６を介して送信されるＨＳＤ信号は、専用配線ＨＬ２４，ＨＬ２６を介して送信されてくるＨＳＤ信号を、そのままスルーした信号であっても良く、専用配線ＨＬ２４，ＨＬ２６を介して送信されてくるＨＳＤ信号の変化に応じて生成される信号であっても良い。

なお、上記実施形態は、ＦＤＣ−ＥＣＵ２４及びＭＧ−ＥＣＵ２６の二つの高電圧ユニット制御部を例に説明したが、これに限定されるものではなく、燃料電池１０の出力よりも高い電圧で動作する複数の高電圧ユニットを制御する複数の高電圧ユニット制御部においても、同様に適用可能である。例えば、ＰＣＵ８２に含まれるＴＭインバータ（ＴＭＩＮＶ）８３と、ＢＡＴ昇圧コンバータ８４と、ＡＣＰインバータ（ＡＣＰＩＮＶ）８５のそれぞれに、別の高電圧ユニット制御部を備える構成としてもよい。

また、上記実施形態では、燃料電池車両に搭載されている燃料電池システムを例に説明したが、これに限定されるものではなく、種々の装置に搭載される燃料電池システムに適用可能である。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池（ＦＣ）
１１…単セル
２０…制御部
２２…ＰＭ−ＥＣＵ
２４…ＦＤＣ−ＥＣＵ
２６…ＭＧ−ＥＣＵ
３０…カソードガス供給系
３１…カソードガス配管
３２…エアコンプレッサ（ＡＣＰ）
３３…エアフロメータ
３４…開閉弁
４０…カソードガス排出系
４１…カソード排ガス配管
４３…調圧弁
５０…アノードガス供給系
５１…アノードガス配管
５２…水素タンク
５３…開閉弁
５４…レギュレータ
５５…水素供給装置
６０…アノードガス循環系
６１…アノード排ガス配管
６２…気液分離部
６３…アノードガス循環配管
６４…水素循環用ポンプ
６５…アノード排水配管
６６…排水弁
７０…冷媒循環系
７１…冷媒用配管
７１ａ…上流側配管
７１ｂ…下流側配管
７２…ラジエータ
７５…冷媒循環用ポンプ
８０…電力系
８２…パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
８３…ＴＭインバータ（ＴＭＩＮＶ）
８４…ＢＴＡ昇圧コンバータ
８５…ＡＣＰインバータ（ＡＣＰＩＮＶ）
８６…駆動モータ（ＴＭ）
８７…二次電池（ＢＡＴ）
８９…補機類
１００…燃料電池システム
２２１…ＭＣ（マイクロコンピュータ）
２２２…ＨＳＤ出力部
２４１，２６１…ＭＣ（マイクロコンピュータ）
２４２，２６２…モニタ
２４３，２６３…停止部
ＤＣＬ…低圧直流配線ＤＣＬ
ＤＣＨ…高圧直流配線ＤＣＨ

Claims (2)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池の出力よりも高い電圧で動作する複数の高電圧ユニットと、
   各高電圧ユニットを制御する複数の高電圧ユニット制御部と、
   前記複数の高電圧ユニット制御部を、それぞれ、通信回線を介して制御する統括制御部と、
   前記複数の高電圧ユニットを停止させるためのハードシャットダウン信号を前記複数の高電圧ユニット制御部に送信するために、前記統括制御部と前記複数の高電圧ユニット制御部との間に設けられた複数の専用配線と、
   を備え、
   前記高電圧ユニット制御部は、
   前記専用配線を介して送信されてくる前記ハードシャットダウン信号をモニタするモニタ部と、
   前記モニタ部のモニタ結果に基づいて、対応する高電圧ユニットの動作を停止させるとともに、前記高電圧ユニット制御部の制御機能のうち少なくとも前記対応する高電圧ユニットの動作を制御するフィードバック制御機能の動作を停止する停止部と、
   を有する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記統括制御部は、一つの前記高電圧ユニット制御部から前記通信回線を介して送信されてくるシャットダウン要求に応じて、前記複数の専用配線を介して前記複数の高電圧ユニット制御部に対してハードシャットダウン信号を出力するハードシャットダウン出力部を有する、燃料電池システム。

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