燃料電池システム
【課題】燃料電池システムにおいて、より好適な構成で燃料電池の正極母線あるいは負極母線からの漏電を検出することである。
【解決手段】燃料電池システム１において、ＦＣスタック１０と、正極側電流センサ４２と、負極側電流センサ５２と、制御部１００とを備え、制御部１００は、ＦＣスタック１０の正極母線７に流れる電流値とＦＣスタック１０の負極母線８に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも大きい場合には、正極母線７あるいは負極母線８から漏電していると判断し、正極母線７に流れる電流値と負極母線８に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも小さい場合には、正極母線７および負極母線８から漏電していないと判断することである。
【解決手段】燃料電池システム１において、ＦＣスタック１０と、正極側電流センサ４２と、負極側電流センサ５２と、制御部１００とを備え、制御部１００は、ＦＣスタック１０の正極母線７に流れる電流値とＦＣスタック１０の負極母線８に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも大きい場合には、正極母線７あるいは負極母線８から漏電していると判断し、正極母線７に流れる電流値と負極母線８に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも小さい場合には、正極母線７および負極母線８から漏電していないと判断することである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、負荷回路に電力を供給するための燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ハイブリッド車両等において燃料電池システムが利用されている。燃料電池システムは、燃料電池と負荷回路との間を正極母線および負極母線によって電気的に接続している。そして、燃料電池システムにおいて、正極母線あるいは負極母線がハイブリッド車両のボデー等に接触することにより、正極母線あるいは負極母線から漏電する可能性があるため、その漏電を検出することが望まれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、漏電検出装置として、高圧電源の両端と負荷の両端とが送電路を介して接続されるとともに高圧電源の一端及び負荷の一端がグランドから分離された高圧回路において漏電を検出する構成が開示されている。そして、高圧回路には、高圧電源の他端と負荷の他端とを接続する送電路に一端が接続されるとともにグランドに他端が接続された漏電検出用線路が設けられていることが開示されている。また、漏電検出用線路を流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器による電流検出値に基づいて漏電の発生を検出する漏電検出部とを備える構成が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、燃料電池発電システムとして、複数個発電セルを上下方向に積層して発電部とし、この発電部の上下端部を絶縁部材を介して締付金具により締付けると共に、発電部の上下端部から出力端子をそれぞれ引き出し、発電部の側面には配管部分を有する燃料及び酸化ガス供排用のマニホールドを配設する構成が開示されている。さらに、その周囲を圧力容器で覆って燃料電池本体を形成してなる燃料電池発電システムにおいて、出力端子のうちいずれか一方の出力端子とマニホールドとを電気的に接続して同電位とすると共に、この電気的接続部の電流または電圧を検出する検出する検出手段と、この検出手段による検出値と許容値とを比較処理する演算処理手段とを備えたものが開示されている。
【０００５】
そして、特許文献３には、漏電検出装置として、燃料電池の冷却液にかかる電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出された電圧が電圧閾値以上であるときに漏電が生じていると検出する漏電検出手段とを備えた構成が開示されている。そして、燃料電池の冷却液の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、抵抗値検出手段により検出された抵抗値が大きいほど電圧閾値が大きくなるように電圧閾値を補正する補正手段とを備えた構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２６７６３号公報
【特許文献２】特開平４−３０１３７６号公報
【特許文献３】特開２００６−１００００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の構成によれば、漏電を検出することもできる。しかし、特許文献１の構成は、上記のように漏電検出用線路と電流検出器と漏電検出部とを別に設ける必要がある。
【０００８】
特許文献２の構成によれば、燃料電池発電システムの発電部とマニホールドとの間に絶縁不良が生じてリーク電流が流れるような異常状態を検出することは記載されているが、燃料電池の正極母線あるいは負極母線から漏電する構成は記載されていない。
【０００９】
特許文献３の構成によれば、燃料電池における漏電を検出することができる。しかし、特許文献３の構成は、上記のように電圧検出手段と漏電検出手段と抵抗検出手段と補正手段とを別に設ける必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、より好適な構成で燃料電池の正極母線あるいは負極母線からの漏電を検出することを可能とする燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムは、負荷回路に電力を供給するための燃料電池と、燃料電池の正極母線に流れる電流を検出可能な正極側電流センサと、燃料電池の負極母線に流れる電流を検出可能な負極側電流センサと、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電しているか否かを判断する制御部と、を備え、制御部は、燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも大きい場合には、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電していると判断し、燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも小さい場合には、燃料電池の正極母線および燃料電池の負極母線から漏電していないと判断することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池と負荷回路との間に設けられ、燃料電池の正極母線に流れる電流を遮断可能な正極側リレー回路部と、燃料電池と負荷回路との間に設けられ、燃料電池の負極母線に流れる電流を遮断可能な負極側リレー回路部と、を備え、制御部は、燃料電池の正極母線に流れる電流値が燃料電池の負極母線に流れる電流値よりも大きいときは、正極側リレー回路部を遮断させ、燃料電池の正極母線に流れる電流値が燃料電池の負極母線に流れる電流値よりも小さいときは、負極側リレー回路部を遮断させることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、制御部は、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部を遮断した後に、さらに燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線に電流が流れている場合には、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも燃料電池側において漏電していると判断し、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部を遮断した後に、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線に電流が流れていない場合には、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも負荷回路側において漏電していると判断することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池に対して冷却液を供給するための冷却液配管と、冷却液配管内に流れる冷却液の流量を減少させることが可能な弁体部と、を備え、制御部は、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも燃料電池側において漏電していると判断した場合に、冷却液配管内に流れる冷却液の流量を減少させるように弁体部を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成の燃料電池システムによれば、燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも大きい場合には、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電していると判断することができる。そして、燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも小さい場合には、燃料電池の正極母線および燃料電池の負極母線から漏電していないと判断することができる。これにより、燃料電池の正極母線あるいは負極母線からの漏電を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態において、燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、ＦＣスタック及び冷却液循環路等により形成される電気回路とそれに接続される負荷側の電気回路を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、弁体部の弁体が作動する前後の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、弁体部の弁体が作動する前後の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、制御部の各要素を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態において、燃料電池システムの正極母線あるいは負極母線からの漏電の検出の手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態の変形例において、ＦＣスタック及び冷却液循環路等により形成される電気回路とそれに接続される負荷側の電気回路を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の変形例において、燃料電池システムの正極母線あるいは負極母線からの漏電の検出の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１８】
図１は、燃料電池システム１の概略構成を示す図である。図２は、燃料電池システム１においてＦＣスタック１０及び冷却液循環路１２等により形成される電気回路とそれに接続される負荷側の電気回路を示す図である。燃料電池システム１は、ＦＣスタック１０と、弁体部２０と、冷却液循環路１２と、冷却液ポンプ１４と、ラジエータ１６と、制御部１００と、正極側電流センサ４２と、負極側電流センサ５２と、正極側リレー回路部４４と、負極側リレー回路部５４と、高圧負荷５とを含んで構成される。
【００１９】
ＦＣスタック１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池である。ＦＣスタック１０は、図示しない空気供給装置及び水素供給装置のそれぞれから空気及び水素の供給を受けて電力を発生し、発生した電力を高圧負荷５に供給する。
【００２０】
ＦＣスタック１０の作動中の温度を所定の温度範囲に保つため、ＦＣスタック１０は、冷却液循環路１２と、冷却液ポンプ１４と、ラジエータ１６を含む冷却装置により冷却される。
【００２１】
冷却液循環路１２は、ＦＣスタック１０を冷却する冷却液が循環する経路である。また、冷却液循環路１２は、適当な外力によって変形可能な材料から構成されている。冷却液循環路１２には、冷却液ポンプ１４及びラジエータ１６が設けられる。冷却液ポンプ１４は、冷却液を冷却液循環路１２に循環させるためのポンプであり、後述の制御部１００からの制御信号に従って作動あるいは停止する。ラジエータ１６は、冷却液循環路１２を通る冷却液の熱を放出させて冷却液を冷却する熱交換装置である。
【００２２】
図１において、冷却液は、冷却液循環路１２中に示す実線矢印の方向に循環する。ＦＣスタック１０から熱を奪って温められた冷却液は、冷却液ポンプ１４によりラジエータ１６に送られ、ラジエータ１６で熱を放出して冷却された後、再びＦＣスタック１０に送られてＦＣスタック１０の熱を奪う。導電性の冷却液（例えば、エチレングリコールなどの不凍液）は、ＦＣスタック１０の作動中にＦＣスタック１０を通ると帯電する。このとき、冷却液循環路１２は、帯電した冷却液により電気回路を形成する。
【００２３】
図２を参照し、ＦＣスタック１０は、弁体部２０、冷却液抵抗Ｒ（冷却液抵抗６０）、及び冷却系部品抵抗Ｙ（冷却系部品抵抗７０）を介して車両ボデーに接続されている。冷却液抵抗Ｒは、冷却液の導電率、冷却液循環路１２を形成する配管の内径、及び当該配管の長さに基づいて定まる電気抵抗である。また、冷却系部品抵抗Ｙは、冷却液ポンプ１４及びラジエータ１６など、冷却装置が備える部品の電気抵抗である。
【００２４】
高圧負荷５は、高電圧でスイッチング動作を行うインバータ回路（図示しない）等の負荷回路である。ＦＣスタック１０と高圧負荷５とは、正極母線７と負極母線８とを含んで構成される。正極母線７は、ＦＣスタック１０の正極側端子と高圧負荷５の正極側端子との間を接続する配線であり、燃料電池側正極母線７ａと負荷回路側正極母線７ｂとを含んで構成される。負極母線８は、ＦＣスタック１０の負極側端子と高圧負荷５の負極側端子との間を接続する配線であり、燃料電池側負極母線８ａと負荷回路側負極母線８ｂとを含んで構成される。
【００２５】
正極側リレー回路部４４は、燃料電池側正極母線７ａと負荷回路側正極母線７ｂとの間に接続されるリレーであり、制御部１００の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。負極側リレー回路部５４は、燃料電池側負極母線８ａと負荷回路側負極母線８ｂとの間に接続されるリレーであり、制御部１００の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。
【００２６】
正極側電流センサ４２は、燃料電池側正極母線７ａ上に設けられ、ＦＣスタック１０の正極側に流れる電流値を検出する機能を有する。負極側電流センサ５２は、燃料電池側負極母線８ａ上に設けられ、ＦＣスタック１０の負極側に流れる電流値を検出する機能を有する。
【００２７】
ＦＣスタックケース３０は、ＦＣスタック１０及びＦＣスタック１０に接続された電気回路などを収容する容器である。ＦＣスタックケース３０は、絶縁性を有する材料により形成される。図１では、ＦＣスタックケース３０内には、ＦＣスタック１０とともに、冷却液循環路１２の一部及びそれに設けられた弁体部２０が収容される。
【００２８】
弁体部２０は、冷却液循環路１２を電気的に遮断可能な機構である。図１において、弁体部２０は、冷却液循環路１２のうちＦＣスタック１０への冷却液の流入口付近と、冷却液循環路１２のうちＦＣスタック１０からの冷却液の流出口付近とに設けられる。弁体部２０は、制御部１００の制御によって冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量を減少させることができる。なお、弁体部２０は、図２に示されるようにＦＣスタック１０の正極側電位と負極側電位との間の電位である中間電位９となるようにＦＣスタック１０に接続されている。
【００２９】
図３は、弁体部２０の具体的な構造を示す図である。弁体部２０は、モータ２０２と冷却液循環路１２の外周面に沿って巻回された紐状の弁体２０４とを含んで構成される。通常時は、図３（ａ）に示されるように、モータ２０２は作動していないため、冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量はある一定量となっている。そして、制御部１００によって冷却液循環路１２に流れる流量を減少させるように制御される場合には、図３（ｂ）に示されるように、モータ２０２によって弁体２０４が矢印Ｄ方向に引き上げられる。これにより、冷却液循環路１２の断面積が減少するため、冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量も減少する。
【００３０】
なお、弁体部２０は、上記において図３に示された構成であるものとして説明したが、図４に示された構成の弁体部２０であってもよい。図４は、弁体部２０の具体的な構造を示す図である。弁体部２０は、モータ２０２と、冷却液循環路１２の内部に設けられる略円盤形状の弁体２０６とを含んで構成される。通常時は、図４（ａ）に示されるように、略円盤形状の弁体２０６の円盤形状の厚み方向が冷却液の流れる方向に直交するように位置される。そして、制御部１００によって冷却液循環路１２に流れる流量を減少させるように制御される場合には、図４（ｂ）に示されるように、弁体２０６の円盤形状の厚み方向が冷却液の流れる方向と平行となるように位置される。これにより、冷却液の流れが弁体２０６の円盤面によって抑制されるため、冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量も減少する。
【００３１】
図５は、制御部１００の各要素を示す図である。制御部１００は、第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１４と、リレー制御処理部Ｉ／Ｆ１１６と、第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１８と、弁体制御処理部Ｉ／Ｆ１２０と、報知処理部Ｉ／Ｆ１２２と、記憶部１１２と、ＣＰＵ１０１とを含んで構成される。各要素は、内部バスを通じて相互に接続される。かかる制御部１００は、燃料電池システム１に適したコンピュータを用いることができる。
【００３２】
第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１４は、正極側電流センサ４２と負極側電流センサ５２に接続されるインターフェース回路である。リレー制御処理部Ｉ／Ｆ１１６は、正極側リレー回路部４４と負極側リレー回路部５４と接続されるインターフェース回路である。第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１８は、正極側電流センサ４２と負極側電流センサ５２に接続されるインターフェース回路である。弁体制御処理部Ｉ／Ｆ１２０は、弁体部２０と接続されるインターフェース回路である。報知処理部Ｉ／Ｆ１２２は、漏電の検出結果を報知するための報知部（図示しない）と接続されるインターフェース回路である。
【００３３】
ＣＰＵ１０１は、第１漏電電流判断処理部１０２と、リレー制御処理部１０４と、第２漏電電流判断処理部１０６と、弁体制御処理部１０８と、報知処理部１１０とを含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には記憶部１１２に記憶された漏電検出プログラムを実行することにより実現できる。また、これらの各機能の一部をハードウェアとして実現するものとしてもよい。
【００３４】
第１漏電電流判断処理部１０２は、正極側電流センサ４２によって検出された電流値Ｉｐと、負極側電流センサ５２によって検出された電流値Ｉｍとを第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１４を介して取得し、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分に基づいて、正極母線７あるいは負極母線８からの漏電電流を検出する機能を有する。そして、第１漏電電流判断処理部１０２は、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの大きさを比較することで、正極母線７あるいは負極母線８のいずれから漏電しているかを判断する機能を有する。
【００３５】
リレー制御処理部１０４は、正極側リレー回路部４４と負極側リレー回路部５４に対し、リレー制御処理部Ｉ／Ｆ１１６を介して遮断制御する機能を有する。具体的には、第１漏電電流判断処理部１０２により正極母線７から漏電していると判断された場合には、正極側リレー回路部４４に対して遮断制御する。そして、第１漏電電流判断処理部１０２により負極母線８から漏電していると判断された場合には、負極側リレー回路部５４に対して遮断制御する。
【００３６】
第２漏電電流判断処理部１０６は、正極側電流センサ４２によって検出された電流値Ｉｐと、負極側電流センサ５２によって検出された電流値Ｉｍとを第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１８を介して取得し、電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの値に基づいて、正極母線７あるいは負極母線８のうち、ＦＣスタック１０側（燃料電池側）か高圧負荷５側（負荷回路側）のいずれから漏電しているかを判断する機能を有する。例えば、第１漏電電流判断処理部１０２により正極母線７から漏電していると判断され、リレー制御処理部１０４により、正極側リレー回路部５２が遮断された後も電流が流れている場合には燃料電池側正極母線７ａから漏電していると判断する。一方、正極側リレー回路部５２が遮断された後に電流が流れていない場合には負荷回路側正極母線７ｂから漏電していると判断する。
【００３７】
弁体制御処理部１０８は、第２漏電電流判断処理部１０６によって燃料電池側正極母線７ａあるいは燃料電池側負極母線８ａから漏電していると判断された場合には、弁体部２０に対し、冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量を減少させるように制御する。
【００３８】
報知処理部１１０は、第１漏電電流判断処理部１０２、第２漏電電流判断処理部１０６の判断により、正極母線７あるいは負極母線８から漏電していると判断された場合には、漏電している箇所等の情報を報知処理部Ｉ／Ｆ１２２を介して報知部（図示しない）に対して出力する機能を有する。
【００３９】
続いて、上記構成の燃料電池システム１の動作について図１〜図６を参照して説明する。図６は、燃料電池システム１において、正極母線７あるいは負極母線８からの漏電の検出の手順を示すフローチャートである。まず、制御部１００において記憶部１１２に記憶された漏電検出プログラムを実行する。
【００４０】
最初に、制御部１００において、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が所定の閾値Ａよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０）。具体的には、正極側電流センサ４２によって検出された電流値Ｉｐと負極側電流センサ５２によって検出された電流値Ｉｍとを第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１４を介して取得し、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が閾値Ａより大きいか否かを判断する。この工程は、ＣＰＵ１０１の第１漏電電流判断処理部１０２の機能によって実行される。電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が閾値Ａより小さいと判断された場合には、Ｓ２０へと進む。
【００４１】
電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が閾値Ａより大きいと判断された場合には、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１２）。この工程は、ＣＰＵ１０１の第１漏電電流判断処理部１０２の機能によって実行される。
【００４２】
Ｓ１２において、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも大きいと判断された場合には、正極側リレー回路部４４を遮断させる（Ｓ１４）。この工程は、ＣＰＵ１０１のリレー制御処理部１０４の機能によって実行される。その後は、Ｓ１６へと進む。
【００４３】
Ｓ１２において、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも小さいと判断された場合には、負極側リレー回路部５４を遮断させる（Ｓ１５）。この工程は、ＣＰＵ１０１のリレー制御処理部１０４の機能によって実行される。その後は、Ｓ１６へと進む。
【００４４】
Ｓ１６では、電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの絶対値が所定の閾値Ｂよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１６）。具体的には、正極側電流センサ４２によって検出された電流値Ｉｐと負極側電流センサ５２によって検出された電流値Ｉｍとを第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１８を介して取得し、電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂより大きいか否かを判断する。この工程は、ＣＰＵ１０１の第２漏電電流判断処理部１０６の機能によって実行される。電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂよりも小さいときは、Ｓ２０へと進む。
【００４５】
電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂよりも大きいときは、弁体部２０の制御を開始する（Ｓ１８）。具体的には、弁体部２０に対し冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量を減少させることができる。この工程は、ＣＰＵ１０１の弁体制御処理部１０８の機能によって実行される。
【００４６】
Ｓ２０において、燃料電池システム１における漏電状態を報知させる（Ｓ２０）。この工程は、ＣＰＵ１０１の報知処理部１１０の機能によって実行される。具体的には、Ｓ１０において、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が閾値Ａよりも大きいと判断された場合に燃料電池システム１に漏電があることを報知させるための情報を報知部に出力する。そして、Ｓ１２において、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも大きいときは、正極母線７から漏電していることを報知し、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも小さいときは、負極母線８から漏電していることを報知する。さらに、Ｓ１６において、電流値Ｉｐの絶対値が閾値Ｂよりも大きいときは、燃料電池側正極母線７ａから漏電していると報知し、電流値Ｉｐの絶対値が閾値Ｂよりも小さいときは、負荷回路側正極母線７ｂから漏電していると報知する。そして、Ｓ１６において、電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂよりも大きいときは、燃料電池側負極母線８ａから漏電していると報知し、電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂよりも小さいときは、負荷回路側負極母線８ｂから漏電していると報知する。
【００４７】
このように、燃料電池システム１によれば、正極母線７あるいは負極母線８から漏電しているか否かを判断することができるとともに、正極側リレー回路部４４あるいは負極側リレー回路部５４を遮断することで、負荷回路側正極母線７ｂあるいは負荷回路側負極母線８ｂからの漏電を防止することができる。さらに、正極母線７あるいは負極母線８から漏電している場合に、燃料電池側正極母線７ａ、負荷回路側正極母線７ｂ、燃料電池側負極母線８ａ、負荷回路側負極母線８ｂのいずれから漏電しているかを識別することができるとともに、燃料電池側正極母線７ａ、燃料電池側負極母線８ａから漏電している場合であっても、弁体部２０を制御することで、漏電を抑制することができる。
【００４８】
次に、燃料電池システム１の変形例である燃料電池システム２について説明する。燃料電池システム２と燃料電池システム１との相違は、弁体部２０の接続だけであるため、その点を中心に説明する。図７は、燃料電池システム２においてＦＣスタック１０及び冷却液循環路１２等により形成される電気回路とそれに接続される負荷側の電気回路を示す図である。
【００４９】
弁体部２０は、ＦＣスタック１０の負極側端子に接続され、その電位が負極側電位と同電位（換言すれば、負極母線８と同電位）となっている。このため、燃料電池システム２においては、例えば、車両のボデー等と負極母線８とが接触した場合であっても負極母線８から漏電することはない。
【００５０】
続いて、上記構成の燃料電池システム２の動作について図７，８を用いて説明する。図８は、燃料電池システム２において、正極母線７あるいは負極母線８からの漏電の検出の手順を示すフローチャートである。ここで、燃料電池システム２における漏電の検出の手順は、図６において示される燃料電池システム１における漏電の検出の手順とほぼ同じ手順であり、その相違点を中心に説明する。
【００５１】
Ｓ１０の工程を終えた後、燃料電池システム２においては、負極母線８に電流が流れることはないため、図６において示されたＳ１２の工程（電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの比較）については行なう必要がなく、正極母線７から漏電していると判断でき、Ｓ１４以降の処理へと進むことができる。
【００５２】
このように、燃料電池システム２によれば、正極母線７から漏電しているか否かを判断することができ、正極側リレー回路部４４を遮断することで、負荷回路側正極母線７ｂからの漏電を防止することができる。さらに、正極母線７から漏電している場合に、燃料電池側正極母線７ａ、負荷回路側正極母線７ｂのいずれから漏電しているかを識別することができ、燃料電池側正極母線７ａから漏電している場合であっても、弁体部２０を制御することで、漏電を抑制することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２ 燃料電池システム、５ 高圧負荷、７ 正極母線、７ａ 燃料電池側正極母線、７ｂ 負荷回路側正極母線、８ 負極母線、８ａ 燃料電池側負極母線、８ｂ 負荷回路側負極母線、９ 中間電位、１０ ＦＣスタック、１２ 冷却液循環路、１４ 冷却液ポンプ、１６ ラジエータ、２０ 弁体部、３０ ＦＣスタックケース、４２ 正極側電流センサ、４４ 正極側リレー回路部、５２ 負極側電流センサ、５４ 負極側リレー回路部、６０ 冷却液抵抗、７０ 冷却系部品抵抗、１００ 制御部、１０１ ＣＰＵ、１０２ 第１漏電電流判断処理部、１０４ リレー制御処理部、１０６ 第２漏電電流判断処理部、１０８ 弁体制御処理部、１１０ 報知処理部、１１２ 記憶部、２０２ モータ、２０４，２０６ 弁体、１１４ 第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ、１１６ リレー制御処理部Ｉ／Ｆ、１１８ 第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ、１２０ 弁体制御処理部Ｉ／Ｆ、１２２ 報知処理部Ｉ／Ｆ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、負荷回路に電力を供給するための燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ハイブリッド車両等において燃料電池システムが利用されている。燃料電池システムは、燃料電池と負荷回路との間を正極母線および負極母線によって電気的に接続している。そして、燃料電池システムにおいて、正極母線あるいは負極母線がハイブリッド車両のボデー等に接触することにより、正極母線あるいは負極母線から漏電する可能性があるため、その漏電を検出することが望まれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、漏電検出装置として、高圧電源の両端と負荷の両端とが送電路を介して接続されるとともに高圧電源の一端及び負荷の一端がグランドから分離された高圧回路において漏電を検出する構成が開示されている。そして、高圧回路には、高圧電源の他端と負荷の他端とを接続する送電路に一端が接続されるとともにグランドに他端が接続された漏電検出用線路が設けられていることが開示されている。また、漏電検出用線路を流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器による電流検出値に基づいて漏電の発生を検出する漏電検出部とを備える構成が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、燃料電池発電システムとして、複数個発電セルを上下方向に積層して発電部とし、この発電部の上下端部を絶縁部材を介して締付金具により締付けると共に、発電部の上下端部から出力端子をそれぞれ引き出し、発電部の側面には配管部分を有する燃料及び酸化ガス供排用のマニホールドを配設する構成が開示されている。さらに、その周囲を圧力容器で覆って燃料電池本体を形成してなる燃料電池発電システムにおいて、出力端子のうちいずれか一方の出力端子とマニホールドとを電気的に接続して同電位とすると共に、この電気的接続部の電流または電圧を検出する検出する検出手段と、この検出手段による検出値と許容値とを比較処理する演算処理手段とを備えたものが開示されている。
【０００５】
そして、特許文献３には、漏電検出装置として、燃料電池の冷却液にかかる電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出された電圧が電圧閾値以上であるときに漏電が生じていると検出する漏電検出手段とを備えた構成が開示されている。そして、燃料電池の冷却液の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、抵抗値検出手段により検出された抵抗値が大きいほど電圧閾値が大きくなるように電圧閾値を補正する補正手段とを備えた構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２６７６３号公報
【特許文献２】特開平４−３０１３７６号公報
【特許文献３】特開２００６−１００００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の構成によれば、漏電を検出することもできる。しかし、特許文献１の構成は、上記のように漏電検出用線路と電流検出器と漏電検出部とを別に設ける必要がある。
【０００８】
特許文献２の構成によれば、燃料電池発電システムの発電部とマニホールドとの間に絶縁不良が生じてリーク電流が流れるような異常状態を検出することは記載されているが、燃料電池の正極母線あるいは負極母線から漏電する構成は記載されていない。
【０００９】
特許文献３の構成によれば、燃料電池における漏電を検出することができる。しかし、特許文献３の構成は、上記のように電圧検出手段と漏電検出手段と抵抗検出手段と補正手段とを別に設ける必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、より好適な構成で燃料電池の正極母線あるいは負極母線からの漏電を検出することを可能とする燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムは、負荷回路に電力を供給するための燃料電池と、燃料電池の正極母線に流れる電流を検出可能な正極側電流センサと、燃料電池の負極母線に流れる電流を検出可能な負極側電流センサと、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電しているか否かを判断する制御部と、を備え、制御部は、燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも大きい場合には、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電していると判断し、燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも小さい場合には、燃料電池の正極母線および燃料電池の負極母線から漏電していないと判断することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池と負荷回路との間に設けられ、燃料電池の正極母線に流れる電流を遮断可能な正極側リレー回路部と、燃料電池と負荷回路との間に設けられ、燃料電池の負極母線に流れる電流を遮断可能な負極側リレー回路部と、を備え、制御部は、燃料電池の正極母線に流れる電流値が燃料電池の負極母線に流れる電流値よりも大きいときは、正極側リレー回路部を遮断させ、燃料電池の正極母線に流れる電流値が燃料電池の負極母線に流れる電流値よりも小さいときは、負極側リレー回路部を遮断させることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、制御部は、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部を遮断した後に、さらに燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線に電流が流れている場合には、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも燃料電池側において漏電していると判断し、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部を遮断した後に、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線に電流が流れていない場合には、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも負荷回路側において漏電していると判断することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池に対して冷却液を供給するための冷却液配管と、冷却液配管内に流れる冷却液の流量を減少させることが可能な弁体部と、を備え、制御部は、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも燃料電池側において漏電していると判断した場合に、冷却液配管内に流れる冷却液の流量を減少させるように弁体部を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成の燃料電池システムによれば、燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも大きい場合には、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電していると判断することができる。そして、燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも小さい場合には、燃料電池の正極母線および燃料電池の負極母線から漏電していないと判断することができる。これにより、燃料電池の正極母線あるいは負極母線からの漏電を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態において、燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、ＦＣスタック及び冷却液循環路等により形成される電気回路とそれに接続される負荷側の電気回路を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、弁体部の弁体が作動する前後の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、弁体部の弁体が作動する前後の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、制御部の各要素を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態において、燃料電池システムの正極母線あるいは負極母線からの漏電の検出の手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態の変形例において、ＦＣスタック及び冷却液循環路等により形成される電気回路とそれに接続される負荷側の電気回路を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の変形例において、燃料電池システムの正極母線あるいは負極母線からの漏電の検出の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１８】
図１は、燃料電池システム１の概略構成を示す図である。図２は、燃料電池システム１においてＦＣスタック１０及び冷却液循環路１２等により形成される電気回路とそれに接続される負荷側の電気回路を示す図である。燃料電池システム１は、ＦＣスタック１０と、弁体部２０と、冷却液循環路１２と、冷却液ポンプ１４と、ラジエータ１６と、制御部１００と、正極側電流センサ４２と、負極側電流センサ５２と、正極側リレー回路部４４と、負極側リレー回路部５４と、高圧負荷５とを含んで構成される。
【００１９】
ＦＣスタック１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池である。ＦＣスタック１０は、図示しない空気供給装置及び水素供給装置のそれぞれから空気及び水素の供給を受けて電力を発生し、発生した電力を高圧負荷５に供給する。
【００２０】
ＦＣスタック１０の作動中の温度を所定の温度範囲に保つため、ＦＣスタック１０は、冷却液循環路１２と、冷却液ポンプ１４と、ラジエータ１６を含む冷却装置により冷却される。
【００２１】
冷却液循環路１２は、ＦＣスタック１０を冷却する冷却液が循環する経路である。また、冷却液循環路１２は、適当な外力によって変形可能な材料から構成されている。冷却液循環路１２には、冷却液ポンプ１４及びラジエータ１６が設けられる。冷却液ポンプ１４は、冷却液を冷却液循環路１２に循環させるためのポンプであり、後述の制御部１００からの制御信号に従って作動あるいは停止する。ラジエータ１６は、冷却液循環路１２を通る冷却液の熱を放出させて冷却液を冷却する熱交換装置である。
【００２２】
図１において、冷却液は、冷却液循環路１２中に示す実線矢印の方向に循環する。ＦＣスタック１０から熱を奪って温められた冷却液は、冷却液ポンプ１４によりラジエータ１６に送られ、ラジエータ１６で熱を放出して冷却された後、再びＦＣスタック１０に送られてＦＣスタック１０の熱を奪う。導電性の冷却液（例えば、エチレングリコールなどの不凍液）は、ＦＣスタック１０の作動中にＦＣスタック１０を通ると帯電する。このとき、冷却液循環路１２は、帯電した冷却液により電気回路を形成する。
【００２３】
図２を参照し、ＦＣスタック１０は、弁体部２０、冷却液抵抗Ｒ（冷却液抵抗６０）、及び冷却系部品抵抗Ｙ（冷却系部品抵抗７０）を介して車両ボデーに接続されている。冷却液抵抗Ｒは、冷却液の導電率、冷却液循環路１２を形成する配管の内径、及び当該配管の長さに基づいて定まる電気抵抗である。また、冷却系部品抵抗Ｙは、冷却液ポンプ１４及びラジエータ１６など、冷却装置が備える部品の電気抵抗である。
【００２４】
高圧負荷５は、高電圧でスイッチング動作を行うインバータ回路（図示しない）等の負荷回路である。ＦＣスタック１０と高圧負荷５とは、正極母線７と負極母線８とを含んで構成される。正極母線７は、ＦＣスタック１０の正極側端子と高圧負荷５の正極側端子との間を接続する配線であり、燃料電池側正極母線７ａと負荷回路側正極母線７ｂとを含んで構成される。負極母線８は、ＦＣスタック１０の負極側端子と高圧負荷５の負極側端子との間を接続する配線であり、燃料電池側負極母線８ａと負荷回路側負極母線８ｂとを含んで構成される。
【００２５】
正極側リレー回路部４４は、燃料電池側正極母線７ａと負荷回路側正極母線７ｂとの間に接続されるリレーであり、制御部１００の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。負極側リレー回路部５４は、燃料電池側負極母線８ａと負荷回路側負極母線８ｂとの間に接続されるリレーであり、制御部１００の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。
【００２６】
正極側電流センサ４２は、燃料電池側正極母線７ａ上に設けられ、ＦＣスタック１０の正極側に流れる電流値を検出する機能を有する。負極側電流センサ５２は、燃料電池側負極母線８ａ上に設けられ、ＦＣスタック１０の負極側に流れる電流値を検出する機能を有する。
【００２７】
ＦＣスタックケース３０は、ＦＣスタック１０及びＦＣスタック１０に接続された電気回路などを収容する容器である。ＦＣスタックケース３０は、絶縁性を有する材料により形成される。図１では、ＦＣスタックケース３０内には、ＦＣスタック１０とともに、冷却液循環路１２の一部及びそれに設けられた弁体部２０が収容される。
【００２８】
弁体部２０は、冷却液循環路１２を電気的に遮断可能な機構である。図１において、弁体部２０は、冷却液循環路１２のうちＦＣスタック１０への冷却液の流入口付近と、冷却液循環路１２のうちＦＣスタック１０からの冷却液の流出口付近とに設けられる。弁体部２０は、制御部１００の制御によって冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量を減少させることができる。なお、弁体部２０は、図２に示されるようにＦＣスタック１０の正極側電位と負極側電位との間の電位である中間電位９となるようにＦＣスタック１０に接続されている。
【００２９】
図３は、弁体部２０の具体的な構造を示す図である。弁体部２０は、モータ２０２と冷却液循環路１２の外周面に沿って巻回された紐状の弁体２０４とを含んで構成される。通常時は、図３（ａ）に示されるように、モータ２０２は作動していないため、冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量はある一定量となっている。そして、制御部１００によって冷却液循環路１２に流れる流量を減少させるように制御される場合には、図３（ｂ）に示されるように、モータ２０２によって弁体２０４が矢印Ｄ方向に引き上げられる。これにより、冷却液循環路１２の断面積が減少するため、冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量も減少する。
【００３０】
なお、弁体部２０は、上記において図３に示された構成であるものとして説明したが、図４に示された構成の弁体部２０であってもよい。図４は、弁体部２０の具体的な構造を示す図である。弁体部２０は、モータ２０２と、冷却液循環路１２の内部に設けられる略円盤形状の弁体２０６とを含んで構成される。通常時は、図４（ａ）に示されるように、略円盤形状の弁体２０６の円盤形状の厚み方向が冷却液の流れる方向に直交するように位置される。そして、制御部１００によって冷却液循環路１２に流れる流量を減少させるように制御される場合には、図４（ｂ）に示されるように、弁体２０６の円盤形状の厚み方向が冷却液の流れる方向と平行となるように位置される。これにより、冷却液の流れが弁体２０６の円盤面によって抑制されるため、冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量も減少する。
【００３１】
図５は、制御部１００の各要素を示す図である。制御部１００は、第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１４と、リレー制御処理部Ｉ／Ｆ１１６と、第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１８と、弁体制御処理部Ｉ／Ｆ１２０と、報知処理部Ｉ／Ｆ１２２と、記憶部１１２と、ＣＰＵ１０１とを含んで構成される。各要素は、内部バスを通じて相互に接続される。かかる制御部１００は、燃料電池システム１に適したコンピュータを用いることができる。
【００３２】
第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１４は、正極側電流センサ４２と負極側電流センサ５２に接続されるインターフェース回路である。リレー制御処理部Ｉ／Ｆ１１６は、正極側リレー回路部４４と負極側リレー回路部５４と接続されるインターフェース回路である。第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１８は、正極側電流センサ４２と負極側電流センサ５２に接続されるインターフェース回路である。弁体制御処理部Ｉ／Ｆ１２０は、弁体部２０と接続されるインターフェース回路である。報知処理部Ｉ／Ｆ１２２は、漏電の検出結果を報知するための報知部（図示しない）と接続されるインターフェース回路である。
【００３３】
ＣＰＵ１０１は、第１漏電電流判断処理部１０２と、リレー制御処理部１０４と、第２漏電電流判断処理部１０６と、弁体制御処理部１０８と、報知処理部１１０とを含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には記憶部１１２に記憶された漏電検出プログラムを実行することにより実現できる。また、これらの各機能の一部をハードウェアとして実現するものとしてもよい。
【００３４】
第１漏電電流判断処理部１０２は、正極側電流センサ４２によって検出された電流値Ｉｐと、負極側電流センサ５２によって検出された電流値Ｉｍとを第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１４を介して取得し、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分に基づいて、正極母線７あるいは負極母線８からの漏電電流を検出する機能を有する。そして、第１漏電電流判断処理部１０２は、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの大きさを比較することで、正極母線７あるいは負極母線８のいずれから漏電しているかを判断する機能を有する。
【００３５】
リレー制御処理部１０４は、正極側リレー回路部４４と負極側リレー回路部５４に対し、リレー制御処理部Ｉ／Ｆ１１６を介して遮断制御する機能を有する。具体的には、第１漏電電流判断処理部１０２により正極母線７から漏電していると判断された場合には、正極側リレー回路部４４に対して遮断制御する。そして、第１漏電電流判断処理部１０２により負極母線８から漏電していると判断された場合には、負極側リレー回路部５４に対して遮断制御する。
【００３６】
第２漏電電流判断処理部１０６は、正極側電流センサ４２によって検出された電流値Ｉｐと、負極側電流センサ５２によって検出された電流値Ｉｍとを第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１８を介して取得し、電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの値に基づいて、正極母線７あるいは負極母線８のうち、ＦＣスタック１０側（燃料電池側）か高圧負荷５側（負荷回路側）のいずれから漏電しているかを判断する機能を有する。例えば、第１漏電電流判断処理部１０２により正極母線７から漏電していると判断され、リレー制御処理部１０４により、正極側リレー回路部５２が遮断された後も電流が流れている場合には燃料電池側正極母線７ａから漏電していると判断する。一方、正極側リレー回路部５２が遮断された後に電流が流れていない場合には負荷回路側正極母線７ｂから漏電していると判断する。
【００３７】
弁体制御処理部１０８は、第２漏電電流判断処理部１０６によって燃料電池側正極母線７ａあるいは燃料電池側負極母線８ａから漏電していると判断された場合には、弁体部２０に対し、冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量を減少させるように制御する。
【００３８】
報知処理部１１０は、第１漏電電流判断処理部１０２、第２漏電電流判断処理部１０６の判断により、正極母線７あるいは負極母線８から漏電していると判断された場合には、漏電している箇所等の情報を報知処理部Ｉ／Ｆ１２２を介して報知部（図示しない）に対して出力する機能を有する。
【００３９】
続いて、上記構成の燃料電池システム１の動作について図１〜図６を参照して説明する。図６は、燃料電池システム１において、正極母線７あるいは負極母線８からの漏電の検出の手順を示すフローチャートである。まず、制御部１００において記憶部１１２に記憶された漏電検出プログラムを実行する。
【００４０】
最初に、制御部１００において、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が所定の閾値Ａよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０）。具体的には、正極側電流センサ４２によって検出された電流値Ｉｐと負極側電流センサ５２によって検出された電流値Ｉｍとを第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１４を介して取得し、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が閾値Ａより大きいか否かを判断する。この工程は、ＣＰＵ１０１の第１漏電電流判断処理部１０２の機能によって実行される。電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が閾値Ａより小さいと判断された場合には、Ｓ２０へと進む。
【００４１】
電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が閾値Ａより大きいと判断された場合には、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１２）。この工程は、ＣＰＵ１０１の第１漏電電流判断処理部１０２の機能によって実行される。
【００４２】
Ｓ１２において、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも大きいと判断された場合には、正極側リレー回路部４４を遮断させる（Ｓ１４）。この工程は、ＣＰＵ１０１のリレー制御処理部１０４の機能によって実行される。その後は、Ｓ１６へと進む。
【００４３】
Ｓ１２において、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも小さいと判断された場合には、負極側リレー回路部５４を遮断させる（Ｓ１５）。この工程は、ＣＰＵ１０１のリレー制御処理部１０４の機能によって実行される。その後は、Ｓ１６へと進む。
【００４４】
Ｓ１６では、電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの絶対値が所定の閾値Ｂよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１６）。具体的には、正極側電流センサ４２によって検出された電流値Ｉｐと負極側電流センサ５２によって検出された電流値Ｉｍとを第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ１１８を介して取得し、電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂより大きいか否かを判断する。この工程は、ＣＰＵ１０１の第２漏電電流判断処理部１０６の機能によって実行される。電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂよりも小さいときは、Ｓ２０へと進む。
【００４５】
電流値Ｉｐあるいは電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂよりも大きいときは、弁体部２０の制御を開始する（Ｓ１８）。具体的には、弁体部２０に対し冷却液循環路１２に流れる冷却液の流量を減少させることができる。この工程は、ＣＰＵ１０１の弁体制御処理部１０８の機能によって実行される。
【００４６】
Ｓ２０において、燃料電池システム１における漏電状態を報知させる（Ｓ２０）。この工程は、ＣＰＵ１０１の報知処理部１１０の機能によって実行される。具体的には、Ｓ１０において、電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの差分の絶対値が閾値Ａよりも大きいと判断された場合に燃料電池システム１に漏電があることを報知させるための情報を報知部に出力する。そして、Ｓ１２において、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも大きいときは、正極母線７から漏電していることを報知し、電流値Ｉｐが電流値Ｉｍよりも小さいときは、負極母線８から漏電していることを報知する。さらに、Ｓ１６において、電流値Ｉｐの絶対値が閾値Ｂよりも大きいときは、燃料電池側正極母線７ａから漏電していると報知し、電流値Ｉｐの絶対値が閾値Ｂよりも小さいときは、負荷回路側正極母線７ｂから漏電していると報知する。そして、Ｓ１６において、電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂよりも大きいときは、燃料電池側負極母線８ａから漏電していると報知し、電流値Ｉｍの絶対値が閾値Ｂよりも小さいときは、負荷回路側負極母線８ｂから漏電していると報知する。
【００４７】
このように、燃料電池システム１によれば、正極母線７あるいは負極母線８から漏電しているか否かを判断することができるとともに、正極側リレー回路部４４あるいは負極側リレー回路部５４を遮断することで、負荷回路側正極母線７ｂあるいは負荷回路側負極母線８ｂからの漏電を防止することができる。さらに、正極母線７あるいは負極母線８から漏電している場合に、燃料電池側正極母線７ａ、負荷回路側正極母線７ｂ、燃料電池側負極母線８ａ、負荷回路側負極母線８ｂのいずれから漏電しているかを識別することができるとともに、燃料電池側正極母線７ａ、燃料電池側負極母線８ａから漏電している場合であっても、弁体部２０を制御することで、漏電を抑制することができる。
【００４８】
次に、燃料電池システム１の変形例である燃料電池システム２について説明する。燃料電池システム２と燃料電池システム１との相違は、弁体部２０の接続だけであるため、その点を中心に説明する。図７は、燃料電池システム２においてＦＣスタック１０及び冷却液循環路１２等により形成される電気回路とそれに接続される負荷側の電気回路を示す図である。
【００４９】
弁体部２０は、ＦＣスタック１０の負極側端子に接続され、その電位が負極側電位と同電位（換言すれば、負極母線８と同電位）となっている。このため、燃料電池システム２においては、例えば、車両のボデー等と負極母線８とが接触した場合であっても負極母線８から漏電することはない。
【００５０】
続いて、上記構成の燃料電池システム２の動作について図７，８を用いて説明する。図８は、燃料電池システム２において、正極母線７あるいは負極母線８からの漏電の検出の手順を示すフローチャートである。ここで、燃料電池システム２における漏電の検出の手順は、図６において示される燃料電池システム１における漏電の検出の手順とほぼ同じ手順であり、その相違点を中心に説明する。
【００５１】
Ｓ１０の工程を終えた後、燃料電池システム２においては、負極母線８に電流が流れることはないため、図６において示されたＳ１２の工程（電流値Ｉｐと電流値Ｉｍの比較）については行なう必要がなく、正極母線７から漏電していると判断でき、Ｓ１４以降の処理へと進むことができる。
【００５２】
このように、燃料電池システム２によれば、正極母線７から漏電しているか否かを判断することができ、正極側リレー回路部４４を遮断することで、負荷回路側正極母線７ｂからの漏電を防止することができる。さらに、正極母線７から漏電している場合に、燃料電池側正極母線７ａ、負荷回路側正極母線７ｂのいずれから漏電しているかを識別することができ、燃料電池側正極母線７ａから漏電している場合であっても、弁体部２０を制御することで、漏電を抑制することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２ 燃料電池システム、５ 高圧負荷、７ 正極母線、７ａ 燃料電池側正極母線、７ｂ 負荷回路側正極母線、８ 負極母線、８ａ 燃料電池側負極母線、８ｂ 負荷回路側負極母線、９ 中間電位、１０ ＦＣスタック、１２ 冷却液循環路、１４ 冷却液ポンプ、１６ ラジエータ、２０ 弁体部、３０ ＦＣスタックケース、４２ 正極側電流センサ、４４ 正極側リレー回路部、５２ 負極側電流センサ、５４ 負極側リレー回路部、６０ 冷却液抵抗、７０ 冷却系部品抵抗、１００ 制御部、１０１ ＣＰＵ、１０２ 第１漏電電流判断処理部、１０４ リレー制御処理部、１０６ 第２漏電電流判断処理部、１０８ 弁体制御処理部、１１０ 報知処理部、１１２ 記憶部、２０２ モータ、２０４，２０６ 弁体、１１４ 第１漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ、１１６ リレー制御処理部Ｉ／Ｆ、１１８ 第２漏電電流判断処理部Ｉ／Ｆ、１２０ 弁体制御処理部Ｉ／Ｆ、１２２ 報知処理部Ｉ／Ｆ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷回路に電力を供給するための燃料電池と、
燃料電池の正極母線に流れる電流を検出可能な正極側電流センサと、
燃料電池の負極母線に流れる電流を検出可能な負極側電流センサと、
燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電しているか否かを判断する制御部と、
を備え、
制御部は、
燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも大きい場合には、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電していると判断し、
燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも小さい場合には、燃料電池の正極母線および燃料電池の負極母線から漏電していないと判断することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池と負荷回路との間に設けられ、燃料電池の正極母線に流れる電流を遮断可能な正極側リレー回路部と、
燃料電池と負荷回路との間に設けられ、燃料電池の負極母線に流れる電流を遮断可能な負極側リレー回路部と、
を備え、
制御部は、
燃料電池の正極母線に流れる電流値が燃料電池の負極母線に流れる電流値よりも大きいときは、正極側リレー回路部を遮断させ、
燃料電池の正極母線に流れる電流値が燃料電池の負極母線に流れる電流値よりも小さいときは、負極側リレー回路部を遮断させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
制御部は、
正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部を遮断した後に、さらに燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線に電流が流れている場合には、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも燃料電池側において漏電していると判断し、
正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部を遮断した後に、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線に電流が流れていない場合には、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも負荷回路側において漏電していると判断することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池に対して冷却液を供給するための冷却液配管と、
冷却液配管内に流れる冷却液の流量を減少させることが可能な弁体部と、
を備え、
制御部は、
正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも燃料電池側において漏電していると判断した場合に、冷却液配管内に流れる冷却液の流量を減少させるように弁体部を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
負荷回路に電力を供給するための燃料電池と、
燃料電池の正極母線に流れる電流を検出可能な正極側電流センサと、
燃料電池の負極母線に流れる電流を検出可能な負極側電流センサと、
燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電しているか否かを判断する制御部と、
を備え、
制御部は、
燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも大きい場合には、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線から漏電していると判断し、
燃料電池の正極母線に流れる電流値と燃料電池の負極母線に流れる電流値の差分が予め定めた閾値よりも小さい場合には、燃料電池の正極母線および燃料電池の負極母線から漏電していないと判断することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池と負荷回路との間に設けられ、燃料電池の正極母線に流れる電流を遮断可能な正極側リレー回路部と、
燃料電池と負荷回路との間に設けられ、燃料電池の負極母線に流れる電流を遮断可能な負極側リレー回路部と、
を備え、
制御部は、
燃料電池の正極母線に流れる電流値が燃料電池の負極母線に流れる電流値よりも大きいときは、正極側リレー回路部を遮断させ、
燃料電池の正極母線に流れる電流値が燃料電池の負極母線に流れる電流値よりも小さいときは、負極側リレー回路部を遮断させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
制御部は、
正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部を遮断した後に、さらに燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線に電流が流れている場合には、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも燃料電池側において漏電していると判断し、
正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部を遮断した後に、燃料電池の正極母線あるいは燃料電池の負極母線に電流が流れていない場合には、正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも負荷回路側において漏電していると判断することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池に対して冷却液を供給するための冷却液配管と、
冷却液配管内に流れる冷却液の流量を減少させることが可能な弁体部と、
を備え、
制御部は、
正極側リレー回路部あるいは負極側リレー回路部よりも燃料電池側において漏電していると判断した場合に、冷却液配管内に流れる冷却液の流量を減少させるように弁体部を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−３４４５（Ｐ２０１１−３４４５Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４６５１６（Ｐ２００９−１４６５１６）
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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